第二章 光谱分析(紫外、红外、拉曼).pdf

第一章 光谱分析 1.1 概述 1.2 紫外光谱 1.3 红外光谱 1.4 拉曼光谱 1.1 概述 1.1.1一般光谱分析方法 光谱分析法：光是一种电磁波，具有一定的辐射能量。当 光照射到物体上时，电磁波的电矢量就会与被照射物体的原 子和分子发生相互作用。利用这种相互作用引起被照射物体 内分子运动状态发生变化，并产生特征能级之间的跃迁进行 分析的方法，称为光谱分析法。 若不涉及特征能级之间的跃迁，只运用照射光的方向及 物体某些物理性质的变化 （如折射、反射、散射、偏振、二 色性等），这样的方法称为非光谱分析法。 光谱分析方法分类 （1）按物质吸收或产生的辐射能分类，即按照物质吸收 或产生电磁辐射的波长范围可分为X射线光谱、紫外光谱 ，红外光谱、微波光谱、拉曼光谱和核磁共振等。 （2）按作用物质的微粒分类，即按照被测物质的组成可 将光谱分为原子光谱和分子光谱。 （3 ）按照分子或原子的能级跃迁的方向分类，可将光 谱分为两类，即吸收光谱和发射光谱。 物质吸收或产生电磁辐射的波长范围 电磁波与分子相互作用的结果会产生跃迁（能量变化）， 跃迁取决于入射波的能量或波长。电磁波是连续的，但人们 对不同部分给予不同名称，每一部分有它的应用。 物质吸收或产生电磁辐射的波长范围 γ射线——核内能态间的跃迁，高分子很少涉及。 x射线——原子内层电子的跃迁，内能级谱。 紫外可见光谱——原子外层电子的跃迁，电子光谱。 红外光谱——不足以激发电子，只能改变分子中化学键 的振动能级，振-转光谱。 电子自旋共振谱和核磁共振谱——微波和无线电波只能 引起小分子的转动能级的变化，难于观察。磁场中，辐 射线与电子自旋或核自旋产生强烈的偶合或共振。 物质吸收或产生电磁辐射的波长范围 分子光谱与原子光谱 （一）原子的运动与原子光谱 原子的运动主要是电子在原子核周围运动。原子运动 的能量称为电子能，它是由电子在原子核周围的运动、电 子与电子之间的作用以及电子与原子核之间的作用所产生 的。原子光谱是由原子中电子能级跃迁所产生的光谱。当 原子受光源辐照时，电子从基态跃迁到激发态，产生原子 吸收光谱；而当原子从激发态跃迁到基态时，产生原子发 射光谱。 （二）分子的运动与分子光谱 分子内部运动能 （ΔE）与电磁辐射的吸收和发射有关，即 ΔE= E转动+E振动+E电子 三种运动形式的能级差E电子 E振动 E转动。 分子光谱是由分子内部运动的能级跃迁而产生的。当光 源照射某一分子时，分子会选择吸收某一频率的光而从基态 跃迁到激发态，而产生分子吸收光谱。相反，当分子从高能 级跃迁至低能级时就产生发射光谱。 电子绕原子核运动—— 电子能Ee △E =1-20eV 分子 e 内部 原子核的振动——振动能Ev 的三 种运 △E =0.05-1eV v 动形 式 原子核的转动——转动能Er △E =10-4-0.05eV r （三）分子光谱与原子光谱的区别 原子光谱是由一组不连续的波长谱线组成的线状谱，称 为不连续光谱。每种原子由于电子结构不同，因此都具有自 己的特征谱线。 分子光谱是由连续波长的谱带组成的带状谱，称为连续 光谱。分子光谱与原子光谱产生差别的原因是由于分子比原 子多了两种运动形式的能量变化即振动能和转动能。 分子或原子的能级跃迁的方向 吸收光谱 紫外、红外吸收光谱 分子吸收光能从低能级（基态）跃迁到高能 级（激发态） 光 谱