红外光谱(Infrared spectroscopy)
红外光谱是一种常用的光谱分析技术。当被测样品受到频率连续变化的红外光照射时,分子基团选择性吸收特征频率的辐射,其振动能级和转动能级从基态跃迁到激发态,相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透过率与波数(或波长)的关系,得到红外吸收光谱。红外光谱图通常用波长(λ)或波数(ν)为横坐标,表示吸收峰的位置,用透光率(T%)或者吸光度(A)为纵坐标,表示吸收强度。
图1 BRUKER红外光谱仪
红外吸收光谱是分子振动能级跃迁产生的,所以红外光谱又称为分子振动光谱或振转光谱。因为转动能级差比分子振动能级差小,所以分子发生振动能级跃迁时,不可避免地伴随转动能级的跃迁。
红外光谱的产生需同时满足两个条件:一、电磁波能量与分子两能级差相等,这对应于吸收峰出现的位置。二、红外光与分子之间需有偶合作用,分子振动时其偶极矩必须发生变化。因此并非所有的振动都会产生红外吸收,只有偶极矩发生变化的振动才能产生红外吸收。
图2 PEG-b-PCL嵌段共聚物的红外光谱图
通常将红外光谱分为三个区域:近红外区(0.75~2.5μm、13300~4000 cm
-1)、中红外区(2.5~25μm、4000~400 cm
-1)和远红外区(25~1000μm、400~10 cm
-1)。其中中红外光区吸收带是绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带,且基频振动是红外光谱中吸收最强的振动,所以中红外区最适于进行红外光谱的定性和定量分析,是研究和应用最多的区域,通常所说的红外光谱即指中红外光谱。
红外吸收光谱主要用来检测和鉴别样品中的分子和化学键等。在聚合物研究中可以用于分析聚合物的成分、结构和相互作用等,如通过特定的化学键推断确定聚合物的结构、监测反应物消耗和产物形成的过程、确定聚合反应的进程和产物结构,红外光谱还可以通过检测不同的特征峰来进行定量分析和计算。
图1和图2分别为BRUKER红外光谱仪和PEG-b-PCL嵌段共聚物的红外光谱图。