第1章　紅外光譜的基本概念

1.1　紅外光譜的產(chǎn)生和紅外光譜區(qū)間的劃分

采用傅里葉變換紅外（Fourier transform infrared，F(xiàn)TIR）光譜儀測(cè)定樣品的紅外光譜時(shí)，使用的紅外光源是連續(xù)波長(zhǎng)的光源。連續(xù)波長(zhǎng)光源照射紅外樣品后，樣品中的分子會(huì)吸收某些波長(zhǎng)的光。沒(méi)有被吸收的光到達(dá)檢測(cè)器，檢測(cè)器將檢測(cè)到的光信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過(guò)傅里葉變換，即可以得到樣品的單光束光譜。為了得到樣品的紅外光譜，需要從樣品的單光束光譜中扣除掉背景的單光束光譜，也就是需要測(cè)試紅外光不經(jīng)過(guò)樣品的情況下得到的背景單光束光譜。這樣得到的背景單光束光譜中包含了儀器內(nèi)部各種零部件和空氣的信息。在測(cè)試樣品的單光束光譜和測(cè)試背景的單光束光譜時(shí)，這些信息是完全相同的。所以，從樣品的單光束光譜中扣除掉背景的單光束光譜后就得到樣品的紅外透射光譜。

在紅外光譜中，在被吸收的光的波長(zhǎng)或波數(shù)位置會(huì)出現(xiàn)吸收峰。某一波長(zhǎng)的光被吸收得越多，透射率就越低，吸收峰就越強(qiáng)。當(dāng)樣品分子吸收很多種波長(zhǎng)的光時(shí)，在測(cè)得的紅外光譜中就會(huì)出現(xiàn)許多吸收峰。

紅外透射光譜的縱坐標(biāo)有兩種表示方法，即透射率T（％，Transmittance）和吸光度A（Absorbance）。縱坐標(biāo)采用透射率T表示的光譜稱(chēng)為透射率光譜，縱坐標(biāo)采用吸光度A表示的光譜稱(chēng)為吸光度光譜。

某一波長(zhǎng)（或波數(shù)）光的透射率T（ν）是紅外光透過(guò)樣品后的光強(qiáng)I（ν）和紅外光透過(guò)背景（通常是空光路）的光強(qiáng)I0（ν）的比值。通常采用透射率（T）表示。

某一波長(zhǎng)（或波數(shù)）光的吸收強(qiáng)度即吸光度A（ν）是透射率T（ν）倒數(shù)的對(duì)數(shù)

透射率光譜和吸光度光譜之間可以相互轉(zhuǎn)換。透射率光譜雖然能直觀地看出樣品對(duì)不同波長(zhǎng)紅外光的吸收情況，但是透射率光譜的透射率與樣品的含量不成正比關(guān)系，即透射率光譜不能用于紅外光譜的定量分析，要進(jìn)行定量分析，必須將透射率光譜轉(zhuǎn)換成吸光度光譜。吸光度光譜的吸光度值A在一定范圍內(nèi)與樣品的厚度和樣品的濃度成正比關(guān)系，即吸光度光譜能用于紅外光譜的定量分析，所以現(xiàn)在的紅外光譜圖大都采用吸光度光譜表示。

光譜圖的橫坐標(biāo)通常采用波數(shù)（cm-1）表示，也可以采用波長(zhǎng)（μm）或（nm）表示。

1μm=1000nm

1cm=10000μm

波長(zhǎng)和波數(shù)的關(guān)系為

波長(zhǎng)（μm）×波數(shù)（cm-1）=10000

紅外光譜工作者通常將紅外光譜區(qū)間劃分為三個(gè)區(qū)域，即近紅外區(qū)、中紅外區(qū)和遠(yuǎn)紅外區(qū)。測(cè)試這三個(gè)區(qū)間的紅外光譜所用的紅外儀器或儀器內(nèi)部的配置是不相同的，這三個(gè)區(qū)間所獲得的光譜信息也不相同。表1-1列出了這三個(gè)紅外區(qū)所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)和波數(shù)。

這三個(gè)紅外區(qū)之間的劃分沒(méi)有非常嚴(yán)格的界線(xiàn)。近紅外區(qū)出現(xiàn)的是倍頻峰和合頻峰，但倍頻峰和合頻峰也會(huì)在中紅外區(qū)出現(xiàn)。中紅外區(qū)出現(xiàn)的振動(dòng)頻率主要是基頻頻率和指紋頻率。氣體分子的轉(zhuǎn)動(dòng)光譜、氧化物的光譜主要出現(xiàn)在遠(yuǎn)紅外區(qū)和中紅外區(qū)的低頻區(qū)。