近紅外光譜原理

紅外光譜與分子的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，是研究表征分子結(jié)構(gòu)的一種有效手段，與其它方法相比較，紅外光譜由于對(duì)樣品沒有任何限制，它是公認(rèn)的一種重要分析工具。在分子構(gòu)型和構(gòu)象研究、化學(xué)化工、物理、能源、材料、天文、氣象、遙感、環(huán)境、地質(zhì)、生物、醫(yī)學(xué)、藥物、農(nóng)業(yè)、食品、法庭鑒定和工業(yè)過程控制等多方面的分析測(cè)定中都有十分廣泛的應(yīng)用。

? ? ? ? ? ? 紅外光譜可以研究分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵，如力常數(shù)的測(cè)定和分子對(duì)稱性等，利用紅外光譜方法可測(cè)定分子的鍵長(zhǎng)和鍵角，并由此推測(cè)分子的立體構(gòu)型。根據(jù)所得的力常數(shù)可推知化學(xué)鍵的強(qiáng)弱，由簡(jiǎn)正頻率計(jì)算熱力學(xué)函數(shù)等。分子中的某些基團(tuán)或化學(xué)鍵在不同化合物中所對(duì)應(yīng)的譜帶波數(shù)基本上是固定的或只在小波段范圍內(nèi)變化，因此許多有機(jī)官能團(tuán)例如甲基、亞甲基、羰基，氰基，羥基，胺基等等在紅外光譜中都有特征吸收，通過紅外光譜測(cè)定，人們就可以判定未知樣品中存在哪些有機(jī)官能團(tuán)，這為最終確定未知物的化學(xué)結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。

? ? ? ? ? ? 由于分子內(nèi)和分子間相互作用，有機(jī)官能團(tuán)的特征頻率會(huì)由于官能團(tuán)所處的化學(xué)環(huán)境不同而發(fā)生微細(xì)變化，這為研究表征分子內(nèi)、分子間相互作用創(chuàng)造了條件。

? ? ? ? ? ? 分子在低波數(shù)區(qū)的許多簡(jiǎn)正振動(dòng)往往涉及分子中全部原子，不同的分子的振動(dòng)方式彼此不同，這使得紅外光譜具有像指紋一樣高度的特征性，稱為指紋區(qū)。利用這一特點(diǎn)，人們采集了成千上萬種已知化合物的紅外光譜，并把它們存入計(jì)算機(jī)中，編成紅外光譜標(biāo)準(zhǔn)譜圖庫。

? ? ? ? ? ? 人們只需把測(cè)得未知物的紅外光譜與標(biāo)準(zhǔn)庫中的光譜進(jìn)行比對(duì)，就可以迅速判定未知化合物的成份。

? ? ? ? ? ? 當(dāng)代紅外光譜技術(shù)的發(fā)展已使紅外光譜的意義遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了對(duì)樣品進(jìn)行簡(jiǎn)單的常規(guī)測(cè)試并從而推斷化合物的組成的階段。紅外光譜儀與其它多種測(cè)試手段聯(lián)用衍生出許多新的分子光譜領(lǐng)域，例如，色譜技術(shù)與紅外光譜儀聯(lián)合為深化認(rèn)識(shí)復(fù)雜的混合物體系中各種組份的化學(xué)結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了機(jī)會(huì)；把紅外光譜儀與顯微鏡方法結(jié)合起來，形成紅外成像技術(shù)，用于研究非均相體系的形態(tài)結(jié)構(gòu)，由于紅外光譜能利用其特征譜帶有效地區(qū)分不同化合物，這使得該方法具有其它方法難以匹敵的化學(xué)反差。

? ? ? ? ? ? 另外，隨著電子技術(shù)的日益進(jìn)步，半導(dǎo)體檢測(cè)器已實(shí)現(xiàn)集成化，焦平面陣列式檢測(cè)器已商品化，它有效地推動(dòng)了紅外成像技術(shù)的發(fā)展，也為未來發(fā)展非傅里葉變換紅外光譜儀創(chuàng)造了契機(jī)。隨著同步輻射技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，現(xiàn)已出現(xiàn)用同步輻射光作為光源的紅外光譜儀，由于同步輻射光的強(qiáng)度比常規(guī)光源高五個(gè)數(shù)量級(jí)，這能有效地提高光譜的信噪比和分辨率，特別值得指出的是，近年來自由電子激光技術(shù)為人們提供了一種單色性好，亮度高，波長(zhǎng)連續(xù)可調(diào)的新型紅外光源，使之與近場(chǎng)技術(shù)相結(jié)合，可使得紅外成像技無論是在分辨率和化學(xué)反差兩方面皆得到有效提高。