红外光谱属于吸收光谱的一种，是由分子振动能级的跃迁而产生的，因为同时伴有分子中转动能级的跃迁，因此又被称为振转光谱。红外光谱的作用显著广泛应用于分子结构的基础研究和化学组成的研究上；例如对未知物的剖析、判断有机化合物和高分子结构、化学反应过程的控制和反应机理的研究等。红外光谱是化学工作者不可缺少的工具。红外光谱具有诸多优点，如应用范围广，能够提供多种有特征的信息；不受样品相态的限制，也不受熔点、沸点和蒸汽压的限制，因此可以收红外光谱的应用极为广泛；样品用量少并且可以回收，还不会破坏式样，操作极为便捷，因此受到人们的青睐。下面进一步来说明红外光谱法的工作原理以及如何应用。

一、红外光谱法的工作原理

红外光谱是由于分子在受到连续变化的红外光照射时，会吸收某些频率的红外光，从而引起振动和能级的跃迁，那么对应的吸收区域的透射光强度就会减弱，将分子吸收的情况记录在图上，那么就会得到红外光谱图。从红外光谱图上我们可以读取到很多的信息，例如峰位可以反映振动能级差，峰数可以反映分子振动自由度数目等。跃迁不是任意情况下都能发生的需要满足两个条件：

1、辐射应满足物质产生振动跃迁所需要的能量

2、分子振动时偶极矩的大小和方向必须有一定变化，对称分子就无红外活性，如O₂、N₂等。

分子的振动频率可以由公式得出:

,其中，k为化学键的力常数

因此当我们知道某化学键的力常数时就可以通过计算得出该键的吸收峰频率，从而反映在红外光谱图上。

有许多特征基团的吸收频率已经有人先前测得，在研究过大量的化合物的红外吸收后，可以发现具有相同化学键或官能团的一系列化合物的红外吸收谱带均出现在一定的波数范围内，因此具有一定的特征性。例如羰基的吸收谱带均出现在1650～1870cm^-1范围内；含有腈基的化合物的吸收谱带出现在2225～2260cm^-1范围内。这样的吸收谱带称为吸收谱带，吸收谱带极大值的频率称为化学键或官能团的特征频率。

二、影响基团和振动频率的因素

但是对于复杂分子来说，基团的振动会收到诸多因素的影响，因此相同的基团或键在不同分子中的特征吸收频率是根据分子结构和测量环境的影响而决定的。因素主要有以下几点：

（1）分子中原子质量的影响。根据可知原子质量会对振动频率产生影响，原子质量越小，键的伸缩振动频率就越大。

（2）化学键力常数的影响。仍由上面的公式可知键的强度越大，即力常数增加，伸缩振动频率也会增加。所以说要牢记分子振动频率的公式。

（3）测定状态对不同对特征集基团吸收谱带的频率

①式样状态的不同。式样状态不同，也会影响特征基团吸收谱带的频率、强度和形状。因此我们需要在红外谱图上对于样品的状态加以说明。同时结晶性固态物质、长直链脂肪酸等物质会出现一些特殊的光谱图，在这里就不予以说明了。

②溶剂效应。同一物质所测得的光谱会由于溶剂种类的不同而不同。一般在极性溶剂中，溶质分子中的极性基团的伸缩振动频率随溶剂的机型增加向低波数移动，强度亦随之增加，而变形频率将向高波数移动。如果溶剂可以引起溶质的互变异构，并伴有氢键的形成，则吸收谱带的频率和强度都会有较大的变化。

（4）分子结构的不同对特征基团吸收振动频率的影响

这是影响特征基团吸收频率最主要的影响因素：

①诱导效应。由于取代基具有不同的电负性，通过静电诱导作用，就会引起分子中电子分布的变化，从而改变了键的力常数，使基团的特征频率发生位移。所连原子的电负性越大，诱导作用也就越显著，特征频率发生位移也越明显。

②共轭效应。分子中形成大п键所引起的效应叫做共轭效应，共轭作用的结果会使共轭体中的电子云密度平均分布，这样的话键长就会略有增加，力常数减小，吸收峰也就会向低波数移动。

③空间效应。空间效应主要包括空间位阻效应、环状化合物的张力等。

④氢键。分子内氢键浓度对峰位影响不大；分子间氢键受浓度的影响较大。

⑤振动的相互作用。当两个振动频率相同或相近的基团连接在一起时，或当一振动的泛频与另一振动的基频接近时，它们之间可能产生强烈的相互作用，其结果使振动频率发生变化。

三、如何分析红外光谱图

接着来说怎么解析一个红外光谱图：

1、先确定分子式。红外光谱图通常需要跟其他多种谱图联合使用，先由其他谱图如质谱以及元素分析，相对质量的测定来推算出分子式。

2、在知道分子式后计算其不饱和度。不饱和度表示有机分子中是否含有双键、三键、苯环，是链状分子还是环状分子等，对决定分子结构非常有用。不饱和度的计算公式如下：

式中，n1、n3、n4分别为分子式中一价、三价和四价原子的数目

3、确定分子中所含的基团或键的类型。在我看来这是读取红外谱图最重要的一部分，对于不同官能团或键处在的大致区域我们应当有些了解，具体的数据我们可以通过查找书籍或网址来找到。但是对于一些常用的例如苯的骨架振动峰，烷烃的伸缩振动峰，含氧化合物中可能存在的费米振动峰等，熟记一些常用的峰可以极大的加快我们读图的速度。

4、将整个红外光谱区划分为特征官能团区（4000cm^-1～1330cm^-1）和指纹区（1330cm^-1～667cm^-1）将特征官能团再分为三个波段检查：

（1）4000～2400cm^-1区，这个区域的吸收峰表征含有氢原子的官能团（伸缩振动）存在

（2）2400～2000cm^-1区，这个区域出现吸收表征含有叁键的化合物，一般是中等强度或弱峰

（3）1330cm^-1～900cm^-1区，这一区域出现吸收表征含有双键的化合物。

指纹区再分为两个区域进行检查.包括1330～900cm^-1和900cm^-1～667cm^-1区。较为常用的是900cm^-1～667cm^-1区，该区域通常可以判断苯的取代位置。

4、推测分子结构，验证分子结构。

四、红外吸收光谱的作用

最后来简单说一下红外光谱既然有这么多的好处，那么它有哪些作用呢。

首先，定性分析，由于基团与特征谱带的对应关系，分子中所含的各种官能团都可以由观察红外光谱鉴别；相同化合物有着完全相同的光谱；旋光性物质的左旋、右旋以及消旋体都有着完全相同的红外光谱；物质纯度检查、观察反应过程；在分离提纯方面也有着不可小觑的作用。

其次，定量分析，许多光谱分析技术都有着标准曲线法这一定量分析方法，红外光谱也不例外，除此之外内标法和比例法也常用于红外光谱的定量分析方法。

在这篇文章的结尾我想说的是光谱分析法是我们学习科研中必不可少的一项技能，熟练掌握这些光谱分析法将会对于我们今后的学习或工作有着极为重要的作用。常常总结方法，是学习好一项技能必不可缺的重要一环。