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紅外光譜儀的工作原理是什么?

閱讀:2697      發(fā)布時(shí)間:2022-6-20
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  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(jì)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(jì)而言,當(dāng)樣品吸收了一定頻率的紅外輻射后,分子的振動(dòng)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。
  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400-10cm-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4000-400cm-1)可以用來研究基礎(chǔ)震動(dòng)和相關(guān)的旋轉(zhuǎn)-震動(dòng)結(jié)構(gòu)。更高能量的近紅外光(14000-4000cm-1)可以激發(fā)泛音和諧波震動(dòng)。紅外光譜法的工作原理是由于震動(dòng)能級不同,化學(xué)鍵具有不同的頻率。共振頻率或者振動(dòng)頻率取決于分子等勢面的形狀、原子質(zhì)量、和最終的相關(guān)振動(dòng)耦合。為使分子的振動(dòng)模式在紅外活躍,必須存在雙極子的改變。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(shí),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(dòng)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(huì)有許多鍵,并且振動(dòng)可能會(huì)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(dòng)”、“左右搖擺”、“上下?lián)u擺”和“扭擺”六種方式振動(dòng)。

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