红外光谱仪的原理及应用

　　红外光谱仪是利用物质对不同波长红外辐射的吸收特性来分析分子结构和化学成分的仪器。红外光谱通常由光源、单色仪、探测器和计算机处理信息系统组成。

红外光谱是什么

　　红外光谱又称为分子振动转动光谱，它和紫外-可见光谱一样，也是一种分子吸收光谱。当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，使相应于这些吸收区城的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系的曲线，就得到红外光谱。红外光谱仪不仅能进行定性和定量分析，而且从分子的特征吸收可以鉴定化合物和分子结构。

红外光谱仪的原理

　　红外光谱仪利用麦克尔逊干涉仪将两束光程差按一定速度变化的复色红外光相互干涉，形成干涉光，再与样品作用。探测器将得到的干涉信号送入到计算机进行傅立叶变化的数学处理，把干涉图还原成光谱图。

　　与紫外-可见吸收光谱不同，红外光谱仪产生红外光谱的红外光的波长要长得多，因此光子能量低。物质分子吸收红外光后，只能引起振动和转动能级跃迁，不会引起电子能级跃迁。所以红外光谱一般称为振动-转动光谱。

　　紫外-可见吸收光谱常用于研究不饱和有机化合物，特别是具有共扼体系的有机化合物。而红外光谱法主要研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物。因此除了单原子分子和同核分子。如Ne、He、O2、和H2等之外，几乎所有的有机化合物在红外光区均有吸收。红外吸收谱带的波数位置、波峰的数目及其强度反映了分于结构上的特点，可以用来鉴定未知物的分子结构组成或确定其化学基团;而吸收谱带的吸收强度与分子组成或其化学基团的含量有关，可用作进行定量分析和纯度鉴定。

　　红外光谱仪通过谱图解析可以获取分子结构的信息。任何气态、液态、固态样品均可进行红外光谱测定，这是其它仪器分析方法难以做到的。具有用量少、分析速度快、不破坏试样等特点，使红外光谱仪成为现代分析化学和结构化学的不可缺少的工具。但对于复杂化合物的结构测定，还需配合紫外光谱、质谱和核磁共振波谱等其他方法，才能得到满意的结果。

红外光谱仪分析方法

　　1、比较光谱分析法：这种方法应用比较广泛，它包括标准试样比较法和铁谱比较法。标准样品比较法一般适用于单项定性分析及有限分析。铁谱比较法它不但可以做单项测定还便于做全分析。

　　2、谱线波长测量法：光谱分析仪器利用谱线波长测量法进行定性分析是先测出某一谱线的波长，再查表确定存在的元素，这种方法在日常分析中很少使用，一般只是在编制谱图或者做仲裁分析时才用。

红外光谱仪的应用

　　红外光谱仪可应用于染织工业、环境科学、生物学、材料科学、高分子化学、催化、煤结构研究、石油工业、生物医学、生物化学、药学、无机和配位化学基础研究、半导体材料、日用化工等研究领域。

　　红外光谱仪可以研究分子的结构和化学键，如力常数的测定和分子对称性等，利用红外光谱方法可测定分子的键长和键角，并由此推测分子的立体构型。根据所得的力常数可推知化学键的强弱，由简正频率计算热力学函数等。分子中的某些基团或化学键在不同化合物中所对应的谱带波数基本上是固定的或只在小波段范围内变化，因此许多有机官能团例如甲基、亚甲基、羰基，氰基，羟基，胺基等等在红外光谱中都有特征吸收，通过红外光谱测定，人们就可以判定未知样品中存在哪些有机官能团，这为Z终确定未知物的化学结构奠定了基础。