材料微观分析技术讲义-第十章-红外吸收光谱
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红外吸收光谱原理
红外吸收光谱原理是一种分析技术,用于研究物质的结构、组成和化学性质。
它基于物质分子对红外光的吸收特性进行分析。
红外光谱是由红外辐射区域的电磁波组成的。
红外光的频率范围通常从1×10^12 Hz到3×10^14 Hz,对应的波长范围从0.8
微米到1000微米。
物质分子在这个频率范围内对特定波长的
红外光有吸收的能力,这与分子结构和化学键的特性有关。
原理上,红外吸收光谱是通过测量红外光通过待测物质后的强度变化来进行的。
当红外光通过物质时,分子会吸收与其振动和转动相对应的能量。
物质中的不同化学键和功能团会产生不同的吸收峰,这样就能通过红外光谱图谱来确定物质的结构和组成。
红外光谱仪通常由光源、样品室、光谱仪和检测器组成。
光源产生红外光束,经过样品室后,光束中的红外光被样品吸收或透射,然后进入光谱仪。
光谱仪将红外光根据其波长分解成不同的频率,并将其转换为电信号。
最后,检测器测量电信号的强度,形成红外光谱图。
红外吸收光谱原理的优势在于其非破坏性和高分辨率的特点。
它可以应用于各种领域,如化学、材料科学、生物科学等。
通过对物质的红外吸收光谱进行分析,可以快速得到物质的结构信息和组成成分,为研究和实际应用提供有价值的信息。
红外吸收光谱分析法
一、红外吸收光谱分析法概述
红外吸收光谱分析法是一种利用物质的红外光吸收能力来探测它们的物质组成的技术。
它特别适用于有机化合物和无机化合物的光谱分析。
通过分析红外吸收光谱,可以检测物质中的有机键、C-H键、C-O键或N-H 键的存在和位置,从而鉴定出物质的化学结构和性质。
红外光吸收法的原理是,物质中的分子、晶体或其他结构会在不同的波长处吸收光,产生光谱,这些吸收光谱是物质的独特特征,反映出物质的特性。
根据这种特性,分析用不同波长的光照射样品,并从所得到的光谱中提取出电子激发、分子振动等信息,从而得到物质的结构和性质。
二、红外吸收光谱分析法基本原理
红外吸收光谱分析法的原理是,当物质受到红外幅射的照射时,它的分子会产生振动和旋转,这些振动和旋转的能量会转化为更高能量的电子跃迁。
这些电子跃迁会引起物质材料吸收一些具有特定波长的红外光,从而产生在不同波长的吸收光谱,通过分析这些吸收光谱,就可以求取物质分子的结构和性质。
红外吸收光谱法原理
红外吸收光谱法是一种常见的分析技术,其原理是通过测量样品吸收红外辐射的能力来获得关于样品分子结构和化学性质的信息。
红外辐射是电磁波的一种,具有较长的波长,处于可见光和微波之间的频率范围。
红外吸收光谱法基于分子在红外辐射下的振动和旋转转换而产生的谱带。
分子的振动可以分为两种类型:拉伸振动和弯曲振动。
拉伸振动是指分子中化学键的伸缩运动,而弯曲振动是指分子中非线性结构的原子发生弯曲运动。
不同类型的振动将具有特定的频率和能量。
当红外辐射通过样品时,其中的特定波长将与样品中分子的振动频率相匹配,导致分子吸收光能量。
测量仪器将记录样品吸收的红外辐射强度,并以谱图的形式表现出来。
在谱图上,吸收强度以峰值的形式呈现,每个峰代表特定类型的化学键或功能基团。
通过与已知化合物的红外光谱进行比较,可以确定未知样品中存在的功能基团和化学键类型。
因此,红外吸收光谱法被广泛应用于有机化学、材料科学、环境分析等领域,用于物质的鉴定、定量分析以及结构表征。
总之,红外吸收光谱法利用分子对特定波长的红外辐射的吸收能力,探测样品中的振动和旋转转换过程,从而揭示样品分子结构和化学性质的信息。
红外吸收光谱的基本原理
红外吸收光谱,听起来挺高端的吧?其实就是一种用来分析物质的方法。
你可以把它想象成是化学界的“侦探技术”,通过观察不同物质在红外光下的反应,来推断它们的结构。
咱们知道,所有的物质都是由分子组成的,而这些分子会根据它们的结构和化学键的类型而有不同的振动方式。
当我们用红外光照射这些分子时,分子就好像在“跳舞”一样,根据它们的振动方式会吸收特定波长的红外光。
然后,这些吸收的光会被一个仪器记录下来,形成一个“红外吸收光谱图”。
通过分析这个图,化学家们就可以像看指纹一样,确定物质的结构了。
就好比人的指纹是独一无二的一样,每种物质的红外吸收光谱也是独特的。
举个例子,有一次实验室里的小明拿着一个被盖上玻璃罩子的小盒子对我说:“老铁,你看这里,这个是某种药物,我现在就用红外光谱仪来分析一下它。
”然后他就把这个小盒子放到了仪器里面。
接着,仪器发出了一束红外光,照射在小盒子里的药物上。
我看着屏幕上那个起伏不平的波峰图,小明一边盯着屏幕一边说:“哦,这个药物里有一个酮基,还有一个羧基,结构应该是这样的!”听他解释的时候,我感觉就好像在看一场科学版的“破案现场”,真是有趣极了!
所以,红外吸收光谱虽然听起来挺高级的,但原理其实就是比较简单的,就是利用不同化学物质吸收红外光的特性来进行分析。
就像化学界的“侦探技术”一样,让我们能够更深入地了解物质的内部结构,是不是挺神奇呢?。
3.13 红外吸收光谱3.13.1.1 分子的振动形式分子中原子的振动可分为两大类:伸缩振动和弯曲振动(亦称变形振动),通常用希腊字母v表示伸缩振动,8表示弯曲振动。
伸缩振动是指原子沿着化学键方向往运动,在振动过程中化学键的键长发生变化。
根据振动时原子间相对位置的变化,伸缩振动还可以分为反对称伸缩振动和对称伸缩振动。
弯曲振动是指原子垂直于化学键方向的振动,可分面内弯曲振动和面外弯曲振动。
面内弯曲振动是指振动在所涉及原子构成的平面内进行,这种振动方式还可以细分为剪式振动和面内摇摆振动。
面外弯曲振动是指弯曲振动垂直于原子所在的平面,根据原子的运动方向,又可分为面外摇摆振动和扭曲振动。
图3-26以亚甲基为例描述了上述各种振动形式,每一种振动形式都有稳定的振动频率。
当外界提供的红外光频率正好等于基团振动频率。
当外界提供的红外光频率正好等于基团振动的某种频率时,分子就可能吸收该频率的红外光产生吸收峰。
多原子组成的分子有许多种振动方式,因此它们的红外光谱很复杂且各有特殊之处。
3.13.1.2 决定振动频率的因素分子振动的频率决定分子所能吸收的红外光频率,即红外吸收峰的位置。
分子中的原子在平衡位置附近幅作周性的振动,这种情况与经典力学中弹簧振子所作的简谐振动十分相似。
因此可以借用经典力学的Hooke定律(公式3-11)导出振动频率:式中K为双原子形成的化学键力常数;u为两个原子的折合质量;m1和m2分别为两个原子的质量。
因此双原子分子的振动频率与组成原子的质量以及化学键的强度有关。
如果是多原子组成的分子,我们可以把它分解成若干个基团来研究,由于各种有机化合物的结构不同,组成其中各基团的原子质量和化学键力常数不同,出现的吸收频率也各不相同,因此各有其特征的红外光谱。
但是,真实分子的振动并不是严格的简谐振动,所以光谱上看到的情况也要复杂得多。
3.13.1.3 红外吸收光谱产生的条件当一定频率的红外光照射物质时,如果分子中某一基团的振动频率正好与其相同,物质就能吸收这一频率的红外光从低能跃迁到较高的能级,产生红外光吸收光谱,即V光=V分。