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| 红外光谱的基本原理 |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2013-09-23 20:33:45 浏览次数： |
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(中国粉体技术网/三水) 在电磁波谱中，波长范围为0.75-1000μm、介于可见光与微波之间的电磁辐射称为红外光。根据红外辐射定律，任何物体，只要温度高于0K，都要向周围环境发射红外辐射，只是随温度不同，辐射特性发生变化而已。红外波段按波长又可分为三个区：近红外区（0.78-2.5μm）、中红外区（2.5-25μm）及远红外区（25-1000μm）。近红外光谱是粒子的电子态跃迁和分子的倍频振动产生的；中红外光谱是分子振动态跃迁产生的；而远红外光谱是分子转动能级跃迁或晶格振动产生的。多数无机固体红外光谱只涉及中红外区，大多数化合物的化学键振动能级的跃迁发生在这一区域，在此区域出现的光谱为分子振动光谱，即红外光谱。
分子振动可以近似地看做是分子中的原子以平衡点为中心，以很小的振幅做周期性的振动。这种分子振动的模型可以用经典简谐振动的模型来模拟，如图1所示，把分子看成是一个弹簧连接两个小球，两个小球的质量相当于分子中两个原子的质量，弹簧的长度就是分子化学键的长度，小球间弹簧的张力相当于分子的化学键。这个体系的振动频率取决于弹簧的强度和小球的质量，即化学键的强度和两个原子的相对原子质量。其振动是在连接两个小球的键轴方向发生的。
图1 由弹簧联结的两个质点从其平衡位置的位移
简正振动的特点是分子质心在振动过程中保持不变，所有的原子都在同一瞬间通过各自的平衡位置。每个简正振动代表一种振动方式，有它自己的特征振动频率。
例如，水分子由3个原子组成，共有3个简正振动，其振动方式如图2所示。黑点代表氧原子，白点代表氢原子。
图2 水分子的振动方式
复杂分子的简正振动方式虽然很复杂，但主要可分两大类，即伸缩振动和弯曲振动。所谓伸缩振动，是指原子沿着键轴方向伸缩使键长发生变化的振动。伸缩振动按其对称性的不同分为对称伸缩振动和反对称伸缩振动。前者在振动时各键同时伸长或缩短；后者在振动时，某些键伸长另外的键则缩短。
弯曲振动又称变形振动，一般是指键角发生变化的振动。弯曲振动分为面内弯曲振动和面外弯曲振动。面内弯曲振动的振动方向位于分子的平面内，而面外弯曲振动则是在垂直于分子平面方向上的振动。
面内弯曲振动又分为剪式振动和平面摇摆振动。两个原子在同一平面内彼此相向弯曲称剪式振动，若基团键角不发生变化只是作为一个整体在分子的平面内左右摇摆，即所谓平面摇摆振动。
面外弯曲振动也分为两种，一种是扭曲振动，振动时基团离开纸面，方向相反地来回扭动；另一种是非平面摇摆振动，振动时基团作为整体在垂直于分子对称面的方向摇摆，基团键角不发生变化。 |
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