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第十八章 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 一、激光拉曼光谱基本原理principle of Raman spectroscopy 基本原理 2. Raman位移 二、拉曼光谱的应用 applications of Raman spectroscopy 三、激光Raman光谱仪 laser Raman spectroscopy 内容选择 * * 第五节 激光拉曼光谱分析法 infrared absorption spectroscopy，IR laser 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 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 E2 + h?0 h ?? h?0 h(?0 - ??) 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； 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 振动自由度：3N- 4 = 4 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 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。 III.与C-H和N-H谱带比较，O-H拉曼谱带较弱。 2941，2927cm-1 ?ASCH2 2854cm-1 ?SCH2 1029cm-1 ?（C-C） 803 cm-1环呼吸 1444，1267 cm-1 ?CH2 3060cm-1???r-H) 1600,1587cm-1 ??c=c)苯环 1000 cm-1环呼吸 787 cm-1环变形 1039, 1022cm-1单取代 激光光源：He-Ne激光器，波长632.8nm； Ar激光器， 波长514.5nm， 488.0nm； 散射强度