红外光谱和激光拉曼光谱

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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内容及参考书主要内容红外光谱与激光拉曼光谱分析紫外光谱热分析（热重分析法，示差扫描量热法，动态热机械分析法，热分析与其它分析方法的联用技术）主要参考书张美珍.聚合物研究方法.中国轻工业出版社，2000殷敬华,莫志深.现代高分子物理学（下册）.科学出版社，2001光的波动性λ·ν=cλ为波长；ν为频率；c为光速(3×108m/s)光的粒子性E光=hν=hc/λ光的基本性质光具有波粒二象性区域波长(nm)原子或

2、分子的跃迁能γ-射线10-3～0.1核X-射线0.1～10内层电子远紫外10～200中层电子紫外200～400外层(价)电子可见400～760外层(价)电子红外760～5×103分子振动与转动远红外5×103～106分子振动与转动微波106～106分子转动无线电波106～106核磁共振电磁波不同区域的划分分子的吸收光谱的表示方法吸光度A－波长λ(或频率ν)曲线百分透过率T%－波长λ(或频率ν)曲线I0为入射光强度，Il为透过光的光强度InfraredAbsorptionSpectroscopy红外吸收光谱(IR)本章主要内容(4学

3、时)1.1红外光谱的基本原理1.2红外谱图的峰数、峰位与峰强（难点）1.3红外光谱特征基团的吸收频率（重点）1.4红外光谱在结构分析中的应用（重点）1.5红外反射光谱1.6红外光谱与其他分析方法的联用技术联用技术1.7拉曼光谱简介红外光谱法发展历程50年代初期，商品红外光谱仪问世。70年代中期，红外光谱已成为有机化合物结构鉴定的最重要的方法。近几十年来，傅里叶变换红外的问世以及一些新技术的出现，使红外光谱得到更加广泛的应用。红外光谱法的特点任何气态、液态、固态样品均可进行红外光谱测定；不同的化合物有不同的红外吸收，由红外光谱可得到

4、化合物丰富的结构信息；常规红外光谱仪价格低廉；样品用量少；可针对特殊样品运用特殊的测试方法红外光谱的基本原理红外光谱是分子吸收红外光引起振动和转动能级跃迁产生的吸收信号。红外光(0.76～1000μm)λ(m)近红外中红外基团的振动吸收远红外0.76330100013157333333310σ(cm-1)对称伸缩振动（s）分子的振动方式伸缩振动改变键长不对称伸缩振动（as）分子的振动方式伸缩振动改变键长分子的振动方式平面箭式弯曲振动（以表示）弯曲振动改变键角平面摇摆弯曲振动（以表示）分子的振动方式弯曲振动改变键角平面外摇

5、摆弯曲振动（以表示）分子的振动方式弯曲振动改变键角平面外扭曲弯曲振动（以表示）分子的振动方式弯曲振动改变键角红外光谱原理上述振动虽然不改变极性分子中正、负电荷中心的电荷量，却改变着正、负电中心间的距离，导致分子偶极矩的变化。相应这种变化，分子中总是存在着不同的振动状态，有着不同的振动频率，因而形成不同的振动能级。能级间的能量差与红外光子的能量相当。当一束连续波长的红外光透过极性分子材料时，某一波长的红外光的频率若与分子中某一原子或基团的振动频率相同时，即发生共振。这时，光子的能量通过分子偶极矩的变化传递给分子，导致分子对这一频

6、率的光子的选择吸收，从振动基态激发到振动激发态，产生振动能级的跃迁。记录被吸收光子的频率(波数)或波长及相应的吸收强度，即形成IR谱图。IR谱一般以波数(cm-1)或波长λ(μm)为横坐标，以透光率T(％)为纵坐标，基团的吸收愈强则曲线愈向下降。红外光谱原理红外光谱图红外谱图的峰数由n个原子组成的分子有3n-6个(线性分子为3n-5)振动模式即有3n-6个吸收带。例：HCl自由度=3×2-5=1只有一个伸缩振动H2O自由度=3×3-6=3有三个基本振动模式C6H6自由度=3×12-6=30有30个基本振动模式每种简正振动都有其特定

7、的振动频率，似乎都应有相应的红外吸收带。实际上，绝大多数化合物在红外光谱图上出现的峰数远小于理论上计算的振动数对称分子在振动过程中不发生偶极极矩的变化频率完全相同的振动彼此发生简并。强宽峰覆盖与它频率相近的弱而窄的吸收峰。仪器不能区别频率十分接近的振动，或吸收带很弱，仪器无法检测。有些吸收带落在仪器检测范围之外。吸收峰减少的原因红外谱图的峰强振动跃迁过程中偶极矩的变化。①化学键两端连接的原子电负性差别大，则伸缩振动时引起的峰也越强。②极性较强的基团（如C=0，C-X等）振动，吸收强度较大；极性较弱的基团（如C=C、C-C、N=N等

8、）振动，吸收较弱。③分子对称性越高，峰越弱④Fermi共振、氢键的形成等都使峰增强。红外光谱的吸收强度一般定性地用很强（vs）、强（s）、中（m）、弱（w）和很弱（vw）等表示。按摩尔吸光系数的大小划分吸收峰的强弱等级，具体如下：>100非常强