武汉理工大学 材料测试方法 振动光谱 概述
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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。
振动光谱实验及其在研究大分子结构中的应用振动光谱是一种物理学实验技术,它可以提供有关物质分子的振动和旋转的信息。
它被广泛应用于化学、物理、生物学和医学领域中,因为它可以用来分析不同类型的化学键、分子结构和反应动力学。
特别是振动光谱实验在研究大分子结构和行为中的应用,更是引起了广泛关注。
振动光谱技术基于分子吸收辐射能的原理。
分子的振动和旋转状态可以通过红外吸收、拉曼散射、光散射等方法来检测。
其中,红外吸收是最常用的振动光谱实验技术之一,它对于分子中的振动模式非常敏感。
具有不同的化学键、分子结构和状态的分子将在不同的频率上吸收辐射能,这就形成了独特的红外光谱指纹,这些指纹可以用来区分不同类型的分子。
在研究大分子结构中,振动光谱实验主要应用于聚合物、生物分子和纳米材料等领域。
这些大分子通常具有复杂的结构,例如多个子单元或基团之间的交联、排序、取向等。
通过红外光谱图,我们可以确定分子的化学成分、功能基团和分子中的振动模式,进而推测分子的空间构型和互作关系。
例如,在聚合物中,不同的聚合度和链分支会导致不同类型的振动方式和谱带变化,这就使得我们可以通过红外光谱图来表征聚合物的分子量分布、结构变化和缺陷程度。
类似地,在蛋白质和核酸中,氨基酸和核苷酸的基本单位呈现出独特的振动谱带,这使得我们可以通过红外光谱来表征不同蛋白质和核酸的三维结构、折叠和叠合方式。
除了红外吸收,拉曼散射也是一种常见的振动光谱实验技术。
与红外光谱不同,拉曼散射实验主要测量分子的振动和旋转产生的散射光,因此它更加灵敏和选择性。
对于大分子领域的应用而言,拉曼散射更多的用于表征分子结构和动态过程,例如分子指向、振动能量转移、激子或激发态的形成和衰减等。
此外,拉曼散射还可以用于表征纳米材料、生物大分子的空间构型和动态过程,例如蛋白质的折叠和解离等。
当然,在采用振动光谱实验技术时,我们还需要考虑一系列的实验性条件和处理方法。
例如,确定适当的光源和探测器,为分子测量提供较高的光谱峰信号和噪声控制;在数据处理过程中,我们需要对光谱图进行基线校正、幅度标定和谱线分析,以排除噪声干扰、提高光谱信号峰度和保证谱带的正确性和无歧义性。
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。