分子光谱分析法第三弹—红外光谱
红外光谱(infrared absorption spectrum ,IR)又称分子振动转动光谱,属分子吸收光谱。样品受到频率连续变化的红外光照射时,分子吸收其中一些频率的辐射, 使振-转能级从基态跃迁到激发态,相应于这些区域的透射光强减弱,记录百分透过率T%对波数或波长的曲线,即红外光谱。
红外光谱的研究开始于20世纪初期，自1940年商品红外光谱仪问世以来，红外光谱在有机化学研究中得到广泛的应用。近几十年来一些新技术（如发射光谱、光声光谱、色—红联用等）的出现，使红外光谱技术得到更加蓬勃的发展。
红外光去的划分
通常将红外光谱分为三个区域：近红外区(0.75~2.5μm)、中红外区(2.5~25μm)和远红外区(25~300μm)。一般说来，近红外光谱是由分子的倍频、合频产生的；中红外光谱属于分子的基频振动光谱；远红外光谱则属于分子的转动光谱和某些基团的振动光谱。由于绝大多数有机物和无机物的基频吸收带都出现在中红外区，因此中红外区是研究和应用最多的区域，积累的资料也最多，仪器技术最为成熟。通常所说的红外光谱即指中红外光谱。
红外光谱分析原理
将一束不同波长的红外射线照射到物质的分子上，某些特定波长的红外射线被吸收，形成这一分子的红外吸收光谱。每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，据此可以对分子进行结构分析和鉴定。
分子的振动形式
分子的振动分为伸缩振动和变形振动两类。伸缩振动是沿原子核之间的轴线作振动，键长有变化而键角不变，用字母υ来表示。
伸缩振动分为不对称伸缩振动υas和对称伸缩振动υs。
变形振动是键长不变而键角改变的振动方式，用字母δ表示。
红外吸收光谱产生的条件
满足两个条件：
(1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量
(2)辐射与物质间有相互偶合作用。
对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：N2、O2、Cl2 等。
非对称分子：有偶极矩，红外活性。
红外光谱仪的组成
组成：光源、单色器、样品池、检测器。
光源：①能提供连续的辐射；②光强度足够大；③在整个光谱区内光谱强度不随波长有明显变化；④光谱范围宽；⑤使用寿命长，价格低。 钨灯——可见光区 320～2500nm，氢灯或氘灯——紫外光区 195－375nm，U3010（碘钨灯、氘灯）波长范围190-900nm。
单色器：包括狭缝、准直镜、色散元件。
吸收池：玻璃—由于吸收紫外UV光，仅适用于可见光区； 石英—适用于紫外和可见光区。
检测器（将光信号转变为电信号的装置）：光电管；光电倍增管；二极管阵列检测器。
记录装置：讯号处理和显示系统。
红外光谱法对样品要求
样品要求以及注意事项：参照池和吸收池应是一对经校正好的匹配的吸收池，材料和规格一致；使用前后应将洗手池洗净，测量时不能用手接触窗口；
已匹配好的比色皿不能用炉子和火焰干燥，不能加热，以免引起光程长度上的改变；
选择适宜波长的入射光，由于有色物质对光有选择性吸收,为了使测定结果有较高的灵敏度,必须选择溶液最大吸收波长的入射光；
控制吸光度A的准确的读数范围,由朗伯-比耳定律可知,吸光度只有控制在0.2--0.7读数范围内时,测量的准确度较高；
选择参比溶液，参比溶液是用来调节仪器工作零点的。若样品溶液，试剂，显色剂无色可用蒸馏水作参比溶液，反之应采用不加显色剂的样品液作参比溶液。
红外吸收光谱的特点
1.只有振-转跃迁,能量低
2.应用范围广，除单原子分子及单核分子外，几乎所有物质均有红外吸收；
3.分子结构更为精细的表征，通过IR谱的波数位置、波峰数目具强度确定分子基团、分子结构。
4.可以进行定量分析
5.样品不限形式,用量少,不破坏样品
6.分析速度快
7.可与色谱等联用具有强大的定性功能。
红外光谱法的应用
一、定性分析
1. 已知物的鉴定
将试样谱图与标准谱图对照或与相关文献上的谱图对照。
2. 未知物结构分析
如果化合物不是新物质，可将其红外谱图与标准谱图对照；
如果化合物为新物质，则须进行光谱解析，其步骤为：
（1）该化合物的信息收集：试样来源、熔点、沸点、折光率、旋光度等；
（2）不饱和度的计算：
通过元素分析得到该化合物的分子式，并求出其不饱和度W。
W＝0 时，分子是饱和的，分子为链状烷烃或其不含双键的衍生物；
W＝1 时，分子可能有一个双键或脂环；
W＝2 时，分子可能有一个三键或两个双键；
W＝4 时，分子可能有一个苯环。
注意：一些杂原子如S、O不参加计算。
（3）查找基团频率，推测分子可能的基团；
（4）查找红外指纹区，进一步验证基团的相关峰；
（5）能过其它定性方法进一步确证：UV-Vis、MS、NMR、Raman光谱等。
二、定量分析
红外光谱的谱带较多，选择余地大，所以能方便地对单一组分或多组分进行定量分析，并且该方法不受试样状态的限制。但红外光谱法的灵敏度较低，尚不适于微量组分测定。
定量分析的依据也是基于朗伯-比尔定律，通过对特征吸收谱带强度的测量求组分含量。
但红外谱图复杂，相邻峰重叠多，难以找到合适的检测峰；红外谱图峰形窄，光源强度低，检测器灵敏度低，测定时必须使用较宽的狭缝，从而导致对朗伯-比尔定律的偏离；红外测定时吸收池厚度不易确定，利用参比难以消除吸收池、溶剂的影响。
红外光谱仪的使用注意事项
1.测定时实验室的温度应在15～30℃，相对湿度应在65%以下，所用电源应配备有稳压装置和接地线。因要严格控制室内的相对湿度，因此红外实验室的面积不要太大，能放得下必须的仪器设备即可，但室内一定要有除湿装置。
2.如所用的是单光朿型傅里叶红外分光光度计(目前应用最多)，实验室里的CO2含量不能太高，因此实验室里的人数应尽量少，无关人员最好不要进入，还要注意适当通风换气。
3.如供试品为盐酸盐，因考虑到在压片过程中可能出现的离子交换现象，标准规定用氯化钾(也同溴化钾一样预处理后使用)代替溴化钾进行压片，但也可比较氯化钾压片和溴化钾压片后测得的光谱，如二者没有区别，则可使用溴化钾进行压片。
4.为防止仪器受潮而影响使用寿命，红外实验室应经常保持干燥，即使仪器不用，也应每周开机至少两次，每次半天，同时开除湿机除湿。特别是霉雨季节，最好是能每天开除湿机。
5.红外光谱测定最常用的试样制备方法是溴化钾(KBr)压片法(药典收载品种90%以上用此法)，因此为减少对测定的影响，所用KBr最好应为光学试剂级，至少也要分析纯级。使用前应适当研细(200目以下)，并在120℃以上烘4小时以上后置干燥器中备用。如发现结块，则应重新干燥。制备好的空KBr片应透明，与空气相比，透光率应在75%以上。
6.压片法时取用的供试品量一般为1～2mg，因不可能用天平称量后加入，并且每种样品的对红外光的吸收程度不一致，故常凭经验取用。一般要求所没得的光谱图中绝大多数吸收峰处于10%～80%透光率范围在内。最强吸收峰的透光率如太大(如大于30%)，则说明取样量太少；相反，如最强吸收峰为接近透光率为0%，且为平头峰，则说明取样量太多，此时均应调整取样量后重新测定。
7.测定用样品应干燥，否则应在研细后置红外灯下烘几分钟使干燥。试样研好并具在模具中装好后，应与真空泵相连后抽真空至少2分钟，以使试样中的水分进一步被抽走，然后再加压到0.8～1GPa(8～10T/cm2)后维持2～5min。不抽真空将影响片子的透明度。
8.压片时KBr的取用量一般为200mg左右(也是凭经验)，应根据制片后的片子厚度来控制KBr的量，一般片子厚度应在0.5mm以下，厚度大于0.5mm时，常可在光谱上观察到干涉条纹，对供试品光谱产生干扰。
9.压片时，应先取供试品研细后再加入KBr再次研细研匀，这样比较容易混匀。研磨所用的应为玛瑙研钵，因玻璃研钵内表面比较粗糙，易粘附样品。研磨时应按同一方向(顺时针或逆时针)均匀用力，如不按同一方向研磨，有可能在研磨过程中使供试品产生转晶，从而影响测定结果。
研磨力度不用太大，研磨到试样中不再有肉眼可见的小粒子即可。试样研好后，应通过一小的漏斗倒入到压片模具中(因模具口较小，直接倒入较难)，并尽量把试样铺均匀，否则压片后试样少的地方的透明度要比试样多的地方的低，并因此对测定产生影响。另外，如压好的片子上出现不透明的小白点，则说明研好的试样中有未研细的小粒子，应重新压片。
10.压片用模具用后应立即把各部分擦干净，必要时用水清洗干净并擦干，置干燥器中保存，以免锈蚀。
