分子中特征基团吸收不同波段的电磁辐射后表现出特征振动，会在相应的红外波段上对应于的特征吸收峰。
以简单的双原子分子为例，根据量子力学原理，两个原子之间的振动能是量子化的，也就是说存在着能级。两个能级之间的差值对应于分子的振动能。
当分子吸收电磁辐射后，分子的能量会升高，这个过程叫做分子的激发。如果激发的能量对于与两个振动态的能级差，那么这个分子就正好吸收这个能级差的能量，对于与光谱上就出现一个吸收峰。而振动能的大小正位于红外区，所以，红外光谱对应于分子的振动。
分子中不同的特征基团的振动能级的能量差有区别，所以会吸收不同波段的电磁辐射，因而在光谱上表现出不同位置的吸收峰。而相同特征基团的能级的能量差是基本相同的，所以光谱上的吸收峰的位置会相对固定(当然，周围基团或者环境会对特征基团的能级有微小的影响，在光谱上会稍有偏移)。这就是红外光谱定性分析的依据。
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