【仪器科普】红外光谱仪的原理及应用

之恒仪器

原理
分子振动与转动：分子中的原子以不同的方式振动和转动，这些振动和转动能级是量子化的。当红外光照射到分子上时，只有当红外光的频率与分子振动、转动频率相匹配时，分子才能吸收红外光的能量，从较低的能级跃迁到较高的能级，从而产生红外吸收光谱。
特征吸收峰：不同的化学键或官能团具有不同的振动频率，因此在红外光谱中会出现特定位置的吸收峰。例如，羰基(C=O)的伸缩振动在 1700 cm⁻¹ 左右有强吸收峰，羟基(O - H)的伸缩振动在 3200 - 3600 cm⁻¹ 有宽而强的吸收峰。通过分析这些特征吸收峰，可以确定分子中存在的化学键和官能团。
应用
1.化合物结构鉴定
未知物分析：通过对未知化合物的红外光谱进行解析，找出其特征吸收峰，与已知化合物的标准光谱或光谱数据库进行比对，从而确定未知物的结构。
官能团确认：根据红外光谱中特定官能团的吸收峰，判断化合物中是否存在相应的官能团。例如，在红外光谱中出现 1600 - 1680 cm⁻¹ 的吸收峰，可初步判断化合物中含有碳碳双键。
2.化学反应监测
反应进程跟踪：在化学反应过程中，通过定期采集反应混合物的红外光谱，观察反应物和产物特征吸收峰的变化，可以了解反应的进行程度和反应机理。例如，在酯的水解反应中，随着反应的进行，酯羰基的吸收峰会逐渐减弱，而羧基的吸收峰会逐渐增强。
反应终点判断：当反应体系的红外光谱不再发生明显变化时，通常可以认为反应达到了终点。
3.材料分析
聚合物研究：用于分析聚合物的结构、结晶度、取向等。例如，通过红外光谱可以研究聚乙烯、聚丙烯等聚合物的链结构和结晶形态。
复合材料分析：可以确定复合材料中各组分的存在和分布情况。例如，在碳纤维增强复合材料中，通过红外光谱可以分析碳纤维表面的官能团以及树脂基体的固化程度。
4.质量控制与鉴定
药品鉴别：在药品生产中，红外光谱常用于药品的真伪鉴别和质量控制。每种药品都有其独特的红外光谱，通过与标准光谱对比，可以判断药品的质量是否合格。
食品检测：可用于检测食品中的添加剂、污染物以及食品的品质变化。例如，通过红外光谱可以检测食用油中的脂肪酸组成和氧化程度。

枯树老鸦

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