【分享】红外光谱介绍

青林

2010/11/06

私聊

红外光谱（IR）

红外光区划分：通常将红外波谱区分为近红外(near-infrared)，中红外(middle-infrared)和远红外(far-infrared)。

区域	波长范围(mm)	波数范围(cm-1)	频率(Hz)
近红外	0.78-2.5	12800-4000	3.8´10¹⁴-1.2´10¹⁴
中红外	2.5-50	4000-200	1.2´10¹⁴-6.0´10¹²
远红外	50-1000	200-10	6.0´10¹²-3.0´10¹¹
常用	2.5-15	4000-670	1.2´10¹⁴-2.0´10¹³

当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收某些频率的辐射，产生分子振动能级和转动能级从基态到激发态的跃迁，使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系曲线，就得到红外光谱。
物质的红外光谱是其分子结构的反映，谱图中的吸收峰与分子中各基团的振动形式相对应。
通过比较大量已知化合物的红外光谱，发现：组成分子的各种基团，如O-H、N-H、C-H、C=C、C=O和CºC等，都有自己的特定的红外吸收区域，分子的其它部分对其吸收位置影响较小。通常把这种能代表基团存在、并有较高强度的吸收谱带称为基团频率，其所在的位置一般又称为特征吸收峰。
分子吸收红外辐射后，由基态振动能级（n=0）跃迁至第一振动激发态（n=1）时，所产生的吸收峰称为基频峰。因为（振动量子数的差值） △n=1时，n_L=n，所以基频峰的位置（n_L）等于分子的振动频率。
在红外吸收光谱上除基频峰外，还有振动能级由基态（ n=0）跃迁至第二激发态（ n=2）、第三激发态（ n=3）¼，所产生的吸收峰称为倍频峰。
由n = 0跃迁至n = 2时， △n = 2，则nL = 2n，即吸收的红外线谱线（ nL ）是分子振动频率的二倍，产生的吸收峰称为二倍频峰。
下图是双原子分子的能级示意图，图中E_A和E_B表示不同能量的电子能级，在每个电子能级中因振动能量不同而分为若干个n = 0、1、2、3……的振动能级，在同一电子能级和同一振动能级中，还因转动能量不同而分为若干个J = 0、1、2、3……的转动能级。
由于分子非谐振性质，各倍频峰并非正好是基频峰的整数倍，而是略小一些。以HCl为例：
基频峰（n0→1） 2885.9 cm^-1 最强
二倍频峰（ n0→2 ） 5668.0 cm^-1 较弱
三倍频峰（ n0→3 ） 8346.9 cm^-1 很弱
四倍频峰（ n0→4 ） 10923.1 cm^-1 极弱
五倍频峰（ n0→5 ） 13396.5 cm^-1 极弱
除此之外，还有合频峰（n1+n2，2n1+n2，¼），差频峰（ n1-n2，2n1-n2，¼ ）等，这些峰多数很弱，一般不容易辨认。倍频峰、合频峰和差频峰统称为泛频峰。
红外光谱特点
1）红外吸收只有振-转跃迁，能量低；
2）应用范围广：除单原子分子及单核分子外，几乎所有有机物均有红外吸收；
3）分子结构更为精细的表征：通过红外光谱的波数位置、波峰数目及强度确定分子基团、分子结构；
4）定量分析；
5）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品；
6）分析速度快；
7）与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能。

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