振动光谱2015.ppt

第三章振动光谱 Vibrational Spectroscopy (IR Raman Spectra) 谭红琳 第一节 振动光谱的基本原理 第二节 红外光和红外光谱 第三节 红外光谱的应用 第四节 拉曼光谱 第五节 拉曼光谱与红外光谱分析方法比较 第六节 拉曼光谱原理及应用 红外和拉曼光谱统称为分子振动光谱但它们分别对基团的偶极矩和极化率的变化敏感 红外（Infrared 缩写为IR）和拉曼（Raman）光谱在材料领域的研究中占有十分重要的地位 它们研究材料的化学和物理结构及其表征的基本手段 红外光谱为极性基团的鉴定提供最有效的信息 拉曼光谱对研究物质的骨架特征特别有效 在研究高聚物结构的对称性方面，红外和拉曼光谱两者可相互补充。 一般非对称振动产生强的红外吸收， 而对称振动则出现显著的拉曼谱带。 红外和拉曼分析法相结合，可以更完整地研究分子的振动和转动能级，从而更可靠地鉴定分子结构 第一节 振动光谱的基本原理 三、定义及分类 所谓振动光谱是指物质分子或原子基团的振动所产生的光谱。 如果将透过物质的电磁辐射用单色器加以色散，使波长按长短依次排列，同时测量在不同波长处的辐射强度，得到的是吸收光谱。 如果用的光源是红外光谱范围，即0.78-1000μm，就是红外吸收光谱。如果用的是强单色光，例如激光，产生的是激光拉曼光谱。 电磁波与物质的作用： E=hν =hc/λ 电磁波的产生与两个能态上粒子的跃迁有关。 在不同能量电磁波作用下, 物质的不同状态将出现共振吸收( Resonance), 形成共振谱。 在不同能量电磁波作用下, 物质的不同状态将出现共振吸收( Resonance), 形成共振谱。 物质的能量状态与对应的共振谱 四、分子振动模型 1、双原子分子振动模型 双原子分子是很简单的分子，其振动形式是很简单的，如 HCl分子，它只有一种 振动形式，即伸缩振动。双原子分子的振动可以近似地看作为简谐振动，由经典力学的HOOK定律可以推导出该体系的 振动频率公式： 式中： v~ 为振动波数； K为化学键的键力常数（达因/厘米）； C为光速； M为两原子的折合质量（克）； m1 m2为两个原子的质量 , 2、多原子分子振动模型 （1）简正振动 多原子分子的振动是复杂的，但可以把它们的振动分 解成许多简单的基本振动单元，这些基本振动 称为简正振动。 简正振动具有以下特点： 1）?振动的运动状态可以用空间自由度（坐标）来表示，体系中的每一质点具有XYZ三个自由度； ? 2）振动过程中，分子质心保持不变，分子整体不转动； ? 3） 每个原子都在其平衡位置上作简谐振动，各原子的振动频率及位相相同，即各原子在同一时间通过其平衡位置，又在同一时间达到最大的振动位移； ? 4）分子中任何一个复杂振动都可以看成这些简正振动的线性组合。 （3）简正振动的数目 简正振动的数目称为振动自由度。每个振动自由度对应于IR谱图上的一个基频吸收带。 分子的总自由度取决于构成分子的原子在空间中的位置。每个原子空间位置可以用直角坐 标系中x、y、z三个坐标表示，即有三个自由度。显然，由n个原子组成的分子，具有3n个总 自由度，即有3n种运动状态，而3n种运动状态包括了分子的振动、平动和转动。 即: 3n?=?振动自由度?+?平动自由度?+?转动自由度 振动自由度?=?3n?-?平动自由度?-?转动自由度 对于非线性分子，振动自由度?=?3n?-?6???? 对于线性分子，振动自由度?=?3n?-?5? 理论上，每个振动自由度（基本振动数）在红外光谱区均产生一个吸收峰带 ??? （2）简正振动的基本类型 例1：H2O（非极性分子） 振动自由度=3*3-6=3 振动形式： 吸收峰波数: 例2： CO2（极性分子） 振动自由度=3*3-5=4 振动形式： 振动相同，简并状态?? Vs振动为非活性振动，振动波数1388cm-1，但不吸收红外光。 注:?+?表示垂直屛面向内移动，-?表示垂直屛面向外移动。 三、振动吸收的条件 1、振动的频率（IR）与光谱中某段频率相同，或者说，IR光的某些光子能量要与振动能相吻合。——必要