Процессы, приводящие к появлению аналитического сигнала

Если молекула поглощает ИК-излучение, то она переходит из одного колебательного состояния в другое. При обычной температуре химические связи в молекуле не являются жёсткими, а, в результате взаимодействия молекулы с другими молекулами, испытывают постоянные колебания.

Рис. 20.16. Валентные (1) и деформационные (2) колебания

Представим себе молекулу, состоящую из двух атомов, соединённых одинарной связью, как систему, состоящую из двух сфер, соединённых пружиной, не имеющей массы (рис. 20.16). В такой системе могут происходить два вида колебаний: валентные, при которых происходит изменение длины связи и деформационные, которые сопровождаются изгибом связи. Молекула, состоящая из n-атомов (n>2), теоретически может претерпевать 3n-6 видов колебаний (линейная молекула - 3n-5), из которых n-1 являются валентными, в 2n-5 - деформационными. Например, молекула CO₂ имеет 2 вида валентных колебаний и 2 вида (но они являются равноценными) деформационных:

Частота колебаний связи зависит от

· вида колебания;

· массы атомов, участвующих в образовании связи;

· прочности связи.

Валентные колебания имеют большую частоту колебаний, чем деформационные колебания таких же связей. В идеальном случае частота валентного колебания описывается уравнением:

, где

где К - постоянная, характеризующая прочность связи, m - приведенная масса атомов, участвующих в образовании связи:

Таким образом, частота колебания возрастает при повышении прочности и уменьшении приведённой массы.

ИК-излучение способно влиять только на такие колебания, которые приводят к изменению дипольного момента молекулы. Если частота колебаний образующегося диполя и ИК-излучения, попадающего на него, близки, то взаимодействие между ними может усиливать амплитуду колебаний. Энергия, необходимая для увеличения амплитуды колебаний диполя, поглощается в виде кванта из проходящего потока ИК-излучения.

Колебания, приводящие к изменению дипольного момента молекулы и способные приводить к появлению полосы поглощения в ИК-спектре, называются активными в ИК-спектре. Если дипольный момент молекулы в процессе колебания не изменяется, то поглощения ИК-излучения не происходит. По этой причине такие вещества, как O₂ или N₂ не поглощают ИК-излучения.