Solid-State Properties 12.3 傅里叶变换红外光谱
12.3 傅里叶变换红外光谱
傅立叶变换红外光谱 (FT-IR) 是一种吸收光谱，通常用于探测 400~4000 cm−1 的中红外波段。化合物能够吸收与其基本振动模式之一对应的中红外波段的红外辐射。此类振动模式通常与能够吸收红外辐射的偶极矩相关。因此，极性基团（例如羟基）通常会产生较强的 FT-IR 吸收。非极性基团（例如对称分子中的碳碳双键）的 FT-IR 吸收较弱或没有吸收。
红外光谱法获得的数据通常以红外光谱的形式呈现。该光谱以透射或吸收的强度来绘制。特定谱带的强度与偶极矩变化的幅度成正比。因此，在同一分子中，OH 和 NH 基团产生的谱带强度比 CH 基团的更高。
波数是波长的倒数，与频率呈线性关系，如下式所示
其中，w为波数，λ为波长，ν为频率，c为光速。波数的单位为cm−1。
波数与分子键强度和原子质量有关，如下式所示：
其中，k 为力常数，μ 为约化质量。约化质量由形成化学键的两个原子的质量计算得出。
其中， m1 和 m2 是两个原子的质量。
从上面的方程可以明显看出，质量越小，带能量越强，波数越高。
因此，每个官能团都会产生一个由键强度和原子质量决定的独特频率。许多有机化学教科书都提供了红外光谱中各种振动带的大致区域。1450–600 cm −1 区域的红外光谱通常很复杂，难以确定所有的吸收带。这被称为指纹区域。相反，4000–1450 cm−1 区域的吸收带通常具有合理的分离，并且与双原子单元的伸缩振动有关。这个区域被称为基团频率区域，有助于进行结构解析和鉴定有机化合物。
药物材料通常含有多种官能团，因此其光谱反映了这些官能团的各种伸缩和振动谱带的组合。即使是简单的分子，由于伸缩和振动谱带的组合，也能产生复杂的傅立叶变换红外光谱 (FT-IR)。图 12.2 显示了阿司匹林的 FT-IR 光谱，该光谱是在制备样品时使用 KBr 颗粒采集的，KBr 在红外区域无响应 [2]。没有两种分子结构会给出完全相同的 FT-IR 光谱，这正是 FT-IR 光谱法在已知或未知物质的化合物鉴定中如此有用的原因。
图12.2 阿司匹林的活性成分乙酰水杨酸的傅立叶变换红外光谱（FT-IR）。来源：Redrawn from Bunaciu et al., 2006 [2]。
FT-IR 光谱通常以透射率格式绘制，其中样品的透射率是穿过样品的特定波长的红外辐射强度与进入样品时的辐射强度之比。
有时，FT-IR 光谱以吸光度模式绘制，其中吸光度是样品既不透射也不反射的光量的量度。
从透射模式到吸光度模式的转换可以用以下方程来描述：
其中， A 为吸光度，T 为透射率。吸光度模式适用于定量分析；一些数学处理方法，例如减法、Kubelka-Munch变换或解卷积，都是利用吸光度模式下的光谱数据实现的。
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2026-04-30
2026-04-24
