【儀器科普】紅外光譜儀的原理及應用

之恒儀器

原理
分子振動與轉動：分子中的原子以不同的方式振動和轉動，這些振動和轉動能級是量子化的。當紅外光照射到分子上時，只有當紅外光的頻率與分子振動、轉動頻率相匹配時，分子才能吸收紅外光的能量，從較低的能級躍遷到較高的能級，從而產生紅外吸收光譜。
特征吸收峰：不同的化學鍵或官能團具有不同的振動頻率，因此在紅外光譜中會出現特定位置的吸收峰。例如，羰基(C=O)的伸縮振動在 1700 cm?1 左右有強吸收峰，羥基(O - H)的伸縮振動在 3200 - 3600 cm?1 有寬而強的吸收峰。通過分析這些特征吸收峰，可以確定分子中存在的化學鍵和官能團。
應用
1.化合物結構鑒定
未知物分析：通過對未知化合物的紅外光譜進行解析，找出其特征吸收峰，與已知化合物的標準光譜或光譜數據庫進行比對，從而確定未知物的結構。
官能團確認：根據紅外光譜中特定官能團的吸收峰，判斷化合物中是否存在相應的官能團。例如，在紅外光譜中出現 1600 - 1680 cm?1 的吸收峰，可初步判斷化合物中含有碳碳雙鍵。
2.化學反應監測
反應進程跟蹤：在化學反應過程中，通過定期采集反應混合物的紅外光譜，觀察反應物和產物特征吸收峰的變化，可以了解反應的進行程度和反應機理。例如，在酯的水解反應中，隨著反應的進行，酯羰基的吸收峰會逐漸減弱，而羧基的吸收峰會逐漸增強。
反應終點判斷：當反應體系的紅外光譜不再發生明顯變化時，通常可以認為反應達到了終點。
3.材料分析
聚合物研究：用于分析聚合物的結構、結晶度、取向等。例如，通過紅外光譜可以研究聚乙烯、聚丙烯等聚合物的鏈結構和結晶形態。
復合材料分析：可以確定復合材料中各組分的存在和分布情況。例如，在碳纖維增強復合材料中，通過紅外光譜可以分析碳纖維表面的官能團以及樹脂基體的固化程度。
4.質量控制與鑒定
藥品鑒別：在藥品生產中，紅外光譜常用于藥品的真偽鑒別和質量控制。每種藥品都有其獨特的紅外光譜，通過與標準光譜對比，可以判斷藥品的質量是否合格。
食品檢測：可用于檢測食品中的添加劑、污染物以及食品的品質變化。例如，通過紅外光譜可以檢測食用油中的脂肪酸組成和氧化程度。

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