【儀器科普】紅外光譜儀的原理及應(yīng)用

之恒儀器

原理
分子振動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)：分子中的原子以不同的方式振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，這些振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)是量子化的。當(dāng)紅外光照射到分子上時(shí)，只有當(dāng)紅外光的頻率與分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相匹配時(shí)，分子才能吸收紅外光的能量，從較低的能級(jí)躍遷到較高的能級(jí)，從而產(chǎn)生紅外吸收光譜。
特征吸收峰：不同的化學(xué)鍵或官能團(tuán)具有不同的振動(dòng)頻率，因此在紅外光譜中會(huì)出現(xiàn)特定位置的吸收峰。例如，羰基(C=O)的伸縮振動(dòng)在 1700 cm?1 左右有強(qiáng)吸收峰，羥基(O - H)的伸縮振動(dòng)在 3200 - 3600 cm?1 有寬而強(qiáng)的吸收峰。通過(guò)分析這些特征吸收峰，可以確定分子中存在的化學(xué)鍵和官能團(tuán)。
應(yīng)用
1.化合物結(jié)構(gòu)鑒定
未知物分析：通過(guò)對(duì)未知化合物的紅外光譜進(jìn)行解析，找出其特征吸收峰，與已知化合物的標(biāo)準(zhǔn)光譜或光譜數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，從而確定未知物的結(jié)構(gòu)。
官能團(tuán)確認(rèn)：根據(jù)紅外光譜中特定官能團(tuán)的吸收峰，判斷化合物中是否存在相應(yīng)的官能團(tuán)。例如，在紅外光譜中出現(xiàn) 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(xué)反應(yīng)監(jiān)測(cè)
反應(yīng)進(jìn)程跟蹤：在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，通過(guò)定期采集反應(yīng)混合物的紅外光譜，觀察反應(yīng)物和產(chǎn)物特征吸收峰的變化，可以了解反應(yīng)的進(jìn)行程度和反應(yīng)機(jī)理。例如，在酯的水解反應(yīng)中，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，酯羰基的吸收峰會(huì)逐漸減弱，而羧基的吸收峰會(huì)逐漸增強(qiáng)。
反應(yīng)終點(diǎn)判斷：當(dāng)反應(yīng)體系的紅外光譜不再發(fā)生明顯變化時(shí)，通常可以認(rèn)為反應(yīng)達(dá)到了終點(diǎn)。
3.材料分析
聚合物研究：用于分析聚合物的結(jié)構(gòu)、結(jié)晶度、取向等。例如，通過(guò)紅外光譜可以研究聚乙烯、聚丙烯等聚合物的鏈結(jié)構(gòu)和結(jié)晶形態(tài)。
復(fù)合材料分析：可以確定復(fù)合材料中各組分的存在和分布情況。例如，在碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中，通過(guò)紅外光譜可以分析碳纖維表面的官能團(tuán)以及樹(shù)脂基體的固化程度。
4.質(zhì)量控制與鑒定
藥品鑒別：在藥品生產(chǎn)中，紅外光譜常用于藥品的真?zhèn)舞b別和質(zhì)量控制。每種藥品都有其獨(dú)特的紅外光譜，通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)光譜對(duì)比，可以判斷藥品的質(zhì)量是否合格。
食品檢測(cè)：可用于檢測(cè)食品中的添加劑、污染物以及食品的品質(zhì)變化。例如，通過(guò)紅外光譜可以檢測(cè)食用油中的脂肪酸組成和氧化程度。

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