光学光谱区精品课件

1、光学光谱区1第1页，共15页，2022年，5月20日，3点49分，星期一光学光谱区 optical spectral region 远紫外(FUV- far ultraviolet) 10200nm 真空紫外(VUV-vacuum ultraviolet)紫外(UV- ultraviolet) 200430nm可见(Vis-visible) 430750 nm(0.75m)近红外(NIR-near infrared) 0.752.5m中红外(MIR-middle infrared) 2.525m远红外(FIR-far infrared) 25300m2第2页，共15页，2022年，5月20日，

2、3点49分，星期一UV-Vis region： 原子发射光谱法 atomic emission spectrometry AES原子吸收光谱法 atomic absorption spectrometry AAS原子荧光光谱法 atomic fluorescence spectrometry AFS紫外及可见吸收光谱法 ultraviolet and visible absorption spectrometry UV-VisAS分子荧光光谱法 molecular fluorescence spectrometry MFS3第3页，共15页，2022年，5月20日，3点49分，星期一红外光谱区

3、红外光能量较小，不足以导致电子跃迁，而只能引起分子中的振动能级和转动能级的跃迁，红外光谱主要是振动跃迁所致，对应于中红外区(middle infrared)。物质吸收电磁辐射应满足两个条件：（1）辐射应具有刚好能满足物质跃迁时所需的能量；（2）辐射与物质之间能相互作用。 红外辐射具有适当的能量，能导致分子振动跃迁的产生。flash4第4页，共15页，2022年，5月20日，3点49分，星期一样品处理技术在红外法中，样品的制备及处理，重要且特殊。因为同一物质，当其物理状态不同时，其红外吸收光谱将有许多差异，这是因为不同状态时原子间的相互影响不同，会导致吸收频率的改变。若试样处理不当，即使仪器性能

4、好，也得不到满意的红外图谱。5第5页，共15页，2022年，5月20日，3点49分，星期一制备红外分析试样应注意：（1）浓度和测试厚度应选择适当，以使透光度处于适宜范围。 若浓度太稀，厚度太薄，会使一些弱吸收峰和光谱的细致部分不能显示；过浓、过厚，又会使强吸收峰超过标尺刻度而无法测定。（2）试样中应不含水份。 水会侵蚀吸收池岩窗，且水本身在红外区有吸收，将使测得的光谱图变形。（3）试样应是单组分纯物质。多组分试样在测定前应预先进行组分分离(如色谱法、精密蒸馏、重结晶等)，否则多组分光谱会相互重叠。6第6页，共15页，2022年，5月20日，3点49分，星期一红外光谱法回顾小结（1）量子学说指出

5、：并非任意两能级间都能进行跃迁，跃迁须遵守一定的规律选择定则（selection rule） 分子能级是量子化的，振动量子化的跃迁从V=0到V=1，即从振动基态跃迁到第一振动能态。 在振动-转动跃迁过程中必须有偶极矩（dipole moment）的改变，才有红外吸收有红外活性(infrared active)；无红外吸收，称非红外活性(infrared inactive) 。 显然，并非所有的振动都会产生红外吸收，只有产生偶极矩净变化的振动，才能得到可观测的红外吸收谱带。7第7页，共15页，2022年，5月20日，3点49分，星期一红外光谱法回顾小结（2）一个分子产生红外吸收峰与否，除了有偶极

6、矩的变化外，还与分子的对称类型有关： 中心对称分子的全对称振动（偶极矩变化为零），非红外活性（infrared inactive）; 中心对称分子的非全对称振动（伴随瞬时偶极矩变化），具有红外活性（infrared active）。(例)8第8页，共15页，2022年，5月20日，3点49分，星期一红外光谱法回顾小结（3）双原子分子可用谐振子模型处理，进而得出分子振动方程式（equation of vibration）：影响频率的直接因素是原子质量和化学键的力常数。化学键越强，原子质量越小，振动频率越高。即 （1）对具有相似质量的原子基团来说，频率（波数）与K成正比。 （2）对于相同化学键的基

7、团来说，频率与m成反比。9第9页，共15页，2022年，5月20日，3点49分，星期一例：CH键。因为氢原子的质量最小，故氢原子单键的振动频率出现在高频区（high frequency）。总之，由于各有机化合物的结构不同，其原子质量和键力常数各不相同，会出现不同的吸收频率，故各有其特征红外光谱。10第10页，共15页，2022年，5月20日，3点49分，星期一红外光谱法回顾小结（4）如同双原子分子，多原子分子的振动也可看作是被弹簧连接的质点所构成的体系的振动。若每个原子视为一个质点，则多原子分子的振动即一个质点组的振动，要描述其可能的振动方式，须确定各原子的相对位置。众所周知，要确定一个质子（

8、原子）在空间的位置，要（x,y,z）三个坐标，即每个原子在空间的运动有三个自由度（degree of freedom）。一个分子有n个原子，则需3 n个自由度（坐标）确定所有原子的位置。11第11页，共15页，2022年，5月20日，3点49分，星期一多原子分子在空间的运动其自由度的确定： 非线性分子有（3n-6）个自由度，即 (3n-3)(平动自由度)3(转动自由度) 线型分子有（3n-5）个自由度，即(3n-3)(平动自由度)2(转动自由度) 每一个自由度可以看作是分子的一个基本振动形式，并有其自己的振动频率。 响应的反应官能团存在的特征频率，称基团频率(基频)(fundamental f

9、requency)。12第12页，共15页，2022年，5月20日，3点49分，星期一例：HCl，双原子分子(n=2)，为线性分子，则其振动自由度：3n-5=3X2-5=1。故其在红外谱图上有一个基频吸收峰。再例：甲烷，五原子分子(n=5)，非线性分子，振动自由度：3n-6=3X5-6=9。即有9种简正振动。有机物的特点，使得每种红外吸收峰较多。13第13页，共15页，2022年，5月20日，3点49分，星期一红外光谱法回顾小结（5）红外光谱法的最大特点是具有高度的特征性。尽管有机物的种类很多，但其中很大部分均由C、H、O、N四种元素组成，故通过这四种元素所形成的化学键的振动，可产生大部分有机物的红外光谱。 14第14页，共15页，2022年，5月20日，3点49分，星期一红外展望 红外光谱(IR)和拉曼光谱(RS)均属于分子振动光谱，红外光谱和拉曼光谱的区别在于信号产生的方式不同。红外光谱类似于紫外-可见光谱，是以吸收的方式得到的，而拉曼光谱则是一种散射