红外光谱图怎么看？

  第二个层次目标：拿到一个红外吸收谱能大概判断是什么物质的吸收谱（讲解基本技术，完成实验）

  第三个层次目标：能理解红外光谱各种峰的存在，并理解其背后的哲学思想（自娱自乐）

  红外光是波长比可见光要长的一段电磁波，你没有很好的方法看到它，但通过某些手段我们大家可以观测到红外光的存在。让红外光穿过某种东西，然后接收穿过这样的一个东西的的红外光；由于穿过不同东西得到的红外光不同，所以我们大家可以通过红外光来判断一个东西是什么。这就是红外光谱最基础的原理。

  我们常用的红外光谱是吸收谱（并还有发射谱，但是我们只说吸收谱），就是让各种频率的红外光穿过一个物体，然后观察哪个频率的的红外光被吸收，吸收了多少，根据这个谱，我们就不难得知这个物体包含哪些分子结构。

  横坐标是红外光的波数，就是单位距离所含的电磁波周期的数目，之所以不直接用波长做横坐标是因为：如果用波长做横坐标，那么横坐标会非常密集难以判别，而且会有很多小数。

  纵坐标是透过率，通过这张图你会发现在一些特定频率透过率特别低，我们是通过这些特定的频率和透过率来判断物质的结构的。

  先说一个最简单的判断法：前人已经积累了很多数据，有许多物质的红外吸收谱，你得到一个吸收谱就对着前人的红外吸收谱看，看看你的吸收谱和哪个物质的吸收谱差不多，那么你的吸收谱就是那个物质的吸收谱。（红外光谱一般用来判断纯净物，很少会让你判断混合物的红外光谱）

  当然这也是一个非常夸张的判断法，不用说给你一个未知化学物的红外光谱，就算给你一个已知的红外光谱，化学物质千千万，眼睛看花都看不完。

  后一段叫指纹区，可以从这一部分知道官能团的连接方式。（像每个人的指纹一样，知道你有胳膊有脑袋，但还是不知道你是谁，得进一步通过指纹判断。）

  5，如果要求细致，就再找弱一些的峰重复上述操作，可能是杂质也可能是相关结构的峰。

  v,v_s,v_{as}依次表示：伸缩振动，对称伸缩振动，反对称伸缩振动

  根据量子力学，分子是由原子组合而成的，它们之间会有振动，而振动能级的不连续便是红外吸收谱的原因。而且不是只要能级差和红外光能量相同就能发生吸收，还需要这个振动和电磁波有相互作用；(要想有相互作用，那么这个分子振动必须伴随着偶极矩的变化。)

  确定一个原子需要三个坐标，意味着一个原子有3个自由度，N个原子有3N个自由度，去掉3个平动自由度，3个转动自由度，也就是说一个N个原子的分子，其振动自由度为：3N-6；也就是说红外光谱应该有3N-6个吸收峰，但实际上并不是所有的振动都会有偶极矩变化，不能产生吸收峰；有的分子振动能级差相同，导致吸收峰简并；由于检测精度低，无法分辨；有的吸收峰可能并不落在检测范围的波数内；等等原因导致实际上红外光谱吸收峰数量远小于这个值。

  前面的特征峰表，也就是说明这个基团比较有区分度的峰值频率；还有更细节的各种解释方用来解释各种分子内相同基团振动峰值波数的变化：电子效应，氢键影响，振动耦合，费米共振等；（这些内容如果你不做详细分析就可以不用了解）

  通过这一些描述，你就能理解更多的现象，但这时候一个更明显的问题出现了：你根本看不到这些结构，你怎么知道这些吸收峰对应着是原子间的振动呢？

  这就要说到我最喜欢的一个部分，也就是一切科学模型背后的哲学思想了：最大概然率思想。（简单地说就是，我扔骰子扔60次，结果出现了10次1向上，那么我有理由猜测，这个骰子1向上的概率是1/6）

  一开始人类对于分子结构的猜测都是乱猜。（像高中课本中的凯库勒做梦梦出了苯环的结构）然后在19世纪红外线被发现后，很多人做了大量的光谱测量工作，就像我前面说最简单判断分子结构的办法，一个一个相互对照。（当然这时候你并不能得到分子结构，只能知道是哪个东西的红外光谱）到了19世纪末，x射线衍射实验让我们能真正地获得晶体结构，于是我们大家可以参照着这些晶体结构可以进行分析（当然还有其他的光谱，其它实验相互印证），再结合20世纪的量子力学，我们就能用分子振动模型很好地解释这些红外光谱。

  至于分子振动模型是不是背后真正的物理实质，我不知道，在没有真正看到的情况下，没有人能确定，但是这个模型很好地解释了这些现象，所以我们根据最大概然率思想，我们有理由相信这些分子结构真的像分子振动模型描述的那样，并根据这个模型做出分子结构判断。