第五節(jié)激光拉曼光譜分析

第十八章

紅外吸收光譜分析法一、拉曼光譜基本原理principleofRamanspectroscopy二、拉曼光譜的應(yīng)用applicationsofRaman

spectroscopy

三、激光拉曼光譜儀laserRamanspectroscopy第五節(jié)

激光拉曼光譜分析法infraredabsorptionspectroscopy，IRlaserRamanspectroscopy2023/3/5一、激光拉曼光譜基本原理

principleofRamanspectroscopyRayleigh散射：

彈性碰撞；無(wú)能量交換，僅改變方向；Raman散射：

非彈性碰撞；方向改變且有能量交換；Rayleigh散射Raman散射E0基態(tài)，E1振動(dòng)激發(fā)態(tài)；E0+h0，

E1+h0激發(fā)虛態(tài)；獲得能量后，躍遷到激發(fā)虛態(tài).（1928年印度物理學(xué)家RamanCV發(fā)現(xiàn)；1960年快速發(fā)展）

h

E0E1V=1V=0h0h0h0h0

+

E1+h0E0+h0h(0

-

)激發(fā)虛態(tài)2023/3/5基本原理1.Raman散射Raman散射的兩種躍遷能量差：

E=h(0-

)產(chǎn)生stokes線(xiàn)；強(qiáng)；基態(tài)分子多；

E=h(0+

)產(chǎn)生反stokes線(xiàn)；弱；Raman位移：Raman散射光與入射光頻率差；ANTI-STOKES0-

RayleighSTOKES0+

0h(0

+

)E0E1V=1V=0E1+h0E2+h0

h

h0h(0

-

)2023/3/52.Raman位移

對(duì)不同物質(zhì)：不同；

對(duì)同一物質(zhì)：與入射光頻率無(wú)關(guān)；表征分子振-轉(zhuǎn)能級(jí)的特征物理量；定性與結(jié)構(gòu)分析的依據(jù)；Raman散射的產(chǎn)生：光電場(chǎng)E中，分子產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極距=E

分子極化率；2023/3/53.紅外活性和拉曼活性振動(dòng)①紅外活性振動(dòng)

ⅰ永久偶極矩；極性基團(tuán)；ⅱ瞬間偶極矩；非對(duì)稱(chēng)分子；紅外活性振動(dòng)—伴有偶極矩變化的振動(dòng)可以產(chǎn)生紅外吸收譜帶.②拉曼活性振動(dòng)

誘導(dǎo)偶極矩=E非極性基團(tuán)，對(duì)稱(chēng)分子；拉曼活性振動(dòng)—伴隨有極化率變化的振動(dòng)。對(duì)稱(chēng)分子：對(duì)稱(chēng)振動(dòng)→拉曼活性。不對(duì)稱(chēng)振動(dòng)→紅外活性

Eeer2023/3/54.紅外與拉曼譜圖對(duì)比紅外光譜：基團(tuán)；拉曼光譜：分子骨架測(cè)定；2023/3/5紅外與拉曼譜圖對(duì)比2023/3/5對(duì)稱(chēng)中心分子CO2，CS2等，選律不相容。無(wú)對(duì)稱(chēng)中心分子（例如SO2等），三種振動(dòng)既是紅外活性振動(dòng)，又是拉曼活性振動(dòng)。5.選律1234拉曼活性紅外活性紅外活性振動(dòng)自由度：3N-4=4拉曼光譜—源于極化率變化紅外光譜—源于偶極矩變化2023/3/56.拉曼光譜與紅外光譜分析方法比較2023/3/5二、拉曼光譜的應(yīng)用

applicationsofRamanspectroscopy

由拉曼光譜可以獲得有機(jī)化合物的各種結(jié)構(gòu)信息：2）紅外光譜中，由CN，C=S，S-H伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的譜帶一般較弱或強(qiáng)度可變，而在拉曼光譜中則是強(qiáng)譜帶。3）環(huán)狀化合物的對(duì)稱(chēng)呼吸振動(dòng)常常是最強(qiáng)的拉曼譜帶。1）同種分子的非極性鍵S-S，C=C，N=N，CC產(chǎn)生強(qiáng)拉曼譜帶，隨單鍵雙鍵三鍵譜帶強(qiáng)度增加。2023/3/54）在拉曼光譜中，X=Y=Z，C=N=C，O=C=O-這類(lèi)鍵的對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)是強(qiáng)譜帶，反這類(lèi)鍵的對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)是弱譜帶。紅外光譜與此相反。5）C-C伸縮振動(dòng)在拉曼光譜中是強(qiáng)譜帶。6）醇和烷烴的拉曼光譜是相似的：I.C-O鍵與C-C鍵的力常數(shù)或鍵的強(qiáng)度沒(méi)有很大差別。II.羥基和甲基的質(zhì)量?jī)H相差2單位。III.與C-H和N-H譜帶比較，O-H拉曼譜帶較弱。2023/3/52941，2927cm-1

ASCH22854cm-1

SCH21029cm-1

（C-C）803cm-1環(huán)呼吸

1444，1267cm-1

CH22023/3/53060cm-1r-H)1600,1587cm-1c=c)苯環(huán)1000cm-1環(huán)呼吸787cm-1環(huán)變形1039,1022cm-1單取代2023/3/5三、激光Raman光譜儀

laserRamanspectroscopy激光光源：He-Ne激光器，波長(zhǎng)632.8nm；

Ar激光器，

波長(zhǎng)514.5nm，

488.0nm；散射強(qiáng)度1/4單色器：

光柵，多單色器；檢測(cè)器：光電倍增管，光子計(jì)數(shù)器；2023/3/5傅立葉變換-拉曼光譜儀FT-Raman

spectroscopy光源：Nd-YAG釔鋁石榴石激光器（1.064m）；檢測(cè)器：高靈敏度的銦鎵砷探頭；特點(diǎn)：（1）避免了熒光干擾；（2）精度高；（3）消除了瑞利譜線(xiàn)；（4）測(cè)量速度快。2023/3/5內(nèi)容選擇第一節(jié)紅外基本原理basicprincipleofInfraredabsorptionspectroscopy第二節(jié)紅外光譜與分子結(jié)構(gòu)infraredspectroscopyandmolecularstructure第三節(jié)紅