光學(xué)光譜區(qū)精品課件

1、光學(xué)光譜區(qū)1第1頁，共15頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一光學(xué)光譜區(qū) optical spectral region 遠(yuǎn)紫外(FUV- far ultraviolet) 10200nm 真空紫外(VUV-vacuum ultraviolet)紫外(UV- ultraviolet) 200430nm可見(Vis-visible) 430750 nm(0.75m)近紅外(NIR-near infrared) 0.752.5m中紅外(MIR-middle infrared) 2.525m遠(yuǎn)紅外(FIR-far infrared) 25300m2第2頁，共15頁，2022年，5月20日，

2、3點(diǎn)49分，星期一UV-Vis region： 原子發(fā)射光譜法 atomic emission spectrometry AES原子吸收光譜法 atomic absorption spectrometry AAS原子熒光光譜法 atomic fluorescence spectrometry AFS紫外及可見吸收光譜法 ultraviolet and visible absorption spectrometry UV-VisAS分子熒光光譜法 molecular fluorescence spectrometry MFS3第3頁，共15頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一紅外光譜區(qū)

3、紅外光能量較小，不足以導(dǎo)致電子躍遷，而只能引起分子中的振動(dòng)能級和轉(zhuǎn)動(dòng)能級的躍遷，紅外光譜主要是振動(dòng)躍遷所致，對應(yīng)于中紅外區(qū)(middle infrared)。物質(zhì)吸收電磁輻射應(yīng)滿足兩個(gè)條件：（1）輻射應(yīng)具有剛好能滿足物質(zhì)躍遷時(shí)所需的能量；（2）輻射與物質(zhì)之間能相互作用。 紅外輻射具有適當(dāng)?shù)哪芰?，能?dǎo)致分子振動(dòng)躍遷的產(chǎn)生。flash4第4頁，共15頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一樣品處理技術(shù)在紅外法中，樣品的制備及處理，重要且特殊。因?yàn)橥晃镔|(zhì)，當(dāng)其物理狀態(tài)不同時(shí)，其紅外吸收光譜將有許多差異，這是因?yàn)椴煌瑺顟B(tài)時(shí)原子間的相互影響不同，會(huì)導(dǎo)致吸收頻率的改變。若試樣處理不當(dāng)，即使儀器性能

4、好，也得不到滿意的紅外圖譜。5第5頁，共15頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一制備紅外分析試樣應(yīng)注意：（1）濃度和測試厚度應(yīng)選擇適當(dāng)，以使透光度處于適宜范圍。 若濃度太稀，厚度太薄，會(huì)使一些弱吸收峰和光譜的細(xì)致部分不能顯示；過濃、過厚，又會(huì)使強(qiáng)吸收峰超過標(biāo)尺刻度而無法測定。（2）試樣中應(yīng)不含水份。 水會(huì)侵蝕吸收池巖窗，且水本身在紅外區(qū)有吸收，將使測得的光譜圖變形。（3）試樣應(yīng)是單組分純物質(zhì)。多組分試樣在測定前應(yīng)預(yù)先進(jìn)行組分分離(如色譜法、精密蒸餾、重結(jié)晶等)，否則多組分光譜會(huì)相互重疊。6第6頁，共15頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一紅外光譜法回顧小結(jié)（1）量子學(xué)說指出

5、：并非任意兩能級間都能進(jìn)行躍遷，躍遷須遵守一定的規(guī)律選擇定則（selection rule） 分子能級是量子化的，振動(dòng)量子化的躍遷從V=0到V=1，即從振動(dòng)基態(tài)躍遷到第一振動(dòng)能態(tài)。 在振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷過程中必須有偶極矩（dipole moment）的改變，才有紅外吸收有紅外活性(infrared active)；無紅外吸收，稱非紅外活性(infrared inactive) 。 顯然，并非所有的振動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生紅外吸收，只有產(chǎn)生偶極矩凈變化的振動(dòng)，才能得到可觀測的紅外吸收譜帶。7第7頁，共15頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一紅外光譜法回顧小結(jié)（2）一個(gè)分子產(chǎn)生紅外吸收峰與否，除了有偶極

6、矩的變化外，還與分子的對稱類型有關(guān)： 中心對稱分子的全對稱振動(dòng)（偶極矩變化為零），非紅外活性（infrared inactive）; 中心對稱分子的非全對稱振動(dòng)（伴隨瞬時(shí)偶極矩變化），具有紅外活性（infrared active）。(例)8第8頁，共15頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一紅外光譜法回顧小結(jié)（3）雙原子分子可用諧振子模型處理，進(jìn)而得出分子振動(dòng)方程式（equation of vibration）：影響頻率的直接因素是原子質(zhì)量和化學(xué)鍵的力常數(shù)?；瘜W(xué)鍵越強(qiáng)，原子質(zhì)量越小，振動(dòng)頻率越高。即 （1）對具有相似質(zhì)量的原子基團(tuán)來說，頻率（波數(shù)）與K成正比。 （2）對于相同化學(xué)鍵的基

7、團(tuán)來說，頻率與m成反比。9第9頁，共15頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一例：CH鍵。因?yàn)闅湓拥馁|(zhì)量最小，故氫原子單鍵的振動(dòng)頻率出現(xiàn)在高頻區(qū)（high frequency）。總之，由于各有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)不同，其原子質(zhì)量和鍵力常數(shù)各不相同，會(huì)出現(xiàn)不同的吸收頻率，故各有其特征紅外光譜。10第10頁，共15頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一紅外光譜法回顧小結(jié)（4）如同雙原子分子，多原子分子的振動(dòng)也可看作是被彈簧連接的質(zhì)點(diǎn)所構(gòu)成的體系的振動(dòng)。若每個(gè)原子視為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，則多原子分子的振動(dòng)即一個(gè)質(zhì)點(diǎn)組的振動(dòng)，要描述其可能的振動(dòng)方式，須確定各原子的相對位置。眾所周知，要確定一個(gè)質(zhì)子（

8、原子）在空間的位置，要（x,y,z）三個(gè)坐標(biāo)，即每個(gè)原子在空間的運(yùn)動(dòng)有三個(gè)自由度（degree of freedom）。一個(gè)分子有n個(gè)原子，則需3 n個(gè)自由度（坐標(biāo)）確定所有原子的位置。11第11頁，共15頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一多原子分子在空間的運(yùn)動(dòng)其自由度的確定： 非線性分子有（3n-6）個(gè)自由度，即 (3n-3)(平動(dòng)自由度)3(轉(zhuǎn)動(dòng)自由度) 線型分子有（3n-5）個(gè)自由度，即(3n-3)(平動(dòng)自由度)2(轉(zhuǎn)動(dòng)自由度) 每一個(gè)自由度可以看作是分子的一個(gè)基本振動(dòng)形式，并有其自己的振動(dòng)頻率。 響應(yīng)的反應(yīng)官能團(tuán)存在的特征頻率，稱基團(tuán)頻率(基頻)(fundamental f

9、requency)。12第12頁，共15頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一例：HCl，雙原子分子(n=2)，為線性分子，則其振動(dòng)自由度：3n-5=3X2-5=1。故其在紅外譜圖上有一個(gè)基頻吸收峰。再例：甲烷，五原子分子(n=5)，非線性分子，振動(dòng)自由度：3n-6=3X5-6=9。即有9種簡正振動(dòng)。有機(jī)物的特點(diǎn)，使得每種紅外吸收峰較多。13第13頁，共15頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一紅外光譜法回顧小結(jié)（5）紅外光譜法的最大特點(diǎn)是具有高度的特征性。盡管有機(jī)物的種類很多，但其中很大部分均由C、H、O、N四種元素組成，故通過這四種元素所形成的化學(xué)鍵的振動(dòng)，可產(chǎn)生大部分有機(jī)物的紅外光譜。 14第14頁，共15頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一紅外展望 紅外光譜(IR)和拉曼光譜(RS)均屬于分子振動(dòng)光譜，紅外光譜和拉曼光譜的區(qū)別在于信號產(chǎn)生的方式不同。紅外光譜類似于紫外-可見光譜，是以吸收的方式得到的，而拉曼光譜則是一種散射