紅外光譜分析什么（紅外光譜分析什么用）

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本文目錄:

• 1、紅外光譜原理是什么?

• 2、紅外光譜定性分析的基本依據(jù)是什么?

• 3、紅外光譜是什么光譜

• 4、紅外光譜的基本原理

一、紅外光譜原理是什么?

紅外光譜原理是紅外光譜是一種分子吸收光譜，利用紅外光譜法對(duì)有機(jī)物進(jìn)行定性和定量的檢測(cè)，通過(guò)紅外線光譜儀發(fā)出紅外線光線，再將光線照射到待檢測(cè)物體的表面，有機(jī)物因其吸收特性會(huì)吸收紅外光，從而產(chǎn)生紅外光譜圖。技術(shù)人員可根據(jù)紅外光譜圖找到與吸收峰相對(duì)應(yīng)的化學(xué)基團(tuán)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)待測(cè)物質(zhì)的構(gòu)成和所屬狀態(tài)進(jìn)行定性分析。

紅外光譜的分類

紅外光譜可分為近紅外光譜技術(shù)、遠(yuǎn)紅外光譜技術(shù)和傅立葉變換紅外光譜技術(shù)。

近紅外光譜技術(shù)的分子中存在4種不同形式的能量，分別是平動(dòng)能，轉(zhuǎn)運(yùn)能，振動(dòng)能和電子能。在近紅外光譜技術(shù)中，近紅外區(qū)域產(chǎn)生的倍頻和合頻的吸收往往比中紅外弱，背景十分復(fù)雜，譜峰重疊的現(xiàn)象十分嚴(yán)重，有時(shí)必須借助化學(xué)計(jì)量方法才能提供有效的信息。

遠(yuǎn)紅外光譜技術(shù)是利用物體在遠(yuǎn)紅外區(qū)的吸收光譜，這個(gè)區(qū)域的光源能量十分弱小，吸收譜帶主要是氣體分子中的純轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷和液體中重原子的伸縮振動(dòng)，因此一般不在遠(yuǎn)紅外光譜區(qū)進(jìn)行定量分析。

傅立葉變換紅外光譜技術(shù)是一種快速，無(wú)損食品分析的檢測(cè)技術(shù)，主要通過(guò)與化學(xué)計(jì)量學(xué)的方法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)定性定量分析。

二、紅外光譜定性分析的基本依據(jù)是什么?

紅外光譜定性分析的基本依據(jù)是紅外對(duì)有機(jī)化合物的定性具有鮮明的特征性。

分子中特征基團(tuán)吸收不同波段的電磁輻射后表現(xiàn)出特征振動(dòng)，會(huì)在相應(yīng)的紅外波段上對(duì)應(yīng)于的特征吸收峰。

以簡(jiǎn)單的雙原子分子為例，根據(jù)量子力學(xué)原理，兩個(gè)原子之間的振動(dòng)能是量子化的，也就是說(shuō)存在著能級(jí)。兩個(gè)能級(jí)之間的差值對(duì)應(yīng)于分子的振動(dòng)能。

當(dāng)分子吸收電磁輻射后，分子的能量會(huì)升高，這個(gè)過(guò)程叫做分子的激發(fā)。如果激發(fā)的能量對(duì)于與兩個(gè)振動(dòng)態(tài)的能級(jí)差，那么這個(gè)分子就正好吸收這個(gè)能級(jí)差的能量，對(duì)于與光譜上就出現(xiàn)一個(gè)吸收峰。而振動(dòng)能的大小正位于紅外區(qū)，所以，紅外光譜對(duì)應(yīng)于分子的振動(dòng)。

分子中不同的特征基團(tuán)的振動(dòng)能級(jí)的能量差有區(qū)別，所以會(huì)吸收不同波段的電磁輻射，因而在光譜上表現(xiàn)出不同位置的吸收峰。

而相同特征基團(tuán)的能級(jí)的能量差是基本相同的，所以光譜上的吸收峰的位置會(huì)相對(duì)固定當(dāng)然，周圍基團(tuán)或者環(huán)境會(huì)對(duì)特征基團(tuán)的能級(jí)有微小的影響，在光譜上會(huì)稍有偏移。這就是紅外光譜定性分析的依據(jù)。

三、紅外光譜是什么光譜

紅外光譜是分子能選擇性吸收某些波長(zhǎng)的紅外線，而引起分子中振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷，檢測(cè)紅外線被吸收的情況可得到物質(zhì)的紅外吸收光譜。

又稱分子振動(dòng)光譜或振轉(zhuǎn)光譜。

當(dāng)一束具有連續(xù)波長(zhǎng)的紅外光通過(guò)物質(zhì)，物質(zhì)分子中某個(gè)基團(tuán)的振動(dòng)頻率或轉(zhuǎn)動(dòng)頻率和紅外光的頻率一樣時(shí)，分子就吸收能量由原來(lái)的基態(tài)振(轉(zhuǎn))動(dòng)能級(jí)躍遷到能量較高的振(轉(zhuǎn))動(dòng)能級(jí)，分子吸收紅外輻射后發(fā)生振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷，該處波長(zhǎng)的光就被物質(zhì)吸收。所以，紅外光譜法實(shí)質(zhì)上是一種根據(jù)分子內(nèi)部原子間的相對(duì)振動(dòng)和分子轉(zhuǎn)動(dòng)等信息來(lái)確定物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和鑒別化合物的分析方法。將分子吸收紅外光的情況用儀器記錄下來(lái)，就得到紅外光譜圖。

近紅外光是一種介于可見(jiàn)光(VIS)和中紅外光(IR)之間的電磁波，美國(guó)材料檢測(cè)協(xié)會(huì)(ASTM)，將其定義為波長(zhǎng)780～2526nm的光譜區(qū)。利用近紅外光譜的優(yōu)點(diǎn)有：1.簡(jiǎn)單方便，有不同的測(cè)樣器件可直接測(cè)定液體、固體、半固體和膠狀體等樣品，檢測(cè)成本低。2.分析速度快，一般樣品可在1min內(nèi)完成。3.適用于近紅外分析的光導(dǎo)纖維易得到，故易實(shí)現(xiàn)在線分析及監(jiān)測(cè)，極適合于生產(chǎn)過(guò)程和惡劣環(huán)境下的樣品分析。4.不損傷樣品可稱為無(wú)損檢測(cè)。5.分辨率高可同時(shí)對(duì)樣品多個(gè)組分進(jìn)行定性和定量分析等。所以目前近紅外技術(shù)在食品產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用較廣泛。

這種技術(shù)專門用在共價(jià)鍵的分析。如果樣品的紅外活躍鍵少、純度高，得到的光譜會(huì)相當(dāng)清晰，效果好。更加復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致更多的鍵吸收，從而得到復(fù)雜的光譜。但是，這項(xiàng)技術(shù)還是用在了非常復(fù)雜的混合物的定性研究當(dāng)中。

四、紅外光譜的基本原理

紅外光譜法實(shí)質(zhì)上是一種根據(jù)分子內(nèi)部原子間的相對(duì)振動(dòng)和分子轉(zhuǎn)動(dòng)等信息來(lái)確定物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和鑒別化合物的分析方法。

紅外光譜的原理是當(dāng)一束具有連續(xù)波長(zhǎng)的紅外光通過(guò)物質(zhì)，物質(zhì)分子中某個(gè)基團(tuán)的振動(dòng)頻率或轉(zhuǎn)動(dòng)頻率和紅外光的頻率一樣時(shí)，分子就吸收能量由原來(lái)的基態(tài)振(轉(zhuǎn))動(dòng)能級(jí)躍遷到能量較高的振動(dòng)能級(jí)，分子吸收紅外輻射后發(fā)生振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷，該處波長(zhǎng)的光就被物質(zhì)吸收。

所以，紅外光譜法實(shí)質(zhì)上是一種根據(jù)分子內(nèi)部原子間的相對(duì)振動(dòng)和分子轉(zhuǎn)動(dòng)等信息來(lái)確定物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和鑒別化合物的分析方法。

紅外光譜 (Infrared Spectroscopy, IR) 的研究開(kāi)始于 20 世紀(jì)初期，自 1940 年商品紅外光譜儀問(wèn)世以來(lái)，紅外光譜在有機(jī)化學(xué)研究中得到廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)在一些新技術(shù) （如發(fā)射光譜、光聲光譜、色，紅聯(lián)用等） 的出現(xiàn)，使紅外光譜技術(shù)得到更加蓬勃的發(fā)展。

量子力學(xué)：

量子力學(xué)研究表明，分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的能量不是連續(xù)的，而是量子化的，即限定在一些分立的、特定的能量狀態(tài)或能級(jí)上。以最簡(jiǎn)單的雙原子為例，如果認(rèn)為原子間振動(dòng)符合簡(jiǎn)諧振動(dòng)規(guī)律，則其振動(dòng)能量Ev可近似地表示為：式中h為普朗克常數(shù)；v為振動(dòng)量子數(shù)（取正整數(shù)）；v0為簡(jiǎn)諧振動(dòng)頻率。當(dāng)v=0時(shí)，分子的能量最低，稱為基態(tài)。

處于基態(tài)的分子受到頻率為v0的紅外射線照射時(shí)，分子吸收了能量為hv0的光量子，躍遷到第一激發(fā)態(tài)，得到了頻率為v0的紅外吸收帶。反之，處于該激發(fā)態(tài)的分子也可發(fā)射頻率為v0的紅外射線而恢復(fù)到基態(tài)。v0的數(shù)值決定于分子的約化質(zhì)量μ和力常數(shù)k。k決定于原子的核間距離、原子在周期表中的位置和化學(xué)鍵的鍵級(jí)等。

分子越大，紅外譜帶也越多，例如含12個(gè)原子的分子，它的簡(jiǎn)正振動(dòng)應(yīng)有30種，它的基頻也應(yīng)有30條譜帶，還可能有強(qiáng)度較弱的倍頻、合頻、差頻譜帶以及振動(dòng)能級(jí)間的微擾作用，使相應(yīng)的紅外光譜更為復(fù)雜。

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