红外光谱图分析（红外光竟然能鉴定物质结构？）
总的来说 ， 世界上的任何物质都是运动着的 ， 除了人们可以直接观察到的宏观运动 ， 如流动的河水 ， 奔驰的汽车等 ， 构成物质的分子和原子还存在着微观运动 ， 这些运动很难直接观察或捕捉 ， 通常都是以间接的方式被认识和研究的 ， 比如炒菜时满屋飘香（气味分子的扩散运动） 。与宏观现象一样 ， 微观世界的物质运动也必然伴随着能量的变化和转移 ， 这些变化直接与电磁波发生联系 ， 可以用简单的关系式 ， 即普朗克定律来表示：
文章插图
式中
文章插图
为能量的变换值 ， h 为普朗克常数 ，
文章插图
为电磁波的频率 。
电磁波是以波动的形式传播的电磁场 。按照波长或频率的顺序把相应的电磁波排列起来 ， 就是电磁波谱（如下图） 。依照波长的长短、频率以及波源的不同 ， 电磁波谱可大致分为：射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波和无线电波 ， 而本片文章要介绍的就是利用红外辐射的红外光谱分析 。
文章插图
分子在振动运动的同时还存在转动运动 ， 红外吸收光谱是分子振动能级的跃迁（同时伴随转动能级的跃网迁）而产生的 ， 实际上是分子的振动与转动运动的加和表现 ， 因此又称为分子振动转动光谱 。接下来就让我们踏上旅程 ， 去探索一下红外吸收光谱图的形成过程吧！
和可见光一样 ， 红外辐射可以a、从物质表面反射b、被物质吸收c、穿透物质（如下图） 。
文章插图
【红外光竟然能鉴定物质结构？ 红外光谱图分析】物质吸收电磁辐射应满足两个条件：
（1）辐射应具有刚好能满足物质跃迁时所需的能量；
（2）辐射与物质之间有相互作用 。
当一定频率（一定能量）的红外光照射分子时 ， 如果分子中某个基团的振动频率和红外辐射的频率一样 ， 就满足了第一个条件 。为满足第二个条件 ， 分子必须有偶极矩的改变 。什么是偶极矩呢？我们知道 ， 任何分子就其整体而言是呈现电中性的 ， 但由于分子中的各个原子因外层电子得失难易表现出不同的电负性 ， 使得分子显示不同的极性 。我们通常用偶极矩来表示分子极性的大小（如下图）：
文章插图
只有发生偶极矩变化的振动才能产生可观测的红外吸收光谱 。由于d的瞬时值不断在发生变化 ， 分子的偶极矩也相应地改变 。当一定频率的红外光照射分子时 ， 如果分子中某个基团的振动频率和它一样 ， 二者就会产生共振 ， 此时光的能量通过分子偶极矩的变化传递给分子 ， 增加了基团的振动能 ， 振幅加大 ， 这个基团就吸收一定频率的红外光 ， 产生振动跃迁 。
文章插图
而当使用连续改变频率的红外光照射分子时 ， 如果红外光的振动频率和分子中各基团的振动频率不同 ， 该部分红外光就不会被吸收（如上图） 。这样由于通过分子的红外光被吸收的情况不同 ， 在一些波长范围内被部分吸收后变弱 ， 在另一些波长范围内不被吸收 ， 将分子吸收红外光的情况用傅里叶变换红外光谱仪记录下来 ， 就得到该样品的红外吸收光谱图了 。下图为傅里叶变换红外光谱仪记录红外谱图过程示意图：
推荐阅读
- 400句 春夏秋冬诗词名句 古诗中的春夏秋冬
- 每个男性的生殖器官 男性生殖生理学图集
- 揭秘俗语“二百五”的由来 二百五什么意思
- 王者荣耀s22更新内容新消息 王者荣耀无法更新
- 这是一个关于菊花的知识 菊花的资料
- 你知道授衣节与寒衣节的来历吗？ 七月流火 九月授衣
- 菠萝蜜臭还是榴莲臭 菠萝蜜臭吗
- 营养液如何正确使用才能更容易被植物吸收 营养液喷叶还是浇土好
- 甲骨文是中国发现最早的文字 甲骨文来源于古埃及