液晶高分子及其应用课件

1软物质研究的

实验方法2软物质的结构可以采用不同的研究方法显微镜：偏光光学显微镜和电子显微镜；散射方法：光散射、X射线小角散射、中子小角散射；量热法：DSC、DTA；谱仪方法：IR,Raman,NMR;表面结构探针：AFM;流变方法; ……3偏光显微镜4在实际工作中，偏光显微镜是重要的软物质研究手段。

不仅因为仪器价格较低，占地较小，使用

方便，更重要的是它确实能提供许多有价

值的信息。溶致液晶态的产生和相分离过程热致液晶物质的软化温度或熔点、

液晶态的清亮点、各液晶态间的转变液晶体的光学性质、液晶态织构和

取向缺陷等形态学问题。比较容易区分不同类型的液晶态。但也有可能发生错误，尤其是在区分近晶型液晶态时，需特别注意。偏光显微镜标准液晶态的基本要求：

所研究的物质在所用光源的频率范围内透明或只有较弱吸收。液晶态的光学研究，只考虑光的波动性。

常用平面偏振光（线偏振光）在各向同性介质中各个方向的光学性质， 包括折射率是相同的；

而在液晶是光学各向异性的，因此不同

方向上的折射率不一样。b):平面偏振光；c)：普通光5勃氏镜将从样品出发的平行光聚焦于目镜的焦面而构成干涉图像，而在直光系统中，聚焦于焦面上的是样品的影像。平行光（直光）Orthoscopic会聚光（锥光）Conoscopic6P为起偏器；D为孔径光栅；C聚光镜；S可旋转物台；X样品；O物镜；Fo物焦平面；L镜筒开口；A检偏器；B勃氏镜；E目镜；Fe目焦平面多了一个勃氏镜bertrandP和A正交7在一般的实际工作中，液晶体样品是以薄膜的形式平放在显微镜物台上，而光线则是近似于垂直射入的平行光，所用的物镜应是较低倍数和低孔径的，不然入射光线将明显偏离垂直方向；若用高孔径物镜，则应适当调小孔径光阑D。用锥光系统研究液晶态时，将物台下的聚焦镜（勃氏镜）推入光路，并采用高倍物镜。聚光镜的推入使入射光变为锥光，高倍物镜的应用则是为了使通过的锥光有较大的锥角。锥光可以确定液晶体的光轴个数和光性正负，也可以将光轴垂直于样品平面的假各向同性液晶体与真各向同性液体区分开来。样品增厚或样品双折射增强单轴液晶体垂面排列向列相的锥光干涉图沿面排列8DTA/DSC表征9差热分析（DTA）和示差扫描量热法（DSC）在高分子热行为研究得到了广泛的应用，包括与高分子液晶有关的相变或玻璃化转变。DTA方法给出的信号是在程序升温或降温过程中样品和标准参照物之间出现的温度差的反映。所用的参照物是热惰性的，只允许其比热可能随温度发生微小的变化，而在实验条件下不能发生任何化学反应或相变。样品和参照物间的温差来自程序变温过程中样品比热的明显改变（如发生了玻璃化转变），或因相变热所致。样品化学反应的发生也会导致明显的温度差。因此，DTA信号能够告知发生这些变化时的温度以及变化发生的方向（比热的升降和热的吸收或释放）。10DSC方法，则是在程序变温过程中及时调节施加于样品和参照物上的加热功率，以使二者间即使在样品发生相变或其它变化时也不发生温差的改变。DSC不仅告知样品发生变化时的温度，而且因为在发生变化的始终伴随着热功率补偿的开始和结束，它还可以给出补偿功率或样品发生变化时焓变的大小（从图谱上峰的面积计算，面积与焓变的关系由已知焓变的适当样品如铟等标定）。DTA是测量T-T

的关系，而DSC是保持T=0，测定H-T

的关系。两者最大的差别是DTA只能定性或半定量，而DSC的结果可用于定量分析。但是，DTA/DSC方法只能告知事件发生和发生时的温度以及伴随的焓变，而不能直接告知事件的性质。

例如，DSC图上某个吸热峰究竟是晶体的熔解峰还是别的什么？DSC本身无法给出正确答案。11左端对应于热力学平衡，而右端是热力学介稳或不稳的体系一般而言，涉及液晶的热转变时相当复杂的12当温度变化时，材料的相转变行为既决定于其化学和物理本性，也决定于升降温速度、压力等外界条件。当材料发生相变时，常伴随焓等参数的改变，因此采用热学的方法十分方便，其中DSC方法是最广泛使用的。高分子液晶热转变行为的主要资料也是由DSC测定的。13典型的半结晶性液晶高分子的DSC图315K434K焓变约17kJ/mol467K焓变约3.2kJ/mol上述熔化和各向同性化过程都经过了偏光显微镜观察的证实织构观察发现，该样品的液晶态属向列型463K387K14一般说来，由于各向同性液态与液晶态间的转变属液体之间的转变，分子热运动比较活跃，转变过程较快，在升温或降温过程发生转变的温度比较接近，降温过程不会出现大的过冷，上图中为4oC；与此对比鲜明的是，高分子的结晶过程慢得很多，往往有很大程度的过冷，上图中约为48oC。正因为如此，通常很难将液晶高分子样品的各向同性液态淬冷冻结下来，但比较容易将其液晶态冻结下来，冻结的高分子液晶态常被称为液态玻璃。15液态玻璃可在方便的温度下进行操作，对液晶态结构研究提供了方便。在小分子体系中，包括液晶相在内的各个液相间的转变基本不存在过冷。有人建议，如果在实验中看到的过冷不超过0.6oC，该相变可能是液晶化，否者可能是发生了结晶。

在很多情况下，都可以得到类似上图的DSC/DTA曲线，并且不难结合显微镜的观察与X射线衍射研究得到有关相变的正确结论。16X射线衍射17要更仔细研究高分子液晶在分子水平上的结构，尤其是液晶中分子的堆砌和介晶相中分子序的类型，必须利用X射线衍射技术。

这是由于，X射线波长小于原子间距和分子间距，但有基本属于同一量级，其作用是偏光显微镜和DSC等方法所不能替代的。X射线衍射方法在物质液晶态的研究，就像在物质结晶态的研究一样，有着重要的地位。高能电子撞击金属靶产生X射线，常用的靶材料有铜、铁、钼等。X射线谱除白色线外，主要是由于原子核外L层电子跃迁而产生的kα线和由于M层电子跃迁而产生的kβ线。其中kα线强度最大，常用于物质结构的X射线衍射研究。18满足布拉格公式，晶体就会发生X射线衍射。n=2dsin19对于传统的小分子液晶，采用未取向样品X射线衍射图谱，常常可以区分出向列型和近晶型结构从粉末样品的衍射来看，图谱可以分解为小衍射角的内环和大衍射角的外环。内环表示远程的层间的有序性，而外环则反映分子横向相互堆砌的更短尺寸的有序性。从环是尖锐的还是弥散的，可以定性看出有序度的高低。

在各种液晶相中，向列相的有序度最低，其衍射图上外环的宽度比任何其他液晶相都宽；

近晶A

（SA）相层内分子序与向列相相近，其衍射图外环也很宽，不过比向列相仍略窄，但内环有很尖锐的衍射环。20向列型、胆甾型---相差不大有0.4－0.5nm弥散环近晶型—既有0.4－0.5nm弥散环，还有1.5－5nm的衍射环SASC21利用X射线衍射可以研究液晶分子间堆积的类型。利用X射线衍射可以研究近晶液晶相的层厚。还可以利用X射线衍射研究近晶液晶相层的堆积规整度。22傅立叶变换（FourierTransform）晶体X射线衍射图电子密度分布图电子密度分布图的重构X射线衍射傅立叶变换傅立叶变换电子密度重构23柱状相-I24柱状相-II25四方相26电子显微镜27爱瑞（Airy）斑：由于衍射效应，一个发光物点的像是一个一定尺寸的亮斑和周围几个亮环。一般将亮环忽略不计，中央亮斑为物点的像，称为爱瑞斑。瑞利（Rayleigh）判据：A1和A2逐渐接近时，A1’和A2’之间的亮度约为亮度最大值的80％，人们仍然能分辨是两个像。瑞利即以这种条件作为光学系统能分辨两物点的最小距离，这个极限称为瑞利判据。L：透镜D：光阑α：透镜对物点张角的一半。光学显微镜分辨本领28电子光学基础——光学显微镜的局限性两个发光点的分辨距离为：－物镜与物体之间介质的折射率－半孔径角，不能大于90°

－显微镜的数值孔径－光线的波长提高显微镜分辨本领的方法：采用高折射率介质增大角利用短波长的射线电子波动性被发现后，很快被利用来作为提高显微镜分辨率的新光源——即出现了电子显微镜。29电子的粒子性

质量：9.1095×10-23

克；

电量：－1.602×10-10

库仑；在电子显微镜中，电子的加速电压一般在几十千伏以上，根据相对论，电子的质量随速度的增加而增大。电子的波动性

(Å)30阴极发光轫致辐射X射线透射电子样品俄歇电子衍射电子二次电子反射电子吸收电子电子探针扫描电镜透射电镜俄歇电子谱仪入射电子束电子束与物质的相互作用31工作原理透镜将电子束聚焦成非常细的电子束，射在试样表面上，激发出各种物理信号，由探测器接收，输送到阴极射线管成像。间接成像。放大倍数等于电子束在显像管上的扫描宽度与在试样上的扫描宽度的比值。分辨率取决于电子束射到试样表面上的直径（束斑直径）和接收的信号类型。景深取决于电子束的发散度，发散度越大，景深越小。当探针尺寸固定时，放大倍数和电子束的发散角越小，景深越大。32电子光学基础——静电透镜电子通过两个不同电位的界面

电子在不同电位界面处发生折射。

可见光电子33聚焦静电透镜电场由三个电极形成：第一电极带负电位，称为阴极；第二，第三电极带正电位，而且后者的电位比前者高。

（a）光线通过玻璃透镜（b）电子通过电场的轨迹34电子光学基础——电磁透镜有电流通过的长线圈中间可看作均匀磁场，这样的线圈起聚焦作用，没有放大作用。短线圈形成不均匀磁场，具有透镜特性。焦距与加速电压和透镜内磁场的轴向分量有如下关系35成像公式－物距－像距－透镜焦距放大倍数放大倍数受透镜线圈的电流控制扫描电镜和透射电镜透射电子显微镜（TEM:TunnelElectronMicroscope）

扫描电子显微镜（SEM:ScanningElectronMicroscope）扫描电镜是相当与对物体的照相得到的是表面的，只是表面的立体三维的图象。

因为扫描的原理是“感知”那些物提被电子束攻击后发出的次级电子透射电竟就相当于普通显微镜，只是用波长更短的电子束替代了会发生衍射的可见光，从而实现了显微是二维的图象。会看到表面的图象的同时也看到内层物质

透射：能看见内部、但是不立体扫描：立体、但是不能看见内部，只局限与表面3637原子力显微镜1982年,GerdBinnig和HeinrichRohrer共同研制成功了第一台扫描隧道显微镜(STM:scanningtunnelingmicroscope)1986年,Binnig、Rohrer（扫描隧道显微镜）及Ruska（电子显微镜）被授予诺贝尔物理学奖。STM的基本原理：利用量子理论中的隧道效应，通过探测固体表面原子中的电子的隧道电流来分辨固体表面形貌。STM的局限性：对样品表面微粒之间的某些沟槽不能够准确谈侧，与此相关的分辨率较差：样品表面光滑清洁，必须具有一定程度的导电性。原子力显微镜(AtomicForceMicroscopy,AFM)是由Binnig与史丹佛大学的Quate于1985年所发明的，弥补了STM的不足。衍生出一系列扫描探针显微镜（ScanningProbeMicroscope）AFM使非导体也可以采用SPM进行观测，而STM是不能测定绝缘材料。40AFM的优点STM探针是由针尖与样品之间的隧道电流的变化决定的,要求样品表面能够导电，只能直接观察导体和半导体的表面结构。对于非导电的物质则要求样品覆盖一层导电薄膜，但导电薄膜的粒度和均匀性难以保证，且掩盖了物质表面的细节。AFM原子力显微镜利用原子之间的范德华力来呈现样品的表面特性。因此，AFM除导电样品外，还能够观测非导电样品的表面结构，且不需要用导电薄膜覆盖，其应用领域将更为广阔。4141扫描探针显微镜具有三个传统显微镜无法达到的重大突破扫描探针显微镜具有极高度的解析力扫描探针显微镜具有三维立体的成像能力扫描探针显微镜可以在多种环境下操作这些显微技术都是利用探针与样品的不同相互作用，来探测表面或界面在纳米尺度上表现出的物理性质和化学性质。42原子力显微镜的硬件架构

力检测部分位置检测部分反馈系统43在原子力显微镜的系统中，是利用微小探针与待测物之间交互作用力，来呈现待测物的表面之物理特性。是继光学显微镜、电子显微镜之后的第三代显微镜。AFM的工作原理

为原子的直径

为原子之间的距离44在原子力显微镜（AFM）的系统中，使用微小悬臂来感测针尖与样品之间的交互作用，这作用力会使悬臂摆动，利用激光将光照射在悬臂的末端，当摆动形成时，会使反射光的位置改变而造成偏移量，此时激光检测器会记录此偏移量，也会把此时的信号给反馈系统，以利于系统做适当的调整，最后再将样品的表面特性以影像的方式给呈现出来。45接触式原子力显微镜(contactAFM)

－利用原子斥力的变化而产生表面轮廓。非接触式原子力显微镜(non-contactAFM)

－利用原子吸引力的变化而产生表面轮廓。间歇接触模式原子力显微镜(Intermittent-ContactAFM)

－是接触与非接触两种模式的混合。AFM的分类AFM在聚合物研究的应用1表面整体形态研究2孔径和孔径分布研究3粗糙度研究4膜研究46原子级的高分辨率AFM的三大特点光学显微镜的放大倍数一般都超不过1000倍;电子显微镜的放大倍数极限为100万倍;而AFM的放大倍数能高达10亿倍,观察活的生命样品原子力显微镜的样本可以是生理状态的各种物质,在大气条件或溶液中都能进行,因而只需很少或不需对样品作前期处理,这样,就使AFM能观察任何活的生命样品及动态过程。加工样品的力行为测试样品的硬度和弹性等;AFM还能产生和测量电化学反应。AFM还具有对标本的分子或原子进行加工的力行为,例如:可搬移原子，切割染色体，在细胞膜上打孔等等。47分辨率能达到原子分辨水平；样品不需复杂的预处理，避免了由此所带来的测量误差；对操作环境的要求较宽松，在空气或液体(水、氯化钠溶液等)中观测都可以操作力很小，能成功地观测软的物质表面。AFM聚合物研究中所表现的优点图上亮点表示膜表面的最高点，暗点表示膜表面的凹陷或膜孔，这样膜的表面整体形态在图象上一目了然。48红外光谱49红外光谱的划分红外区域λ/μmν/cm－1能级跃迁类型近红外区0.75~2.513158~4000OH、NH及CH键的倍频吸收中红外区2.5~254000-400分子振动远红外区25~1000400-10分子转动

50红外光谱基础知识红外光谱属于分子振动转动光谱，主要与分子的结构有关能产生偶极距变化的分子均可以产生红外吸收；除单原子分子以及同核分子以外的有机分子均可以具有特征吸收。（F，N2）红外光谱的吸收频率，吸收峰的数目以及强度均与分子结构有关，因此可以用来鉴定未知物质的分子结构和化学基团此外，还与晶体的振动和转动有关（材料科学研究较多）51红外光谱原理红外吸收的产生 在分子内部具有振动和转动能级，当物质被一束红外光线辐照时，只要红外光的能量与能级跃迁的能级合适，在分子内部就可以产生振动或转动跃迁，产生红外吸收。因此其吸收的能量是量子化的，有跃迁的两个能级决定。振动能量E＝（v＋1/2）hν

52红外吸收的能量S0S1UV/VisV3V2V1V0S0S1IRElectronicSpectroscopyVibrationalSpectroscopy53双原子分子振动分析Example:C=Ostretching,k~1x106dynes/cm,m=1.1x10-23 Theoreticalprediction:u=1600cm-1 Experimentalresult:u=1500-1900cm-1

c–光速；k–力常数；m–折合质量reducedmassofatoms1and2(m1andm2)

m=m1*m2/(m1+m2)化学键的力常数越大，折合质量越小，则化学键的振动频率越高，吸收峰将在高波数区出现。

54分子振动形式55多原子分子的振动简谐振动的振动状态是分子质心保持不变，整体不转动，每个原子均在其平衡位置附近做简谐振动，其振动频率和相位均相同，即每个原子都在同一瞬间通过其平衡位置，而且同时达到其最大位移质多原子分子的振动可以分解为很多简单的简谐振动来描述分子中的任何一个复杂振动均可以分解为简谐振动的线性组合

伸缩振动和变形振动

56吸收强度红外吸收光谱的强度主要取决于分子振动时的偶极距变化，而偶极距的变化又与分子的振动方式有关。振动的对称性越高，振动分子中的偶极距的变化越小，谱带强度越弱。一般来说，极性强度越强的基团，其吸收强度越强；极性较弱的基团其振动吸收也较弱

57基团频率在红外光谱中，每种官能团均具有特征的结构，因此也具有特定的吸收频率。根据特征频率就可以对有机物的基团进行鉴别。这也是红外光谱分析有机物结构的依据。在中红外中，把4000～1300波数范围称为基团频率区，把1800～600波数称为指纹频率区。

58CharacteristicPeaksofFunctionalGroupO-H 3300-3600cm-1H5C6-H 3010-3030cm-1CH3-CH2-H2980cm-1EsterC=O1740cm-1Ketone 1720cm-1AmideC=O1670cm-1Nitro-NO21530,1340cm-1Si-O ~1100cm-159影响基团频率的因素内部因素

电子效应，氢键的影响，振动耦合以及Fermi共振。外部因素氢键作用，浓度效应，温度效应，样品状态，制样方式以及溶剂极性等。

60仪器装置色散型红外光谱仪

光源，吸收池，单色器和检测器以及数据记录系统组成Fourier变换红外光谱仪

光源，吸收池，干涉仪和检测器以及数据记录系统组成61Fourier变换红外光谱仪是七十年代发展起来的一种红外光谱仪。具有扫描速度快，测量时间短，可以在1s内获得红外光谱，适合快速反应的研究。可以进行与色谱和质谱的联用。检测灵敏度高，检测极限可达10－9～10－12g；分辨率高，波数精度可达0.01cm－1；光谱范围广，可研究整个红外区。测定精度高，可达0.1%，而杂散光小于0.01%。626364样品的制备气体，液体或固体要求样品中不含游离水要求样品的浓度和测试层的厚度选择适当，透射比在10%～80%之间65气体分析气体样品的分析一般需要气体池，在两端窗口设置红外透光的NaCl，KBr等盐窗。一般先将气体池抽真空，然后再注入被测气体。气体池也经常用于催化剂的表面吸附和催化反应产物的检测，通常还需要配置加热控温装置。

66液体样品液体池法适合沸点低，挥发性较大的样品，可利用注射器定量地直接注入密封的液体池中。一般保持液体层的厚度为0.01～1mm。该方法的定量分析效果比较好，是红外光谱进行液体定量分析常用的方法。液膜法主要适合沸点高的样品，可以把样品直接滴加在两块盐片之间，形成液膜。对于具有很强红外吸收的样品，可以通过调节样品液层的厚度来调节透射比，也可以通过适当溶剂稀释的方法来获得满意的吸收谱。67固体样品对于一些能溶于溶剂的固体样品，也可以配成溶液直接用液体法测定。对溶剂的要求是在所测区域内没有强力的红外吸收，不会腐蚀盐片，对样品没有强烈的溶剂化效应。一般采用CS2（1350～600cm－1），CCl4（4000～1350cm－1）作为溶剂。68固体样品压片法一般是将1～2mg的固体样品与200mg纯KBr粉体进项研磨混匀，利用模具直接压成均匀透明的薄片。KBr和样品均需要干燥以及研磨致粒度小于2微米以下，消除光散射作用石蜡糊法就是将样品研磨细后与液体石蜡或全氟代烃混合，调成糊状，夹在盐片间分析。薄膜法主要适用高分子材料，可以通过加热或压延的方法制备成薄膜对于无机固体样品还可以通过测定红外反射光谱的方式获得红外特征吸收信息。

69拉曼光谱70拉曼光谱的原理－拉曼效应当一束激发光的光子与作为散射中心的分子发生相互作用时，大部分光子仅是改变了方向，发生散射，而光的频率仍与激发光源一致，这种散射称为瑞利散射(RayleighScattering)。但也存在很微量的光子不仅改变了光的传播方向，而且也改变了光波的频率，这种散射称为拉曼散射。其散射光的强度约占总散射光强度的10－6～10－10。拉曼散射的产生原因是光子与分子之间发生了能量交换，改变了光子的能量。一般把瑞利散射和喇曼散射合起来所形成的光谱称为拉曼光谱。由于拉曼散射非常弱，所以一直到1928年才被印度物理学家拉曼等所发现。71拉曼光谱的原理－拉曼效应1928年，他们在用汞灯的单色光来照射某些液体时，在液体的散射光中观测到了频率低于入射光频率的新谱线。在拉曼等人宣布了他们的发现的几个月后，苏联物理学家兰德斯别尔格（GrigoryLandsberg）等也独立地报道了晶体中的这种效应的存在。72TheNobelPrizeinPhysics1930“forhisworkonthescatteringoflightandforthediscoveryoftheeffectnamedafterhim”SirChandrasekharaVenkataRaman (1888–1970)CalcuttaUniversity（加尔各答大学）

Calcutta,India73

拉曼频率及强度、偏振等标志着散射物质的性质。从这些资料可以导出物质结构及物质组成成分的知识。这就是拉曼光谱具有广泛应用的原因。拉曼效应起源于分子振动(和点阵振动)与转动，因此从拉曼光谱中可以得到分子振动能级(点阵振动能级)与转动能级结构的知识。拉曼散射强度是十分微弱的，大约为瑞利散射的千分之一。在激光器出现之前，为了得到一幅完善的光谱，往往很费时间。激光器的出现使拉曼光谱学技术发生了很大的变革这是由于激光器输出的激光具有很好的单色性、方向性，且强度很大，因而它们成为获得拉曼光谱的近乎理想的光源，特别是连续波氩离子激光器。于是拉曼光谱学的研究又变得非常活跃了，其研究范围也有了很大的扩展。除扩大了所研究的物质的品种以外，在研究燃烧过程、探测环境污染、分析各种材料等方面拉曼光谱技术也已成为很有用的工具。74拉曼光谱基本原理喇曼效应的机制和荧光现象不同，并不吸收激发光，因此不能用实际的上能级来解释，玻恩和黄昆用虚的上能级概念说明了喇曼效应。下图是说明喇曼效应的一个简化的能级图。假设散射物分子原来处于基电子态，振动能级如图所示。75拉曼光谱基本原理拉曼位移（RamanShift）斯托克斯与反斯托克斯散射光的频率与激发光源频率之差Δν统称为拉曼位移（RamanShift）。

斯托克斯散射的强度通常要比反斯托克斯散射强度强得多，在拉曼光谱分析中，通常测定斯托克斯散射光线。

76拉曼光谱基本原理拉曼位移取决于分子振动能级的变化，不同的化学键或基态有不同的振动方式，决定了其能级间的能量变化，因此，与之对应的拉曼位移是特征的。这是拉曼光谱进行分子结构定性分析的理论依据

77拉曼光谱基本原理－拉曼活性并不是所有的分子结构都具有拉曼活性的。分子振动是否出现拉曼活性主要取决于分子在运动过程时某一固定方向上的极化率的变化。对于分子振动和转动来说，拉曼活性都是根据极化率是否改变来判断的。对于全对称振动模式的分子，在激发光子的作用下，肯定会发生分子极化，产生拉曼活性，而且活性很强；而对于离子键的化合物，由于没有分子变形发生，不能产生拉曼活性。

78Raman光谱可获得的信息Raman特征频率材料的组成MoS2,MoO3Raman谱峰的改变加压/拉伸状态每1%的应变，Si产生1cm-1Raman位移Raman偏振峰晶体的对称性和取向用CVD法得到金刚石颗粒的取向Raman峰宽晶体的质量塑性变形的量79Raman光谱仪的特点快速分析、鉴别各种无机、生物材料的特性与结构样品需用量很小，微区分辨率可小于2微米对样品无接触、无损伤；样品无需制备适合黑色和含水样品高、低温测量局限：不适于有荧光产生的样品解决方案：改变激光的激发波长，尝试FT-Raman光谱仪80样品制备溶液样品 一般封装在玻璃毛细管中测定固体样品 不需要进行特殊处理81拉曼原理-LRS与IR比较拉曼光谱是分子对激发光的散射，而红外光谱则是分子对红外光的吸收，但两者均是研究分子振动的重要手段，同属分子光谱。分子的非对称性振动和极性基团的振动，都会引起分子偶极距的变化，因而这类振动是红外活性的；而分子对称性振动和非极性基团振动，会使分子变形，极化率随之变化，

具有拉曼活性。拉曼光谱适合同原子的非极性键的振动。如C-C，S-S，N-N键等，对

称性骨架振动，均可从拉曼光谱中获得

丰富的信息。而不同原子的极性键，如C=O，C-H， N-H和O-H等，在红外光谱上有反映。

相反，分子对称骨架振动在红外光谱

上几乎看不到。拉曼光谱和红外光谱

是相互补充的。82LRS与IR比较对任何分子可粗略地用下面的原则来判断其拉曼或红外活性：相互排斥规则：凡具有对称中心的分子，若其分子振动对拉曼是活性的，则其红外就是非活性的。反之，若对红外是活性的，则对拉曼就是非活性的。相互允许规则：凡是没有对称中心的分子，若其分子振动对拉曼是活性的，则对红外也是活性的。相互禁阻规则：对于少数分子振动，其红外和拉曼光谱都是非活性的。如乙稀分子的扭曲振动，既没有偶极距变化也没有极化率的变化。

83红外及拉曼光谱仪共性：分子结构测定，同属振动光谱各自特色中红外光谱 拉曼光谱生物、有机材料为主 无机、有机、生物材料对极性键敏感 对非极性键敏感需简单制样 无需制样光谱范围：400~4000cm-1

光谱范围：50~3500cm-1局限：含水样品 局限：有荧光样品8485不同激发波长的激光器激发光区域 激光波长激光器类型可见区 514nm Ar+ 633nm He-Ne 785nm 半导体近红外 1064nm YAG 紫外 325nm He-Cd 86核磁共振(NMR)87NMR:NuclearMagneticResonance三次诺贝尔奖:1952年诺贝尔物理奖

E.M.Purcell和F.Bloch发现核磁共振现象1991年诺贝尔化学奖

R.R.Ernst二维核磁共振波谱2002年诺贝尔化学奖

Wuthrich二维及三维核磁共振在蛋白质结构中的应用88核磁共振原理B0EDEba1.核磁共振现象89核磁共振的产生自旋运动磁矩不同能级核磁共振并非所有同位素的原子核都有自旋运动中子数、质子数均为偶数：I＝012C、16O、32S中子数与质子数其一为偶数，另一为奇数，则I为半整数，如I=1/2：1H、13C、15N、19F、31P、77Se、113Cd、119Sn、195Pt、199Hg等I=3/2：7Li、9Be、11B、23Na、33S、35Cl、37Cl、39K、63Cu、65Cu、79Br等I=5/2：

17O、25Mg、27Al、55Mn、67Zn等中子数质子数均为奇数，则I为整数I=1：2H、6Li、14N； I=2：

58Co； I=3：10B2)和3)是核磁共振可研究的对象 I＝1/2电荷均匀分布于原子核表面，核磁共振的谱线窄，最宜于核磁共振检测1/2谱线宽90同位素天然丰度自旋磁旋比a共振频率b检测灵敏度c1H0.999851/226.75210017Li0.92583/210.397538.8660.2711B0.80423/28.584332.0840.1313C0.011081/26.728325.1441.76x10-419F11/225.18194.080.8323Na13/27.0801326.4660.092527Al15/24.97626.0770.2129Si0.0471/