Svaki   molekul   predstavlja   dinamičan   sistem   u   kojem   atomi   neprekidno   vibriraju.   Vibracije
dvoatomskog   molekula   predstavljaju   se   kao   prosto   periodično   jednodimenziono   udaljavnje   i
približvanje jezgara od njhovog ravnotežnog položaja xe duž linije veze. Slično istezanju i kompresiji
elastične opruge ova vibracija sledi Hukov zakon (R. Hooke). Kod opisivanja molekulskih vibracija
uvek   se   polazi   od   najjednostavnijeg   slučaja,   od   dvoatomnog   molekula   harmonijskog   oscilatora.
Aproksimacija harmonijskog oscilatora ima smisla kada su amplitude vibracija molekula male. (slično
rastezanju i savijanju elastične opruge).
Primenom Huk-ovog zakona dobija se sledeći izraz za frekvenciju vibracije dvoatomnog molekula:



=1/2π * √k/µ

Gde je μ-redukovana masa molekula (kg), a k-konstnta sile koja opisuje jačinu date hemijske veze
(J/cm).
Konstanta sile ima vrednost približno 500 J/cm za jednostruku hemijsku vezu, dva puta tj. tri puta višu
vrednost za dvostruku odnosno trostruku vezu. Energije molekulskih vibracija su reda veličine od 5 ×
10−22 do 2,5 × 10−19 J tj. od 0,003 do 1,55 eV. U infracrvenoj spektroskopiji najčešće se koriste talasni
brojevi u jedinicama cm−1 , takođe se vrlo često koriste i talasne dužine u mikrometrima (μm). Na slici
1.2 prikazan je opseg energija, frekvencija i talasnih dužina koji se koristi u infracrvenoj spektroskopiji.
Apsorbujući energiju zračenja iz infracrvene oblasti, organski molekuli pretvaraju ovu energiju u
vibracionu energiju molekula. Zakonima klasične fizike, prema kojima molekulski oscilator može imati
bilo koju vrednost energije, ne mogu se objasniti principi apsorpcije energije molekuskog oscilatora. Za
potpunije   opisivanje   principa   interakcije   molekulskog   oscilatora   i   energije   zračenja   potreban   je
kvantno-mehanički   pristup.   Prema   kvantno-mehaničkom   objašnjenju   principa   infracrvene
spektroskopije, absorpcija IR zračenja je kvantizirana tj. dešava se u diskretnim nivoima. Molekulski
oscilator   može   da   absorbuje   samo   one   frekvencije   zračenja   koje   se   poklapaju   sa   vibracionim
frekvencijama unutar molekula. Kvantno-mehaničkim izračunavanjima definisani su uslovi pod kojima
dolazi do interakcije infracrvenog zračenja i vibracija molekula, drugim rečima kvantna mehanika daje
odgovore na pitanja zašto i kako nastaju nastaju infracrveni spektri i kakav je njihov izgled. Položaj i
izgled   traka   je   definisan   energetskim   vibracionim   nivoima   molekula,   njihovom   naseljenošću,
temperaturom i drugim faktorima.
Kvantno-mehaničkim   teorijskim   razmatranjima   definisani   su   sledeći   principi   infracrvene
spektroskopije:



Vibraciona energija molekula kao harmonijskog tj. u realnom slučaju anharmonijskog oscilatora
za datu frekvenciju ν0 može da ima samo određene diskretne vrednosti koje zavise od
vibracionog kvantnog broja v (slika 1.3). Na osnovu kvantno-mehaničkih izraza za energiju
definišu se osnovne frekvencije tj. osnovne trake u infracrvenim spektrima.



Prvi uslov za nastanak infracrvenog spektra nekog molekula je da molekul poseduje dipolni
momenat. Samo one vibracije koje dovode do promene dipolnog momenta molekula će dati
trake u infacrvenim spektrima.



Najverovatnija razmena energije (pobuđivanje vibracionih nivoa infracrvenim zračenjem)
dešava se između susednih vibracionih nivoa, najčešće između nultog i prvog osnovnog
vibracionog nivoa, ovi prelazi daju najintenzivnije trake u infracrvenim spektrima, takozvane
osnovne trake. Osnovne trake se nalaze u srednjoj infracrvenoj oblasti od 400 do 4000 cm−1 .



Ukoliko dolazi do vibracionih prelaza između nesusednih nivoa tj. između nultog i viših nivoa
definisanih vibracionim kvantnim brojevima 2, 3... nastaju overtonske trake (slika 1.4) koje su
po intenzitetu duplo ili troduplo slabije od osnovnih i ove trake se pojavljuju u bliskoj
infracrvenoj oblasti od 4000 do 12000 cm−1.