Số lượng các chế độ rung động
Để một chế độ rung trong một mẫu là “IR hoạt động”, nó phải được kết hợp với những thay đổi trong thời điểm lưỡng cực. Một lưỡng cực vĩnh cửu là không cần thiết, như là quy tắc chỉ đòi hỏi một sự thay đổi moment lưỡng cực
Một phân tử có thể rung động theo nhiều cách, và mỗi cách được gọi là chế độ rung động. Đối với các phân tử có N số nguyên tử, các phân tử tuyến tính có 3N – 5 độ chế độ rung động, trong khi các phân tử phi tuyến có 3N – 6 độ chế độ rung động (còn gọi là độ rung động của tự do). Ví dụ H2O, một phân tử không tuyến tính, sẽ có 3 × 3 – 6 = 3 độ độ tự do rung, hoặc các chế độ.
Các phân tử diatomic đơn giản chỉ có một liên kết và chỉ có một dải rung động. Nếu phân tử là đối xứng, ví dụ: N2, dải không được quan sát trong phổ hồng ngoại, nhưng chỉ trong phổ Raman. Các phân tử diatom không đối xứng, ví dụ: CO, hấp thụ trong phổ IR. Các phân tử phức tạp hơn có nhiều liên kết, và các phổ dao động của chúng tương ứng phức tạp hơn, nghĩa là các phân tử lớn có nhiều đỉnh trong phổ IR của chúng.
Các nguyên tử trong một nhóm CH2X2, thường được tìm thấy trong các hợp chất hữu cơ và nơi X có thể đại diện cho bất kỳ nguyên tử khác, có thể rung trong 9 cách khác nhau. Sáu trong số những rung động này chỉ liên quan đến phần CH2: kéo giãn, đối xứng, chống rung, xoắn, xoắn và xoắn, như trình bày dưới đây. Các cấu trúc không có hai nhóm X bổ sung có ít chế độ hơn bởi vì một số chế độ được xác định bởi các mối quan hệ cụ thể với các nhóm khác gắn liền. Ví dụ, trong nước, các chế độ quay, xoay, và xoắn không tồn tại bởi vì các loại chuyển động của H thể hiện sự quay vòng đơn giản của toàn bộ phân tử chứ không phải là sự rung động trong nó
Những con số này không đại diện cho sự “hồi phục” của các nguyên tử C, mặc dù hiện tại cần cân bằng các chuyển động tổng thể của phân tử, nhỏ hơn nhiều so với các chuyển động của các nguyên tử H nhẹ hơn.
Các hiệu ứng đặc biệt
Các đơn giản nhất và quan trọng nhất hoặc cơ bản ban nhạc IR phát sinh từ các kích thích của chế độ bình thường, sự biến dạng đơn giản nhất của phân tử, từ trạng thái cơ bản với số lượng lượng tử rung v = 0 đến trạng thái kích thích đầu tiên với số lượng lượng rung động v = 1. Trong một số trường hợp, các dải âm thanh nổi được quan sát. Dải đè lên phát sinh từ sự hấp thụ của photon dẫn đến sự chuyển đổi trực tiếp từ trạng thái cơ bản sang trạng thái rung động kích thích thứ hai (v = 2). Dải như vậy xuất hiện ở khoảng hai lần năng lượng của dải cơ bản cho cùng một chế độ bình thường. Một số kích thích, cái gọi là chế độ kết hợp, liên quan đến kích thích đồng thời nhiều hơn một chế độ bình thường. Hiện tượng cộng hưởng Fermi có thể nảy sinh khi hai chế độ tương tự nhau về năng lượng; Kết hợp cộng hưởng Fermi tạo ra sự thay đổi bất ngờ về năng lượng và cường độ của dải, vv
Phổ hồng ngoại thực hành
Phổ hồng ngoại của một mẫu được ghi lại bằng cách truyền một chùm ánh sáng hồng ngoại qua mẫu. Khi tần số của IR tương đương với tần số dao động của một liên kết hoặc tập hợp các liên kết, sự hấp thụ xảy ra. Kiểm tra ánh sáng truyền qua cho thấy lượng năng lượng được hấp thụ ở mỗi tần số (hoặc bước sóng). Sự đo lường này có thể đạt được bằng cách quét dải bước sóng sử dụng bộ sắc đơn sắc. Ngoài ra, toàn bộ dải bước sóng được đo bằng công cụ chuyển đổi Fourier và sau đó một phổ truyền hoặc phổ hấp thụ được tạo ra bằng cách sử dụng một quy trình riêng.
Kỹ thuật này thường được sử dụng để phân tích các mẫu có liên kết đồng trị. Các phổ đơn giản thu được từ các mẫu có ít liên kết IR hoạt động và độ tinh khiết cao. Các cấu trúc phân tử phức tạp hơn dẫn đến nhiều dải hấp thụ và phổ phức tạp hơn.