第3章　红外光谱法

3.1　概述

红外光和可见光（波长400～750 nm）一样，有反射、衍射、偏振等性质。它的传播速度和可见光相同，但波长大于可见光波长。

可见光包括红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色的光，波长范围为400～750 nm。其中波长620～750nm的光线引起视网膜光感为红色，称为红光。红光之外，波长在750～1000 nm（13333～10 cm−1）的光，人的眼睛已经看不见，所以叫红外光。

红外光谱区又进一步分成3个区，即近红外区、中红外区和远红外区。

由可见光的红光的末端（750 nm）至开始出现X−H（N−H、O−H、C−H等）基团的基频振动的区域称为近红外区，该区的波数范围是13333～4000 cm−1。该区主要研究O−H、N−H、C−H基团的倍频和合频吸收。近红外的振动能级间距较大，跃迁概率比中红外基频跃迁概率低1～2个数量级，谱带一般弱、宽。仅根据近红外谱带进行定性分析比较困难，但常据此进行定量分析。

中红外区和远红外区的界限是400 cm−1，这是溴化钾晶体的红外线透明末端。即中红外区的波数（频率）范围是4000～400 cm−1（2.5～25 μm），大多数有机化合物和许多无机化合物的基频振动出现在该区，所以中红外区又叫基频红外区。中红外区是红外吸收谱中结构和成分信息最丰富的区域，研究和应用最广泛、深入，仪器技术最成熟。对于物质在此区的结构-光谱关系的研究已相当深入。

远红外区的波数（频率）范围是400～10 cm−1（25～1000 μm），有机化合物的骨架振动、晶格振动、部分重金属的化合物的振动以及气体分子的纯转动光谱在此区有吸收。因此远红外主要研究分子的转动光谱、分子缔合和晶格振动。

电磁波总谱中的各个区都对应相应的光谱法，见表3.1。

表3.1　电磁波总谱分区和相应的光谱法

红外光谱法与其他光谱法相比，主要优点如下：①特征性好，构成化合物的原子量、化学键性质、连接次序和空间位置的不同都能引起红外光谱的差别。所有化合物在1600～650 cm−1均有不同的红外光谱，一般有机物的红外光谱都有10个以上的吸收谱带。官能团区的吸收可以鉴定化合物中存在的官能团；指纹区的吸收可鉴定各种化合物甚至可以用来分析同分异构体等，因而为化合物的鉴定提供了可靠依据。②适用样品范围广，可以分析固体、液体和气体；无机物和有机物；高聚物和小分子化合物；天然产物和人工合成品。③红外光谱仪价格比核磁共振仪、质谱仪低。

红外光谱法的局限性是：①灵敏度欠佳，痕量分析有困难。但随着红外显微镜技术的快速发展，这一欠缺对样品分析的制约越来越小。②定量不如紫外光谱法好。③谱图解释对经验的依赖性比较强。但随着计算机技术的发展和样品库的完善，谱图自动检索的可靠性不断提高。④红外分析不宜分析含水样品，但此时可用激光拉曼光谱法，因为这两种方法可以很好地相互补充。⑤与色谱法相比，红外光谱分析混合物区分率低。