现代分析测试技术拉曼光谱学习教案

1、现代现代(xindi)分析测试技术拉曼光谱分析测试技术拉曼光谱第一页，共19页。2第十五章 振动(zhndng)光谱红外吸收光谱(x shu un p) 拉曼散射(snsh)光谱 第1页/共19页第二页，共19页。3红外活性振动红外活性振动 永久偶极矩：极性基团永久偶极矩：极性基团(j tun)(j tun)； 瞬间偶极矩：对称分子。瞬间偶极矩：对称分子。拉曼活性振动拉曼活性振动非极性基团，对称分子都可产生诱导偶极，非极性基团，对称分子都可产生诱导偶极，i = i = E E总则：伴随总则：伴随(bn su)(bn su)有极化率变化的振动可以产生拉曼光谱。有极化率变化的振动可以产生拉曼光谱。

2、总则：总则：伴有偶极矩变化的振动可以产生红外吸收谱带伴有偶极矩变化的振动可以产生红外吸收谱带.两者研究范围的区别：两者研究范围的区别：对称分子对称分子： 对称振动对称振动拉曼活性，无红外活性拉曼活性，无红外活性 不对称振动不对称振动红外活性，无拉曼活性红外活性，无拉曼活性第2页/共19页第三页，共19页。4无对称中心分子无对称中心分子(fnz)（例如（例如H2O ，SO2等），三种振动既是红等），三种振动既是红外活性振动，又是拉曼活性振动。外活性振动，又是拉曼活性振动。SCSSCSSCS 1 2 3 4拉曼活性拉曼活性红外活红外活性性红外活性红外活性振动振动(zhndng)自由度：自由度：拉曼

3、光谱拉曼光谱源于极化源于极化(j hu)率变化率变化红外光谱红外光谱源于偶极矩变化源于偶极矩变化第3页/共19页第四页，共19页。5O=C=O对称伸缩O=C=O反对称伸缩偶极距不变，无红外活性极化率变，有拉曼活性极化率不变，无拉曼活性偶极距变，有红外活性第4页/共19页第五页，共19页。6互排法则：有对称中心的分子(fnz)其分子(fnz)振动对红外和拉曼之一有活性，则另一非活性互允法则：无对称中心的分子(fnz)其分子(fnz)振动 对红外和拉曼都是活性的。互禁法则：既非拉曼活性，也非红外活性。 如乙烯分子的扭曲振动 第5页/共19页第六页，共19页。7相同点同属分子振(转)动光谱异：红外分

4、子对红外光的吸收强度由分子偶极距决定异：拉曼分子对激光的散射强度由分子极化率决定红外：适用于研究不同原子的极性键振动 OH, CO，CX拉曼：适用于研究同原子的非极性键振动 NN, CC互补(h b)二 拉曼光谱(gungp)与红外光谱(gungp)比较 第6页/共19页第七页，共19页。8项目项目红外光谱红外光谱拉曼光谱拉曼光谱光谱类型光谱类型吸收光谱吸收光谱散射光谱散射光谱光谱范围光谱范围400-4000 cm-140-4000 cm-1分子结构与光分子结构与光谱活性谱活性极性分子及基团通常是红外极性分子及基团通常是红外活性的活性的非极性分子及基团通常是非极性分子及基团通常是拉曼活性的拉曼

5、活性的分子结构测定分子结构测定范围范围适于分子端基的测定适于分子端基的测定适于分子骨架的测定适于分子骨架的测定样品池样品池不能用玻璃不能用玻璃可用玻璃瓶、毛细管等可用玻璃瓶、毛细管等测试对象与品测试对象与品种种测试荧光物质方便，测试单测试荧光物质方便，测试单晶、金属不便晶、金属不便测试荧光物质不便，测试测试荧光物质不便，测试单晶、粉末方便单晶、粉末方便水溶液测试水溶液测试有一定限制有一定限制不受水的干扰不受水的干扰样品制备样品制备需要制样需要制样无需制样无需制样定量分析定量分析可以可以有些不便有些不便谱库谱库谱库谱图及数据有几十万谱库谱图及数据有几十万谱库较少谱库较少2.1 拉曼光谱与红外光谱

6、分析拉曼光谱与红外光谱分析(un p fn x)方法比较方法比较第7页/共19页第八页，共19页。92.3 红外与拉曼谱图对比红外与拉曼谱图对比(dub)红外光谱：光能团测定红外光谱：光能团测定; 拉曼光谱：分子拉曼光谱：分子(fnz)骨架测定骨架测定聚对苯二甲酸乙二酯聚对苯二甲酸乙二酯( (面外变形面外变形(bin xng)(bin xng)）第8页/共19页第九页，共19页。10PMMA在拉曼光谱在拉曼光谱(gungp)的低频率区出现了较为丰富的谱带信号，的低频率区出现了较为丰富的谱带信号，其红外光谱其红外光谱(gungp)的同一区域中的谱带信息都很弱。的同一区域中的谱带信息都很弱。PMM

7、A的的C=O及及C-O振动模式在红外光谱振动模式在红外光谱(gungp)中有强烈的吸收，而中有强烈的吸收，而C一一C振动模式在拉曼谱中较为明显。振动模式在拉曼谱中较为明显。聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)第9页/共19页第十页，共19页。11第10页/共19页第十一页，共19页。12由拉曼光谱可以由拉曼光谱可以(ky)获得有机化合物的各种结构信息：获得有机化合物的各种结构信息：2）红外光谱中，由）红外光谱中，由C N，C=S，S-H伸缩振动伸缩振动(zhndng)产生的谱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。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

8、化合物的对称）环状化合物的对称(duchn)振动常常是最强的拉曼谱带。振动常常是最强的拉曼谱带。1）同种分子的）同种分子的非极性键非极性键S-S，C=C，N=N，C C产生强拉曼谱带，产生强拉曼谱带， 随单键随单键双键双键三键谱带强度增加三键谱带强度增加。拉曼光谱与红外光谱合称为拉曼光谱与红外光谱合称为振动光谱振动光谱，二者互补，称为，二者互补，称为姐妹光谱。姐妹光谱。第11页/共19页第十二页，共19页。134）在拉曼光谱中，）在拉曼光谱中，X=Y=Z，C=N=C，O=C=O-这类键的对称伸缩这类键的对称伸缩振动是强谱带，这类键的反对振动是强谱带，这类键的反对(fndu)称伸缩振动是弱谱带。

9、称伸缩振动是弱谱带。红外光谱与此相反。红外光谱与此相反。5）C-C伸缩伸缩(shn su)振动在拉曼光谱中是强谱带。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：）醇和烷烃的拉曼光谱是相似的：I. C-O键与键与C-C键的力常数或键键的力常数或键的强度的强度(qingd)没有很大差别。没有很大差别。II. 羟基和甲基的质量仅相差羟基和甲基的质量仅相差2单位。单位。 III.与与C-H和和N-H谱带比较，谱带比较，O-H拉曼谱带较弱。拉曼谱带较弱。第12页/共19页第十三页，共19页。14因为在振动过程中，水的极化度变化很小，因此因为在振动过程中，水的极化度变化很小，因此(ync)(

10、ync)其拉曼散射很弱，干其拉曼散射很弱，干扰很小。扰很小。 第13页/共19页第十四页，共19页。15FT-IR Transmission Spectrum 20 40 60 80%TransmittanceRaman Spectrum 1 2 3 4Raman Intensity 1000 2000 3000 4000 第14页/共19页第十五页，共19页。16最大缺点最大缺点(qudin): 荧光散射荧光散射, 与样品的杂质有关与样品的杂质有关.第15页/共19页第十六页，共19页。17第16页/共19页第十七页，共19页。181.非极性或极性很小的基团非极性或极性很小的基团(j tun

11、)振动有较强的拉曼谱带，而强极性基团振动有较强的拉曼谱带，而强极性基团(j tun)振动有较强的红外谱带。但有个别例外，如振动有较强的红外谱带。但有个别例外，如CN基团基团(j tun)的光谱有的光谱有很强的拉曼谱带，通常在红外光谱中很弱。很强的拉曼谱带，通常在红外光谱中很弱。2.根据互不相容原理根据互不相容原理(yunl)，具有对称中心的分子，任何一个振动模的谱带不可，具有对称中心的分子，任何一个振动模的谱带不可能同时出现在拉曼和红外光谱中。能同时出现在拉曼和红外光谱中。3.CH伸缩振动：在脂肪族化合物的拉曼光谱中为强谱带；在乙烯基或芳香伸缩振动：在脂肪族化合物的拉曼光谱中为强谱带；在乙烯基

12、或芳香(fngxing)基的光谱中，是中等强度的拉曼谱带和较弱的红外谱带；乙炔的基的光谱中，是中等强度的拉曼谱带和较弱的红外谱带；乙炔的CH伸缩振动谱带在拉曼光谱中是弱谱带，而在红外光谱中是中等强度的。伸缩振动谱带在拉曼光谱中是弱谱带，而在红外光谱中是中等强度的。4.CH变形振动：脂肪族基团的变形振动：脂肪族基团的CH弯曲振动在红外光谱中是中等强度的谱弯曲振动在红外光谱中是中等强度的谱带，而在拉曼光谱中为弱谱带；不饱和系统带，而在拉曼光谱中为弱谱带；不饱和系统(乙烯基，芳香化合物乙烯基，芳香化合物)的的CH面外面外变形振动只在红外光谱中是强谱带。变形振动只在红外光谱中是强谱带。第17页/共19

13、页第十八页，共19页。195.CC，NN，SS，和，和CS等单键在拉曼光谱中产生等单键在拉曼光谱中产生(chnshng)强谱带，而在红强谱带，而在红外光谱中为弱谱带。外光谱中为弱谱带。6.C=C，C=N，N=N，CC和和CN等多重键的伸缩振动等多重键的伸缩振动(zhndng)在拉曼在拉曼光谱中多为很强的谱带，在红外光谱中为很弱的谱带，而光谱中多为很强的谱带，在红外光谱中为很弱的谱带，而C=O伸缩振动伸缩振动(zhndng)在红外光谱中有很强的谱带，而在拉曼光谱中仅为中等强度在红外光谱中有很强的谱带，而在拉曼光谱中仅为中等强度的谱带。的谱带。7.环状化合物在拉曼光谱中有一个环状化合物在拉曼光谱中有一个(y )很强的谱带，是环的全对称很强的谱带，是环的全对称(呼呼吸吸)振动的特征，这个振动频率由环的大小所决定。振动的特征，这个振动频率由环的大小所决定。8.芳香族化合物在拉曼和红外光谱中都有一系列尖锐的强谱带。芳香族化合物在拉曼和红外光谱中都有一系列尖锐的强谱带。9.HH和和C