Phổ hồng ngoại
Lý thuyết

Phân tử được cấu tạo từ các nguyên tử liên kết với nhau bằng các liên kết hóa học. Chuyển động của các nguyên tử liên kết hóa học với nhau tương tự dao động không ngừng của các hòn bi liên kết với nhau bằng các lò xo. Chuyển động của chúng có thể coi là kết quả cộng lại của các dao động kéo căng và nén. Nếu giữ chặt một hòn bi thì chuyển động của hòn bi còn lại theo mô hình dao động điều hòa (dao động tử)
Với phân tử có nhiều nguyên tử (có nhiều liên kết), dùng mô hình các hòn bi gắn trên các lò xò, mỗi nguyên tử có thể coi như một hòn bi treo trên các lò xò, dao động của nó có thể theo 3 hướng x, y, z trong không gian, những dao động như vậy gọi là dao động cơ bản hay dao động riêng.
Tổng số dao động riêng của phân tử có N nguyên tử là 3N – 5 đối với phân tử thẳng (phân tử tuyến tính, linear molecules) và 3N – 6 đối với phân tử không thẳng (phân tử phi tuyến tính, nonlinear molecules). Ví dụ, carbon dioxide (CO2) là phân tử có hình đường thẳng có 3 × 3 – 5 = 4 dao động riêng, trong khi phân tử nước (H2O) có hình góc (tức là không thẳng), chỉ có 3 × 3 – 6 = 3 dao động riêng.
Khi phân tử bị kích thích có thể xảy ra quá trình dao động và quay đồng thời, năng lượng tương ứng của trạng thái dao động quay của phân tử được tính như tổng năng lượng dao động Ev (vibration) và năng lượng quay Er (rotation).
Các dao động riêng của phân tử có thể được kích thích bởi các bức xạ điện từ nhưng sự kích thích này có tính lựa chọn: Chỉ các dao động nào làm thay đổi momen lưỡng cực μ của phân tử mới bị kích thích bởi bức xạ hồng ngoại.
Các nguyên tử trong nhóm CH2 X2, thường được tìm thấy trong các hợp chất hữu cơ và trong đó X có thể đại diện cho bất kỳ nguyên tử nào khác, có thể dao động theo chín cách khác nhau. 6 trong số các dao động này chỉ liên quan đến nhóm CH2:
2 dao động hóa trị (ν, stretching modes): đối xứng (νs, s là symmetric) và bất đối xứng (νas, as là antisymmetric);
4 dao động biến dạng (bending modes): scissoring (δ), rocking (ρ, tạm dịch là "đu đưa"), wagging (ω) và twisting (τ, tạm dịch là "xoắn").
Dao động hóa trị (Stretching vibration) là những dao động làm thay đổi chiều dài liên kết của các nguyên tử trong phân tử nhưng không làm thay đổi góc liên kết. Dao động biến dạng (Bending vibration) là những dao động làm thay đổi góc liên kết nhưng không làm thay đổi chiều dài liên kết của các nguyên tử trong phân tử. Các cấu trúc phân tử không có hai nhóm thế X sẽ có ít loại dao động hơn. Ví dụ, trong phân tử nước, không tồn tại các dao động rocking, wagging, và twisting vì những kiểu chuyển động này của nguyên tử H thể hiện chuyển động quay đơn giản của toàn bộ phân tử chứ không phải là các dao động bên trong nguyên tử H. Thật vậy, phân tử H2O không thẳng sẽ có 3 × 3 – 6 = 3 dao động riêng, gồm 2 dao động hóa trị (đối xứng, bất đối xứng) và 1 dao động biến dạng, cả 3 có các mức năng lượng khác nhau. Trong trường hợp các phân tử phức tạp hơn, dao động ngoài mặt phẳng (out-of-plane) (γ) có thể xuất hiện.
| Tính đối xứng Hướng | đối xứng | bất đối xứng |
| --- | --- | --- |
| Radial |     Hóa trị đối xứng (νs) |     Hóa trị bất đối xứng (νas) |
| Latitudinal |     Scissoring (δ) |     Rocking (ρ, tạm dịch là "đu đưa") |
| Longitudinal |     Wagging (ω) |      Twisting (τ, tạm dịch là "xoắn") |
Hình minh họa trên không thể hiện sự "giật lùi" (recoil) của các nguyên tử C, mặc dù thực tế là tồn tại nhằm cân bằng chuyển động tổng thể của phân tử, nhưng chuyển động này nhỏ hơn nhiều so với chuyển động của các nguyên tử H có khối lượng nhẹ hơn.