《紅外和拉曼光譜》PPT課件

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1、第二章紅外光譜與拉曼光譜1紅外光譜與拉曼光譜在材料究中的作用與區(qū)別*作用：主要用于材料的化學(xué)和物理結(jié)構(gòu)的表征；區(qū)別：紅外光譜對振動(dòng)基團(tuán)的偶極矩敏感，可以鑒定極性基團(tuán)，用于具有非對稱結(jié)構(gòu)的物質(zhì)測定；拉曼光譜對振動(dòng)基團(tuán)的極化率敏感，可以研究物質(zhì)的骨架特征，用于具有對稱結(jié)構(gòu)的物質(zhì)測定；2紅外和拉曼分析法結(jié)合一般非對稱振動(dòng)產(chǎn)生強(qiáng)的紅外吸收，而對稱振動(dòng)出現(xiàn)強(qiáng)的拉曼譜帶；兩種方法相結(jié)合，可以更完整的研究分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級，可以更可靠的鑒定分子結(jié)構(gòu)。吸收峰的特點(diǎn)紅外光譜與拉曼光譜一樣，是反映分子振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)能級間的躍遷特征的。因此，

2、在許多情況下、紅外光譜的吸收峰和拉曼光譜小的散射光譜峰是相對應(yīng)的。圖1說明了這兩種光譜類型的相似情況。3圖1苯的紅外吸收與拉曼光譜4但是這兩種光譜的產(chǎn)生機(jī)理是不同。在紅外光譜中，某種振動(dòng)是否紅外活性，取決于分子振動(dòng)時(shí)偶極矩是否發(fā)生變化；而是否拉曼活性，則取決于分子振動(dòng)時(shí)極化率是否發(fā)生變化。所以，某些在一種光譜中出現(xiàn)的峰，在另一種光譜中不一定出現(xiàn)，而且對應(yīng)峰的相對強(qiáng)度也有所不同。5紅外和拉曼活性與其分子的對稱性情況有密切關(guān)系：(1)沒有對稱中心的分子，一般都是紅外和拉曼活性的。(2)具有對稱中心的分子，若其紅外是活性的，則

3、其拉曼就是非活性的。反之，若其拉曼是活性的是活性的，則其紅外就是非活性的。例如氧分子是對稱的，沒有永久偶極矩，只有一個(gè)簡正振動(dòng)，即對稱伸縮振動(dòng)，很明顯，這里沒有偶極矩的變化，所以它是紅外非活性的。但是在振動(dòng)中，極化率會(huì)發(fā)生變化。所以它是拉曼活性的。這種情況具有普遍性。6(3)少數(shù)分子的振動(dòng)即無紅外活性，也無拉曼活性。例如乙烯是平面對稱分子，沒有永久偶極矩，在扭曲振動(dòng)時(shí)，沒有偶極矩的變化，也沒有極化率的變化，所以沒有紅外活性和拉曼活性。當(dāng)然，乙烯的其它振動(dòng)形式，可能是拉曼活性的。一般來說，非對稱振動(dòng)產(chǎn)生強(qiáng)的紅外吸收，而對稱

4、振動(dòng)則表現(xiàn)出顯著的拉曼譜帶。7紅外光譜*原理：按紅外線波長不同，一般將紅外光譜分為近紅外(1~2.5?m)，中紅外(2.5~25?m)和遠(yuǎn)紅外(25~1000?m)三個(gè)區(qū)域。大多數(shù)化合物的化學(xué)鍵振動(dòng)能級的躍遷，在中紅外區(qū)出現(xiàn)的光譜為分子振動(dòng)光譜。分子吸收紅外輻射的條件：①必須是偶極矩發(fā)生變化的振動(dòng)；②振動(dòng)光譜的躍遷規(guī)律是Δv±1，±2。所吸收的紅外輻射的能量與能級間的躍遷相當(dāng)。吸收譜帶的強(qiáng)度：振動(dòng)時(shí)偶極矩變化越大，吸收強(qiáng)度越大。8紅外光譜與分子結(jié)構(gòu)按光譜與分子結(jié)構(gòu)的特征，紅外光譜可分為官能團(tuán)區(qū)和指紋區(qū)。官能團(tuán)區(qū)的吸收光譜

5、反映分子中特征基團(tuán)的振動(dòng)。指紋區(qū)的吸收光譜反映分子結(jié)構(gòu)的細(xì)微變化，每種化合物在此區(qū)的譜帶位置、強(qiáng)度和形狀均不一樣?；鶊F(tuán)鑒定主要在此區(qū)認(rèn)證化合物主要在此區(qū)9影響基團(tuán)頻率的因素內(nèi)在因素：①誘導(dǎo)效應(yīng)；②共軛效應(yīng)；③鍵應(yīng)力的影響；④氫鍵效應(yīng)；⑤偶合效應(yīng)。外部因素：①物態(tài)變化的影響；②折射率和粒度的影響。10內(nèi)在因素①誘導(dǎo)效應(yīng)：取代基的電負(fù)性越大，誘導(dǎo)效應(yīng)越顯著，振動(dòng)頻率向高頻位移的幅度越大。②共軛效應(yīng)：振動(dòng)頻率向低頻位移。11外部因素*①物態(tài)變化的影響：樣品的物理狀態(tài)不同，紅外譜圖存在不同程度的變化。②折射率和粒度的影響：溴化鉀

6、和測試的樣品的折射率的差值越小、粒度越小，測試越準(zhǔn)確。12紅外譜圖的解析方法譜帶的三個(gè)重要特征：位置、形狀和相對強(qiáng)度。解析技術(shù)：直接查對譜圖否定法肯定法13影響譜圖質(zhì)量的因素儀器參數(shù)的影響環(huán)境的影響厚度的影響14紅外光譜當(dāng)一束具有連續(xù)波長的紅外光通過物質(zhì)時(shí)，其中某些波長的光就要被物質(zhì)吸收。物質(zhì)分子中某個(gè)基團(tuán)的振動(dòng)頻率和紅外光的頻率一樣時(shí)，分子就要吸收能量，由原來的基態(tài)振動(dòng)能級躍遷到能量較高的振動(dòng)能級。將分子吸收紅外光的情況用儀器記錄下來，就得到紅外光譜圖。紅外光譜圖多以波長(?)或波數(shù)(?)為橫坐標(biāo)，以表示吸收蜂的位置。

7、多用透光率(T％)為縱坐標(biāo)，以表示吸收強(qiáng)度。此時(shí)圖譜中的吸收“峰”，其實(shí)是向下的“谷”。15圖9-2聚乙烯的紅外光譜16物質(zhì)的紅外光譜具有特征性，不同的物質(zhì)其紅外光譜圖不同，故可用來進(jìn)行物質(zhì)的定性、結(jié)構(gòu)分析及定量分析等。所有的有機(jī)化合物都有其特征的紅外吸收光譜，紅外光譜的應(yīng)用范圍就比紫外光譜廣泛得多，加上紅外光譜具有快速，高靈敏度，試樣用量少，并對各種狀態(tài)(氣、液、固態(tài))的試樣都能分析等特點(diǎn)，使紅外光譜法成為現(xiàn)代結(jié)構(gòu)化學(xué)、分析化學(xué)最常用的不可缺少的工具。17由于某些化學(xué)鍵或基團(tuán)處于不同結(jié)構(gòu)的分子中，它們的紅外吸收光譜頻率

8、會(huì)發(fā)生有規(guī)律的變化。利用這種變化的規(guī)律可以鑒定高聚物的分子鏈結(jié)構(gòu)。當(dāng)高聚物的序態(tài)不同時(shí)，由于分子間的相互作用力不同，也會(huì)導(dǎo)致紅外光譜帶的頻率變化或是發(fā)生譜帶數(shù)目的增減或譜帶強(qiáng)度的變化，因此可用以研究高聚物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。此外，紅外吸收譜帶的強(qiáng)度與相應(yīng)的化學(xué)鍵或基團(tuán)的數(shù)目有關(guān)，因此可以利用紅外光譜對高聚物的某些特征基團(tuán)或