n第七讲(红外拉曼光谱)
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拉曼散射光谱的基本概念一束频率为V0的入射光,照射到气体液体或透明晶体样品上,绝大部分可以透过,大约有0.1%的入射光光子与分子发生碰撞后向各个方向散射。
有一部分散射光发生了光子与分子之间的能量交换,即非弹性碰撞,散射的频率不再等于V0,而是Vi,这种散射现象称为拉曼散射。
根据这个原理所获得的散射光谱,称为拉曼光谱。
若入射光与基态分子相碰撞而发生拉曼散射,分子从光子那里获得能量,从振动基态跃迁到振动的激发态,而散射光子的能量减小,散射光的频率低于入射光的频率,这种形式的拉曼散射称为Stokes辐射,相应的光谱线称为Stokes线。
如果与入射光相碰撞的分子是处于振动的激发态,结果分子交出能量给光子,散射光子的能量增强,散射光的频率大于入射光的频率,这种形式的拉曼散射称为反-Stokes辐射,相应的谱线为反-Stokes线。
拉曼散射光谱的应用在振动光谱中有九个谱峰,按波数递减的方向命名为酰胺A、B及酰胺I至VII带,各种酰胺(Amide)频率:在3000cm-1以上,有酰胺A(3280cm-1)及酰胺B(3090cm-1 );在1700cm-1以下有酰胺Ⅰ(1650cm-1)酰胺Ⅱ(1550cm-1)酰胺Ⅲ(1300~1250cm-1)酰胺Ⅳ(627cm-1)酰胺Ⅴ(725cm-1)酰胺Ⅵ(600cm-1)及酰胺Ⅶ(206cm-1)。
振动谱带振动波数归属酰胺A 3280cm-1 N-H伸缩酰胺B 3090cm-1 N-H伸缩(费米共振)酰胺Ⅰ1650cm-1 C=O伸缩、C—N伸缩和N—H面内弯曲振动酰胺Ⅱ1550cm- N—H面内变形及C—N伸缩振动酰胺Ⅲ1300~1250cm-1 C—H伸缩振动酰胺Ⅳ627cm-1 O=C—N面内弯曲振动酰胺Ⅴ725cm-1 N—H面外弯曲酰胺Ⅵ600cm-1 C=O面外弯曲酰胺Ⅶ206cm-1 C—N扭曲振动酰胺I 带各子峰所对应的二级结构:此外,Lippert 等人用已知二级结构的蛋白质(聚-L-赖氨酸)的拉曼光谱得到一组强度参数,然后用蛋白质拉曼光谱的酰胺III 和酰胺I ′(重水溶液)谱带强度建立了一组联立方程,从而求解蛋白质的二级结构。
拉曼光谱Raman spectra拉曼散射的光谱。
1928年C.V.拉曼实验发现,当光穿过透明介质被分子散射的光发生频率变化,这一现象称为拉曼散射,同年稍后在苏联和法国也被观察到。
在透明介质的散射光谱中,频率与入射光频率υ0相同的成分称为瑞利散射;频率对称分布在υ0两侧的谱线或谱带υ0±υ1即为拉曼光谱,其中频率较小的成分υ0-υ1又称为斯托克斯线,频率较大的成分υ0+υ1又称为反斯托克斯线。
靠近瑞利散射线两侧的谱线称为小拉曼光谱;远离瑞利线的两侧出现的谱线称为大拉曼光谱。
瑞利散射线的强度只有入射光强度的10-3,拉曼光谱强度大约只有瑞利线的10-3。
小拉曼光谱与分子的转动能级有关,大拉曼光谱与分子振动-转动能级有关。
拉曼光谱的理论解释是,入射光子与分子发生非弹性散射,分子吸收频率为υ0的光子,发射υ0-υ1的光子,同时分子从低能态跃迁到高能态(斯托克斯线);分子吸收频率为υ0的光子,发射υ0+υ1的光子,同时分子从高能态跃迁到低能态(反斯托克斯线)。
分子能级的跃迁仅涉及转动能级,发射的是小拉曼光谱;涉及到振动-转动能级,发射的是大拉曼光谱。
与分子红外光谱不同,极性分子和非极性分子都能产生拉曼光谱。
激光器的问世,提供了优质高强度单色光,有力推动了拉曼散射的研究及其应用。
拉曼光谱的应用范围遍及化学、物理学、生物学和医学等各个领域,对于纯定性分析、高度定量分析和测定分子结构都有很大价值。
(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。