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光学光谱区PPT

光学光谱区 optical spectral region
远紫外(FUV- far ultraviolet) 10~200nm 真空紫外(VUV-vacuum ultraviolet) 紫外(UV- ultraviolet) 200~430nm 可见(Vis-visible) 430~750 nm(0.75µ m) 近红外(NIR-near infrared) 0.75~2.5µ m 中红外(MIR-middle infrared) 2.5~25µ m 远红外(FIR-far infrared) 25~300µ m
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样品处理技术
在红外法中,样品的制备及处理,重要 且特殊。因为同一物质,当其物理状态 不同时,其红外吸收光谱将有许多差异, 这是因为不同状态时原子间的相互影响 不同,会导致吸收频率的改变。若试样 处理不当,即使仪器性能好,也得不到 满意的红外图谱。
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制备红外分析试样应注意: (1)浓度和测试厚度应选择适当,以使透光度处于 适宜范围。 若浓度太稀,厚度太薄,会使一些弱吸收峰和 光谱的细致部分不能显示;过浓、过厚,又会使 强吸收峰超过标尺刻度而无法测定。 (2)试样中应不含水份。 水会侵蚀吸收池岩窗,且水本身在红外区有吸 收,将使测得的光谱图变形。 (3)试样应是单组分纯物质。多组分试样在测定前 应预先进行组分分离(如色谱法、精密蒸馏、重结 晶等),否则多组分光谱会相互重叠。
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UV-Vis region:
原子发射光谱法 atomic emission spectrometry AES 原子吸收光谱法 atomic absorption spectrometry AAS 原 子 荧 光 光 谱 法 atomic fluorescence spectrometry AFS 紫 外 及 可 见 吸 收 光 谱 法 ultraviolet and visible absorption spectrometry UV-VisAS 分子荧光光谱法 molecular fluorescence spec外光谱法回顾小结(1)
量子学说指出:并非任意两能级间都能进行跃 迁 , 跃 迁 须 遵 守 一 定 的 规 律 —— 选 择 定 则 (selection rule)
分子能级是量子化的,振动量子化的跃迁从V=0 到V=1,即从振动基态跃迁到第一振动能态。 在振动-转动跃迁过程中必须有偶极矩(dipole moment)的改变,才有红外吸收——有红外活性 (infrared active);无红外吸收,称非红外活性 (infrared inactive) 。 显然,并非所有的振动都会产生红外吸收,只 有产生偶极矩净变化的振动,才能得到可观测的 红外吸收谱带。
( 例)
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红外光谱法回顾小结(3)
双原子分子可用谐振子模型处理,进而得出分 子振动方程式(equation of vibration):
影响频率的直接因素是原子质量和化学键的力 常数。化学键越强,原子质量越小,振动频率 越高。即 ( 1 )对具有相似质量的原子基团来说,频率 (波数)与K成正比。 (2 )对于相同化学键的基团来说,频率与 m 成 反比。
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例:HCl,双原子分子(n=2),为线性分 子,则其振动自由度:3n-5=3X2-5=1。 故其在红外谱图上有一个基频吸收峰。 再例:甲烷,五原子分子(n=5),非线性 分子,振动自由度:3n-6=3X5-6=9。即 有9种简正振动。有机物的特点,使得每 种红外吸收峰较多。
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红外光谱法回顾小结(5)
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多原子分子在空间的运动其自由度的确定: 非线性分子有(3n-6)个自由度,即 (3n-3)(平动自由度)-3(转动自由度) 线型分子有(3n-5)个自由度,即 (3n-3)(平动自由度)-2(转动自由度) 每一个自由度可以看作是分子的一个基 本振动形式,并有其自己的振动频率。 响 应的反应官能团存在的特征频率,称基团 频率(基频)(fundamental frequency)。
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红外光谱法回顾小结(2)
一个分子产生红外吸收峰与否,除了有偶极矩 的变化外,还与分子的对称类型有关: 中心对称分子的全对称振动(偶极矩变化 为零),非红外活性(infrared inactive); 中心对称分子的非全对称振动(伴随瞬时 偶极矩变化),具有红外活性(infrared active)。
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例:C-H键。因为氢原子的质量最 小,故氢原子单键的振动频率出现 在高频区(high frequency)。 总之,由于各有机化合物的结构不 同,其原子质量和键力常数各不相 同,会出现不同的吸收频率,故各 有其特征红外光谱。
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红外光谱法回顾小结(4)
如同双原子分子,多原子分子的振动也可看作是 被弹簧连接的质点所构成的体系的振动。若每个 原子视为一个质点,则多原子分子的振动即一个 质点组的振动,要描述其可能的振动方式,须确 定各原子的相对位置。 众所周知,要确定一个质子(原子)在空间的位 置,要(x,y,z)三个坐标,即每个原子在空间 的运动有三个自由度(degree of freedom)。 一个分子有n个原子,则需3 n个自由度(坐标) 确定所有原子的位置。
红外光谱法的最大特点是具有高度的特 征性。尽管有机物的种类很多,但其中 很大部分均由C、H、O、N四种元素组 成,故通过这四种元素所形成的化学键 的振动,可产生大部分有机物的红外光 谱。
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红外展望
红外光谱(IR)和拉曼光谱(RS)均属于分子振 动光谱,红外光谱和拉曼光谱的区别在于信号 产生的方式不同。红外光谱类似于紫外-可见光 谱,是以吸收的方式得到的,而拉曼光谱则是 一种散射技术。 拉曼光谱以激光作为样品的激发光源,其 频率位于可见区(Vis)和近红外区(NIR)。 红外光谱 (IR) 与核磁共振波谱( NMR )、 质谱( MS )及色谱( GC 、 HPLC )一起是现 代有机分析(结构、微区和表面分析)必不可 少的分析工具。
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红外光谱区
红外光能量较小,不足以导致电子跃迁,而只 能引起分子中的振动能级和转动能级的跃迁, 红外光谱主要是振动跃迁所致,对应于中红外 区(middle infrared)。 物质吸收电磁辐射应满足两个条件: (1)辐射应具有刚好能满足物质跃迁时所需的 能量; (2)辐射与物质之间能相互作用。 红外辐射具有适当的能量,能导致分子振 动跃迁的产生。
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