Ketika sebuah molekul menerima beberapa jenis radiasi elektromagnetik, ia dapat tereksitasi. Eksitasi ini dapat dari berbagai jenis: elektronik, rotasi, perubahan spin nuklir, deformasi ikatan, atau ionisasi molekul.
Setiap jenis eksitasi membutuhkan tingkat energi tertentu, sehingga jumlah energi yang diserap oleh molekul untuk eksitasinya tergantung pada luas spektrum di mana molekul tersebut menyerap.
Ketika sebuah molekul menyerap radiasi elektromagnetik, berpindah dari keadaan energi rendah ke keadaan energi tinggi tereksitasi, frekuensi radiasi yang diserap diberikan oleh rumus berikut:
E = hv
Dimana E adalah energi yang diserap, n adalah frekuensi radiasi elektromagnetik dan h adalah konstanta Planck = 6.624. 10 -27 erg.s.
Energi juga berhubungan dengan panjang gelombang, menurut persamaan berikut:
Dalam ekspresi ini, l adalah panjang gelombang dan c kecepatan cahaya.
Seperti dapat dilihat, energi berbanding terbalik dengan panjang gelombang, karena panjang gelombang yang lebih panjang memiliki lebih sedikit energi, dan panjang gelombang yang lebih pendek memberikan lebih banyak energi. Karena alasan inilah penyerapan panjang gelombang yang lebih pendek dari ultraviolet, dapat menyebabkan ionisasi molekul dan perubahan inti.
Pada tabel di bawah ini, kita dapat melihat jenis eksitasi yang menyebabkan penyerapan di daerah tertentu dari spektrum elektromagnetik dalam sebuah molekul.
Daerah spektrum yang disebut inframerah, memiliki tiga subdivisi, seperti yang kita lihat pada tabel di atas. Zona antara 2,5 dan 16 mm (4000 hingga 625 cm -1 ) adalah zona yang biasa digunakan untuk mempelajari struktur molekul organik. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan spektrofotometer, yang memancarkan cahaya pada panjang gelombang tertentu, dalam inframerah.
Berkas cahaya ini dilewatkan melalui sel tempat sampel berada, dan jumlah berkas cahaya yang berhasil melewati sel diukur. Jika zat tersebut mampu menyerap energi pada panjang gelombang tersebut, jumlah cahaya yang terdeteksi di sisi lain sel akan lebih sedikit. Jika zat tidak menyerap, pancaran sinar yang terdeteksi akan sama dengan datangnya, dan zat tersebut dikatakan transparan untuk panjang gelombang tersebut.
Panjang gelombang ini kemudian divariasikan, selalu dalam spektrum inframerah, dan absorbansi dan transmitansi sampel diamati. Setiap unsur kemudian akan memiliki transmitansi yang berbeda pada panjang gelombang yang berbeda, dan grafik antara parameter ini merupakan spektrum inframerah zat, dan merupakan karakteristiknya.
Pada gambar di bawah ini kita melihat skema spektrofotometer.
Pada gambar berikut, spektrum inframerah n-heksana diwakili. Seperti yang kita lihat, pada panjang gelombang tertentu transmitansi turun, yang berarti bahwa pada panjang gelombang itu, molekul menyerap energi dan masuk ke keadaan tereksitasi.
Setiap senyawa memiliki massa molekul tertentu dan energi ikat tertentu, yang menentukan vibrasinya. Getaran yang berbeda dari molekul yang berbeda mampu menyerap energi pada panjang gelombang yang berbeda, dan itulah sebabnya sistem ini dapat mendeteksi struktur senyawa tertentu.