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近紅外分光光度計是一種基于分子振動與光譜吸收原理的分析儀器，以下是對其原理的詳細(xì)揭秘：
一、基本原理
1.分子振動與能級躍遷
分子振動基礎(chǔ)：分子中的原子并非靜止不動，而是在其平衡位置附近不停地振動。這些振動包括伸縮振動（如化學(xué)鍵的伸縮）和彎曲振動（如鍵角的變動）等多種形式。不同的化學(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)具有各自特定的振動頻率。
能級躍遷：根據(jù)量子力學(xué)原理，分子的振動能量是量子化的，即分子只能處于一些不連續(xù)的能級狀態(tài)。當(dāng)分子吸收特定波長的近紅外光時，光子的能量恰好等于分子振動的能級差，分子就會從低能級躍遷到高能級，產(chǎn)生能級躍遷。
2.近紅外光譜的產(chǎn)生
倍頻與合頻吸收：在近紅外區(qū)域，主要記錄的是含氫基團X-H振動的倍頻和合頻吸收。這是因為含氫基團的振動頻率較高，其倍頻和合頻剛好落在近紅外區(qū)。例如，一個分子中某個化學(xué)鍵的基頻振動頻率為ν，那么它的二倍頻、三倍頻等倍頻，以及不同化學(xué)鍵振動頻率之和或差的合頻等，都可能在近紅外區(qū)產(chǎn)生吸收峰。
非諧振性影響：分子振動并非完*遵循簡諧振動規(guī)律，存在一定的非諧振性。這種非諧振性使得分子在振動過程中，能級間隔會隨振動能量的變化而略有改變，從而導(dǎo)致倍頻和合頻吸收峰的出現(xiàn)，豐富了近紅外光譜的信息。
二、近紅外分光光度計分子結(jié)構(gòu)與光譜吸收的關(guān)系
1.不同基團的特征吸收
含氫基團：各類含氫基團由于其獨*的化學(xué)鍵性質(zhì)和振動頻率，在近紅外光譜中表現(xiàn)出不同的吸收特征。例如，甲基、亞甲基等基團中的C-H鍵伸縮振動會產(chǎn)生倍頻和合頻吸收，其吸收峰的位置和強度可以作為識別這些基團的依據(jù)。而且，同一基團在不同化學(xué)環(huán)境中，由于受到周圍原子或基團的影響，其振動頻率會發(fā)生位移，吸收峰的位置也會相應(yīng)改變，這被稱為基團的化學(xué)位移效應(yīng)。
其他基團：除了含氫基團外，其他一些基團如羰基、氨基等也可能在近紅外區(qū)產(chǎn)生較弱的吸收，這些吸收峰同樣可以提供有關(guān)分子結(jié)構(gòu)的信息。
2.分子結(jié)構(gòu)對光譜的影響
官能團種類與位置：分子中官能團的種類、數(shù)量以及它們在分子中的相對位置都會對近紅外光譜產(chǎn)生影響。不同的官能團組合和連接方式會導(dǎo)致分子振動模式的差異，進而使光譜中的吸收峰位置、強度和形狀發(fā)生變化。通過分析光譜中這些特征吸收峰的變化，可以推斷分子中官能團的存在及其周圍的化學(xué)環(huán)境。
分子構(gòu)象與相互作用：分子的構(gòu)象（如折疊、扭曲等）以及分子內(nèi)或分子間的相互作用也會改變分子的振動狀態(tài)。例如，氫鍵的形成會使參與氫鍵的X-H鍵的振動頻率降低，吸收峰向長波方向移動；分子內(nèi)共軛體系的存在會使電子云分布更加均勻，降低某些化學(xué)鍵的振動頻率，從而影響近紅外光譜的吸收特性。
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