Phổ hấp thu hồng ngoại là phổ dao động quay vì khi hấp thu bức xạ hồng ngoại thì cả chuyển động dao động và chuyển động quay đều bị kích thích. Bức xạ hồng ngoại có độ dài sóng từ 0.8 đến 100 µm và được chia thành 3 vùng:
- Cận hồng ngoại = 0.8 - 2.5 µm - Trung hồng ngoại = 2.5 - 50 µm - Viễn hồng ngoại = 50 - 100 µm
Dựa vào khả năng làm chênh lệch mức năng lượng dao động trong phân tử của sóng hồng ngoại. Mỗi dao động chuẩn ứng với một tần số dao động cơ học. Năng lượng để làm chuyển các mức dao động này khá bé, tương đương với dao động của sóng hồng ngoại. Các chất hữu cơ hấp thụ bức xạ hồng ngoại ở những tần số trong vùng từ 10000 đến 100 cm-1 (1-100 µm) và biến thành năng lượng dao động của phân tử. Tuy nhiên, không phải bất kì phân tử nào cũng có khả năng hấp thu bức xạ hồng ngoại để có hiệu
49
ứng phổ dao động. Người ta chứng minh được rằng, chỉ có các phân tử dao động có gây ra sự thay đổi moment lưỡng cực điện mới có khả năng hấp thu bức xạ hồng ngoại, khi đó ta ghi nhận được mũi hấp thụ tương ứng. Cường độ mũi hấp thụ cành mạnh thì sự thay đổi moment càng lớn hay liên kết hóa học càng phân cực.
Bằng thực nghiệm, người ta có thể xác định được các bước sóng của bức xạ hồng ngoại tương ứng với các liên kết giữa các nguyên tử. Có nghĩa là, tại bước sóng đó liên kết hấp thu năng lượng bức xạ để chuyển sang một mức dao động mới- mức dao động kích thích và bước sóng đó đặc trưng cho liên kết tương ứng. Sự hấp thu ấy có định lượng nhưng phổ hồng ngoại không biểu hiện thành đường thẳng mà là các dải hấp thu với cường độ khác nhau, bởi vì sự biến đổi năng lượng dao động luôn luôn đi kèm với sự biến đổi năng lượng quay. Như vậy phổ hồng ngoại là dạng hấp thu của hai dạng năng lượng: năng lượng hồng ngoại và năng lượng quay.
Tần số hay độ dài sóng hấp thu của mỗi chất phụ thuộc vào khối lượng tương đối của các nguyên tử, vào hằng số lực các dây nối và cấu trúc hình học của nguyên tử. Vị trí dải hấp thu được đo bằng độ dài sóng hay bằng số sóng. Đơn vị độ dài sóng () được sử dụng trong vùng hồng ngoại là micromet. Đơn vị của số sóng được sử dụng là cm-1.
Cường độ băng hấp thu được biểu thị bằng độ truyền ánh sáng hoặc bằng độ hấp thu. Độ truyền ánh sáng là tỉ lệ giữa năng lượng bức xạ đi qua chất thử đối với năng lượng bức xạ lộ ra ngoài chất thử.
Sự hấp thu có nhiều ý nghĩa trong việc ứng dụng phổ hồng ngoại để phân tích cấu trúc các hợp chất hữu cơ là sự hấp thu trong vùng 4000-600 cm-1.
Phổ kế hồng ngoại là loại tự ghi, hoạt động theo nguyên tắc sau: chùm tia hồng ngoại phát ra từ nguồn (1) được tách thành 2 phần, một phần đi qua mẫu (2) và một đi qua môi trường đo (dung môi) (2') rồi được bộ tạo đơn sắc (3) tách thành những bức xạ có tần số khác nhau và chuyển đến detector (4). Detector sẽ so sánh cường độ hai chùm tia và chuyển thành tín hiệu điện có cường độ tỉ lệ với phần bức xạ đã bị hấp thu bởi mẫu. Dòng điện này có cường độ rất nhỏ nên phải nhờ bộ khuếch đại (5) tăng lên nhiều lần trước khi chuyển sang bộ tự ghi (6) và vẽ lên bằng phổ hoặc đưa vào máy tính xử lý số liệu rồi in ra phổ.
50