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2021-07-21T19:11:54Z

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'''红外光谱学'''是[[光谱学]]中研究电磁[[光谱]][[红外]]部分的分支。它包括了许多技术，到目前为止最常用的是吸收光谱学。同[[光谱学|所有的分光镜技术]]一样，它可以被用来鉴别一种[[化合物]]和研究样品的成分。红外光谱学相关表见于文献，方便查找。

==理论==

化学键的振动是量子化的。[[分子]]会吸收特定频率的[[红外线]]，使化学键由振动基态跃迁至激发态（通常是第一激发态）。在通常状态下，分子的所有[[共价键]]几乎全部处于振动的基态。化学键的振动可用简谐振子近似，所以欲使化学键振动能级发生改变，吸收光的频率应为：

<math>\nu = \frac{1}{2 \pi c} \sqrt{\frac{k}{\mu}}</math>

其中<math>\pi</math>为圆周率，<math>c</math>为真空中光速，<math>k</math>为化学键的“劲度系数”，<math>\mu</math>为约化质量。约化质量由下式给出：

<math>\mu = \frac{m_A m_B}{m_A + m_B}</math>

其中<math>m_A</math>和<math>m_B</math>分别为成键[[原子]]<math>A</math>和<math>B</math>的质量。不同的化学键，随着成键原子的不同，约化质量也会不同；而即使对于相同的成键原子，由于化学键性质不同（比如碳碳[[双键]]和碳碳[[单键]]），其“劲度系数”也会不同。故而不同化学键会有不同的特征频率。

一个分子的总自由度为'''3N'''（'''N'''为分子中原子的数量）。其中平移自由度为'''3'''，分别对应对于''x''、''y''和''z''三个方向；同样的，旋转自由度亦为'''3'''。所以对于非线型分子，其振动模式（vibrational mode）的数量为'''3N-6'''。由于绕键轴旋转不计入旋转自由度，对于线型分子，振动模式的数量为'''3N-5'''。简单的双原子分子只有一种振动模式，那就是伸缩。更复杂的分子，其振动方式也更为复杂。例如亚甲基中的碳氢键，就可以以 “对称伸缩”、“非对称伸缩”、“剪刀式摆动”、“左右摇摆”、“上下摇摆”和“扭摆”六种方式振动（见下图）。

<center>
{|
|[[Image:Symmetrical stretching.gif|frame|对称伸缩]]
|[[Image:Asymmetrical_stretching.gif|frame|非对称伸缩]]
|-
|[[Image:Scissoring.gif|frame|剪刀式摆动]]
|[[Image:Modo_rotacao.gif|frame|左右摇摆]]
|-
|[[Image:Wagging.gif|frame|上下摇摆]]
|[[Image:Twisting.gif|frame|扭摆]]
|}
</center>

一般地，'''红外光谱'''上的信号数量应与分子的振动模式数量相同，但分子的振动模式若为红外活跃，必须能使分子偶极矩改变；所以并不是所有的振动模式都能在红外光谱中被观察到。此外，不同振动模式之间可以耦合，并在红外光谱上显示信号。

测量样品时，一束[[红外光]]穿过样品，各个波长上的能量吸收被记录下来。这可以由连续改变使用的单色波长来实现，也可以用傅立叶变换来一次测量所有的波长。这样的话，透射光谱或吸收光谱或被记录下来，显示出被样品红外吸收的波长，从而可以分析出样品中包含的化学键。

这种技术专门用在共价键的分析。如果样品的红外活跃键少、纯度高，得到的光谱会相当清晰，效果好。更加复杂的分子结构会导致更多的键吸收，从而得到复杂的光谱。但是，这项技术还是用在了非常复杂的混合物的[[定性研究]]当中。

==样品制备==

固态样品可溶解于有机溶剂如[[二氯甲烷]]、[[氯仿]]或[[甲苯]]中，获取光谱前先扫描相应的纯溶剂获得背景光谱，再扫描含有样品的溶液，通过计算机处理即可获得样品的红外光谱。也可将样品与[[矿物油]]混合研磨制成糊状物进行扫描。还可以将样品与[[溴化钾]]研碎混合充分混合后压片进行扫描。液态样品可以直接通过扫描获取红外光谱，也可以制成溶液后进行扫描。

==典型方法==

==在有机分子中吸收键的总结==

==运用==

==傅立叶变化红外光谱学==

==另见==

红外光谱学相关表

==外部键接==

[[Category:光谱学]]
==参考来源==
*[http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%BA%A2%E5%A4%96%E5%85%89%E8%B0%B1%E5%AD%A6 维基百科-红外光谱学]

红外分光光度法 - 版本历史

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