材料科学研究方法—红外光谱和拉曼光谱

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1、分子振动光谱(Vibrationspectroscopy)深圳大学材料学院红外光谱和拉曼光谱InfraredspectroscopyandRamanspectroscopy(IRandRaman)1第一节电磁波的一般概念一、光的频率与波长光是电磁波，有波长和频率两个特征。电磁波包括了一个极广阔的区域，从波长只有千万分之一纳米的宇宙线到波长用米，甚至千米计的无线电波都包括再内，每种波长的光的频率不一样，但光速都一样即3×1010cm/s。波长与频率的关系为：υ=c/λυ=频率，单位：赫（HZ）；λ=波长，单位：厘米（cm），表示波长的单位很多

2、。如：1nm=10-7cm=10-3μmλ=300nm的光，它的频率为（1HZ=1S-1）频率的另一种表示方法是用波数，即在1cm长度内波的数目。如波长为300nm的光的波数为1/300×10-7=33333/cm-1。2（2）电磁辐射的波动性根据经典物理的观点：电磁波是具有相同位相的两个互相垂直的振动矢量。一个是沿y轴方向变化的电场矢量E，一个是沿Z轴方向变化的磁场矢量H、E和H都与电磁波的传播方向垂直，如图所示。电磁辐射的电场同物质中电子相互作用的结果：透射，反射，折射和吸收等现象，因此一般情况下仅用电场矢量E表示辐射就可以了。在讨论磁

3、共振时，以磁矢量处理更为方便。33.光谱的分类1)作用对象a.原子光谱气态原子；b.分子光谱气态或液态分子（原子和分子是产生光谱的基本粒子,由于他们的结构不同,其光谱特性也不同）2)作用机理(根据辐射能量传递的方式)光谱方法有可分为:a.发射光谱b.吸收光谱c.拉曼光谱光谱分析法是指在光（或其它能量）的作用下，通过测量物质产生的发射光、吸收光或散射光的波长和强度来进行分析的方法。44.物质对光的选择性吸收及吸收曲线M+热M+荧光或磷光E=E2-E1=h量子化；选择性吸收;分子结构的复杂性使其对不同波长光的吸收程度不同；用不同波长的单色光

4、照射，测吸光度—吸收曲线与最大吸收波长max；M+hM*光的互补：蓝黄基态激发态E1（△E）E25吸收曲线的讨论：（1）同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长λmax（2）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似λmax不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和λmax则不同。（动画）（3）③吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据之一。（4）不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度A有差异，在λmax处吸光度A的差异最大。此特性可作为物质定量分析的依据。（5）在λmax处吸光

5、度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。65.红外光谱与电子跃迁物质分子内部三种运动形式：（1）电子相对于原子核的运动（2）原子核在其平衡位置附近的相对振动（3）分子本身绕其重心的转动分子具有三种不同能级：电子能级、振动能级和转动能级三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量分子的内能：电子能量Ee、振动能量Ev、转动能量Er即E＝Ee+Ev+ErΔΕe>ΔΕv>ΔΕr7能级跃迁分子中电子能级分类。（1）电子能级（2）振动能级（3）转动能级间跃迁的同时总伴随有振动和转动能级间的跃迁。即电子光谱中

6、总包含有振动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线而呈现宽谱带。89分子吸收光谱三类：（1）转动光谱分子所吸收的光能只能引起分子转动能级的跃迁，转动能级之间的能量差很小，位于远红外及微波区内，在有机化学中用处不大。（2）振动光谱分子所吸收的光能引起震动能级的跃迁，吸收波长大多位于2.5~16μm内(中红外区内),因此称为红外光谱。（3）电子光谱分子所吸收的光能使电子激发到较高能级（电子能级的跃迁）吸收波长在100—400nm，为紫外光谱。106红外光谱定义6.1定义：红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收光谱。样品受到频率连续变化的红外光照射

7、时，分子吸收其中一些频率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩的净变化，使振-转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区域的透射光强减弱，记录百分透过率T%对波数或波长的曲线，即为红外光谱。主要用于化合物鉴定及分子结构表征，亦可用于定量分析。T(%)116.2.红外光区划分红外光谱(0.75~1000m)远红外(转动区)(25-1000m)中红外(振动区)(2.5~25m)近红外(泛频）(0.75~2.5m)倍频分子振动转动分子转动分区及波长范围跃迁类型（常用区）13158~4000/cm-1400~10/cm-14000~400/cm-11

8、26.3.红外光谱特点1）红外吸收只有振-转跃迁，能量低；2）应用范围广：除单原子分子及单核分子外，几乎所有有机物均有红外吸收；3）分子结构更为精细的表征：通过IR谱的波数位置、