未知樣品成分鑒定：對于未知液體、固體或氣體樣品（如化工生產中的不明雜質、環境檢測中的可疑污染物），紅外光譜儀可在幾分鐘內完成檢測，生成光譜圖后，通過與國際通用標準光譜庫（如 NIST、Sadtler 光譜庫，包含數十萬種化合物的標準光譜）比對，快速匹配出樣品的可能成分。例如，在環保領域，若檢測到某工廠排放氣體的紅外光譜圖中，在 3050cm?1（苯環 C-H 伸縮振動）、1600cm?1（苯環骨架振動）處出現特征峰，可初步判斷氣體中含有苯系化合物；在醫藥領域，若未知白色粉末的光譜圖與阿司匹林標準光譜吻合，可確定該粉末為阿司匹林。

已知樣品真偽 / 純度驗證：對于已知成分的樣品，可通過對比 “樣品光譜圖" 與 “純物質標準光譜圖" 的一致性，判斷樣品是否為目標物質、是否存在雜質。例如，食品行業中驗證食用油是否摻假：純花生油的紅外光譜在 1745cm?1（酯基 C=O 伸縮振動）、1160cm?1（C-O 伸縮振動）處有特定峰形，若樣品光譜中額外出現 2920cm?1（飽和 C-H 伸縮振動，可能來自棕櫚油）的強吸收峰，可判斷食用油中摻有棕櫚油；醫藥行業中，通過對比藥品原料光譜與標準品光譜，可快速排查是否存在偽品或雜質超標問題。

官能團識別：不同官能團對應固定的紅外吸收波數范圍，例如：羥基（-OH）的伸縮振動峰在 3200-3600cm?1，羧基（-COOH）的 O-H 伸縮振動峰在 2500-3300cm?1（寬峰）、C=O 伸縮振動峰在 1710cm?1，羰基（C=O）在 1650-1850cm?1，甲基（-CH?）在 2800-3000cm?1。通過觀察光譜圖中這些特征峰的有無，可確定分子中含有的官能團。例如，某未知有機化合物的光譜圖中，若在 3300cm?1（-OH）、1050cm?1（C-O）處有吸收峰，且無 1700cm?1 左右的 C=O 峰，可初步判斷該化合物為醇類（而非羧酸或酮類）。

分子結構細節推斷：除官能團外，紅外光譜還能反映分子的空間結構、取代基位置等細節。例如，在烯烴類化合物中，順式烯烴的 C=C 伸縮振動峰約在 1660cm?1，而反式烯烴約在 1675cm?1，通過峰位差異可區分順反異構體；在苯環衍生物中，單取代苯的特征峰在 700cm?1 和 750cm?1，對位雙取代苯在 800-820cm?1，通過這些峰的出現可推斷苯環上取代基的位置。這種結構解析能力，為新藥研發、新材料合成等科研工作提供了關鍵的分子結構信息。

快速、無損檢測：相較于高效液相色譜（HPLC）、氣相色譜（GC）等需要復雜樣品前處理的方法，紅外光譜定量分析通常無需破壞樣品，且檢測速度快（幾分鐘內完成），適用于批量樣品的快速篩查。例如，在石油化工行業，可通過紅外光譜快速測定汽油中的烯烴含量、柴油中的硫含量：烯烴的 C=C 伸縮振動峰（1620-1680cm?1）強度與烯烴濃度正相關，通過校準曲線可直接計算含量，無需復雜的色譜分離過程。

多組分同時定量：若樣品中多種成分均有互不干擾的特征吸收峰，紅外光譜儀可同時測定這些成分的含量。例如，在食品行業，可同時測定飲料中的蔗糖（特征峰約 1100cm?1）、檸檬酸（特征峰約 1720cm?1）含量；在高分子材料領域，可同時測定塑料中增塑劑（如鄰苯二甲酸酯，特征峰約 1730cm?1）與基體樹脂的比例，實現材料配方的快速驗證。

過程實時監測：紅外光譜儀（尤其是在線紅外光譜儀）可用于生產過程中的實時定量監測，通過連續采集樣品光譜，動態跟蹤反應體系中反應物、產物的濃度變化，幫助優化反應條件。例如，在醫藥合成過程中，可實時監測原料（如某中間體）的消耗速度與產物的生成量，當原料特征峰強度降至閾值時，判斷反應終點，避免過度反應導致雜質生成。

物質純度檢測：若純物質的紅外光譜圖中無雜質峰，而樣品光譜圖中出現額外的吸收峰（來自雜質），可通過雜質峰的強度判斷樣品純度。例如，分析乙醇樣品時，若光譜圖中在 3600cm?1（水的 - OH 峰）處出現明顯吸收，說明乙醇中含有水分，峰強度越高，水分含量越高，據此可評估乙醇的純度等級。

動態過程監測：在化學反應、材料老化、相變等動態過程中，紅外光譜儀可通過連續采集光譜，觀察特征峰的變化（如峰位移動、強度增減、新峰出現），實時跟蹤過程進展。例如，在高分子材料老化研究中，可監測材料在高溫或紫外線照射下，羰基（C=O，老化產物）特征峰的強度變化，判斷老化程度；在催化反應研究中，觀察反應物特征峰的消失與產物特征峰的出現，分析反應速率與催化效率。