第二部分红外与拉曼光谱法
红外线与拉曼光谱
波数, cm-1 = 104 /（ , µm ）
2
红外光谱与拉曼光谱的区别：信号产生的方式不同
红外光谱为吸收光谱，拉曼光谱为散射光谱（一般信号很弱） 二者在研究分子结构上具有互补性
3
红外光谱法的特点
紫外、可见吸收光谱常用于研究不饱和有机物，特别是具有 共轭体系的有机化合物
红外光谱法主要研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物（没 有偶极矩变化的振动在拉曼光谱中出现）
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
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红外吸收峰的强度
e ＞100 L cm-1 mol-1 20 ＜ e ＜100 10＜ e ＜20 1＜ e ＜10
非常强峰（vs） 强峰（s） 中强峰（m） 弱峰（w）
影响因素 振动能级的跃迁概率，跃迁时的偶极矩变化大小;而
偶极矩与分子结构的对称性有关
基频吸收峰：基态向第一激发态跃迁，概率大，峰较强 倍频吸收峰：基态向第二激发态跃迁，概率小，峰较弱
例如1: C-C、 CC、 CC三种碳碳键的质量相同， 键力常数的顺序是三键>双键>单键。因此在红外光谱中， CC的吸收峰出现在 2222 cm-1，而CC约在1667 cm-1 ， C-C 在 1429 cm-1;
例如2: C-C、C-O、C-N键的力常数相近，但相对折合质量不 同: C-C < C-N < C-O，这三种键的基频振动峰分别出现在1430 cm-1 、1330 cm-1 、1280 cm-1附近
第二部分红外与拉曼光谱法(0711)
Uv Raman spectra of Zr(OH)4 calcined at different tamperatures Uv Raman：400℃时, m+t; 700℃ 时, m
XRD和Raman均表明，随焙烧温度提高， m/t 比例增加，但二者给出信息有不同 XRD结果： 各焙烧温度下均为 m+t
• a Rayleigh scattered peak (high intensity, same wavelength as excitation)
• a series of Stokesshifted peaks (low intensity, longer wavelength) • a series of anti-Stokes shifted peaks (still lower intensity, shorter wavelength) • spectrum independent of excitation Spectrum of CCl4, using an Ar+ laser at 488 nm
拉曼光谱与红外光谱分析方法比较
拉曼光谱
光谱范围40～4000cm-1
红外光谱
光谱范围400～4000cm-1
水可作为溶剂 样品可盛于玻璃瓶、毛细 管等容器中直接测定 固体样品可直接测定
与样品的透光率无关
水不能作为溶剂 不能用玻璃容器测定
需要研磨制成KBr压片
大多数氧化物在低于1000cm-1处 不透明，故透射光谱难以获得这 一波数以下的信息
1928年，印度物理学家C.V.Raman首次发现 Raman散射效应，1930年获诺贝尔奖。1960 年后，随激光的发现，以及新型检测器的研 制成功，拉曼光谱技术获得快速发展。 Raman光谱与IR互为补充，在吸附物种、催化剂表征、催化 反应机理的研究等方面是应用最为广泛的谱学表征方法。
红外光谱和拉曼光谱的原理
红外光谱和拉曼光谱是常用的分析技术，可以用于研究物质的结构、组成和性质。
它们基于不同的原理，下面简要介绍一下它们的工作原理：
1.红外光谱（Infrared Spectroscopy）：
红外光谱利用物质与红外辐射（波长范围通常为2.5-25微米）的相互作用来研究物质的分子结构和化学键的振动状态。
其原理基于分子吸收红外辐射时，物质中的原子核和化学键会被激发，产生特定的振动和转动。
当物质受到红外光源照射后，通过测量样品对不同波长红外光的吸收程度，可以得到红外光谱图。
红外光谱图上的峰值位置和强度提供了关于物质中的化学键种类、官能团和分子结构的信息。
2.拉曼光谱（Raman Spectroscopy）：
拉曼光谱则利用物质与激光光源相互作用时，散射光中的微小频率偏移来分析物质的结构和振动信息。
当样品受到激光照射时，其中的分子会发生拉曼散射现象，即散射光中的部分光子与物质相互作用后发生能量的频移。
这种频移对应着分子的振动和转动模式。
通过测量样品散射出来的光的频率变化，可以获取拉曼光谱图。
拉曼光谱图上的峰值位置和强度提供了关于物质所含化学键、官能团和结构的信息。
3.总结：
红外光谱和拉曼光谱都是通过物质与不同光源的相互作用来研究其结构和性质。
红外光谱利用物质对红外辐射的吸收来分析物质的化学键振动，而拉曼光谱则是通过测量散射光的频率变化来分析物质的振动信息。
两种技术在分析样品成分、鉴定物质、研究反应机理等方面都有广泛的应用。
2-1红外和拉曼光谱
• σ：波数，每厘米所含波的数目。 波数，每厘米所含波的数目。 • 波长和波数的关系： σ = 1/λ = ν/c 波长和波数的关系： λ 若波长为2.5 若波长为 µm，则波数为 ，则波数为4000 cm-1。
红外光谱的产生
• 原子和分子所具有的能量是量子化的，称之为 原子和分子所具有的能量是量子化的， 原子或分子的能级，有平动能级、转动能级、 原子或分子的能级，有平动能级、转动能级、 振动能级和电子能级。 振动能级和电子能级。 • 基团从基态振动能级跃迁到上一个振动能级所 吸收的辐射正好落在红外区， 吸收的辐射正好落在红外区，所以红外光谱是 由于分子振动能级的跃迁而产生的。 由于分子振动能级的跃迁而产生的。 • 转动能级的激发 • 观察到的红外光谱：由许多距离很近的线组成 观察到的红外光谱： 的一个吸收谱带。主要指中红外光谱。 的一个吸收谱带。主要指中红外光谱。
A = εbc§2.1 Nhomakorabea红外光谱仪
2.1.1 色散型红外光谱仪
2.1.2 傅立叶变换红外光谱仪 （FT-IR） ）
傅立叶变换红外光谱仪的优点: 傅立叶变换红外光谱仪的优点:
1. 具有很高的分辨率 达到0.2cm-1 一般光栅型 达到 FT-IR光谱仪 可达 光谱仪 可达0.1-0.005 cm-1的分辨率 2. 具有极高的波数准确度 光谱波数的计算可准确至0.01 cm-1 光谱波数的计算可准确至 3. 具有极快的扫描速度 通常 1秒钟内 秒钟内 色散型至少需要两分钟
§2.2
红外光谱的测量
红外光谱在一般情况下只适合应用在纯化合物的分析中
样品制备 1. 气体 对气体样品应采用气体槽来进行测量 2. 液体 液体样品常采用液体槽来进行测定 液膜法 稀溶液法
• 液体样品最常用的测定方法： 液体样品最常用的测定方法： 将样品直接滴在一块氯化钠盐块上， 将样品直接滴在一块氯化钠盐块上，然后用另一块氯化钠 盐块压匀后用于测定。 盐块压匀后用于测定。 • 固体样品最常用的测定方法：溴化钾压片法，石蜡油 固体样品最常用的测定方法：溴化钾压片法， 法。 溴化钾压片法： 样品和200~300 mg溴化钾粉末 溴化钾压片法：将1~2 mg样品和 样品和 溴化钾粉末 研磨混均，然后在压片机上压成透明薄片进行测量。 研磨混均，然后在压片机上压成透明薄片进行测量。 图谱中在3430 cm-1, 1640 cm-1附近会有少量水的吸收峰。 附近会有少量水的吸收峰。 图谱中在 石蜡油法：先将样品磨碎， 石蜡油法：先将样品磨碎，再转移到滴有石蜡油的两块氯 化钠盐块间压匀压紧进行测量。缺点： 化钠盐块间压匀压紧进行测量。缺点：石蜡油本身的 C-H在2918, 1458, 1378, 720 cm-1处有吸收，因此对样品 处有吸收， 在 吸收带会产生干扰。 的C-H吸收带会产生干扰。 吸收带会产生干扰
东华大学材料结构表征及其应用作业答案
“材料研究方法与测试技术”课程练习题第二章红外光谱法1.为什么说红外光谱是分子振动光谱？分子吸收红外光的条件是什么？双原子基团伸缩振动产生的红外光谱吸收峰的位置主要与哪些因素有关?答案:这是由于红外光谱是由样品分子振动吸收特定频率红外光发生能级跃迁而形成的。
分子吸收红外光的条件是：(1)分子或分子中基团振动引起分子偶极矩发生变化；(2)红外光的频率与分子或分子中基团的振动频率相等或成整数倍关系。
双原子基团伸缩振动产生的红外光谱吸收峰的位置主要与双原子的折合质量（或质量)和双原子之间化学键的力常数(或键的强度；或键的离解能）有关。
2.用诱导效应、共轭效应和键应力解释以下酯类有机化合物的酯羰基吸收峰所处位置的范围与饱和脂肪酸酯的酯羰基吸收峰所处位置范围（17３５~１75０cm-１）之间存在的差异。
芳香酸酯：１7１5~1730ｃm-１α酮酯：1740～175５ｃm-1丁内酯：～１82０cm-1答案：芳香酸酯:苯环与酯羰基的共轭效应使其吸收峰波数降低;α酮酯：酯羰基与其相连的酮羰基之间既存在共轭效应，也存在吸电子的诱导效应，由于诱导效应更强一些，导致酯羰基吸收峰的波数上升；丁内酯：四元环的环张力使酯羰基吸收峰的波数增大。
3.从以下FTIR谱图中的主要吸收峰分析被测样品的化学结构中可能存在哪些基团？分别对应哪些吸收峰?答案:3４８6ｃｍ－1吸收峰:羟基（－OH）；3335cｍ-1吸收峰：胺基（－NH２或-NH-)；2971cm-1吸收峰和2８７0cｍ-1吸收峰：甲基(-C Ｈ3）或亚甲基(-ＣH２-)；２115ｃm－1吸收峰:炔基或累积双键基团(-N＝C＝Ｎ-);1７28cm-1吸收峰：羰基；１604ｃm-1吸收峰、15２6cm-１吸收峰和1458cｍ-１吸收峰:苯环;1１08cｍ-１吸收峰和11４8cm-1吸收峰：醚基（C-O-C)。
1２３２ｃｍ-1吸收峰和1247cｍ－１吸收峰：C-N。
第三章拉曼光谱法1. 影响拉曼谱峰位置(拉曼位移)和强度的因素有哪些？如果分子的同一种振动既有红外活性又有拉曼活性，为什么该振动产生的红外光谱吸收峰的波数和它产生的拉曼光谱峰的拉曼位移相等？答案：影响拉曼谱峰位置的因素主要有:样品分子的化学结构和样品的聚集态结构。
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。
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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。
第2-4章 红外光谱、拉曼光谱与紫外光谱
纵坐标
吸光和透光的强度一般用吸光率A％和透光率T％来表示， 二者关系为：
•A％＋T％＝1
7
2.1.4 聚合物的光谱分析
• 当电磁辐射与聚合物相互作用时，若聚合物吸收电磁辐射能
产生量子共振，就能获得聚合物光谱。
• 可用来研究聚合物的单体、均聚物及共聚物的化学组成以及 链结构、聚集态结构、高聚物的反应和变化过程。 相邻基团相互影响不大，谱图与其重复单 元的小分子谱图类似。 相邻基团之间有特殊的影响，光谱所获得 是整个大分子(或晶格)的信息，与重复结构 单元的小分子谱图有明显的区别。
运动能级跃迁；
•分子可选择性地吸收电
磁波使分子内能提高。
电磁波波长越短，频率越快，能量越高。
X£ É Ï ä ß
200nm
Ï à °É û à ×Í ¼ ¿ ¼ ¹
400nm 800nm
ì à à º Í ¹
2.5mm 25mm
Þ ß ç ¨ Î Ï µ ²
600MHz 60MHz
l ¢ ¨¢ Î ² ¡ ç Ó ¨ µ Ê ²
体分为 π-π 共轭、 p-π 共轭和超共轭效应 三类 。
• 酯基中与羰基（C=O）C相连的烷氧基同时具有给电子的 诱导效应和吸电子的的共轭效应，但诱导效应更强些，所
以整体上呈现给电子效应。
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b 共轭效应
由于共轭作用形成了大π键， 使C＝C－C＝O的键长平均化， 羰基碳原子上正电荷减少，C＝O 的双键性减小，键的力常数变小。 于是C＝O的频率降低为1695cm-1。 c 空间效应
吸收光谱(如红外、紫外吸收光谱)
光谱分析法
发射光谱(如荧光光谱) 散射光谱(如拉曼光谱)
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分子运动
电子绕原子核运动 原子核的振动 原子核的转动
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)。
物理实验技术中的红外与拉曼光谱分析方法
物理实验技术中的红外与拉曼光谱分析方法红外光谱和拉曼光谱是物理实验中常用的分析方法，能够帮助科学家研究物质的结构和性质。
本文将探讨红外光谱和拉曼光谱的原理、应用以及在物理实验技术中的重要性。
在物理实验中，红外光谱和拉曼光谱被广泛应用于分析不同材料的化学成分和结构。
红外光谱通过测量物质吸收或散射红外光的波长来确定其分子振动信息，从而帮助科学家鉴定和定量分析物质。
而拉曼光谱则是通过测量物质散射光的频率来研究物质的分子振动和晶格振动。
这两种光谱技术在物理实验中有着广泛的应用，不仅可以用于化学、材料科学等领域的研究，还可以用于生物医学等领域的研究。
红外光谱分析方法的原理基于分子的振动吸收。
每个分子都有一些特定的频率，当红外光与分子相互作用时，分子会吸收特定频率的能量并发生振动。
这些吸收带的位置和强度可以提供关于分子结构和化学键的信息。
通过红外光谱分析，科学家可以研究材料的组成、纯度、分子间的相互作用等。
拉曼光谱与红外光谱不同，它是通过测量物质分子或晶格的光散射来研究其结构和性质的。
当光线通过物质时，其中一部分光线将散射出去，在散射过程中，光子与物质相互作用发生频率的变化，这就是拉曼散射现象。
通过测量散射光的频率，可以获得物质的拉曼光谱。
拉曼光谱可以提供关于物质的化学组成、晶格结构以及分子之间的相互作用等信息。
在物理实验中，红外光谱和拉曼光谱被广泛使用于材料科学的研究中。
例如，科学家可以利用红外光谱和拉曼光谱来研究有机化合物、聚合物材料以及表面涂层等材料的结构和性质。
通过分析这些材料的光谱数据，科学家可以进一步了解它们的热稳定性、力学性能和化学反应性等。
此外，红外光谱和拉曼光谱还可以应用于催化剂的研究、纳米颗粒的表征以及生物医学领域的研究中。
物理实验技术中的红外光谱和拉曼光谱分析方法的重要性不可忽视。
这些分析方法不仅提供了关于物质结构和性质的重要信息，还可以帮助科学家设计和合成新材料，改善现有材料的性能。
拉曼光谱与红外光谱的区别
拉曼光谱和红外光谱是两种常用的光谱分析技术，它们在分子结构和化学成分分析方面有 一些区别。
1. 原理：拉曼光谱是通过测量样品散射光的频移来分析样品的分子振动和转动模式。而红 外光谱是通过测量样品吸收红外光的频率来分析样品的分子振动模式。
2. 能量变化：拉曼光谱是非弹性散射，测量的是光子与分子相互作用后的能量变化。红外 光谱是通过分子吸收红外光的能量来分析分子的振动模式。
拉曼光谱与红外光谱的区别
3. 可测量的范围：拉曼光谱可以测量分子的振动和转动模式，包括低频和高频振动。红外 光谱主要用于测量分子的振动模式，包括伸缩振动和弯曲振动。
4. 样品要求：拉曼光谱对样品的要求相对较松，可以测量固体、液体和气态。
5. 信息获取：拉曼光谱提供了关于分子的化学键和结构的信息，能够检测非常细微的结构 变化。红外光谱提供了关于分子的官能团和官能团之间的化学键的信息，能够确定化合物的 功能团。
拉曼光谱与红外光谱的区别
总的来说，拉曼光谱和红外光谱是两种互补的光谱技术，可以提供不同层面的分子结构和 化学成分信息。选择使用哪种技术取决于所需的分析目的和样品特性。
光谱分析方法在化工领域中的应用
光谱分析方法在化工领域中的应用光谱分析是一种非常重要的化学分析方法，因为它可以非常准确地测量各种物质的光谱特性，从而确定它们的组成和结构。
在化工领域中，光谱分析方法被广泛应用，例如在化学品的质量控制、药品研发、环境监测和实验室研究等方面。
本文将介绍一些光谱分析方法在化工领域中的应用。
第一部分：红外光谱法红外光谱法是一种常用的光谱分析方法，它可以测量样品中的化学键振动频率和分子的功能团。
在化学制品质量控制中，红外光谱法被广泛用于检测原材料、中间体和最终产品。
例如，当一批化学制品生产完毕后，可以用红外光谱法检测其是否符合标准要求。
同样，当一种药物新型成分研发完成后，也可以使用红外光谱法检测其分子结构。
另外，红外光谱法在环境监测中也有应用。
例如，红外光谱法可以被用于检测土壤、水和空气中的有机污染物，以及检测大气中的温室气体和气溶胶。
第二部分：紫外可见光谱法紫外可见光谱法是一种在化工领域中经常使用的光谱分析方法。
它可以测量样品中的电子跃迁和化学键。
在制药领域，紫外可见光谱法被利用来确定药物的浓度和纯度。
这是因为许多药物都有吸收紫外或可见光谱的特定区域，因此可以使用紫外可见光谱法来检测它们的浓度和纯度。
此外，紫外可见光谱法还可以被用于监测水、食品和其他液体中的营养元素和添加剂。
第三部分：核磁共振光谱法核磁共振光谱法是一种优质的光谱分析方法，可以非常准确地测量样品中原子核的振动频率。
它在化工领域中的应用非常广泛。
例如，在新药研发中，核磁共振光谱法可以用于确定药物分子的结构和活性。
此外，在生化领域中，核磁共振光谱法也被广泛应用。
例如，它可以测量蛋白质、糖类和核酸的结构和组成。
第四部分：拉曼光谱法拉曼光谱法是一种分析物质中分子振动和旋转状态的光谱分析方法。
在化工领域，拉曼光谱法被应用于原材料的质量控制、新材料的研发、生产过程中的反应监测和品质检验等领域。
例如，在化工生产过程中，可以使用拉曼光谱法来监测反应物的浓度、检测杂质、调整反应条件等。
物理实验中的拉曼与红外光谱测试方法
物理实验中的拉曼与红外光谱测试方法导言：在物理实验中，拉曼和红外光谱测试是两种常用的方法。
这两种方法在研究物质的结构和性质方面有着重要的应用。
本文将依次介绍拉曼和红外光谱测试的原理、设备以及应用领域。
一、拉曼光谱测试方法拉曼光谱测试方法是一种基于物质分子振动转换能级的光散射现象的测试技术。
当物质受到激发光束的照射时，一部分光子将通过物质，而另一部分光子则与物质分子进行作用，发生散射。
这种散射光中，有一部分光子的频率发生了微小的变化，称为拉曼散射光。
通过分析拉曼散射光的频率变化，可以了解物质的化学键、分子结构以及晶格振动等信息。
拉曼光谱测试设备主要由激光器、样品台、光谱仪和检测器等组成。
激光器发射一束单色激光，并将其聚焦在待测物质上。
光谱仪记录散射光的频率变化，并将其转换为拉曼光谱图。
通过分析拉曼光谱图的峰位和峰形，可以获得物质的信息。
拉曼光谱测试具有非破坏性、无需特殊处理样品的优点，广泛应用于材料科学、化学和生物医学等领域。
从材料科学的角度来看，拉曼光谱测试可以用于研究材料的结构、相变以及材料表面特性等。
在化学领域，拉曼光谱测试可以帮助分析物质的成分、化学键的强度以及反应过程等。
此外，生物医学研究中的荧光探针、细胞成像以及体内分子探测等都可以通过拉曼光谱测试实现。
二、红外光谱测试方法红外光谱测试方法是一种基于物质在红外光区吸收光的特性的测试技术。
物质吸收红外光的波长范围通常为2.5到25微米，这个范围对应于物质分子振动和转动能级之间的能量差。
通过测量物质在红外光区的吸收光谱，可以对物质的组成、结构和化学键进行研究。
红外光谱测试设备主要由红外光源、样品台、光谱仪和检测器等组成。
红外光源发射一束宽带红外光，并将其传递到待测物质上。
光谱仪记录吸收光的变化，并将其转换为红外光谱图。
通过分析红外光谱图中吸收峰的位置和强度，可以获得物质的信息。
红外光谱测试被广泛应用于化学、材料学和生物科学等领域。
在化学领域，红外光谱测试可以帮助分析物质的结构、成分和化学键的类型。
红外光谱与拉曼光谱的异同点及工作原理
红外光谱与拉曼光谱的异同点及工作原理红外光谱与拉曼光谱的异同点红外光谱又叫做红外吸取光谱，它是红外光子与分子振动、转动的量子化能级共振产生吸取而产生的特征吸取光谱曲线。
要产生这一种效应，需要分子内部有确定的极性，也就是说存在分子内的电偶极矩。
在光子与分子相互作用时，通过电偶极矩跃迁发生了相互作用。
因此，那些没有极性的分子或者对称性的分子，由于不存在电偶极矩，基本上是没有红外吸取光谱效应的。
拉曼光谱一般也是发生在红外区，它不是吸取光谱，而是在入射光子与分子振动、转动量子化能级共振后以另外一个频率出射光子。
入射和出射光子的能量差等于参加相互作用的分子振动、转动跃迁能级。
与红外吸取光谱不同，拉曼光谱是一种阶数更高的光子——分子相互作用，要比红外吸取光谱的强度弱很多。
但是由于它产生的机理是电四极矩或者磁偶极矩跃迁，并不需要分子本身带有极性，因此特别适合那些没有极性的对称分子的检测。
一、相同点在于：对于一个给定的化学键，其红外吸取频率与拉曼位移相等，均代表第一振动能级的能量。
因此，对某一给定的化合物，某些峰的红外吸取波数和拉曼位移完全相同，红外吸取波数与拉曼位移均在红外光区，两者都反映分子的结构信息。
拉曼光谱和红外光谱一样，也是用来检测物质分子的振动和转动能级。
二、不同点在于：两者产生的机理不同；红外光谱的入射光及检测光均为红外光，而拉曼光谱的入射光大多数是可见光，散射光也是可见光；红外光谱测定的是光的吸取，而拉曼测定的是光的散射；红外光谱对于水溶液、单晶和聚合物的检测比较困难，但拉曼光谱几乎可以不必特别制样处理就可以进行分析，比较便利；红外光谱不行用水做溶剂，但是拉曼可以，水似拉曼光谱的一种优良溶剂；拉曼光谱的是利用可见光获得的，所以拉曼光谱可用一般的玻璃毛细管做样品池，拉曼散射光能全部透过玻璃，而红外光谱的样品池需要特别材料做成的。
本质区分：红外是吸取光谱，拉曼是散射光谱；拉曼光谱光谱与红外光谱两种技术包含的信息通常是互补的。
有机化合物波谱解析第五章 红外与光谱2018
R-COR C=O 1715cm-1 ; R-COCl C=O 1800cm-1 ; F-COF C=O 1928cm-1 ;
R-COH C=O 1730cm -1 ； R-COF C=O 1920cm-1 ;
色散型红外光谱仪一
般均采用双光束。将光源发 射的红外光分成两束，一束 通过试样，另一束通过参比， 利用半圆扇形镜使试样光束 和参比光束交替通过单色器， 然后被检测器检测。当试样 光束与参比光束强度相等时， 检测器不产生交流信号；当 试样有吸收，两光束强度不 等时，检测器产生与光强差 成正比的交流信号，从而获 得吸收光谱。
化学键 H−O H−S H−N C−N H−F H−Cl H−Br H−I
波数（cm-1） 3600 2570 3400 2900 4000 2890 2650 2310
键类型 键力常数 峰位 /波数
—CC — > —C =C — > —C — C —
15 17 高
9.5 9.9 中
4.5 5.6 较低
%as C=O 1610~1550 cm-1
红外光谱通常需在非极性溶剂中测量
二．内部结构因素 1 键力常数和成键原子质量影响
化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧
任意两个相邻的振动能级间的能量差为：
E h h k 2
振动吸收的波数 为1 ： 1 k 1370 k
v~ 1 1
1645cm-1 3017cm-1
1610cm-1 3040cm-1
1565cm-1 3060cm-1
5 氢键效应
红外光谱与拉曼光谱
样品过薄，许多中等强度和弱的谱带由
于吸收太弱，在谱图上只有一个模糊的
可编辑ppt 轮廓，失去谱图的特征。
28
干涉条纹的影响：
– 干涉条纹与光谱迭加一起：
将使谱带变形 特别对定量分析的精确度影响较大
– 在长波区域影响更为突出。
29 可编辑ppt
消除干涉条纹的方法有：
– ①样品表面粗糙化，可以在粗糙的物 体表面做膜，也可以做膜后用砂纸将 样品一侧或两侧打毛；
– ②采用楔型薄膜； – ③在样品薄膜两侧涂上一层折射率和
样品相近，且对红外透明的物质，最 常用的有石蜡油和全氟煤油。
30 可编辑ppt
样品的制备 （1）溶液
– 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，这一制样技术具有很多 优点。
– 但在高聚物的研究中却用得很少。
变。
– 这些弱点的存在限制了色散型红外 光谱仪的发展。
24 可编辑ppt
傅里叶变换红外光谱仪：
– 关键部分是干涉仪系统。 – 由干涉仪完成干涉调频，在连续改变
光程差的同时，记录下中央干涉条纹 的光强度变化，即得到干涉图。 – 利用电子计算机将这一干涉图进行傅 里叶函数的余弦变换，最后得到入们 可辨认的红外光谱图。
41 可编辑ppt
键的类型 -CH3 -CH2
C-H RCOR RCOOH RCONH2 醇酚υ-OH 游离υ-OH 缔合υ-OH υC=C 酸υ-OH
游离υ-OH 缔合υ-OH 酰胺υ-NH
可编辑ppt
波数 2960,2870 2930,2850
2890 1725-1705 1725-1700 1660-1640 3700-3200 3700-3500 3450-3200 1680-1620
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二、拉曼散射的产生
样品分子中的电子首先被一
个频率为0的光子激发至受
激虚态(准激发态,不稳定), 当电子从虚态跃迁回基态时
,将发射频率为的光子.
分子的散射能级图
h0
h0
受激 虚态
h(0-△) h(0+△)
瑞利散射：
h0
光子与分子间无能量交换
瑞利线 = 0
h0
h0
拉曼散射： ●分子由基态跃迁到激发态
Stokes线
斯托克斯线 = 0-△
●分子由激发态跃迁到基态
反斯托克斯线 =0+△
△－拉曼位移
0-
Rayleigh线
0
h0
振动
激发态
h△ 基态
Anti-stokes线
0+
从光的波动性分析拉曼散射的产生：
分子在光电场E中, 产生诱导偶极矩即感应偶极矩
= E 为极化率
在分子振动过程中, 若其诱导偶极矩发生变化, 则分子会 与入射光子进行能量交换, 产生拉曼光谱。 拉曼光谱的产生源于分子振动过程中诱导偶极矩的变化
拉异曼：：拉适曼用于分研子究同对原激子光的非的极散性射键振动 －N－强N度－由, －分C子－C极－化，率C决＝定C
互补
拉曼光谱与红外光谱
● 红外活性振动：伴有偶极矩变化的振动 ● 拉曼活性振动：伴随有极化率变化的振动
互对 对排称称法分振则子 动：→：拉有曼对活性称。中心的分子其分子振动
不对对称红振外动和→拉红曼外之活一性有活性，则另一非活性
4
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
对称中心分子CO2，CS2等，选律不相容。 无对称中心分子（例如SO2等），三种振动既是红外活 性振动，又是拉曼活性振动。
拉曼光谱与红外光谱分析方法比较
拉曼光谱
红外光谱
光谱范围40～4000cm-1 光谱范围400～4000cm-1
水可作为溶剂
■ 是衡量分子在电场作用下发生极化的难易程度 ■ 分子中两原子距离最大时， 也最大 ■ 只有引起极化率变化的分子振动才产生拉曼散射(光谱选律) ■ 拉曼散射强度与极化率成正比例关系
三、拉曼光谱图与拉曼位移
拉曼光谱图以散射强度为纵
标，拉曼位移为横标，瑞利线 位置为零点。一幅完整的拉曼 光谱包括瑞利线，斯托克斯线 ，反斯托克斯线。
共振拉曼光谱具有高灵敏特性（谱带强度可达正常拉曼光谱 的百万倍），且比正常拉曼谱简单得多，因为只有与电子跃迁相 关的振动模式才有增强。
目前，共振拉曼光谱已成为研究和检测有机、无机化合物、 离子生物大分子，甚至活体组成的有力工具。
同一振动模的拉曼位移和红外吸 收光谱的频率是一致的。用相对
受激虚态
h(0 - ) h(0 + )
于瑞利线的位移表示的拉曼光谱
h0
波数与红外光谱的波数相一致。
入射
散射
h
h
E1
红外吸收 拉曼散射
E0
拉曼光谱与红外光谱
同
同属分子振(转)动光谱
异红：外红：外适用于分研子究对不同红原外子光的的极性吸键收振动 －O强H,度－由C分＝子O，偶－极C距－决X定
• 瑞利线强度最大,△ = 0
• 斯托克斯线和反斯托克斯线对 应，完全对称地分布于瑞利线 两侧。
• 反斯托克斯线比斯托克斯线弱 得多,一般记录的拉曼光谱只取 斯托克斯线,且略去负号.
四氯化碳的部分拉曼光谱图 激光器辐射波长l0 = 488 nm
拉曼位移 (Raman shift)
散射光频率与激发光频率之差： = |0 – s|
一、光的散射
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)
水不能作为溶剂
样品可盛于玻璃瓶、毛细 管等容器中直接测定
固体样品可直接测定
不能用玻璃容器测定 需要研磨制成KBr压片
与样品的透光率无关
大多数氧化物在低于1000cm-1处 不透明，故透射光谱难以获得这
一波数以下的信息
激光拉曼光谱仪的基本构造
发射 透镜
收集 透镜
第三节 其它类型的拉曼光谱法
一、共振拉曼散射
第二部分 红外与激光拉曼光谱
红外与拉曼光谱均属于分子振动光谱，是研究物质分子结 构的两种重要谱学技术，在催化研究领域有广泛的应用。
红外光谱技术从1930年开始应用于催化研究。由吸附分子 的红外光谱，可以给出表面吸附物种的结构信息。同原位 XRD、电镜、热分析技术相结合，可研究催化剂的相变、 相组成结构的变化及表面官能团的变化。
● 表征分子振-转能级的特征物理量 ● 对不同物质： 不同 ● 对同一物质： 与入射光频率无关
拉曼位移是拉 曼光谱法进行 结构与定性分
析的依据
h0
h0
h0
h0
h0
h0
h(0-△) h(0+△)
受激 虚态
振动 激发态 h△ 基态
第二节 拉曼光谱与红外光谱的比较
拉曼光谱与红外光谱均起源于分子的振动和转动。但产生两种 光谱的机理有本质的区别。红外光谱是分子对红外光源的吸收 所产生的光谱，拉曼光谱是分子对可见光（在FT-Raman中可 选用近红外光）的散射所产生的光谱。
互允法则：无对称中心的分子其分子振动
对红外和拉曼都是活性的。
拉曼光谱与红外光谱O=CLeabharlann OO=C=O对称伸缩
反对称伸缩
偶极距不变无红外活性 偶极距变有红外活性
极化率变有拉曼活性 极化率不变无拉曼活性
线型分子CS2振动自由度：3N- 5 = 4
1 S C S
拉曼活性
2 S C S
红外活性
3 S C S
1928年，印度物理学家C.V.Raman首次发现 Raman散射效应，1930年获诺贝尔奖。1960 年后，随激光的发现，以及新型检测器的研 制成功，拉曼光谱技术获得快速发展。
Raman光谱与IR互为补充，在吸附物种、催化剂表征、催化 反应机理的研究等方面是应用最为广泛的谱学表征方法。
第一节 激光拉曼光谱原理
正常的拉曼散射是样品分子中的电子首 先被一个入射光子激发至“虚态”，再 由“虚态”跃迁回基态或振动激发态而 发射出光子。
若入射激发频率0非常接近或与分子 中的一个电子吸收带重合时，与“虚 态”情况相比，由于其在电子激发态 停留的时间明显延长，致使拉曼跃迁 的几率大大增加，从而引起某一个或 几个特定的拉曼谱带强度急剧增加， 这种现象称为共振拉曼效应（RR）。