(中國粉體技術(shù)網(wǎng)/三水) 在電磁波譜中，波長范圍為0.75-1000μm、介于可見光與微波之間的電磁輻射稱為紅外光。根據(jù)紅外輻射定律，任何物體，只要溫度高于0K，都要向周圍環(huán)境發(fā)射紅外輻射，只是隨溫度不同，輻射特性發(fā)生變化而已。紅外波段按波長又可分為三個(gè)區(qū)：近紅外區(qū)（0.78-2.5μm）、中紅外區(qū)（2.5-25μm）及遠(yuǎn)紅外區(qū)（25-1000μm）。近紅外光譜是粒子的電子態(tài)躍遷和分子的倍頻振動(dòng)產(chǎn)生的；中紅外光譜是分子振動(dòng)態(tài)躍遷產(chǎn)生的；而遠(yuǎn)紅外光譜是分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級躍遷或晶格振動(dòng)產(chǎn)生的。多數(shù)無機(jī)固體紅外光譜只涉及中紅外區(qū)，大多數(shù)化合物的化學(xué)鍵振動(dòng)能級的躍遷發(fā)生在這一區(qū)域，在此區(qū)域出現(xiàn)的光譜為分子振動(dòng)光譜，即紅外光譜。
分子振動(dòng)可以近似地看做是分子中的原子以平衡點(diǎn)為中心，以很小的振幅做周期性的振動(dòng)。這種分子振動(dòng)的模型可以用經(jīng)典簡諧振動(dòng)的模型來模擬，如圖1所示，把分子看成是一個(gè)彈簧連接兩個(gè)小球，兩個(gè)小球的質(zhì)量相當(dāng)于分子中兩個(gè)原子的質(zhì)量，彈簧的長度就是分子化學(xué)鍵的長度，小球間彈簧的張力相當(dāng)于分子的化學(xué)鍵。這個(gè)體系的振動(dòng)頻率取決于彈簧的強(qiáng)度和小球的質(zhì)量，即化學(xué)鍵的強(qiáng)度和兩個(gè)原子的相對原子質(zhì)量。其振動(dòng)是在連接兩個(gè)小球的鍵軸方向發(fā)生的。
圖1 由彈簧聯(lián)結(jié)的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)從其平衡位置的位移
簡正振動(dòng)的特點(diǎn)是分子質(zhì)心在振動(dòng)過程中保持不變，所有的原子都在同一瞬間通過各自的平衡位置。每個(gè)簡正振動(dòng)代表一種振動(dòng)方式，有它自己的特征振動(dòng)頻率。
例如，水分子由3個(gè)原子組成，共有3個(gè)簡正振動(dòng)，其振動(dòng)方式如圖2所示。黑點(diǎn)代表氧原子，白點(diǎn)代表氫原子。
圖2 水分子的振動(dòng)方式
復(fù)雜分子的簡正振動(dòng)方式雖然很復(fù)雜，但主要可分兩大類，即伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)。所謂伸縮振動(dòng)，是指原子沿著鍵軸方向伸縮使鍵長發(fā)生變化的振動(dòng)。伸縮振動(dòng)按其對稱性的不同分為對稱伸縮振動(dòng)和反對稱伸縮振動(dòng)。前者在振動(dòng)時(shí)各鍵同時(shí)伸長或縮短；后者在振動(dòng)時(shí)，某些鍵伸長另外的鍵則縮短。
彎曲振動(dòng)又稱變形振動(dòng)，一般是指鍵角發(fā)生變化的振動(dòng)。彎曲振動(dòng)分為面內(nèi)彎曲振動(dòng)和面外彎曲振動(dòng)。面內(nèi)彎曲振動(dòng)的振動(dòng)方向位于分子的平面內(nèi)，而面外彎曲振動(dòng)則是在垂直于分子平面方向上的振動(dòng)。
面內(nèi)彎曲振動(dòng)又分為剪式振動(dòng)和平面搖擺振動(dòng)。兩個(gè)原子在同一平面內(nèi)彼此相向彎曲稱剪式振動(dòng)，若基團(tuán)鍵角不發(fā)生變化只是作為一個(gè)整體在分子的平面內(nèi)左右搖擺，即所謂平面搖擺振動(dòng)。
面外彎曲振動(dòng)也分為兩種，一種是扭曲振動(dòng)，振動(dòng)時(shí)基團(tuán)離開紙面，方向相反地來回扭動(dòng)；另一種是非平面搖擺振動(dòng)，振動(dòng)時(shí)基團(tuán)作為整體在垂直于分子對稱面的方向搖擺，基團(tuán)鍵角不發(fā)生變化。 |
