傅里葉變換紅外光譜（FTIR）是一種強大的分析工具，特別適用于有機物的成分剖析。以下從原理、應(yīng)用、步驟及實際案例等方面進(jìn)行系統(tǒng)闡述：
一、FTIR基本原理
分子振動與紅外吸收
分子中的化學(xué)鍵（如C-H、C=O、O-H等）在紅外光照射下會發(fā)生振動（伸縮、彎曲等），當(dāng)紅外光的波數(shù)與化學(xué)鍵的振動頻率匹配時，分子會吸收特定波長的光，形成特征吸收峰。
紅外活性：只有振動過程中偶極矩發(fā)生變化的分子才具有紅外活性（例如CO?的對稱伸縮振動無紅外吸收，而H?O的彎曲振動有吸收）。
傅里葉變換技術(shù)
通過干涉儀測量紅外光的干涉圖（時域信號），再利用傅里葉變換將其轉(zhuǎn)換為頻域光譜（波數(shù)-吸收強度圖），從而獲得高分辨率、高靈敏度的紅外光譜。
光譜區(qū)域劃分
特征頻率區(qū)（4000-1300 cm?1）：對應(yīng)基團(tuán)的伸縮振動（如C=O在1700 cm?1附近有強吸收）。
指紋區(qū)（1300-400 cm?1）：包含單鍵伸縮、彎曲振動及骨架振動，用于區(qū)分結(jié)構(gòu)相似的化合物。
二、FTIR在有機物成分剖析中的應(yīng)用
1. 官能團(tuán)鑒定
典型吸收峰（部分示例）：
C=O（羰基）：1700-1750 cm?1（酮、醛、酯、羧酸等）。
O-H（羥基）：3200-3600 cm?1（自由羥基為尖銳峰，氫鍵為寬峰）。
C-H（烷烴/烯烴）：3000 cm?1以下（烷烴），3010-3100 cm?1（烯烴）。
芳香族C=C：1450-1600 cm?1（苯環(huán)骨架振動）。
N-H（胺/酰胺）：3300-3500 cm?1（伯胺），1600-1700 cm?1（酰胺I帶）。
2. 結(jié)構(gòu)分析
苯環(huán)取代模式：通過C-H面外彎曲振動（880-680 cm?1）判斷取代基數(shù)量及位置（如單取代、鄰位、間位、對位）。
共軛效應(yīng)：共軛體系會降低C=O吸收峰的波數(shù)（如脂肪酮1715 cm?1，共軛后降至1680 cm?1）。
氫鍵作用：O-H或N-H的吸收峰會因氫鍵形成而變寬（如羧酸二聚體在2500-3300 cm?1出現(xiàn)寬峰）。
3. 定量分析
吸光度與濃度關(guān)系：遵循朗伯-比爾定律（A = ε·c·l），通過特征峰的吸光度計算官能團(tuán)含量。
限制：需已知純物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)曲線，且樣品需均勻、無干擾基團(tuán)。
4. 未知物結(jié)構(gòu)解析
譜庫比對：將樣品光譜與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫（如Sadtler、NIST）比對，快速識別已知化合物。
組合分析：結(jié)合NMR、質(zhì)譜等技術(shù)解析復(fù)雜結(jié)構(gòu)（如天然產(chǎn)物、藥物中間體）。
三、FTIR分析步驟
樣品制備
固體樣品：壓片法（KBr壓片）、ATR（衰減全反射）法、薄膜法。
液體樣品：液膜法、液體池法（避免水干擾）。
氣體樣品：氣體池測定（需抽真空后充樣）。
要求：樣品純度>98%，避免游離水（水的吸收峰會干擾分析）。
光譜掃描與數(shù)據(jù)處理
掃描參數(shù)：分辨率（通常4 cm?1）、掃描次數(shù)（32-64次平均）。
基線校正：消除背景干擾（如溶劑峰、儀器噪聲）。
傅里葉變換：將干涉圖轉(zhuǎn)換為光譜圖。
譜圖解析
先特征區(qū)后指紋區(qū)：優(yōu)先識別強吸收峰（如C=O、O-H），再結(jié)合指紋區(qū)細(xì)節(jié)確認(rèn)結(jié)構(gòu)。
相關(guān)峰驗證：通過一組相關(guān)吸收峰（如C=O在1700 cm?1，C-O在1050 cm?1）確認(rèn)官能團(tuán)存在。
排除干擾：注意樣品中雜質(zhì)或溶劑的吸收（如CHCl?的C-Cl峰在750 cm?1附近）。
四、實際案例與應(yīng)用領(lǐng)域
1. 藥物分析
活性成分鑒定：通過C=O（1700 cm?1）、N-H（3300 cm?1）等峰確認(rèn)藥物結(jié)構(gòu)（如阿司匹林的酯基和羧酸基團(tuán)）。
輔料檢測：區(qū)分乳糖（O-H寬峰）、淀粉（C-O-C峰）等輔料。
2. 高分子材料
聚合物鑒別：通過特征峰（如聚乙烯的C-H伸縮在2920 cm?1，聚酯的C=O在1720 cm?1）區(qū)分不同聚合物。
降解分析：監(jiān)測C=O（酸酐）或C-O-C（醚鍵）的變化，評估材料老化程度。
3. 環(huán)境監(jiān)測
VOCs檢測：利用FTIR的寬波數(shù)范圍（如9100FIRair儀器）同時監(jiān)測多種揮發(fā)性有機物（如苯系物、醛類）。
污染物溯源：通過指紋區(qū)吸收峰差異區(qū)分不同來源的污染（如工業(yè)廢水與生活污水）。
4. 食品與農(nóng)業(yè)
成分檢測：分析油脂中的酯基（1740 cm?1）、蛋白質(zhì)中的酰胺I帶（1650 cm?1）。
添加劑識別：檢測防腐劑（如苯甲酸的C=O在1700 cm?1）或非法添加物（如三聚氰胺的N-H彎曲振動）。
五、FTIR的優(yōu)勢與局限性
優(yōu)勢
非破壞性：無需復(fù)雜前處理（ATR技術(shù)可直接測固體/液體）。
快速高效：單次掃描僅需幾分鐘，適合高通量分析。
信息豐富：提供官能團(tuán)、結(jié)構(gòu)、相態(tài)等多維信息。
局限性
混合物分析困難：需先分離組分（如結(jié)合色譜技術(shù)）。
定量精度有限：受樣品均勻性、基質(zhì)效應(yīng)影響較大。
依賴譜庫：未知物解析需結(jié)合其他手段（如NMR、MS）。
六、總結(jié)
FTIR是有機物成分剖析的核心工具，尤其在官能團(tuán)鑒定、結(jié)構(gòu)解析和定性分析中具有不可替代性。通過結(jié)合現(xiàn)代軟件（如OMNIC、OPUS）和譜庫比對，可顯著提升分析效率。對于復(fù)雜樣品，建議與色譜、質(zhì)譜等技術(shù)聯(lián)用，實現(xiàn)更全面的成分解析。