紅外分光光度法
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紅外光譜學是光譜學中研究電磁光譜紅外部分的分支。它包括了許多技術(shù)，到目前為止最常用的是吸收光譜學。同所有的分光鏡技術(shù)一樣，它可以被用來鑒別一種化合物和研究樣品的成分。紅外光譜學相關(guān)表見于文獻，方便查找。
目錄 |
理論
化學鍵的振動是量子化的。分子會吸收特定頻率的紅外線，使化學鍵由振動基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)（通常是第一激發(fā)態(tài)）。在通常狀態(tài)下，分子的所有共價鍵幾乎全部處于振動的基態(tài)。化學鍵的振動可用簡諧振子近似，所以欲使化學鍵振動能級發(fā)生改變，吸收光的頻率應(yīng)為：
其中π為圓周率，c為真空中光速，k為化學鍵的“勁度系數(shù)”，μ為約化質(zhì)量。約化質(zhì)量由下式給出：
其中mA和mB分別為成鍵原子A和B的質(zhì)量。不同的化學鍵，隨著成鍵原子的不同，約化質(zhì)量也會不同；而即使對于相同的成鍵原子，由于化學鍵性質(zhì)不同（比如碳碳雙鍵和碳碳單鍵），其“勁度系數(shù)”也會不同。故而不同化學鍵會有不同的特征頻率。
一個分子的總自由度為3N（N為分子中原子的數(shù)量）。其中平移自由度為3，分別對應(yīng)對于x、y和z三個方向；同樣的，旋轉(zhuǎn)自由度亦為3。所以對于非線型分子，其振動模式（vibrational mode）的數(shù)量為3N-6。由于繞鍵軸旋轉(zhuǎn)不計入旋轉(zhuǎn)自由度，對于線型分子，振動模式的數(shù)量為3N-5。簡單的雙原子分子只有一種振動模式，那就是伸縮。更復雜的分子，其振動方式也更為復雜。例如亞甲基中的碳氫鍵，就可以以 “對稱伸縮”、“非對稱伸縮”、“剪刀式擺動”、“左右搖擺”、“上下?lián)u擺”和“扭擺”六種方式振動（見下圖）。
對稱伸縮
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非對稱伸縮
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剪刀式擺動
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左右搖擺
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上下?lián)u擺
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扭擺
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一般地，紅外光譜上的信號數(shù)量應(yīng)與分子的振動模式數(shù)量相同，但分子的振動模式若為紅外活躍，必須能使分子偶極矩改變；所以并不是所有的振動模式都能在紅外光譜中被觀察到。此外，不同振動模式之間可以耦合，并在紅外光譜上顯示信號。
測量樣品時，一束紅外光穿過樣品，各個波長上的能量吸收被記錄下來。這可以由連續(xù)改變使用的單色波長來實現(xiàn)，也可以用傅立葉變換來一次測量所有的波長。這樣的話，透射光譜或吸收光譜或被記錄下來，顯示出被樣品紅外吸收的波長，從而可以分析出樣品中包含的化學鍵。
這種技術(shù)專門用在共價鍵的分析。如果樣品的紅外活躍鍵少、純度高，得到的光譜會相當清晰，效果好。更加復雜的分子結(jié)構(gòu)會導致更多的鍵吸收，從而得到復雜的光譜。但是，這項技術(shù)還是用在了非常復雜的混合物的定性研究當中。
樣品制備
固態(tài)樣品可溶解于有機溶劑如二氯甲烷、氯仿或甲苯中，獲取光譜前先掃描相應(yīng)的純?nèi)軇┇@得背景光譜，再掃描含有樣品的溶液，通過計算機處理即可獲得樣品的紅外光譜。也可將樣品與礦物油混合研磨制成糊狀物進行掃描。還可以將樣品與溴化鉀研碎混合充分混合后壓片進行掃描。 液態(tài)樣品可以直接通過掃描獲取紅外光譜，也可以制成溶液后進行掃描。
典型方法
在有機分子中吸收鍵的總結(jié)
運用
傅立葉變化紅外光譜學
另見
紅外光譜學相關(guān)表
外部鍵接
參考來源
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