纳米材料分析中的光谱学方法.ppt

纳米CaCO3微晶的晶格畸变和反常红外特性 纳米CaCO3微晶的晶格畸变和反常红外特性 纳米TiO2薄膜的拉曼光谱 纳米TiO2薄膜的拉曼光谱 几种典型的光谱技术 红外反射吸收光谱法 红外反射吸收光谱法（通常简写为IRRAS、IRAS 或RAS）是红外反射光谱法中最常用的一种。1966年首次提出，但更多的研究还是FTIR仪器普及后的80年代。 大家知道，吸附在金属表面上的样品薄层的反射吸收光谱，是由吸附物和基底层的光学常数以及红外光的入射角和偏振状态所决定的。对于一个由基底、基底上的样品覆盖层和样品上环境介质层所组成的三相体系，应用不同介质间电磁波传递的边界条件，可以得到经典的反射方程。 掠角入射反射吸收红外光谱 掠角反射红外光谱在自组装单分子膜研究中的应用 ? 各种弱相互作用力对形成自组装单分子膜结构的影响 各种弱相互作用力对形成自组装单分子膜结构的影响 第十讲、纳米材料分析中的光谱学方法 主要内容 概述 低维系统的光谱学规律简介 几种典型的光谱技术及其应用 光是一种电磁波，具有一定的辐射能量。当光照射到物体上时，电磁波的电矢量就会与被照射物体的原子和分子发生相互作用。利用这种相互作用引起被照射物体内分子运动状态发生变化，并产生特征能态之间跃迁进行分析的方法，成为光谱分析法。光谱分析法可分为吸收光谱法（如红外、紫外吸收光谱）、发射光谱（如荧光光谱）和散射光谱（如拉曼光谱）三种基本类型。在一般情况下，分子处于基态，当光与样品分子发生相互作用时，样品分子吸收光能从低能级跃迁到高能级产生吸收光谱。反之，若分子由高能级回复到低能级释放出光能，形成发射光谱。当光被样品散射时，随着分子内能级的跃迁，散射光频率发生变化，这样形成的光谱叫散射光谱。 电磁波的能量 E 为： E ＝ h? ＝ hc/? 光谱分析方法简介 物质的分子是由原子组成的。在分子内部存在三种运动形式，即电子绕原子核运动，原子核的振动和转动。分子的总能量可近似的看成由下述几部分组成： E = Ee + Ev + Er 当光与物质分子相互作用时，分子吸收光能并不是连续的，而是具有量子化特征，只有满足下述关系： h? ＝ E’ - E ＝ ?E 分子才能吸收光能，由较低的能级E与跃迁到较高的能级E’。 电磁辐射范围与光谱的关系 光谱仪器的基本组成 1）光源：包括所需光谱区域内的连续辐射能源，如在红外区用奈斯特灯或硅碳棒等做光源，紫外区则用氘灯，荧光光谱用氙灯，拉曼用激光光源或汞弧灯。 2）单色器：将辐射能源发出的多色光分成单色光。一般采用滤光偏、棱镜或光栅。 3）样品池：要求在所测量的区域是“透明”的。 4）检测器：把辐射能转变成电信号。一般紫外用光电检测器，红外用热敏检测器。 5）数据处理装置： 紫外光谱 紫外光谱(Ultraviolet spectroscopy,UV)是吸收光谱。通常所说的紫外光谱范围是200－400纳米，但通常可以扩展到可见区（400－700纳米）。当样品的原子、分子吸收光子后，外层的电子由基态跃迁到激发态。不同结构的样品分子，其电子的跃迁方式是不同的，吸收光的波长范围不同和吸光的几率也不同。故而可根据波长范围、吸光强度鉴别不同物质结构的差异。 有机物在紫外和可见区域内电子跃迁的方式一般有???*,n? ?*,???*, n??*四种类型。其能量顺序为： ???*n? ?*???*(共轭双键) n??* 1） ???*跃迁： 饱和烃中的C－C键是?键。产生???*跃迁所需能量大，吸收小于150纳米的光子。即真空紫外区。 2）n? ?*跃迁： 含N，O，S和卤素等杂质的饱和烃的衍生物可发生此类跃迁，所需能量也较大。吸收150－250纳米的光子。 3）???*跃迁： 不饱和烃、共轭烯烃和芳香烃类可发生此类跃迁，吸收波长大多在紫外区。 4）n??*跃迁： 在分子中含有孤对电子的原子和?键同时存在时，会发生n??*跃迁，所需能量小，吸收波长大于200纳米的光子。 其他跃迁类型 5）d – d跃迁： 在过渡金属络合物溶液容易产生这种跃迁，其吸收波长一般在可见光区域。 6）电荷转移跃迁： 电荷转移可以是离子间、离子与分子间，以及分子内的转移，条件是同时具有电子给体合电子受体。 荧光光谱 荧光光谱(Fluorescence spectroscopy)也是电子光谱。与紫外光谱不同的是它是一种发射光谱。样品受光源照射时，其分子和原子中的电子由基态激发到激发态。激发态有两种电子态：一种为激发单线态；第二种为激发三线态。当电子从最低的激发单线态S1回到单线基态时，发射出光子，称为荧光。 红外光谱 红外光谱(Infrared spectroscopy)也是一种吸收光谱。红外的辐射能量远小于紫外的辐射能量。红