关键词：红外光谱；原理；结构测定；定性检测
一、红外光谱的概念
图1为红外光谱在化学中的应用思路。分子在一束具有连续波长的红外光通过物质，且物质分子中某个基团的振动频率或转动频率和红外光的频率一样时，就能够吸收能量，从基态振(转)动能级跃迁到振(转)动能级。红外辐射被分子吸收后发生振动和转动能级的跃迁，物质就能吸收该处波长的光。某些频率的辐射被分子吸收，并且减弱这些吸收区域的透射光强度。红外光谱，由于其记录红外光的百分透射比与波长关系的曲线，又称之为红外吸收光谱。
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图1 红外光谱在化学中的应用思路
二、红外光谱产生的基本原理
物质被红外光0.75-500μm（进红外区的波长范围为0.75-2.5μm；中红外区的波长范围为2.5-25μm，其应用最广泛；远红外区的波长范围为25-500μm。）照射。
1.满足条件
（1）物质被照射所发生振动跃迁所需要的跃迁能量与辐射光子具有的能量相等。当分子被外界电磁波照射时，如分子的两能级差与照射的电磁波的能量相等，分子就能吸收该频率的电磁波，从而引发透射光强度变小，分子对应能级的跃迁。吸收峰出现的位置的决定性因素在于分子两能级差与电磁波能量相等，这也是物质产生红外吸收光谱所必须满足条件之一。
（2）分子偶极矩在其振动时一定发生变化的原因在于分子与红外光之间的偶合作用。分子振动偶极矩的变化能够产生能量的传递，保证了分子能够吸收红外光的能量。但由于红外活性振动是偶极矩发生变化的振动，因此只有其才能引起可观测的红外吸收，才会产生红外吸收。红外非活性振动由于其分子振动的偶极矩等于零，因此不能产生红外吸收。
2.分子的振动
（1）化学键的力常数和原子的质量决定双原子分子的振动频率，化学键越弱，相对原子质量就越大，振动频率越低。（2）多原子分子的振动：(a)伸缩振动，指键长由于原子沿着键轴方向伸缩发生周期性变化的振动，用υ表示。(b)弯曲振动，又称变形或变角振动。一般是指分子中原子团对其余部分作相对运动或基团键角发生周期性变化的振动，用δ表示。
三、红外光谱法的应用
有机化合物的定性鉴定和结构分析中广泛用到红外线光谱法。
1.定性分析
（1）已知物的鉴定
对照标准的谱图与试样的谱图，或将对照试样的谱图与文献上的谱图。样品是该种标准物的判定为：两张对比谱图的形状以及各吸收峰的位置完全相同，并且峰的相对强度相等，则可认为样品是该种标准物。一般采用相似度来判别计算机谱图检索，使用文献上的谱图应注意试样的几个方面：结晶状态、溶剂、试样的物态、测定条件以及所用仪器类型等应与标准谱图相同。
（2）未知物结构的测定
利用标准谱图有两种方式可以对未知物不是新化合物的物质进行查对，即寻找试样光谱吸收带相同的标准谱图，以及查阅标准谱图的谱带索引。通过光谱解析来判断试样的可能结构，随后在由化学分类索引查找标准谱图对照核实。先收集样品的有关资料和数据，随后再对其进行光谱图解析。从试样的来源推测其可能是哪类化合物；熔点、沸点、溶解度、折光率等测定试样的物理常数，可作为定性分析的旁证；化学式并计算化合物的不饱和度的求解，可以采用相对摩尔质量的测定及元素分析及。基团频率区的最强谱作为谱图解析的一般起始程序，首先要推测未知物可能含有的基团，以此来推测其不可能含有的基团。随后对指纹区的谱带进行进一步验证，用一组相关峰确认一个基团的存在，找出可能含有基团的相关峰。
2.定量分析
红外光谱对单一组份和多组份进行定量分析比较方便，原因在于红外光谱定量分析求解组分含量的方法是通过对特征吸收谱带强度的测量，其谱带较多，选择的余地大。
其理论依据是朗伯-比耳定律的选择吸收带的原则：
（1）必须是被测物质的特征吸收带。
（2）所选择的吸收带的吸收强度应与被测物质的浓度有线性关系。
（3）为避免干扰，所选择的吸收带应有较大的吸收系数且周围尽可能没有其它吸收带存在。然后在基于比耳-朗勃特（Beer-Lambert)定律直接计算或绘制工作曲线计算。
参考文献：
[1] 安谧,杨晓彦,赫丽娜,张婧元,王艳斌. 红外光谱法用于快速测定车用柴油酸度等性质的研究[J]. 石油炼制与化工,2020,51(02):87-92.
[2] 丁杨. 衰减全反射傅里叶红外光谱法测定柴油燃料中脂肪酸甲酯的含量[J]. 中国标准化,2019(21):210-213.
[3] 刘艳,任英,吕卫星,胡石林,武超,张宾永,李乐斌. 红外光谱法在线测量高浓度重水[J]. 同位素,2019,32(05):332-336.
[4] Fuwei Pi,Jiping Wang,Nattaporn Suttiwijitpukdee,Xing Chen,Jianming Zhang. Dependence of poly(3-hydroxybutyrate) crystal modifications on film thickness as revealed by reflection-absorption infrared spectroscopy[J]. Vibrational Spectroscopy,2016,86.
[5] Unger Miriam,Sato Harumi,Ozaki Yukihiro,Fischer Dieter,Siesler Heinz W. Temperature-dependent Fourier transform infrared spectroscopy and Raman mapping spectroscopy of phase-separation in a poly(3-hydroxybutyrate)-poly(L-lactic acid) blend.[J]. Applied spectroscopy,2013,67(2).
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论文作者:侯亚蒙
论文发表刊物:《科学与技术》2019年19期
论文发表时间:2020/4/29
标签：光谱论文; 分子论文; 红外光论文; 试样论文; 基团论文; 能级论文; 物质论文; 《科学与技术》2019年19期论文;