紅外其實已經是一種比較成熟的測試手段了，在很多教科書中都能找到。鑒于有很多朋友希望我們能夠進行一些簡單的總結歸納，這里我們對紅外光譜進行簡單的分享。今天我們將進行一些基本原理的介紹。

什么是光譜技術?有哪些分類，紅外屬于哪一類?

光譜分析是一種根據物質的光譜來鑒別物質及確定它的化學組成，結構或者相對含量的方法。按照分析原理，光譜技術主要分為吸收光譜，發(fā)射光譜和散射光譜三種；按照被測位置的形態(tài)來分類，光譜技術主要有原子光譜和分子光譜兩種。紅外光譜屬于分子光譜，有紅外發(fā)射和紅外吸收光譜兩種，常用的一般為紅外吸收光譜。

紅外吸收光譜的定義及產生

分子的振動能量比轉動能量大，當發(fā)生振動能級躍遷時，不可避免地伴隨有轉動能級的躍遷，所以無法測量純粹的振動光譜，而只能得到分子的振動-轉動光譜，這種光譜稱為紅外吸收光譜紅外吸收光譜也是一種分子吸收光譜。

當樣品受到頻率連續(xù)變化的紅外光照射時，分子吸收了某些頻率的輻射并由其振動或轉動運動引起偶極矩的凈變化，產生分子振動和轉動能級從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷，使相應于這些吸收區(qū)域的透射光強度減弱。記錄紅外光的百分透射比與波數或波長關系曲線，就得到紅外光譜。

紅外吸收光譜的基本原理是什么?

分子運動有平動，轉動，振動和電子運動四種，其中后三種為量子運動。分子從較低的能級E1，吸收一個能量為hv的光子，可以躍遷到較高的能級E2,整個運動過程滿足能量守恒定律E2-E1=hv。能級之間相差越小，分子所吸收的光的頻率越低，波長越長。

紅外吸收光譜是由分子振動和轉動躍遷所引起的,組成化學鍵或官能團的原子處于不斷振動(或轉動)的狀態(tài)，其振動頻率與紅外光的振動頻率相當。所以，用紅外光照射分子時，分子中的化學鍵或官能團可發(fā)生振動吸收，不同的化學鍵或官能團吸收頻率不同，在紅外光譜上將處于不同位置，從而可獲得分子中含有何種化學鍵或官能團的信息。

紅外光譜法實質上是一種根據分子內部原子間的相對振動和分子轉動等信息來確定物質分子結構和鑒別化合物的分析方法。

分子的轉動能級差比較小，所吸收的光頻率低，波長很長，所以分子的純轉動能譜出現在遠紅外區(qū)(25-300 μm)。振動能級差比轉動能級差要大很多，分子振動能級躍遷所吸收的光頻率要高一些，分子的純振動能譜一般出現在中紅外區(qū)(2.5-25 μm)。(注：分子的電子能級躍遷所吸收的光在可見以及紫外區(qū)，屬于紫外可見吸收光譜的范疇)

值得注意的是，只有當振動時，分子的偶極矩發(fā)生變化時，該振動才具有紅外活性(注：如果振動時，分子的極化率發(fā)生變化，則該振動具有拉曼活性)。

紅外光譜儀基本原理

紅外光譜儀是利用物質對不同波長的紅外輻射的吸收特性，進行分子結構和化學組成分析的儀器。紅外光譜儀通常由光源，單色器，探測器和計算機處理信息系統(tǒng)組成。根據分光裝置的不同，分為色散型和干涉型。

對色散型雙光路光學零位平衡紅外分光光度計而言，當樣品吸收了一定頻率的紅外輻射后，分子的振動能級發(fā)生躍遷，透過的光束中相應頻率的光被減弱，造成參比光路與樣品光路相應輻射的強度差，從而得到所測樣品的紅外光譜。

傅立葉變換紅外光譜儀被稱為第三代紅外光譜儀，利用麥克爾遜干涉儀將兩束光程差按一定速度變化的復色紅外光相互干涉，形成干涉光，再與樣品作用。探測器將得到的干涉信號送入到計算機進行傅立葉變化的數學處理，把干涉圖還原成光譜圖。

光源發(fā)出的光被分束器(類似半透半反鏡)分為兩束，一束經透射到達動鏡，另一束經反射到達定鏡。兩束光分別經定鏡和動鏡反射再回到分束器，動鏡以一恒定速度作直線運動，因而經分束器分束后的兩束光形成光程差，產生干涉。干涉光在分束器會合后通過樣品池，通過樣品后含有樣品信息的干涉光到達檢測器，然后通過傅里葉變換對信號進行處理，Z終得到透過率或吸光度隨波數或波長的紅外吸收光譜圖。

紅外光譜儀主要特點

（1）、掃描速度更快，色散型紅外儀器一般需要20分鐘左右，而傅里葉幾十秒就可以了。這主要是因為傅里葉變換紅外光譜儀是按照全波段進行數據采集的，得到的光譜是對多次數據采集求平均后的結果。

（2）、傅里葉紅外光譜儀較色散紅外儀器，信噪比和分辨率都高，傅里葉紅外能達到15000以上的信噪比和0.5波數的分辨率。傅里葉變換紅外光譜儀所用的光學元件少，沒有光柵或棱鏡分光器，降低了光的損耗，而且通過干涉進一步增加了光的信號，因此到達檢測器的輻射強度大，信噪比高。

（3）、傅里葉變換紅外光譜儀采用的傅里葉變換對光的信號進行處理，避免了電機驅動光柵分光時帶來的誤差，所以重現性比較好。

（4）、另外，傅里葉紅外能擴展更多的附件，而色散紅外儀器的局限性就較大。

紅外光譜儀應用范圍

對樣品進行定性和定量分析，一般適合于有機物、無機物、聚合物、蛋白質二級結構、包裹體、微量樣品的分析。此外，通過儀器配備的光譜譜庫，可對未知物樣品光譜可以進行譜庫檢索，對混合物樣品可以進行剖析。廣泛應用于醫(yī)藥化工、地礦、石油、煤炭、環(huán)保、海關、寶石鑒定、刑偵鑒定等領域。

紅外光譜儀操作環(huán)境與方法

儀器環(huán)境要求

室內溫度：18℃～25℃

相對濕度：≤60%

儀器條件

儀器供電電壓：220v±10%，頻率50hz±10%