当前位置：文档之家 › 武汉理工大学 材料测试方法 振动光谱 概述

武汉理工大学 材料测试方法 振动光谱 概述

  • 格式：pdf
  • 大小：183.05 KB
  • 文档页数：7

下载文档原格式

  / 7

合集下载

振动光谱

振动光谱
●因此对于非线性分子振动的自由度为3n-6。 线性分子振动的自由度为3n-6。 ●而对于线性分子，因不会产生绕对称轴的转
动，因此线性分子振动的自由度为3n-5。
基本振动类型---伸缩振动
伸缩振动：健合原子沿健轴方向的振动，健长改变，而健 角不改变。
（1）对称伸缩振动：两个原子相对于第三个原子作对称 的位移振动；
拉 曼
8102~ 1.3104~2.5 3.81014~ 1.6~101 可见光谱
4102 104
1015
光 谱
4102~ 2.5104~105 1015~1.5 101~102 紫外光谱
1102
1016
102~10-2 106~108
1016~1018 103~106 X 射线光谱
振动光谱基本原理---光的二重性
和0.05eV。
弹簧谐振子振动
●谐振子的振动势能有：
●体系的动能有： 根据虎克定律： ●谐振子的振动频度为：
式中，Ep是谐振子的振动势能， k为弹簧力常数，d为小球位移。
m为小球质量，v为小球运动速度。
双原子分子的谐振模型
如重心不变则有：
其中μ为折合质量
双原子分子的谐振模型
●设当两原子振动时的位移为R=r-re ，则分子振动势 能可表示为：
谐振子吸收或发射辐射地 必定依照△n=±1
的规律增减，这称为选律， 而这类吸收而产生的光 谱率称为基频。
倍频和差频
真实分子的振动不完全符合谐振子模型，在很 多情况下，可能出现△n＞1；
●当△n=2，称为第一泛音带， ●当△n=3，称为第二泛音带， ●相反也可能出现ν1+ν2 和 ν1-ν2的红外吸收。
●用波长表示则： 光子量能量随波长的增加

分子振动光谱红外光谱与拉曼光谱

分子振动光谱红外光谱与拉曼光谱
1. Solution: solvent, cell, concentration 2. Solid: KBr,石蜡 3. Gas:
弯曲, 1595cm-1
吸收强度
结构因素
结构的对称性越高,吸收越弱
环境因素
氢键
1 = 2
k
红外光谱振动光谱信息 与主要参量
红外光谱是红外吸收随入射光波数变化的曲 线. 吸收带的位置max , cm-1 由于消光系数对环境敏感，特征基团在不同 分子中波动很大，因此红外的谱峰强度只用 强strong中meso、弱weak表示。
振动模式指认
酰胺A 3300
N-H伸缩振动
酰胺B 3100 酰胺Ⅱ的一次泛频，费米共振
酰胺Ⅰ 1660
C=O伸缩振动
酰胺Ⅱ 酰胺Ⅲ
1570 1300
N-H面内弯曲振动和C-N伸缩 振动
C-N伸缩振动和N-H面内弯曲 振动
酰胺Ⅳ 630 酰胺Ⅴ 730 酰胺Ⅵ 600
O=C-N面内弯曲振动 N-H面外弯曲振动 C=O面外弯曲振动
1. Resolution: <0.1cm-
1
light
2. 附加功能：平滑、差 谱、二阶导、去卷积 和曲线拟合等.
Schematic representation of waves and their phases, input,output and the two arms of the interferometer as The scan goes from zero path difference condition to OPD=λ. a) 0λ;b) λ/4; c) λ/2; d) 3λ/4; e)λ
二谱的优劣
•1.对同一物质而言二光谱常常相当近似 •2.拉曼光谱一个很重要优点:水不会干扰其测量 •3.此外，玻璃和石英容槽皆可使用，可避免使用溴

武汉理工大学 材料测试方法 红外光谱的特点及应用

武汉理工大学 材料测试方法 红外光谱的特点及应用
(2) 分子结构基础研究：应用IR测定分子的 键长、键角，以此推断出分子的立体构 型。
广泛应用于：
化学工业、石油工业、日用化工、 生物医学及药学、环境检测、材料科 学、地球化学、食品工业、商品检验、 气象科学、原子能科学、地质学等领 域。
红外在刑侦中的作用:
(1) 毒品的鉴定： 吗啡类、苯丙胺类、大麻类、可卡因类等。
大麻
海洛因
苯丙胺类毒品
冰毒（C10H15N）
摇头丸
盐酸吗啡
结构分析
3600～3200 cm-1:ν(OH）+ ν(NH） 1660～1600 cm-1:ν(C=C）+ ν(苯环骨架） 1117 cm-1: ν(C-O） 941 ～801 cm-1: δ (N-H）面外 1442cm-1:δ (OH） 1250 cm-1: ν(C=C）
2 两样中的有机组分不同。 3 1#样中的有机组分为：硅橡胶、聚
酯。 4 2#样中的有机组分为：饱和烃类物质。
最终结论：两个样品不太吻合。
(2) 检验交通事故中的物证：
1#某重型货车第二轴右侧外轮轮圈表面提取的黑色油漆 （上图）与2# 某两轮摩托车货架后部左侧提取的黑色物质
（下图）的比较
60
1#
55
50
2#
45
40 35
30
3000
2000 波数 (cm-1)
1000
%透过率
检测结论：
1 两样中所含的无机组分相同，都含高岭 土、碳酸钙。
5.4 红外Байду номын сангаас谱的特点及应用
5.4.1 特点
（1）快速； （2）高灵敏度； （3）试样用量少：2～3mg。
显微红外：µg级 （4）能分析三种状态(气体、液体、固

振动光谱知识

振动光谱知识
.
2 多原子分子的振动类型和振动自由度
1）振动类型
.
CH2振动类型及自由度
as > s > i > o.o.p
光具有波粒二相性，可用波长( )、频率( )和波数( )来
描述。
爱因斯坦方程（微粒性）： Eh
将光子的能量与其频率联系起来了。
.
电磁辐射的特性：
具有光的吸收、发射、折射、反射、偏振等特性。光谱分 析方法则利用辐射能的某一特性，通过测量能量作用于待测物 质后产生的辐射信号的分析方法。如：
吸收特性 吸收光谱（红外、紫外、NMR） 散射特征 拉曼散射分析 发射特性 发射光谱法（荧光光谱、磷光光谱）
分子吸收光谱
uv vis （电子光谱）
IR （振动转动光谱） Laser Ram ann
XRD
NMR 、 ESR
原子发射光射光谱
荧光光谱
磷光光谱
光谱分析法的分类图
.
在分子光谱中，根据电磁波的波长 ()划分为几个不同
的区域，如下图所示：
.
▪ 第一节 振动光谱的基本原理
第三章 振动光谱
Vibrational Spectroscopy (IR & Raman
Spectra)
谭红琳
.
▪ 第一节 振动光谱的基本原理 ▪ 第二节 红外光和红外光谱 ▪ 第三节 红外光谱的应用 ▪ 第四节 拉曼光谱 ▪ 第五节 拉曼光谱与红外光谱分析方法比较 ▪ 第六节 拉曼光谱原理及应用
可相互补充。
▪ 一般非对称振动产生强的红外吸收，
▪ 而对称振动则出现显著的拉曼谱带。
▪ 红外和拉曼分析法相结合，可以更完整地研究分子的振 动和转动能级，从而更可靠地鉴定分子结构

06-振动光谱

06-振动光谱

13
双原子分子振动可以近似地看作为简谐振动：
➢ 把两个质量为m1和m2的原子看作为两个刚性小球；
➢ 连接两原子的化学键设想为无质量的弹簧，原子间
的化学键长度看做是弹簧长度r ，键力常数看成为 弹簧力常数k 。
双原子分子的振动形式仅有一种：伸缩振动，即振动 时两原子之间距离（键长）发生改变。
14
1
振动光谱
振动光谱：vibrational spectrum 分子中同一电子能态中不同振动能级之间跃迁产 生的光谱。
振动光谱：包括
红外吸收光谱，IR
Infrared Absorption Spectrum
拉曼散射光谱
Raman Scattering Spectrum
1
红外吸收过程：当分子中某个基团的振动频率和红外 光的频率一致时，样品分子就吸收该频率的红外光能 量，从原来的基态跃迁到能量较高的激发态。
➢ 中红外光谱仪最为成熟、简单，而且目前已积累了该区大量 的数据资料，它是应用极为广泛的光谱区。
➢ 通常，中红外光谱法又简称为红外光谱法。
9
红外光与红外光谱
分子或原子基团吸收光能量具有量子化特征 分子运动状态由基态E0 跃迁到激发态E1、E2时， 它们的能量差：
能级跃迁示意图
△E1=hv1＝E1-E0 △E2=hv2＝E2-E0
8
名 称 λ/μm /cm-1
近红外区 0.75-2.5 13333-4000 中红外区 2.5-25 4000-400 远红外区 25-1000 400-10
主要能级跃迁类型
O-H、N-H、C-H键的倍频吸收 分子振动
分子转动、晶格振动
中红外区：最为有用，分子的振动能级跃迁
➢ 绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带出现在该光区， 适于进行红外光谱的定性和定量分析。

振动光谱

振动光谱

振动光谱\基本原理\分子振动模型
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
4.1.1 光与分子的相互作用 光是一种波，可以使用波的基本公式：
振动光谱\基本原理\光与分子的相互作用
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
振动吸收的条件
1 振动频率与红外光光谱段的某频率相等； 2 必须有偶极距的变化。
我们把产生红外辐射吸收的振动称为红外活性振动， 把不发生吸收红外辐射的振动称为非红外活性振动。
链接：偶极矩μ＝r×q。偶极距越大，键的极性越大。
振动光谱\红外光谱\红外光
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

红外光谱图库 IR 红外光谱分析

武汉理工大学资环学院 管俊芳 36
红外－拉曼
5 典型红外图谱（2）
1－己烯
武汉理工大学资环学院 管俊芳 37
红外－拉曼
5 典型红外图谱（3）
武汉理工大学资环学院 管俊芳
38
红外－拉曼
5 典型红外图谱（4）
1 原始珍珠岩
2改性珍珠岩 填料
3人工混匀的 珍珠岩
武汉理工大学资环学院 管俊芳
39
红外－拉曼
26
红外光谱测定中的样品处理技术 9
7 特殊红外测定技术 1) 全反射法 ATR
入射光到达深度
dp

2 sin 2 (n 2 / n1 ) 2
武汉理工大学资环学院 管俊芳
27
红外光谱测定中的样品处理技术 10
7 特殊红外测定技术 2)反射吸收法 RAS(Reflection Absorption Spectroscopy)
武汉理工大学资环学院 管俊芳
32
红外光谱测定中的样品处理技术 14
7 特殊红外测定技术 5)显微红外法 Infrared microscopy 用途
材料中的微小异物、缺陷测定 多层薄膜组成分析 生物组织特定部位测定 材料均一性分析（二维可动台上）
武汉理工大学资环学院 管俊芳 33
红外－拉曼
武汉理工大学资环学院 管俊芳 15
红外－拉曼
4 红外分析方法（1）
红外辐射光源： a）能斯特灯：氧化锆、氧化钍、氧化钇的混 和物 b）硅碳棒：由合成的SiC加压而成 c）氧化铝棒：中间放置铂－铑加热丝的氧化 铝管棒 辐射源在加热1500－2000k时，会发射出 红外辐射光。
武汉理工大学资环学院 管俊芳 16
5 典型红外图谱（5）

武汉理工大学材料研究与测试方法复习资料

第一章X射线一、X射线的产生？热阴极上的灯丝被通电加热至高温时，产生大量的热电子，这些电子在阴阳极间的高压作用下被加速，以极快速度撞向阳极，由于电子的运动突然受阻，其动能部分转变为辐射能，以X射线的形式放出，产生X射线。

二、 X射线谱的种类？各自的特征？答：两种类型：连续X射线谱和特征X射线谱连续X射线谱：具有从某一个最短波长（短波极限）开始的连续的各种波长的X射线。

它的强度随管电压V、管电流i和阳极材料原子序数Z的变化而变化。

指X射线管中发出的一部分包含各种波长的光的光谱。

从管中释放的电子与阳极碰撞的时间和条件各不相同，绝大多数电子要经历多次碰撞，产生能量各不相同的辐射，因此出现连续X射线谱特征X射线谱：也称标识X射线谱，它是由若干特定波长而强度很大的谱线构成的，这种谱线只有当管电压超过一定数值Vk(激发电压)时才能产生，而这种谱线的波长与X射线管的管电压、管电流等工作条件无关，只取决于阳极材料，不同元属制成的阳极将发出不同波长的谱线，并称为特征X射线谱三、什么叫K系和L系辐射？当k层电子被激发，L、M、N。

壳层中的电子跳入k层空位时发出X射线的过程叫K系辐射，发出的X射线谱线分别称之为Kα、Kβ、Kγ…谱线，它们共同构成了k系标识X射线。

当L层电子被激发， M、N。

壳层中的电子跳入L层空位时发出X射线的过程叫L系辐射，发出的X 射线谱线分别称之为Lα、Lβ…谱线，它们共同构成了L系标识X射线。

四、何谓Kα射线？何谓Kβ射线？这两种射线中哪种射线强度大？通常X射线衍射用的是哪种射线？Kα是L壳层中的电子跳入K层空位时发出的X射线，Kβ射线是M壳层中的电子跳入K层空位时发出的X射线，Kα比Kβ强度大，因为L层电子跳入K层空位的几率比M层电子跳入K层空位的几率大。

Kβ波长短，X射线衍射用的是Kα射线，另加：Kα射线是由Kα1和Kα2组成，它们分别是电子从L3和L2子能级跳入K层空位时产生的。

且K α1和Kα2的强度比是2：1。

《振动光谱》课件

局限性：需要样品具有足够 的拉曼活性，对某些样品不
适用
核磁共振谱
原理：利用核磁共 振现象，测量样品 中的核磁共振信号
应用：广泛应用于 有机化合物、生物 大分子、金属离子 等的结构分析和定 量分析
特点：具有高灵敏 度、高分辨率、无 破坏性等优点
技术：包括核磁共 振波谱、核磁共振 成像等
紫外可见光谱
应用领域的拓展与深化
生物医学领域：用于蛋白质、核酸等生物 大分子的结构分析和功能研究
材料科学领域：用于新材料的研发和性能 优化
环境科学领域：用于污染物监测和治理
化学领域：用于化学反应机理的研究和反 应动力学的模拟
物理领域：用于量子力学和凝聚态物理的 研究
航空航天领域：用于航天器和航天材料的 性能测试和优化
振动光谱的原理
振动光谱是研究分子振动能级的一 种光谱技术
振动光谱可以分为红外光谱和拉曼 光谱两种
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
振动光谱的原理是利用分子振动能 级之间的跃迁来产生光谱信号
红外光谱和拉曼光谱的原理分别是 利用分子振动能级之间的跃迁和分 子振动能级之间的拉曼散射来产生 光谱信号
振动光谱的应用
THANK YOU
汇报人：
提高分辨率：通过 改进仪器和算法， 提高光谱分辨率， 实现更精确的测量
提高灵敏度：通过 改进仪器和算法， 提高光谱灵敏度， 实现更微弱信号的 检测
提高速度：通过改 进仪器和算法，提 高光谱测量速度， 实现更快速的测量
提高自动化程度： 通过改进仪器和算 法，提高光谱测量 的自动化程度，实 现无人值守的测量
紫外可见光谱是电磁波谱的一部分，波长范围为200-800nm 紫外可见光谱包括紫外光谱和可见光谱，其中紫外光谱的波长范围为200400nm，可见光谱的波长范围为400-800nm 紫外可见光谱的应用广泛，包括化学分析、生物医学、环境监测等领域

材料现代分析测试方法分子振动光谱

每一种物质每一吸收谱带的相对强度都是一定的，
由该吸收谱带所对应的价键的振动决定的。
3．红外光谱法的特点
1）特征性高。每种化合物都有其特征的红外光谱 图，很少有两个化合物具有相同的红外光谱图。
2）气、液、固三态均可测定。此外，对固体来说， 它还可以测定非晶态、玻璃状态等。
3）测定所需样品量少，只需几毫克甚至几微克。 4）操作方便，测定的速度快，重复性好。 5）已有的标准图谱较多，便于查阅。 6）缺点：灵敏度和精度不够高，含量小于1%就难
同一种基团的某种振动方式若处于不同的分子和
外界环境中，其化学键力常数是不同的，因此它 们的特征频率也会有差异。
掌握各种官能团与红外吸收频率的关系以及影响
吸收峰在谱图中的位置的因素是光谱解析的基础。
可将整个红外光谱大致分为两个区：
官能团区（特征谱带区）（4000～1300 cm-1）、 指纹区（1300～400 cm-1）。
量红外光谱的一种技术。
有多通道、高通量和波数测定准确度高三大优点。 它的测量速度快，灵敏度高，光谱质量好，有利于
弱光谱的测定和时间分辩光谱的测定。
主要由光学探测和计算机两部分组成。光学部分大
多数用迈克尔逊（Michelson）干涉仪，用干涉仪 测得时域图（光强随时间变化的谱图）。
图 傅里叶变换红外光谱仪原理图
（3）压片法
由于碱金属卤化物（如KCl、KBr、KI以及CsI 等）加压后变成可塑物，并在中红外区完全透明， 因而被广泛用于固体样品的制备。
将固体样品约3 mg放在研钵中，加入约300 mg的KBr或KCl，混合研磨均匀，使其粒度达到 2.5μ m以下。将磨好的混合物倒入压模中，加压 （500~1000 MPa）5 min左右，就可得到厚约0.8 mm的透明薄片。
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
官能团→见光
光是电磁波，具有波粒二相性。
v
c
v c v
-----1厘米长度中波的数目，单位：cm-1
波长与波数的关系：
( cm
) 1
10 4
( um )
分子的总能量由以下几种能量组成：
电子自旋 微波波谱
E总 = Ee + Ev + Er
电子能
振动能
转动能
紫外光谱 可见光谱
红外光谱 所需能量较低，波长较长
E Eel Evib Erot
电 子 能 级 示 意 图
（近中红外）
能级的能量
△E/eV
电子能级
1～20
振动能级： 原子在平衡位置相对振动 0.05～1
转动能级： 分子绕轴旋转
<0.05
振动光谱的研究内容
辐射→ 分子振动－转动能级跃迁→ 红外光谱
振动光谱 拉曼光谱 →
第五章 振动光谱
5.1 振动光谱概述
红 5.2 红外光谱的原理
外 5.3 红外光谱定性分析
光 5.4 红外光谱的特点及应用
谱
5.5 红外光谱仪(实验课内容）
5.6 红外制样技术(实验课内容)
5.7 拉曼光谱
5.8 红外光谱与拉曼光谱的比较
5.1 概述
v 物质因受光的作用所发生的分子转 动-振动能级间的跃迁，也称为振-转光 谱。 振动光谱所用光源：