状态，而3n种运动状态包括了分子的振动、平动和
转动。
振动光谱
• 即:
• 3n = 振动自由度 + 平动自由度 + 转动自由度 • 振动自由度 = 3n - 平动自由度 - 转动自由度 • 对于非线性分子，振动自由度 = 3n - 6 • 对于线性分子，振动自由度 = 3n - 5 理论上，每个振动自由度（基本振动数）在红外光谱
E总=Ee + Ev + Er
电子能 振动能 转动能
紫外光谱
3、光谱分析法的分类 可见光谱
按物质吸收和产生的辐射能分：
红外光谱 所需能量较低，波长较长
XRD、紫外光谱、红外、NMR、拉曼光谱
按作用物质的微粒分：原子与分子光谱
按分子或原子能级跃迁方向分：吸收和发射光谱 振动光谱
原子吸收光谱
光谱分析
光具有波粒二相性，可用波长( )、频率( )和波数( )来
描述。
爱因斯坦方程（微粒性）： Eh
将光子的能量与其频率联系起来了。
振动光谱
电磁辐射的特性：
具有光的吸收、发射、折射、反射、偏振等特性。光谱分 析方法则利用辐射能的某一特性，通过测量能量作用于待测物 质后产生的辐射信号的分析方法。如：
吸收特性 吸收光谱（红外、紫外、NMR） 散射特征 拉曼散射分析 发射特性 发射光谱法（荧光光谱、磷光光谱）
振动光谱
• （3）简正振动的数目
•
简正振动的数目称为振动自由度。每个振动
自由度对应于IR谱图上的一个基频吸收带。 分子的
总自由度取决于构成分子的原子在空间中的位置。
每个原子空间位置可以用直角坐 标系中x、y、z三
个坐标表示，即有三个自由度。显然，由n个原子
组成的分子，具有3n个总 自由度，即有3n种运动
第三章 振动光谱
Vibrational Spectroscopy (IR & Raman Spectra)
谭红琳
振动光谱
• 第一节 振动光谱的基本原理 • 第二节 红外光和红外光谱 • 第三节 红外光谱的应用 • 第四节 拉曼光谱 • 第五节 拉曼光谱与红外光谱分析方法比较 • 第六节 拉曼光谱原理及应用
可相互补充。
• 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。
• 红外和拉曼分析法相结合，可以更完整地研究分子的振 动和转动能级，从而更可靠振动光地谱 鉴定分子结构
第一节 振动光谱的基本原理
一、电磁辐射
电磁辐射即电磁波、辐射能，是一种以极快的速度穿过空间的 能量。
1873年J C Maxwell提出光是电磁波的一种形式，电磁波谱包 括无线电波、微波、红外光、可见光、紫外光、X射线和射线。
v~
= —1—
2C
K M
M= m1 m2 m1 + m2
• 式中： v~ 为振动波数；
•
K为化学键的键力常数（达因/厘米）；
•
C为光速；
•
M为两原子的折合质量（克）；
•
m1 m2为两个原子的质量
振动光谱
,
• 2、多原子分子振动模型
• （1）简正振动 • 多原子分子的振动是复杂的，但可以把它们的振动分
解成许多简单的基本振动单元，这些基本振动 称为简正振动。 简正振动具有以下特点：
1） 振动的运动状态可以用空间自由度（坐标）来表示，体系 中的每一质点具有XYZ三个自由度； 2）振动过程中，分子质心保持不变，分子整体不转动； 3） 每个原子都在其平衡位置上作简谐振动，各原子的振动频 率及位相相同，即各原子在同一时间通过其平衡位置，又在同 一时间达到最大的振动位移； 4）分子中任何一个复杂振动都可以看成这些简正振动的线性 组合。
区均产生一个吸收峰带 •
振动光谱
• （2）简正振动的基本类型
振动光谱
红外和拉曼光谱统称为分子振动光谱 但它们分别对基团的偶极矩和极化率的变化敏感
• 红外（Infrared 缩写为IR）和拉曼（Raman）光谱在材 料领域的研究中占有十分重要的地位
• 它们研究材料的化学和物理结构及其表征的基本手段 • 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 • 在研究高聚物结构的对称性方面，红外和拉曼光谱两者
•
振动光谱
• 电磁波与物质的作用：
E=hν =hc/λ
电磁波的产生与两个能态上粒子的跃迁 有关。 • 在不同能量电磁波作用下, 物质的不同状 态将出现共振吸收( Resonance), 形成共 振谱。
振动光谱
• 在不同能量电磁波作用下, 物质的不 同状态将出现共振吸收( Resonance), 形成共振谱。
二、分子光谱与原子光谱
1、原子运动与原子光谱
原子的运动主要是电子在原子核周围运动，因此原子运动的 能量叫电子能，是电子在核周围运动、电子与电子之间以及电 子与核之间的作用产生的。原子光谱是原子中电子能级跃迁产 生的光谱。包括原子吸收与发射光谱。
振动光谱
2、分子运动与分子光谱
与原子运动相比，分子运动较复杂，主要有分子的整个平动、 分子绕其质心的转动、分子中原子核的振动及分子中电子的运 动。各状态的能量为平动能、转动能、振动能和电子能。分子 的总能量由以下几种能量组成：
振动光谱
物质的能量状态与对应的共振谱
振动光谱
• 四、分子振动模型
• 1、双原子分子振动模型
• 双原子分子是很简单的分子，其振动形式是很简单的，如 HCl分子，它只有一种 振动形式，即伸缩振动。双原子分子的 振动可以近似地看作为简谐振动，由经典力学的HOOK定律可 以推导出该体系的 振动频率公式：
吸收光谱
分子吸收光谱
uv vis （电子光谱）
IR （振动转动光谱） Laser Ramann
XRD
NMR 、 ESR
原子发射光谱－原子荧 光
发射光谱
分子发射光谱
荧光光谱
磷光光谱
光谱分析法的分类图
振动光谱
在分子光谱中，根据电磁波的波长 ()划分为几个不同
的区域，如下图所示：
振动光谱
• 第一节 振动光谱的基本原理
• 三、定义及分类 • 所谓振动光谱是指物质分子或原子基团的振
动所产生的光谱。 • 如果将透过物质的电磁辐射用单色器加以色
散，使波长按长短依次排列，同时测量在不同波 长处的辐射强度，得到的是吸收光谱。 • 如果用的光源是红外光谱范围，即0.781000µm，就是红外吸收光谱。如果用的是强单色 光，例如激光，产生的是激光拉曼光谱。