先簡(jiǎn)單介紹一下紅外的基本知識(shí):
1. 什么是光譜技術(shù)？紅外屬于哪一類？
光譜分析是一種根據(jù)物質(zhì)光譜識(shí)別物質(zhì)并確定其化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)或相對(duì)含量的方法。根據(jù)分析原理，光譜技術(shù)主要分為吸收光譜、發(fā)射光譜和散射光譜；根據(jù)被測(cè)位置的形式，光譜技術(shù)主要包括原子光譜和分子光譜。紅外光譜屬于分子光譜，包括紅外發(fā)射和紅外吸收光譜，通常用于紅外吸收光譜。
2. 紅外吸收光譜的基本原理是什么？
分子運(yùn)動(dòng)有四種:平動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、振動(dòng)和電子運(yùn)動(dòng)，其中后三種是量子運(yùn)動(dòng)。分子來自較低的能級(jí)E1，吸收一個(gè)能量為hv光子移到更高能級(jí)的光子E2,整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程滿足能量守恒定律E2-E1=hv。能級(jí)之間的差異越小，分子吸收的光頻率越低，波長越長。
紅外吸收光譜是由分子振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)跳躍引起的。組成化學(xué)鍵或官能團(tuán)的原子處于持續(xù)振動(dòng)（或旋轉(zhuǎn)）狀態(tài)，其振動(dòng)頻率相當(dāng)于紅外光的振動(dòng)頻率。因此，當(dāng)紅外光照射分子時(shí)，分子中的化學(xué)鍵或官能組可以振動(dòng)吸收，不同的化學(xué)鍵或官能組吸收頻率不同，紅外光譜將處于不同的位置，以獲得分子中包含的化學(xué)鍵或官能組的信息。
紅外光譜本質(zhì)上是一種根據(jù)分子內(nèi)原子之間的相對(duì)振動(dòng)和分子旋轉(zhuǎn)來確定物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和識(shí)別化合物的分析方法。
分子的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)差相對(duì)較小，吸收的光頻率較低，波長較長，因此遠(yuǎn)紅外地區(qū)出現(xiàn)了分子的純轉(zhuǎn)動(dòng)能譜（25~300 μm）。振動(dòng)能級(jí)差遠(yuǎn)大于旋轉(zhuǎn)能級(jí)差，分子振動(dòng)能級(jí)躍遷吸收的光頻率較高，中紅外地區(qū)一般出現(xiàn)分子純振動(dòng)能譜（2.5~25 μm）。(注:分子電子能級(jí)躍遷吸收的光屬于紫外可見吸收光譜的范疇)
值得注意的是，只有當(dāng)分子的偶極矩發(fā)生變化時(shí)，振動(dòng)才具有紅外活性（注：如果分子的極化率發(fā)生變化，則振動(dòng)具有拉曼活性）。
3. 分子的主要振動(dòng)類型
在中紅外區(qū)域，分子中的基團(tuán)主要有伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)兩種振動(dòng)模式。伸縮振動(dòng)是指基團(tuán)中的原子沿價(jià)鍵方向來回移動(dòng)（對(duì)稱和反對(duì)稱），彎曲振動(dòng)是指垂直于價(jià)鍵方向的運(yùn)動(dòng)（搖擺、扭曲、剪切等），如上圖所示。
4. 紅外光譜和紅外光譜分區(qū)
紅外光譜通常分為三個(gè)區(qū)域：近紅外區(qū)(0.75~2.5 μm)、中紅外區(qū)(2.5~25 μm)和遠(yuǎn)紅外區(qū)(25~300 μm)。一般來說，近紅外光譜是由分子的倍頻和合頻產(chǎn)生的；中紅外光譜屬于分子的基頻振動(dòng)光譜；遠(yuǎn)紅外光譜屬于分子的旋轉(zhuǎn)光譜和某些基團(tuán)的振動(dòng)光譜。（注：由于絕大多數(shù)有機(jī)物和無機(jī)物的基頻吸收帶出現(xiàn)在中紅外區(qū)域，中紅外光譜儀
紅外區(qū)是研究和應(yīng)用最多的區(qū)域，數(shù)據(jù)積累最多，儀器技術(shù)最成熟。紅外光譜通常指中紅外光譜)
根據(jù)吸收峰的來源，吸收峰的來源繪制(2.5~25 μm)一般分為特征頻率區(qū)（2.5~7.7 μm，即4000-1330 cm-1）以及指紋區(qū)（7.7~16.7μm,即1330-400 cm-1）兩個(gè)區(qū)域。其中，特征頻率區(qū)域的吸收峰基本上是由基團(tuán)的伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的。數(shù)量不多，但特點(diǎn)強(qiáng)。因此，它在基團(tuán)識(shí)別工作中非常有價(jià)值，主要用于識(shí)別官能團(tuán)。例如，在酮、酸、酯或酰胺等化合物中，其伸縮振動(dòng)始終存在5.9μm左右有強(qiáng)吸收峰，如譜圖5.9μm左右有強(qiáng)吸收峰，大致可以斷定分子中有基礎(chǔ)。
指紋區(qū)的情況不同，峰多復(fù)雜，特點(diǎn)不強(qiáng)，主要由一些單鍵組成C-O、C-N和C-X(鹵素原子)等C-H、O-H等待含氫基團(tuán)的彎曲振動(dòng)C-C骨架振動(dòng)產(chǎn)生。當(dāng)分子結(jié)構(gòu)稍有不同時(shí)，該區(qū)域的吸收也有細(xì)微的差異。這種情況被稱為指紋區(qū)，因?yàn)槊總€(gè)人都有不同的指紋。指紋區(qū)域?qū)^(qū)分結(jié)構(gòu)相似的化合物非常有幫助。
下表顯示了一些特征基團(tuán)的振動(dòng)頻率，我們將結(jié)合實(shí)例分享以下幾期。
5. 紅外光譜是定性分析還是定量分析？有哪些應(yīng)用？
紅外吸收光譜主要用于定性分析分子中的官能組或定量分析（很少使用，特別是在多組分中）。紅外光譜廣泛應(yīng)用于樣品、固體、液體或氣體樣品、無機(jī)、有機(jī)和聚合物化合物。
在分析未知產(chǎn)品時(shí)，紅外可以給出官方群體信息，結(jié)合質(zhì)譜、核磁性、單晶衍射等方法，幫助確認(rèn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)（應(yīng)用最廣泛）；紅外，特別是原位紅外，可用于確定中間產(chǎn)物、催化劑表面物種的吸附反應(yīng)；通過特定物質(zhì)的吸附，如吡啶吸附的酸類型和酸量，CO吸附的紅外可以根據(jù)其出峰的情況判斷材料上CO然后知道催化劑中的金屬原子是否以單原子的形式存在。
6. 紅外光譜的分析方法是什么？重要的數(shù)據(jù)庫是什么？
光譜的分析通常首先通過特征頻率來確定主要的官方群體信息。簡(jiǎn)單的紅外光譜法通常采用比較法來識(shí)別物質(zhì)，即與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行比較，并咨詢標(biāo)準(zhǔn)光譜法，但該方法對(duì)樣品有較高的要求，并依賴于光譜圖庫的大小。如果在光譜圖庫中找不到一致的光譜，則可以通過人工解譜進(jìn)行分析，這需要大量的紅外知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)積累。大多數(shù)化合物的紅外光譜都很復(fù)雜，即使是有經(jīng)驗(yàn)的專家也不能保證所有的分子結(jié)構(gòu)信息都能從孤立的紅外光譜中獲得。如果需要確定分子結(jié)構(gòu)信息，則需要使用其他分析方法，如核磁性、質(zhì)譜、紫外光譜等。
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