红外光谱和X-射线衍射技术分析原理
红外光谱检测原理
红外光谱检测原理红外光谱检测原理概述在化学领域，红外光谱检测是一项重要的分析检测技术。
它利用物质分子在红外光谱范围内的特征振动和转动来识别和定量分析样品中的化学物质。
其原理是将样品置于红外光源和探测器之间，通过照射样品后所发生的红外光谱状况得出一系列信息，用以分析样品中的化学物质成分、分子结构、状态等相关信息。
红外光谱的基本原理红外光谱是指物质在特定波长的红外辐射下发生量子激发而产生的谱线，这些谱线所呈现的振动和转动信息可以用于判定物质的结构和成分。
红外光谱的来源是红外辐射，也称为红外线，波长通常在8000至200cm^-1之间。
这段区间可以根据波数描绘，波数为每秒振动，以cm^-1作单位。
该波长区间涵盖了分子中振动模式的主要类型，因此足以用于分析和鉴定物质的结构和成分。
小分子分子的红外吸收谱由振动-转动谱和原子自由移动谱组成。
基于布尔定理和运动求和原理，每种化学键类型都能具有一定的红外吸收频率和强度（与其振动模式有关）。
C-H，O-H和N-H 都具有不同的吸收频率，根据这些频率，我们可以确定样品成分和分子结构。
红外光谱的实验流程在进行红外光谱检测时，一般需要进行以下步骤：1. 收集样品：从要测试的原料或者样品中获取一个可以测试的组分（例如气体或者溶液）。
2. 预处理样品：对样品进行必要的预处理。
去除杂质和水分等。
3. 测试样品：使用一个红外光谱仪测试样品。
4. 分析数据：根据样品振动和转动的谱线以及吸收频率和强度等参数来确定样品成分、分子结构等信息。
红外光谱仪1. 光源：红外光谱仪中使用红外辐射光源，如Nernst灯、热电导灯和Halogen灯等。
2. 互相作用的样品和光线：通过对样品处于放置于一个样品池中，在此把紫外线、红外线或可见光投射至此处的方式来激发样品，样品吹风机息怀发生转动和振动。
这些相位发生了变化之后便会与样品中的质子或化学基团之间相互作用进而发生吸收。
3. 接受器：红外光谱仪的接受器会检测样品中吸收的红外线光量。
x-射线衍射原理
x-射线衍射原理
射线衍射原理是一种通过将电磁波（一般为X射线）通过晶
体或物体的结构进行衍射，从而获得物体结构信息的方法。
射线衍射原理是基于波动理论的一个重要应用，它利用射线的相交和衍射现象来研究物体内部的晶格结构、原子间距等参数。
射线衍射实验通常使用单晶体作为衍射物，因为单晶体具有长程的周期性结构。
在实验中，将单晶体置于射线束的路径上，当射线通过单晶体时，会根据晶体结构的周期性，经历衍射现象。
根据布拉格定律，当入射射线的波长与晶格间距等条件满足时，会出现相干衍射峰。
在射线衍射实验中，探测器会检测到一系列的衍射峰，这些峰代表了不同衍射角度的衍射波。
通过测量衍射峰的位置以及强度，可以得到一些重要的信息。
首先，由布拉格定律可得，衍射峰的位置与晶胞的尺寸及结构有关。
这种方法可以用于确定晶体的晶胞参数，如晶格常数、晶胞体积等。
其次，衍射峰的强度与晶体内部的原子排列、晶格缺陷等因素密切相关。
通过分析衍射峰的强度分布，可以研究晶体的有序性、晶格缺陷的性质等。
射线衍射原理广泛应用于材料科学、晶体学、结构生物学等领域。
利用射线衍射原理，人们可以研究材料的内部结构，揭示物质的微观性质，为新材料的设计与合成提供理论指导。
同时，射线衍射还在药物研发、蛋白质结构解析等领域发挥着重要作用。
总之，射线衍射原理是一种通过射线的相交和衍射现象来研究物体结构的方法。
通过测量衍射峰的位置和强度，可以获得物体的晶格参数、结构信息等。
射线衍射原理在材料科学和生物科学等领域有着广泛的应用。
各种光谱分析的原理解读
提供的信息：谱图的指纹性或特征碎片峰，表征聚合物的化学结构和几何构型 凝胶色谱法GPC
分析原理：样品通过凝胶柱时，按分子的流体力学体积不同进行分离，大分子先 流出
谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化
提供的信息：峰的化学位移、强度、裂分数和偶合常数，提供核的数目、所处化 学环境和几何构型的信息电子顺磁共振波谱法ESR
分析原理：在外磁场中，分子中未成对电子吸收射频能量，产生电子自旋能级跃 迁
谱图的表示方法：吸收光能量或微分能量随磁场强度变化
提供的信息：谱线位置、强度、裂分数目和超精细分裂常数，提供未成对电子密 度、分子键特性及几何构型信息质谱分析法MS
分析原理：吸收光能后，引起具有极化率变化的分子振动，产生拉曼散射 谱图的表示方法：散射光能量随拉曼位移的变化
提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率
核磁共振波谱法NMR
分析原理：在外磁场中，具有核磁矩的原子核，吸收射频能量，产生核自旋能级 的跃迁
谱图的表示方法：吸收光能量随化学位移的变化
分析原理：分子在真空中被电子轰击，形成离子，通过电磁场按不同m/e分离
谱图的表示方法：以棒图形式表示离子的相对峰度随m/e的变化
提供的信息：分子离子及碎片离子的质量数及其相对峰度，提供分子量，元素组 成及结构的信息气相色谱法GC
分析原理：样品中各组分在流动相和固定相之间，由于分配系数不同而分离 谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化
谱图的表示方法：发射的荧光能量随光波长的变化
提供的信息：荧光效率和寿命，提供分子中不同电子结构的信息
材料现代分析方法
材料现代分析方法现代分析方法是指在化学、物理、生物等科学领域中广泛应用的一种分析技术。
它通过使用先进的仪器设备和相关的算法，能够快速、准确地对物质的成分、结构以及性质进行分析和表征。
本文将介绍几种常见的材料现代分析方法。
一、质谱分析法质谱分析法是一种非常重要的现代分析方法，广泛应用于有机化学、生物化学和环境科学等领域。
它通过将物质分子离子化，并在一个磁场中进行偏转，最后将其质量进行测定，从而确定物质的分子组成和结构。
质谱分析法具有高灵敏度、高分辨率、多组分分析的能力，可以用于确定物质的组成、确认化合物的结构、鉴定杂质等。
二、红外光谱分析法红外光谱分析法是一种基于不同分子振动产生的红外吸收谱谱图，进行物质分析和表征的方法。
该方法的原理是物质在特定波长的红外光照射下，吸收特定的波长，产生特定的振动谱带。
通过对红外光谱的测定和比对，可以确定物质的功能基团、官能团以及化学键的类型和位置，从而研究物质的组成、结构和化学性质。
三、扫描电子显微镜(SEM)扫描电子显微镜(SEM)是一种基于电子束显微技术的分析仪器。
其工作原理是在真空环境中，用电子束扫描样品表面，通过检测扫描电子的反射、散射或透射等信号，来获取样品表面的形貌、成分以及晶体结构等信息。
与光学显微镜相比，SEM具有更高的放大倍数、更高的分辨率和更大的深度。
四、X射线衍射(XRD)X射线衍射(XRD)是一种非常常用的材料分析技术，主要用于分析固体材料的结晶结构和晶体学性质。
该方法的原理是通过将物质置于X射线束中，当X射线与样品中的晶体结构相互作用时，会发生衍射现象。
通过测量样品衍射的位置、强度和形状等信息，可以确定样品的晶体结构、晶格参数和晶体定向等。
五、核磁共振(NMR)核磁共振(NMR)是一种通过检测原子核在磁场中的共振信号来进行物质分析的方法。
其工作原理是利用样品中特定原子核的性质，将其置于强大的磁场中，然后通过外加的射频电磁场来激发核自旋共振。
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红外光谱和X射线衍射技术分析原理
红外光谱分析原理 X-射线衍射分析原理
红外光谱
工作原理 红外光谱仪种类
用途 红外光谱解析程序
常用术语
工作原理
利用红外光谱对物质分子进行的分析和鉴定。将 一束不同波长的红外射线照射到物质的分子上，某些 特定波长的红外射线被吸收，形成这一分子的红外吸 收光谱。每种分子都有由其组成和结构决定的独有的 红外吸收光谱，据此可以对分子进行结构分析和鉴定。
晶结构相对应的特有的衍射现象。
原理简介
➢Text 2
衍射X射线满足布拉格（）方程：
2dsinθ=nλ 式中：λ是X射线的波长；θ是衍射角；d是结晶面间隔；n是 整数。波长λ可用已知的X射线衍射角测定，进而求得面间 隔，即结晶内原子或离子的规则排列状 态。将求出的衍射 X射线强度和面间隔与已知的表对照，即可确定试样结晶的 物质结构，此即定性分析。从衍射X射线强度的比较，可进
1912年劳埃等人根据 增加动镜移动距离，可使分辨本领提高
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将求出的衍射X射线强度和面间隔与已知的表对照，即可确定试样结晶的物质结构，此即定性分析。
X射线与晶体相遇时能发生 两个基频峰频率相加的峰；
优点：X射线衍射分析方法具有不损伤样品、无污染、快捷、测量精度高、能得到有关晶体完整性的大量信息等优点 再识别特征区的第二强峰，找出其相关峰，并进行峰归属
衍射现象，证明了X射线具 优点：X射线衍射分析方法具有不损伤样品、无污染、快捷、测量精度高、能得到有关晶体完整性的大量信息等优点
红外光谱分析的原理
红外光谱分析的原理
红外光谱分析是一种常用的分析技术，它基于物质对红外辐射的吸收特性。
红外辐射波长范围一般在1-1000微米，对应的
频率范围为300 GHz至300 THz。
分析样品时，将红外光束引
入样品，并测量透射或散射光谱。
根据样品中不同成分对红外辐射的吸收特性，可以获取到特定的红外吸收谱图。
红外光谱分析的原理主要是基于分子振动的特性。
红外光用于激发样品中的化学键或分子组成，导致分子进行不同振动模式，如对称伸缩、非对称伸缩、弯曲、扭转等。
不同的分子振动模式对应不同的红外光谱带。
通过分析样品中不同谱带的强度和位置，可以确定样品中的化学功能团和它们的相对含量。
红外光谱分析技术包括四种主要类型：吸收光谱、透射光谱、反射光谱和散射光谱。
吸收光谱通过测量样品对红外光吸收的强度来分析样品的成分和它们之间的相对含量。
透射光谱利用测量穿过样品的透射光强度来分析样品的组成和结构。
反射光谱通过照射样品表面并测量反射光的强度来分析样品的特性。
散射光谱通过测量样品中散射的红外光来获得有关样品粒子大小和形状的信息。
红外光谱分析在许多领域中得到广泛应用，特别是在有机化学、生化分析、材料科学和环境监测等领域。
通过对红外吸收谱的解析和比对，可以快速准确地识别和鉴定样品中的化合物。
此外，红外光谱分析技术还具有非破坏性、实时性和高灵敏度的优点，因此成为许多科学研究和工业应用中不可或缺的分析手段。
红外光谱原理
红外光谱原理红外光谱是一种重要的分析技术，它通过测量分子在红外辐射下的吸收或发射来获取物质的结构和成分信息。
红外光谱技术广泛应用于化学、生物、医药、环境等领域，成为了一种不可或缺的分析手段。
本文将介绍红外光谱的原理及其在实际应用中的重要意义。
红外光谱的原理基于分子的振动和转动。
当分子受到红外辐射照射时，分子内部的化学键会发生振动和转动，这些振动和转动的频率与分子的结构和成分密切相关。
根据不同的振动模式，分子会吸收特定波长的红外光，因此不同的化学键和功能团会在不同的波长范围内吸收红外辐射，形成特征的红外光谱图谱。
红外光谱图谱通常以波数（cm-1）或波长（μm）为横坐标，吸光度或透射率为纵坐标。
通过测量样品吸收或透射的红外光谱，可以得到样品中各种化学键和功能团的振动信息，从而确定物质的结构和成分。
红外光谱技术具有快速、无损、灵敏度高等优点，因此被广泛应用于化学成分分析、质量控制、环境监测等领域。
在化学分析中，红外光谱可以用于确定有机物和无机物的结构。
有机物的红外光谱通常具有特征性的C-H、O-H、N-H等振动峰，通过对比样品的红外光谱图谱与标准物质的对照谱，可以准确确定有机物的结构和功能团。
对于无机物，红外光谱也可以提供重要的结构信息，例如金属氧化物、硫酸盐等物质的红外光谱图谱具有明显的特征峰，可以用于快速鉴定物质的种类和结构。
在生物医药领域，红外光谱被广泛应用于药物质量控制、生物大分子结构分析等方面。
例如，通过红外光谱可以对药物中的成分和杂质进行快速鉴定和定量分析，确保药品的质量和安全性。
同时，红外光谱还可以用于蛋白质、多糖等生物大分子的结构表征，帮助科研人员深入了解生物分子的功能和性质。
在环境监测中，红外光谱也发挥着重要作用。
例如，红外光谱可以用于大气污染物的在线监测，通过对大气中各种气体的红外光谱进行实时测量，可以及时发现和监测大气污染物的浓度和组成，为环境保护和治理提供重要的数据支持。
总之，红外光谱作为一种重要的分析技术，具有广泛的应用前景和重要的意义。
红外光谱技术的原理与应用
红外光谱技术的原理与应用近年来，红外光谱技术因其在分析领域中的广泛应用而备受瞩目。
它是一种非破坏性的分析技术，能够准确地确定目标物质的分子结构和功能组成。
本文将介绍红外光谱技术的原理、基础知识和应用。
一、红外光谱技术的原理红外光谱技术是一种利用物质对红外辐射的吸收和发射谱线进行分析的技术。
红外辐射可以被物质中的化学键吸收或发射，这些化学键的振动和转动运动产生了特定的谱线，对应于物质的分子结构。
红外光谱图展示了分子内各个化学键的谱线，可用于确定样品中不同分子的存在和浓度。
二、基础知识：红外光谱图的读取红外光谱图由x轴和y轴组成。
x轴表示波数（单位为cm-1），而y轴则表示对应波数下吸收带的相对强度。
红外光谱图的预处理非常重要。
为了获得最佳效果，我们需要对光谱图进行基线校正、去除噪声、调整基于吸收线强度等组合过程的光谱数据。
在光谱图上，各吸收带也需要进行标记和解释。
三、红外光谱技术的应用1. 化学分析红外光谱技术可以用于分析有机化合物的结构和组成。
化学家们可以用红外光谱图来检测样品中特定的化学键，以及确定这些化学键的类型和位置。
这项技术对于药物合成、有机化学和聚合物工程等领域的研究非常重要。
2. 食品安全红外光谱技术可以用于检测食品中的有害物质和营养成分。
例如，它可以用于测量食品中各种脂肪、糖类和蛋白质的含量。
此外，红外光谱技术还可以分析食品中的添加剂和农药残留情况。
3. 医学诊断红外光谱技术对于疾病的早期诊断和治疗也具有很大的帮助作用。
例如，红外光谱技术可以用于分析血液样品中患者的代谢物质，以及检测特定疾病标志物的存在。
此外，它还可以用于研究不同组织和器官的结构和组成。
4. 环境监测红外光谱技术可以用于分析环境样品中的有害物质和化学物质。
例如，可以通过分析水体中的化学物质来确保其安全饮用。
它还可以测定大气中的污染物质和土壤中的重金属含量。
四、未来发展随着科技的进步和新技术的出现，红外光谱技术也在不断发展。
红外光谱分析原理
红外光谱分析原理
红外光谱分析是一种常用的无损检测方法，用于确定化学物质的结构和组成。
其原理基于分子的光谱吸收特性，通过测量样品在不同波长红外辐射下的吸收光谱，来识别样品中的化学键和官能团。
红外光谱分析使用的是红外辐射，其波长范围为0.78至1000
微米，对应的频率范围为12800至10波数。
样品与红外辐射
相互作用后，会吸收一部分光谱，形成一个特定的吸收带。
每个分子都有一个独特的红外吸收谱图，因此通过比较样品的红外吸收谱和已知物质的红外谱图数据库，可以确定样品的成分。
红外光谱分析所测量的是样品对不同波长红外辐射的吸收强度。
红外辐射在与样品相互作用时，其能量与样品的分子振动模式相互转移。
不同官能团和化学键的振动会在红外光谱上表现出不同的吸收带，从而反映出样品的化学组成和结构信息。
常见的红外光谱吸收带包括相对于振动的拉伸、弯曲和扭转等模式。
一般来说，红外光谱的吸收带呈现为峰的形式，峰的位置和形状可以提供有关样品成分和结构的信息。
例如，C-H键的伸缩振动在波数范围2800至3000波数之间，C=O键的伸
缩振动在1650至1800波数之间。
红外光谱分析可以应用于各种领域，包括化学、制药、环境监测等。
它是一种快速、准确、无损的分析方法，能够对样品进行定性和定量分析。
此外，红外光谱仪的设备也逐渐变得便携化和小型化，使得红外光谱分析更加便捷和实用。
红外光谱工作原理
红外光谱工作原理一、简介红外光谱技术是一种通过测量物质对红外光的吸收来研究物质分子结构的分析方法。
由于它能够提供关于分子化学键的丰富信息，因此被广泛应用于化学、生物学、医学和环境科学等领域。
二、基本原理红外光谱的原理基于分子振动和转动能级跃迁。
当特定波长的红外光照射到物质上时，如果光子的能量与分子振动或转动能级差相匹配，那么该光子将被吸收。
通过测量不同波长下的吸收情况，我们可以获得分子的振动和转动信息，进一步推断出分子结构。
在红外光谱中，波长范围在 2.5～25μm（对应频率为4000～400cm-1）的红外光被称为"红外线"，是研究的主要区域。
由于不同化学键或基团在该区域有不同的吸收特征，因此可以用来鉴别不同的化学物质。
三、红外光谱的特点1.特征性：每种分子都有自己独特的红外光谱，类似于人的指纹，因此可以通过红外光谱来确定物质的分子组成。
2.敏感性：红外光谱对于某些特定的化学键非常敏感，例如C-H、O-H和N-H等，因此可以用于检测痕量物质的存在。
3.无损分析：红外光谱是一种非破坏性分析方法，样品在分析过程中不会被破坏或消耗，可以用于后续的其它分析。
4.局限性：对于一些极性分子或大分子，其红外吸收可能较弱，导致其红外光谱的分辨率较低。
此外，由于水的强红外吸收，水溶液中的样品在红外光谱分析中可能会受到限制。
四、红外光谱的应用1.物质鉴定：利用红外光谱的特征性，可以用于鉴定未知物质的化学组成。
只需将未知物的红外光谱与已知化合物的红外光谱进行比对，即可确定未知物的分子结构。
2.化学反应监控：在化学反应过程中，通过实时监测反应物和产物的红外光谱变化，可以了解反应进程和反应机理。
这对于化学合成和化学反应动力学研究具有重要意义。
3.生物样品分析：由于生物分子如蛋白质、核酸等具有丰富的红外活性基团，红外光谱技术可以用于研究生物分子的结构和功能。
例如，蛋白质二级结构的研究、DNA序列分析等。
红外衍射光谱的原理
红外衍射光谱的原理
红外衍射光谱是一种用于分析物质结构的技术，它基于物质分
子与红外辐射相互作用的原理。
红外辐射是一种电磁辐射，其波长
范围在可见光和微波之间，对应频率范围在3×10^11 Hz到
4×10^14 Hz之间。
当物质受到红外辐射照射时，分子中的化学键
会发生振动和转动，这些振动和转动会导致分子的偶极矩发生变化，从而与入射的红外辐射发生相互作用。
红外衍射光谱的原理可以从分子的振动角度和光谱学角度来解释。
从分子振动的角度来看，不同的化学键（如C-H、O-H、C=O等）在红外辐射下会发生特定的振动模式，这些振动模式对应于特定的
频率和波数。
当分子受到红外辐射照射时，特定振动模式的化学键
会吸收能量，从而使分子的振动状态发生变化。
这种吸收能量的过
程可以被检测并用于分析物质的结构和组成。
从光谱学的角度来看，红外辐射与物质相互作用后，会产生特
定的吸收光谱。
这种吸收光谱可以被记录下来，并通过分析吸收峰
的位置、强度和形状来推断物质中存在的化学键和功能团。
因此，
红外衍射光谱的原理是基于分子振动和光谱学的相互作用，通过分
析物质对红外辐射的吸收来获取物质结构和组成的信息。
总的来说，红外衍射光谱的原理涉及到分子振动与红外辐射的相互作用，以及吸收光谱的记录和分析，这些原理为我们提供了一种非常有用的手段来研究和分析物质的结构和组成。
光谱的测量原理和应用
光谱的测量原理和应用1. 引言光谱是指将物质发射、吸收或散射光按照波长进行分解和测量的方法。
光谱的测量原理和应用广泛应用于物理、化学、生物学等领域。
本文将介绍光谱的测量原理和一些常见的应用案例。
2. 光谱的测量原理光谱的测量原理基于物质对不同波长的光的吸收、散射和发射特性。
常见的光谱测量方法包括衍射光谱仪、干涉光谱仪和光栅光谱仪。
2.1 衍射光谱仪衍射光谱仪是利用光的衍射现象进行测量的一种方法。
它通过将入射光束进行衍射，然后通过光学元件将衍射光束聚焦到检测器上，进而测量出不同波长的光的强度。
衍射光谱仪具有高分辨率和较大的波长范围的特点，常用于红外光谱和紫外光谱的测量。
2.2 干涉光谱仪干涉光谱仪是利用光的干涉现象进行测量的一种方法。
它通过将光束分成两个相干的光束，其中一个光束经过样品或被测物体后再重新合成，然后测量合成光束的强度变化来分析样品的光谱信息。
干涉光谱仪具有较高的精度和分辨率，常用于光学薄膜的测量和光学显微镜的应用。
2.3 光栅光谱仪光栅光谱仪是利用光的色散性质进行测量的一种方法。
它利用光栅的特殊结构，将入射的光分散成不同波长的光线，然后通过光学元件将分散后的光线聚焦到检测器上，从而获得光谱信息。
光栅光谱仪具有较高的分辨率和波长范围，常用于光谱分析和光学测量。
3. 光谱的应用光谱的测量原理为很多领域的研究和应用提供了基础。
以下是一些常见的光谱应用案例。
3.1 化学分析光谱在化学分析中广泛应用。
通过测量物质在不同波长下的吸收或发射特性，可以确定物质的成分和浓度。
常见的化学分析光谱包括紫外-可见吸收光谱、红外光谱和拉曼光谱。
3.2 材料表征光谱在材料表征中具有重要的应用价值。
通过测量材料在不同波长下的吸收、散射或发射特性，可以获取材料的结构和性能信息。
常见的材料表征光谱包括透射电子显微镜光谱、X射线衍射光谱和核磁共振光谱。
3.3 生物医学研究光谱在生物医学研究中也有着重要的应用。
通过测量生物组织或细胞在不同波长下的吸收或发射特性，可以研究生物体的结构和功能。
XRD和红外实验报告
XRD和红外实验报告单晶X射线衍射法测定铁黄晶体结构X射线最早由德国科学家W.C. Roentgen在1895年在研究阴极射线发现，具有很强的穿透性，⼜因x射线是不带电的粒⼦流，所以在电磁场中不偏转。
1912年劳厄等⼈发现了X射线在晶体中的衍射现象，证实了X射线本质上是⼀种波长很短的电磁辐射，其波长约为10nm到10–2nm之间，与晶体中原⼦间的距离为同⼀数量级，是研究晶体结构的有⼒⼯具。
物相分析中的衍射⽅法包括X射线衍射，电⼦衍射和中⼦衍射三种，其中X射线衍射⽅法使⽤最⼴，它包括德拜照相法，聚集照相法，和衍射仪法。
⼀、实验⽬的⑴掌握X射线衍射仪的⼯作原理、操作⽅法⑵掌握X射线衍射实验的样品制备⽅法⑶掌握运⽤X射线衍射分析软件进⾏物相分析的原理和实验⽅法⑷熟悉PDF卡⽚的查找⽅法和物相检索⽅法⼆、实验原理1、X射线的产⽣实验中通常使⽤X光管来产⽣X射线。
在抽成真空的X光管内，当由热阴极发出的电⼦经⾼压电场加速后，⾼速运动的电⼦轰击由⾦属做成的阳极靶时，靶就发射X射线。
发射出的X射线分为两类：（1）如果被靶阻挡的电⼦的能量不越过⼀定限度时，发射的是连续光谱的辐射。
这种辐射叫做轫致辐射；（2）当电⼦的能量超过⼀定的限度时，可以发射⼀种不连续的、只有⼏条特殊的谱线组成的线状光谱，这种发射线状光谱的辐射叫做特征辐射。
对于特征X光谱分为：（1）K系谱线:外层电⼦填K层空⽳产⽣的特征X射线K α、Kβ…（2）L系谱线:外层电⼦填L层空⽳产⽣的特征X射线Lα、Lβ…如下图4。
图4 特征X射线图5 X射线与物质的相互作⽤2、X射线与物质的相互作⽤X射线与物质相互作⽤产⽣各种复杂过程。
就其能量转换⽽⾔，⼀束X射线通过物质分为三部分：散射，吸收，透过物质沿原来的⽅向传播，如上图5，其中相⼲散射是产⽣衍射花样原因。
3、晶体点阵结构晶体结构可以⽤三维点阵来表⽰。
每个点阵点代表晶体中的⼀个基本单元，如离⼦、原⼦或分⼦等。
材料测试技术及方法原理
材料测试技术及方法原理
1. 光谱分析技术：利用物质对光的吸收、发射或散射等现象来分析材料的成分和结构。
例如，红外光谱可以分析材料中的官能团，紫外-可见光谱可以分析材料的颜色和光学性质。
2. X 射线衍射技术：通过 X 射线在材料中的衍射现象来分析材料的晶体结构和相组成。
该技术可以确定材料的晶体类型、晶格常数、晶粒尺寸等信息。
3. 电子显微镜技术：利用电子束与物质相互作用产生的信号来观察和分析材料的微观结构。
扫描电子显微镜可以观察材料的表面形貌，透射电子显微镜可以观察材料的内部结构。
4. 力学性能测试：包括拉伸试验、压缩试验、弯曲试验等，用于测定材料的强度、塑性、韧性等力学性能。
5. 热分析技术：如差热分析、热重分析等，用于研究材料在加热或冷却过程中的物理和化学变化，如相变、热分解等。
6. 光谱化学分析：利用光谱技术进行元素分析，例如原子吸收光谱、电感耦合等离子体发射光谱等。
7. 核磁共振技术：通过测定原子核在磁场中的自旋状态来分析材料的结构和化学键信息。
这些测试技术和方法原理在材料科学研究、工程设计和质量控制等领域具有重要的应用价值，可以帮助我们深入了解材料的性质和行为，为材料的开发、优化和应用提供科学依据。
傅里叶变换红外光谱和x线衍射
傅里叶变换红外光谱和x线衍射
傅里叶变换红外光谱（FTIR，Fourier Transform Infrared Spectroscopy）和X射线衍射（XRD，X-ray Diffraction）是用
于研究物质结构和特性的两种常见的分析技术，它们在物质表征和分析领域有着不同的应用和原理。
1.傅里叶变换红外光谱（FTIR）：
●原理： FTIR是一种通过测量物质对红外光的吸收来分析样
品的技术。
它基于物质分子在红外光波长范围内的振动和转动引起的吸收现象。
样品吸收红外光后，产生特定的光谱图谱，显示出分子的振动模式和结构信息。
●应用： FTIR广泛用于化学、材料科学、生物化学等领域。
它可以用于确定分子结构、鉴定化合物、监测化学反应、检测功能基团等。
例如，用于药物分析、聚合物研究、食品分析等。
2.X射线衍射（XRD）：
●原理： XRD利用X射线对晶体结构的衍射现象进行分析。
当X射线入射到样品上时，晶体中的原子根据其排列会产生
衍射，这些衍射通过衍射图谱展示出来。
从衍射图谱中可以得知晶体的晶格结构、晶体取向、晶粒尺寸等信息。
●应用： XRD常用于材料科学、矿物学、地质学等领域。
它
用于确定晶体结构、晶体取向、材料的晶体性质、晶格参数等。
在材料科学中，XRD可以用于研究晶体的组成、材料的相变、材料的纯度等。
这两种技术在物质分析和结构表征中都发挥着重要作用，各自具有独特的应用领域和优势，用于研究不同方面的样品结构和性质。
仪器分析(xrd、红外、拉曼等)讲课教案
各种仪器分析的基本原理及谱图表示方法——牛人总结，留着备用来源：刘艳的日志紫外吸收光谱UV分析原理：吸收紫外光能量，引起分子中电子能级的跃迁谱图的表示方法：相对吸收光能量随吸收光波长的变化提供的信息：吸收峰的位置、强度和形状，提供分子中不同电子结构的信息荧光光谱法FS分析原理：被电磁辐射激发后，从最低单线激发态回到单线基态，发射荧光谱图的表示方法：发射的荧光能量随光波长的变化提供的信息：荧光效率和寿命，提供分子中不同电子结构的信息红外吸收光谱法IR分析原理：吸收红外光能量，引起具有偶极矩变化的分子的振动、转动能级跃迁谱图的表示方法：相对透射光能量随透射光频率变化提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率拉曼光谱法Ram分析原理：吸收光能后，引起具有极化率变化的分子振动，产生拉曼散射谱图的表示方法：散射光能量随拉曼位移的变化提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率核磁共振波谱法NMR分析原理：在外磁场中，具有核磁矩的原子核，吸收射频能量，产生核自旋能级的跃迁谱图的表示方法：吸收光能量随化学位移的变化提供的信息：峰的化学位移、强度、裂分数和偶合常数，提供核的数目、所处化学环境和几何构型的信息电子顺磁共振波谱法ESR分析原理：在外磁场中，分子中未成对电子吸收射频能量，产生电子自旋能级跃迁谱图的表示方法：吸收光能量或微分能量随磁场强度变化提供的信息：谱线位置、强度、裂分数目和超精细分裂常数，提供未成对电子密度、分子键特性及几何构型信息质谱分析法MS分析原理：分子在真空中被电子轰击，形成离子，通过电磁场按不同m/e分离谱图的表示方法：以棒图形式表示离子的相对峰度随m/e的变化提供的信息：分子离子及碎片离子的质量数及其相对峰度，提供分子量，元素组成及结构的信息气相色谱法GC分析原理：样品中各组分在流动相和固定相之间，由于分配系数不同而分离谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化提供的信息：峰的保留值与组分热力学参数有关，是定性依据；峰面积与组分含量有关反气相色谱法IGC分析原理：探针分子保留值的变化取决于它和作为固定相的聚合物样品之间的相互作用力谱图的表示方法：探针分子比保留体积的对数值随柱温倒数的变化曲线提供的信息：探针分子保留值与温度的关系提供聚合物的热力学参数裂解气相色谱法PGC分析原理：高分子材料在一定条件下瞬间裂解，可获得具有一定特征的碎片谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化提供的信息：谱图的指纹性或特征碎片峰，表征聚合物的化学结构和几何构型凝胶色谱法GPC分析原理：样品通过凝胶柱时，按分子的流体力学体积不同进行分离，大分子先流出谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化提供的信息：高聚物的平均分子量及其分布热重法TG分析原理：在控温环境中，样品重量随温度或时间变化谱图的表示方法：样品的重量分数随温度或时间的变化曲线提供的信息：曲线陡降处为样品失重区，平台区为样品的热稳定区热差分析DTA分析原理：样品与参比物处于同一控温环境中，由于二者导热系数不同产生温差，记录温度随环境温度或时间的变化谱图的表示方法：温差随环境温度或时间的变化曲线提供的信息：提供聚合物热转变温度及各种热效应的信息示差扫描量热分析DSC分析原理：样品与参比物处于同一控温环境中，记录维持温差为零时，所需能量随环境温度或时间的变化谱图的表示方法：热量或其变化率随环境温度或时间的变化曲线提供的信息：提供聚合物热转变温度及各种热效应的信息静态热―力分析TMA分析原理：样品在恒力作用下产生的形变随温度或时间变化谱图的表示方法：样品形变值随温度或时间变化曲线提供的信息：热转变温度和力学状态动态热―力分析DMA分析原理：样品在周期性变化的外力作用下产生的形变随温度的变化谱图的表示方法：模量或tgδ随温度变化曲线提供的信息：热转变温度模量和tgδ透射电子显微术TEM分析原理：高能电子束穿透试样时发生散射、吸收、干涉和衍射，使得在相平面形成衬度，显示出图象谱图的表示方法：质厚衬度象、明场衍衬象、暗场衍衬象、晶格条纹象、和分子象提供的信息：晶体形貌、分子量分布、微孔尺寸分布、多相结构和晶格与缺陷等扫描电子显微术SEM分析原理：用电子技术检测高能电子束与样品作用时产生二次电子、背散射电子、吸收电子、X射线等并放大成象谱图的表示方法：背散射象、二次电子象、吸收电流象、元素的线分布和面分布等提供的信息：断口形貌、表面显微结构、薄膜内部的显微结构、微区元素分析与定量元素分析等原子吸收AAS原理：通过原子化器将待测试样原子化，待测原子吸收待测元素空心阴极灯的光，从而使用检测器检测到的能量变低，从而得到吸光度。
四大光谱的原理及应用机理
四大光谱的原理及应用机理1. 可见光谱的原理及应用机理•原理–可见光谱是指在可见光范围内的电磁波谱，波长范围约为400-700纳米。
可见光谱的主要原理是物质在这一波长范围内与光的相互作用，并通过吸收、散射、透射等方式体现出来。
物质的颜色、透明度等特性都与可见光谱的相互作用有关。
•应用机理–可见光谱在许多领域中都有广泛应用。
在化学分析中，可见光谱可以用于定量分析和质量检测。
在生物学研究中，可见光谱被用于研究细胞和生物分子的结构和功能。
在材料科学中，可见光谱可以用于研究材料的光学性质和反射率。
此外，可见光谱还在光学传感器、光纤通信和光敏材料等领域有着重要的应用。
2. 红外光谱的原理及应用机理•原理–红外光谱是指波长在0.78至1000微米范围内的电磁波谱。
红外光谱的主要原理是物质在这一波长范围内对红外辐射的能量吸收和发射。
不同物质对红外光谱的吸收和发射具有特征性，可以通过对红外光谱的分析来识别和定量物质。
•应用机理–红外光谱在许多领域中都有广泛应用。
在化学领域，红外光谱可以用于物质的结构分析和组成分析。
在环境监测中，红外光谱可以用于检测空气中的污染物，如甲醛、二氧化碳等。
在医学领域，红外光谱可以用于病理诊断和药物研发。
此外，红外光谱还可以应用于食品、农业、材料科学等多个领域。
3. 紫外光谱的原理及应用机理•原理–紫外光谱是指波长在10至400纳米范围内的电磁波谱。
紫外光谱的主要原理是物质对紫外光的吸收和散射。
不同物质对紫外光的吸收和散射程度不同，可以通过对紫外光谱的分析来研究物质的电子结构和化学性质。
•应用机理–紫外光谱在许多领域中都有广泛应用。
在生物化学中，紫外光谱可以用于研究蛋白质、核酸和多肽等生物大分子的结构和功能。
在环境科学中，紫外光谱可以用于监测水体和空气中的污染物。
在材料科学中，紫外光谱可以用于研究材料的光学性质和能带结构。
此外，紫外光谱还在医学、食品安全等领域有着重要应用。
4. X射线光谱的原理及应用机理•原理–X射线光谱是指波长在0.01至10纳米之间的电磁波谱。
红外吸收光谱基本原理和技术简析
沿轴振动，只改变键长，不改变键角
2、弯曲振动（Bending Vibration） 又称为变形振动或变角振动。用δ表示。 特点：基团的键角发生周期性的变化，而其键长保持不变。 分子中原子数≥3时，可产生面内弯曲振动和面外弯曲振动。
弯曲振动只改变键角,不改变键长
3.振动自由度与峰数 多原子分子中每个原子的空间位置可由X、Y、Z 三个坐标 来确定。故其在空间的运动有三个子自由度。
1、伸缩振动（Stretching Vibration）
用v 表示。 特点：成键原子沿键轴方向伸缩，键长发生周期性的变化，其 键角不变。 当分子中原子数≥3 时，可产生对称伸缩振动（vs）和反对称 伸缩振动（vas）。
对称伸缩振动（vs） （2853cm-1）
不对称伸缩振动（vas） (2926cm-1)
故 线性分子的振动自由度＝ 3n-5 非线性分子的振动自由度＝ 3n-6
例：水分子（非线性分子） 振动自由度数＝3 ×3 －6 ＝3
红外谱图上的峰数往往少于基本振动的数目。原因： （1）红外非活性振动：分子偶极距不发生变化 （2）峰的简并：振动频率完全相同，吸收带重合 （3）峰的掩盖：宽而强的吸收峰掩盖频率相近的窄
结论： （1）化学键越强，K 越大，振动频率越高； （2）二原子μ越大，振动频率越低。
二、分子的振动能级与吸收峰位置
分子的振动能级是量子化的，相应能级的能量为： E振=（V+1/2）hν
V ：振动量子数，其值可取0，1，2，3 …等整数 ν ：化学键的振动频率
E1 = 1/2 hν E2 = 3/2 hν ……
I ：表示透过光的光强 I0：表示入射光的光强
吸收峰位置由振动能级差的大小决定，取决于基频峰的吸收频率 。每一个较大的吸收峰都代表了分子的一种基本振动的形式。
红外光谱和X-射线衍射技术分析原理
原理比较
红外光谱技术
基于分子振动和转动能级跃迁的原理 ，通过测量物质对红外光的吸收，分 析物质中特定官能团的振动和转动信 息，从而推断物质的结构和组成。
X射线衍射技术
基于X射线在晶体中的衍射现象，通过 测量衍射角度和强度，分析晶体结构 中的原子间距和排列方式，从而推断 物质的结构。
应用比较
红外光谱技术
数据处理
对采集到的光谱数据进行预处理、基线校正、归 一化等操作，以提高分析精度。
红外光谱的应用领域
有机化合物分析
利用红外光谱可对有机化合物 的官能团、分子结构等进行定
性分析和定量测定。
无机化合物分析
通过测定无机物中特定元素的 振动和转动光谱，可对无机物 进行定性和定量分析。
高分子材料分析
红外光谱可应用于高分子材料 的结构分析和性能表征，如聚 合物、橡胶等。
01
02
03
晶体结构分析
X射线衍射是研究晶体结 构的主要方法，可以确定 晶体的空间格子、晶胞参 数和晶体取向等。
材料科学
X射线衍射用于材料科学 中，如金属、陶瓷、高分 子材料等的结构和相变行 为研究。
医学成像
X射线衍射也可用于医学 成像，如CT扫描技术，用 于人体内部结构的诊断。
两者结合的应用实例
生物样品分析
利用红外光谱可对生物样品中 的蛋白质、核酸等大分子进行
结构和组成分析。
02 X射线衍射技术原理
X射线衍射的基本原理
X射线是一种电磁波，具有波粒二象性，能够穿透物质并在物质内部发生散射。 当X射线通过晶体时，晶体中的原子或分子的电子云会散射X射线，形成特定的衍 射图样。
X射线衍射的基本原理是布拉格方程：nλ=2dsinθ，其中λ是X射线的波长，d是晶面 间距，θ是入射角，n是衍射级数。
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傅里叶变换红外光谱仪的优点：
2
波数值的精确 度可达0.01厘 米
光通量高，提高了仪器的灵敏度 。
多通道测量，使 信噪比提高 。
4
1
5
工作波段可从可见区延伸到毫米区，
可以实现远红外光谱的测定。
3
增加动 镜移动 距离， 可使分 辨本领 提高
用途
红外光谱分析可用于研究分子的结构和化学
键，也可以作为表征和鉴别化学物种的方法。
利用化学键的特征波数来鉴别化合物的类型， 并可用于定量测定。 在高聚物的构型、构象、力学性质的研究，以
及物理、天文、气象、遥感、生物、医学ห้องสมุดไป่ตู้领
域，也广泛应用红外光谱。
红外光谱解析程序
•
先特征，后指纹；先强峰，后次强 峰；先粗查，后 细找；先否定，后肯定 ；寻找有关一组相关峰 • 先识别特征区的第一强峰，找出其相 关峰，并进行 峰归属 • 再识别特征区的第二强峰，找出其相 关峰，并进行峰归属
理论预见，并用实验证实了 X射线与晶体相遇时能发生 衍射现象，证明了X射线具 有电磁波的性质，成为X射
线衍射学的第一个里程碑。
运动学衍射理论
• Darwin的理论称为X射线衍 射运动学理论。 该理论把衍射现象作为三维Fraunhofer衍射问 题来处理，认为晶体的每个体积元的散射与其 它体积元的散射无关，而且散射线通过晶体时 不会再被散射。虽然这样处理可以得出足够精 确的衍射方向，也能得出衍射强度，但运动学 理论的根本性假设并不完全合理。因为散射线 在晶体内一定会被再次散 射，除了与原射线 相结合外，散射线之间也能相互结合。Darwin 不久以后就认识到这点，并在他的理论中作出 了多重散射修正。
红外光谱仪种类：
棱镜和光栅光谱仪
属于色散型，它的单色器为棱镜或光栅，
属单通道测量。
傅里叶变换红外光谱仪
它是非色散型的，其核心部分是一台双光束干涉仪。当仪器中 的动镜移动时，经过干涉仪的两束相干光间的光程差就改变，探测 器所测得的光强也随之变化，从而得到干涉图。经过傅里叶变换的 数学运算后，就可得到入射光的光谱。
动力学衍射理论
•
Ewald的理论称为动力学理论。 该理论考虑到了晶体内所有波的相互作 用，认为入射线与衍射线在晶体内相干 地结合，而且能来回地交换能量。两种 理论对细小的晶体粉末得到的强度公式 相同，而对大块完整的晶体，则必须采 用动力学理论才能得出正确的结果。
发展方向
• X射线分析的新发展，金属X 射线分析由于设备和技术的 普及已逐步变成金属研究和 有机材料，纳米材料测试的 常规方法。而且还用于动态 测量 。这些新技术的结合， 不仅大大加快分析速度，提 高精度，而且可以进行瞬时 的动态观察以及对更为微弱 或精细效应的研究。
两个化学键的振动频率相等或接近时，常使这两个化学键 的基频吸收峰裂分为两个频率相差较大的吸收峰，这种现 象叫做振动偶合.
振动偶 合
X-射线衍射分析
原理简介 特点及优点 理论发展 衍射实验方法 应用范围
原理简介
Text 1
X射线衍射分析是利用晶体形成的X射线衍射，对物质 进行内部原子在空间分布状况的结构分析方法。将具
衍射实验方法
单晶衍射法:
包括劳埃法 和周转晶体法 。
多晶X射线衍射法：
包括照相法与衍射仪法 。
双晶衍射法
应用范围
物相分析 应力的测定
点阵常数的精确测定 晶粒尺寸和点阵畸变的测定
单晶取向和多晶织构测定
T h a n k Y o u !
吴 岑 陈 蒋 剑 少 南 罗 炜 君 男 迪
有一定波长的X射线照射到结晶性物质上时，X射线因
在结晶内遇到规则排列的原子或离子而发生散射，散 射的X射线在某些方向上相位得到加强，从而显示与结
晶结构相对应的特有的衍射现象。
原理简介
Text 2
衍射X射线满足布拉格（W.L.Bragg）方程： 2dsinθ=nλ 式中：λ是X射线的波长；θ是衍射角；d是结晶面间隔；n是 整数。波长λ可用已知的X射线衍射角测定，进而求得面间 隔，即结晶内原子或离子的规则排列状 态。将求出的衍射 X射线强度和面间隔与已知的表对照，即可确定试样结晶的 物质结构，此即定性分析。从衍射X射线强度的比较，可进 行定量分析
常用术语
频峰
倍频峰 合频峰 Fermi 共振
由基态跃迁到第一激发态，产生的强吸收峰，称为基频峰 （强度大）； 由基态直接跃迁到第二、第三等激发态，产生弱的吸收峰， 称为倍频峰； 两个基频峰频率相加的峰；
某一个振动的基频与另外一个振动的倍频或合频接近时， 由于相互作用而在该基频峰附近出现两个吸收带，这叫做 Fermi 共振 ；
红外光谱分析原理
X-射线衍射分析原理
红外光谱
工作原理 红外光谱仪种类 用途 红外光谱解析程序
常用术语
工作原理
利用红外光谱对物质分子进行的分析和鉴定。将 一束不同波长的红外射线照射到物质的分子上，某些
特定波长的红外射线被吸收，形成这一分子的红外吸
收光谱。每种分子都有由其组成和结构决定的独有的 红外吸收光谱，据此可以对分子进行结构分析和鉴定。
特点及优点
特点：本法的特点在于可以获得元素存在的
化合物状态、原子间相互结合的方式，从而 可进行价态分析。
优点：X射线衍射分析方法具有不损伤样品、
无污染、快捷、测量精度高、能得到有关晶
体完整性的大量信息等优点
理论发展
发现衍射现象
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