1.前情提要
1800年，英國物理學家赫謝爾（Herschel）用棱鏡使太陽光色散，研究各部分的熱效應，發(fā)現(xiàn)紅色光的外側(cè)具有最大的熱效應，當時將它稱為“紅外線”。1892年，朱利葉斯（Julius）用鹽棱鏡和電阻溫度計測得了20多種有機化合物的紅外光譜，開拓了紅外光譜研究的新階段。1905年，庫柏倫次（Coblentz）測得了128種有機和無機化合物的紅外光譜，紅外光譜技術(shù)進入了發(fā)展的階段。此后，隨著量子力學和計算機技術(shù)的發(fā)展，紅外光譜成為光譜學的一個重要分支，在理論和實踐上逐步完善和成熟。
2.身家背景
大家好，我叫分子吸收紅外光譜，是在電磁輻射的作用下，分子中原子的振動能級和轉(zhuǎn)動能級發(fā)生躍遷時產(chǎn)生的分子吸收光譜。通常大家看到的我是透過率（T/%）對波長（λ/nm）或波數(shù)（σ/cm-1）的曲線。
我是電磁波家族的一員，波長在0.78-300μm，人們根據(jù)分子能級躍遷類型把我分為三個區(qū)域：近紅外區(qū)（0.76-2.5μm）是倍頻及組頻躍遷區(qū)域；中紅外區(qū)（2.5-25μm）是大家最熟悉的對有機化合物結(jié)構(gòu)和組成的分析區(qū)；遠紅外區(qū)（25-1000μm）是金屬-有機鍵的振動、無機化合物的鍵振動、晶架振動及分子振動區(qū)域。
3.特技：慧眼識官能團
當一束連續(xù)波長的紅外光照射物質(zhì)時，物質(zhì)會吸收一部分光能來實現(xiàn)自己轉(zhuǎn)動或振動能級的躍遷，不同的基團，躍遷需要的能量不同，所以被吸收的波段通過一定的手段記錄下來后，就能實現(xiàn)官能團與波長的一一對應關(guān)系。
當然，只有分子振動、轉(zhuǎn)動躍遷需要的能量范圍在紅外光譜頻率之間（8.37-41.87KJ/mol）且振動過程偶極矩有變化的化合物才能被識別。
4.常見官能團出峰位置
分子振動分為伸縮振動（v，鍵長改變，鍵角不變）和變形振動（δ，鍵角改變，鍵長不變）。吸收峰強度與分子偶極矩變化的平方成正比，分子對稱度高，振動偶極矩小，產(chǎn)生的譜帶就弱；反之則強。而偶極矩變化主要受化學鍵兩端原子間的電負性差、振動形式以及共振、氫鍵、共軛等因素影響。通常用vs（很強）s（強） m（中強）w（弱）表示吸收強度。
除了官能團的內(nèi)在因素，其位移也受化學環(huán)境的影響：吸電子誘導作用使臨近基團波數(shù)升高，給電子又到作用使降低；吸電子共軛作用使基團波數(shù)升高，給電子共軛作用使降低；除環(huán)丙烯外的環(huán)內(nèi)雙鍵，張力越大波數(shù)越低，環(huán)外雙鍵，張力越大，伸縮振動波數(shù)越高；氫鍵使伸縮振動頻率移向低波數(shù)（分子間氫鍵隨濃度而變，分子內(nèi)氫鍵不隨濃度變）。
5.譜圖解析小貼士
已知分子式的可先計算不飽和度：Ω=n4+1+(n3-n1)/2
（n4、n3、n1分別表示分子中含有的四價、三價和一價原子數(shù)目，二價原子不參加計算。）
Ω=0時，分子飽和，可能是脂肪烴類；Ω=1時可能有一個雙鍵或脂環(huán)；Ω=3時可能是兩個雙鍵或脂環(huán)，也可能是一個叁鍵；Ω=4時可能是一個苯環(huán)等。
圖譜的解析主要是經(jīng)驗的積累，一般遵循著先官能團區(qū)再指紋區(qū)，先強峰后弱峰，先否定后肯定的原則。還有一個比較重要的參考就是標準譜庫：薩特勒（Sadtler）標準紅外光譜圖、 Sigma Fourier紅外光譜圖庫、Aldrich紅外譜圖庫。高聚物的光譜較之其單體的光譜吸收峰數(shù)目少、峰寬鈍、強度低，但分子量不同的相同高聚物光譜無明顯差異。
6.我還可以甄別無機離子團
紅外光譜法可以測定分子的鍵長、鍵角，進而推斷分子的空間構(gòu)型，也可以根據(jù)所得的鍵力常數(shù)間接得知化學鍵的強弱。無機化合物的紅外光譜主要是由陰離子（團）的晶格振動引起的。陰離子配位后強度會有所下降，反對稱伸縮振動吸收峰向低波數(shù)位移。表中給出了常見無機陰離子的紅外光譜特征吸收。
氫氧化物中無水堿性氫氧化物的OH-伸縮振動頻率都在3550-3720 cm-1范圍內(nèi)，陽離子會對OH-的伸縮振動有一定的影響。 KOH羥基的伸縮振動頻率為3678 cm-1，NaOH在3637 cm-1，Mg(OH)2為3698 cm-1，Ca(OH)2為3644 cm-1。兩性氫氧化物中OH-的伸縮振動偏小，其上限在3660 cm-1。如Zn(OH)2、Al(OH)3分別為3260和3420 cm-1。
此外，某些金屬氧化物也會在紅外區(qū)有特征吸收。MgO、NiO、COO的吸收譜帶分別在400、465、400 cm-1。 剛玉結(jié)構(gòu)的M2O3化合物（Al2O3、Cr2O3、Fe2O3等）在低波數(shù)具有700-200 cm-1寬譜帶，其中Fe2O3的振動頻率低于相應的Cr2O3。
7.代理探尋超導奧秘
BCS 理論：電子間除了庫倫力的直接作用，還存在以晶格振動為媒介的間接相互作用，當這種相互作用滿足一定條件時，電子可以相互吸引，形成 “庫珀對”，“庫珀對”在晶格當中可以無損耗的運動，產(chǎn)生超導現(xiàn)象。
此理論解釋超導存在的關(guān)鍵之處在于晶格振動的作用，而紅外光譜能有效反應晶體晶格振動的信息。
8.自我評價
我是一種可以提供官能團信息的綠色、快速、高效的在線分析技術(shù)，可以實現(xiàn)固、液、氣相樣品中化合物鑒定和分子結(jié)構(gòu)表征，樣品用量少、可回收。
現(xiàn)在紅外顯微鏡、漫反射傅立葉變換紅外光譜技術(shù)、衰減全反射傅立葉變換紅外光譜技術(shù)、光聲光譜技術(shù)、時間分辨光譜、光熱光譜、紅外聯(lián)用技術(shù)（GC-FTIR、LC-FTIR、SFC-FTIR等）等分析技術(shù)出現(xiàn)了，我會越來越能干的！
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