[小学教育]红外光谱及激光拉曼光谱.ppt

红外光谱及激光拉曼光谱 §1、红外光谱概述 由于各种物质内部结构的不同，能级也千差万别，各种能级之间的间隔也互不相同，这样就决定了它们对不同波长光线（电磁波）的选择吸收。 如果改变通过某一吸收物质的入射光的波长，并记录该物质在每一波长处的吸光度（A），然后以波长为横坐标，以吸光度为纵坐标作图，得到的谱图称为该物质的吸收光谱或吸收曲线。 某物质的吸收光谱反映了它在不同的光谱区域内吸收能力的分布情况，可以从波形、波峰的强度和位置及其数目，研究物质的内部结构。 红外吸收光谱一般用T-?曲线或T-V（波数）曲线表示。 横坐标：波长?（单位为μm ），或V（波数）（单位为cm-1）。 波长?与V波数之间的关系为： 波数（cm-1） =104 / ? ( μm ） 纵坐标：透光度T或吸光度A T = I/I0 A = lg 1/T 根据仪器技术和应用不同，习惯上又将红外光区分为三个区： 近红外光区（0.75-2.5μm）或（10000-4000cm-1）； 中红外光区（2.5-25μm ）或（4000-400cm-1）； 远红外光区（25-1000μm）或（400-10cm-1） 近红外光区的吸收带主要是由低能电子跃迁、含氢原子团（如O-H、N-H、C-H）伸缩振动的倍频吸收产生。该区的光谱可用来研究稀土和其它过渡金属离子的化合物，并适用于水、醇、某些高分子化合物以及含氢原子团化合物的定量分析。 中红外光区吸收带是绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带（由基态振动能级（?=0）跃迁至第一振动激发态（?=1）时，所产生的吸收峰称为基频峰）。由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动，所以该区最适于进行红外光谱的定性和定量分析。同时，由于中红外光谱仪最为成熟、简单，而且目前已积累了该区大量的数据资料，因此它是应用极为广泛的光谱区。通常，中红外光谱法又简称为红外光谱法。 远红外光区吸收带是由气体分子中的纯转动跃迁、振动-转动跃迁、液体和固体中重原子的伸缩振动、某些变角振动、骨架振动以及晶体中的晶格振动所引起的。 由于低频骨架振动能灵敏地反映出结构变化，所以对异构体的研究特别方便。此外，能用于金属有机化合物（包括络合物）、氢键、吸附现象的研究。但由于该光区能量弱，除非其它波长区间内没有合适的分析谱带，一般不在此范围内进行分析。 红外光谱法的特点 红外光谱法主要研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物（没有偶极矩变化的振动在拉曼光谱中出现）。因此，除了单原子和同核分子如Ne、He、O2、H2等之外，几乎所有的有机化合物在红外光谱区均有吸收。除光学异构体，某些高分子量的高聚物以及在分子量上只有微小差异的化合物外，凡是具有结构不同的两个化合物，一定不会有相同的红外光谱。 红外吸收带的波数位置、波峰的数目以及吸收谱带的强度反映了分子结构上的特点，可以用来鉴定未知物的结构组成或确定其化学基团；而吸收谱带的吸收强度与分子组成或化学基团的含量有关，可用以进行定量分析和纯度鉴定。 由于红外光谱分析特征性强，气体、液体、固体样品都可测定，并具有用量少，分析速度快，不破坏样品的特点。因此，红外光谱法不仅与其它许多分析方法一样，能进行定性和定量分析，而且是鉴定化合物和测定分子结构的用效方法之一。 §2、红外光谱的基本原理一、双原子分子的振动 1、理想情况：谐振子 若把双原子分子（A-B）的两个原子看作两个小球，把连结它们的化学键看成质量可以忽略不计的弹簧，弹簧的长度r就是分子化学键的长度，则两个原子间的伸缩振动，可近似地看成沿键轴方向的简谐振动。 由经典力学可导出该体系分子振动频率的计算公式（以波数表示）： 体系的振动能： 2、实际情况：非谐振子 分子中基团与基团之间，基团中的化学键之间都相互有影响，除了化学键两端的原子质量、化学键的力常数影响基本振动频率外，还与内部因素和外部因素（化学环境）有关。 3、基频和倍频 分子在任何情况下，其振动能也不会为0。 在常温下绝大部分分子处于振动基态（υ=0），如其吸收辐射能量就能跃迁到较高的能级。 分子吸收红外辐射后，由基态振动能级υ=0 跃迁到第一振动激发态υ=1 产生的吸收谱带称为基本谱带或称基频。 因为△?=1时，所以基频峰的位置等于分子的振动频率。 由υ=0 跃迁到υ=2、3… 产生的吸收谱带称为倍频谱带。 由? = 0跃迁至? = 2时， （振动量子数的差值）△? = 2，即吸收的红外线谱线是分子振动频率的二倍，产生的吸收峰称为二倍频峰。 由? = 0跃迁至? =3时，（振动量子数的差值）△? = 3，即吸收的红外线谱线是分子振动频率的三倍，产生的吸收峰称为三倍频峰。其它类推。在倍频峰中