现代分析测试技术 拉曼光谱

1紫外光谱法红外光谱法分子荧光光谱法分子磷光光谱法核磁共振波谱法分子光谱分析法拉曼光谱法分子吸收光谱分子散射光谱分子发射光谱吸收光谱2第十五章振动光谱红外吸收光谱拉曼散射光谱3①红外活性振动ⅰ永久偶极矩：极性基团；ⅱ瞬间偶极矩：对称分子。②拉曼活性振动非极性基团，对称分子都可产生诱导偶极，μi=E总则：伴随有极化率变化的振动可以产生拉曼光谱。1.4红外活性和拉曼活性振动总则：伴有偶极矩变化的振动可以产生红外吸收谱带.两者研究范围的区别：对称分子：对称振动→拉曼活性，无红外活性不对称振动→红外活性，无拉曼活性4无对称中心分子（例如H2O，SO2等），三种振动既是红外活性振动，又是拉曼活性振动。SCSSCSSCS1234拉曼活性红外活性红外活性振动自由度：拉曼光谱—源于极化率变化红外光谱—源于偶极矩变化5O=C=O对称伸缩O=C=O反对称伸缩偶极距不变，无红外活性极化率变，有拉曼活性极化率不变，无拉曼活性偶极距变，有红外活性6红外与拉曼活性判断法则互排法则：有对称中心的分子其分子振动对红外和拉曼之一有活性，则另一非活性互允法则：无对称中心的分子其分子振动对红外和拉曼都是活性的。互禁法则：既非拉曼活性，也非红外活性。如乙烯分子的扭曲振动7相同点同属分子振(转)动光谱异：红外分子对红外光的吸收强度由分子偶极距决定异：拉曼分子对激光的散射强度由分子极化率决定红外：适用于研究不同原子的极性键振动－OH,－C＝O，－C－X拉曼：适用于研究同原子的非极性键振动－N－N－,－C－C－互补二拉曼光谱与红外光谱比较8项目红外光谱拉曼光谱光谱类型吸收光谱散射光谱光谱范围400-4000cm-140-4000cm-1分子结构与光谱活性极性分子及基团通常是红外活性的非极性分子及基团通常是拉曼活性的分子结构测定范围适于分子端基的测定适于分子骨架的测定样品池不能用玻璃可用玻璃瓶、毛细管等测试对象与品种测试荧光物质方便，测试单晶、金属不便测试荧光物质不便，测试单晶、粉末方便水溶液测试有一定限制不受水的干扰样品制备需要制样无需制样定量分析可以有些不便谱库谱库谱图及数据有几十万谱库较少2.1拉曼光谱与红外光谱分析方法比较92.3红外与拉曼谱图对比红外光谱：光能团测定;拉曼光谱：分子骨架测定聚对苯二甲酸乙二酯(面外变形）10PMMA在拉曼光谱的低频率区出现了较为丰富的谱带信号，其红外光谱的同一区域中的谱带信息都很弱。PMMA的C=O及C-O振动模式在红外光谱中有强烈的吸收，而C一C振动模式在拉曼谱中较为明显。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)11许多情况下，拉曼频率位移的程度正好相当于红外吸收频率；分子对称性越高，红外与拉曼光谱的区别就越大；非极性官能团的拉曼散射谱带较强，极性官能团的红外谱带较为强烈；碳链的取代基用红外较易测出，而碳链振动用拉曼光谱较清楚。12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）环状化合物的对称振动常常是最强的拉曼谱带。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。拉曼光谱与红外光谱合称为振动光谱，二者互补，称为姐妹光谱。134）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，这类键的反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。14拉曼光谱在无机体系研究中的应用因为在振动过程中，水的极化度变化很小，因此其拉曼散射很弱，干扰很小。152红外光谱与拉曼光谱的比较FT-IRTransmissionSpectrum20406080%TransmittanceRamanSpectrum1234RamanIntensity100020003000400016拉曼光谱红外光谱光谱范围5-4000Cm-1光谱范围400-4000Cm-1水可作为溶剂水不能作为溶剂样品可盛于玻璃瓶，毛细管等容器中直接测定不能用玻璃容器测定固体样品可直接测定需要研磨制成KBR压片最大缺点:荧光散射,与样品的杂质有关.2.1拉曼光谱与红外光谱分析方法比较17许多情况下，拉曼频率位移的程度正好相当于红外吸收频率；分子对称性越高，红外与拉曼光谱的区别就越大；非极性官能团的拉曼散射谱带较强，极性官能团的红外谱带较为强烈；碳链的取代基用红外较易测出，而碳链振动用拉曼光谱较清楚。181.非极性或极性很小的基团振动有较强的拉曼谱带，而强极性基团振动有较强的红外谱带。但有个别例外，如C≡N基团的光谱有很强的拉曼谱带，通常在红外光谱中很弱。2.根据互不相容原理，具有对称中心的分子，任何一个振动模的谱带不可能同时出现在拉曼和红外光谱中。3.C−H伸缩振动：在脂肪族化合物的拉曼光谱中为强谱带；在乙烯基或芳香基的光谱中，是中等强度的拉曼谱带和较弱的红外谱带；乙炔的C−H伸缩振动谱带在拉曼光谱中是弱谱带，而在红外光谱中是中等强度的。4.C−H变形振动：脂肪族基团的C−H弯曲振动在红外光谱中是中等强度的谱带，而在拉曼光谱中为弱谱带；不饱和系统(乙烯基，芳香化合物)的C−H面外变形振动只在红外光谱中是强谱带。195.C−C，N−N，S−S，和C−S等单键在拉曼光谱中产生强谱带，而在红外光谱中为弱谱带。6.C=C，C=N，N=N，C≡C和C≡N等多重键的伸缩振动在拉曼光谱中多为很强的谱带，在红外光谱中为很弱的谱带，而C=O伸缩振动在红外光谱中有很强的谱带，而在拉曼光谱中仅为中等强度的谱带。7.环状化合物在拉曼光谱中有一个很强的谱带，是环的全对称(呼吸)振动的特征，这个振动频率由环的大小所决定。8.芳香族化合物在拉曼和红外光谱中都有一系列尖锐的强谱带。9.H−H和C−O−C类型的基团有一个对称伸缩振动和一个反对称伸缩振动，前者对应很强的拉曼谱带，而后者为较强的红外谱带。10.各种振动的倍频及和频谱带在红外光谱中比在拉曼光谱中强，有时在拉曼光谱中弱到难以检测的程度。