一定頻率的紅外光輻照能導致被照射物質分子在振動、轉動能級上的躍遷。當分子中某些化學鍵或基團(具有偶極特性)的振動頻率與紅外輻射的頻率一致時,分子便吸收此紅外輻射(一種共振吸收)。若以頻率連續(xù)改變的紅外光輻照試樣,由于試樣對不同頻率的紅外光的吸收不同,便得到以吸光度A或透光率T為縱坐標,紅外輻射波數(shù)或波長為橫坐標的紅外光譜圖。
一個分子的振動涉及到多個原子的共同運動,它分為延著化學鍵的伸縮和彎曲兩類振動方式。其振動頻率主要決定于原子的質量與化學鍵的強度。質量越小,化學鍵越強,則振動頻率越高。因此不同官能團或基團將有其特征頻率區(qū)。例如,—OH基團在3650~3200cm-1區(qū)間有強寬峰,同時,在 1400~1260cm-1出現(xiàn)弱峰;—NH基團在3500~3100cm-1處有強峰,還在1650~1550cm-1處出現(xiàn)弱峰; 基團在1700cm-1左右有強峰,—CH3,—CH2,基團在2960cm-1,2850cm-1有強峰,同時在1450cm-1,1375cm-1有強峰等。圖14-12是戊酮的紅外光譜圖。圖中從1300~4000cm-1的頻率范圍內可以清楚地看到—CH3,—CH2—與 基團的C—H,CO鍵的伸縮振動的吸收峰。人們通常將此范圍內的譜峰稱為官能團區(qū)的譜峰,它對于了解所測定的化合物內的官能團十分重要。而在 1300~600cm-1范圍內的譜峰特征性更強,由于此區(qū)的譜峰猶如人手的指紋,故稱為指紋區(qū)譜帶。指紋區(qū)譜帶比較復雜,辨認起來比較困難。結構分析時就是利用確定了的、所存在的化學基團來推測鑒定未知物的結構組成。
紅外光譜儀常用硅碳棒等在高溫下作為紅外光源。它所發(fā)生的紅外光透過樣品池(常用NaCl晶片做成)進入光學單色器和檢測器,最后用記錄器記錄下紅外光譜。目前傅里葉變換紅外(FT-IR)光譜儀已相當普及,可使測量快速,靈敏度提高。
紅外光譜法的特點與應用范圍是:
(1)FT-IR譜儀的廣泛使用使IR光譜法靈敏度大大提高,檢測限可達10-9~10-12g;分辨率高,精度可達0.01cm-1。
(2)操作方便、快速。
(3)廣泛用作定性分析。因為化合物分子的微小的結構差異常?芍苯臃从吃IR譜圖上,所以可應用于有機物及無機物的結構分析,尤其常應用于鑒定有機分子中的官能團。也可把紅外與其它儀器分析法配合起來使用進行結構分析。