红外光谱法-5.ppt

* 第三章 红外吸收光谱分析法 一、 拉曼光谱基本原理 principle of Raman spectroscopy 二、拉曼光谱的应用 applications of Raman spectroscopy 三、 激光拉曼光谱仪 laser Raman spectroscopy 第五节 激光拉曼光谱分析法 infrared absorption spectroscopy，IR laser Raman spectroscopy 补充知识 * 一、激光拉曼光谱基本原理principle of Raman spectroscopy Rayleigh散射： 弹性碰撞；无能量交换，仅改变方向； Raman散射： 非弹性碰撞；方向改变且有能量交换； Rayleigh散射 Raman散射 E0基态， E1振动激发态； E0 + h?0 ， E1 + h?0 激发虚态； 获得能量后，跃迁到激发虚态. （1928年印度物理学家Raman C V 发现；1960年快速发展） h ?? E0 E1 V=1 V=0 h?0 h?0 h?0 h?0 + ?? E1 + h?0 E0 + h?0 h(?0 - ??) 激发虚态 * 基本原理 1. Raman散射 Raman散射的两种跃迁能量差： ?E=h(?0 - ??) 产生stokes线；强；基态分子多； ?E=h(?0 + ??) 产生反stokes线；弱； Raman位移： Raman散射光与入射光频率差??； ANTI-STOKES ?0 - ?? Rayleigh STOKES ?0 + ?? ?0 h(?0 + ??) E0 E1 V=1 V=0 E1 + h?0 E0 + h?0 h ?? h?0 h(?0 - ??) * 2. Raman位移 对不同物质： ??不同； 对同一物质： ??与入射光频率无关；表征分子振-转能级的特征物理量；定性与结构分析的依据； Raman散射的产生：光电场E中，分子产生诱导偶极距? ? = ?E ? 分子极化率； * 3.红外活性和拉曼活性振动 ①红外活性振动 ⅰ永久偶极矩；极性基团； ⅱ瞬间偶极矩；非对称分子； 红外活性振动—伴有偶极矩变化的振动可以产生红外吸收谱带. ②拉曼活性振动 诱导偶极矩 ? = ?E 非极性基团，对称分子； 拉曼活性振动—伴随有极化率变化的振动。 对称分子： 对称振动→拉曼活性。 不对称振动→红外活性 E e e r * 4. 红外与拉曼谱图对比 红外光谱：基团； 拉曼光谱：分子骨架测定； 无?C=C 1675 * 红外与拉曼谱图对比 * * 对称中心分子CO2，CS2等，选律不相容。 无对称中心分子（例如SO2等），三种振动既是红外活性振动，又是拉曼活性振动。 5.选律 ?1 ?2 ?3 ?4 拉曼活性 红外活性 红外活性 拉曼光谱—源于极化率变化 红外光谱—源于偶极矩变化 * 6. 拉曼光谱与红外光谱分析方法比较 拉曼光谱技术具有非破坏性、几乎不需要样品制备，可直接测定气体、液体和固体样品，并且可用水作溶剂，因此在含水溶液、不饱和碳氢化合物、药品、聚合物结构、生物和无机物质等的分析方面比红外光谱分析法优越。 拉曼光谱来源于电磁辐射（光）场与分子诱导偶极的相互作用，是由具有对称分布的键的对称振动引起的。而红外光谱来源于分子偶极矩变化，是由分子的不对称振动引起。 两种技术包含的信息通常是互补的。当原子间的某个键产生一个很强的红外信号时，对应的拉曼信号则较弱甚至没有, 反之亦然。两种方法互相配合，可作为判断化合物结构的重要手段。 * 6. 拉曼光谱与红外光谱分析方法比较 * 二、拉曼光谱的应用 applications of Raman spectroscopy 由拉曼光谱可以获得有机化合物的各种结构信息： 2）红外光谱中，由C ?N，C=S，S-H伸缩振动产生的谱带一般较弱或强度可变，而在拉曼光谱中则是强谱带。 3）环状化合物的对称呼吸振动常常是最强的拉曼谱带。 1）同种分子的非极性键S-S，C=C，N=N，C?C产生强拉曼谱带， 随单键?双键?三键谱带强度增加。 * 4）在拉曼光谱中，X=Y=Z，C=N=C，O=C=O-这类键的对称伸缩振动是强谱带，反这类键的对称伸缩振动是弱谱带。红外光谱与此相反。 5）C-C伸缩振动在拉曼光谱中是强谱带。 6）醇和烷烃的拉曼光谱是相似的：I. C-O键与C-C键的力常数或键的强度没有很大差别。II. 羟基和甲基的质量仅相差2单位。