红外（IR）光谱是一种多功能分析技术，用于识别和研究各种样品的分子结构。它的工作原理是测量样品对红外辐射的吸收，从而引起分子振动。这项技术广泛应用于化学、材料科学、制药和环境分析等不同领域。红外光谱法可分析的样品类型包括固体、液体、气体和复杂混合物。该方法尤其适用于有机化合物、聚合物和无机材料，前提是样品能与红外辐射相互作用。样品制备至关重要，因为该技术要求样品对红外辐射透明，或者制备时允许红外光穿过。
要点说明：
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有机化合物:
- 红外光谱广泛用于分析有机化合物，如碳氢化合物、醇、羧酸和胺。这些化合物的官能团会吸收特定波长的红外辐射，从而产生特征光谱。
- 例如由于 O-H 伸展振动，醇类在 3200-3600 cm-¹ 附近显示出强烈的吸收带。
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聚合物和塑料:
- 聚合物（包括塑料、橡胶和合成纤维）可使用红外光谱进行分析。该技术有助于识别聚合物类型、监控聚合过程以及检测添加剂或污染物。
- 举例说明：聚乙烯在 2900 cm-¹ （C-H 伸展）和 1470 cm-¹ （C-H 弯曲）附近显示特征峰。
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无机化合物:
- 虽然红外光谱法较少用于无机化合物，但某些材料如金属氧化物、碳酸盐和硫酸盐也可进行分析。这些化合物通常需要专门的样品制备技术，如 KBr 颗粒的形成。
- 举例说明：碳酸盐在 1400 cm-¹ 附近有一条强烈的吸收带，这是由于 C-O 伸展振动造成的。
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气体:
- 气态样品，包括大气气体和挥发性有机化合物 (VOC) 可以使用红外光谱进行分析。该技术适用于环境监测和工业应用。
- 举例说明：二氧化碳在 2350 厘米-¹ 附近有一条尖锐的吸收带。
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液体:
- 可使用红外光谱分析溶剂、油和水溶液等液体样品。通常将样品放在两个红外透明窗口之间，如氯化钠或溴化钾。
- 举例说明：水在 3400 cm-¹ 附近显示出一条宽吸收带，这是由于 O-H 伸展引起的。
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固体样品:
- 固体样品，包括粉末、薄膜和晶体，可以使用衰减全反射（ATR）或透射法等技术进行分析。ATR 对于难以制备其他形式的样品尤其有用。
- 例如ATR-FTIR 通常用于分析薄膜或表面涂层。
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复杂混合物:
- 红外光谱可用于分析复杂的混合物，如生物样本、食品和药品。通常会采用化学计量学等高级数据分析技术来解释光谱。
- 举例说明：制药业使用红外光谱来鉴定药物配方中的活性成分和辅料。
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样品制备注意事项:
- 样品制备方法的选择取决于样品的物理状态和所使用的红外光谱类型。制样技术包括用于固体的 KBr 颗粒、用于液体的液膜和用于气体的气室。
- 正确的样品制备可确保结果的准确性和可重复性。
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局限性:
- 并非所有材料都适合红外光谱分析。高反射、不透明或不与红外辐射相互作用的样品（如金属）无法使用此技术进行分析。
- 水和二氧化碳会干扰红外光谱，因此在分析过程中必须注意尽量减少它们的存在。
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跨行业应用:
- 红外光谱广泛应用于各行各业，包括制药（药物分析）、环境科学（污染物检测）、食品科学（质量控制）和材料科学（聚合物表征）。
- 举例说明：在环境科学中，红外光谱用于检测和量化甲烷和二氧化碳等温室气体。
通过了解可分析的样品类型和适当的制备方法，红外光谱技术已成为不同领域分子分析的有力工具。
汇总表：
| 样品类型 | 主要特征 | 应用实例 |
|---|---|---|
| 有机化合物 | 官能团吸收特定的红外波长 | 烃、醇、羧酸 |
| 聚合物 | 识别聚合物类型并检测添加剂 | 塑料、橡胶、合成纤维 |
| 无机化合物 | 需要专门制备（如 KBr 颗粒） | 金属氧化物、碳酸盐、硫酸盐 |
| 气体 | 使用气体室进行分析；适用于环境监测 | 大气气体、挥发性有机化合物 |
| 液体 | 置于红外透明窗口之间 | 溶剂、油类、水溶液 |
| 固体 | 通过 ATR 或透射方法进行分析 | 粉末、薄膜、晶体 |
| 复杂混合物 | 需要高级数据分析技术（如化学计量学 | 生物样品、食品、药品 |
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