仪器分析课件 第11章.ppt

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1、仪器分析使用教材：朱明华编使用教材：朱明华编主讲教师：涂逢樟主讲教师：涂逢樟 第十一章 激光拉曼光谱分析2023/1/2一、一、拉曼光谱拉曼光谱基本原理基本原理principle of Raman spectroscopy二、拉曼光谱的应用二、拉曼光谱的应用applications of Raman spectroscopy 三、三、激光拉曼光谱仪激光拉曼光谱仪laser Raman spectroscopy第十一章 激光拉曼光谱分析法laser Raman spectroscopy2023/1/2龙岩学院龙岩学院龙岩学院龙岩学院 化学与材料学院化学与材料学院化学与材料学院化学与材料学院 涂逢

2、樟涂逢樟涂逢樟涂逢樟一、激光拉曼光谱基本原理一、激光拉曼光谱基本原理principle of Raman spectroscopyRayleigh散射：散射：弹性碰撞；无能量交换，仅改变方向；Raman散射：散射：非弹性碰撞；方向改变且有能量交换；Rayleigh散射散射Raman散射散射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）h E0E1V=1V=0h 0h 0h 0h 0+E1+h 0E0+h 0h(0-)激发虚态2023/1/2龙岩学院龙岩学院龙岩学院龙岩学院 化学与

3、材料学院化学与材料学院化学与材料学院化学与材料学院 涂逢樟涂逢樟涂逢樟涂逢樟基本原理基本原理1 1.RamanRaman散射散射Raman散射的两种跃迁能量差：E=h(0-)产产生生stokes线线；强强；基态分子多；基态分子多；E=h(0+)产产生生反反stokes线线；弱；弱；Raman位移：位移：Raman散射光与入射光频率差；ANTI-STOKES 0-RayleighSTOKES 0+0h(0+)E0E1V=1V=0E1+h 0E2+h 0 h h 0h(0-)2023/1/2龙岩学院龙岩学院龙岩学院龙岩学院 化学与材料学院化学与材料学院化学与材料学院化学与材料学院 涂逢樟涂逢樟涂逢

4、樟涂逢樟2.2.Raman位移位移 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；2023/1/2龙岩学院龙岩学院龙岩学院龙岩学院 化学与材料学院化学与材料学院化学与材料学院化学与材料学院 涂逢樟涂逢樟涂逢樟涂逢樟3.3.红外活性和拉曼活性振动红外活性和拉曼活性振动红外活性振动红外活性振动 永久永久偶极矩；极性基团；偶极矩；极性基团；瞬间偶极矩；非对称分子；瞬间偶极矩；非对称分子；红外活性振动红外活性振动伴有伴有偶极矩变化的振动可以产生红外吸收谱带偶极矩变化的振动可以

5、产生红外吸收谱带.拉曼活性振动拉曼活性振动 诱导诱导偶极矩偶极矩 =E 非极性基团，对称分子；非极性基团，对称分子；拉曼活性振动拉曼活性振动伴随有极化率变化的振动。伴随有极化率变化的振动。对称分子对称分子：对称振动对称振动拉曼活性。拉曼活性。不对称振动不对称振动红外活性红外活性 Eeer2023/1/2龙岩学院龙岩学院龙岩学院龙岩学院 化学与材料学院化学与材料学院化学与材料学院化学与材料学院 涂逢樟涂逢樟涂逢樟涂逢樟4.4.红外与拉曼谱图对比红外与拉曼谱图对比红外光谱：基团；红外光谱：基团；拉曼光谱：分子骨架测定；拉曼光谱：分子骨架测定；2023/1/2龙岩学院龙岩学院龙岩学院龙岩学院 化学与

6、材料学院化学与材料学院化学与材料学院化学与材料学院 涂逢樟涂逢樟涂逢樟涂逢樟红外与拉曼谱图对比红外与拉曼谱图对比2023/1/2龙岩学院龙岩学院龙岩学院龙岩学院 化学与材料学院化学与材料学院化学与材料学院化学与材料学院 涂逢樟涂逢樟涂逢樟涂逢樟 对称中心分子对称中心分子CO2，CS2等，选律不相容。等，选律不相容。无对称中心分子（例如无对称中心分子（例如SO2等），三种振动既是红外活等），三种振动既是红外活性振动，又是拉曼活性振动。性振动，又是拉曼活性振动。5.5.选律选律 1 2 3 4拉曼活性拉曼活性红外活性红外活性红外活性红外活性振动自由度：振动自由度：3N-4=4拉拉曼光谱曼光谱源于极

7、化率变化源于极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2023/1/2龙岩学院龙岩学院龙岩学院龙岩学院 化学与材料学院化学与材料学院化学与材料学院化学与材料学院 涂逢樟涂逢樟涂逢樟涂逢樟6.拉曼光谱与红外光谱分析方法比较拉曼光谱与红外光谱分析方法比较2023/1/2龙岩学院龙岩学院龙岩学院龙岩学院 化学与材料学院化学与材料学院化学与材料学院化学与材料学院 涂逢樟涂逢樟涂逢樟涂逢樟二、拉曼光谱的应用二、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：由拉曼光谱可以获得有机化合物的各种结构信息：2）红外光

8、谱中，由）红外光谱中，由C N，C=S，S-H伸缩振动产生的谱带一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。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。）环状化合物的对称呼吸振动常常是最强的拉曼谱带。1）同种分子的非极性键）同种分子的非极性键S-S，C=C，N=N，C C产生强拉曼产生强拉曼谱带，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。2023/1/2龙岩学院龙岩学院龙岩学院龙岩学院 化学与材料学院化学与材料学院化学与材料学院化学与材料学院 涂逢樟涂逢樟涂逢樟涂逢樟4）在拉曼光谱中，在拉曼光谱中，X=

9、Y=Z，C=N=C，O=C=O-这类键的对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。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。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。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：）醇和烷烃的拉曼光谱是相似的：I.C-O键与键与C-C键的力常键的力常数或键的强度没有很大差别。数或键的强度没有很大差别。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。2023/1/2龙岩学院龙岩学院龙岩学

10、院龙岩学院 化学与材料学院化学与材料学院化学与材料学院化学与材料学院 涂逢樟涂逢樟涂逢樟涂逢樟2941，2927cm-1 ASCH22854cm-1 SCH21029cm-1 （C-C）803 cm-1环呼吸环呼吸 1444，1267 cm-1 CH22023/1/2龙岩学院龙岩学院龙岩学院龙岩学院 化学与材料学院化学与材料学院化学与材料学院化学与材料学院 涂逢樟涂逢樟涂逢樟涂逢樟3060cm-1 r-H)1600,1587cm-1 c=c)苯环苯环1000 cm-1环呼吸环呼吸787 cm-1环变形环变形1039,1022cm-1单取代单取代2023/1/2龙岩学院龙岩学院龙岩学院龙岩学院

11、化学与材料学院化学与材料学院化学与材料学院化学与材料学院 涂逢樟涂逢樟涂逢樟涂逢樟三、激光三、激光Raman光谱仪光谱仪 laser Raman spectroscopy激光光源激光光源：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 单色器单色器：光栅，多单色器；检测器检测器：光电倍增管，光子计数器；2023/1/2龙岩学院龙岩学院龙岩学院龙岩学院 化学与材料学院化学与材料学院化学与材料学院化学与材料学院 涂逢樟涂逢樟涂逢樟涂逢樟傅立叶变换傅立叶变换-拉曼光谱仪拉曼光谱仪FT-Raman spectroscopy光源：光源：Nd-YAG钇铝石榴石激光器（1.064m）；检测器：检测器：高灵敏度的铟镓砷探头；特点：特点：（1）避免了荧光干扰；）避免了荧光干扰；（2）精度高；）精度高；（3）消除了瑞利谱线；）消除了瑞利谱线；（4）测量速度快。）测量速度快。2023/1/2龙岩学院龙岩学院龙岩学院龙岩学院 化学与材料学院化学与材料学院化学与材料学院化学与材料学院 涂逢樟涂逢樟涂逢樟涂逢樟内容选择内容选择激光拉曼光谱激光拉曼光谱laser Raman spectrometry结束结束2023/1/2