一、引言
红外光谱（Infrared Spectroscopy，简称 IR）是一种重要的分子光谱分析方法，广泛应用于有机化学、药物分析、材料科学、环境监测及生物医学等领域。其核心原理是利用物质分子在红外光区对电磁辐射的吸收特性，分析分子结构及化学键的振动模式。
由于其操作简便、信息量大、适用范围广，红外光谱已成为结构鉴定与定性分析的重要工具。本文将从 基本原理、样品测试注意事项、数据处理方法 三个方面进行系统介绍。
二、红外光谱的基本原理
1. 红外区的划分
近红外区：0.78–2.5 μm（4000–12800 cm⁻¹）
中红外区：2.5–25 μm（4000–400 cm⁻¹）
远红外区：25–1000 μm（400–10 cm⁻¹）
其中，中红外区最常用于分子结构分析。
2. 分子振动与红外吸收
分子中的化学键可以发生 伸缩振动（键长变化）和 弯曲振动（键角变化）。当入射红外光的频率与某一振动模式的固有频率相匹配时，能量被吸收，形成特征吸收峰。
3. 指纹区与官能团区
官能团区（>1500 cm⁻¹）：常用于识别羟基、羰基、氨基等官能团；
指纹区（<1500 cm⁻¹）：峰型复杂，能反映分子整体骨架振动，具有高度特异性。
三、红外光谱测试样品的注意事项
1. 固体样品
压片法：样品与 KBr 粉末研磨后压片（常用比例 1:100）。
糊状法：样品与液体石蜡混匀后夹在盐片间，但需注意石蜡本身的吸收峰干扰。
2. 液体样品
直接滴在红外盐片（NaCl、KBr、CaF₂）间形成薄膜；
浓度过高时可适当稀释或调整膜厚；
避免盐片与水溶液直接接触。
3. 气体样品
使用气体池，池长数厘米至数十厘米；
窗口材料通常为 KBr 或 CaF₂。
4. 制样与存放注意事项
空气中的 水和 CO₂ 会干扰谱图，应保持干燥并吹氮气；
样品应尽量纯净，避免杂质影响；
对不稳定样品应选择温和制样方法。
四、数据处理与分析
1. 光谱预处理
基线校正：消除背景漂移；
平滑处理：降低噪声但避免过度；
归一化：便于不同样品之间比较。
2. 定性分析
官能团识别：如 C=O 在 1700 cm⁻¹ 附近有强峰，O–H 在 3200–3600 cm⁻¹ 有宽峰；
指纹区比对：与标准数据库光谱对照确认物质身份。
3. 定量分析
基于 朗伯–比尔定律：
通过绘制标准曲线，可以实现定量测定。
4. 多变量数据分析
PCA（主成分分析）：揭示主要变化趋势；
PLS（偏最小二乘回归）：用于建立光谱与浓度的定量关系；
模式识别：常用于药品真假鉴别、食品溯源等。
五、红外光谱的优势与局限
优势
测试快速，样品制备方法多样；
能同时反映官能团和整体骨架结构；
非破坏性分析，样品基本保持完整；
可结合显微镜、成像系统实现空间分布研究。
局限
微量成分检测灵敏度有限；
同类官能团吸收峰可能重叠；
不适合金属单质及红外不透明样品；
制样过程对结果影响较大。
六、结语
红外光谱凭借其独特的分子振动信息，已在科研与工业生产中发挥着重要作用。从 原理—样品制备—数据处理 的完整流程来看，每一个环节都影响着光谱质量与结论可靠性。随着 傅里叶变换红外光谱（FTIR） 和 化学计量学方法 的发展，红外光谱的应用正不断拓展，在高分子材料、生命科学、环境分析等领域展现出更大潜力。