材料分析方法介绍.doc

--------------------校验:_____________--------------------日期:_____________材料分析方法介绍红外吸收光谱1波长(λ)相邻两个波峰或波谷之间的直线距离,单位为米(m)、厘米(cm)、微米(μm)、纳米(nm)。这些单位之间的换算关系为1m=102cm=106μm=109nm。2频率(v)单位时间内通过传播方向某一点的波峰或波谷的数目,即单位时间内电磁场振动的次数称为频率,单位为赫兹(Hz,即s-1),频率和波长的关系为3波数(σ)每厘米长度内所含的波长的数目,它是波长的倒数,即σ=1/λ,波数单位常用cm-1来表示。4传播速度:辐射传播速度υ等于频率v乘以波长λ,即υ=vλ。在真空中辐射传播速度与频率无关,并达到最大数值,用c表示,×1010cm/s5周期T:相邻两个波峰或波谷通过空间某固定点所需要的时间间隔,单位为秒(s)。红外光谱法的特点:(1)特征性高。就像人的指纹一样,每一种化合物都有自己的特征红外光谱,所以把红外光谱分析形象的称为物质分子的“指纹”分析。(2)应用范围广。从气体、液体到固体,从无机化合物到有机化合物,从高分子到低分子都可用红外光谱法进行分析。(3)用样量少,分析速度快,不破坏样品。简正振动的数目称为振动自由度,每个振动自由度相应于红外光谱图上一个基频吸收峰。每个原子在空间都有三个自由度,如果分子由n个原子组成,其运动自由度就有3n个,这3n个运动自由度中,包括3个分子整体平动自由度,3个分子整体转动自由度,剩下的是分子的振动自由度。对于非线性分子振动自由度为3n-6,但对于线性分子,其振动自由度是3n-5。例如水分子是非线性分子,其振动自由度=3×3-6=(Infraredabsorptionspectroscopy,IR)又称为分子振动—转动光谱。当样品受到频率连续变化的红外光照射时,分子吸收了某些频率的辐射,并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化,产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁,使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系的曲线,就得到红外光谱。红外光谱在化学领域中的应用大体上可分为两个方面:一是用于分子结构的基础研究,应用红外光谱可以测定分子的键长、键角,以此推断出分子的立体构型;根据所得的力常数可以知道化学键的强弱;由简正频率来计算热力学函数。二是用于化学组成的分析,红外光谱最广泛的应用在于对物质的化学组成进行分析,用红外光谱法可以根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物结构,依照特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量,它已成为现代结构化学、分析化学最常用和不可缺少的工具。产生红外吸收的条件红外光谱是由于分子振动能级(同时伴随转动能级)跃迁而产生的,物质吸收红外辐射应满足两个条件:(1)辐射光具有的能量与发生振动跃迁时所需的能量相等;(2)辐射与物质之间有偶合作用。计算不饱和度U的经验式为:U=1+n4+1/2(n3-n1)式中n1,n3,和n4分别为分子式中一价,三价和四价原子的数目。通常规定双键(C=C、C=O)和饱和环状结构的不饱和度为1,三键(C≡C、C≡N等)的不饱和度为2,苯环的不饱和度为4(可理解为一个环加三个双键)。链状饱和烃的不饱和度为零。指纹区a作为化合物含有什么基团的旁证,指纹区许多吸收峰都是特征区吸收峰的相关峰。确定化合物的细微结构(1)定量分析原理:与其它分光光度法(紫外、可见分光光度法)一样,红外光谱定量分析是根据物质组分的吸收峰强度来进行的,它的理论基础是lambert-beer定律。测量方法:红外与拉曼比较:1都是研究分子结构(化学键)的分子振动、转动光谱。2红外光谱是吸收光谱,拉曼是发射光谱。3拉曼的频谱范围宽10-4500cm-1,红外 的窄200-4000cm-1。4拉曼的激发波长可以是可见光区的任一激发源,因此其色散系统比较简单,(可见光区),而红外的辐射源和接收系统必须放在专门封闭的装置内。5不具有偶极矩的分子,不产生红外吸收,但可产生拉曼散射。激光拉曼光谱法当单色光照射在样品上,发生瑞利散射的同时,总发现有1%左右的散射光频率与入射光不同。把这种效应命名为拉曼效应。拉曼散射与入射光的波数无关,只与物质本身的分子结构所固有的振动和转动能级结构有关(与红外光谱中所讲的分子的能级一致,但红外光谱反映的是这些能级的转变对入射光的吸收效应,而拉曼光谱则反映的是发射光谱效应)。因此拉曼技术检测分子可用于鉴别物质的种类。1)处于基态E1的分子受入射光子hu0的激发,跃迁到受激虚态E3,而后又回到基态E1。或者E2的分子激发到E3’,很快又回到E2,这两种情况下,能量都没有改变,这种弹性碰撞称之为瑞利散射,散射