第三章 振动光谱作业
振动光谱-1
在使频率降低，谱峰变宽，积分强度增加，它 是判断有无醇、酚和有机酸的重要依据。当无 氢键存在时，O—H或N—H成一尖锐的单峰出 现在频率较高的部分。
N—H伸缩振动在3500～3300cm-1区域，和 O—H谱带重叠。但峰形略比O—H尖锐。伯、 仲酰胺和伯、仲胺类在该区都有吸收谱带。
苯的衍生物在2000~1667cm-1区域出现面 外弯曲振动的倍频和组频谱带，它们的强 度较弱，但该区吸收峰的数目和形状与芳 核的取代类型有直接关系，在判别苯环取 代类型上非常有用。
4）部分单键振动及指纹区域 （1500～400cm-1 ）
该区域的光谱比较复杂，一般较难找到它 们的归属。对鉴定有用的特征谱带主要有 C—H，O—H的变形振动以及C—O，C—N， C—X等的伸缩振动及芳环的C—H弯曲振动
环状结构也能使C=O伸缩振动的频率发生变化。羰基在七元环和六 元环上，其振动频率和直链分子的差不多。当羰基处在五元环或四元 环上时，其振动频率随环的原子个数减少而增加。这种现象可以在环 状酮，内酯以及内酰胺等化合物中看到。
3 氢键效应
氢键(分子内氢键；分子间氢键)：对峰位，峰强产 生极明显影响，使伸缩振动频率向低波数方向移动，谱 带变宽;弯曲振动向高频移动，谱带变窄。
例1：
R-COR C=0 1715cm-1 ; R-COCl C=0 1800cm-1 ; F-COF C=0 1920cm-1 ;
？
R-COH C=0 1730cm -1 ； R-COF C=0 1920cm-1 ; R-CONH2 C=0 1928cm-1 ;
例2：
ｂ．共轭效应
例1：
例2：
振动光谱课件
振动光谱
五、吸收谱带的强度
• 红外吸收谱带的强度决定于偶极矩的变化大小。 • 振动时偶极矩变化越大，吸收强度愈大。一般极性比较强的分子
或基团吸收强度都比较大。 • 例如C=C，C=N，C-C，C-H等化学键的振动吸收谱带都比较弱
； • 而C=O，Si-O,C-Cl,C-F等的振动，其吸收谱带就很强。
振动光谱
第二节 红外光和红外光谱
• 1800年 英国天文学家Hershl发现红外光（又称红外 辐射或红外线）。
• 物质因受红外光的作用，引起分子或原子基团的振 动（热振动），从而产生对红外光的吸收。利用物 质对不同波长红外光的吸收程度进行研究物质分子 的组成和结构的方法，称为红外吸收光谱法，常以 IR表示。
• 2、振动必须引起偶极矩变化，才是IR活性的。即 正负电荷中心的间距发生变化。——IR活性振动。
• 3、如果振动引起极化率变化，才是Raman活性 的。在电磁波的作用下，正负电荷出现诱导偶极矩 ，有些振动是红外活性的，但非拉曼活性，有些相 反。有些是双活性的，有些是双非活性的。
振动光谱
•四、晶格振动
二、分子光谱与原子光谱
1、原子运动与原子光谱
原子的运动主要是电子在原子核周围运动，因此原子运动的 能量叫电子能，是电子在核周围运动、电子与电子之间以及电 子与核之间的作用产生的。原子光谱是原子中电子能级跃迁产 生的光谱。包括原子吸收与发射光谱。
振动光谱
2、分子运动与分子光谱
与原子运动相比，分子运动较复杂，主要有分子的整个平动、 分子绕其质心的转动、分子中原子核的振动及分子中电子的运 动。各状态的能量为平动能、转动能、振动能和电子能。分子 的总能量由以下几种能量组成：
振动光谱
振动光谱\基本原理\分子振动模型
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4.1.1 光与分子的相互作用 光是一种波，可以使用波的基本公式：
振动光谱\基本原理\光与分子的相互作用
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振动吸收的条件
1 振动频率与红外光光谱段的某频率相等； 2 必须有偶极距的变化。
我们把产生红外辐射吸收的振动称为红外活性振动， 把不发生吸收红外辐射的振动称为非红外活性振动。
链接：偶极矩μ＝r×q。偶极距越大，键的极性越大。
振动光谱\红外光谱\红外光
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分子振动光谱48学时
分为对称和不对称伸缩振动。
亚甲基的伸缩振动
弯曲振动（或变形振动）： 键角发生变化而键长不变的振动。 分为面内和面外弯曲振动 面内变形振动又分为剪式和平面摇摆振动 面外变形振动又分为非平面摇摆和扭曲振动
亚甲基的弯曲振动
振动光谱的解释和应用
基频 倍频 组频 差频
H伸缩振动）在3000cm-1以上。 因此，3000cm-1是区分饱和烃与不饱和烃的分界线，
但三元环的—CH2伸缩振动除外，它的吸收在3000cm-1以 上；
N—H伸缩振动在3500～3300cm-1区域 和OH谱带重叠，但峰形比O—H尖锐。 伯、仲酰胺和伯、仲胺类在该区都有吸收谱带。
（ii）2500~1900cm-1为叁键和累积双键区 该区红外谱带较少
其结果是使振动频率发生变化，一个向高频移 动，一个向低频移动，谱带裂分。
（4）Fermi共振
当一振动的倍频与另一振动的基频接近时，由于 发生相互作用而产生很强的吸收峰或发生裂分，这种 现象叫Fermi共振。
苯甲醛
C—H伸缩振动（2800cm-1）和面内弯曲振动 （1400cm-1）的第一倍频相互共振而产生2780cm-1 和2700cm-1两个吸收峰.
这对于鉴定醛类化合物是很有效的。 其它影响因素还有空间效应、环的张力等.
吸收谱带的强度
红外光谱的吸收带强度即可用于定量分析，也是 化合物定性分析的重要依据。
振动过程中偶极矩的变化越大，谱带强度越强。
一般极性比较强的分子或基团吸收强度都比较大。 例如:
C＝O，Si—O，C—Cl，C—F等的振动，其吸收 谱带很强。
E= （υ+1/2）h ν （υ =0，1，2，……）
光谱作业指导书
光谱作业指导书引言概述：光谱是研究物质结构和性质的重要手段之一。
为了帮助大家更好地理解和掌握光谱分析的相关知识和技巧，本文将为大家提供一份光谱作业指导书。
该指导书将详细介绍光谱的基本概念、仪器设备、实验步骤以及数据处理方法，帮助读者在光谱分析实验中取得更好的效果。
一、光谱的基本概念1.1 光谱的定义光谱是指将物质通过光的作用分解为不同波长的成分，并记录下各个波长的强度或者吸收情况的一种实验方法。
1.2 光谱的分类光谱可分为连续光谱和线状光谱两种。
连续光谱是指由连续的波长组成，如白炽灯发出的光；线状光谱是指由离散的波长组成，如氢原子发射光谱。
1.3 光谱的应用光谱广泛应用于物质分析、光化学、天文学等领域。
通过光谱分析，我们可以了解物质的组成、结构以及相互作用等重要信息。
二、光谱仪器设备2.1 分光器分光器是光谱仪的核心部件，用于将进入的光按波长分解成不同的光束。
常见的分光器有棱镜分光器和光栅分光器。
2.2 探测器探测器用于测量经过分光器分解后的光的强度。
常见的探测器有光电二极管、光电倍增管和CCD等。
2.3 光源光源是提供光的装置。
常用的光源有白炽灯、氘灯、汞灯等。
根据实验需要选择合适的光源。
三、光谱实验步骤3.1 样品制备根据实验要求，选择合适的样品，并进行制备。
样品制备要求纯度高、浓度适宜，以保证实验结果的准确性。
3.2 仪器调试在进行光谱实验前，需要对光谱仪进行调试。
调试包括分光器的调整、探测器的灵敏度设置以及光源的选择等。
3.3 数据采集根据实验要求，将样品放入光谱仪中，进行数据采集。
注意调整仪器参数，确保数据采集的准确性和稳定性。
四、光谱数据处理方法4.1 峰位测定通过对光谱图进行峰位测定，可以确定各个波长对应的峰位位置，进而分析样品中不同成分的含量。
4.2 峰面积计算根据峰位测定结果，计算各个峰的面积。
峰面积与样品中成分的浓度相关，可用于定量分析。
4.3 峰形分析通过对峰形进行分析，可以了解样品中的结构和相互作用情况。
化学反应中的振动光谱技术
化学反应中的振动光谱技术在化学反应中，振动光谱技术被广泛应用。
振动光谱是通过测量分子的振动能量而得到的光谱。
这种技术非常有用，因为可以知道分子内部的化学键如何振动以及它们之间的相互作用。
这有助于化学家们了解分子结构和它们的性质。
振动光谱分为红外吸收光谱和拉曼散射光谱。
红外吸收光谱主要用于无机化合物和有机化合物的谱学研究，而拉曼散射光谱则适用于这两种类型的化合物。
这些技术非常重要，因为它们可以确定化学物质的组成，并帮助识别未知的化合物。
红外吸收光谱技术红外吸收光谱是通过测量分子中处在不同振动状态的化学键吸收的红外辐射而获得的。
这些化学键被激发到高能态，然后跌落到低能态时会吸收红外光，这种吸收会出现在红外光谱的特定波数。
因此每个化学键都对应着一个独特的吸收波数，这种波数被称为波数。
在红外光谱图形中，每个吸收峰的形式和位置都可以帮助化学家确定分子的化学结构以及化学键的振动方式。
通常，使用红外光谱检测它们的有机分子会有较好的输出。
这种技术可以分析分子的整体结构、分别分子中原子的键、分子中的官能团以及其他相关信息。
实际上，红外光谱技术被广泛应用于医学、化工、制药、食品、生物及环保等领域，是现代化学中不可或缺的一项技术。
拉曼散射光谱技术与红外吸收光谱技术类似，拉曼散射光谱利用的原理也是化学键对不同振动状态的响应。
区别在于，拉曼散射是指分子中的振动引起其自身的极小位移，散射光子后的能量源自于吸收的激发光子，其波数差值即为分子中所发生的振动。
该技术可以分析分子中的化学键和分子的整体结构，且有很高的灵敏度，因此被广泛用于化学、生物、医学等领域。
总结化学反应中的振动光谱技术是化学中不可或缺的一项技术。
通过分析分子的振动能量，可以确定化学键的振动形式、分子的整体结构以及分子内部的化学键之间的相互作用。
红外吸收光谱和拉曼散射光谱是两种常用的振动光谱技术，它们各自有自己的优缺点和特点，可以根据实际需求选择不同的技术来分析不同化学物质的性质和结构。
振动光谱和能谱仪习题 完整含答案版(2016)
振动光谱和能谱仪习题完整含答案版(2016)振动光谱和能谱仪习题（2016）一．选择题1．红外光谱是（）A：分子光谱B：原子光谱C：吸光光谱D：电子光谱E：振动光谱2．当用红外光激发分子振动能级跃迁时，化学键越强，则（A：吸收光子的能量越大B：吸收光子的波长越长C：吸收光子的频率越大D：吸收光子的数目越多E：吸收光子的波数越大3．在下面各种振动模式中，不产生红外吸收的是（）A：乙炔分子中对称伸缩振动B：乙醚分子中不对称伸缩振动C：CO2分子中对称伸缩振动D：H2O分子中对称伸缩振动E：HCl分子中H－Cl键伸缩振动4．下面五种气体，不吸收红外光的是（）Ａ：H2O Ｂ：CO2 Ｃ：HCl Ｄ：N25 分子不具有红外活性的,必须是（）Ａ：分子的偶极矩为零Ｂ：分子没有振动Ｃ：非极性分子Ｄ：分子振动时没有偶极矩变化Ｅ：双原子分子6．预测以下各个键的振动频率所落的区域，正确的是（）Ａ：Ｏ－Ｈ伸缩振动数在4000～2500cm?1B:C-O伸缩振动波数在2500～1500cm?1 ）C:N-H弯曲振动波数在4000～2500cmD:C-N伸缩振动波数在1500～1000cmE:C≡N伸缩振动在1500～1000cm?1?1?17.下面给出五个化学键的力常数,如按简单双原子分子计算,则在红外光谱中波数最大者是（）A:乙烷中C-H键,k?5.1?105达因?cm?1B: 乙炔中C-H键, k?5.9?105达因?cm?1C: 乙烷中C-C键, k?4.5?105达因?cm?1D: CH3C≡N中C≡N键, k?17.5?105达因?cm?1E:蚁醛中C=O键, k?12.3?105达因?cm?18．基化合物中,当C=O的一端接上电负性基团则（）A:羰基的双键性增强B:羰基的双键性减小C:羰基的共价键成分增加D:羰基的极性键成分减小E:使羰基的振动频率增大9．以下五个化合物,羰基伸缩振动的红外吸收波数最大者是（A:B:C:D: E:10．共轭效应使双键性质按下面哪一种形式改变（）Ａ：使双键电子密度下降Ｂ：双键略有伸长Ｃ：使双键的力常数变小Ｄ．使振动频率减小Ｅ：使吸收光电子的波数增加11．下五个化合物羰基伸缩振动的红外吸收波数最小的是（））A:D:B: E:C:12．下面四个化合物中的C=C伸缩振动频率最小的是（）A:B: C:D:13．两个化合物(1),(2)的谱带是（）?1A(1)式在～3300cm有吸收而(2)式没有B:(1)式和(2)式在～3300cm都有吸收,后者为双峰C:(1)式在～2200cm有吸收D:(1)式和(2)式在～2200cm都有吸收E: (2)式在～1680cm有吸收?1?1?1?1如用红外光谱鉴别,主要依据14．合物在红外光谱的3040～3010cm及1680～1620cm区域有吸收,则下面五个化合物最可能的是（）?1?1A： B：C：D：E：15. 一种能作为色散型红外光谱仪色散元件的材料为（）A 玻璃B 石英C 卤化物晶体D 有机玻璃16. 预测H2S分子的基频峰数为（）（A）4 （B）3 （C）2 （D）117. CH3—CH3的哪种振动形式是非红外活性的（）（A）υC-C （B）υC-H （C）δasCH （D）δsCH18. 化合物中只有一个羰基，却在1773cm-1和1736 cm-1处出现两个吸收峰，这是因为（）（A）诱导效应（B）共轭效应（C）费米共振（D）空间位阻19. Cl2分子在红外光谱图上基频吸收峰的数目（）A 0B 1C 2D 320. 红外光谱法, 试样状态可以（）A 气体状态B固体, 液体状态C 固体状态D 气体, 液体, 固体状态都可以21. 红外吸收光谱的产生是由（）A 分子外层电子、振动、转动能级的跃迁B 原子外层电子、振动、转动能级的跃迁C 分子振动-转动能级的跃迁D 分子外层电子的能级跃迁22. 色散型红外分光光度计检测器多（）A 电子倍增器B 光电倍增管C 高真空热电偶D 无线电线圈23. 一个含氧化合物的红外光谱图在3600～3200cm-1有吸收峰, 下列化合物最可能的（）A CH3－CHOB CH3－CO-CH3C CH3－CHOH-CH3D CH3－O-CH2-CH324. 某化合物在紫外光区204nm处有一弱吸收，在红外光谱中有如下吸收峰：3300-2500 cm-1（宽峰），1710 cm-1，则该化合物可能是（）A、醛B、酮C、羧酸D、烯烃25.在红外光谱分析中，用KBr制作为试样池，这是因为：( )A KBr 晶体在4000～400cm-1 范围内不会散射红外光B KBr 在4000～400 cm-1 范围内有良好的红外光吸收特性C KBr 在4000～400 cm-1 范围内无红外光吸收D 在4000～400 cm-1 范围内，KBr 对红外无反射26.下面给出某物质的部分红外光谱（如图），已知结构Ⅰ、Ⅱ或Ⅲ，试问哪一结构与光谱是一致的，为什么？结构Ⅱ。
《振动光谱》课件
适用
核磁共振谱
原理：利用核磁共 振现象，测量样品 中的核磁共振信号
应用：广泛应用于 有机化合物、生物 大分子、金属离子 等的结构分析和定 量分析
特点：具有高灵敏 度、高分辨率、无 破坏性等优点
技术：包括核磁共 振波谱、核磁共振 成像等
紫外可见光谱
应用领域的拓展与深化
生物医学领域：用于蛋白质、核酸等生物 大分子的结构分析和功能研究
材料科学领域：用于新材料的研发和性能 优化
环境科学领域：用于污染物监测和治理
化学领域：用于化学反应机理的研究和反 应动力学的模拟
物理领域：用于量子力学和凝聚态物理的 研究
航空航天领域：用于航天器和航天材料的 性能测试和优化
振动光谱的原理
振动光谱是研究分子振动能级的一 种光谱技术
振动光谱可以分为红外光谱和拉曼 光谱两种
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振动光谱的原理是利用分子振动能 级之间的跃迁来产生光谱信号
红外光谱和拉曼光谱的原理分别是 利用分子振动能级之间的跃迁和分 子振动能级之间的拉曼散射来产生 光谱信号
振动光谱的应用
THANK YOU
汇报人：
提高分辨率：通过 改进仪器和算法， 提高光谱分辨率， 实现更精确的测量
提高灵敏度：通过 改进仪器和算法， 提高光谱灵敏度， 实现更微弱信号的 检测
提高速度：通过改 进仪器和算法，提 高光谱测量速度， 实现更快速的测量
提高自动化程度： 通过改进仪器和算 法，提高光谱测量 的自动化程度，实 现无人值守的测量
紫外可见光谱是电磁波谱的一部分，波长范围为200-800nm 紫外可见光谱包括紫外光谱和可见光谱，其中紫外光谱的波长范围为200400nm，可见光谱的波长范围为400-800nm 紫外可见光谱的应用广泛，包括化学分析、生物医学、环境监测等领域
振动光谱实验及其在研究大分子结构中的应用
振动光谱实验及其在研究大分子结构中的应用振动光谱是一种物理学实验技术，它可以提供有关物质分子的振动和旋转的信息。
它被广泛应用于化学、物理、生物学和医学领域中，因为它可以用来分析不同类型的化学键、分子结构和反应动力学。
特别是振动光谱实验在研究大分子结构和行为中的应用，更是引起了广泛关注。
振动光谱技术基于分子吸收辐射能的原理。
分子的振动和旋转状态可以通过红外吸收、拉曼散射、光散射等方法来检测。
其中，红外吸收是最常用的振动光谱实验技术之一，它对于分子中的振动模式非常敏感。
具有不同的化学键、分子结构和状态的分子将在不同的频率上吸收辐射能，这就形成了独特的红外光谱指纹，这些指纹可以用来区分不同类型的分子。
在研究大分子结构中，振动光谱实验主要应用于聚合物、生物分子和纳米材料等领域。
这些大分子通常具有复杂的结构，例如多个子单元或基团之间的交联、排序、取向等。
通过红外光谱图，我们可以确定分子的化学成分、功能基团和分子中的振动模式，进而推测分子的空间构型和互作关系。
例如，在聚合物中，不同的聚合度和链分支会导致不同类型的振动方式和谱带变化，这就使得我们可以通过红外光谱图来表征聚合物的分子量分布、结构变化和缺陷程度。
类似地，在蛋白质和核酸中，氨基酸和核苷酸的基本单位呈现出独特的振动谱带，这使得我们可以通过红外光谱来表征不同蛋白质和核酸的三维结构、折叠和叠合方式。
除了红外吸收，拉曼散射也是一种常见的振动光谱实验技术。
与红外光谱不同，拉曼散射实验主要测量分子的振动和旋转产生的散射光，因此它更加灵敏和选择性。
对于大分子领域的应用而言，拉曼散射更多的用于表征分子结构和动态过程，例如分子指向、振动能量转移、激子或激发态的形成和衰减等。
此外，拉曼散射还可以用于表征纳米材料、生物大分子的空间构型和动态过程，例如蛋白质的折叠和解离等。
当然，在采用振动光谱实验技术时，我们还需要考虑一系列的实验性条件和处理方法。
例如，确定适当的光源和探测器，为分子测量提供较高的光谱峰信号和噪声控制;在数据处理过程中，我们需要对光谱图进行基线校正、幅度标定和谱线分析，以排除噪声干扰、提高光谱信号峰度和保证谱带的正确性和无歧义性。
材料物理专业《材料分析测试方法A》作业
材料物理专业《材料分析测试⽅法A》作业材料物理专业《材料分析测试⽅法A 》作业第⼀章电磁辐射与材料结构⼀、教材习题1-1 计算下列电磁辐射的有关参数：（1）波数为3030cm -1的芳烃红外吸收峰的波长（µm ）；（2）5m 波长射频辐射的频率（MHz ）；（3）588.995nm 钠线相应的光⼦能量（eV ）。
1-3 某原⼦的⼀个光谱项为45F J ，试⽤能级⽰意图表⽰其光谱⽀项与塞曼能级。
1-5 下列原⼦核中，哪些核没有⾃旋⾓动量？12C 6、19F 9、31P 15、16O 8、1H 1、14N 7。
1-8 分别在简单⽴⽅晶胞和⾯⼼⽴⽅晶胞中标明（001）、（002）和（003）⾯，并据此回答：⼲涉指数表⽰的晶⾯上是否⼀定有原⼦分布？为什么？1-9 已知某点阵∣a ∣=3?，∣b ∣=2?，γ = 60?，c ∥a ×b ，试⽤图解法求r *110与r *210。
1-10 下列哪些晶⾯属于]111[晶带？)331(),011(),101(),211(),231(),132(),111(。
⼆、补充习题1、试求加速电压为1、10、100kV 时，电⼦的波长各是多少？考虑相对论修正后⼜各是多少？第⼆章电磁辐射与材料的相互作⽤⼀、教材习题2-2 下列各光⼦能量（eV ）各在何种电磁波谱域内？各与何种跃迁所需能量相适应？1.2×106~1.2×102、6.2~1.7、0.5~0.02、2×10-2~4×10-7。
2-3 下列哪种跃迁不能产⽣?31S 0—31P 1、31S 0—31D 2、33P 2—33D 3、43S 1—43P 1。
2-5 分⼦能级跃迁有哪些类型？紫外、可见光谱与红外光谱相⽐，各有何特点？ 2-6 以Mg K α（λ=9.89?）辐射为激发源，由谱仪（功函数4eV ）测得某元素（固体样品）X 射线光电⼦动能为981.5eV ，求此元素的电⼦结合能。
振动拉曼光谱
振动拉曼光谱北京大学实验报告振动拉曼光谱【实验目的】1、观测典型分子的振动拉曼光谱，了解拉曼散射的基本概念和物理图像2、测量退偏度，了解拉曼散射的退偏度和分子对称性的关系。
【实验原理】 1、拉曼散射光通过介质时会有部分光被散射，按照散射光频率的特点将散射分为三种：=0ν?，瑞利散射；ν?较小，布里渊散射；ν?较大，拉曼散射。
拉曼散射是由于物质中分子的振动、转动、晶格振动及各种激发元参与的非弹性散射。
拉曼散射峰对称地分布于瑞利峰两边，ν?<0的称为斯托克斯线，ν?>0的称为反斯托克斯线。
拉曼散射经典图像：受电场为E 的光波的照射，分子将产生一个感应偶极矩P，且满足=P E A ? 。
A 由分子内部运动决定，称为分子极化率。
若分子有内部振动，则A不仅包含常向量0A,还包含与振动频率k ω及初相位k ?相关的向量，由此产生的偶极矩也包含几项，除了辐射原频率0ω的光，还能辐射0k ωω±的光。
拉曼散射量子图像：频率为0ω的光子引起体系从初态i 跃迁至末态f ，同时体系辐射出光子。
出射光的频率由初末两态的能级差决定。
三种能级差分别对应瑞利线、斯托克斯线、反斯托克斯线。
2、退偏度拉曼光谱和入射光的偏振方向有关。
由=P E A ?可知散射光的偏振方向和入射光的偏振方向的关系由极化率张量A 决定，而A包含了分子振动的信息。
所以通过测量偏振拉曼光谱还可以获得有关分子振动的性质。
为此引入退偏度的概念——退偏度是指不同散射组态下散射光强度之比。
定义入射光方向和散射光反向构成的平面为散射平面，常见的三种退偏度为北京大学实验报告()()()nn n nI I θρθθ⊥=，()()()I I θρθθ⊥⊥⊥⊥=，()()()s I I θρθθ⊥⊥⊥=【实验装置】样品：4C C l 液体。
由于液体中分子的转动被抑制，我们观察到的拉曼光谱是纯振动光谱。
若样品是气体，则可能观察到转动光谱。
激光源：产生强度和偏振性俱佳的入射光。
振动光谱
⑶电子光谱 在电子光谱中分子所吸收的光能使电子激发到较高的电子 能级，使电子能级发生变化所需的能量约为使振动能级发生 变化所需能量的10-100倍。 电子能级发生变化时常常同时发生振动和转动能级的变化 。因此从一个电子能级转变到另一个电子能级时，产生的谱 线不是一条，而是无数条。实际上观测到的是一些互相重叠 的谱带。在一般情况下，也很难决定电子能级的变化究竟相 当于哪一个波长，一般是把吸收带中吸收强度最大的波长 λmax（最大吸收峰的波长）表出，电子光谱在可见及紫外区 域内出现。
σ* π*
△E
n π σ 图1 电子跃迁能量示意图
Lambert-Beer定律 定律
根据比尔定律： 根据比尔定律：
A： 吸光度 ：
A（吸光度）＝EcL＝－㏒ 0) （ ＝－㏒(I/I ＝－㏒
c：溶液的摩尔浓度 ： L：液层厚度 ：
E：消光系数 ：
应用紫外光谱仪，使紫外光依次照射一定浓度的样品溶液， 应用紫外光谱仪，使紫外光依次照射一定浓度的样品溶液， 分别测得E 分别测得E，以E或ε（摩尔消光系数）或㏒ε作纵坐标，波 摩尔消光系数） 作纵坐标， 长（nm）为横坐标作图，得紫外吸收曲线，此即紫外光谱 。 nm）为横坐标作图，得紫外吸收曲线，
第八章
现代物理实验方法 的应用
主要内容
一、绪论
二、紫外和可见光吸收光谱 三、红外光谱 四、核磁共振谱
重点与难点
（一） 重点 本章的重点主要是对紫外光谱、红外光谱、 本章的重点主要是对紫外光谱、红外光谱、核磁共振及质谱 的简单原理及作用的理解。 的简单原理及作用的理解。 （二） 难点 难点是在对基本原理加以理解的基础上，能运用所学知识解 难点是在对基本原理加以理解的基础上， 释一些简单的谱图。特别对谱图的综合运用尤为重要。 释一些简单的谱图。特别对谱图的综合运用尤为重要。
振动光谱分析-拉曼光谱ppt
❖ FT-Raman则由激光光源，样品室，干涉仪检测 器以及计算机控制和数据采集系统组成。
FT-拉曼光谱仪原理
❖ 当激发光源经发射镜照射到样品时，通常是在同入射光 成90度的方向收集散射光。散射信号经分光后，进入检 测器。经过光电倍增管将微弱信号转换为电信号，再经 放大检测。
1 S C S
2 S C S 3 S C S
4
拉曼活性 红外活性 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
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。 无对称中心分子，三种振动既是红外活性振动，又是拉曼活性振动。
3.5 FT-显微拉曼光谱仪结构
仪器结构
红外活性和拉曼活性振动
① 红外活性振动 ⅰ永久偶极矩；极性基团； 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
Raman 特征频率
Raman 谱峰的改变
Raman 偏振峰
Raman 峰宽
材料的组成
MoS2, MoO3
加压/拉伸状态
每1%的应变，Si产生 1 cm-1 Raman 位移
晶体的对称性和 取向
用CVD法得到金 刚石颗粒的取向
晶体的质量
塑性变形的量
Intensity (A.U.)
2000200000 1500150000 1000100000
50050000 00
第三章振动光谱作业
第三章振动光谱作业第三章振动光谱作业-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII第二章振动光谱作业1．红外光区的划分？红外光按波长不同划分为三个区域：近红外区域（1-2.5微米）/中红外区域（2.5-25微米）/远红外区域（25-1000微米）2．振动光谱有哪两种类型多原子分子的价键或基团的振动有哪些类型同一种基团哪种振动的频率较高哪种振动的频率较低振动光谱有红外吸收光谱和激光拉曼光谱两种类型。
价键或基团的振动有伸缩振动和弯曲振动。
其中伸缩振动分为对称伸缩振动和非对称伸缩振动；弯曲振动则分为面内弯曲振动（剪式振动、面内摇摆振动）和面外弯曲振动（扭曲振动、面外摇摆振动）。
伸缩振动频率较高，弯曲振动频率较低。
（键长的改变比键角的改变需要更大的能量）非对称伸缩振动的频率高于对称伸缩振动。
3. 说明红外光谱产生的机理与条件？产生机理：当用红外光波长范围的光源照射物质时，物质因受光的作用，引起分子或原子基团的振动，若振动频率恰与红外光波段的某一频率相等时就引起共振吸收，使光的透射强度减弱，使通过试样的红外光在一些波长范围内变弱，在另一些范围内则较强，用光波波长（或波数）对光的透过率作图，便可得到红外光谱产生条件：1）辐射应具有能满足物质产生振动-转动跃迁所需的能量，即振动的频率与红外光谱谱段的某频率相等。
2）辐射与物质间有相互偶合作用，即振动中要有偶极矩变化4．红外光谱图的表示法？红外光谱图的表示法：横坐标：波数cm-1或者波长μm纵坐标：透过率%或者吸光度A5. 红外光谱图的四大特征(定性参数)是什么？如何进行基团的定性分析如何进行物相的定性分析四大特征：谱带（或者说是吸收峰）的数目、位置、形状和强度。
进行基团的定性分析时，首先，观察特征频率区，根据基团的伸缩振动来判断官能团。
进行物相的定性分析：进行物相的定性分析：对于已知物：a、，观察特征频率区，判断官能团，以确定所属化合物的类型b、观察指纹频率区，进一步确定基团的结合方式c、对照标准谱图进行比对，若被测物质的与已知物的谱图峰位置和相对强度完全一致，则可确认为一种物质。
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第一章X射线一、X射线的产生？热阴极上的灯丝被通电加热至高温时，产生大量的热电子，这些电子在阴阳极间的高压作用下被加速，以极快速度撞向阳极，由于电子的运动突然受阻，其动能部份转变成辐射能，以X射线的形式放出，产生X射线。
二、X射线谱的种类？各自的特点？答：两种类型：持续X射线谱和特点X射线谱持续X射线谱：具有从某一个最短波长（短波极限）开始的持续的各类波长的X射线。
它的强度随管电压V、管电流i和阳极材料原子序数Z的转变而转变。
指X射线管中发出的一部份包括各类波长的光的光谱。
从管中释放的电子与阳极碰撞的时刻和条件各不相同，绝大多数电子要经历多次碰撞，产生能量各不相同的辐射，因此显现持续X射线谱特点X射线谱：也称标识X射线谱，它是由假设干特定波长而强度专门大的谱线组成的，这种谱线只有当管电压超过必然数值Vk(激发电压)时才能产生，而这种谱线的波长与X射线管的管电压、管电流等工作条件无关，只取决于阳极材料，不同元属制成的阳极将发出不同波长的谱线，并称为特点X射线谱三、什么叫K系和L系辐射？当k层电子被激发，L、M、N。
壳层中的电子跳入k层空位时发出X射线的进程叫K系辐射，发出的X射线谱线别离称之为Kα、Kβ、Kγ…谱线，它们一起组成了k系标识X 射线。
当L层电子被激发，M、N。
壳层中的电子跳入L层空位时发出X射线的进程叫L 系辐射，发出的X射线谱线别离称之为Lα、Lβ…谱线，它们一起组成了L系标识X射线。
四、何谓Kα射线？何谓Kβ射线？这两种射线中哪一种射线强度大？通常X射线衍射用的是哪一种射线？Kα是L壳层中的电子跳入K层空位时发出的X射线，Kβ射线是M壳层中的电子跳入K 层空位时发出的X射线，Kα比Kβ强度大，因为L层电子跳入K层空位的概率比M层电子跳入K层空位的概率大。
Kβ波长短，X射线衍射用的是Kα射线，另加：Kα射线是由Kα1和Kα2组成，它们别离是电子从L3和L2子能级跳入K层空位时产生的。
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第二章振动光谱作业1．红外光区的划分？红外光按波长不同划分为三个区域：近红外区域（1-2.5微米）/中红外区域（2.5-25微米）/远红外区域（25-1000微米）2．振动光谱有哪两种类型？多原子分子的价键或基团的振动有哪些类型？同一种基团哪种振动的频率较高？哪种振动的频率较低?振动光谱有红外吸收光谱和激光拉曼光谱两种类型。
价键或基团的振动有伸缩振动和弯曲振动。
其中伸缩振动分为对称伸缩振动和非对称伸缩振动；弯曲振动则分为面内弯曲振动（剪式振动、面内摇摆振动）和面外弯曲振动（扭曲振动、面外摇摆振动）。
伸缩振动频率较高，弯曲振动频率较低。
（键长的改变比键角的改变需要更大的能量）非对称伸缩振动的频率高于对称伸缩振动。
3. 说明红外光谱产生的机理与条件？产生机理：当用红外光波长范围的光源照射物质时，物质因受光的作用，引起分子或原子基团的振动，若振动频率恰与红外光波段的某一频率相等时就引起共振吸收，使光的透射强度减弱，使通过试样的红外光在一些波长范围内变弱，在另一些范围内则较强，用光波波长（或波数）对光的透过率作图，便可得到红外光谱产生条件：1）辐射应具有能满足物质产生振动-转动跃迁所需的能量，即振动的频率与红外光谱谱段的某频率相等。
2）辐射与物质间有相互偶合作用，即振动中要有偶极矩变化4．红外光谱图的表示法？红外光谱图的表示法：横坐标：波数cm-1或者波长μm纵坐标：透过率%或者吸光度A5. 红外光谱图的四大特征(定性参数)是什么？如何进行基团的定性分析？如何进行物相的定性分析？四大特征：谱带（或者说是吸收峰）的数目、位置、形状和强度。
进行基团的定性分析时，首先，观察特征频率区，根据基团的伸缩振动来判断官能团。
进行物相的定性分析：进行物相的定性分析：对于已知物：a、，观察特征频率区，判断官能团，以确定所属化合物的类型b、观察指纹频率区，进一步确定基团的结合方式c、对照标准谱图进行比对，若被测物质的与已知物的谱图峰位置和相对强度完全一致，则可确认为一种物质。
对于未知物：A、做好准备工作。
了解试样的来源，纯度、熔点、沸点点各种信息，如果是混合物，尽量用各种化学、物理的方法分离B、按照鉴定已知化合物的方法进行6. 何谓拉曼效应？说明拉曼光谱产生的机理与条件？光子与试样分子发生非弹性碰撞，也就是说在光子与分子相互作用中有能量的交换，产生了频率的变化，且方向改变叫拉曼效应。
产生的机理：斯托克斯线产生机理：处于振动基态的分子在光子作用下，激发到较高的不稳定的能态（虚态）后又立即回到较低能级的振动激发态。
此时激发光能量大于散射光能量，产生拉曼散射的斯托克斯线，散射光频率小于入射光。
反斯托克斯线产生机理：若光子与处于振动激发态（V1）的分子相互作用，使分子激发到更高的不稳定能态后又回到振动基态（V0）, 散射光的能量大于激发光，产生反斯托克斯散射，散射光频率大于入射光。
产生的条件：分子极化率变化7. 拉曼位移是什么？拉曼谱图的表示法？拉曼位移即为拉曼散射光与入射光频率之差的绝对值。
拉曼谱图的横坐标为拉曼位移，用波数来表示；纵坐标为谱带的强度8．比较拉曼光谱与红外光谱。
相同点：两光谱都属于分子振动光谱不同点：○1、两光谱的光源不同：拉曼光谱用单色光很强的激光辐射，频率在可见光范围；红外光谱用的是红外光辐射源，波长大于1000nm的多色光○2、产生机理不同：拉曼光谱是分子对激光的散射，强度由分子极化率决定，其适用于研究同原子的非极性键振动，红外光谱是分子对红外光的吸收，强度由分子偶极矩决定，其适用于研究不同原子的极性键的振动。
○3、光谱范围不同：红外光谱的范围是4000-400cm-1,拉曼光谱的范围是4000-40cm-1.拉曼光谱的范围较红外光谱范围宽。
○4、制样、操作的不同：a、在拉曼光谱分析中水可以作溶剂，但是红外光谱分析中水不能作为溶剂。
b、拉曼光谱分析中样品可盛于玻璃瓶，毛细管等容器中直接测定，但红外光谱分析中不能用玻璃容器测定。
c、拉曼光谱分析中固体样品可直接测定，但红外光谱分析中固体样品需要研磨制成KBr压片。
9．红外与拉曼活性判断规律？指出下列分子的振动方式哪些具有红外活性、哪些具有拉曼活性。
为什么？（1）O2、H2（2）H2O的对称伸缩振动、反对称伸缩振动和弯曲振动。
活性判断规律：产生偶极矩变化有红外活性，反之没有。
分子极化率变化有拉曼活性，反之没有，凡有对称中心的分子，其分子振动仅对红外和拉曼之一有活性；凡无对称中心的分子，大多数分子振动对红外和拉曼都是有活性的；少数分子的振动即红外非活性又拉曼非活性。
（1）O2 H2 都有两个原子，且为线性分子，所以其振动形式有3n-5=3*2-5=1中，即对称伸缩振动，它们分子的振动是拉曼活性，红外非活性，因为它们是对称分子，其振动中并没有偶极矩的变化，有极化率的变化。
（2）H2 O分子中有3个原子，且为非线性分子，所以其振动形式有3n-6=3*3-6=3种，即对称伸缩振动、反对称伸缩振动和弯曲振动三种振动都对红外和拉曼都具有活性，因为水分子为无对称中心的分子，其振动同时使偶极矩和极化率产生变化。
10. 由元素分析某化合物的分子式为C4H6O2，测得红外光谱如下图，试推测其结构。
解：由分子式计算不饱和度U = 4－6/2＋1= 2特征区：1、3 095cm-1有弱的不饱和C—H伸缩振动吸收，2、1 649cm-1的强的C=C伸缩振动吸收1和2表明有C=C双键的存在3、1 762cm-1处强的吸收峰，表明有羰基存在，4、1 217cm-1和1 138cm-1处强的吸收峰,为C-O-C的吸收。
3和4表明coo酯基的存在5、1372cm-1处的强的吸收峰是-CH3的面内弯曲振动吸收So、这个化合物中含有-COO-C、—C=C-、-CH3三种基团的存在且没有-CHO的存在。
它的可能的结构如下：CH3－COO－CH=CH2醋酸乙烯酯CH2=CH－COO－CH3丙烯酸甲酯普通酯的v C=O在1 745cm-1附近，CH2=CH－COO－CH3受到共轭效应v C=O较低，估计在1700cm-1左右，且甲基的对称变形振动频率在1 440cm-1处，与谱图不符，CH3－COO－CH=CH2中v C=O频率较高以及甲基对称变形振动吸收向低频位移，强度增加，表明有CH3COC－结构单元。
指纹区：δ=CH 出现在955和880cm-1，是因为烯键受到极化，使频率降低。
So、化合物的结构是CH3－COO－CH=CH2之后按鉴定已知物的方法鉴定化合物类型的判断有机物和无机物饱和化合物与不饱和化合物烯烃或芳烃推断可能含有的功能团先看特征频率区（3600-1350），再看指纹区（1350-400）。
先看强峰，再看弱峰先找特征吸收峰，再找相关峰佐证计算分子的不饱和度，根据不饱和度的结果推断分子中可能存在的官能团。
根据吸收峰的位置、强度、形状分析各种官能团及其相对关系，推出化合物的化学结构42. 红外光谱图的四大表象（四要素）是什么？谱峰三要素是什么？答：四大表象:谱带的位置、谱带的强度、谱带的形状、谱带的数目。
谱峰三要素：峰位置、峰强度、峰形状。
红外光谱与拉曼光谱比较1)红外吸收波数与拉曼位移均在红外光区,反映的都是分子振动的信息，同属分子振(转)动光谱. 对于一个给定的化学键，其红外吸收频率与拉曼位移相等，均代表第一振动能级的能量。
2)红外光谱的入射光及检测光都是红外光，红外光谱是吸收光谱。
而拉曼光谱的入射光和散射光大多是可见光。
拉曼光谱为散射光谱，3)机理不同：拉曼散射过程来源于分子的诱导偶极矩，与分子极化率的变化相关。
红外吸收过程与分子永久偶极矩的变化相关，中红外吸收光谱的区域如何划分？答：中红外光谱区分成: 基团频率区和指纹区基团频率区（官能团区）: 4000 cm-1 -1400 cm-1由伸缩振动产生的吸收带，比较稀疏，容易辨认，常用于鉴定官能团。
其中：（1）4000 -2500 cm-1 X-H伸缩振动区，X可以是O、N、C或S等原子。
（2）2500-1900 为叁键和累积双键伸缩振动区。
（3）1900-1200 cm-1为双键伸缩振动区无机物中；除水、OH-外，CO2、CO32-、N-H等少数键有振动吸收.指纹区:单键的伸缩振动和变形振动产生的谱带，与整个分子的结构有关。
吸收带数量密集而复杂（1）1400cm-1-900 cm-1区域C-O、C-N、C-F、C-P、C-S、P-O、Si-O等单键的伸缩振动C=S、S=O、P=O等双键的伸缩振动吸收。
其中≈1375 cm-1的谱带为甲基的δC-H对称弯曲振动，对识别甲基十分有用，C-O的伸缩振动在1300~1000 cm-1 ，是该区域最强的峰，也较易识别。
（2）900-650 cm-1 ：确认化合物的顺反构型（3）无机化合物的红外吸收基频基本上都处于1500cm-1以下。
43. 利用红外光谱分析鉴定物质结构的依据是什么？优先考虑什么？答：依据：（1）根据特征频率判断基团是否存在，要同时涉及到峰的强度和峰的形状，即考虑谱峰三要素。
（2）同一基团的几种振动吸收是同时存在的，只有当基团频率和指纹频率同时存在时，才能判断基团存在。
（3）分析时先看高频的基团频率，再看低频区的指纹频率。
（4）若前面有，后面无，可考虑是否由于峰小出不来；若前面无，后面有，则一定不能判定该基团存在。
应优先考虑特征频率44. 何谓拉曼光谱？说明拉曼光谱产生的机理与条件？答：拉曼光谱是用单色光束照射在样品上，产生拉曼效应（散射光中散射强度中约有1%的光频率与入射光束的频率不同。
除在入射光频率处有一强的瑞利散射线外，在它的较高和较低频率处还有比它弱得多的谱线），观察到弱的谱线。
拉曼光谱产生条件：分子中某个基团的振动频率与单色光频率一致且同时分子的极化率改变。
45. 拉曼位移是什么？拉曼谱图的表示法？答：拉曼位移即为拉曼散射光与入射光频率之差。
它只与能级差有关，与入射光波长无关。
分子由态到激发态产生负拉曼位移，分子由激发态到基态产生正拉曼位移47. 红外与拉曼光谱分析相比较，拉曼光谱在结构分析中的特点是什么？答：拉曼光谱是分子对激光的散射，强度由分子极化率决定，其适用于研究同原子的非极性键振动，与红外光谱分析相比，拉曼光谱的特点：1）光谱范围较红外光谱宽，为40-4000cm-1；2）水可以作溶剂；3）样品可盛于玻璃瓶，毛细管等容器中直接测定；4）固体样品可直接测定；5）激光方向性强，光束发散小（1-2μ）可测定一定深度的微区样品；如测包裹体中的物质；6) 合频、倍频谐波少甚至无；图谱简单。