知识屋

1.关于红外线

1-2.近红外·中红外分光的原理

关于红外分光的原理,我们先从最基本的中红外领域的吸收讲述。

某物质照射中红外光后,中红外光一部分被该物质吸收。被吸收的中红外光的波长和吸收程度(吸光度或透射率)由该物质决定。因此测量中红外吸收光谱可以得知物质固有光谱。
振动频率ν的光被分子吸收后,分子的能量只增加 E=hν(h为普朗克定数)。中红外光时,其能量正好相当于分子振动能源水平。即如图2所示那样,在振动基底状态的分子吸收中红外光,变迁为振动的第一激发态。但照射满足E=hν并不是经常发生中红外吸收,需注意根据选择规则存在被允许的迁移(容许跃迁)和不允许的迁移(禁带跃迁)。

中红外领域有两个重要的选择规则。
一个是振动量子数v只容许±1的变化。这个变化相当于振动的基本音。相当于谐波的±2、±3······的变化称为禁带跃迁,本来是不允许的。
中红外领域的另一个重要的选择规则是"由于某个分子振动,只有在分子全体的电偶极矩变化时,中红外光才被吸收",这两个制约决定了物质的固有中红外光谱。


图2 分子的能量的水平和吸收带的关系


下面探讨一下近红外光谱。

近红外光谱法是以禁带跃迁的谐波和组合频率为基础的光谱法。那么为何要在频谱上观测禁带的谐波和组合频率呢?那是因为分子振动不是完全的协调振动(按照虎克定律的振动),有很多非协调性。虽然那么说,但谐波和组合频率发生率低,吸收比中赤外弱。因此,近红外光谱法是处理非常弱带的光谱法。开始我们会以为是缺点,但后边会讲述到,其实是近红外光谱法的优点。



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