第六章 振动光谱作业
仪器分析作业05参考答案(第六章)
1. 已知Na 原子从第一激发态（价电子结构为3p 1）返回基态（价电子结构为3s 1）时会发射589.0 nm 和589.6 nm 两条共振谱线，请用光谱项符号来表示这两条谱线。
答：589.0 nm 2/122/32S 3P 3→；589.6 nm 2/122/12S 3P 3→2. 欲采用AES 法测定下列试样，请选择最合适的光源： a. 矿石的定性、半定量分析：直流电弧 b. 合金中Cu 含量的（~x%）的测定：高压火花 c. 钢中锰含量（10-4~10-3%）的测定：交流电弧d. 污水样中Cr 、Mn 、Cu 、Fe 、V 、Ti 等（10-6~x%）含量的测定：ICPe. 血清中Na 、K 含量的测定：火焰3. ICP-AES （ 也称为ICP-OES ）有几种观测模式？各有什么特点？（简明扼要的回答） 答：ICP 炬管的放置方式主要有垂直和水平两种方式，两者比较如下：垂直放置时，电离元素和基体效应的影响远小于水平放置，且最佳高度选择的余地也更大，但受狭缝高度的限制，采光区较短，灵敏度受到一定限制，当试样基体较为复杂时宜采用此方式；水平放置是从ICP 焰锥顶端采光，整个通道各个部分的光都可通过狭缝，因此提高了灵敏度，降低了检出限，但水平放置的基体效应较高，且存在电离干扰的问题，仅适合基体较小的试样的测定，此外炬管是水平放置，易沾污，RF 功率也不能太高。
目前比较流行的双向光测得光源，即在水平观测的基础上，增加一套侧向采光光路，实现垂直/水平双向观察。
4. 使用火焰发射光谱仪，采用内标法测定试样中镉含量，方法如下表：（Cu 标准工作液浓度为75.00 μg ⋅mL -1；Cd 标准工作液浓度为30.00 μg ⋅mL -1）（1）求试样中Cd 的含量；（2）本测定采用内标法的目的是什么？（3）选择内标元素和内标谱线的原则有哪些？解：（1）依题可得标准系列溶液中Cd 的浓度及相对光强，见下表：R e l a t i v e I n t e n s i t yc Cd /μg.mL-1拟合方程：R=0.50c Cd -0.02；相关系数R=0.9999 试样中Cd 的含量：1Cd mL g 60.700.1000.2550.002.02.30/3.45w -⋅μ=⨯+=通常是在无自吸（b=1）的情况下测定，故可以直接以R 对c 作图（以lgR 对lgc 作图也可以，所得结果一致）（2）不同的试样组成和实验条件（如蒸发温度、激发温度等）的波动都会影响谱线强度，使得定量关系I=ac b 中的a 在分析过程中难以保持不变。
06-振动光谱
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双原子分子振动可以近似地看作为简谐振动：
➢ 把两个质量为m1和m2的原子看作为两个刚性小球；
➢ 连接两原子的化学键设想为无质量的弹簧，原子间
的化学键长度看做是弹簧长度r ，键力常数看成为 弹簧力常数k 。
双原子分子的振动形式仅有一种：伸缩振动，即振动 时两原子之间距离（键长）发生改变。
14
1
振动光谱
振动光谱：vibrational spectrum 分子中同一电子能态中不同振动能级之间跃迁产 生的光谱。
振动光谱：包括
红外吸收光谱，IR
Infrared Absorption Spectrum
拉曼散射光谱
Raman Scattering Spectrum
1
红外吸收过程：当分子中某个基团的振动频率和红外 光的频率一致时，样品分子就吸收该频率的红外光能 量，从原来的基态跃迁到能量较高的激发态。
➢ 中红外光谱仪最为成熟、简单，而且目前已积累了该区大量 的数据资料，它是应用极为广泛的光谱区。
➢ 通常，中红外光谱法又简称为红外光谱法。
9
红外光与红外光谱
分子或原子基团吸收光能量具有量子化特征 分子运动状态由基态E0 跃迁到激发态E1、E2时， 它们的能量差：
能级跃迁示意图
△E1=hv1＝E1-E0 △E2=hv2＝E2-E0
8
名 称 λ/μm /cm-1
近红外区 0.75-2.5 13333-4000 中红外区 2.5-25 4000-400 远红外区 25-1000 400-10
主要能级跃迁类型
O-H、N-H、C-H键的倍频吸收 分子振动
分子转动、晶格振动
中红外区：最为有用，分子的振动能级跃迁
➢ 绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带出现在该光区， 适于进行红外光谱的定性和定量分析。
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。
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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大学物理第6章习题参考答案
第六章习题解答6-1 解：首先写出S 点的振动方程 若选向上为正方向，则有：0c o s02.001.0ϕ=- 21cos 0-=ϕ,0s i n 00>-=ϕωυA 0sin 0<ϕ 即 πϕ320-=或π34 初始相位 πϕ320-=则 m t y s )32cos(02.0πω-=再建立如图题6-1(a)所示坐标系，坐标原点选在S 点，沿x 轴正向取任一P 点，该点振动位相将落后于S 点，滞后时间为： ux t =∆则该波的波动方程为：m u x t y ⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=πω32)(cos 02.0若坐标原点不选在S 点，如习题6-1图（b ）所示，P 点仍选在S 点右方，则P 点振动落后于S 点的时间为： uL x t -=∆则该波的波方程为：m uL x t y ⎥⎦⎤⎢⎣⎡---=πω32)(cos 02.0若P 点选在S 点左侧，P 点比S 点超前时间为ux L -,如习题6-1图(c)所示，则⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+=πω32)(cos 02.0u x L t y⎥⎦⎤⎢⎣⎡---=πω32)(cos 02.0uL x t∴不管P 点在S 点左边还是右边，波动方程为： ⎥⎦⎤⎢⎣⎡---=πω32)(cos 02.0uL x t y6-2 解（1）由习题6-2图可知， 波长 m 8.0=λ 振幅A=0.5m习题6-1图习题6-1图频率 Hz 125Hz 8.0100===λuv周期 s 10813-⨯==vT ππυω2502==（2）平面简谐波标准波动方程为： ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=ϕω)(cos u xt A y 由图可知，当t=0,x=0时，y=A=0.5m ，故0=ϕ。
将ϕπωω、、、u v A )2(=代入波动方程，得：m )100(250cos 5.0⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=x t y π(3) x =0.4m 处质点振动方程.⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=)1004.0(250cos 5.0t y π m )250cos(5.0ππ-=t6-3 解（1）由习题6-3图可知，对于O 点，t=0时，y=0，故2πϕ±=再由该列波的传播方向可知，00<υ取 2πϕ=由习题6-3图可知，,40.0m OP ==λ且u=0.08m/s ，则ππλππω52rad/s 40.008.0222====u v rad/s可得O 点振动表达式为：m t y )252cos(04.00ππ+=(2) 已知该波沿x 轴正方向传播，u=0.08m/s,以及O 点振动表达式，波动方程为：m x t y ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=2)08.0(52cos 04.0ππ(3) 将40.0==λx 代入上式，即为P 点振动方程：m t y y p ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+==ππ2152cos 04.00 (4)习题6-3图中虚线为下一时刻波形，由图可知，a 点向下运动，b 点向上运动。
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。
晶格振动光谱学
《晶格振动光谱学》课程教学大纲课程英文名称：Lattice Vibration Spectroscopy课程编号：0332282002课程计划学时：32学分：2课程简介：本课程地阐述了晶格振动光谱学的基本理论、实验和研究进展.课程包括两大部分,第一部分为晶格动力学基础,主要包括晶体结构及其对称性、晶格动力学基础和晶格振动的对称性等内容,第二部分为晶格振动光谱,主要包括晶格振动的电磁理论和量子理论、晶格振动的布里渊谱、拉曼光谱、红外反射光谱、二级红外吸收光谱和拉曼光谱等内容.本书介绍了晶格振动光谱研究方面的新进展,并吸收及其插入化合物、单管壁碳纳米管拉曼光谱等方面的研究成果,有利于学生了解、分析物质结构，是材料物理学生必修的一门课程。
本课程的授课对象为数理系材料物理专业的学生。
一、课程教学内容及教学基本要求第一章晶格动力学基础（2学时）本章重点：热力学行为的简单近似处理；双原子链的振动；晶格振动的频谱和比热；光学支的长波晶格振动；长波光学振动和红外色散的原子理论；离子晶体红外色散的实验研究。
本章难点：晶格振动的频谱和比热；光学支的长波晶格振动；红外色散及晶格振动的推迟效应；长波光学振动和红外色散的原子理论；离子晶体红外色散的实验研究。
第一节热力学行为的简单近似处理本节要求掌握热力学行为的简单近似处理，掌握长波光学振动和红外色散的原子理论，以及红外色散及晶格振动的推迟效应。
了解晶格的基本振动形式。
本节建议采用的主要教学形式（讲授、习题）。
第二节双原子链的振动本节要求掌握热双原子链的振动基本形式(考核概率10%)。
第三节晶格振动的频谱和比热本节要求掌握晶格振动的频谱和比热(考核概率10%)。
第四节光学支的长波晶格振动本节要求掌握光学支的长波晶格振动(考核概率10%)。
第五节红外色散及晶格振动的推迟效应本节要求掌握红外色散及晶格振动的推迟效应(考核概率10%)。
第六节长波光学振动和红外色散的原子理论本节要求掌握长波光学振动和红外色散的原子理论(考核概率10%)。
振动光谱分析
材料研究方法
振动光谱分析
1．伸缩振动
伸缩振动是指原子沿键轴方向位移，键 长发生变化而键角不变的振动，用符号υ 表示。它又分为对称伸缩振动和反对称伸 缩振动。
可以求得不同振动能级的能量差
∆EZ=∆Vhυ 根据分子吸收红外光的条件一，有 hυL=∆EZ=∆Vhυ 由(3) 式得
υL=∆Vυ
(4)
材料研究方法
振动光谱分析
（1）基频吸收
当∆V=1，即分子振动逐级跃迁，例如分子振动 从基态(V=0)跃迁到第一振动激发态(V=1)时， υL=υ (5)
这说明，分子振动逐级跃迁所吸收的红外光的
材料研究方法
振动光谱分析
对于线型分子（包括双原子分子），由于以键轴为轴的转 动并没有引起原子位臵的改变（转动惯量为零），不能构成 转动自由度，因此线型分子只有两个转动自由度，所以，其 振动自由度=3N－5。如CO2的振动自由度=3×3－5=4，其基 本振动形式有四种，那就是：
×
●
×
O=C=O υas:2349
振动光谱分析
红外光谱分析的原理
特定的分子由特定的原子和基团按特定的规律
组合而成。 特定位臵上的特定基团具有特定的振动类型和 振动频率。它们在红外光的照射下会发生振动能 级跃迁，吸收特定频率的红外光，形成特定的红
外吸收光谱。
根据分子的红外吸收光谱可以推定组成分子的 基团及其位臵，推定分子的结构。
材料研究方法
振动光谱分析
（一）分子吸收红外光的条件
分子要吸收红外幅射产生振动能级跃迁 必须满足以下两个条件： 1. 红外光子所具有的能量等于振动能级
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。
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第六章振动光谱作业
1．红外光区的划分？
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?
3. 说明红外光谱产生的机理与条件？
4．红外光谱图的表示法？
5. 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？如何进行物质的定性分析？
6. 何谓拉曼效应？说明拉曼光谱产生的机理与条件？
7. 拉曼位移是什么？拉曼谱图的表示法？
8．比较拉曼光谱与红外光谱。
9．某一化合物的分子式是C
4H
8
0,其红外光谱图如下，请推断其结构。
1381
29632824
2722
1728
1467
1160
10. .下图为线型聚乙烯（······—CH
2—CH
2
—CH
2
—CH
2
······）的
红外光谱图（a）和激光拉曼光谱图（b），根据聚乙烯分子的结构特征，说明两张图谱有何不同，并解释出现明显差异的原因。
(解释2张图谱中4个箭头处的异同，并说明原因。
)
综合分析题
若要进行下列测试分析项目，从你所学过的现代测试方法中挑选出一种最佳方法，并简述理由。
1.多晶转变温度的检测；
2.尺寸小于5μ的颗粒的显微形貌观察；
3.物质晶体结构的研究；
4．断口上粒状夹杂物的形貌及化学成分分析；
5．被缴获毒品的种类鉴定；
6．酸腐蚀后金属表面的结构分析；
7．材料晶界条纹或晶体缺陷（如位错、层错等）的观察分析；
8. 陶瓷釉料的成分分析；
9．玻璃中包裹体的分析；
10. 高分子材料玻璃化转变温度的测量。
各分析方法的英文缩写：
X射线衍射：；X射线荧光光谱：
X射线光电子能谱：；等离子发射光谱：
原子吸收光谱：；透射电镜：
扫描电镜：；电子探针：
热重分析：；差热分析：
差示扫描量热分析：；傅里叶红外光谱：拉曼光谱：。