第三章 红外与拉曼光谱

1 拉曼光谱、红外光谱、XPS的原理及应用

一.拉曼光谱的原理及应用

拉曼光谱由于近几年来以下几项技术的集中发展而有了更广泛的应用。这些技术是：CCD检测系统在近红外区域的高灵敏性，体积小而功率大的二极管激光器，与激发激光及信号过滤整合的光纤探头。这些产品连同高口径短焦距的分光光度计，提供了低荧光本底而高质量的拉曼光谱以及体积小、容易使用的拉曼光谱仪。

（一）含义

光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射. 弹性散射的散射光是与激发光波长相同的成分.非弹性散射的散射光有比激发光波长长的和短的成分, 统称为拉曼效应

当用波长比试样粒径小得多的单色光照射气体、液体或透明试样时，大部分的光会按原来的方向透射，而一小部分则按不同的角度散射开来，产生散射光。在垂直方向观察时，除了与原入射光有相同频率的瑞利散射外，还有一系列对称分布着若干条很弱的与入射光频率发生位移的拉曼谱线，这种现象称为拉曼效应。由于拉曼谱线的数目，位移的大小，谱线的长度直接与试样分子振动或转动能级有关。因此，与红外吸收光谱类似，对拉曼光谱的研究，也可以得到有关分子振动或转动的信息。目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定，分子结构的研究谱线特征

（二）拉曼散射光谱具有以下明显的特征：

a.拉曼散射谱线的波数虽然随入射光的波数而不同，但对同一样品，同一拉曼谱线的位移与入射光的波长无关,只和样品的振动转动能级有关；

b. 在以波数为变量的拉曼光谱图上，斯托克斯线和反斯托克斯线对称地分布在瑞利散射线两侧, 这是由于在上述两种情况下分别相应于得到或失去了一个振动量子的能量。

c. 一般情况下，斯托克斯线比反斯托克斯线的强度大。这是由于Boltzmann分布，处于振动基态上的粒子数远大于处于振动激发态上的粒子数。

（三）拉曼光谱技术的优越性

提供快速、简单、可重复、且更重要的是无损伤的定性定量分析，它无需样品准备，样品可直接通过光纤探头或者通过玻璃、石英、和光纤测量。此外

第２２卷第３期　２０１０年９月　光散射学报　ＴＨＥ　ＩＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＬＩＧＨＴ　ＳＣＡＴＴＥＲＩＮＧ　Ｖｏ１．２２　ＮＯ．３　Ｓｅｐ．２０１０　

文章编号：１００４－５９２９（２０１０）０３—０２８８—０３　

木糖醇的红外光谱和拉曼光谱研究　

王吉有，刘　宾，邹兆贵，李南征，孔　乐　

（北京工业大学应用数理学院，北京１０００２２）　

摘要：实验测量了木糖醇的拉曼光谱和红外光谱，在相关文献的帮助下，对其谱带进行了初步指认。在　拉曼光谱中，１０００　ｃｍ＿１～ｌｌ１０　ｃｍ　之间的中等强度振动属于ｃ～０伸缩振动和Ｈ—Ｃ～Ｏ弯曲振动。　８５０　ＣｌＴＩ－１到９２０　Ｃ１ＴＩＩ１之间的振动属于ｃ—Ｃ伸缩振动。羟基面内弯曲振动在红外吸收光谱中出现在１３００　～１５００　ｃｍ＿　，０一Ｈ的变形振动８ｏ　Ｈ出现在１４２０￣１３８０　ｃｍ　。　关键词：拉曼光谱；红外光谱；木糖醇　中图分类号：０６５７．３７．０５６１．３　文献标识码：Ａ　

Ｉｎｆｒａｒｅｄ　ａｎｄ　Ｒａｍａｎ　Ｓｐｅｃｔｒａ　Ｓｔｕｄｉｅｓ　ｏｆ　Ｘｙｌｉｔｏｌ　

ＷＡＮＧ　Ｊｉ—ｙｏｕ，ＺＯＵ　Ｚｈａｏ—ｇｕｉ，ＬＩＵ　Ｂｉｎ，ＬＩ　Ｎａｎ～ｚｈｅｎｇ，ＫＯＮＧ　Ｌｅ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００２２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ＦＴ—Ｒａｍａｎ　ｓｐｅｃｔｒａ　ａｎｄ　ＦＴ—ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｓｐｅｃｔｒａ　ｏｆ　ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａ１ｌｉｎｅ　ｓａｍｐｌｅｓ　ｏｆ　ｘｙ—　ｌｉｔｏ１．Ｔｈｅ　ｒｅｇｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＦＴＩＲ　ｓｐｅｃｔｒａ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｓｔｕｄｉｅｄ：ｔｈｅ　ＯＨ　ｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ　ｒｅｇｉｏｎ　３４００￣　３２００　ｃｍ＿。，ｔｈｅ　ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ　ｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ　ｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｏｆ—　

1 第二章 红外光谱和拉曼光谱技术研究阴离子型层状及插层材料的结构

红外光谱和拉曼光谱技术是相当成熟的分子结构研究手段，目前已经应用于多种阴离子型层状结构LDHs的层板阳离子、层间阴离子的研究[1-21]。LDHs中的水是一个很强的红外吸收体，因此，红外光谱中很难观察到层板羟基的伸缩振动吸收峰。但是，水又是一个很差的散射体，层板羟基的伸缩振动可以很容易在拉曼光谱中观察到，因此拉曼光谱法在LDHs研究中逐渐得到人们的重视[18]。近年来，红外发射光谱技术、热分析/红外光谱联用技术、原位红外和拉曼光谱技术等已经被用来研究LDHs的热稳定性及有机阴离子插层LDHs的热分解过程[21-26]。相关红外光谱和拉曼光谱技术在LDHs中的应用研究综述详见文献[27]。

2.1. LDHs层板的振动光谱

2.1.1. MgAl-LDHs的振动光谱

MgAl-LDHs在目前的文献中研究最多，下面以MgAl-LDHs为例说明LDHs层板的振动光谱峰位归属，并且对不同金属阳离子组成的LDHs层板的振动光谱进行比较分析。MgAl-LDHs的红外光谱谱图在3450cm-1处可以观察到一个强而宽的吸收峰（图2-1），这是由两个或三个羟基伸缩振动和层间水分子伸缩振动重叠而成的；在3000~3300cm-1附近有时还出现一个肩峰，这是由羟基和层间碳酸根的相互作用而产生的；在650cm-1以下可观察到晶格的平移振动，而在700~1000cm-1范围内观察到归属于羟基和水的平移振动模式的宽而强的吸收峰，450cm-1处的吸收峰归属于[AlO6]3-基团或Al-O的单键振动。在600~650cm-1之间，观察到由多组分峰相重叠而成的一个宽峰，在555cm-1附近有时有一个独立的峰。680cm-1处峰形比较复杂，这是由于Al-O和Mg-O键的振动峰与碳酸根的ν4振动峰发生重叠的缘故。对870cm-1附近的吸收峰的归属存在争议，一些研究者认为此峰是由层间CO32-的ν2振动产生的[28-30]，而Kagunya等人[31]则认为856cm-1附近的峰归属于LDHs的层间阴离子CO32-、NO3-及OH-的转动振动模式Eu(R)(OH)。而拉曼光谱中羟基伸缩振动很弱，但要比红外光谱中相应振动模式的峰更尖锐。Kagunya等[31]将695cm-1和1061cm-1处的两个峰归属于平移振动模式Eg(T)和转动振动模式Eg(R)，这两个峰与相应层间CO32-产生的ν4（约680cm-1）和ν1（约1063cm-1）振动峰位置接近，可能会发生重叠。Kloprogge等[29]在1061cm-1和1053cm-1处分别观察到一个尖峰和一个宽而弱的重叠峰。在476cm-1和552cm-1处的两个峰是由与主体Al相连的羟基振动产生的，但也可能受到配体中Mg的影响。476cm-1峰具有拉曼活性，而552cm-1峰与红外光谱中553cm-1峰具有相同的振动模式。

傅里叶红外光谱和拉曼光谱的区别和联系

傅里叶红外光谱和拉曼光谱是两种常见的光谱学技术，它们在原理、应用和测量方式等方面存在一些区别和联系。

区别：

1、原理不同：傅里叶红外光谱利用样品对红外光的吸收或散射来确定分子的结构和化学键信息；而拉曼光谱则是利用样品对激光的散射来检测分子中振动模式的变化，从而得到分子的结构信息。

2、测量范围不同：傅里叶红外光谱主要适用于分析分子内部的化学键信息，其测量范围通常在几百纳米到几微米之间；而拉曼光谱则可以用于分析分子的振动模式和分子结构，其测量范围通常在几十纳米到几百纳米之间。

3、分辨率不同：傅里叶红外光谱的分辨率较高，可以分辨出分子中不同的化学键；而拉曼光谱的分辨率相对较低，通常只能分辨出分子中的某些振动模式。

联系：

1、都是非破坏性测试方法，不会对样品造成损伤。

2、都是基于光学原理的测试方法，都可以通过样品对光的吸收或散射来获取信息。 3、都是广泛应用于科学研究和工业生产中的分析方法。

傅里叶红外光谱和拉曼光谱虽然在原理、应用和测量方式等方面存在一些区别，但它们都是有效的分析物质的方法，可以根据实际需要选择合适的方法进行研究和应用。