红外光谱学

红外光谱学是光谱学中研究电磁光谱红外部分的分支。它包括了许多技术，到目前为止最常用的是吸收光谱学。同所有的分光镜技术一样，它可以被用来鉴别一种化合物和研究样品的成分。红外光谱学相关表见于文献，方便查找。

理论

电磁光谱的红外部分根据其同可见光谱的关系，可分为近红外光、中红外光和远红外光。 远红外光（大约400-10 cm^-1）同微波毗邻，能量低，可以用于旋转光谱学。中红外光（大约4000-400 cm^-1）可以用来研究基础振动和相关的旋转-振动结构。更高能量的近红外光（14000-4000 cm^-1）可以激发泛音和谐波振动。

红外光谱法的工作原理是由于振动能级不同，化学键具有不同的频率。共振频率或者振动频率取决于分子等势面的形状、原子质量、和最终的相关振动耦合。为使分子的振动模式在红外活跃，必须存在永久偶极的改变。具体的，在波恩-奥本海默和谐振子近似中，例如，当对应于电子基态的分子哈密顿量能被分子几何结构的平衡态附近的谐振子近似时，分子电子能量基态的势面决定的固有振荡模，决定了共振频率。然而，共振频率经过一次近似后同键的强度和键两头的原子质量联系起来。这样，振动频率可以和特定的键型联系起来。

简单的双原子分子只有一种键，那就是伸缩。更复杂的分子可能会有许多键，并且振动可能会共轭出现，导致某种特征频率的红外吸收可以和官能团联系起来。常在有机化合物中发现的CH₂组，可以以 “对称和非对称伸缩”、“剪刀式摆动”、“左右摇摆”、“上下摇摆”和“扭摆”六种方式振动（见下图）。

对称伸缩	非对称伸缩
剪刀式摆动	左右摇摆
上下摇摆	扭摆

测量样品时，一束红外光穿过样品，个个波长上的能量吸收被记录下来。这可以由连续改变使用的单色波长来实现，也可以用傅立叶变换来一次测量所有的波长。这样的话，透射光谱或吸收光谱或被记录下来，显示出被样品红外吸收的波长，从而可以分析出样品中包含的化学键。

这种技术专门用在共价键的分析上，而且主要用于有机化学中。如果样品的红外活跃键少、纯度高，得到的光谱会相当清晰，效果好。更加复杂的分子结构会导致更多的键吸收，从而得到复杂的光谱。但是，这项技术还是用在了非常复杂的混合物的定性研究当中。

样品制备

固态样品可溶解于有机溶剂如二氯甲烷、氯仿或甲苯中，获取光谱前先扫描相应的纯溶剂获得背景光谱，再扫描含有样品的溶液，通过计算机处理即可获得样品的红外光谱。也可将样品与矿物油混合研磨制成糊状物进行扫描。还可以将样品与溴化钾研碎混合充分混合后压片进行扫描。 液态样品可以直接通过扫描获取红外光谱，也可以制成溶液后进行扫描。