四川大学材料学院-现代材料分析技术复习提纲
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材料现代分析方法复习要点总汇X射线衍射束的强度1.粉未多晶的衍射线强度2.影响衍射线强度的因素1.粉未多晶的衍射线强度布拉格方程是产生衍射的必要条件,但不是充分条件,描述衍射几何的布拉格定律是不能反映晶体中原子的种类和它们在晶体中的坐标位置的。
这就需要强度理论。
1.衍射线的绝对强度与相对强度①绝对强度(积分强度、累积强度)是指某一组面网衍射的X射线光量子的总数。
②相对强度用某种规定的标准去比较各个衍射线条的强度而得出的强度。
2.粉未多晶的衍射强度I相对=P·F2··e-2M·A衍射线的强度相对强度: I相对=F2P(1+cos22θ/ sin2θcosθ)e-2M 1/u式中:F——结构因子;P——多重性因子;分式为角因子,其中θ为衍射线的布拉格角;e-2M——温度因子;1/u-吸收因子。
以下重点介绍结构因子F§2 影响衍射线强度的其它因素1. 多重性因子P指同一晶面族{hkl}的等同晶面数。
晶体中面间距相等的晶面称为等同晶面。
根据布拉格方程,在多晶体衍射中,等同晶面的衍射线将分布在同一个圆锥面上,因为这些晶面对应的衍射角2θ都相等。
多晶体某衍射环的强度与参与衍射的晶粒数成正比,因此,在其他条件相同的情况下,多晶体中某种晶面的等同晶面数目愈多,这种晶面获得衍射的几率就愈大,对应的衍射线也必然愈强。
2. 角因子(1+Cos22θ)/Sin2θCosθ3.温度因子(第84页)e-2M )由于原子热振动使点阵中原子排列的周期性部份破坏,因此晶体的衍射条件也部份破坏,从而使衍射强度减弱。
晶体的中原子的热振动,衍射强度受温度影响,温度因子表示为e-2M。
4. 吸收因子A因为试样对X射线的吸收作用,使衍射线强度减弱,这种影响称吸收因子。
晶体的X射线吸收因子取决于所含元素种类和X射线波长,以及晶体的尺寸和形状。
思考题系统消光P78五个因子的定义、表达体心立方和面心立方结构点阵消光规律的推导多晶体X射线衍射分析方法X射线衍射的方法和仪器粉晶德拜照相法粉晶衍射仪法多晶—粉末法λ不变θ变化德拜法、衍射仪法单晶—λ变化θ不变劳厄法λ不变θ变化周转晶体法§1 粉晶德拜照相法定义:利用X射线的照相效应,用底片感光形式来记录样品所产生的衍射花样。
第1章X射线物理学基础1.1895年德国物理学家伦多在研究阴极射线吋,发现了种新的射线,简称为X射线,又称为伦琴射线。
2.X射线是如何产生的?高速运动的屯子被物质阻止时,伴随电子动能的消失与转换,从而产生X射线。
3.X射线产生的4个条件是什么?(X射线发生装置的基本原理是什么?)а.产生自由电子的电子源,b.阳极靶,c.阴极和阳极间施加高电压,d.阴阳极置于高真空屮。
4.X射线的波长范围是多少?软、硬X射线如何区分?X射线的波长范围是0.001〜10nm,波长短的X射线称为硬X射线,波长长的X射线称为软X射线。
б.连续X射线谱具有哪3个实验规律?(P2)a)当增加X射线管压时,各种波长射线的相对强度一致增高,最大强度X射线的波长爲和短波限弘变小。
b)当管压保持恒定时,增加管流,各种波长X射线的相对强度一致增高,但大强度X射线的波长心和短波限心保持不变。
c)当改变阳极靶元素时,各种波长的相对强度随靶元素的原子序数增加而增加。
7.简述管压、管流和阳极靶材元素对连续X射线波长的影响。
a)当增加X射线管压时,各种波长射线的相对强度一致增高,最大强度X射线的波长心和短波限心变小。
b)当管压保持恒定时,增加管流,各种波长X射线的相对强度一致增高,但大强度X射线的波长爲和短波限d 保持不变。
c)当改变阳极靶元素时,各种波长的相对强度随靶元素的原子序数增加而增加。
&特征X射线是如何产生的?对一定元素的靶材,当管电压超过某一临界值V激后,X射线的强度分布曲线会产生显著的变化,即在连续X 射线谱某几个特定波长的地方,强度显著地增人。
由于这些波长反映了靶材料的特征,因此称为特征X射线。
9.特征X射线的波长取决于什么?取决于阳极靶的原了序数。
10.特征X射线具有哪3个实验规律?a)特征X射线产生的必要条件是管压超过激发电压。
b)每个特征谱线对应于一个特定的波长,不同阳极靶元素的特征波长不同。
c)不同阳极靶元索的原子序数与特征波长之间的关系一一对应,符合莫塞莱定律。
材料的设计、制备及表征,是材料研究的三部曲1光谱的分类有多种,从产生机制上,可分为三大类:发射光谱、吸收光谱、散射光谱。
从谱线的形态上,可分为三大类:线状光谱、带状光谱与连续光谱。
从样品类型上,可分为两大类:原子光谱、分子光谱。
2分子、原子、原子核及核外电子,均处于不停地运动中,它们具有一定的能量,即处于一定的能级。
从量子力学的观点来看,它们具有的能级是不连续的,当其吸收了外界供给的能量,便由低能级E1跃迁到高能级En,这个过程称为激发3处于激发态的原子将会很快地、自发地直接或经中间能级后返回到低能级E1,同时把受激时所吸收的能量△E(= En- E1)以电磁波的形式释放出来,这个过程称为退激。
4由激发态直接跃迁到基态而发射的谱线称为共振线线光谱是元素的固有特征,每种元素各有其特有的、不变的线光谱。
确认谱线波长的方法,有标准试样光谱比较法、铁光谱比较法与谱线波长测定法。
5铁光谱比较法;将铁与试样并列摄谱于同一光谱感光板上,然后将摄取的试样光谱和铁光谱同标准铁光谱图相对照,在标准铁光谱中,按波长标明有各元素的灵敏线,定性分析时,以铁光谱线作为波长的标尺,逐个检查试样中拟检查元素的灵敏线,即可确定试样中是否含有某一元素。
如果试样中未知元素的谱线与标准Fe光谱图中标明的某一元素谱线出现的波长位置相重合,则表明存在该元素。
6黑度:在光谱分析时,光强越强,曝光时间越长,在感光板上记录的谱线就越黑,各个谱线变黑的程度用黑度表示测定方法;设以一定强度的入射光投射到感光板的未曝光部分时,其透过光的强度为I1;投射到谱线上时,其透过光的强度为I2,则谱线的黑度S定义为:S = lg I1/ I2。
显然,如果谱线越黑,则I2愈小,S就愈大。
7原子吸收分光光度法;光源:光源的功能是发射被测元素基态原子所吸收的特征共振辐射。
对光源的基本要求是:发射的辐射其波长半宽度要明显小于吸收线的半宽度、辐射强度足够大、稳定性好、使用寿命长。
现代材料分析方法第三章当一束聚焦电子沿一定方向射到样品上时,在样品物质原子的库仑电场作用下,入射电子方向将发生改变,称为散射。
原子对电子的散射还可以进一步分为弹性散射和非弹性散射。
在弹性散射中,电子只改变运动方向,基本上无能量变化。
在非弹性散射中,电子不但改变方向,能量也有下同程度的衰减,衰减部分转变为热、光、x射线、二次电子等。
原于中核外电子对入射电子的散射作用是一种非弹性散射,散射过程中入射电子所损失的能量部分转变为热,部分使物质中原子发生电离或形成自由载流子,并伴随着产生各种有用信息,如二次电子、俄歇电子、特征x射线、特征能量损失电子、阴极发光、电子感生电导等当入射电子与原子核外电子发生相互作用时,会使原子失掉电子而变成离子,这种现象称为电离,而这个脱离原子的电予称为二次电子。
二次电子是指被入射电子轰击出来的核外电子。
入射电子在样品内遭到散射,改变前进方向,在非弹性散射信况下,还会损失一部分能量。
在这种弹佳和非弹性散射过程中,有些入射电子累计散射角超过90o,这些电子将重新从样品表面逸出,称为背散射电子。
背散射电于是指被固体样品中的原子核反弹回来的一部分入射电子。
在电子显微分析仪器中利用背散射电子信号通常是指那些能量较高的电子,其中主要是能量等于或接近尽的电子,其特点如下。
1.对样品物质的原子序数敏感;2.分辨率及信号收隼率较低当样品较厚时,例如达到微米数量级,入射电子中的一部分在样品内经过多次非弹性散射后,能量耗尽,既无力穿透样品,也不能逸出表面,称为吸收电子。
具有特征能量值的电子称为俄歇电子(AUE)。
利用俄歇电子进行元素分析的仪器称谓俄歇电子能谱仪(AES)c。
如果原子内层电子能级跃迁过程中释放出来的能量 E不以X射线的形式释放,而是用该能量将核外另一电子打出,脱离原子变为二次电子,这种二次电子叫做俄歇电子。
俄歇电子具有以下特点l. 适于分析轻元素及超轻元素;因为这些元素的特征x射线产额很低,俄歇电子产额很高2.适于表面薄层分析真正能够保持其特征能量而逸出表面的俄歇电子只限子表层以下1nm以内的深度范围。
1、下图为金属镁粉的X射线衍射图谱(注:X射线源为Kα辐射,其平均波长为 1.5418 埃)。
查衍射卡片得知镁的(112)晶面间距为1.3663埃,问图中哪个峰是镁(112)晶面的衍射峰,计算过程。
图中高角度衍射峰有劈裂,为何?Kα辐射的波长为λ=1.5418 埃。
根据布拉格方程2d θ = λ知道:晶面间距 1.3663埃; 所以:θ=λ/20.4057; 所以θ=34.346; 所以2θ=68.69,可以知道2θ=68.7对应的衍射峰是(112)晶面的衍射峰。
劈裂是因为波长包含两个所致。
2、比较X射线光电子、特征X射线与俄歇电子的概念。
X射线光电子是电子吸收X光子能量后逸出样品所形成的光电子。
特征X射线是处于激发态的电子跃迁到低能级释放出的能量以X射线形式释放。
俄歇电子是激发态电子跳到基态释放的能量传递给相邻电子,导致相邻同能级电子逸出样品形成俄歇电子。
3、在透射电镜中,电子束的波长主要取决于什么?多晶电子衍射花样与单晶电子衍射花样有何不同?多晶电子衍射花样是如何形成的,有何应用?明场像和暗场像有何不同?简述透射电镜样品制备方法。
电子束的波长主要取决于电子加速电压或电子能量。
单晶电子衍射花样由规则排列的衍射斑点构成。
多晶衍射花样由不同半径的衍射环组成。
多晶中晶粒随机排列取向,相当于倒易点阵在空间绕某点旋转,而在倒易空间形成一组圆球,圆球的一定截面形成圆环。
应用可用于确定晶格常数。
明场像是直射电子形成的像;暗场像是散射电子形成的像。
间接样品的制备:将样品表面的浮凸复制于某种薄膜而获得的。
直接样品的制备:(1)初减薄-制备厚度约100-200的薄片;(2)、从薄片上切取直径3的圆片;(3)预减薄—从圆片的一侧或两侧将圆片中心区域减薄至数;(4)终减薄。
4、简述用于扫描电镜成像的常用信号电子种类。
波、能谱仪的工作原理是什么?比较两种谱仪进行微区成分分析时的优缺点。
1、背散射电子;是指被固体样品中的原子核反弹回来的一部分入射电子。
材料分析方法复习提纲电子束与物质的相互作用以及电子光学基础1、电子束与物质相互作用产生的各种信号及特点1)背散射电子:能量高;来自样品表面几百nm深度范围;其产额随原子序数增大而增多.用作形貌分析、成分分析以及结构分析。
2)二次电子:能量较低;来自表层5—10nm深度范围;对样品表面化状态十分敏感。
不能进行成分分析.主要用于分析样品表面形貌。
3)吸收电子:其衬度恰好和SE或BE信号调制图像衬度相反;与背散射电子的衬度互补。
吸收电子能产生原子序数衬度,即可用来进行定性的微区成分分析.4)透射电子:透射电子信号由微区的厚度、成分和晶体结构决定.可进行微区成分分析。
5)特征X射线: 用特征值进行成分分析,来自样品较深的区域6)俄歇电子:各元素的俄歇电子能量值很低;来自样品表面1—2nm范围。
它适合做表面分析。
2、轻元素的滴状作用体积、重元素的半球状作用体积的形成原理3、电磁透镜的聚焦原理1)电荷在磁场中运动时,受到磁场的作用力,即洛仑磁力。
2)透射电子显微镜中用磁场来使电子波聚焦成像的装置是电磁透镜。
3)电磁透镜实质是一个通电的短线圈,它能造成一种轴对称不均匀分布的磁场。
4、电磁透镜的基本特点1)景深(透镜物平面允许的轴向偏差定义为透镜的景深)大,对于图像的聚焦操作(尤其是在高放大倍率下)是非常有利的;2)焦长(透镜像平面允许的轴向偏差定义为透镜的焦长)长,对于图像的照相记录带来了极大方便。
材料组织形貌分析:扫描电镜、透射电镜1、扫描电镜的成像原理扫描电子显微镜(Scanning electron microscope--SEM)是以类似电视摄影显像的方式,通过细聚焦电子束在样品表面扫描激发出的各种物理信号来调制成像的显微分析技术。
2、背散射电子的原子序数衬度原理在原子序数小于40的范围内,背散射电子的产额对原子序数十分敏感。
样品上原子序数较高的区域中由于收集到的背散射电子数量较多,故荧光屏上的图像较亮,原子序数较低的地方则相应较暗。
材料现代分析方法复习重点掌握要点1、原子内层轨道电子跃迁产生X射线,核反应产生γ射线。
2、电磁波的波粒二象性联系公式为 E= hν和p= h/λ。
3、多电子原子中存在电子间的相互作用,需要用光谱项表征原子轨道能级。
4、灵敏线是原子光谱中最容易产生的谱线,一般主共振线即为灵敏线。
5、干涉指数的建立是基于衍射分析等工作的实际需要,它使许多问题的解决过程得以简化。
6、X射线衍射分析中,衍射波的两个基本特征是衍射方向和衍射强度。
7、正点阵中每一(HKL)对应着倒易点阵中一个倒易点,其在倒易点阵中的坐标即为(H,K,L)。
8、用x射线测定材料宏观应力的依据是:应力存在范围内方位相同的各晶粒中的同名晶面间距变化相同,从而导致同名衍射线偏移。
9、光电子是由入射光激发的,俄歇电子是由原子退激发能量激发的。
10、制备各种标准单相物质的衍射花样并使之规范化,将样品的规范化衍射花样与之对照,从而确定物质的组成相的方法称为物相定性分析。
11、可见光产生于原子外层轨道电子跃迁,与紫外光的产生机理相同。
12、物质波指运动的实物粒子具有波动性,该理论由德布罗意首先提出。
13、分子轨道可近似用原子轨道的线性组合表示,分为成键轨道和反键轨道。
14、原子核中的质子和中子都具有轨道运动和自旋运动,并且具有很强的自旋轨道相互作用。
在倒易点阵中,以[uvw]为法线的一组平行倒易面中,过倒易坐标原点的特定倒易面称为零层倒易平面。
15、X射线散射基元是电子,衍射光源是原子散射光。
16、正点阵中每一(HKL)对应着倒易点阵中一个倒易点,其在倒易点阵中的坐标即为(H,K,L)。
17、光谱分析中常在元素后加罗马字母Ⅰ,Ⅱ分别标记一次离子二次离子等谱线。
18、分子的紫外-可见光谱是由谱线非常接近甚至重叠的吸收带组成的带状谱。
19、电子显微分析方法以材微观形貌,结构与成分分析为基本目的。
理解细节1、公式λ=1.225/√2成立的前提是电子束中电子初速度为零,加速电场作功全部转化为电子动能。
1.何谓衬度?TEM能产生哪几种衬度象,是怎样产生的,都有何用途答:衬度是指图象上不同区域间明暗程度的差别。
TEM能产生质厚衬度象、衍射衬度象及相位衬度象。
质厚衬度是由于样品不同微区间存在的原子序数或厚度的差异而形成的,适用于对复型膜试样电子图象作出解释。
晶体试样在进行电镜观察时,由于各处晶体取向不同和(或)晶体结构不同,满足布拉格条件的程度不同,使得对应试样下表面处有不同的衍射效果,从而在下表面形成一个随位置而异的衍射振幅分布,这样形成的衬度,称为衍射衬度。
衍衬技术被广泛应用于研究晶体缺陷。
如果透射束与衍射束可以重新组合,从而保持它们的振幅和位相,则可直接得到产生衍射的那些晶面的晶格象,或者一个个原子的晶体结构象。
这就是相位衬度象,仅适于很薄的晶体试样(≈100Å)。
2.什么是分辨率,影响透射电子显微镜分辨率的因素是哪些?答:分辨率:两个物点通过透镜成像,在像平面上形成两个爱里斑,如果两个物点相距较远时,两个Airy 斑也各自分开,当两物点逐渐靠近时,两个Airy斑也相互靠近,直至发生部分重叠。
根据Load Reyleigh建议分辨两个Airy斑的判据:当两个Airy斑的中心间距等于Airy斑半径时,此时两个Airy斑叠加,在强度曲线上,两个最强峰之间的峰谷强度差为19%,人的肉眼仍能分辨出是两物点的像。
两个Airy斑再相互靠近,人的肉眼就不能分辨出是两物点的像。
通常两Airy斑中心间距等于Airy斑半径时,物平面相应的两物点间距成凸镜能分辨的最小间距即分辨率。
影响透射电镜分辨率的因素主要有:衍射效应和电镜的像差(球差、像散、色差)等。
3.有效放大倍数和放大倍数在意义上有何区别?答:有效放大倍数是把显微镜最大分辨率放大到人眼的分辨本领(0.2mm),让人眼能分辨的放大倍数。
放大倍数是指显微镜本身具有的放大功能,与其具体结构有关。
放大倍数超出有效放大倍数的部分对提高分辨率没有贡献,仅仅是让人观察得更舒服而已,所以放大倍数意义不大。
四川大学材料学院-现代材料分析技术复习提纲-标准化文件发布号:(9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII材料的设计、制备及表征,是材料研究的三部曲1光谱的分类有多种,从产生机制上,可分为三大类:发射光谱、吸收光谱、散射光谱。
从谱线的形态上,可分为三大类:线状光谱、带状光谱与连续光谱。
从样品类型上,可分为两大类:原子光谱、分子光谱。
2分子、原子、原子核及核外电子,均处于不停地运动中,它们具有一定的能量,即处于一定的能级。
从量子力学的观点来看,它们具有的能级是不连续的,当其吸收了外界供给的能量,便由低能级E1跃迁到高能级En,这个过程称为激发3处于激发态的原子将会很快地、自发地直接或经中间能级后返回到低能级E1,同时把受激时所吸收的能量△E(= En- E1)以电磁波的形式释放出来,这个过程称为退激。
4由激发态直接跃迁到基态而发射的谱线称为共振线线光谱是元素的固有特征,每种元素各有其特有的、不变的线光谱。
确认谱线波长的方法,有标准试样光谱比较法、铁光谱比较法与谱线波长测定法。
5铁光谱比较法;将铁与试样并列摄谱于同一光谱感光板上,然后将摄取的试样光谱和铁光谱同标准铁光谱图相对照,在标准铁光谱中,按波长标明有各元素的灵敏线,定性分析时,以铁光谱线作为波长的标尺,逐个检查试样中拟检查元素的灵敏线,即可确定试样中是否含有某一元素。
如果试样中未知元素的谱线与标准Fe光谱图中标明的某一元素谱线出现的波长位置相重合,则表明存在该元素。
6黑度:在光谱分析时,光强越强,曝光时间越长,在感光板上记录的谱线就越黑,各个谱线变黑的程度用黑度表示测定方法;设以一定强度的入射光投射到感光板的未曝光部分时,其透过光的强度为I1;投射到谱线上时,其透过光的强度为I2,则谱线的黑度S定义为:S = lg I1/ I2。
显然,如果谱线越黑,则I2愈小,S就愈大。
7原子吸收分光光度法;光源:光源的功能是发射被测元素基态原子所吸收的特征共振辐射。
对光源的基本要求是:发射的辐射其波长半宽度要明显小于吸收线的半宽度、辐射强度足够大、稳定性好、使用寿命长。
空心阴极灯是能满足这些要求的理想的锐线光源,应用最广。
工作原理:空心阴极灯放电是辉光放电的特殊形式,放电主要集中在阴极空腔内。
当在两极上加上300~500伏电压时,便开始辉光放电。
电子在离开阴极飞向阳极的过程中,与载气的原子碰撞并使之电离。
荷正电的载气离子由电位差获得动能,如果正离子的动能足以克服金属阴极表面的晶格能,当其撞击在阴极表面上时,就可以将阴极原子由晶格中溅射出来。
溅射出来的原子再与电子、原子、离子等碰撞而被激发,发出被测元素特征的共振线。
在这个过程中,同时还有载气的谱线产生。
8原子化是整个原子吸收分光光度法中的关键所在。
实现原子化的方法可以分为两大类:火焰原子化法和非火焰原子化法。
火焰法:全消耗性原子化器,预混合型原子化器,,,非火焰法:管式石墨炉原子化器9标准加入法:具体做法如下:分取几份等量的被测试样,其中一份不加入被测元素,其余各份中分别加入不同已知量C1、C2、C3……Cn的被测元素。
然后分别测定它们的吸光度,绘制吸光度对于加入被测元素量的校正曲线。
由式A=KCL可知,吸光度与被测元素的浓度成正比。
如果试样中不含有被测元素,在正确地扣除背景之后,校正曲线应通过原点;如果校正曲线不通过原点,说明未知试样中含有被测元素。
校正曲线在纵坐标轴上的截距所相应的吸光度正是未知试样中被测元素所引起的效应。
如果外延校正曲线与横坐标轴相交,由原点至交点的距离相当的浓度或含量Cx,即为所求的被测元素的含量。
10精细结构:当用能量较高的红外光照射分子时,就可引起振动能级间的跃迁。
由于分子中在同一振动能级上还有许多间隔很小的转动能级,因此在振动能级发生变化时,同时又有转动能级的改变。
所以,在一对振动能级发生跃迁时,不是产生对应于该能级差的一条谱线,而是由一组很密集的(其间隔与转动能级间距相当)谱线组成的光谱带。
振动光谱实际上是振动-转动光谱。
11在紫外及可见光区域内,有机物经常碰到的跃迁有σ→σ*、n→σ*、n→π*和π→π*等四种类型。
σ→σ*跃迁:这是分子中成键σ轨道上的电子吸收辐射后,被激发到相应的反键σ*轨道上。
n→σ*跃迁:含有非键电子(即n电子)的杂原子的饱和烃衍生物,都可发生n→σ*跃迁。
n→π*和π→π*跃迁:有机物的最有用的吸收光谱是基于n→π*和π→π*跃迁所产生的。
π电子和n电子比较容易激发,这类跃迁所需的能量使产生的吸收峰都出现在波长大于200nm的区域内。
12朗伯-比耳定律:物理意义是物质的吸光度与物质的吸收系数和浓度的乘积成正比。
是分光光度定量测定的基础。
摩尔吸收系数表示物质对某一波长的辐射的吸收特性。
ε愈大,表示物质对某一波长辐射的吸收能力愈强,因而分光光度测定的灵敏度就愈高。
13紫外及可见分光光度计,对光源的基本要求是在广泛的光谱区域内发射连续光谱;有足够的辐射强度;光源有良好的稳定性;辐射能量随波长没有明显变化。
在紫外及可见分光光度计上,常用的光源是钨丝灯和氢灯(或氘灯)。
在钨丝灯中加入适量的卤素或卤化物,构成卤钨灯14双原子分子振动:由v = 0跃迁到v = 1产生的吸收谱带叫基本谱带或称基频,由v = 0跃迁到v = 2,v = 3、……产生的吸收谱带分别叫第一,第二,……倍频谱带。
15分子作为整体有三个平动自由度和三个转动自由度,剩下3n-6个才是分子的振动自由度(直线型分子有3n-5个振动自由度)。
每个振动自由度相应于一个基本振动,n原子分子总共有3n-6个基本振动,这些基本振动称为分子的简正振动。
16简正振动的特点是,分子质心在振动过程中保持不变,整体不转动,所有原子都是同相运动,即都在同一瞬间通过各自的平衡位置,并在同一时间达到其最大值。
每个简正振动代表一种振动方式,有它自己的特征振动频率。
复杂分子的简正振动方式虽然很复杂,但基本上可分为两大类,即伸缩振动和弯曲振动。
17激光拉曼光谱法当光子与分子发生非弹性碰撞时,光子与分子之间发生能量交换,光子就把一部分能量给予分子,或者从分子获得一部分能量,光子的能量就会减少或增加。
在瑞利散射线的两侧可观察到一系列低于或高于入射光频率的散射线,这就是拉曼散射。
18绝大多数的光谱只有两个基本参数,即频率和强度。
但是拉曼光谱还有一个参数,即去偏振度(退偏度);偏振器在垂直方向时散射光的强度与平行方向时散射光的强度比。
19质谱分析当样品分子受到电子束撞击后,失去一个电子而成的离子叫分子离子。
在谱图中得到的该峰就叫分子离子峰。
它可以给出有机物的一个重要数据—分子量M。
分子离子峰满足的条件1)谱图中应是最高质量的离子(除了该分子的同位素离子外);2)须是一个奇电子离子;3)在高质量区的离子,应符合逻辑地失去中性碎片而生成碎片离子。
20用经典理论解释拉曼散射设一束频率为νi的单色光入射到一个分子上,频率为νi的光波具有的电场强度为Ei=E0cos2 vi t 在这种情况下,电子云将相对于原子核产生畸变,畸变后的电子云反过来推移核,使它偏离原先的平衡位置,这样分子产生的感应偶极矩 P=t COS v E E i i παα20= 若分子一频率υk 振动,则核位移为t q k q υπ2cos 0=,对振幅很小的振动,α为q 的线性函数,即q q ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=ααα0,振荡的电矩将辐射电磁场,产生散射光。
三式合并得到方程。
其中第二项和第三项表明散光频谱中在入射光波频率ν0的两侧,相距±νk 处出现新谱线,称为拉曼散射,ν0-νk 成为斯托克斯线(红伴线),ν0+νk 线称为反斯托克斯线(紫伴线)。
斯托克斯线或反斯托克斯线与入射光频率之差Δν,称为拉曼位移。
拉曼位移与物质分子的振动和转动能级有关,不同物质有不同的振动和转动能级,因而有不同的拉曼位移,对于同一物质,若用不同频率的入射光照射,所产生的拉曼位移是一个确定值,因此,拉曼位移是表征物质分子振动、转动能级、晶格振动特性的一个物理量。
21红外光谱与拉曼光谱的关系 :在红外光谱中,某种振动类型是否红外活性,取决于分子振动时偶极矩是否发生变化;而拉曼活性,则取决于分子振动时极化度是否发生变化。
22判别拉曼和红外是否活性规则。
(1)相互排斥规则 凡具有对称中心的分子,若其红外是活性的(或者说跃迁是允许的),则其拉曼就是非活性的(或其跃迁是禁阻的)。
反之,若该分子的振动对拉 是活性的,则其红外就是非活性的。
2)相互允许规则:一般来说,没有对称中心的分子,其红外和拉曼光谱都是活性的。
(3)相互禁阻规则23绝大多数的光谱只有两个基本参数,即频率和强度。
但是拉曼光谱还有一个参数,即去偏振度(退偏度);偏振器在垂直方向时散射光的强度与平行方向时散射光的强度比。
24红外光谱(IR)与拉曼光谱(RS)的比较:谱线机制:1吸收光谱,2散射光谱;适宜测定分子1极性,非对称。
异核双原子,非线性分子,非对称伸缩的线性分子。
2非极性对称,同核双原子,对称伸缩的线性分子,非线性分子。
试样1不宜测水溶液,2宜测水溶液样品 参数1λυ,),(I A 2:相对强度,拉曼位移,ρλ,25质量分析器 单聚焦分析器主要根据离子在磁场中的运动行为,将不同质量的离子分开。
——方向聚焦作用 双聚焦分析器;把电场和磁场配合使用,使电场产生的能量色散与磁场产生的能量色散数值相等而方向相反,就可实现能量聚焦,再加上磁场本身具有的方向聚焦作用,这样就实现了能量和方向双聚焦。
把静电分析器和磁分析器配合使用,同时实现方向和能量聚焦的分析器。
26在检测 峰时,很容易把 M+1峰误认为是M 峰,这是为什么呢前者的出现是由于分子离子与中性分子在离子源中碰撞时从中性分子捕获一个H 而产生的。
这在直接进样以获取质谱时,引进样样品量较多时特别容易出现。
27怎么判断碰撞峰呢判断方法可有意识地提高样品的压力(即样品的量)。
若生成的峰的强度随压力提高而急剧提高,则可认为它是碰撞峰。
也可提高离子源中的排斥电压,以减少离子在电离室中的停留时间。
若是碰撞峰,则强度会随排斥电压的提高而减弱的。
28氮规则:含偶数氮或不含氮原子的分子离子为偶数质量数,含奇数氮原子的分子离子,其质量数一定是奇数29,LM 与TEM 的比较:1照明光源:LM 是用可见光作为照明光源,TEM 是由电子枪发出的电子束为照明光源,2镜筒:LM 的镜筒环境为大气,TEM 的镜筒内部必须是真空,样品也必须在真空中,3透镜:LM 所用的透镜多是由固体介质制成,TEM 的透镜是电子透镜,4观察:LM 的图像用肉眼观察,彩色。
TEM 不能用肉眼直接观察,需要有荧光屏将其转变为荧光图像或者拍成照片才能用肉眼观察,黑白30三个公式;e gg n n KT q q E q -=00, n q 为处于激发态的粒子数,E q 为q 激发态的激发能,g q 和g 0分别为q 能级态和基态的统计权重,K 为玻尔兹曼常数,T 为热力学温度 双原子分子振动分子振动频率μυK 1302= ,μ为折合质量,K 为力常数,单位N/cm 离子偏转半径V em H r m •=414.1 m :原子质量单位(摩尔质量),e 为电子所带电荷单位,对于单电荷离子e=1,H 为高斯,V 为伏特,r m 单位为cm31线性分子在振动过程中,偶极变化无论是平行于分子轴,还是垂直于分子轴,都会出现P 支、R 支,其转动吸收线之间的距离为2B 。