紅外光譜和激光拉曼光譜

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1、朱云峰E-mail:zhuyunf80@163.comTel:18698652396QQ:63479699材料近代研究方法主要內(nèi)容及參考書主要內(nèi)容紅外光譜與激光拉曼光譜分析紫外光譜熱分析（熱重分析法，示差掃描量熱法，動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析法，熱分析與其它分析方法的聯(lián)用技術(shù)）主要參考書張美珍.聚合物研究方法.中國輕工業(yè)出版社，2000殷敬華,莫志深.現(xiàn)代高分子物理學(xué)（下冊(cè)）.科學(xué)出版社，2001光的波動(dòng)性λ·ν=cλ為波長(zhǎng)；ν為頻率；c為光速(3×108m/s)光的粒子性E光=hν=hc/λ光的基本性質(zhì)光具有波粒二象性區(qū)域波長(zhǎng)(nm)原子或分子的躍遷能γ-射線10-3～0.1核X-射線0.1～10

2、內(nèi)層電子遠(yuǎn)紫外10～200中層電子紫外200～400外層(價(jià))電子可見400～760外層(價(jià))電子紅外760～5×103分子振動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)遠(yuǎn)紅外5×103～106分子振動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)微波106～106分子轉(zhuǎn)動(dòng)無線電波106～106核磁共振電磁波不同區(qū)域的劃分分子的吸收光譜的表示方法吸光度A－波長(zhǎng)λ(或頻率ν)曲線百分透過率T%－波長(zhǎng)λ(或頻率ν)曲線I0為入射光強(qiáng)度，Il為透過光的光強(qiáng)度InfraredAbsorptionSpectroscopy紅外吸收光譜(IR)本章主要內(nèi)容(4學(xué)時(shí))1.1紅外光譜的基本原理1.2紅外譜圖的峰數(shù)、峰位與峰強(qiáng)（難點(diǎn)）1.3紅外光譜特征基團(tuán)的吸收頻率（重點(diǎn)）1.4紅

3、外光譜在結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用（重點(diǎn)）1.5紅外反射光譜1.6紅外光譜與其他分析方法的聯(lián)用技術(shù)聯(lián)用技術(shù)1.7拉曼光譜簡(jiǎn)介紅外光譜法發(fā)展歷程50年代初期，商品紅外光譜儀問世。70年代中期，紅外光譜已成為有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)鑒定的最重要的方法。近幾十年來，傅里葉變換紅外的問世以及一些新技術(shù)的出現(xiàn)，使紅外光譜得到更加廣泛的應(yīng)用。紅外光譜法的特點(diǎn)任何氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)樣品均可進(jìn)行紅外光譜測(cè)定；不同的化合物有不同的紅外吸收，由紅外光譜可得到化合物豐富的結(jié)構(gòu)信息；常規(guī)紅外光譜儀價(jià)格低廉；樣品用量少；可針對(duì)特殊樣品運(yùn)用特殊的測(cè)試方法紅外光譜的基本原理紅外光譜是分子吸收紅外光引起振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷產(chǎn)生的吸收信號(hào)。紅外

4、光(0.76～1000μm)λ(?m)近紅外中紅外基團(tuán)的振動(dòng)吸收遠(yuǎn)紅外0.76330100013157333333310σ(cm-1)對(duì)稱伸縮振動(dòng)（?s）分子的振動(dòng)方式伸縮振動(dòng)改變鍵長(zhǎng)不對(duì)稱伸縮振動(dòng)（?as）分子的振動(dòng)方式伸縮振動(dòng)改變鍵長(zhǎng)分子的振動(dòng)方式平面箭式彎曲振動(dòng)（以?表示）彎曲振動(dòng)改變鍵角平面搖擺彎曲振動(dòng)（以?表示）分子的振動(dòng)方式彎曲振動(dòng)改變鍵角平面外搖擺彎曲振動(dòng)（以?表示）分子的振動(dòng)方式彎曲振動(dòng)改變鍵角平面外扭曲彎曲振動(dòng)（以?表示）分子的振動(dòng)方式彎曲振動(dòng)改變鍵角紅外光譜原理上述振動(dòng)雖然不改變極性分子中正、負(fù)電荷中心的電荷量，卻改變著正、負(fù)電中心間的距離，導(dǎo)致分子偶極矩的變化。相應(yīng)

5、這種變化，分子中總是存在著不同的振動(dòng)狀態(tài)，有著不同的振動(dòng)頻率，因而形成不同的振動(dòng)能級(jí)。能級(jí)間的能量差與紅外光子的能量相當(dāng)。當(dāng)一束連續(xù)波長(zhǎng)的紅外光透過極性分子材料時(shí)，某一波長(zhǎng)的紅外光的頻率若與分子中某一原子或基團(tuán)的振動(dòng)頻率相同時(shí)，即發(fā)生共振。這時(shí)，光子的能量通過分子偶極矩的變化傳遞給分子，導(dǎo)致分子對(duì)這一頻率的光子的選擇吸收，從振動(dòng)基態(tài)激發(fā)到振動(dòng)激發(fā)態(tài)，產(chǎn)生振動(dòng)能級(jí)的躍遷。記錄被吸收光子的頻率(波數(shù))或波長(zhǎng)及相應(yīng)的吸收強(qiáng)度，即形成IR譜圖。IR譜一般以波數(shù)(cm-1)或波長(zhǎng)λ(μm)為橫坐標(biāo)，以透光率T(％)為縱坐標(biāo)，基團(tuán)的吸收愈強(qiáng)則曲線愈向下降。紅外光譜原理紅外光譜圖紅外譜圖的峰數(shù)由n個(gè)原

6、子組成的分子有3n-6個(gè)(線性分子為3n-5)振動(dòng)模式即有3n-6個(gè)吸收帶。例：HCl自由度=3×2-5=1只有一個(gè)伸縮振動(dòng)H2O自由度=3×3-6=3有三個(gè)基本振動(dòng)模式C6H6自由度=3×12-6=30有30個(gè)基本振動(dòng)模式每種簡(jiǎn)正振動(dòng)都有其特定的振動(dòng)頻率，似乎都應(yīng)有相應(yīng)的紅外吸收帶。實(shí)際上，絕大多數(shù)化合物在紅外光譜圖上出現(xiàn)的峰數(shù)遠(yuǎn)小于理論上計(jì)算的振動(dòng)數(shù)對(duì)稱分子在振動(dòng)過程中不發(fā)生偶極極矩的變化頻率完全相同的振動(dòng)彼此發(fā)生簡(jiǎn)并。強(qiáng)寬峰覆蓋與它頻率相近的弱而窄的吸收峰。儀器不能區(qū)別頻率十分接近的振動(dòng)，或吸收帶很弱，儀器無法檢測(cè)。有些吸收帶落在儀器檢測(cè)范圍之外。吸收峰減少的原因紅外譜圖的峰強(qiáng)振動(dòng)

7、躍遷過程中偶極矩的變化。①化學(xué)鍵兩端連接的原子電負(fù)性差別大，則伸縮振動(dòng)時(shí)引起的峰也越強(qiáng)。②極性較強(qiáng)的基團(tuán)（如C=0，C-X等）振動(dòng)，吸收強(qiáng)度較大；極性較弱的基團(tuán)（如C=C、C-C、N=N等）振動(dòng)，吸收較弱。③分子對(duì)稱性越高，峰越弱④Fermi共振、氫鍵的形成等都使峰增強(qiáng)。紅外光譜的吸收強(qiáng)度一般定性地用很強(qiáng)（vs）、強(qiáng)（s）、中（m）、弱（w）和很弱（vw）等表示。按摩爾吸光系數(shù)?的大小劃分吸收峰的強(qiáng)弱等級(jí)，具體如下：?>100非常強(qiáng)