日期：2022-12-02
紅外光譜(IR 光譜)是處理電磁波譜的紅外區(qū)域的光譜，即比可見(jiàn)光具有更長(zhǎng)波長(zhǎng)和更低頻率的光。它涵蓋了一系列技術(shù)，主要基于吸收光譜。與所有光譜技術(shù)一樣，它可用于識(shí)別和研究化學(xué)品。使用此技術(shù)的常見(jiàn)實(shí)驗(yàn)室儀器是傅里葉變換紅外 (FTIR) 光譜儀。
紅外發(fā)射管一、電磁波譜
紅外線部分通常分為三個(gè)區(qū)域;近紅外、中紅外和遠(yuǎn)紅外，以它們與可見(jiàn)光譜的關(guān)系命名。更高能量的近紅外，大約 14000-4000 cm -1(0.8-2.5 μm 波長(zhǎng))可以激發(fā)泛音或諧波振動(dòng)。大約 4000-400 cm -1 (2.5-25 μm) 的中紅外線可用于研究基本振動(dòng)和相關(guān)的旋轉(zhuǎn)振動(dòng)結(jié)構(gòu)。遠(yuǎn)紅外線，大約 400-10 cm -1 (25-1000 μm)，位于微波區(qū)域附近，能量低，可用于旋轉(zhuǎn)光譜學(xué)。這些子區(qū)域的名稱(chēng)和分類(lèi)是約定俗成的，只是松散地基于相關(guān)的分子或電磁特性。
紅外發(fā)射管二、理論
紅外光譜利用了分子吸收其結(jié)構(gòu)特有的特定頻率這一事實(shí)。這些吸收是共振頻率，即吸收輻射的頻率與振動(dòng)的鍵或基團(tuán)的頻率相匹配。能量由分子勢(shì)能面的形狀、原子的質(zhì)量和相關(guān)的電子振動(dòng)耦合決定。特別地，在 Born-Oppenheimer 和諧波近似中，即當(dāng)對(duì)應(yīng)于電子基態(tài)的分子哈密頓量可以用平衡分子幾何附近的諧振子來(lái)近似時(shí)，共振頻率由對(duì)應(yīng)于分子電子基態(tài)勢(shì)能面。然而，共振頻率可能首先與鍵的強(qiáng)度及其兩端原子的質(zhì)量有關(guān)。因此，振動(dòng)頻率可以與特定的鍵類(lèi)型相關(guān)聯(lián)。
紅外發(fā)射管三、振動(dòng)模式
為了使分子中的振動(dòng)模式具有“IR 活性”，它必須與永久偶極子的變化相關(guān)聯(lián)。分子可以以多種方式振動(dòng)，每種方式稱(chēng)為振動(dòng)模式。線性分子具有 3N - 5 度的振動(dòng)模式，而非線性分子具有 3N - 6 度的振動(dòng)模式(也稱(chēng)為振動(dòng)自由度)。例如，非線性分子 H 2 O 將具有 3 × 3 - 6 = 3 個(gè)振動(dòng)自由度或模式。簡(jiǎn)單的雙原子分子只有一個(gè)鍵和一個(gè)振動(dòng)帶。如果分子是對(duì)稱(chēng)的，例如 N 2，則在紅外光譜中觀察不到該帶，而僅在拉曼光譜中觀察到。不對(duì)稱(chēng)的雙原子分子，例如 CO，在紅外光譜中有吸收。更復(fù)雜的分子有更多的鍵，它們的振動(dòng)光譜也相應(yīng)地更復(fù)雜，即大分子在它們的紅外光譜中有許多峰。
紅外發(fā)射管四、光學(xué)視野和瞄準(zhǔn)要測(cè)量的區(qū)域
所有紅外溫度傳感器都具有光學(xué)視場(chǎng)，它定義了它測(cè)量的目標(biāo)的大小。一個(gè)簡(jiǎn)單的類(lèi)比是當(dāng)你用手電筒照在墻上時(shí)產(chǎn)生的圓形區(qū)域。手電筒越靠近墻壁，照明區(qū)域就越小。將手電筒從墻上移得越遠(yuǎn)，區(qū)域就越大。紅外傳感器不產(chǎn)生光束，但它通過(guò)圓錐形的紅外能量測(cè)量目標(biāo)發(fā)出的溫度。傳感器“看到”的目標(biāo)區(qū)域由傳感器的光學(xué)器件以及目標(biāo)與傳感器的距離決定。下圖是我們的一款具有 20:1 視場(chǎng)光學(xué)器件的紅外傳感器。該傳感器將測(cè)量距傳感器 19.7 英寸處 1.5 英寸點(diǎn)的溫度。目標(biāo)離傳感器越近，面積越小，傳感器離目標(biāo)越遠(yuǎn)，面積越大。尺寸與距離之比是該傳感器的一個(gè)特定特性，稱(chēng)為視野。其他傳感器可能具有相似或完全不同的視野。
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