2  红外线的物理基础

2. 1 红外线的发现与本质

1800年，英国天文学家 Herschel 用棱镜将太阳光色散时首次发现了红外线，是肉眼看不见的光线,其光谱波长为780一2500nm。在利用灵敏的温度计进行测量时，发现红光外测温度计温度比红光区域高，由此证明了红外线的存在。

红外辐射究其本质是一种热辐射。任何对象，只要温度高于绝对零度( -273 ℃)，就会向外部空间以红外线的方式辐射能量，物体向外辐射的能量大部分是通过红外线辐射这种形式来实现的。通常来说物体表面的温度越高，辐射出来的红外线也就越多能量也就越强。相反的，红外线被物体吸收后可以转化成热能。

红外辐射和所有的电磁波一样，是以波的形式在空间内进行传播的，具有和电磁波相似特性，如折射、反射、散射、干涉和吸收等。

红外辐射的强度及波长与物体的温度和辐射率相关，我们把能在任何温度下全部吸收投射到其表面的红外辐射的物体称为黑体，能把全部红外辐射都进行反射的物体称为镜体，能让红外辐射全部透过的物体称为透明体，能部分反射或吸收红外辐射的物体称为灰体。自然界并没有完全意义上的黑体、镜体和透明体，大部分物体基本还是属于灰体。

2. 2  红外线的划分方式

通常按照仪器技术标准和实际应用的不同，通常又将红外光化为三个区：近红外光区（0.75～2.5μm），中红外光区（2.5～25μm），远红外光区（25～1000μm）。

红外线分类 近红外线区 中间红外线区 远红外线区

按大气的三个波段划分 1～3 μm 3～5 μm 8～14 μm

按红外光谱划分 1～3 μm 3～40 μm 40～1000 μm

医学领域 0.76～3 μm 3～30 μm 30～1000 μm

表1.  红外线的划分方式

1．近红外光区（0.75～2.5μm）

对近红外光区能量的吸收主要来自低能电子跃迁、含氢原子基团伸缩振动运动时产生的倍频吸收。光谱区域可用来研究稀土元素化合物和其他过渡金属离子的物质，以及对水、醇、某些高分子化合物及其含氢原子团化合物的定性定量分析。

2. 中红外光区（2.5～25μm）源.自|吹冰,:论`文'网www.chuibin.com

该光区为大多数有机化合物和无机离子化合物的基频吸收带。由于基频振动是红外光谱中最容易被吸收的振动，所以该区比较适合用于进行红外光谱的定性和定量分析。同时，由于红外光谱仪普及率使用率都已很高，并且已经积累了大量的用法和实验数据，所以它的应用最为广泛。

3. 远红外光区（25～1000μm）

该区的吸收带主要是由气体分子在纯过渡，振动过渡，液体和固体中的重原子的振动，有的可变角度振动，振动和骨骼中的晶格振动。由于骨架的低频振动是非常敏感的，以反映结构变化，因此非常适合于异构体的研究。还有，也可用于对金属有机化合物，氢键，吸附现象的研究。然而，由于弱区的能量，除非没有其他合适的分析波长间隔带一般不会选择在这个范围分析。

2. 3 常见的红外辐射源

通常来说，能发射红外辐射的物体都可以称为红外辐射源。对于自然界中的任何物体，只要其表面温度大于绝对零度时便可以向外发射红外辐射,在此意义上来说任何物体都是家的主意，这些问题都涉及低压气体放电现象。许是人们竞相研究与低压气体放电现象有红外辐射源，只是辐射强度有强弱之分而已。