催化剂表征技术资料讲解
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• 红外光谱法主要用于化合物鉴定及分子结构表征，亦可用 于定量分析
光谱区与能量相关图
2. 红外光区划分
红外光谱 (0.75~1000m)
近红外(泛频） (0.75~2.5 m)
倍频
中红外(振动区) (2.5~25 m)
分子振动转动 （常用区）
远红外(转动区) (25-1000 m)
分区及波长范围
拉曼光谱分析技术
拉曼光谱分析技术
1 拉曼光谱概述 2 拉曼光谱的基本原理 3 激光拉曼光谱仪 4 拉曼光谱技术的应用和发展
1 拉曼光谱概述
1.1 拉曼光谱的发展历程
• 1928年印度物理学家C.V.拉曼在实验 中发现，当光穿过透明介质被分子散 射的光发生频率变化，这一现象称为 拉曼散射，本人也因此荣获1930年的 诺贝尔物理学奖。
催化剂表征技术
催化剂表征内容
• 化学组成与物相结构 • 比表面与孔结构 • 活性表面与分散度 • 表面组成与表面结构 • 酸碱度 • 氧化还原性等
催化表征技术（方法）
体相组成：XRF; AAS;ICP
物相性质：XRD; TEM; DTA; TG
表面组成：XPS; AES
比表面： BET
晶粒Biblioteka Baidu寸： SEM; TEM; TPR
红外光谱法应用
• 定性分析 1. 已知物的签定
• 将试样谱图与标准谱图对照或与相关文献上的谱图对照。 2. 未知物结构分析
• 如果化合物不是新物质，可将其红外谱图与标准谱图对照（查对） ， 如 果化合物为新物质，则须进行光谱解析，其步骤为： 1）该化合物的信息收集：试样来源、熔点、沸点、折光率、旋光率等； 2）不饱和度的计算： 通过元素分析得到该化合物的分子式，并求出其不饱和度过 3）查找基团频率，推测分子可能的基团； 4）查找红外指纹区，进一步验证基团的相关峰； 5）通过其它定性方法进一步确证
• 7）与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能。
基本原理
• 一、双原子分子的振动
• 分子的两个原子以其平衡点为中心，以很小的振幅（与核间距相比）作周期性“简谐”振动，其振 动可用经典刚性振动描述：
(频 ) 2 率 1 k.....或 ..( .c . .1 m ) 1 c 2 1 c k
各组分分 布：TEM
表面结构： 孔隙率：
LEED
Physisorption
分散度：Chemisorption; XRD; TEM
配位、价态：IR； NMR；EPR；UV-vis
电子能级： XPS
酸碱性：IR; Chemisorption
表面活性反应性能： TPD; TPR;TPSR
• AAS: Atomic Absorption Spectroscopy原子吸收光谱 • AES: Auger Electron Spectroscopy 俄歇电子能谱 • DTA: Differential Thermal Analysis差热分析法 • EPR (ESR): Electron Paramagnetic Resonance 电子自旋共振 • IR: Infrared Spectroscopy红外吸收光谱 • LEED: Low-energy electron diffraction低能电子衍射 • SEM: Scanning electron microscopy扫描电子显微镜 • TEM: Transmission electron microscopy透射电子显微镜 • TG: Thermogravimetric method 热重 • TPD: Temperatrue-programmed desorption程序升温脱附 • TPR: Temperatrue-programmed reduction程序降温脱附 • TPSR: Temperatrue-programmed surface reaction程序升温表面反应 • XRF: X-ray fluorescence spectroscopy X射线荧光光谱分析 • XPS: X-ray photoelectron spectroscopy X射线光电子能谱 • XRD: X-ray diffraction X射线衍射
• 简谐振动基本形式
伸缩振动：原子沿键轴方向伸缩，键长变化但键角不变的振动。 变形振动：基团键角发生周期性变化，但键长不变的振动。又称 弯曲振动或变角振动。
红外光谱仪
目前有两类红外光谱仪:色散型和干涉型（傅立叶变换红外光谱仪)
色散型红外光谱仪工作原理图
傅立叶变换红外光谱仪工作原理图
傅立叶变换红外光谱仪的光路图
• k为化学键的力常数（N/cm ），为双原子折合质量
1 k (cm1) 2c
m1m 2 m1 m2
二、多原子分子的振动
• 多原子分子的振动更为复杂（原子多、化学键多、空间结构复杂）
，但可将其分解为多个简谐振动来研究。
• 简谐振动 整个分子质心不变、整体不转动、各原子在原地作简谐振
动且频率及位相相同。此时分子中的任何振动可视为所有上述简谐振 动的线性组合。
分子转动 跃迁类型
红外光谱的表示方法： 下图为苯酚的红外光谱
红外吸收光谱的特点
• 1）红外吸收只有振-转跃迁，能量低； • 2）应用范围广：除单原子分子及单核分子外，几乎所有有机物均有
红外吸收； • 3）分子结构更为精细的表征：通过IR谱的波数位置、波峰数目及强
度确定分子基团、分子结构； • 4）定量分析； • 5）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品； • 6）分析速度快。
红外光谱法（IR）
• 红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收光谱。样品 受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频 率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩的净变化，使振转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区域的透射光强
减弱，记录百分透过率T%对波数或波长的曲线，即红外光
谱。
连续 h (I 0 ) M 分 子 振 跃 动 M 迁 转 * 动 I t
拉曼发明的拉曼光谱仪
• 1928~1940年，受到广泛的重视，曾是研究分子结 构的主要手段。这是因为可见光分光技术和照相感 光技术已经发展起来的缘故；
• 1940~1960年，拉曼光谱的地位一落千丈。主要是 因为拉曼效应太弱（约为入射光强的10-6），并要求 被测样品的体积必须足够大、无色、无尘埃、无荧 光等等。所以到40年代中期，红外技术的进步和商 品化更使拉曼光谱的应用一度衰落；
光谱区与能量相关图
2. 红外光区划分
红外光谱 (0.75~1000m)
近红外(泛频） (0.75~2.5 m)
倍频
中红外(振动区) (2.5~25 m)
分子振动转动 （常用区）
远红外(转动区) (25-1000 m)
分区及波长范围
拉曼光谱分析技术
拉曼光谱分析技术
1 拉曼光谱概述 2 拉曼光谱的基本原理 3 激光拉曼光谱仪 4 拉曼光谱技术的应用和发展
1 拉曼光谱概述
1.1 拉曼光谱的发展历程
• 1928年印度物理学家C.V.拉曼在实验 中发现，当光穿过透明介质被分子散 射的光发生频率变化，这一现象称为 拉曼散射，本人也因此荣获1930年的 诺贝尔物理学奖。
催化剂表征技术
催化剂表征内容
• 化学组成与物相结构 • 比表面与孔结构 • 活性表面与分散度 • 表面组成与表面结构 • 酸碱度 • 氧化还原性等
催化表征技术（方法）
体相组成：XRF; AAS;ICP
物相性质：XRD; TEM; DTA; TG
表面组成：XPS; AES
比表面： BET
晶粒Biblioteka Baidu寸： SEM; TEM; TPR
红外光谱法应用
• 定性分析 1. 已知物的签定
• 将试样谱图与标准谱图对照或与相关文献上的谱图对照。 2. 未知物结构分析
• 如果化合物不是新物质，可将其红外谱图与标准谱图对照（查对） ， 如 果化合物为新物质，则须进行光谱解析，其步骤为： 1）该化合物的信息收集：试样来源、熔点、沸点、折光率、旋光率等； 2）不饱和度的计算： 通过元素分析得到该化合物的分子式，并求出其不饱和度过 3）查找基团频率，推测分子可能的基团； 4）查找红外指纹区，进一步验证基团的相关峰； 5）通过其它定性方法进一步确证
• 7）与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能。
基本原理
• 一、双原子分子的振动
• 分子的两个原子以其平衡点为中心，以很小的振幅（与核间距相比）作周期性“简谐”振动，其振 动可用经典刚性振动描述：
(频 ) 2 率 1 k.....或 ..( .c . .1 m ) 1 c 2 1 c k
各组分分 布：TEM
表面结构： 孔隙率：
LEED
Physisorption
分散度：Chemisorption; XRD; TEM
配位、价态：IR； NMR；EPR；UV-vis
电子能级： XPS
酸碱性：IR; Chemisorption
表面活性反应性能： TPD; TPR;TPSR
• AAS: Atomic Absorption Spectroscopy原子吸收光谱 • AES: Auger Electron Spectroscopy 俄歇电子能谱 • DTA: Differential Thermal Analysis差热分析法 • EPR (ESR): Electron Paramagnetic Resonance 电子自旋共振 • IR: Infrared Spectroscopy红外吸收光谱 • LEED: Low-energy electron diffraction低能电子衍射 • SEM: Scanning electron microscopy扫描电子显微镜 • TEM: Transmission electron microscopy透射电子显微镜 • TG: Thermogravimetric method 热重 • TPD: Temperatrue-programmed desorption程序升温脱附 • TPR: Temperatrue-programmed reduction程序降温脱附 • TPSR: Temperatrue-programmed surface reaction程序升温表面反应 • XRF: X-ray fluorescence spectroscopy X射线荧光光谱分析 • XPS: X-ray photoelectron spectroscopy X射线光电子能谱 • XRD: X-ray diffraction X射线衍射
• 简谐振动基本形式
伸缩振动：原子沿键轴方向伸缩，键长变化但键角不变的振动。 变形振动：基团键角发生周期性变化，但键长不变的振动。又称 弯曲振动或变角振动。
红外光谱仪
目前有两类红外光谱仪:色散型和干涉型（傅立叶变换红外光谱仪)
色散型红外光谱仪工作原理图
傅立叶变换红外光谱仪工作原理图
傅立叶变换红外光谱仪的光路图
• k为化学键的力常数（N/cm ），为双原子折合质量
1 k (cm1) 2c
m1m 2 m1 m2
二、多原子分子的振动
• 多原子分子的振动更为复杂（原子多、化学键多、空间结构复杂）
，但可将其分解为多个简谐振动来研究。
• 简谐振动 整个分子质心不变、整体不转动、各原子在原地作简谐振
动且频率及位相相同。此时分子中的任何振动可视为所有上述简谐振 动的线性组合。
分子转动 跃迁类型
红外光谱的表示方法： 下图为苯酚的红外光谱
红外吸收光谱的特点
• 1）红外吸收只有振-转跃迁，能量低； • 2）应用范围广：除单原子分子及单核分子外，几乎所有有机物均有
红外吸收； • 3）分子结构更为精细的表征：通过IR谱的波数位置、波峰数目及强
度确定分子基团、分子结构； • 4）定量分析； • 5）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品； • 6）分析速度快。
红外光谱法（IR）
• 红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收光谱。样品 受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频 率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩的净变化，使振转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区域的透射光强
减弱，记录百分透过率T%对波数或波长的曲线，即红外光
谱。
连续 h (I 0 ) M 分 子 振 跃 动 M 迁 转 * 动 I t
拉曼发明的拉曼光谱仪
• 1928~1940年，受到广泛的重视，曾是研究分子结 构的主要手段。这是因为可见光分光技术和照相感 光技术已经发展起来的缘故；
• 1940~1960年，拉曼光谱的地位一落千丈。主要是 因为拉曼效应太弱（约为入射光强的10-6），并要求 被测样品的体积必须足够大、无色、无尘埃、无荧 光等等。所以到40年代中期，红外技术的进步和商 品化更使拉曼光谱的应用一度衰落；