材料现代分析测试方法-分子振动光谱
材料现代分析试方法复习题
《材料现代分析测试方法》习题及思考题一、名词术语波数、原子基态、原子激发、激发态、激发电位、电子跃迁（能级跃迁）、辐射跃迁、无辐射跃迁，分子振动、伸缩振动、变形振动（变角振动或弯曲振动）、干涉指数、倒易点阵、瑞利散射、拉曼散射、反斯托克斯线、斯托克斯线、 X射线相干散射（弹性散射、经典散射或汤姆逊散射）、X射线非相干散射（非弹性散射、康普顿-吴有训效应、康普顿散射、量子散射）、光电效应、光电子能谱、紫外可见吸收光谱（电子光谱）、红外吸收光谱、红外活性与红外非活性、弛豫、K系特征辐射、L系特征辐射、Kα射线、Kβ、短波限、吸收限、线吸收系数、质量吸收系数、散射角（2θ）、二次电子、俄歇电子、连续X射线、特征X射线、点阵消光、结构消光、衍射花样的指数化、连续扫描法、步进扫描法、生色团、助色团、反助色团、蓝移、红移、电荷转移光谱、运动自由度、振动自由度、倍频峰（或称泛音峰）、组频峰、振动耦合、特征振动频率、特征振动吸收带、内振动、外振动（晶格振动）、热分析、热重法、差热分析、差示扫描量热法、微商热重（DTG）曲线、参比物（或基准物、中性体）、程序控制温度、（热分析曲线）外推始点、核磁共振。
二、填空1.原子中电子受激向高能级跃迁或由高能级向低能级跃迁均称为( )跃迁或( )跃迁。
2.电子由高能级向低能级的跃迁可分为两种方式：跃迁过程中多余的能量即跃迁前后能量差以电磁辐射的方式放出，称之为( )跃迁；若多余的能量转化为热能等形式，则称之为( )跃迁。
3.多原子分子振动可分为( )振动与( )振动两类。
4.伸缩振动可分为( )和( )。
变形振动可分为( )和( )。
5.干涉指数是对晶面( )与晶面( )的标识。
6.晶面间距分别为d110／2，d110/3的晶面，其干涉指数分别为( )和( ).7. 倒易矢量r*HKL的基本性质为：r*HKL垂直于正点阵中相应的（HKL）晶面，其长度|r*HKL|等于(HKL)之晶面间距dHKL的( )。
现代科学分析方法重点及及解答
现代科学分析方法重点及及解答1.紫外光谱，荧光光谱在材料研究中的应用（1）分子内的电子跃迁有哪几种，吸收最强的跃迁是什么跃迁？形成单键的σ电子；形成双键的π电子；未成对的孤对电子n电子。
成键轨道σ、π；反键轨道σ*、π* ；非键轨道n 。
1）、ς-ς* 跃迁它需要的能量较高，一般发生在真空紫外光区。
在200 nm左右，其特征是摩尔吸光系数大，为强吸收带。
2）、n-ς*跃迁实现这类跃迁所需要的能量较高，其吸收光谱落于远紫外光区和近紫外光区3）、π→π*跃迁π电子跃迁到反键π* 轨道所产生的跃迁，这类跃迁所需能量比σ→σ*跃迁小，若无共轭，与n→σ*跃迁差不多。
200nm左右，吸收强度大，强吸收。
4）、n→π*跃迁n电子跃迁到反键π* 轨道所产生的跃迁，这类跃迁所需能量较小，吸收峰在200 ~ 400 nm左右，吸收强度小，弱吸收吸收最强的跃迁是：π→π*跃迁（2）紫外可见吸收光谱在胶体的研究中有重要作用，请举出三个例子来说明，并结合散射现象来讨论二氧化钛胶体和粉末漫反射光谱的差异。
举例：1）、胶体的稳定性，尤其是稀释后的稳定性；2）、胶粒对可见光的散射；3）、测定消光（包括吸收、散射、漫反射等对光强度造成的损失）稀释条件下，胶粒尺寸小于光波长的1/20，瑞利散射可忽略。
4）、估算晶粒的大小。
5）、尺寸效应，会发生吸收边的蓝移或是红移，可以用来像是CdS和CdSe的量子点。
差异：当测定二氧化钛的溶胶时，按晶粒尺寸的不同，分为两种情况：1）当d＜λ/20时，瑞利散射可以忽略。
2）当d＞λ/20时，散射就会十分明显，这样获得是一个消光光谱，而不是吸收光谱，无法测得λonset。
用粉末漫反射光谱可以克服上述缺点，得到一个较好的吸收光谱。
（3）什么是荧光、磷光、光致发光和化学发光？对应的英文名称分别是什么？荧光(Fluorescence)：从激发态的最低振动能级返回到基态，不通过内部转换而是光辐射失活，则称为荧光。
材料现代分析测试方法习题答案
材料现代分析测试方法习题答案【篇一：2012年材料分析测试方法复习题及解答】lass=txt>一、单项选择题（每题 3 分，共 15 分）1．成分和价键分析手段包括【 b 】（a）wds、能谱仪（eds）和 xrd （b）wds、eds 和 xps（c）tem、wds 和 xps （d）xrd、ftir 和 raman2．分子结构分析手段包括【 a】（a）拉曼光谱（raman）、核磁共振（nmr）和傅立叶变换红外光谱（ftir）（b） nmr、ftir 和 wds（c）sem、tem 和 stem（扫描透射电镜）（d） xrd、ftir 和raman3．表面形貌分析的手段包括【 d】（a）x 射线衍射（xrd）和扫描电镜（sem） (b) sem 和透射电镜（tem）(c) 波谱仪（wds）和 x 射线光电子谱仪（xps） (d) 扫描隧道显微镜（stm）和sem4．透射电镜的两种主要功能：【 b】（a）表面形貌和晶体结构（b）内部组织和晶体结构（c）表面形貌和成分价键（d）内部组织和成分价键5．下列谱图所代表的化合物中含有的基团包括：【c 】（a）–c-h、–oh 和–nh2 (b) –c-h、和–nh2,(c) –c-h、和-c=c- (d) –c-h、和 co2．扫描电镜的二次电子像的分辨率比背散射电子像更高。
（√）3．透镜的数值孔径与折射率有关。
（√）5．在样品台转动的工作模式下，x射线衍射仪探头转动的角速度是样品转动角速度的二倍。
（√ ）三、简答题（每题 5 分，共 25 分）1. 扫描电镜的分辨率和哪些因素有关？为什么?和所用的信号种类和束斑尺寸有关，因为不同信号的扩展效应不同，例如二次电子产生的区域比背散射电子小。
束斑尺寸越小，产生信号的区域也小，分辨率就高。
2．原子力显微镜的利用的是哪两种力，又是如何探测形貌的？范德华力和毛细力。
以上两种力可以作用在探针上，致使悬臂偏转,当针尖在样品上方扫描时，探测器可实时地检测悬臂的状态，并将其对应的表面形貌像显示纪录下来。
材料现代分析测试方法1-1
L-S耦合
称总自旋量子数，表征 的大小。 称总自旋量子数，表征PS的大小。 称总（轨道）角量子数，表征P 的大小。 称总（轨道）角量子数，表征 L的大小。 称内量子数（或总量子数），表征P 的大小， ），表征 称内量子数（或总量子数），表征 J的大小， 为正整数或半整数，取值为： 为正整数或半整数，取值为：L+S，L+S-1， ， ， L+S-2，…，│L-S│， ， ， ， 个值； 若L≥S，则J有2S+1个值； ， 有 个值 个值。 若L＜S，则J有2L+1个值。 ＜ ， 有 个值 MJ 称总磁量子数，表征 J沿外磁场方向分量大小， 称总磁量子数，表征P 沿外磁场方向分量大小， MJ 取值为：0，±1，±2，…，±J（当J为整数时） 取值为： ， 为整数时） ， ， ， （ 为整数时 或±1/2，±3/2，…，±J（当J为半整数时）。 ， ， ， （ 为半整数时）。 为半整数时 S L J J
L-S耦合可记为： 耦合可记为：
）（l ）＝（S， ）＝ ）＝J （s1，s2， …）（ 1，l2， …）＝（ ，L）＝ ）（ ）＝（ 将各电子自旋角动量（ 将各电子自旋角动量（Ps1，Ps2，…）与各电 ） 子轨道角动量（ 子轨道角动量 （ Pl1 ， Pl1 ， …） 分别加和 （ 矢量 ） 分别加和（ 获得原子的总自旋角动量 和），获得原子的总自旋角动量PS和总轨道角动量 PL，然后再由PS与PL合成总（自旋-轨道）角动量PJ 合成总 自旋-轨道） （即P J＝P S＋P L）。 耦合， 按L-S耦合，得到S、L、J、MJ等表征原子运动 状态的原子量子数。 状态的原子量子数。
或任意正整数； 1）主量子数变化Δn＝0或任意正整数； 主量子数变化Δ 2）总角量子数变化ΔL＝±1； 总角量子数变化Δ 3）内量子数变化ΔJ＝0，±1（但J＝0时，ΔJ＝0的跃 内量子数变化Δ 迁是禁阻的）； 迁是禁阻的）； 4）总自旋量子数的变化ΔS＝0。 总自旋量子数的变化Δ
材料现代分析与测试技术-各种原理及应用
材料现代分析与测试技术-各种原理及应用XRD ：1.X 射线产生机理：（1）连续X 射线的产生：任何高速运动的带电粒子突然减速时，都会产生电磁辐射。
①在X 射线管中，从阴极发出的带负电荷的电子在高电压的作用下以极大的速度向阳极运动，当撞到阳极突然减速，其大部分动能变为热能都损耗掉了，而一部分动能以电磁辐射—X 射线的形式放射出来。
②由于撞到阳极上的电子极多，碰撞的时间、次数及其他条件各不相同，导致产生的X 射线具有不同波长，即构成连续X 射线谱。
（2）特征X 射线：根本原因是原子内层电子的跃迁。
①阴极发出的热电子在高电压作用下高速撞击阳极；②若管电压超过某一临界值V k ，电子的动能（eV k ）就大到足以将阳极物质原子中的K 层电子撞击出来，于是在K 层形成一个空位，这一过程称为激发。
V k 称为K 系激发电压。
③按照能量最低原理，电子具有尽量往低能级跑的趋势。
当K 层出现空位后，L 、M 、N……外层电子就会跃入此空位，同时将它们多余的能量以X 射线光子的形式释放出来。
④K 系：L, M, N, ...─→K ，产生K α、K β、K r ... 标识X 射线L 系：M, N, O,...─→L ，产生L α、L β... 标识X 射线特征X 射线谱M 系: N, O, ....─→M ，产生M α... 标识X 射线特征谱Moseley 定律2)(1αλ-?=Z Z:原子序数，、α：常数2.X 射线与物质相互作用的三个效应（1）光电效应?当X 射线的波长足够短时，X 射线光子的能量就足够大，以至能把原子中处于某一能级上的电子打出来，?X 射线光子本身被汲取，它的能量传给该电子，使之成为具有一定能量的光电子，并使原子处于高能的激发态。
（2）荧光效应①外层电子填补空位将多余能量ΔE 辐射次级特征X 射线，由X 射线激发出的X 射线称为荧光X 射线。
②衍射工作中，荧光X 射线增加衍射花样背影，是有害因素③荧光X 射线的波长只取决于物质中原子的种类(由Moseley 定律决定)，利用荧光X 射线的波长和强度，可确定物质元素的组分及含量，这是X 射线荧光分析的基本原理。
材料现代分析测试方法教案
材料现代分析测试方法教案(总18页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除材料科学与工程学院教案教师姓名：课程名称：材料现代分析测试方法课程代码：授课对象：本科专业：材料物理授课总学时：64其中理论：64实验：16（单独开课）教材：左演声等. 材料现代分析方法. 北京工业大学出版社，2000材料学院教学科研办公室制图3-3入射电子束与固体作用产生的发射现象3-2电子“吸收”与光子吸收有何不同？3-3入射X射线比同样能量的入射电子在固体中穿入深度大得多，而俄歇电子与X光电子的逸出深度相当，这是为什么？3-8配合表面分析方法用离子溅射实行纵深剖析是确定样品表面层成分和化学状态的重要方法。
试分析纵深剖析应注意哪些问题。
二、补充习题1、简述电子与固体作用产生的信号及据此建立的主要分析方法。
章节名称第四章材料现代分析测试方法概述教学时数4教学目的及要求1．掌握X射线衍射、电子衍射、紫外可见吸收光谱、红外吸收光谱、透射电子显微镜、扫描电子显微镜和电子探针X射线显微分析的用途。
2．了解原子发射光谱、原子吸收光谱、原子荧光光谱、核磁共振谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱、紫外光电子能谱、俄歇电子能谱、色谱、质谱及电化学分析方法的用途。
重点难点重点：X射线衍射、电子衍射、紫外可见吸收光谱、红外吸收光谱、透射电子显微镜、扫描电子显微镜和电子探针X射线显微分析的用途。
教学内容提要第一节衍射分析方法概述X射线衍射、电子衍射。
第二节光谱分析方法概述原子发射光谱，原子吸收光谱，原子荧光光谱，紫外可见吸收光谱，红外吸收光谱，分子荧光光谱，分子磷光光谱，X射线荧光光谱，核磁共振谱，拉曼光谱等。
第三节电子能谱分析方法概述X射线光电子能谱，紫外光电子能谱，俄歇电子能谱。
第四节电子显微分析方法概述透射电子显微镜，扫描电子显微镜，电子探针X射线显微分析。
第五节色谱、质谱及电化学分析方法概述色谱分析法，质谱分析法，电化学分析法。
现代分析与测试技术优选全文
析
相干散射——电子衍射分析—— 显微结构分析
技
激发被测物质中原子发出特种X射线
术
——电子探针（电子能（波）谱分析，电子
探针X射线显微分析）
——显微化学分析（Be或Li以上元素分析）
1.材料现代分析技术绪论
材 料 现 代 分 析 技 术
1.材料现代分析技术绪论
材
材料现代分析的任务与方法
料
材料组成分析
1.材料现代分析技术绪论
材
料
直接法的局限
现 代
采用高分辨电子显微分析等直接分析技术并不能有效、 直观地反映材料的实际三维微观结构；高分辨电子
分
显微结构像是直接反映晶体的原子分辨率的投影结
析
构，并不直接反映晶体结构。
技 尽管借助模型法，通过对被测晶体拍摄一系列不同离
术
焦条件的显微像，来分析测定材料的晶体结构，但
性能和使用性能间相互关系的知识及这些知识的应用，是一门应用
基础科学。材料的组成、结构，工艺，性能被认为是材料科学与工
程的四个基本要素。
1.材料现代分析技术绪论
材 料
组成 (composition) 组成是指材料的化学组成及其所占比例。
现 工艺 (process)
代
工艺是将原材料或半成品加工成产品的方法、技术等。
2. 多晶相各种相的尺寸与形态、含量与分布、位向 关系（新相与母相、孪生相、夹杂物）
微观，0.1nm尺度（原子及原子组合层次）
结构分析：原子排列方式与电子构型
1. 各种相的结构（即晶体类型和晶体常数）、晶体缺 陷（点缺陷、位错、层错）
2. 分子结构与价键（电子）结构：包括同种元素的不 同价键类型和化学环境、高分子链的局部结构（官 能团、化学键）和构型序列等
现代分析测试技术_06振动光谱分析综合练习
第六章振动光谱分析（红色的为选做，有下划线的为重点名词或术语或概念）1．名词、术语、概念：波数，分子振动，伸缩振动，变形振动（或弯曲振动、变角振动），运动自由度，振动自由度，简并，分裂，倍频峰，组频峰，泛音峰，振动耦合，费米共振，特征振动频率与特征振动吸收带，内振动，外振动（晶格振动），红外活性与非活性，拉曼效应，拉曼散射，斯托克斯线，反斯托克斯线，拉曼位移，偏振度（或退偏度、退偏比）。
2．光谱工作者常常把红外区分成三个区域，即（）、（）和（）。
3．若一个分子是由N个原子组成，则线性分子的运动自由度为（），振动自由度为（），转动自由度为（），平移自由度为（）。
4．若一个分子是由N个原子组成，则非线性分子的运动自由度为（），振动自由度为（），转动自由度为（），平移自由度为（）。
5．水分子（H2O）的振动自由度为（），转动自由度为（），平移自由度为（）。
6．二氧化碳分子（CO2）的振动自由度为（），转动自由度为（），平移自由度为（）。
7．氯化氢分子（HCl）的振动自由度为（），转动自由度为（），平移自由度为（）。
8．红外辐射与物质相互作用产生红外吸收光谱，必须有分子偶极矩的变化。
只有发生偶极矩变化的分子振动，才能引起可观测到的红外吸收光谱带，称这种分子振动为（），反之则称为（）。
9．按分光原理，红外光谱仪可分为两大类：即（）和（）红外光谱仪。
10．色散型红外光谱仪，按分光元件不同，可分为（）和（）红外分光光度计；按光束可为分（）和（）红外分光光度计。
11．干涉型红外光谱仪又称为（）红外光谱仪，其英文缩写是（）。
12．红外光谱的实验方法有透射法和反射法，反射法主要有（）、（）和（）。
13．某一键或基团的振动频率有其特定值，它虽然受周围环境的影响，但不随分子构型作过大的改变，这一频率称为某一键或基团的（），而其吸收带称为（）。
14．中红外光谱不仅包括振动能级的跃迁，也包括转动能级的跃迁，故又称为振转光谱。
材料现代分析与测试技术 教学大纲
材料现代分析与测试技术课程教学大纲一、课程性质、教学目的及教学任务1.课程性质本课程是材料类专业的专业基础课，必修课程。
2.教学目的学习有关材料组成、结构、形貌状态等分析测试的基本理论和技术，为后续专业课学习及将来材料研究工作打基础。
3.教学任务课程任务包括基本分析测试技术模块——X射线衍射分析、电子显微分析、热分析；扩充分析测试技术模块——振动光谱分析和光电子能谱分析。
在各模块中相应引入新发展的分析测试技术：X射线衍射分析X射线衍射图谱计算机分析处理；电子显微分析引入扫描探针显微分析（扫描隧道显微镜、原子力显微镜）；热分析引入DSC分析。
二、教学内容的结构、模块绪论了解材料现代分析与测试技术在无机非金属材料中的应用、发展趋势，明确本课程学习的目的和要求。
1. 本课程学习内容2. 本课程在无机非金属材料中的应用3. 本课程的要求（一）X射线衍射分析理解掌握特征X射线、X射线与物质的相互作用、布拉格方程等X射线衍射分析的基本理论，掌握X射线衍射图谱的分析处理和物相分析方法，掌握X射线衍射分析在无机非金属材料中的应用，了解X射线衍射研究晶体的方法和X射线衍射仪的结构，了解晶胞参数测定方法。
1. X射线物理基础（1）X射线的性质（2）X射线的获得（3）特征X射线和单色X射线2. X射线与物质的相互作用3. X射线衍射几何条件4. X射线衍射研究晶体的方法（1）X射线衍射研究晶体的方法（2）粉末衍射仪的构造及衍射几何5. X射线衍射数据基本处理6. X射线衍射分析应用（1）物相分析（2）X射线衍射分析技术在测定晶粒大小方面的应用（二）电子显微分析理解掌握电子光学基础、电子与固体物质的相互作用、衬度理论等电子显微分析的基本理论，掌握透射电镜分析、扫描电镜分析、电子探针分析的应用和特点，掌握用各种衬度理论解释电子显微像，掌握电子显微分析样品的制备方法，了解透射电镜、扫描电镜、电子探针的结构。
1. 电子光学基础（1）电子的波长和波性（2）电子在电磁场中的运动和电磁透镜（3）电磁透镜的像差和理论分辨率（4）电磁透镜的场深和焦深2. 电子与固体物质的相互作用（1）电子散射、内层电子激发后的驰豫过程、自由载流子（2）各种电子信号（3）相互作用体积与信号产生的深度和广度3. 透射电子显微分析（1）透射电子显微镜（2）透射电镜样品制备（3）电子衍射（4）透射电子显微像及衬度（5）透射电子显微分析的应用4. 扫描电子显微分析（1）扫描电子显微镜（2）扫描电镜图像及衬度（3）扫描电镜样品制备5. 电子探针X射线显微分析（1）电子探针仪的构造和工作原理（2）X射线谱仪的类型及比较（3）电子探针分析方法及其应用6. 扫描探针显微分析（1）扫描隧道显微镜（2）原子力显微镜（三）热分析理解掌握差热分析、热释光谱分析的基本原理，掌握差热曲线的判读及影响因素，掌握热释光谱分析，了解差热分析仪的结构，了解热重分析和示差扫描量热分析。
红外光谱技术在材料分析中的应用
红外光谱技术在材料分析中的应用随着科技的进步，现代材料科学越来越依赖于高精度的材料分析。
在材料分析领域，红外光谱技术凭借着其高效、快速、精准的分析方法成为了分析手段的首选。
红外光谱技术是一种基于分子振动的分析方法。
其原理是利用物质在特定波长下的吸收和反射，通过红外光谱仪的检测和记录，来分析物质中分子的组成和结构。
一、红外光谱技术在材料表征中的应用红外光谱技术在材料表征中的应用很广泛，可以用来研究各种材料的性质和结构。
例如，它可以在电化学研究中确定电荷状态、揭示电化学反应机理；在材料制备中控制化学反应体系；在新材料的开发中进行结构表征和性能测试等等。
二、红外光谱技术在材料的缺陷检测中的应用红外光谱技术在材料的缺陷检测中也有很好的应用。
在材料制备和应用过程中，存在各种缺陷如裂纹、异物、气泡、夹杂物等，这些缺陷会影响材料的性能和寿命。
利用红外光谱技术可以对这些缺陷进行有效检测和分析。
三、红外光谱技术在材料的腐蚀分析中的应用红外光谱技术还广泛应用于材料的腐蚀分析。
在工业生产和使用过程中，材料难免会遭到腐蚀的影响，这会影响材料的可靠性和使用寿命。
利用红外光谱技术可以测量材料的腐蚀程度和成分，并进行腐蚀形式和机理的分析，为腐蚀的预防和处理提供了有力的手段。
四、红外光谱技术在材料的污染分析中的应用最后，红外光谱技术还可以在材料的污染分析中发挥重要作用。
尽管现在环境保护越来越得到重视，但在工业生产中还是难免存在各种污染。
红外光谱技术可以有效地识别污染物的成分和来源，并进行精确的定量分析，有助于科学合理地制定污染物的防治措施。
总之，红外光谱技术作为一种高效、快速、精准的分析手段，在材料分析领域得到了广泛应用。
它在材料表征、缺陷检测、腐蚀分析和污染分析等方面都具有重要的应用价值。
相信随着科技的不断推进和发展，红外光谱技术在材料分析中的应用将会更加广泛和深入。
分子振动光谱在化学创新中的应用
分子振动光谱在化学创新中的应用分子振动光谱是一种现代化学分析技术，被广泛应用在许多领域，如物理化学、材料科学和生命科学等。
它通过测量分子中的原子团的振动频率，可以得到有关分子结构、成分和性质的信息。
在这篇文章中，我们将探讨分子振动光谱在化学创新中的应用。
一、光谱学的基本原理在了解分子振动光谱在化学创新中的应用之前，首先需要了解光谱学的基本原理。
分子振动光谱涉及到分子中原子团的振动，包括伸缩振动、弯曲振动、扭转振动等。
这些振动依赖于分子中的原子团和键长，因此可以提供分子结构和成分的信息。
分子振动光谱主要分为红外光谱(IR)和拉曼光谱。
在IR光谱中，分子相互转换的振动频率和它们与辐射能量(波数)之间的关系是主要光谱特征，用波谱表示。
而在拉曼光谱中，光与分子相互作用时，由于光谱过程涉及分子的瞬时极化，会出现与波谱无关的能量变化，称为拉曼位移。
这可以使用功率谱来表示，分别显示计算的拉曼光谱和观察的拉曼光谱之间的比较。
二、分子振动光谱在化学分析中的应用分子振动光谱可以用于分析和识别分子中的功能基团和它们的化学环境，并为研究分析化学、材料科学和生命科学提供不可或缺的工具。
下面是分子振动光谱在化学分析中的应用：1. 分子鉴定分子振动光谱可用于确定分子中存在的基团和其它化学性质。
具有特定化学功能的分子(即功能性化合物)可以通过其红外吸收带的位置和强度确认。
对于分析未知化合物、伪造的化学品或不同的化合物配方的识别都是很有效的方法。
2. 物质的定量分析由于含特定功能基团的分子中的振动能量强度和光的强度之间有一定的相关性，因此可以确定分子中这种基团的浓度。
例如，当测定酸催化剂中的硫酸基时，可以利用这种原理。
3. 质谱联用技术分子振动光谱可以与其他光谱学(质谱学)进行联合使用，以确定特定的化学特性。
质谱和红外光谱的联合使用是一种强大且有效的方法，可以更好地为分析提供化学信息。
三、分子振动光谱在化学创新中的应用广泛。
它们用于制定新材料、开发制造过程和地球化学。
高分子近代测试分析技术
高分子近代测试分析技术摘要高分子材料在现代工业和科学研究中起着重要的作用，因此，对于高分子材料的测试分析技术的发展具有重要意义。
本文将介绍几种近代高分子测试分析技术的原理和应用，包括光谱分析、热分析和力学测试等。
这些技术可以用于高分子材料的成分分析、结构表征、性能测试以及质量控制等方面。
1. 光谱分析技术光谱分析技术是一种常见的高分子材料测试分析技术，包括紫外可见光谱（UV-Vis）、红外光谱（IR）和核磁共振（NMR）等。
这些技术能够提供高分子材料的成分分析和结构表征的信息。
1.1 紫外可见光谱（UV-Vis）紫外可见光谱是一种用于分析高分子材料的吸收光谱的方法。
通过测量样品在紫外或可见光区域的吸光度，可以得到样品的吸收光谱图，进而了解其电子结构和π-π*跃迁等信息。
1.2 红外光谱（IR）红外光谱是一种用于分析高分子材料的振动光谱的方法。
高分子材料中的化学键和分子结构会引起特定的振动，通过测量样品在红外区域的吸光度，可以获得样品的红外光谱图，进而分析其分子结构和官能团等信息。
1.3 核磁共振（NMR）核磁共振是一种用于分析高分子材料的核磁共振光谱的方法。
通过测量样品中核自旋的共振现象，可以得到样品的核磁共振光谱图，从而分析样品的分子结构和官能团等信息。
2. 热分析技术热分析技术是一种用于测试高分子材料热性能的方法，包括热重分析（TGA）和差示扫描量热（DSC）等。
这些技术可以用于研究高分子材料的热降解和热稳定性等。
2.1 热重分析（TGA）热重分析是一种通过测量高分子材料在加热过程中质量的变化来研究其热性能的方法。
通过记录样品质量随温度变化的曲线，可以推断高分子材料的热分解温度和热稳定性等信息。
2.2 差示扫描量热（DSC）差示扫描量热是一种通过测量高分子材料在加热或冷却过程中释放或吸收的热量来研究其热性能的方法。
通过记录样品温度随时间变化的曲线，可以获得高分子材料的熔融温度、玻璃转变温度和热焓等信息。
材料现代分析测试技术-光谱分析
弧层边缘的温度较低，因而这里处于基态的同类原子较多。 这些低能态的同类原子能吸收高能态原子发射出来的光而 产生吸收光谱。原子在高温时被激发，发射某一波长的谱 线，而处于低温状态的同类原子又能吸收这一波长的辐射， 这种现象称为自吸现象。
光电直读光谱仪
在原子发射光谱法中， 一般多采用摄谱法(spectrography)。
摄谱法是用感光板记录光谱。将光谱感光板置于摄谱仪 焦面上，接受被分析试样的光谱作用而感光，再经过 显影、定影等过程后，制得光谱底片，其上有许多黑 度不同的光谱线。然后用影谱仪观察谱线位置及大致 强度，进行光谱定性及半定量分析。
（6）谱线的自吸与自蚀
三、谱线的自吸与自蚀(self-absorption and selfreversal of spectral lines)
在实际工作中，发射光谱是通过物质的蒸发、激发、 迁移和射出弧层而得到的。首先，物质在光源中蒸发形成 气体，由于运动粒子发生相互碰撞和激发，使气体中产生
大量的分子、原子、离子、电子等粒子，这种电离的气 体在宏观上是中性的，称为等离子体。在一般光源中， 是在弧焰中产生的，弧焰具有一定的厚度，如下图：
4. Atomic fluorimetry
气态自由原子吸收特征波长的辐射后，原子的外层 电子 从基态或低能态跃迁到较高能态，约经10-8 s，又跃
迁至基态或低能态，同时发射出与原激发波长相同（共 振荧光）或不同的辐射（非共振荧光—直跃线荧光、阶 跃线荧光、阶跃激发荧光、敏化荧光等），称为原子荧 光。波长在紫外和可见光区。在与激发光源成一定角度 （通常为90）的方向测量荧光的强度，可以进行定量分 析。
现代分析测试技术3 (2)
最大发射波长562nm；
现代分析测试技术—化学发光
应用
无机物的分析 有机物的分析 生物活性物质的分析
生物活性氧的分析 免役发光分析 核酸杂交分析
微全分析系统中的应用
特点
灵敏度高，操作简便
现代分析测试技术—化学发光
化学发光检测仪器
样品池
光探测器样品池
放大器
信号输出
样品室
现代分析测试技术—化学发光
磷光特点
磷光的辐射波长比荧光长
发生时间比荧光晚。 在液氮中进行。
磷光的寿命和辐射强度对于重原子和顺磁性离子是极其
敏感.
现代分析测试技术—分子磷光光谱
磷光仪
仪器框图
现代分析测试技术—分子磷光光谱
荧光计上配上磷光测量附件即可对磷光进行测量。测量方法： （1）通常借助于荧光和磷光寿命的差别，采用磷光镜的装臵将荧 光隔开。采用脉冲光源和可控检测及时间分辨技术。 （2）在低温测量时，需要杜瓦瓶；室温测量时，不需要杜瓦瓶。
现代分析测试技术—分子磷光光谱
PerkinElmer
LS-55 荧光/磷光/发光分光光度计
LS55荧光/磷光/发光分光光度计可测定荧光、磷光、生物发光或化学发光。激发狭缝2.5—
15nm，发射狭缝为2.5—20nm。脉冲式氙灯（寿命长、电源供应简单，产生臭氧极少，不需长时间
预热；大大减少光解作用；每一脉冲间测定暗电流，增进低荧光量的测定；用软件控制即可测定磷光， 不需附件；磷光的灵敏度不损失脉冲率、延迟时间及门限时间均可变更）；信噪比：750：1（RMS， 350nm处纯水拉曼谱带），基线处为2000：1（RMS）；大样品室保证可安装多种计算机控制的专 用附件、可提供的附件最全；包括固体样品架；新概念的软件；FL WinLabTM（具有强大的二维/三
现代分析测试17种技术
一 电化学技术1 1 电导分析法：电导分析法：电导分析法：根据溶液的电导性质来进行分析的方法称为电导分析法。
根据溶液的电导性质来进行分析的方法称为电导分析法。
根据溶液的电导性质来进行分析的方法称为电导分析法。
它包括电导法和电导滴定法两它包括电导法和电导滴定法两种，电导法是直接根据溶液的电导或电阻与被测离子浓度的关系进行分析的方法；电导滴定法是根据溶液电导的变化来确定滴定终点（滴定时，滴定剂与溶液中被测离子生成水、沉淀或其他难解离的化合物，从而使溶液中的电导发生变化，利用化学计量点时出现的转折来指示滴定终点）。
2 2 电位分析法：电位分析法：根据电池电动势或指示电极电位的变化来进行分析的方法。
它包括电位法和电位滴定法。
电位法是直接根据指示电极的电位与被测物质浓度关系来进行分析的方法；电位滴定法是根据滴定过程中指示电极电位的变化来确定终点（滴定时，在化学计量点附近，由于被测物质的浓度产生突变，使指示电极电位发生突越，从而确定终点）。
3 3 电解分析：电解分析：以电子为沉淀剂使被测物质在电解条件下析出或和其他物质分离，以电子为沉淀剂使被测物质在电解条件下析出或和其他物质分离，直接称量析出的被测物直接称量析出的被测物质的质量来进行分析。
质的质量来进行分析。
4 4 库仑分析法：库仑分析法：库仑分析法：根据电解过程消耗的电荷量来进行分析。
根据电解过程消耗的电荷量来进行分析。
根据电解过程消耗的电荷量来进行分析。
它包括控制电流库仑分析法和控制电位库仑分它包括控制电流库仑分析法和控制电位库仑分析法。
析法。
5 5 伏安法（极谱法）伏安法（极谱法）：根据被测物质在电解过程中其电流—电压变化曲线来进行分析的方法。
二 光分析技术1 1 原子发射光谱：是根据每种化学元素的原子或离子在热激发或电激发下，发射特征的电磁辐射，进行原子发射光谱：是根据每种化学元素的原子或离子在热激发或电激发下，发射特征的电磁辐射，进行元素的定性、半定量和定量分析的方法。
材料现代分析测试方法之分子振动光谱PPT(73张)
（一）红外吸收的条件
分子吸收红外辐射必须满足两个条件
1．偶极矩的变化
分子在振动过程中，原子间的距离（键长）或夹
角（键角）会发生变化，这可能引起分子偶极矩 的变化，产生一个稳定的交变电场，它的频率等 于振动的频率。
这个稳定的交变电场将和运动的具有相同频率的
电磁辐射电场相互作用，从而吸收辐射能量，产 生红外光谱的吸收。
红外光谱的谱带数目、谱带位置、谱带形状及谱
带强度随物质分子间键力的变化、基团内甚至基 团外环境的改变而改变。
如固体物质分子之间产生相互作用会使一个谱带
发生分裂，晶体内分子对称性降低会使简并的谱 带解并成多重谱带。
分子间氢键的形成会使谱带形状变宽，伸缩振动
频率向低波数位移，而弯曲振动频率向高波数位 移。
由于真实分子的振动不完全符合谐振子模型，
在很多情况下可能出现Δ n＞±1的跃迁。如果 分子振动能级跃迁两个以上能级，所产生的吸 收谱带叫倍频带，它出现在基频带的几倍处。
由于分子振动能级连续跃迁二级以上的几率很
小，因此，倍频带的强度仅有基频带强度的 1/10左右或更低。
如果吸收谱带是在两个以上的基频带波数之和
化的。式
E
n
1 2
h
中，n可取值0，1，2，3……。
在简谐振动模型中，其谐振子吸收或发射辐
射就必定依照Δ n=±1的规律增减，这称为选律
或选择定则。
由选律可知：
分子的振动从一个能级跃迁到相邻高一级能级，
只获得一个量子，由这类吸收产生的光谱频率 称为基频，基频的吸收带就称作基频带。
振动和转动能级，从而更可靠地鉴定分子结构。
一、 红外光谱的基本原理
现代材料分析测试技术
现代材料分析测试技术1. 引言现代材料分析测试技术是指利用科学仪器和方法对材料进行测试、分析和评估的一种技术手段。
随着材料科学的不断发展和技术的进步，现代材料分析测试技术在工业、科研和生产领域起着至关重要的作用。
本文将介绍常用的现代材料分析测试技术，包括扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)等。
2. 扫描电子显微镜(SEM)扫描电子显微镜(SEM)是一种非常重要的材料分析测试仪器。
它通过扫描材料表面并通过电子束与材料相互作用来获得材料表面微观形貌和成分信息。
SEM广泛应用于材料科学、纳米材料研究、材料工艺等领域。
它可以观察样品的表面形貌、晶体结构、晶粒大小等，并通过能谱分析仪来获得元素组成信息。
3. 透射电子显微镜(TEM)透射电子显微镜(TEM)是一种用于观察材料内部结构的高分辨率显微镜。
TEM通过电子束穿透材料，并通过对透射电子进行束缚和散射来图像化材料的内部结构。
它在材料科学、纳米技术、纤维材料等领域具有重要的应用价值。
TEM能够观察材料的晶体结构、晶格缺陷、晶粒尺寸等，并可获得高分辨率的像像。
4. X射线衍射(XRD)X射线衍射(XRD)是一种常用的材料分析测试技术。
它利用材料对入射X射线的衍射现象来研究材料的晶体结构和晶格参数。
XRD广泛应用于材料科学、矿产勘探、无机化学等领域。
XRD可以确定材料的晶体结构、晶格常数、相对结晶度等，并可通过对射线衍射的精确测定来研究材料的相变行为和配位状态。
5. 红外光谱(FTIR)红外光谱(FTIR)是一种常用的材料分析测试技术，可以用来研究材料的分子结构和化学键的振动情况。
红外光谱可以提供关于材料的化学成分、结构和功能的重要信息。
它广泛应用于材料科学、有机化学、聚合物科学等领域。
红外光谱可以帮助确定材料的分子结构、功能团的存在和分布，以及材料的晶体性质等。
6. 总结现代材料分析测试技术在材料科学和工程领域起着至关重要的作用。
材料现代分析测试方法
主要内容
信号发生器使样品产生（原始）分析信号； 检测器则将原始分析信号转换为更易于测量的信 号（如光电管将光信号转换为电信号）并加以检 测； 被检测信号经信号处理器放大、运算、比较等后 由读出装置转变为可被人读出的信号被记录或显 示出来。 依据检测信号与材料的特征关系，分析、处理读 出信号，即可实现材料分析的目的。
3
主要内容
材料现代分析测试方法涉及的分析测试技术和方法种类繁多，内容 极其广泛。 对于传统方法、近代方法和现代方法的划分问题，不同的专家学者 认识不同，且随科学技术的发展而变化。 因此，相近内容的教材或专著的名称多种多样，比如，“材料分析 测试方法”、“材料现代分析方法”、“材料近代分析测试方法”、 “材料分析测试技术”、“现代分析技术”、“现代仪器分析原理 与技术”等等。 材料分析是通过对表征材料的物理性质或物理化学性质参数及其变 化（称为测量信号或特征信息）的检测实现的。 换言之，材料分析的基本原理（或称技术基础）是指测量信号与材 料成分、结构等的特征关系。 采用各种不同的测量信号（相应地具有与材料的不同特征关系）形 成了各种不同的材料分析方法。
4
主要内容
基于电磁辐射及运动粒子束与物质相互作用的各种性质建 立的各种分析方法已成为材料现代分析方法的重要组成部 分，大体可分为光谱分析、电子能谱分析、衍射分析与电 子显微分析等四大类方法。 此外，基于其它物理性质或电化学性质与材料的特征关系 建立的色谱分析、质谱分析及热分析等方法也是材料现代 分析的重要方法。 尽管不同方法的分析原理（检测信号及其与材料的特征关 系）不同及具体的检测操作过程和相应的检测分析仪器不 同，但各种方法的分析、检测过程均可大体分为信号发生、 信号检测、信号处理及信号读出等几个步骤。 相应的分析仪器则由信号发生器、检测器、信号处理器与 5 读出装置等几部分组成。
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材料现代分析测试方法-分子振动光谱
➢ 每一种具有确定化学组成和结构特征的物质，都
应具有特征的红外吸收谱图（谱带位置、谱带数 目、谱带宽度、谱带强度）等。
➢ 当化学组成和结构特征不同时，其特征吸收谱图
也就发生了变化。
➢ 我们就可以根据红外光谱的特征吸收谱图对物质
注意以下几方面的特征：
1）谱带的数目
首先要分析它所含有的谱带数目，如上图中聚苯 乙烯在3000 cm-1附近有七个吸收带。
2）吸收带的位置
由于每个基团的振动都有特征振动频率，在红外
光谱中表现出特定的吸收谱带位置。在鉴定化合物时，
谱带位置常是最重要的参数。如OH—基的吸收波数在
3650～ 3700 cm-1，而水分子的吸收在较低的波数
➢ 谱图的横坐标一般标有两种量纲，即波长（μm）
（图上方）和波数（cm-1）（图下方），纵坐标
则常用透过率T%（=I/I0）表示（有时也用吸光 度A=lg1/T表示）。
➢ 在红外光谱图中的吸收均称为谱带。
材料现代分析测试方法-分子振动光谱
图 聚苯乙烯红外光谱
材料现代分析测试方法-分子振动光谱
2．红外光谱图的特征
3450 cm-1左右。
材料现代分析测试方法-分子振动光谱
3）谱带的形状 如果所分析的化合物较纯，它们的谱带比较
尖锐，对称性好。若是混合物，有时出现谱带的 重叠、加宽、对称性也被破坏。对于晶体固态物 质，其结晶的完整性程度影响谱带的形状。 4）谱带的强度
对于一定的化合物，它们的基频吸收强度都 较大，红外辐射的透过率小。和普通可见光的吸 收一样，红外光的吸收也服从兰勃特定律：
外界环境中，其化学键力常数是不同的，因此它 们的特征频率也会有差异。
➢ 掌握各种官能团与红外吸收频率的关系以及影响
吸收峰在谱图中的位置的因素是光谱解析的基础。
➢ 可将整个红外光谱大致分为两个区：
官能团区（特征谱带区）（4000～1300 cm-1）、 指纹区（1300～400 cm-1）。
材料现代分析测试方法-分子振动光谱
进行分析鉴定工作，并按其吸收的强度来测定它 们的含量。
材料现代分析测试方法-分子振动光谱
（一）红外吸收的条件
分子吸收红外辐射必须满足两个条件
1．偶极矩的变化
➢ 分子在振动过程中，原子间的距离（键长）或夹
角（键角）会发生变化，这可能引起分子偶极矩 的变化，产生一个稳定的交变电场，它的频率等 于振动的频率。
➢ 这个稳定的交变电场将和运动的具有相同频率的
电磁辐射电场相互作用，从而吸收辐射能量，产 生红外光谱的吸收。
材料现代分析测试方法-分子振动光谱
➢ 如果振动中没有偶极矩的变化就不会产生交变的
偶极电场，这种振动不会和红外辐射发生相互作 用，分子没有红外吸收光谱。
➢ 非极性分子的振动、极性分子的对称伸缩振动偶
材料现代分析测试方法-分子振动光谱
指纹区的吸收光谱： 很复杂，特别能反映分子结构的细微变化，每 一种化合物在该区的谱带位置、强度和形状都 不一样，相当于人的指纹，用于认证化合物是 很可靠的。
无机化合物的基团振动大多在这一波长范围内。
材料现代分析测试方法-分子振动光谱
二、红外吸收光谱分析
（一）红外光谱图 1．红外光谱图与表示方法
材料现代分析测试方法-分子振动光谱
➢ 由于分子振动能级连续跃迁二级以上的几率很
小，因此，倍频带的强度仅有基频带强度的 1/10左右或更低。
➢ 如果吸收谱带是在两个以上的基频带波数之和
或差处出现，则此谱带称为合频带，其强度也 比基频带弱得多。
材料现代分析测试方法-分子振动光谱
（二）基团特征频率
➢ 分子除了有简谐振动对应的基频谱带外，由于各
A lg (1 /T ) lg (I/I) K b 0 材料现代分析测试方法-分子振动光谱
振动和转动能级，从而更可靠地鉴定分子结构。 材料现代分析测试方法-分子振动光谱
一、 红外光谱的基本原理
➢ 分子的振动具有一些特定的分裂的能级。 ➢ 当用红外光照射物质时，该物质结构中的质点会
吸收一部分红外光的能量。引起质点振动能量的 跃迁，从而使红外光透过物质时发生了吸收而产 生红外吸收光谱。
➢ 被吸收的特征频率取决于被照射物质组成的原子
选择定则。
材料现代分析测试方法-分子振动光谱
由选律可知：
➢ 分子的振动从一个能级跃迁到相邻高一级能级，
只获得一个量子，由这类吸收产生的光谱频率 称为基频，基频的吸收带就称作基频带。
➢ 由于真实分子的振动不完全符合谐振子模型，
在很多情况下可能出现Δn＞±1的跃迁。如果分 子振动能级跃迁两个以上能级，所产生的吸收 谱带叫倍频带，它出现在基频带的几倍处。
第五节 分子振动光谱
➢ （IR）和拉曼（Raman）光谱统称为敏感。
➢ 红外光谱为极性基团的鉴定提供最有效的信息，
拉曼光谱对研究物质的骨架特征特别有效。
➢ 一般非对称振动产生强的红外吸收，而对称振动
则出现显著的拉曼谱带。
➢ 红外和拉曼分析法结合，可更完整地研究分子的
官能团区的吸收光谱：
主要反映分子中特征基团的振动，基团的鉴定工 作主要在该区进行。
在此波长范围的振动吸收数较少， 多数是X—H键（X为N、O、C等）、 有机化合物中C== O、C==C、C≡C、C==N等重要官 能团在这范围内有振动。 在无机化合物中，除H2O分子及OH—键外，CO2、 CO32-、N—H等少数键在此范围内有振动吸收。
种振动之间的相互作用，以及振动的非谐性质， 还有倍频、合频、偶合以及费米共振等的吸收谱 带，因此确定各个谱带的归属是比较困难的。
➢ 但是根据大量的光谱数据发现，具有相同化学键
或官能团的一系列化合物有近似共同的吸收频率， 这种频率称为基团特征频率。
材料现代分析测试方法-分子振动光谱
➢ 同一种基团的某种振动方式若处于不同的分子和
极矩变化为零，不产生红外吸收。这种不发生吸 收红外辐射的振动，称为非红外活性振动，非红 外活性振动往往是拉曼活性的。
材料现代分析测试方法-分子振动光谱
2．选律
分子的振动能级是量子化的，而不是连续变
化的。式
E
n
1 2
h
中，n可取值0，1，2，3……。
在简谐振动模型中，其谐振子吸收或发射辐
射就必定依照Δn=±1的规律增减，这称为选律或