第十八章 红外吸收光谱分析法 infrared absorption spectroscopy，IR 第五节 激光拉曼光谱分析法

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1 第十八章 红外吸收光谱分析法 infrared absorption spectroscopy，IR 第五节 激光拉曼光谱分析法
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 infrared absorption spectroscopy，IR 第五节 激光拉曼光谱分析法 laser Raman spectroscopy 2018/9/19

2 一、激光拉曼光谱基本原理 principle of Raman spectroscopy
h  E0 E1 V=1 V=0 h0 h0 +  E1 + h0 E0 + h0 h(0 - ) 激发虚态 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） 2018/9/19

3 基本原理 1. Raman散射 h(0 + ) E0 E1 V=1 V=0 E1 + h0 E2 + h0 h  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 2018/9/19

4 2. Raman位移 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； 2018/9/19

5 3.红外活性和拉曼活性振动 E e ①红外活性振动 ⅰ永久偶极矩；极性基团； r 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 2018/9/19

6 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； 2018/9/19

7 红外与拉曼谱图对比 2018/9/19

8 5.选律 振动自由度：3N- 4 = 4 1 2 3 4 拉曼活性 红外活性 红外光谱—源于偶极矩变化 拉曼光谱—源于极化率变化
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。 2018/9/19

9 6. 拉曼光谱与红外光谱分析方法比较 2018/9/19

10 二、拉曼光谱的应用 applications of Raman spectroscopy
由拉曼光谱可以获得有机化合物的各种结构信息： 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。 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。 2018/9/19

11 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。 2018/9/19

12 2941，2927cm-1 ASCH2 1029cm-1 （C-C） 803 cm-1环呼吸 2854cm-1 SCH2
1444，1267 cm-1 CH2 2018/9/19

13 3060cm-1r-H) 1000 cm-1环呼吸 1600,1587cm-1 c=c)苯环 787 cm-1环变形
2018/9/19

14 三、激光Raman光谱仪 laser Raman spectroscopy
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1/4 单色器： 光栅，多单色器； 检测器： 光电倍增管， 光子计数器； 2018/9/19

15 傅立叶变换-拉曼光谱仪 FT-Raman spectroscopy 光源：Nd-YAG钇铝石榴石激光器（1.064m）；
检测器：高灵敏度的铟镓砷探头； 特点： （1）避免了荧光干扰； （2）精度高； （3）消除了瑞利谱线； （4）测量速度快。 2018/9/19

16 内容选择 第一节 红外基本原理 第二节 红外光谱与分子结构 第三节 红外分光谱仪 第四节 红外谱图解析 第五节 激光拉曼光谱
第一节 红外基本原理 basic principle of Infrared absorption spectroscopy 第二节 红外光谱与分子结构 infrared spectroscopy and molecular structure 第三节 红外分光谱仪 infrared absorption spectrophotometer 第四节 红外谱图解析 analysis of Infrared spectrograph 第五节 激光拉曼光谱 laser Raman spectrometry 结束 2018/9/19