言普

人的指纹唯一性早已被大家所认识。在契约签订、公安审讯记录中，当事人可以用简单“摁手印”的方式来表示对文中内容的认同；刑事侦破中，现场留下的指纹是犯罪嫌疑人到场的有力证据；而借助计算机识别指纹来开启家门，避免忘带或丢失钥匙所造成的尴尬也不再是幻想...。总之，在人们的活动中，应用指纹的场合很多。

其实，不仅人有指纹，在化学工作者看来，自然界的物质也是有“指纹”的，它们的红外光谱就是其指纹的表现形式之一。只要是同一种物质，不管它的产地，也不管它的产生方式，都具有相同的红外光谱。这是因为形成物质的分子，有着它自己独有的能级图，当外来的红外光照射其上时，分子就要吸收光能，使自己的能量提高。但它不能吸收任意波长的光，而必须严格按照能级图来行事，这就造成了吸收情况的唯一性。因此，如果将物质（样品）放在红外光谱仪中，使仪器光源（如炽热的陶瓷棒）发出的具有连续波长的红外光透过样品，用探测器检测各光波强度的损失，就可以得到带一系列暗条纹（吸收）的光带。

用光的波长或波数（波长的另一种表示方式，为一厘米长度内含有的某光波的个数，单位用cm-1表示）作为横坐标，以百分吸收率或透过率作为纵坐标，将这条光带画出来，就得到了它的红外光谱图。现代红外光谱仪——傅里叶变换红外光谱仪做上述工作，一般1-2分钟就可以完成。上图就是用这种仪器测得的聚苯乙烯包装薄膜的红外光谱图。谱图中，各个吸收峰（对应光带中的暗条纹）的位置和形状包含着样品分子的结构信息，解析此谱图，就可以知道样品分子的结构，识别出它是何种物质，情况与公安专职人员按指纹来识别或一般人按照片来认人相类似。这就是所谓的“红外光谱定性分析”。当然，用红外光谱也能解决混合物中各组分含量的多少问题。其时，只要将谱图中能代表某组分的“特征峰”面积（或峰的高度），代入事先拟定好的公式中，通过人工或计算机计算，即可完成“红外光谱定量分析”任务。

鉴于红外光谱的“指纹”特性，加之测定光谱不会破坏样品的结构和所用工具——红外光谱仪价格相对便宜等优点，目前它不仅成了分析化学中的常用手段，而且也广泛地应用在自然科学的其他领域中。例如，在燃料化学中，人们用红外光谱法来了解煤炭的结构，考察各地石油的组成等，为合理加工它们提供了科学依据；物理化学中的催化反应，以前多为“暗箱操作”，新催化剂的开发，主要依赖于操作者的经验，往往“知其然而不知其所以然”。红外光谱可以表征催化剂的特性，从而可以有目的地调整它的组成，使研发的时间缩短，而它跟踪观察反应历程中的中间产物变化，揭示反应机理的能力，更可启发人们对现有催化剂的进一步改进；红外光谱也是研究新型材料的重要手段，例如，可用它来测定半导体薄膜的厚度，分析半导体材料中的杂原子以控制其质量，考察碳纤维的生成过程促使工艺条件的改善，研究陶瓷超导材料的超导机理，测定足球烯C60以及C70和石墨烯的构型等。在环境化学中，用红外光谱法来监测大气及水质污染、在药物化学中用来识别药物的真假，以及中草药中有效成分的分析等也已不是新鲜的事。除了化学领域，红外光谱还广泛应用在农业中，如用它来评价谷物的品质，监测病原菌等微生物，快速分析作物的根茎叶中营养元素的变化来加强农田的管理等都已成为现实。至于在法庭科学中，由于肇事现场的物证，往往都是“蛛丝马迹”，其量甚微，用带红外显微镜的红外光谱仪来分析鉴定它们，更成了不可或缺的手段。地矿学中应用红外光谱的场合也屡见不鲜，例如用它来识别矿物，测定地质年龄，而且鉴于它测定时对样品的无损伤性，它也成了识别宝石、玉石真伪的“火眼金睛”。即使在医学领域，它也是有所作为的，如近年来用它研究动脉粥样硬化机理、区分癌细胞与正常细胞等方面已做了大量工作，为这些疾病的早期诊断和治疗展现了良好前景……。

总之，红外光谱的应用已经深入到了人们生活的方方面面。当然，和所有事物一样，它也有两面性，在某些情况下，它将无能为力。例如，原子、单原子离子和同质双原子分子如氢气、氮气、氧气、氯气等，它们不吸收红外光，无红外光谱，当然就不能用它来鉴定；旋转异构体具有相同的红外光谱，所以左旋、右旋异构体也不能借助它来区分；红外光谱只有鉴别能力而无分离能力，组分非常复杂的混合样品，由于各组分光谱的相互叠加干扰，其定性、定量工作将变得非常困难，甚至无法进行；此外红外光谱也难以区分高分子聚合物的分子量，例如，分子量为10,000和分子量为15,000的聚苯乙烯，由于它们的光谱几乎完全相同而不能分别。

尽管如此，但是这点“瑕”是掩盖不了它的“瑜”的，可以想象，在今后人们的生活中，应用这种“指纹”的场合将会愈来愈多。