紅外光譜和拉曼光譜分析物質(zhì)結(jié)構(gòu).ppt

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1、紅外和拉曼光譜分析物質(zhì)結(jié)構(gòu)材料學(xué):梁曉峰(B080459)主要內(nèi)容1光學(xué)分析法2紅外吸收光譜分析方法3拉曼散射光譜分析法4紅外光譜和拉曼光譜的異同1光學(xué)分析法1.1光是一種電磁輻射，其能量與其頻率直接相關(guān)，與物質(zhì)相互作用的方式有發(fā)射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等?；陔姶泡椛渑c物質(zhì)間作用而建立起來(lái)的一類分析方法，稱為光學(xué)分析法。1.2光學(xué)分析法光學(xué)分析法分為光譜法和非光譜法兩類。光譜法是電磁波與物質(zhì)作時(shí)，引起分子或原子內(nèi)部量子化能級(jí)躍遷而產(chǎn)生發(fā)射、吸收、散射或熒光，通過(guò)檢測(cè)這些光譜的特征波長(zhǎng)和強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行定性定量分析。包括：原子

2、吸收、原子發(fā)射、原子熒光、紫外可見(jiàn)、紅外光譜、分子熒光、分子磷光、核磁共振等等。非光譜法則是通過(guò)測(cè)量電磁波與物質(zhì)作用時(shí)，電磁波的某些其他性質(zhì)，如反射、折射、散射、干涉、衍射和偏振等變化而建立。這類方法有折射法、干涉法、旋光法、X射線衍射法和電子衍射法等。按照電磁輻射與物質(zhì)相互作用形式的不同，光譜分析可分為發(fā)射、吸收和熒光及拉曼光譜。2紅外吸收光譜分析方法當(dāng)紅外輻射通過(guò)樣品時(shí)，由于樣品的分子結(jié)構(gòu)不同，因此其分子振動(dòng)能級(jí)躍遷在不同波長(zhǎng)（波數(shù)）處產(chǎn)生選擇性吸收，然后以波數(shù)或波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，以透過(guò)率或吸光度為縱坐標(biāo)描繪成譜圖，得到樣品的特征吸收

3、曲線，即紅外吸收光譜。利用紅外光譜中吸收峰的位置、形狀和相對(duì)強(qiáng)度，可以判斷或鑒別樣品的官能團(tuán)或結(jié)構(gòu)。根據(jù)樣品的紅外光譜，并與其他分析方法相結(jié)合，可以對(duì)混合物樣品進(jìn)行定量分析。紅外光譜是由于分子振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷（同時(shí)伴有轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷）而產(chǎn)生的。物質(zhì)吸收輻射應(yīng)滿足兩個(gè)條件：輻射具有剛好躍遷所需能量；輻射與物質(zhì)間有偶合作用。２.１　基本原理當(dāng)一定頻率的紅外光照射分子時(shí)，若分子中某個(gè)基團(tuán)振動(dòng)頻率和它一致，二者產(chǎn)生共振，此時(shí)光的能量通過(guò)分子偶極矩變化傳遞給分子，該基團(tuán)就吸收這一頻率的紅外光，產(chǎn)生躍遷。復(fù)雜分子中存在許多原子基團(tuán)，各基團(tuán)（化學(xué)鍵）

4、在分子被激發(fā)后，都會(huì)產(chǎn)生特征振動(dòng)。近紅外區(qū)：O-H,N-H,C-H鍵的倍頻吸收。中紅外：分子中基團(tuán)振動(dòng)、分子轉(zhuǎn)動(dòng)。遠(yuǎn)紅外：分子轉(zhuǎn)動(dòng)，晶格振動(dòng)。色散型紅外光譜儀工作原理圖２.２紅外吸收光譜儀光柵色散型紅外光譜儀和傅立葉變換紅外光譜傅立葉變換紅外光譜儀工作原理圖邁克爾遜(Michelson)干涉儀工作原理圖紅外吸收光譜由干涉圖函數(shù)的傅立葉余弦函數(shù)變換繪出．SpecturmOne(PE)型傅立葉變換紅外光譜儀的光路圖2.3紅外光譜制樣方法1）固體樣品（溴化鉀壓片法）2）液體樣品（液膜法）液體石蠟3）薄膜樣品2.4紅外吸收光譜圖解析譜峰的位置

5、(頻率),找到譜峰的歸屬。譜帶的數(shù)量吸收峰的強(qiáng)弱與標(biāo)準(zhǔn)圖譜進(jìn)行對(duì)比譜峰的位置(頻率)峰位—吸收帶位置：化學(xué)鍵的力常數(shù)K越大，原子折合質(zhì)量越小，鍵的振動(dòng)頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)（短波長(zhǎng)區(qū)）；反之，出現(xiàn)在低波數(shù)區(qū)（高波長(zhǎng)區(qū)）。影響峰位變化的因素：化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率不僅與其性質(zhì)有關(guān)，還受分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部因素影響。各種化合物中相同基團(tuán)的特征吸收并不總在一個(gè)固定頻率上。峰數(shù)—吸收帶數(shù)目從理論上講各種振動(dòng)形式都有其特定振動(dòng)頻率，峰數(shù)不僅與分子自由度有關(guān)，還與振動(dòng)的活性有關(guān)。無(wú)瞬間偶基距變化時(shí)，無(wú)紅外吸收；無(wú)瞬間極化率變化時(shí)，無(wú)拉曼活性。

6、實(shí)際上在絕大多數(shù)化合物的吸收光譜圖上出現(xiàn)的基頻吸收帶數(shù)目往往小于理論上計(jì)算的振動(dòng)自由度。原因主要有：存在非活性振動(dòng)：例如CO2分子的對(duì)稱伸縮振動(dòng)（1388cm-1）使它的兩個(gè)鍵的偶極矩方向相反大小相等，正負(fù)電中心重合，沒(méi)有出現(xiàn)分子偶極矩的變化，所以不產(chǎn)生紅外吸收帶。簡(jiǎn)并：不同振動(dòng)形式有相同的振動(dòng)頻率，如CO2分子的面內(nèi)和面外彎曲振動(dòng)因頻率完全相同而發(fā)生簡(jiǎn)并，故在其紅外光譜中只能看到一個(gè)667cm-1的吸收譜帶。峰強(qiáng)、峰寬及其影響因素峰強(qiáng)—吸收帶強(qiáng)度瞬間偶基距變化大，吸收峰強(qiáng)；鍵兩端原子電負(fù)性相差越大（極性越大），吸收峰越強(qiáng)；由基態(tài)躍遷

7、到第一激發(fā)態(tài)所產(chǎn)生的基頻峰強(qiáng)；由基態(tài)直接躍遷到第二激發(fā)態(tài)所產(chǎn)生倍頻峰弱。峰寬—吸收帶半高寬度影響因素很多，通常吸收峰越強(qiáng)峰寬越大；此外，物質(zhì)結(jié)晶有序程度降低、類質(zhì)同象代替、粒度減小、峰重疊等都會(huì)引起峰寬的增大。3拉曼散射光譜分析法3.1拉曼光譜的原理－拉曼散射效應(yīng)當(dāng)一束激發(fā)光的光子與作為散射中心的分子發(fā)生相互作用時(shí)，大部分光子僅是改變了方向，發(fā)生散射，而光的頻率仍與激發(fā)光源一致，這種散射稱為瑞利散射。但也存在很微量的光子不僅改變了光的傳播方向，而且也改變了光波的頻率，這種散射稱為拉曼散射。其散射光的強(qiáng)度約占總散射光強(qiáng)度的千萬(wàn)分之一。拉

8、曼散射的產(chǎn)生原因是光子與分子之間發(fā)生了能量交換，改變了光子的能量。瑞利散射和拉曼散射原理物質(zhì)分子總在不停地振動(dòng)，這種振動(dòng)是由各種簡(jiǎn)正振動(dòng)疊加而成的。結(jié)構(gòu)不對(duì)稱的分子，具有偶極矩；結(jié)構(gòu)對(duì)稱的分子不產(chǎn)生偶極矩，但在容易被極化