《振动光谱》PPT课件

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1、聚合物结构分析第二章振动光谱与电子光谱第一节光谱分析概论分子光谱方法主要包括红外光谱，拉曼光谱，紫外光谱，荧光光谱等。主要研究高聚物的分子结构。光谱分析技术已经广泛应用于高聚物鉴别，定量分析以及确定高聚物的构型，构象，链结构，结晶等。高聚物材料中的添加剂，残留单体，填料，增塑剂的分析鉴定也都可以用光谱分析法完成。2一、电磁辐射与光谱分析方法（一）电磁辐射电磁辐射又称为电磁波，辐射能，是一种以极快的速度穿射过空间的能量。电磁波谱包括无线电波，微波，红外光，可见光，紫外光，x射线，γ射线等，如图2.1所示。电磁波都具有共同点：它们在真空中的

2、传播速度，即频率（υ）与波长（λ）的乘积是相同的，都等于光在真空中的传播速度（c）：λυ＝c＝３x１０１０cm／s3图2.1电磁波谱区域分类4（二）电磁辐射的特性与光谱分析方法辐射能具有光的特性：如吸收，发射，散射，折射，反射，偏振等。光谱分析方法则是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讯号的分析方法。51．电磁辐射能的吸收特性：辐射能作用于粒子，粒子可选择性地吸收某些频率的辐射能，并从低能态跃迁至高能态，这种现象称为吸收。吸收的辐射能可以从γ射线至无线电波，作用的粒子可以是分子，原子，原子核等。不同的粒子吸收的

3、能量不同，形成了选择性吸收，由此可得到各自的特征光谱。从而达到鉴别各种粒子的目的。基于这种原理建立的光谱分析方法，称为吸收光谱法。红外光谱、紫外光谱、核磁共振都属于吸收光谱。6２．电磁辐射能量的发射特性：将吸收的能量释放出来，若以光的形式释放能量，则该过程称为发射。不同的粒子，发射的光谱各不相同，具有各自的特征光谱，基于此原理的分析方法称发射光谱法。荧光光谱、磷光光谱等属于发射光谱分析法。7３．电磁辐射的散射特征：光的散射是带电粒子相互作用引起的，当辐射能通过介质时引起介质内带电粒子的受迫振动，每个振动着的带电粒子向四周发出辐射而形成散

4、射光。当散射光的波长与入射光波长相同时称为瑞利散射。当散射光的波长与入射光波长不相同时称为喇曼散射。利用光的散射原理，测量散射谱线的频率，计算它们与入射光谱线的频率差的分析法称喇曼散射光谱。8二、分子光谱与原子光谱根据量子力学的基本理论，原子或分子只能存在于以确定了能量为特征的某种状态。在一定条件下，某种运动形式所处的最低能量状态叫基态，而高于基态的各能量状态叫激发态，体系能量以不连续状态存在。当原子或分子改变其状态时，必须吸收或者释放出一定大小的能量恰使原子或分子进入另一种状态。即分子或原子吸收光子的能量从低能级跃迁到高能级，或发射光

5、子的能量从高能级跃回到低能级；在此过程中，总的能量守恒。9（一）原子的运动与原子光谱原子运动的能量叫电子能，是由电子在原子核周围的运动、电子与电子之间的作用以及电子与原子核之间的作用所产生的。原子光谱是由原子中电子能级跃迁所产生的光谱。当原子受光源辐照时，电子从基态跃迁到激发态，产生原子吸收光谱；而当原子从激发态跃迁到基态时，产生原子发射光谱。10（二）分子的运动与分子光谱分子的运动较为复杂，主要有分子的整体平动、分子绕其质心的转动、分子中原子核间的振动及分子中电子的运动等。它们所具有的能量分别称为平动能、转动能、振动能和电子能。分别用

6、E平动、E转动、E振动和E电子表示，则分子的总能量（ΔE）可用下式表示：ΔE=E平动+E电子+E振动+E转动(2-1)与电磁辐射的吸收与发射有关的分子能量是电子能级、振动能级及转动能级间跃迁即ΔE=E电子+E振动+E转动=Ee+Eν+Er（2-2）三种运动形式的能级差E电子>E振动>E转动。11分子光谱是由分子的主要运动形式的能级跃迁而产生的。在分子光谱中，电子的跃迁能级差约为1~20ev（电子伏特），由分子的电子能级间跃迁所产生的光谱的波长范围在60~1250nm(0.06~1.24μm)之间。主要在可见及紫外区，所形成的光谱称为电子

7、光谱或紫外光谱。分子的振动能级差一般为1~0.025ev，振动能级间跃迁所产生的光谱波长范围在1250~50000nm（1.25~50μm），属红外区，所形成的光谱称振动光谱，又称红外光谱。分子的转动能级差一般在0.025~0.0001ev，转动能级间跃迁所产生的光谱波长范围在25000~250000nm（25~250μm），属于远红外区的范围，形成的光谱称为转动光谱。12（三）分子光谱与原子光谱的区别原子光谱是由一组不连续的波长谱线组成的线状谱，叫不连续光谱。每种原子由于电子结构不同，因此都具有自己的特征谱线。分子光谱是由连续波长的谱

8、带组成的带状谱，称连续光谱。分子光谱与原子光谱产生差别的原因是由于分子比原子多了两种运动形式的能量变化即振动能和转动能。13三、光谱分析方法分类电磁波谱中的不同部分所具有的波长和频率不同，其所有的能量也各不