深入解析红外光谱：原理、特征与应用
分子能级与振动：基础解析</
分子的内部运动并非单一，而是由核能、平动能、电子能、振动能和转动能五个层面构成。电子能级的跃迁产生紫外和可见光谱，而原子核的振动对应于振动能级，形成振动光谱，分子的转动则对应转动能级，产生转动光谱。在红外光谱中，振动和转动能级的跃迁起着关键作用。
红外光谱的工作原理</
当红外光以特定波长照射分子，当辐射能量等于振动基态与激发态之间的能量差时，分子吸收能量，导致偶极矩变化。这种能量转移产生分子从基态到激发态的跃迁，进而形成红外光谱的特征图谱。
光谱图的基础要素</
红外光谱的分析关注峰位（如1380cm
-1的异丙基振动耦合示例）、峰强和峰型。峰位通常代表特定官能团的振动特征，峰型则揭示分子结构的细节，而峰强则指示分子在特定波长下的活性。
峰和吸收带的复杂性</
峰位的解读并非简单，特征峰与相关峰的区分可能并不绝对，需要考虑官能团区、指纹区等光谱分区。内部因素如振动耦合（如2,4-二甲基戊烷的实例）和费米共振会影响谱带的分布和强度。
红外光谱的应用与技术</
红外光谱分析不仅能定性识别物质，如鉴定未知物种和分析结构，还能通过朗伯比尔定律进行定量分析。傅里叶变换红外光谱（FTIR）作为干涉型红外光谱仪，提供了更高的精度，其工作原理涉及光源的干涉光转换和快速傅里叶变换技术。
原位红外与实时研究</
与非原位IR和FTIR相比，原位红外技术允许在反应过程中实时监测光谱变化，这对于理解反应机制具有独特价值。通过探针分子如NO、CO、NH3或吡啶的吸脱附，原位红外能够揭示表面活性位点、酸碱性以及分子结构的动态变化。
深入理解峰与功能团的关系</
在分析红外光谱时，精确解读峰与特定官能团之间的联系至关重要，这有助于深入理解分子的结构与性质。