第二章-红外光谱和拉曼光谱技术
红外光谱和拉曼光谱
j 环氧树脂
k 聚甲基硅氧烷
l 聚乙二醇和聚丙二醇
m 脲醛树脂
n 不饱和聚酯
3..1.5红外光谱的解析 （1）谱带的三个重要特征
位置、形状、相对强度
（2）谱图解析
特征区
a、化合物具有哪些官能团，第一强峰有可能估 计出化合物类别；
b、确定化合物是芳香族还是脂肪族，饱和烃还 是不饱和烃，主要由C－H伸缩振动类型来判断。C －H伸缩振动多发生在3 100~2 800cm-1之间，以3 000 cm-1为界，高于3 000 cm-1为不饱和烃，低于3 000 cm-1为饱和烃。芳香族化合物的苯环骨架振动 吸收在1 620 ~1 470cm-1之间，若在1600±20、 1500±25 cm-1有吸收，确定化合物是芳香族。
O C=O
C Cl
C-C
A 化合物A在1 773cm-1和1 736 cm-1出现两个 C=O吸收峰，由于C=O(1773-1776cm-1) 和C— C弯曲振动（880-860cm-1)倍频发生费米共振 所致。
空间位阻效应：
环张力： 环内影响：以环烯为例。
烯C原子为sp2杂化，
成键之间的夹角应为120 度。在环烯烃中，键角 小于120 度（环己烯除 外），因此C=C键中的σ 键是“弯键”，与两个 成键C核之间的连线并不 重合，键强度降低，而 且环越小，键弯曲越甚， 键强度越弱。
指纹区 A、作为化合物含有什么基团的旁证，指纹区许
多吸收峰都是特征区吸收峰的相关峰。 B、确定化合物的细微结构
总的图谱解析可归纳为：先特征，后指纹；先最强峰， 后次强峰；先粗查，后细找；先否定，后肯定。抓一组 相关峰。光谱解析先从特征区第一强峰入手，确认可能 的归属，然后找出与第一强峰相关的峰。第一强峰确认 后，再依次解析特征区第二强峰、第三强峰，方法同上。 对于简单的光谱，一般解析一、两组相关峰即可确定未 知物的分子结构。对于复杂化合物的光谱由于官能团的 相互影响，解析困难，可粗略解析后，查对标准光谱或 进行综合光谱解析。
红外光谱IR和拉曼光谱Raman课件
优缺点分析
IR光谱
优点是检测的分子类型广泛，可用于多种类型的化学分析；缺点是需要样品是固态或液态，且某些基团可能无法 检测。
Raman光谱
优点是无需样品制备，对气态、液态和固态样品都适用；缺点是检测灵敏度相对较低，可能需要更长的采集时间 和更强的光源。
选择与应用指南
选择
根据样品的类型和所需的化学信息，选择合适的分析方法。对于需要检测分子振动信息 的样品，IR光谱更为合适；而对于需要快速、非破坏性检测的样品，Raman光谱更为
领域的研究和应用。
04
CATALOGUE
红外光谱（IR）与拉曼光谱（ Raman）比较相似性与差异性Fra bibliotek相似性
两种光谱技术都利用光的散射效应来 检测物质分子结构和振动模式。
差异性
IR光谱主要检测分子中的伸缩振动， 而Raman光谱则主要检测分子的弯曲 振动。此外，IR光谱通常需要样品是 固态或液态，而Raman光谱对气态和 液态样品也适用。
拉曼散射是由于物质的分子振动或转动引起的，散射光的频率与入射光的频率不同 ，产生拉曼位移。
拉曼散射的强度与入射光的波长、物质的浓度和温度等因素有关。
拉曼活性与光谱强度
拉曼活性是指物质在拉曼散射中的表 现程度，与物质的分子结构和对称性 有关。
在拉曼光谱实验中，可以通过控制入 射光的波长和强度，以及选择适当的 实验条件来提高拉曼光谱的强度和分 辨率。
红外光谱解析
特征峰解析
根据红外光谱的特征峰位置和强 度，推断出分子中存在的特定振
动模式。
官能团鉴定
通过比较已知的红外光谱数据，可 以鉴定分子中的官能团或化学键。
结构推断
结合其他谱图数据（如核磁共振、 质谱等），可以推断分子的可能结 构。
物理学中的红外光谱和拉曼光谱
物理学中的红外光谱和拉曼光谱红外光谱和拉曼光谱是物理学中常见的两种光谱分析技术。
红外光谱（Infrared Spectroscopy）是通过测量吸收红外光的能力来分析物质的分子结构和化学键的情况；而拉曼光谱（Raman Spectroscopy）则是通过测量分子和晶格结构对入射光的散射来分析物质的分子结构和化学键的状态。
这两种光谱分析技术已成为当今科学技术领域中不可或缺的重要工具。
红外光谱常用于分析物质的分子结构，还可分析分子中的化学键。
分子中的原子可通过它们的质量、电荷和其环境对红外光的散射和吸收，发生振动和旋转。
每个分子都有自己的特定振动模式，包括结构和运动序列。
当红外光照射样品时，这些振动模式会形成一个可识别和特异的吸收图谱。
吸收的图谱可分为不同的区域，每个区域可对应特定的化学键或分子结构。
通过识别样品中各区域的特征吸收带，研究人员可以分析样品中存在的分子结构和化学键种类，从而了解样品的组成和特性。
与红外光谱相比，拉曼光谱具有更高的分辨率和更广的适用范围。
拉曼光谱中的散射光谱是通过入射光与样品分子或物质中发生的振动和旋转的相互作用而产生的。
这种光谱分析方法具有非破坏性、快速和高灵敏度等优点。
由于在红外光谱中存在的低频振动模式在拉曼光谱中也很活跃，因此该技术与红外光谱相比较而言，可提供更准确和更灵敏地分析可得到更高的分辨率。
目前，世界上许多领先的科学研究机构和实验室都应用拉曼光谱技术来研究从天体物质到分子生物学等研究值得注意的范围，以展现其在此领域中不可或缺的作用。
虽然红外光谱和拉曼光谱技术在科学、医学和工程领域中都有着广泛的应用，但这些技术也存在一些仍需注意、继续深究的领域。
例如，在生物医学领域中，研究人员正在探索利用红外光谱和拉曼光谱技术来识别癌细胞、病毒和菌株。
这些应用还需要更多的研究、开发和改进，才能更好地用于检测、治疗和预防世界各地所面临的健康问题。
综而言之，红外光谱和拉曼光谱技术在物理学中的应用非常广泛，并成为现代科学研究中不可或缺的重要工具。
第二章-红外光谱和拉曼光谱技术
第二章红外光谱和拉曼光谱技术研究阴离子型层状及插层材料的结构红外光谱和拉曼光谱技术是相当成熟的分子结构研究手段，目前已经应用于多种阴离子型层状结构LDHs的层板阳离子、层间阴离子的研究[1-21]。
LDHs中的水是一个很强的红外吸收体，因此，红外光谱中很难观察到层板羟基的伸缩振动吸收峰。
但是，水又是一个很差的散射体，层板羟基的伸缩振动可以很容易在拉曼光谱中观察到，因此拉曼光谱法在LDHs研究中逐渐得到人们的重视[18]。
近年来，红外发射光谱技术、热分析/红外光谱联用技术、原位红外和拉曼光谱技术等已经被用来研究LDHs的热稳定性及有机阴离子插层LDHs的热分解过程[21-26]。
相关红外光谱和拉曼光谱技术在LDHs中的应用研究综述详见文献[27]。
2.1. LDHs层板的振动光谱2.1.1. MgAl-LDHs的振动光谱MgAl-LDHs在目前的文献中研究最多，下面以MgAl-LDHs为例说明LDHs层板的振动光谱峰位归属，并且对不同金属阳离子组成的LDHs层板的振动光谱进行比较分析。
MgAl-LDHs的红外光谱谱图在3450cm-1处可以观察到一个强而宽的吸收峰（图2-1），这是由两个或三个羟基伸缩振动和层间水分子伸缩振动重叠而成的；在3000~3300cm-1附近有时还出现一个肩峰，这是由羟基和层间碳酸根的相互作用而产生的；在650cm-1以下可观察到晶格的平移振动，而在700~1000cm-1范围内观察到归属于羟基和水的平移振动模式的宽而强的吸收峰，450cm-1处的吸收峰归属于[AlO6]3-基团或Al-O的单键振动。
在600~650cm-1之间，观察到由多组分峰相重叠而成的一个宽峰，在555cm-1附近有时有一个独立的峰。
680cm-1处峰形比较复杂，这是由于Al-O和Mg-O键的振动峰与碳酸根的ν4振动峰发生重叠的缘故。
对870cm-1附近的吸收峰的归属存在争议，一些研究者认为此峰是由层间CO32-的ν2振动产生的[28-30]，而Kagunya等人[31]则认为856cm-1附近的峰归属于LDHs的层间阴离子CO32-、NO3-及OH-的转动振动模式E u(R)(OH)。
红外线与拉曼光谱
除单原子和同核分子如Ne、He、O2、H2等外，几乎所有的 有机化合物在红外光谱区均有吸收；
除光学异构体，某些高分子量的高聚物以及在分子量上只有 微小差异的化合物外，凡是具有结构不同的两个化合物，其红外 光谱一定不相同
小球，把连结它们的化学键看成质量可以忽略不计的弹簧，则两个原子间的 伸缩振动，可近似地看成沿键轴方向的间谐振动。
该分子的振动总能量(E n )为：
E n= （n +1/2）h （ n =0，1，2，）
n为振动量子数（ n =0，1，2，……）； 为分子振动的频率； E n是与振动量子数n相应的体系能量
高
4
2
0 0
100 200 300 400 500 600 700
Illumination time /min
(a)纯TiO2 (b) Fe(OH)3/TiO2 (c) Fe(OH)3/TiO2 250℃ 煅烧2h
催化剂的FTIR光谱
Transmittance
3
2
丰富的OH
官能团
1
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000
红外辐射无损性：样品可承受全部能量 有效消除样品的杂散光
样品池： 叠光充气池，长光程（有时可达80m） 应 用： 痕量有机气体分析。达10－9g
傅立叶变换光谱仪 20世纪70年代问世，第三代红外光谱仪
关键技术： 迈克尔逊干涉仪
优点： 速度快（105倍） 大光通量（信噪比提高100倍） 扩大了振动光谱的应用范围
按吸收的特征，可分为官能团区和指纹区
官能团区 4000～1300cm－1, 由官能团的伸缩振动产生，吸收峰比较稀疏，
拉曼光谱跟红外光谱的区别
拉曼光谱跟红外光谱的区别
拉曼光谱和红外光谱是两种不同的光谱技术，有以下几个主要区别：
1. 基本原理：红外光谱是通过测量分子吸收红外光的能量来分析样品的功能团信息，而拉曼光谱则是通过测量样品中分子振动引起的光散射来分析样品的化学结构。
2. 分析范围：红外光谱通常适用于分析样品中的官能团、化学键类型和某些结构特征，而拉曼光谱则可以提供更详细和全面的关于样品分子振动模式和化学结构信息。
3. 样品要求：红外光谱需要样品具有一定的吸收能力，因此大多数有机化合物和无机物都可以进行红外光谱测试。
而拉曼光谱对样品的要求相对较低，可以测试几乎所有类型的样品，包括固体、液体和气体。
4. 干扰因素：红外光谱对水分和二氧化碳有较强的吸收能力，因此在测试液体或气体样品时需要特别注意这些干扰因素。
而拉曼光谱对水和二氧化碳的干扰较小。
5. 仪器配置：红外光谱需要使用红外光源和红外检测器，且样品通常需要准备成KBr片或涂布在红外透明基板上。
而拉曼光谱则需要使用激光光源和拉曼散射检测器。
总的来说，虽然红外光谱和拉曼光谱都可以用于化学分析，但它们的原理、应用范围和仪器配置等方面有着一定的区别。
在
实际应用中，选择使用哪种光谱技术取决于需要分析的样品类型和所关注的分析信息。
3.2-红外光谱与拉曼光谱
拉曼光谱仪
激光拉曼光谱仪由以下部分组成：激光器（光 源）、样品光学系统、单色仪和接收器，电 子线路和记录器系统。 仪器原理：
图7.22 水杨酸的拉曼光谱图
红外与拉曼比较
• 1 都是研究分子结构（化学键）的分子振动 、 转动光谱。 • 2 红外光谱是吸收光谱，拉曼是发射光谱 • 3 拉曼的频谱范围宽 10－4500cm－1，红 外的窄 200－4000cm －1 。
红外光谱缺点
• 1 不适合分析含水样品，因为水中的羟基峰对测定有干扰 ； • 2 定量分析时误差大，灵敏度低，故很少用于定量分析； • 3 在图谱解析方面主要靠经验。
拉曼光谱
• 概述 1800年，英国科学家W. Herschel 在测色温时(即波长越 长，所具有的温度越高)，发现了红外光，Infra－Red。 由于存在红外非活性的问题，因此人们又继续研究探索 ，在1928年的时候，由印度科学家V. C. Raman发现了拉 曼效应，并获得1930年度Nobel物理奖。
假设散射物分子原来处于电子基态，振动能级如上图所示。当受到入射光照射时， 激发光与此分子的作用引起极化可以看作虚的吸收，表述为电子跃迁到虚态 （Virtual state），虚能级上的电子立即跃迁到下能级而发光，即为散射光。存在 如图所示的三种情况，散射光中既有与入射光频率相同的谱线，也有与入射光频率 不同的谱线，前者称为瑞利线，后者称为拉曼线。在拉曼线中，又把频率小于入射 光频率的谱线称为斯托克斯线，而把频率大于入射光频率的谱线称为反斯托克斯线。 拉曼位移定义：瑞利线(激发波数)与拉曼线的波数差。因此拉曼位移是分子振动能 级的直接量度。
(整理)第二章-红外光谱和拉曼光谱技术
第二章红外光谱和拉曼光谱技术研究阴离子型层状及插层材料的结构红外光谱和拉曼光谱技术是相当成熟的分子结构研究手段，目前已经应用于多种阴离子型层状结构LDHs的层板阳离子、层间阴离子的研究[1-21]。
LDHs中的水是一个很强的红外吸收体，因此，红外光谱中很难观察到层板羟基的伸缩振动吸收峰。
但是，水又是一个很差的散射体，层板羟基的伸缩振动可以很容易在拉曼光谱中观察到，因此拉曼光谱法在LDHs研究中逐渐得到人们的重视[18]。
近年来，红外发射光谱技术、热分析/红外光谱联用技术、原位红外和拉曼光谱技术等已经被用来研究LDHs的热稳定性及有机阴离子插层LDHs的热分解过程[21-26]。
相关红外光谱和拉曼光谱技术在LDHs中的应用研究综述详见文献[27]。
2.1. LDHs层板的振动光谱2.1.1. MgAl-LDHs的振动光谱MgAl-LDHs在目前的文献中研究最多，下面以MgAl-LDHs为例说明LDHs层板的振动光谱峰位归属，并且对不同金属阳离子组成的LDHs层板的振动光谱进行比较分析。
MgAl-LDHs的红外光谱谱图在3450cm-1处可以观察到一个强而宽的吸收峰（图2-1），这是由两个或三个羟基伸缩振动和层间水分子伸缩振动重叠而成的；在3000~3300cm-1附近有时还出现一个肩峰，这是由羟基和层间碳酸根的相互作用而产生的；在650cm-1以下可观察到晶格的平移振动，而在700~1000cm-1范围内观察到归属于羟基和水的平移振动模式的宽而强的吸收峰，450cm-1处的吸收峰归属于[AlO6]3-基团或Al-O的单键振动。
在600~650cm-1之间，观察到由多组分峰相重叠而成的一个宽峰，在555cm-1附近有时有一个独立的峰。
680cm-1处峰形比较复杂，这是由于Al-O和Mg-O键的振动峰与碳酸根的ν4振动峰发生重叠的缘故。
对870cm-1附近的吸收峰的归属存在争议，一些研究者认为此峰是由层间CO32-的ν2振动产生的[28-30]，而Kagunya等人[31]则认为856cm-1附近的峰归属于LDHs的层间阴离子CO32-、NO3-及OH-的转动振动模式E u(R)(OH)。
红外光谱与拉曼光谱的区别与联系
红外光谱与拉曼光谱的区别与联系
红外光谱和拉曼光谱是两种分析样品结构和成分的常见光谱技术。
它们之间的区别与联系如下：
区别：
1. 原理：红外光谱是通过测量材料中吸收、散射和透射红外辐射的强度来识别化学键和它们颇具特征的振动模式，从而确定样品成分和结构；而拉曼光谱则是通过测量样品散射光的频率变化，来获得样品的结构、振动和转动信息。
2. 激发能量：红外光谱需要使用红外辐射源来激发样品，而拉曼光谱则使用可见光激发样品。
3. 信息来源：红外光谱主要提供有关化学键类型和它们的振动模式的信息；拉曼光谱主要提供样品的振动、转动和结构信息。
联系：
1. 应用领域：红外光谱和拉曼光谱都被广泛应用于材料科学、化学、生物学、药学等领域的分析和研究中。
2. 补充性：红外光谱和拉曼光谱可以互补地提供样品的结构和成分信息。
有些样品在红外光谱中可能显示弱信号，但在拉曼光谱中会显示较强的信号，反之亦然。
3. 配置：红外光谱仪和拉曼光谱仪通常都包含光学探测器和数据处理系统，用于记录和分析光谱数据。
总的来说，红外光谱和拉曼光谱是两种互补的光谱技术，通过不同的测量原理和光学配置，提供样品结构和成分的信息。
在特定的研究领域和应用中，它们可以同时或相互补充地使用，以获得更全面的样品分析结果。
第二章 红外光谱和拉曼光谱
分子没有红外活性。
如：ClCH＝CCl2 ，有C＝C峰；而Cl2C＝CCl2 无C＝C峰 一般来说，不对称伸缩>对称伸缩，伸缩>弯曲
8. 常用术语 基频峰：分子吸收红外辐射后，由基态振动能级 （=0）跃迁至第一振动激发态（=1）时，所产 生的吸收峰称为基频峰。
基团鉴定工作最有价值的区域，称为官能团区。
官能团区又可分为三个波段：
4000-2500 cm-1区：X-H伸缩振动区(X为O、N、C
等原子)。这个区域的吸收峰说明有含氢原子的官
能团存在。如 O-H（3700-3200 cm-1），COO－H
（3600-2500 cm-1），N-H （3500-3300 cm-1）等。
能发生振转跃迁。即红外光的频率与振动量子数
的差值和振动振频的乘积相等 。
例 如 当 分 子 从 基 态 （ V=0 ） 跃 迁 到 第 一 激 发 态
（V=1），此时V=1，即a= 。
最主要的红外跃迁是V0→V1，称为本征跃迁。
6.2 Δμ≠0 。 只有能使偶极矩发生变化的振动形式才能吸收红外 辐射。 对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红
波长区）；反之，出现在低波数区（高波长区）。
4.3 峰强：
瞬间偶极矩变化大，吸收峰强；键两端原子电
负性相差越大（极性越大），吸收峰越强。极
性较强的基团（如C=0，C-X等）振动，吸收强
度较大；极性较弱的基团（如C=C、C-C、N=N
等）振动，吸收较弱。
红外光谱的吸收强度一般定性地用很强（vs）、 强（s）、中（m）、弱（w）和很弱（vw）等 表示。按摩尔吸光系数的大小划分吸收峰的强弱 等级：
倍频峰：在红外吸收光谱上除基频峰外，还有振
光谱技术：拉曼光谱仪vs红外光谱仪
光谱技术：拉曼光谱仪vs红外光谱仪光谱技术是一种广泛使用的分析技术，它通过分析物质所发射、吸收或散射的光谱类型来确定物质的性质和组成。
在光谱技术中，拉曼光谱和红外光谱是两种重要的技术手段。
本文将对拉曼光谱仪和红外光谱仪的原理和应用进行探讨，以此为基础比较它们的优缺点，最后讨论它们各自的应用领域，以帮助人们更好地理解这两种技术并选择最适合的技术手段。
拉曼光谱与红外光谱的原理和特点首先，拉曼光谱仪是一种非常有效的光谱技术，它利用样品吸收激光产生的光散射来确定样品的成分和性质。
拉曼散射的产生过程中，激光光子与样品中的分子发生相互作用，产生散射光，并且散射光所带有的频率差异就是拉曼光谱的特征。
然而，相对于传统的红外光谱，拉曼光谱的信噪比相对较小，因为在激光光束与样品相互作用时的强度差异可以导致较低的信噪比。
另外，由于激光与样品之间的相互作用有限，将样品置于能量损失窗口中可以有效地提高信噪比，但这样可能会导致样品的组成和性质出现变化，影响最终的分析结果。
而红外光谱仪则是一种测量样品吸收的波长范围的技术，它利用样品的振动和转动引起的吸收增加或减少不同频率的光来确定样品的质量和组成。
红外光谱依靠分子中的化学键的振动或转动来吸收红外辐射，因此不同类型的化学键将在特定的频率（波数）处吸收辐射，这些吸收与波长和振动相结合的特定化学键有关。
从而可以利用红外波谱检测样品所包含的化学键的类型和数量以及遵循的化学反应等信息。
两种技术的优缺点比较接下来，我们来比较一下拉曼光谱仪和红外光谱仪的优缺点。
首先，由于信噪比的风险，拉曼光谱有一些局限性，需要专业的样品准备和数据处理以精确测量化学成分，红外光谱相对来说信号较强，可以处理较高浓度溶液和纯固体样品。
另外由于样品的形式不同，红外光谱是对溶液和气体的检测更有效，而拉曼光谱对于固体的研究更为适用。
而且，近年来随着显微拉曼和表面增强拉曼技术的发展，大大提高了拉曼光谱技术的制备和微观分析功能，将在更广泛的应用领域中获得应用。
有机化学基础知识点有机物的红外光谱和拉曼光谱
有机化学基础知识点有机物的红外光谱和拉曼光谱有机化学基础知识点——有机物的红外光谱和拉曼光谱有机化学是研究有机物质结构、性质和变化的科学。
在有机化学研究中，红外光谱和拉曼光谱是两种重要的分析方法。
本文将介绍有机物的红外光谱和拉曼光谱的基本原理、应用场景以及分析流程。
一、红外光谱红外光谱是一种常用的谱学方法，通过检测有机物质与红外辐射的相互作用来研究其分子结构。
红外光谱的原理基于有机物质分子中的共振和非共振振动。
1. 基本原理红外辐射的频率范围通常为1到300 THz，对应的波长范围为0.78到300 μm。
它可以使分子内部的键振动和分子整体的转动、振动产生共振。
当有机物质与红外辐射发生共振时，分子的振动状态会发生变化，产生吸收峰。
2. 应用场景红外光谱广泛应用于有机物质的结构鉴定、反应监测和纯度检验等方面。
通过红外光谱分析，可以确定有机物分子中的官能团类型、键的性质以及取代基的位置等信息。
3. 分析流程红外光谱分析的流程一般包括样品制备、仪器调节和数据处理等步骤。
首先，需要将待测有机物制备成适当的样品，例如片剂、液体薄膜或气体。
然后，根据仪器的要求进行调节，选择合适的光源、检测器和波数范围等参数。
最后，通过数据处理软件对测量结果进行峰识别和谱图解析。
二、拉曼光谱拉曼光谱是一种非常灵敏和具有高分辨率的分析方法，能够提供关于分子结构和化学键的详细信息。
拉曼光谱的测量原理基于拉曼散射效应。
1. 基本原理当光线通过物质时，一部分光被散射，其中一小部分经历拉曼散射。
拉曼散射是指入射光子与物质分子相互作用，并相对于入射光产生能量的增减。
拉曼光谱测量的是样品与散射光之间的相对频率差异，通过分析产生的拉曼散射光，可以获得物质的结构和键信息。
2. 应用场景拉曼光谱广泛应用于有机物的鉴定、反应动力学研究和药物分析等领域。
与红外光谱相比，拉曼光谱对样品准备的要求更低，对水和其他溶剂的干扰也较小。
3. 分析流程拉曼光谱的分析流程一般包括样品制备、仪器调节和数据处理等步骤。
第二部分红外与拉曼光谱法
光散射是自然界常见的现象.当一束光照射介质时,除被吸收之外, 大部分被反射或透过,另一部分光被介质向四面八方散射 .在散射光 中,大部分是瑞利散射,小部分是拉曼散射. 瑞利散射: 弹性碰撞；无能量交换，仅改变方向；频率不发生改变 的辐射散射(u=u0)；强度与l0的四次方成反比 拉曼散射：非弹性碰撞；方向改变且有能量交换； 频率发生改变的辐射散射(u=u0△u)
h 红外吸收 受激虚态 h(0 + ) h(0 - ) h 0
入射
散射
h 拉曼散射
E1 E0
拉曼光谱与红外光谱
同
同属分子振(转)动光谱
红外：适用于研究不同原子的极性键振动 异：红外 分子对红外光的吸收
强度由分子偶极距决定 －OH, －C＝O，－C－X
拉曼： 适用于研究同原子的非极性键振动 异：拉曼 分子对激光的散射 强度由分子极化率决定 － N－ N－, －C－C－， C＝C
催化剂本 体的研究
催化剂上吸附 物种的研究
骨架振动 表面基团 氧化物 分子筛等
探针分子
不稳定吸附物种 反应中间物等
催化剂制备 与开发
表面组成 表面结构 表面电荷密度分布 不同组分间相互作用 不同活性中心的鉴别
催化表面 反应机理
红外（拉曼）光谱应用于催化研究的各个领域
探针分子：CO，NO，CO2，NH3，C2H4, HCHO, 吡啶，苯,甲醇，甲酸以及同位素取代物等
CO 在Pd - Ag/ SiO2 上吸附的红外谱图
曲线⋯⋯pCO = 1.33 Pa ;曲线—pCO = 66.66
2. 氧化物催化剂的表征
氧化物、复合氧化物在催化剂、载体以及合成材料方面应用十分广泛。 对其结构、性相和制备过程的研究意义重大。应用比较多且有效的手 段是红外光谱、拉曼光谱、X 光衍射、热分析、电镜等方法。这些方 法的联合利用,可提供十分丰富的结构信息。
红外和拉曼光谱
(3) 少数分子的振动即无红外活性，也无拉曼 活性。例如乙烯是平面对称分子，没有永久偶 极矩，在扭曲振动时，没有偶极矩的变化，也 没有极化率的变化，所以没有红外活性和拉曼 活性。当然，乙烯的其它振动形式，可能是拉 曼活性的。
一般来说，非对称振动产生强的红外吸收，而 对称振动则表现出显著的拉曼谱带。
17
由于某些化学键或基团处于不同结构的分子中， 它们的红外吸收光谱频率会发生有规律的变化。 利用这种变化的规律可以鉴定高聚物的分子链 结构。当高聚物的序态不同时，由于分子间的 相互作用力不同，也会导致红外光谱带的频率 变化或是发生谱带数目的增减或谱带强度的变 化，因此可用以研究高聚物的聚集态结构。
第二章 红外光谱与拉曼光谱
1
红外光谱与拉曼光谱在材料究中的作用与区别*
作用：主要用于材料的化学和物理结构的表 征； 区别：红外光谱对振动基团的偶极矩敏感， 可以鉴定极性基团，用于具有非对称结构的 物质测定；
拉曼光谱对振动基团的极化率敏感， 可以研究物质的骨架特征，用于具有对称结 构的物质测定；
2
红外和拉曼分析法结合
是在此期间，欧阳修在滁州留下了不逊于《岳阳楼记》的千古名篇——《醉翁亭记》。接下来就让我们一起来学习这篇课文吧！【教学提示】结合前文教学，有利于学生把握本文写作背景，进而加深学生对作品含义的理解。二、教学新课目标导学一：认识作者，了解作品背景作者简介：欧阳修(1007—1072)，字永叔，自号醉翁，晚年又号“六一居士”。吉州永丰(今属
确定分子结构： 根据红外光谱与分子结构的关系， 再通过图谱解析便可确定分子结构。
19
纯度的检查：样品中若含有杂质，则它的红外 光谱图与纯物质相比，会出现多余的吸收峰， 于是可以借比较物质提纯前后的红外光谱来了 解物质提纯过程中杂质的消除情况。提纯后由 于杂质的减少，红外光谱中杂质的吸收降减弱 或消失。
第二章红外和拉曼光谱
2.2.2测试条件对红外谱带的影响 1,试样的形态 同一试样的固态,液态和气态的红外光谱是有着 较大的差别的,其特点是基团的吸收频率的移动 一般很小,但形状和复杂性却有着显著差别 气态 ,吸收带要比液相的稍宽而矮 液态 ,吸收带变窄,吸收频率较气态时发生位移 如果液态分子间有缔合或氢键产生时,吸收带的 频率,强度以及数目都会发生较大变化 固态的红外光谱吸收带比液态的要多且复杂,形 状更尖锐.
C-O 伸缩振动
1300 ~ 1000 cm1 769 – 659 cm1
O-H 面外弯曲
苯甲醇
B C A
E
G
H
C C
O H A 3300 B 3100 ~ 3000 芳 C H C 2980 ~ 2840 CH2 C H
E 1497,1453 G 1017 H 735
C O
C H
面外弯曲
D A A B C
通常是溴化钾氯化钠等使用前应将其充分磨细颗粒直径应小于红外辐射的波长样品与介质的比例通常可取几毫克样品与大约051克溴化钾混合避免研细的溴化钾吸收空气中的水分压片前的操作最好在干燥箱或红外灯下进行222测试条件对红外谱带的影响1试样的形态同一试样的固态液态和气态的红外光谱是有着较大的差别的其特点是基团的吸收频率的移动一般很小但形状和复杂性却有着显著差别气态吸收带要比液相的稍宽而矮液态吸收带变窄吸收频率较气态时发生位移如果液态分子间有缔合或氢键产生时吸收带的频率强度以及数目都会发生较大变化固态的红外光谱吸收带比液态的要多且复杂形状更尖锐
C
C
H
H
sp sp2 sp3
CH伸缩振动频率(cm1) 3300 3100 2900
C
H
5,组成化学键的原子质量 组成化学键的原子质量越小,红外吸收频率越高.
红外光谱与拉曼光谱-(2)
15.1红外光谱
大分子的简正振动
一个含有N个原子的分子应有3N—6个简正振动
（线性分子为3N-5），每个简正振动具有一定 的能量，应在相应的波数位置产生吸收。高聚 物分子内的原子数目是相当大的。
第七页，编辑于星期日：二十一点 五十九分。
15.1红外光谱
（5）取向在备向异性材料中，高聚物链和侧基择优排列的 类型及程度。从应用角度来说，红外和拉曼光谱在下列方 面已广泛应用： （l）高聚物材料的分析和鉴定； （2）并聚物的组成分析和序列分布的研究；
（3）聚合过程、反应机理的研究；
（4）老化、降解机理的研究。
第二页，编辑于星期日：二十一点 五十九分。
红外和拉曼光谱统称为分子振动光谱，但它们 分别对振动基团的偶极矩和极化率的变化敏感。 因此可以说，红外光谱为极性基团的鉴定提供 最有效的信息，而拉曼光谱对研究共核高聚物 骨架特征特别有效。在研究高聚物结构的对称 性方面，红外和拉曼光谱两者相互补充。一般 来说非对称振动产主强的红外吸收，而对称振 动则表现出显著的拉曼谱带。
第十六页，编辑于星期日：二十一点 五十九分。
15.1红外光谱
（l）溶液
尽管溶液制样技术在小分子化合物的红外光谱测量 中获得广泛应用，特别是在定量分析中，这一制 样技木具有很多优点。但在高聚物的研究中却用 得很少。这是因为难于找到在红外辐射区既有良 好的透明度，又能溶解高聚物这样理想的溶剂。
第十七页，编辑于星期日：二十一点 五十九分。
第二十一页，编辑于星期日：二十一点 五十九 分。
15.1红外光谱
➢ 红外光谱法成功地检测了双烯类高聚物中的内、 外双键以及内双键中的顺、反式结构。
➢ 研究橡胶老化
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第二章红外光谱和拉曼光谱技术研究阴离子型层状及插层材料的结构红外光谱和拉曼光谱技术是相当成熟的分子结构研究手段，目前已经应用于多种阴离子型层状结构LDHs的层板阳离子、层间阴离子的研究[1-21]。
LDHs中的水是一个很强的红外吸收体，因此，红外光谱中很难观察到层板羟基的伸缩振动吸收峰。
但是，水又是一个很差的散射体，层板羟基的伸缩振动可以很容易在拉曼光谱中观察到，因此拉曼光谱法在LDHs研究中逐渐得到人们的重视[18]。
近年来，红外发射光谱技术、热分析/红外光谱联用技术、原位红外和拉曼光谱技术等已经被用来研究LDHs的热稳定性及有机阴离子插层LDHs的热分解过程[21-26]。
相关红外光谱和拉曼光谱技术在LDHs中的应用研究综述详见文献[27]。
2.1. LDHs层板的振动光谱2.1.1. MgAl-LDHs的振动光谱MgAl-LDHs在目前的文献中研究最多，下面以MgAl-LDHs为例说明LDHs层板的振动光谱峰位归属，并且对不同金属阳离子组成的LDHs层板的振动光谱进行比较分析。
MgAl-LDHs的红外光谱谱图在3450cm-1处可以观察到一个强而宽的吸收峰（图2-1），这是由两个或三个羟基伸缩振动和层间水分子伸缩振动重叠而成的；在3000~3300cm-1附近有时还出现一个肩峰，这是由羟基和层间碳酸根的相互作用而产生的；在650cm-1以下可观察到晶格的平移振动，而在700~1000cm-1范围内观察到归属于羟基和水的平移振动模式的宽而强的吸收峰，450cm-1处的吸收峰归属于[AlO6]3-基团或Al-O的单键振动。
在600~650cm-1之间，观察到由多组分峰相重叠而成的一个宽峰，在555cm-1附近有时有一个独立的峰。
680cm-1处峰形比较复杂，这是由于Al-O和Mg-O键的振动峰与碳酸根的ν4振动峰发生重叠的缘故。
对870cm-1附近的吸收峰的归属存在争议，一些研究者认为此峰是由层间CO32-的ν2振动产生的[28-30]，而Kagunya等人[31]则认为856cm-1附近的峰归属于LDHs的层间阴离子CO32-、NO3-及OH-的转动振动模式E u(R)(OH)。
而拉曼光谱中羟基伸缩振动很弱，但要比红外光谱中相应振动模式的峰更尖锐。
Kagunya等[31]将695cm-1和1061cm-1处的两个峰归属于平移振动模式E g(T)和转动振动模式E g(R)，这两个峰与相应层间CO32-产生的ν4（约680cm-1）和ν1（约1063cm-1）振动峰位置接近，可能会发生重叠。
Kloprogge等[29]在1061cm-1和1053cm-1处分别观察到一个尖峰和一个宽而弱的重叠峰。
在476cm-1和552cm-1处的两个峰是由与主体Al相连的羟基振动产生的，但也可能受到配体中Mg的影响。
476cm-1峰具有拉曼活性，而552cm-1峰与红外光谱中553cm-1峰具有相同的振动模式。
与水镁石相比（3570~3555cm-1），MgAl-LDHs中羟基的伸缩振动峰发生了位移，出现在3450cm-1附近[31]，表明LDHs层板中部分Mg2+被具有较高电荷和较小离子半径的Al3+取代，使其层板与层间阴离子之间存在较强的氢键作用。
同时由于LDHs层间静电吸引力增强，使LDHs中的O-H键增强，键长变得更短，伸缩振动能量增高。
另外，MgAl-LDHs的低频区晶格平移振动峰也发生了位移，水镁石出现在365cm-1处，而MgAl-LDHs却位移到了448~440cm-1处[31]。
对含有不同层间阴离子CO32-、NO3-和OH-的MgAl-LDHs进行振动光谱的比较研究表明，平移振动和晶格平移振动频率不会因为层间阴离子不同而有明显区别，由此说明LDHs层板羟基的偶极子不会因为与层间阴离子相互作用而受影响[31]。
然而，一些研究者的研究表明，对于不同层间阴离子的MgAl-LDHs，其层板上羟基振动频率存在较大的差异[29,32,33]。
2.1.2. 层板金属阳离子对LDHs振动光谱的影响当层板中Mg2+和Al3+被其它半径相近的金属离子取代后，相应LDHs振动光谱中通常能观察到羟基伸缩振动峰的微小位移，并且位移程度受层板金属离子摩尔比值大小的影响。
当LDHs层板中引入Zn2+后，其羟基伸缩振动峰向高频方向发生微小位移，同时观察到层间CO32-的ν3振动峰。
ZnAl-LDHs层板中引入少量Cu2+后，其羟基伸缩振动仍在3450cm-1附近。
但是，当Cu/Zn摩尔比大于6时可以看到ZnCuAl-LDHs羟基伸缩振动峰位移到3400cm-1处，并且其振动吸收峰都变宽。
增加CoAl-LDHs中的Co/Al摩尔比（从2增加到2.6和3.1），3414cm-1处的伸缩振动峰分别位移到3436cm-1和3453cm-1，峰宽从280cm-1增到380cm-1处。
当Ni/Al摩尔比由2增大到3时，NiAl-LDHs 羟基的伸缩振动峰从3420/3450cm-1位移到3500cm-1处，这是由LDHs层板与层间阴离子的静电作用对氢键产生影响引起的。
有时还能够在红外谱图中能观察到低频峰的微小位移。
例如，在ZnAl-LDHs的红外光谱中能观察到低于1000cm-1的峰向低频方向发生15cm-1的微小位移。
对于LiAlCl-LDHs，其拉曼光谱中在362、402、532和555cm-1，380和460cm-1处观察到归属于νOAlO晶格振动峰，在602和752cm-1处观察到归属于νOAl晶格振动峰；在880和1030cm-1处观察到两个弱峰归属于羟基的弯曲振动；3245和3484cm-1处的宽峰是由层间水产生的；3590cm-1处的尖锐峰归属于LDHs层板羟基与层间氯离子的键合作用。
MgGa-LDHs红外光谱中，羟基伸缩振动峰出现在3700cm-1处并变宽；在3800~2700cm-1之间有一归属于层间碳酸根阴离子的宽振动峰；在450~650cm-1之间的峰应归属于氧化物MgO、Al2O3和Ga2O3的晶格振动。
MgFeAl-LDHs的红外光谱中，在3500cm-1左右出现一个归属于层板羟基和层间分子的伸缩振动的宽峰；低于1000cm-1区域，从[Mg0.74Fe0.11Al0.15(OH)2](CO3)0.70H20到[Mg0.75Fe0.25(OH)2](CO3)0.130.61H2O增加Fe3+离子含量使440cm-1处的峰裂分为380cm-1处的一个宽峰和450cm-1处的一个肩峰，625cm-1处的宽峰在625和720cm-1处裂分成两个峰；另外，LDHs层板中Al3+和Fe3+的数量不同，峰相对强度也不同。
含有Cr3+、Y3+、Al3+和V3+的LDHs红外光谱，与含Al3+的LDHs相比，其羟基伸缩振动峰从3410cm-1分别位移到3448cm-1，3472cm-1和3480cm-1处[34-37]；低频区出现一些晶格振动峰，例如层板含Y3+的MgAl-LDHs在605cm-1和412cm-1处出现两个宽峰，这可能归属于Mg-O、Al-O、Y-O、Mg-O-Al的晶格振动。
层板含V3+的LDHs在395、510、709和960cm-1附近出现晶格振动峰，这与MgAl-LDHs 的448cm-1处平移振动峰A2u（T）和686cm-1处的平移振动峰E u（OH）非常一致[31]。
Ni/Mn(III)-LDHs 的红外光谱中在3420cm-1处观察到羟基伸缩振动峰，在384、563、731cm-1处观察到晶格振动峰[38]。
而用V(III)替代Mn(III)后，羟基伸缩振动的宽峰位移到3435cm-1处；另外，增加Ni/V摩尔比导致红外谱图低频区发生较大变化：当钒含量增加时，520和525cm-1处的两个峰在522cm-1处合并成一个宽峰，而677和776cm-1处的两个峰也向低波数方向位移，在732cm-1处形成了一个单峰。
另外843cm-1处的肩峰也随钒含量的增加而变得明显[39]。
图2-1 MAl-LDHs（M=Cu、Ni、Mg和Co）的红外光谱多种层板金属阳离子构成的三元以及多元LDHs的振动光谱较为复杂，下面分析几例三元LDHs 的红外光谱和拉曼光谱峰位的归属。
MgZnAl-LDHs的红外光谱在419、427、559、616和771cm-1处观察到Al-OH平移振动峰；在412、559、616cm-1处观察到Mg-OH平移振动峰；在445cm-1处观察到Zn-OH平移振动峰；在412、559、616cm-1处观察到Mg-OH平移振动峰；在1112、874、1359和1381cm-1，670和695~715cm-1处分别观察到层间CO32-的ν1、ν2、ν3和ν4振动峰；在955和1033cm-1处观察到Al-OH羟基变形振动峰；在1462cm-1处观察到Zn-OH羟基变形振动的单峰；在3471cm-1处观察到一个羟基伸缩振动峰（图2-2）[40]。
而MgZnAl-LDHs的拉曼光谱中在465~447和547~553cm-1处只观察到Al-OH平移振动峰；在464~477cm-1和547~553cm-1处观察到Mg-OH平移振动双峰；在450和495cm-1附近观察到Zn-OH平移振动峰；在1045~1055cm-1和1060cm-1处观察到CO32-的ν1振动双峰，在670cm-1和695~715cm-1附近观察到ν4振动峰；在3355~3360cm-1、3440~3455cm-1和3535~3580cm-1附近分别观察到三个羟基伸缩振动峰（图2-3）。
在NiZnAl-LDHs中引入Cr3+或Fe3+后，导致在低频区发生一些微小变化[41]：含Cr3+样品在475cm-1处有一个宽峰，含Fe3+的样品则在475和440cm-1处分裂成两个峰；而对于这两种样品，都可在3400cm-1处观察到一个宽的羟基伸缩振动峰。
当ZnCuAl-LDHs层板中引入少量Co2+时，其近红外光谱中的12500cm-1处观察到一个归属于Cu2+的畸变八面体内部振动的宽峰，在20000cm-1附近观察到一个归属于Co2+的八面体内部振动的弱峰[42]。
图2-2 Mg4Zn2Al2(OH)16CO3·nH2O的FT-IR曲线的拟合谱图2-3 Mg4Zn2Al2(OH)16CO3·nH2O的FT-Raman曲线拟合谱2.2. 无机阴离子插层LDHs的振动光谱2.2.1. 简单无机阴离子插层LDHs1．碳酸根游离态CO32-阴离子为D3h点群对称，在其红外光谱中可分别观察到880、1415和680cm-1处的面外弯曲振动ν2、反对称伸缩振动ν3和剪式弯曲振动ν4三种振动峰；而在其拉曼光谱中可分别观察到1063、1415和680cm-1处的对称伸缩振动ν1（强）、反对称伸缩振动ν3（弱）和剪式弯曲振动ν4（弱）三种振动峰[44]。