光譜儀器專題篇(五)：光譜儀器之紅外光譜儀分類+應(yīng)用

對于光譜儀器，其實我們并不陌生。甚至，在高中的課堂上，我們就使用過簡單的光譜儀器。光譜儀器有很多種類，而紅外光譜儀便是光譜儀器的一種。為增進(jìn)大家對光譜儀器的認(rèn)識，本文將對紅外光譜儀、紅外光譜儀分類以及紅外光譜儀的應(yīng)用予以介紹。如果你對光譜儀器具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、紅外光譜儀及其分類

紅外光譜儀是利用物質(zhì)對不同波長的紅外輻射的吸收特性，進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成分析的儀器。紅外光譜儀通常由光源，單色器，探測器和計算機(jī)處理信息系統(tǒng)組成。根據(jù)分光裝置的不同，分為色散型和干涉型。對色散型雙光路光學(xué)零位平衡紅外分光光度計而言，當(dāng)樣品吸收了一定頻率的紅外輻射后，分子的振動能級發(fā)生躍遷，透過的光束中相應(yīng)頻率的光被減弱，造成參比光路與樣品光路相應(yīng)輻射的強(qiáng)度差，從而得到所測樣品的紅外光譜。

一般分為兩類，一種是光柵掃描的，很少使用;另一種是邁克爾遜干涉儀掃描的，稱為傅立葉變換紅外光譜，這是最廣泛使用的。 光柵掃描的是利用分光鏡將檢測光(紅外光)分成兩束，一束作為參考光，一束作為探測光照射樣品，再利用光柵和單色儀將紅外光的波長分開，掃描并檢測逐個波長的強(qiáng)度，最后整合成一張譜圖。 傅立葉變換紅外光譜是利用邁克爾遜干涉儀將檢測光(紅外光)分成兩束，在動鏡和定鏡上反射回分束器上，這兩束光是寬帶的相干光，會發(fā)生干涉。相干的紅外光照射到樣品上，經(jīng)檢測器采集，獲得含有樣品信息的紅外干涉圖數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉變換后，得到樣品的紅外光譜圖。傅立葉變換紅外光譜具有掃描速率快，分辨率高，穩(wěn)定的可重復(fù)性等特點，被廣泛使用。

二、紅外光譜儀應(yīng)用

應(yīng)用于染織工業(yè)、環(huán)境科學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)、高分子化學(xué)、催化、煤結(jié)構(gòu)研究、石油工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、生物化學(xué)、藥學(xué)、無機(jī)和配位化學(xué)基礎(chǔ)研究、半導(dǎo)體材料、日用化工等研究領(lǐng)域。

紅外光譜可以研究分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵，如力常數(shù)的測定和分子對稱性等，利用紅外光譜方法可測定分子的鍵長和鍵角，并由此推測分子的立體構(gòu)型。根據(jù)所得的力常數(shù)可推知化學(xué)鍵的強(qiáng)弱，由簡正頻率計算熱力學(xué)函數(shù)等。分子中的某些基團(tuán)或化學(xué)鍵在不同化合物中所對應(yīng)的譜帶波數(shù)基本上是固定的或只在小波段范圍內(nèi)變化，因此許多有機(jī)官能團(tuán)例如甲基、亞甲基、羰基，氰基，羥基，胺基等等在紅外光譜中都有特征吸收，通過紅外光譜測定，人們就可以判定未知樣品中存在哪些有機(jī)官能團(tuán)，這為最終確定未知物的化學(xué)結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。

由于分子內(nèi)和分子間相互作用，有機(jī)官能團(tuán)的特征頻率會由于官能團(tuán)所處的化學(xué)環(huán)境不同而發(fā)生微細(xì)變化，這為研究表征分子內(nèi)、分子間相互作用創(chuàng)造了條件。

分子在低波數(shù)區(qū)的許多簡正振動往往涉及分子中全部原子，不同的分子的振動方式彼此不同，這使得紅外光譜具有像指紋一樣高度的特征性，稱為指紋區(qū)。利用這一特點，人們采集了成千上萬種已知化合物的紅外光譜，并把它們存入計算機(jī)中，編成紅外光譜標(biāo)準(zhǔn)譜圖庫。

人們只需把測得未知物的紅外光譜與標(biāo)準(zhǔn)庫中的光譜進(jìn)行比對，就可以迅速判定未知化合物的成份。

當(dāng)代紅外光譜技術(shù)的發(fā)展已使紅外光譜的意義遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了對樣品進(jìn)行簡單的常規(guī)測試并從而推斷化合物的組成的階段。紅外光譜儀與其它多種測試手段聯(lián)用衍生出許多新的分子光譜領(lǐng)域，例如，色譜技術(shù)與紅外光譜儀聯(lián)合為深化認(rèn)識復(fù)雜的混合物體系中各種組份的化學(xué)結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了機(jī)會;把紅外光譜儀與顯微鏡方法結(jié)合起來，形成紅外成像技術(shù)，用于研究非均相體系的形態(tài)結(jié)構(gòu)，由于紅外光譜能利用其特征譜帶有效地區(qū)分不同化合物，這使得該方法具有其它方法難以匹敵的化學(xué)反差。

使用紅外光譜儀對材料進(jìn)行定性分析，廣泛應(yīng)用于各大、專院校，科研院所及廠礦企業(yè)。常見具備紅外光譜儀檢測能力的機(jī)構(gòu)有：四川大學(xué)、西南交通大學(xué)、中藍(lán)晨光化工研究院、華通特種工程塑料研究中心等。

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