日期：2022-02-15
光譜學的強大之處在于它能夠通過測量電磁輻射與樣品的相互作用來提供詳細信息。電磁輻射的吸收/透射、發(fā)射和散射為確定樣品組成和濃度、分子和原子結(jié)構(gòu)、分子相互作用、樣品鑒定等提供了豐富的信息。從光譜測量中獲得的信息取決于許多因素，包括用于探測樣品的電磁輻射頻率。在本技術(shù)提示中，我們將討論中紅外光譜和受益于使用中紅外區(qū)域 (mid-IR) 輻射進行測量的特定應(yīng)用。
紅外一、光譜
與來自電磁光譜的紫外 (UV) (~190-400 nm) 和可見 (~400-800 nm) 區(qū)域的輻射不同，與來自 IR 區(qū)域的輻射相關(guān)的能量不足以將電子激發(fā)到更高的能級。相反，紅外能量激發(fā)分子中共價鍵的振動運動。根據(jù)分子的復(fù)雜性，除了圍繞分子鍵的旋轉(zhuǎn)運動外，還可能發(fā)生一系列運動，包括彎曲、拉伸、剪斷、扭曲和搖擺。當紅外輻射與分子相互作用時觀察到的特定振動和/或旋轉(zhuǎn)模式對被測分子的化學結(jié)構(gòu)是特定的。
紅外二、電磁光譜
基于紅外 (IR) 輻射相對于可見光譜 (~400-800 nm) 的頻率，電磁光譜的紅外部分通常分為三個不同的區(qū)域。近紅外區(qū)域：12500-4000 cm -1 (~800-2500 nm 波長)——最接近可見光的頻率，4000-400 cm -1的中紅外區(qū)域 (~2.5-25 μm 波長)，400-10 cm -1(~25-1000 μm 波長)的遠紅外區(qū)域——距離可見光頻率最遠。
紅外三、光譜技術(shù)
近紅外、中紅外和拉曼光譜是常用的振動光譜技術(shù)。當紅外能量被分子吸收時測量的振動模式取決于與分子相互作用的輻射能量。近紅外(和可見光)區(qū)域中的較高能量激發(fā)泛音/諧波和組合頻帶，而較低能量的中紅外輻射激發(fā)基本振動頻帶。這些基本振動來自分子最簡單的振動模式，并且比由基本振動產(chǎn)生的泛音和組合帶更強。為此原因，由基本振動產(chǎn)生的光譜更加清晰，從而為樣品產(chǎn)生了獨特的指紋，可用于識別。在遠紅外線的情況下，該區(qū)域的低能量輻射使其可用于無機分子的旋轉(zhuǎn)光譜。
紅外四、特定頻率
中紅外輻射與給定樣品的相互作用提供了用于識別樣品的光譜指紋。中紅外光譜是根據(jù)樣品的化學結(jié)構(gòu)吸收特定頻率的中紅外輻射而產(chǎn)生的。出于這個原因，中紅外光譜中的波峰和波谷對于測量的樣品非常特殊。這使得中紅外光譜非常適合廣泛的應(yīng)用，包括材料識別和表征，用于從燃料分析到食品安全和假冒材料檢測等測量。這些應(yīng)用和許多其他應(yīng)用都受益于用中紅外測量的基帶，與用近紅外和可見輻射測量的泛音和組合帶相比，這些應(yīng)用產(chǎn)生更高強度、更少卷積的光譜。中紅外光譜被研究人員和教育工作者廣泛用于基礎(chǔ)和應(yīng)用研究以及物理、化學和生物醫(yī)學課程的教學實驗室。下面回顧了使用中紅外光譜的許多應(yīng)用和測量中的一些。
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