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島津紅外光譜儀的研究始于 20 世紀(jì)初，自1940 年紅外光譜儀問(wèn)世，紅外光譜在有機(jī)化學(xué)研究中廣泛應(yīng)用。新技術(shù) （如發(fā)射光譜、光聲光譜、色紅聯(lián)用等） 出現(xiàn)，使紅外光譜技術(shù)得到發(fā)展。可以用來(lái)檢測(cè)物質(zhì)具有的化學(xué)鍵及官能團(tuán)。

島津紅外光譜儀的原理

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。紅外光譜圖通常用波長(zhǎng)(λ)或波數(shù)(σ)為橫坐標(biāo)，表示吸收峰的位置，用透光率(T%)或者吸光度(A)為縱坐標(biāo)，表示吸收強(qiáng)度。

當(dāng)外界電磁波照射分子時(shí)，如照射的電磁波的能量與分子的兩能級(jí)差相等，該頻率的電磁波就被該分子吸收，從而引起分子對(duì)應(yīng)能級(jí)的躍遷，宏觀表現(xiàn)為透射光強(qiáng)度變小。電磁波能量與分子兩能級(jí)差相等為物質(zhì)產(chǎn)生紅外吸收光譜必須滿(mǎn)足條件之一，這決定了吸收峰出現(xiàn)的位置。

紅外吸收光譜產(chǎn)生的第二個(gè)條件是紅外光與分子之間有偶合作用，為了滿(mǎn)足這個(gè)條件，分子振動(dòng)時(shí)其偶極矩必須發(fā)生變化。這實(shí)際上保證了紅外光的能量能傳遞給分子，這種能量的傳遞是通過(guò)分子振動(dòng)偶極矩的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。并非所有的振動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生紅外吸收，只有偶極矩發(fā)生變化的振動(dòng)才能引起可觀測(cè)的紅外吸收，這種振動(dòng)稱(chēng)為紅外活性振動(dòng)；偶極矩等于零的分子振動(dòng)不能產(chǎn)生紅外吸收，稱(chēng)為紅外非活性振動(dòng)。

分子的振動(dòng)形式可以分為兩大類(lèi)：伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)。前者是指原子沿鍵軸方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)過(guò)程中鍵長(zhǎng)發(fā)生變化。后者是指原子垂直于化學(xué)鍵方向的振動(dòng)。通常用不同的符號(hào)表示不同的振動(dòng)形式，例如，伸縮振動(dòng)可分為對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)和反對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)，分別用 Vs 和Vas 表示。彎曲振動(dòng)可分為面內(nèi)彎曲振動(dòng)(δ)和面外彎曲振動(dòng)(γ)。從理論上來(lái)說(shuō)，每一個(gè)基本振動(dòng)都能吸收與其頻率相同的紅外光，在紅外光譜圖對(duì)應(yīng)的位置上出現(xiàn)一個(gè)吸收峰。實(shí)際上有一些振動(dòng)分子沒(méi)有偶極矩變化是紅外非活性的；另外有一些振動(dòng)的頻率相同，發(fā)生簡(jiǎn)并；還有一些振動(dòng)頻率超出了儀器可以檢測(cè)的范圍，這些都使得實(shí)際紅外譜圖中的吸收峰數(shù)目大大低于理論值。

組成分子的各種基團(tuán)都有自己特定的紅外特征吸收峰。不同化合物中，同一種官能團(tuán)的吸收振動(dòng)總是出現(xiàn)在一個(gè)窄的波數(shù)范圍內(nèi)，但它不是出現(xiàn)在一個(gè)固定波數(shù)上，具體出現(xiàn)在哪一波數(shù)，與基團(tuán)在分子中所處的環(huán)境有關(guān)。引起基團(tuán)頻率位移的因素是多方面的，其中外部因素主要是分子所處的物理狀態(tài)和化學(xué)環(huán)境，如溫度效應(yīng)和溶劑效應(yīng)等。對(duì)于導(dǎo)致基團(tuán)頻率位移的內(nèi)部因素，迄今已知的有分子中取代基的電性效應(yīng)：如誘導(dǎo)效應(yīng)、共軛效應(yīng)、中介效應(yīng)、偶極場(chǎng)效應(yīng)等；機(jī)械效應(yīng)：如質(zhì)量效應(yīng)、張力引起的鍵角效應(yīng)、振動(dòng)之間的耦合效應(yīng)等。這些問(wèn)題雖然已有不少研究報(bào)道，并有較為系統(tǒng)的論述，但是，若想按照某種效應(yīng)的結(jié)果來(lái)定量地預(yù)測(cè)有關(guān)基團(tuán)頻率位移的方向和大小，卻往往難以做到，因?yàn)檫@些效應(yīng)大都不是單一出現(xiàn)的。這樣，在進(jìn)行不同分子間的比較時(shí)就很困難。

另外氫鍵效應(yīng)和配位效應(yīng)也會(huì)導(dǎo)致基團(tuán)頻率位移，如果發(fā)生在分子間，則屬于外部因素，若發(fā)生在分子內(nèi)，則屬于分子內(nèi)部因素。

紅外譜帶的強(qiáng)度是一個(gè)振動(dòng)躍遷概率的量度，而躍遷概率與分子振動(dòng)時(shí)偶極矩的變化大小有關(guān)，偶極矩變化愈大，譜帶強(qiáng)度愈大。偶極矩的變化與基團(tuán)本身固有的偶極矩有關(guān)，故基團(tuán)極性越強(qiáng)，振動(dòng)時(shí)偶極矩變化越大，吸收譜帶越強(qiáng)；分子的對(duì)稱(chēng)性越高，振動(dòng)時(shí)偶極矩變化越小，吸收譜帶越弱。