振动光谱知识

光谱振动模式光谱振动模式是指在分子中发生的振动运动所产生的能量变化。

分子具有不同振动模式，包括拉伸振动、弯曲振动、对称振动和不对称振动等。

这些振动模式可通过红外光谱和拉曼光谱进行观测和分析。

拉伸振动是指分子中化学键的长度发生周期性变化，可分为对称拉伸和不对称拉伸两种。

对称拉伸是指分子中两个相邻原子同时向外运动或向内运动；不对称拉伸是指两个相邻原子一个向外运动，另一个向内运动。

弯曲振动是指分子中两个或多个原子围绕着键轴发生周期性变化。

对称弯曲振动是指所有原子同时沿相对方向运动；不对称弯曲振动是指两个原子沿相对方向运动，另一个原子沿相对方向运动。

对称振动是指分子中两个或多个原子同时沿相对方向运动，而且振动幅度相等；不对称振动是指两个原子沿相对方向运动，另一个原子沿相对方向运动，而且振动幅度不相等。

光谱振动模式的观测和分析对于研究分子结构、物质性质以及化学反应机理等有重要意义。

它可以提供关于分子键的强度、键长以及分子中各原子的运动方式等信息。

光谱振动模式是描述分子中原子之间振动的特定模式。

光谱振动模式通常通过红外光谱和拉曼光谱来研究。

在红外光谱中，当分子中的原子发生振动时，分子吸收特定频率的红外辐射。

这些频率与不同的振动模式相对应，例如键伸缩、角度变化和振转等。

拉曼光谱则是通过测量分子散射的光的频移来研究分子的振动模式。

拉曼光谱可以提供与红外光谱不同的信息，因为它对应于分子的振动引起的光散射而不是吸收。

光谱振动模式的研究对于理解分子结构、化学反应、材料性质等具有重要意义。

它可以用于分析和确定不同化学物质的存在，并用于各种科学领域，如化学、生物学、药学和材料科学等。

第四章振动光谱一、教学目的理解掌握震动光谱分析的基本理论，掌握红外光谱图的分析处理，了解红外光谱实验技术。

二、重点、难点重点：震动光谱分析的基本理论，红外光谱图的分析处理。

难点：震动光谱分析的基本理论。

三、教学手段多媒体教学四、学时分配4学时引言：●1900～1910年间，科布伦茨（W．W．C。

blentz）首先用红外光测量了一些有机物液体的吸收光谱而建立起一种新的分析方法——红外光谱法。

他发现分子中的一定原子群可以吸收特定的频率，这些特定的频率犹如人类的指纹，可以用来辨认分子中特定原子群的存在。

●它主要可以用作分子结构的基础研究和物质化学组成（物相）的分析（包括定性和定量）。

红外光谱法作分子结构的研究可以测定分子的键长、键角大小，并推断分子的立体构型，或根据所得的力常数，间接得知化学键的强弱，也可以从正则振动频率来计算热力学函数等。

●不过红外光谱法更多的用途是根据谱的吸收频率的位置和形状来判定本知物，并按其吸收的强度来测定它们的含量。

因此红外光谱法在目前已成为十分方便而有效的分析方法之一。

●红外光谱法应用得较多的是在有机化学领域，对无机化合物和矿物的红外鉴定开始较晚。

红外光谱法对测定矿物的结构或组分虽不如X射线衍射分析那么成熟，却也有其独特长处。

所谓振动光谱是指物质因受光的作用，引起分子或原子基团的振动，从而产生对光的吸收。

如果将透过物质的光辐射用单色器加以色散，使波长授长短依次排列，同时测量在不同波长处的辐射强度，得到的是吸收光谱。

如果用的光源是红外光波，即0.78～1000μm，就是红外吸收光谱。

如果用的是强单色光，例如激光，产生的是激光拉曼光谱。

本章主要介绍红外光谱的原理及其在无机非金属材料中的应用，对拉曼光谱只作简单的介绍。

红外光谱法就逐渐形成了一个极其有效而广泛的分析方法。

它主要可以用作分子结构的基础研究和物质化学组成（物相）的分（包括定性和定量）。

红外光谱法作分子结构研究可以测定分子的键长、键角大小，并推断分子的立体构型，或根据所得的力常数，间接得知化学键的强弱，也可以从正则振动频率来计算热力学函数等。

第四章振动光谱当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射分子吸收了某些频率的辐射，，其振动或转动运动引起偶极矩发生变化转动运动引起偶极矩发生变化。

由于分子的振动能量比转动能量大由于分子的振动能量比转动能量大，，当发生振动能级跃迁时发生振动能级跃迁时，，不可避免地伴随有转动能级的跃迁动能级的跃迁，，只能得到分子的振动只能得到分子的振动--转动光谱，这种光谱称为红外吸收光谱这种光谱称为红外吸收光谱。

案例1500100015002000250030003500400001020304050607080T r a n s m i t i v i t y -1图4-1 灼烧前Nd:YAG前驱体的红外光谱图案例2500100025003000350040002030405060708090100T r a n s m i t t i v i t y 图4-2灼烧后Nd:YAG前驱体的红外光谱图第一节振动光谱的基本原理1.1.光的二重性光的二重性普朗克公式普朗克公式：：E ＝h ν一、光与分子的相互作用波数即波长的倒数波数即波长的倒数，，表示单位(cm)长度光中所含光波的数目长度光中所含光波的数目。

波长或波数可以按下式互换波长或波数可以按下式互换：：( cm -1)=1/λ(cm)=104/λ(μm)在2.5μm 处，对应的波数值为对应的波数值为：：= 104/2.5 (cm -1)=4000cm -1ν_ν_（式4-1）图4-1能级跃迁示意图△E 1＝E 2-E 1=h ν1△E 2＝E 3-E 1=h ν22.2.原子或分子的能量组成原子或分子的能量组成分子的运动可分为移动分子的运动可分为移动、、转动转动、、振动和分子内的电子运动运动。

而每种运动状态又都属于一定的能级属于一定的能级。

分子总能量E ＝E 0＋E t ＋E r ＋E v ＋E e 图4-2双原子分子能级示意图（式4-3）红外光谱法的特点紫外、可见吸收光谱常用于研究不饱和有机化合物，特别是具有共轭体系的有机化合物；红外光谱法主要研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物（没有偶极矩变化的振动在拉曼变化的化合物光谱中出现）。

红外振动光谱：原理、应用与研究进展一、引言红外振动光谱是一种基于分子振动和转动能级跃迁的光谱学技术，广泛应用于化学、物理、生物、材料科学等领域。

本文旨在详细介绍红外振动光谱的原理、应用与研究进展，以期为读者提供全面的了解和认识。

二、红外振动光谱的原理红外振动光谱是一种分子光谱学技术，其原理基于分子内部振动和转动能级的跃迁。

当分子受到红外光的照射时，分子中的化学键或官能团会吸收特定频率的红外光，从而导致分子内部振动和转动能级的跃迁。

这种能级跃迁会引起分子偶极矩的变化，进而产生红外吸收光谱。

通过对红外光谱的分析，可以获得分子的结构、化学键类型、官能团等信息。

三、红外振动光谱的应用1. 化学分析：红外振动光谱是一种重要的化学分析手段，可以用于鉴定化合物的结构、确定官能团和化学键类型等。

通过比较红外光谱与标准光谱库的匹配程度，可以对未知化合物进行定性分析。

2. 材料科学：红外振动光谱在材料科学领域也有广泛应用，可以用于研究材料的化学组成、结构变化、物理性质等。

例如，通过红外光谱可以研究聚合物、陶瓷、半导体等材料的分子结构和化学键类型，从而了解材料的性能和应用。

3. 生物学：红外振动光谱在生物学领域的应用主要集中于蛋白质、DNA等生物大分子的结构和功能研究。

通过红外光谱可以了解生物大分子的二级结构、化学键类型、官能团等信息，从而揭示其生物学功能和作用机制。

4. 环境科学：红外振动光谱还可以用于环境科学领域的研究，例如大气污染物的检测和分析。

通过红外光谱可以对大气中的污染物进行定性和定量分析，了解其来源和形成机制，为环境保护和治理提供依据。

四、红外振动光谱的研究进展1. 高分辨率红外光谱技术：随着光谱学技术的不断发展，高分辨率红外光谱技术逐渐成为研究热点。

该技术可以提高光谱的分辨率和信噪比，从而获得更准确的分子结构和化学键信息。

目前，高分辨率红外光谱技术已经应用于多个领域，包括化学、物理、生物等。

2. 红外光谱成像技术：红外光谱成像技术是一种将红外光谱与成像技术相结合的新型技术，可以用于研究样品的空间分布和化学组成。

振动光谱学的原理和应用振动光谱学是一种用于研究分子结构和因此引起的分子振动的技术。

振动光谱学被广泛应用于许多不同的领域，包括化学，物理学，生物学，地球科学和工程学等等。

本文将介绍振动光谱学的原理和一些常见的应用。

振动光谱学的原理振动光谱学基于分子中原子的相对位置和运动之间的关系。

当分子振动时，原子之间的距离和角度会发生改变，这样就会产生不同种类的振动模式。

根据振动模式的不同，可以将振动分为伸缩振动和弯曲振动。

振动光谱学主要有两种类型：红外光谱学和拉曼光谱学。

红外光谱学利用红外辐射的吸收来识别分子中的振动模式，而拉曼光谱学则利用拉曼散射来识别分子中的振动模式。

在红外光谱学中，物质中的化学键在特定的波长处会吸收辐射。

每个振动模式的吸收峰都会出现在不同的波长区间。

鉴别物质中的特定元素或化学键所吸收的红外辐射带的位置和形状，可以使用红外光谱。

拉曼光谱学则利用物质分子中的分子振动引起的分子极化作用所导致的散射光。

相对于红外光谱，拉曼光谱具有更高的分辨率和更精确的定量分析能力，因此在化学、生物学和材料科学等领域广泛应用。

振动光谱学的应用振动光谱学广泛应用于分析物质的分子结构，确定分析物质的分子成分以及分析分子间的相互作用力等。

以下是振动光谱学应用的一些实例：1. 化学结构确定振动光谱学技术可用于化学结构的确定。

利用红外光谱或拉曼光谱，可以识别物质中的化学键、官能团及其位置等信息。

通过综合分析标准谱图，可以进一步确定物质的化学结构，因此在化学分析领域得到了广泛的应用。

2. 生物化学分析对于生物大分子，如蛋白质和DNA等，振动光谱学可以用于研究它们的结构和动力学。

拉曼光谱法也可以用于细胞生物学研究中。

例如，可以用拉曼光谱对细胞中的脂质、蛋白质、核酸等大分子进行非破坏性检测。

3. 物质检测振动光谱学的另一个常见应用是在非常低浓度下检测物质。

这种方法利用物质分子与振动光子之间的相互作用，准确测定分子在样品中的存在量。

多原子分子的结构及振动光谱多原子分子是由两个或更多个原子通过化学键相互结合形成的分子，包括了大多数的化合物，如水、二氧化碳、氨等。

这些分子的结构和振动光谱对于研究化学反应、分子结构和动力学性质等方面具有重要意义。

下面将详细介绍多原子分子的结构及其振动光谱。

1.多原子分子的结构：多原子分子的结构由原子之间的相互作用决定，包括原子间的化学键和非化学键相互作用。

化学键可以是共价键、离子键或金属键。

非化学键包括静电吸引力、氢键、范德华力等。

多原子分子的结构通常可以用分子式、结构式和空间构型来描述。

分子式：用化学符号表示分子中原子的种类和数量，如H2O、CO2等。

结构式：通过化学键来描述分子中原子之间的连接方式，包括平面结构、线性结构和三维立体结构。

空间构型：描述分子中原子之间的空间排列，包括平面分子、非平面分子、角度分子等。

2.多原子分子的振动光谱：振动光谱是分子结构和振动性质的一种分析方法，可以通过测量分子振动态的能量吸收、发射光谱来获得分子的结构信息。

多原子分子的振动光谱主要包括红外光谱和拉曼光谱。

红外光谱：红外光谱是通过测量分子对红外光的吸收来获取分子振动信息的一种分析方法。

红外光谱通常分为近红外、中红外和远红外三个区域。

多原子分子的红外光谱可以提供关于分子中原子之间振动的信息，如键伸缩振动、弯曲振动和扭曲振动等。

拉曼光谱：拉曼光谱是测量分子散射光中频率移位的一种分析方法，通过观察样品散射光的强度和频率变化，可以得到分子的振动信息。

拉曼光谱主要分为强拉曼光谱和弱拉曼光谱两种类型。

多原子分子的拉曼光谱可以提供关于分子中原子振动模式的信息，如伸缩振动、转动振动和弯曲振动等。

3.多原子分子的谱图解析：谱图预测：通过实验测定的分子光谱数据，利用理论计算方法，如量子化学方法和密度泛函理论，可以预测分子的振动光谱。

谱图比对：通过将实验测得的分子光谱与已知的标准光谱进行比对，确定分子的结构和振动模式。

谱图比对可以利用数据库和谱图图谱手册等参考资料进行。

红外振动光谱红外振动光谱是一种利用物质分子振动引起的红外辐射吸收特性来研究物质结构和化学键的一种光谱技术。

在红外振动光谱中，物质分子吸收红外辐射的频率与分子结构和化学键的特性有着密切的关系。

红外振动光谱是化学和物理学领域中一种常用的分析技术，广泛应用于物质的鉴别、组分分析和结构分析等方面。

红外光谱仪是进行红外振动光谱分析的主要工具。

红外光谱仪由光源、分光装置、样品室和探测器组成。

光源发出的红外辐射被分光装置分成各个波长的光线，通过样品室中的样品后，被探测器测量和记录。

根据样品对红外辐射吸收的情况，可以得到一条红外光谱曲线，用于研究样品的结构和组分。

红外振动光谱的原理基于物质分子的振动和转动。

物质分子的振动是以化学键为中心的原子间的相对运动，它们可以分为基于分子内原子之间振动的伸缩振动、弯曲振动和振转等，也可以分为基于不同分子之间相对运动引起的相对振动模式，例如氢键的形成和断裂。

每一种化学键和分子或原子之间的相对运动都对应着一定的振动频率，在特定波数下发生吸收。

红外光谱图在波数(wavenumber)或波长(wavelength)上表示，波数与波长之间的关系为互倒数关系。

在红外光谱图上，横坐标表示波数或波长，纵坐标表示吸收率或透过率。

吸收率越高，表示物质对特定波数的红外辐射吸收越强；透过率越高，表示物质对红外辐射的吸收越弱。

在红外光谱图中，通常会出现吸收峰，每个吸收峰对应着不同的振动模式和化学键。

通过红外光谱图的解析和比对，可以获得有关物质分子结构和组分的详细信息。

由于不同化学物质的分子结构和化学键的特性不同，它们的红外光谱图也会有明显的差异。

因此，通过对比待测样品的红外光谱图和相应的参考光谱图，可以鉴定和确认待测样品的成分和结构。

通过对红外光谱图中的吸收峰的特征分析，还可以研究物质的物理性质和化学性质，如化学键的形式和强度。

除了能够用于鉴别和分析有机化合物和无机物质，红外振动光谱还广泛应用于生物化学、环境科学、药学等领域。