ИК-спектроскопия основана на поглощении электромагнитного излучения ИК-области молекулами вещества.
При поглощении ИК-излучения молекулы переходят на более высокий колебательный уровень. Изменение колебательного состояния молекулы упрощенно можно рассматривать как изменение колебаний связанных атомов, т.е. колебаний связи (примерно так же, когда вместо молекулярных орбиталей рассматривают отдельные связи). Поглощение ИК-излучения, как и ультрафиолетового излучения, квантовано. Это означает, что какая-либо связь поглощает ИК-излучение только определенной частоты. Строго говоря, связь поглощает некоторый интервал ИК-излучения, поскольку изменение колебательного состояния сопровождается изменением вращательных состояний. В качестве примера приведен ИК-спектр вазелинового масла (рис. 1.1), часто применяемого как иммерсионная жидкость при приготовлении суспензий веществ для снятия ИК-спектров.
Частоты колебаний в ИК-области имеют большие числовые значения, поэтому для удобства используют не частоты, а волновые числа, которые измеряются в обратных сантиметрах (см-1) и определяются уравнением:&hide_Cookie=yes)
где ν - частота, Гц (или с-1);
с - скорость света в вакууме, см × с-1.
Иногда волновые числа называют частотой, что, конечно, неправильно.
Для колебаний двухатомных связей молекулы волновое число можно вычислить по закону Гука:
&hide_Cookie=yes)
где f - силовая постоянная связи (мера энергии связи);
А1 и А2 - атомные массы.
&hide_Cookie=yes)
Рис. 1.1. Инфракрасный спектр вазелинового масла
По закону Гука положение полосы поглощения определяется энергией связи и природой атомов. Например, при переходе от колебаний одинарной связи С-С (~1200 см-1) к колебаниям двойной - С=С (~1650 см-1) и тройной - С≡С (~2200 см-1) связи происходит возрастание волновых чисел, поскольку увеличивается энергия связи. Важным следствием закона Гука является то, что одинаковые связи (например, функциональные группы) в разных соединениях поглощают примерно при одних и тех же волновых числах, называемых характеристическими полосами.