红外光谱法

✍ dations ◷ 2025-04-03 12:36:26 #红外光谱法
红外光谱学是光谱学中研究电磁光谱红外部分的分支。它包括了许多技术,到目前为止最常用的是吸收光谱学。同所有的分光镜技术一样,它可以被用来鉴别一种化合物和研究样品的成分。红外光谱学相关表见于文献,方便查找。化学键的振动是量子化的。分子会吸收特定频率的红外线,使化学键由振动基态跃迁至激发态(通常是第一激发态)。在通常状态下,分子的所有共价键几乎全部处于振动的基态。化学键的振动可用简谐振子近似,所以欲使化学键振动能级发生改变,吸收光的波数应为:ν = 1 2 π c k μ {displaystyle nu ={frac {1}{2pi c}}{sqrt {frac {k}{mu }}}}其中 π {displaystyle pi } 为圆周率, c {displaystyle c} 为真空中光速, k {displaystyle k} 为化学键的“劲度系数”, μ {displaystyle mu } 为约化质量。约化质量由下式给出:μ = m A m B m A + m B {displaystyle mu ={frac {m_{A}m_{B}}{m_{A}+m_{B}}}}其中 m A {displaystyle m_{A}} 和 m B {displaystyle m_{B}} 分别为成键原子 A {displaystyle A} 和 B {displaystyle B} 的质量。不同的化学键,随着成键原子的不同,约化质量也会不同;而即使对于相同的成键原子,由于化学键性质不同(比如碳碳双键和碳碳单键),其“劲度系数”也会不同。故而不同化学键会有不同的特征频率。一个分子的总自由度为3N(N为分子中原子的数量)。其中平移自由度为3,分别对应对于x、y和z三个方向;同样的,旋转自由度亦为3。所以对于非线型分子,其振动模式(vibrational mode)的数量为3N-6。由于绕键轴旋转不计入旋转自由度,对于线型分子,振动模式的数量为3N-5。简单的双原子分子只有一种振动模式,那就是伸缩。更复杂的分子,其振动方式也更为复杂。例如亚甲基中的碳氢键,就可以以 “对称伸缩”、“非对称伸缩”、“剪刀式摆动”、“左右摇摆”、“前后摇摆”和“扭摆”六种方式振动(见下图)。一般地,红外光谱上的信号数量应与分子的振动模式数量相同,但分子的振动模式若为红外活跃,必须能使分子偶极矩改变;所以并不是所有的振动模式都能在红外光谱中被观察到。此外,不同振动模式之间可以耦合,并在红外光谱上显示信号。测量样品时,一束红外光穿过样品,各个波长上的能量吸收被记录下来。这可以由连续改变使用的单色波长来实现,也可以用傅立叶变换来一次测量所有的波长。这样的话,透射光谱或吸收光谱或被记录下来,显示出被样品红外吸收的波长,从而可以分析出样品中包含的化学键。这种技术专门用在共价键的分析。如果样品的红外活跃键少、纯度高,得到的光谱会相当清晰,效果好。更加复杂的分子结构会导致更多的键吸收,从而得到复杂的光谱。但是,这项技术还是用在了非常复杂的混合物的定性研究当中。该技术通常用于分析具有共价键的样品。 具有很少的IR活性键和高纯度的样品中可获得简单光谱。 更复杂的分子结构会造成更多的吸收带和更复杂的光谱。固态样品可溶解于有机溶剂如二氯甲烷、氯仿或甲苯中,获取光谱前先扫描相应的纯溶剂获得背景光谱,再扫描含有样品的溶液,通过计算机处理即可获得样品的红外光谱。也可将样品与矿物油混合研磨制成糊状物进行扫描。还可以将样品与溴化钾研碎混合充分混合后压片进行扫描。 液态样品可以直接通过扫描获取红外光谱,也可以制成溶液后进行扫描。傅里叶变换红外光谱学(FTIR)是一种极为有效的记录红外光谱信号的测量手段。红外光穿过干涉仪装置后再经过样品(反之亦然)。干涉仪中的一面前后移动的镜子改变红外光中的波长分布。经过此装置的后收集到的红外谱图被称为“干涉图”,代表着此时收集到的光是一组随时间变化的信号。经过数据处理,傅里叶变换将原始信号数据转换为所需的红外光谱图,即一组随波数(或波长)变化的光信号。要得到样品的光谱,还需要一个背景作为参照。红外光谱学相关表

相关

  • 细胞学细胞生物学(英语:cell biology)旧称细胞学(cytology),是研究细胞的形态结构、生理机能、细胞周期、细胞分裂、细胞自噬、细胞凋亡, 以及各种胞器及讯息传递路径的学科。研究范围专
  • 损害损害,是伦理及法律概念。伯纳德·格特(英语:Bernard Gert)将损害包括:
  • 小写字母小写字母,亦作小写体,是罗马字母、希腊字母、西里尔字母等字母表中所存在的两种字母形式之一,如罗马字母表中第一个字母有两种形式,大写为A,小写则为a。在使用这几种字母表的语言
  • 分化细胞分化(英语:cellular differentiation),是发育生物学的研究课题之一,指的是在多细胞生物中,一个干细胞在分裂的时候,其子细胞的基因表达受到调控,例如DNA甲基化,变成不同细胞类型
  • RNA → DNA结构 / ECOD(RNA-dependent DNA polymerase,RDDP)逆转录酶是一类存在于部分RNA病毒中具有逆转录活性、能以单链RNA为模板合成DNA的酶。由逆转录酶催化逆转录合成的DNA称为互补D
  • 丹尼斯·里奇丹尼斯·麦卡利斯泰尔·里奇(英语:Dennis MacAlistair Ritchie,1941年9月9日-2011年10月12日),美国计算机科学家。黑客圈子通常称他为“dmr”。他是C语言的创造者、Unix操作系统的
  • 托勒密三世托勒密埃及巴西琉斯和法老希腊语:Πτολεμαίος Εὐεργέτης托勒密三世“施惠者”(希腊语:Πτολεμαίος ο Ευεργέτης,约前280年—前222年11/12
  • 肚痛stomach ache, tummy ache Field =腹痛又可称(abdominal pain、stomach pain、肚痛、肚子疼等)泛指腹部及其周围部分的疼痛症状,常见的病因包含肠胃炎、大肠激躁症。
  • 世俗国家世俗国家(英文:Secular state)是指一些对于宗教事务持中立的国家,与之相对的是宗教国家。没有对任何一种个别的宗教习俗持赞成或反对的态度,也是没有类似国教的宗教。一个世俗国
  • 澳大利亚永久性居民澳大利亚永久性居民(Australian Permanent Resident),缩写为PR,是指因为持有澳大利亚永久居民签证,从而可以永久居住于澳大利亚的外国公民。该签证持有人并不是澳大利亚联邦公民,