分子光谱学

红外光谱

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分子里的每一根化学键,都有点像连着两个重物的小弹簧,既然是弹簧,它就能按自己固有的节律伸缩、弹动。而红外光恰好就在差不多这些节律上振动。于是当你让红外光穿过样品,化学键会吸收正好匹配自身摆动的那些频率,得到的光谱便是一份「现场有哪些弹簧」的清单——一份由分子振动构成的化学指纹。

红外光谱测量的是物质对红外辐射的吸收,这种吸收会激发其化学键的伸缩和弯曲振动。每一类键和基团——一个O–H、一个C=O、一个C–H——都在某个特征范围内吸收,所以特定位置上的峰就揭示了分子含有哪些官能团。光谱低能端那一片拥挤的区域称为指纹区,它细致到足以把一种化合物和与之极为相似的另一种区分开。

它之所以重要,是因为快、只需极少量样品,并且是日常中辨认分子含有哪些官能团最可靠的方法之一。关键的限制在于:一个振动只有在运动时改变了分子的偶极矩,才会吸收红外光;完全对称的振动对红外是「隐形」的——而这恰恰是互补技术拉曼光谱大显身手的地方。

一种未知液体在1715 cm⁻¹附近给出一个强而尖锐的吸收,又在3000–3500 cm⁻¹之间给出一个宽阔的吸收。化学家立刻就能读出:前者说明存在羰基(C=O),后者说明存在羟基(O–H)。两者合在一起直指羧酸,几秒之内就把身份缩小了范围。

每根键在自己的频率上吸收,所以峰就点出了官能团。

红外的位置通常用波数(cm⁻¹)报告,而不是波长。波数越高表示能量越高,对应更硬的键或更轻的原子——这正是为什么O–H和C–H的伸缩位于高处,而沉重的单键位于低处。

又称
IR spectroscopy红外光谱学紅外光譜學FTIR