振動光譜

分子的振動能量是量子化的。如果一個分子由 N個原子組成，對非線形分子應有3 N-6(線形分子為3 N-5)個獨立的振動方式。例如，二氧化碳是線形三原子分子，它具有三種不同的振動方式(其中第二種是二重簡併)。

每一種振動方式的量子化都可以用一個有關的量子數來表示，若振動的頻率分別為 v1、 v2、…,則相應的振動量子數分別為 n1、 n2、…,分子的振動態一般是按量子數的次序 ( n1、 n2、…)來表徵的。如果把這些振動近似地看成是簡諧的，則允許的能量值可以用下式表示：

式中 h為普朗克常數； c為光速； n1、 n2、…可取 0、1、2、…等一系列整數。最低振動態 ( v1=0、 v2=0、…)的能量不等於零，而是有一確定值，這個能量稱為零點能。線性諧振子振動量子數 v的選擇定則是：Δ v=±1。

輻射的發射是由於振子從較高態( v′)躍遷到較低態( v″)而發生的，發射的波數由下式給定：

例如二氧化碳分子從 (001) 態躍遷到(100)態時可輻射10.6微米的光，從(001)躍遷到(020)態時則輻射 9.6微米的光。由於在振動光譜中通常帶有轉動能級間的變化，則得到振轉光譜。

分子中振動能級的間隔比轉動能級間隔大100倍左右，一般為0.05～lev，對應光子波長約為1～25μm，這種光譜位於近紅外區和中紅外區，所以又稱為紅外光譜，簡記為IR。

分子的振動躍遷過程中會伴隨有轉動能級的變化，因此整個分子的振動光譜包含若干條譜帶，它實際上是振動-轉動光譜，即定義為雙原子分子通常同時具有振動和轉動，振動能態改變時總伴隨著轉動能態的改變，產生的光譜，其波長範圍一般位於紅外區。