红外光谱仪的工作原理是什么?

Question

如题所述

Answer 1

1. 红外光谱仪的工作原理是分析物质的分子结构和化学组成，通过物质对红外辐射的吸收特性来实现。
2. 该仪器通常由光源、单色器、探测器和计算机处理信息系统组成，其工作方式可根据分光装置的不同分为色散型和干涉型。
3. 在色散型双光路光学零位平衡红外分光光度计中，样品吸收红外辐射后，分子的振动能级发生跃迁，导致参比光路与样品光路相应辐射的强度差，从而得到样品的红外光谱。
4. 电磁光谱的红外部分根据与可见光谱的关系，可以分为近红外光、中红外光和远红外光。远红外光能量较低，适合用于旋转光谱学；中红外光可用于研究基础震动和相关的旋转-震动结构；而近红外光能量较高，可以激发泛音和谐波震动。
5. 红外光谱法的工作原理是，不同的化学键因震动能级不同而具有不同的频率。共振频率或者率取决于分子等势面的形状、原子质量以及相关振动耦合。
6. 为使分子的振动模式在红外区域活跃，必须存在永久双极子的改变。在波恩-奥本海默和谐振子近似中，分子的电子能量基态的势面决定的固有振荡模，决定了共振频率。
7. 共振频率经过一次近似后，与键的强度和键两头的原子质量有关，从而使振动频率可以与特定的键型联系起来。
8. 复杂的分子可能会有许多键，并且振动可能会共轭出现，导致某种特征频率的红外吸收可以和化学组联系起来。例如，在有机化合物中常见的CH2组，可以通过六种不同的振动方式（对称和非对称伸缩、剪刀式摆动、左右摇摆、上下摇摆和扭摆）在红外光谱中表现出不同的吸收特征。