文档介绍:Chapter 2 红外与拉曼光谱Infrared Absorption spectroscopyRaman spectroscopy
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红外光谱概述
IR光谱区域
近红外(Near-IR):10000-4000cm-1( ~2 m ),低能量的电子跃迁、氢的伸展与弯曲振动的倍频与组合频;定量分析:测定含有-OH、-NH、-CH的化合物
中红外(middle-IR):4000-400(200) cm-1( 2~25 m ),对应分子中的原子振动的基频
远红外(Far-IR):400-10(200-10) cm-1( 25~300 m ),骨架的弯曲振动、有机金属化合物等重原子,用于金属络合物分析
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波动的参数
光是一种电磁波,具有波粒二象性有一定辐射能量
电磁波的划分
(1)按波长区域:远红外光谱,红外光谱,可见光谱,紫外光谱,远紫外光谱(真空紫外光谱)
(2)按光谱的形态:线状光谱,带状光谱,连续光谱
(3)按产生光谱的物质类型:原子光谱,分子光谱,固体光谱
(4)按产生光谱的方式:发射光谱,吸收光谱,散射光谱
(5)按激发光源的:火焰光谱,闪光光谱,激光光谱,等离子体光谱等
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能量表示:
E=hν=hc/λ 2-1
h:╳10-;普朗克常数
c:3 ╳ 1010m/S,光在真空下的速度
ν :每秒钟通过A点的波数目,s-1或Hz
λ :相邻两个波峰或波谷的距离,μm
γ=1/ λ = ν /c=104/ λ 2-2
λ 单位为cm; γ:波数,cm-1
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波长范围、振动形式及分析方法
波谱区名称
波长范围
跃迁能级类型
分析方法
射线
nm~
原子核能级
放射化学分析法
X射线
nm ~10nm
内层电子能级
X射线光谱法
光
学
光
谱
区
远紫外光
10 nm ~200nm
价电子或成键电子能级
真空紫外光度法
近紫外光
200 nm ~400nm
价电子或成键电子能级
紫外分光光度法
可见光
400 nm ~756nm
价电子或成键电子能级
比色法、可见分光光度法
近红外光
~
分子振动能级
近红外光谱法
中红外光
~50mm
原子振动、分子转动能级
中红外光谱法
远红外光
50mm ~1000mm
分子转动、晶格振动能级
远红外光谱法
微波
cm ~100cm
电子自旋、分子转动能级
微波光谱法
射频(无线电波)
1m ~1000m
磁场中核自旋能级
核磁共振光谱法
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分子中基团的振动和转动能级跃迁产生:振-转光谱
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分子的能量
根据量子力学理论,分子所具有的能量是不连续的,只有特定能量的电磁辐射能被分子所吸收,使分子从基态跃迁到激发态
E2 激发态
ΔE =E2 -E1 =Ep=hν 2-2
E1 基态
E总= E电+ E振+ E转+ E移 2-3
E移:只是温度函数,平移无偶极距变化,不产生光谱;
光谱只与E电、E振、E转有关
Δ E电:1~200ev,在UV-VIS
Δ E振:~1ev,m-IR
Δ E转:10-4~,far-IR
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按量子力学,每种能量都是量子化的,称做能级。每种分子都有自己特定的组成、结构,因而具有各自的特征能级。
双原子分子的能基图
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分子振动与红外光谱的产生
1 分子振动数目及形式
含N原子的分子,有3N个自由度,三个转动,三个平移,振动自由度为3N -6;而线性分子为3N -5
水分子的伸展振动
V1:-1;V2伸展振动,1596cm-1;V3不对称伸展振动3755cm-1
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水分子平移自由度
水分子转动自由度
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