1.分子振動(dòng)與紅外線吸收
分子中的原子并不是在其結(jié)合處的位置上固定不動(dòng)。相反，原子處于不斷的振動(dòng)中。振動(dòng)的模式由分子中原子的數(shù)量和化學(xué)鍵所決定并可分為：
對(duì)稱伸縮l
反對(duì)稱伸縮l
彎曲振動(dòng)l
原子在分子中的振動(dòng)頻率落在紅外線頻率之內(nèi)（300 - 4000cm-1）。分子如被置于含其原子振動(dòng)頻率的特定紅外線輻射場(chǎng)內(nèi)，化學(xué)鍵會(huì)吸收紅外線能量，從低能級(jí)的振動(dòng)變?yōu)楦咭粋€(gè)能級(jí)的振動(dòng)。在簡(jiǎn)單的雙原子分子中，振動(dòng)只有一種方式：?jiǎn)畏较虻纳炜s振動(dòng)，因此分子對(duì)紅外線只有一個(gè)頻帶的吸收，吸收頻帶的位置（代表分子吸收的能量）取決于化學(xué)鍵的結(jié)合強(qiáng)度。對(duì)于多原子分子，由于多個(gè)化學(xué)鍵的存在，存在多個(gè)振動(dòng)方式，因此在紅外吸收光譜上將出現(xiàn)多個(gè)復(fù)雜的吸收頻帶。
多分子的振動(dòng)可以被看作是許多小球通過(guò)彈簧聯(lián)系在一起的振動(dòng)。如把每個(gè)原子看成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)。要描述多原子分子的各種可能的振動(dòng)方式，必須確定各原子的相對(duì)位置。在笛卡爾坐標(biāo)系中，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)（原子）的空間運(yùn)動(dòng)有3個(gè)自由度。若一個(gè)分子內(nèi)有n個(gè)原子，需要有3n個(gè)坐標(biāo)來(lái)確定所有原子的位置。但由于這些原子通過(guò)化學(xué)鍵構(gòu)成一個(gè)整體的分子，因此必須以分子的整體來(lái)考慮自由度。分子作為整體有3個(gè)平動(dòng)自由度，3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，因此分子的振動(dòng)自由度為3n-6。每個(gè)振動(dòng)自由度對(duì)應(yīng)著一個(gè)基本的振動(dòng)。對(duì)于直線分子，由于其平動(dòng)自由度僅為兩個(gè) ，振動(dòng)自由度為3n-5。
需要指出的是分子僅在振動(dòng)伴隨有分子偶極矩變化的情況下才吸收紅外線輻射。當(dāng)帶有相反電極的兩個(gè)分子靠近或離開，分子的偶極矩發(fā)生變化，紅外線的吸收頻率可以用Hook定律計(jì)算：
其中： k =反映鍵強(qiáng)度的力值常數(shù)； m1 和 m2 為通過(guò)化學(xué)鍵結(jié)合的兩個(gè)原子的質(zhì)量。由Hook定律可以看到，k值越大，即鍵的結(jié)合力強(qiáng)，紅外吸收的頻率越高。因此, C=C 雙鍵將比C-C 單鍵具有更高的吸收頻率。同樣，若兩個(gè)原子的質(zhì)量越大，吸收頻率越低。
2 樣品及傅立葉變換紅外光譜儀原理
液體樣品可以直接在紅外光譜儀上測(cè)試。固體樣品需要首先碾磨成細(xì)微的顆粒，然后滴入數(shù)滴石蠟油混成糊狀。在兩片氯化鈉板之間夾入薄薄的一層液態(tài)或糊狀樣品，并將其置入紅外光譜儀內(nèi)。采用氯化鈉板取代玻璃的原因是因?yàn)樗鼛缀醪晃占t外線。
傅立葉變換紅外光譜儀由光源、動(dòng)鏡、定鏡、分束器、檢測(cè)器和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。
射出的紅外線光束由分束器分成兩束：一束透射到定鏡后反射入樣品池后到達(dá)檢測(cè)器；另一束通過(guò)分束器到達(dá)動(dòng)鏡后反射，穿過(guò)分束器后與定鏡來(lái)的光形成干涉光進(jìn)入樣品池和檢測(cè)器。由于動(dòng)鏡在不斷地周期性運(yùn)動(dòng)，這兩束光的光程差隨動(dòng)鏡移動(dòng)距離的變化呈現(xiàn)周期變化。由于樣品對(duì)某些譜帶紅外光的吸收，在檢測(cè)器得到樣品的干涉圖譜，這些干涉圖譜是動(dòng)鏡移動(dòng)距離x的函數(shù)。通過(guò)傅立葉變換函數(shù)：
其中：B（υ）入射光強(qiáng)度；I（υ）是干涉光強(qiáng)度； υ為光源頻率
通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)檢測(cè)器收集的信號(hào)進(jìn)行函數(shù)數(shù)據(jù)處理，最終得到與經(jīng)典紅外光譜儀同樣的光強(qiáng)隨頻率變化的紅外吸收光譜圖。
分子式為C3H6O2有機(jī)分子樣品的紅外光譜見于下圖。由圖中可以看到波數(shù)（頻率）超過(guò)1710 cm-1時(shí)有很強(qiáng)的吸收峰，在波數(shù)介于2500-3300 cm-1之間有中等程度的吸收峰。采用“指紋” 。
分析的手段，相應(yīng)的紅外吸收對(duì)應(yīng)于C=O 和O-H基團(tuán)。由紅外光譜分析取得的信息加上已知的分子式，分子的結(jié)構(gòu)應(yīng)為：
與經(jīng)典紅外光譜儀相比，傅立葉紅外光譜儀具有信號(hào)多路傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)；輻射通量大的優(yōu)點(diǎn)；極高的波數(shù)精度；高分辯率；光譜的數(shù)據(jù)化等優(yōu)點(diǎn)。
3.紅外譜帶的特征：
l位置 譜帶的特征振動(dòng)頻率
l形狀 譜帶的形狀反應(yīng)了基團(tuán)的某些信息。如氫鍵和離子的官能團(tuán)可以產(chǎn)生很寬的紅外譜帶。這對(duì)于鑒定特殊基團(tuán)的存在很有用。
相對(duì)強(qiáng)度l 把紅外光譜中的一條譜帶的強(qiáng)度與另一條相比可以得到定量的概念，同時(shí)也可以指示某些特殊基團(tuán)或元素的存在。
4.影響因素
以下試驗(yàn)因素影響紅外圖譜的質(zhì)量：
l儀器參數(shù)
l環(huán)境
l 樣品的厚度
|
