紅外光譜儀理論

電磁光譜的紅外部分根據(jù)其同可見光譜的關(guān)系，可分為近紅外光、中紅外光和遠(yuǎn)紅外光。 遠(yuǎn)紅外光（大約400-10 cm-1）同微波毗鄰，能量低，可以用于旋轉(zhuǎn)光譜學(xué)。中紅外光（大約4000-400 cm-1）可以用來研究基礎(chǔ)震動和相關(guān)的旋轉(zhuǎn)-震動結(jié)構(gòu)。更高能量的近紅外光（14000-4000 cm-1）可以激發(fā)泛音和諧波震動。紅外光譜法的工作原理是由于震動能級不同，化學(xué)鍵具有不同的頻率。共振頻率或者振動頻率取決于分子等勢面的形狀、原子質(zhì)量、和之后的相關(guān)振動耦合。為使分子的振動模式在紅外活躍，必須存在長期雙極子的改變。具體的，在波恩-奧本海默和諧振子近似中，例如，當(dāng)對應(yīng)于電子基態(tài)的分子哈密頓量能被分子幾何結(jié)構(gòu)的平衡態(tài)附近的諧振子近似時，分子電子能量基態(tài)的勢面決定的固有振蕩模，決定了共振頻率。然而，共振頻率經(jīng)過一次近似后同鍵的強(qiáng)度和鍵兩頭的原子質(zhì)量聯(lián)系起來。這樣，振動頻率可以和特定的鍵型聯(lián)系起來。簡單的雙原子分子只有一種鍵，那就是伸縮。更復(fù)雜的分子可能會有許多鍵，并且振動可能會共軛出現(xiàn)，導(dǎo)致某種特征頻率的紅外吸收可以和化學(xué)組聯(lián)系起來。常在有機(jī)化合物中發(fā)現(xiàn)的CH2組，可以以 “對稱和非對稱伸縮”、“剪刀式擺動”、“左右搖擺”、“上下?lián)u擺”和“扭擺”六種方式振動。

紅外光譜儀的測量的過程

由于每一種元素都有自己的特征譜線，因此可以根據(jù)光譜來鑒別物質(zhì)和確定它的化學(xué)組成，這種方法叫做光譜分析。光譜分析儀的優(yōu)點是非常靈敏而且迅速，在材料成分分析和結(jié)構(gòu)分析中起著重要作用。每種元素的特征光譜通常包括很多譜線，判斷元素的存在并不需要將該元素所有譜線都找出來，而只需要找出23根靈敏線即可。靈敏線是一些徼發(fā)電位低的光譜線，它們的強(qiáng)度大，在很低含量就能出現(xiàn)。材料成分的定性分析一般選用靈敏線作為分析線，用元素光譜圖對比即可。定量分析是根據(jù)被分析元素譜線的強(qiáng)度確定其含量的。光譜分析儀中待測試樣被激發(fā)后產(chǎn)生特征光，由入射狹縫經(jīng)光柵依波長分光后，形成不同波長的光分通道，由光電倍增管將光信號轉(zhuǎn)為電信號，再經(jīng)各通道的電流頻率轉(zhuǎn)換器形成不同頻率的脈沖信號，計算機(jī)專門設(shè)計計數(shù)器對脈沖進(jìn)行計數(shù)，其計數(shù)值即為各單色光的譜線強(qiáng)度。

近紅外光譜儀的優(yōu)點

近紅外光譜儀種類繁多，從應(yīng)用的角度分類，可以分為在線過程監(jiān)測儀器、儀器和通用儀器。從儀器獲得的光譜信息來看，有只測定幾個波長的儀器，也有可以測定整個近紅外譜區(qū)的研究型儀器；有于測定短波段的近紅外光譜，也有的適用于測定長波段的近紅外光譜。較為常用的分類模式是依據(jù)儀器的分光形式進(jìn)行的分類，可分為濾光片型、色散型(光柵、棱鏡)、傅里葉變換型等類型。

紅外光譜儀應(yīng)用

紅外光譜對樣品的適用性相當(dāng)廣泛，固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)樣品都能應(yīng)用，無機(jī)、有機(jī)、高分子化合物都可檢測。此外，紅外光譜還具有測試迅速，操作方便，重復(fù)性好，靈敏度高，試樣用量少，儀器結(jié)構(gòu)簡單等特點，因此，它已成為現(xiàn)代結(jié)構(gòu)化學(xué)和分析化學(xué)常用和不可缺少的工具。紅外光譜在高聚物的構(gòu)型、構(gòu)象、力學(xué)性質(zhì)的研究以及物理、天文、氣象、遙感、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用 [3]  。液態(tài)水的紅外光譜紅外吸收峰的位置與強(qiáng)度反映了分子結(jié)構(gòu)上的特點，可以用來鑒別未知物的結(jié)構(gòu)組成或確定其化學(xué)基團(tuán)；而吸收譜帶的吸收強(qiáng)度與化學(xué)基團(tuán)的含量有關(guān)，可用于進(jìn)行定量分析和純度鑒定。另外，在化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理研究上，紅外光譜也發(fā)揮了一定的作用。但其應(yīng)用廣的還是未知化合物的結(jié)構(gòu)鑒定。