《材料研究方法 Solid State Physics》课程教学资源（讲义）红外吸收光谱分析

红外吸收光谱分析

红外吸收光谱分析

光谱分析简介 光谱分析的基础： 主要通过电磁辐射与物质相互作用后，物质内部由于对电磁辐射 产生吸收或再发射，从而发生量子化的能级之间的跃迁 ·光谱分析法： 通过测量物质与电磁辐射作用后所产生的发射、吸收、或散射的 信息，对物质加以研究的方法 原子发射光谱法：原子荧光分析 发射光谱法 分子发射光谱法：荧光分析、磷光分析 光谱分析法 原子吸收光谱法：原子吸收分光分析 吸收光谱法 分子吸收光谱发：紫外可见、红外吸收光谱

光谱分析简介 • 光谱分析的基础： 主要通过电磁辐射与物质相互作用后,物质内部由于对电磁辐射 产生吸收或再发射，从而发生量子化的能级之间的跃迁 • 光谱分析法： 通过测量物质与电磁辐射作用后所产生的发射、吸收、或散射的 信息，对物质加以研究的方法

分子的量子化能级 ·转动能级间隔△E转： 一般小于0.05eV,甚至可小至104eV以下 跃迁产生吸收光谱位于远红外区（远红外光谱或分子转动光谱） 振动能级间隔△E振： 一般在0.05~1eV 跃迁产生的吸收光谱位于红外区（中红外光谱或分子振动光谱） 价电子能级间隔△E电子： —般1~20eV 跃迁产生的吸收光谱位于紫外区与可见区（紫外可见光谱或分子的 电子光谱)

• 转动能级间隔 ∆E转： 一般小于0.05 eV，甚至可小至10-4 eV以下 跃迁产生吸收光谱位于远红外区（远红外光谱或分子转动光谱） • 振动能级间隔 ∆E振： 一般在0.05 ~ 1eV 跃迁产生的吸收光谱位于红外区（中红外光谱或分子振动光谱） • 价电子能级间隔 ∆E电子： 一般1 ~ 20 eV 跃迁产生的吸收光谱位于紫外区与可见区（紫外可见光谱或分子的 电子光谱） 分子的量子化能级

一、红外光谱简介 红外光谱的产生： ·使用连续波长的光照射红外样品后，样品中的分子会吸收某些波长的光 没有被吸收的光到达检测器 检测器将检测到的光信号经过模数转换，扣除背景之后，得到样品的红外 光谱 在红外光谱中，在被吸收的光的波长或波数位置会出现吸收峰 某一波长的光被吸收得越多，透射率就越低，吸收峰就越强 当样品吸收很多种波长的光时，在测得的红外光谱中就会出现许多吸收峰

一、红外光谱简介 红外光谱的产生： • 使用连续波长的光照射红外样品后，样品中的分子会吸收某些波长的光 • 没有被吸收的光到达检测器 • 检测器将检测到的光信号经过模数转换，扣除背景之后，得到样品的红外 光谱 • 在红外光谱中，在被吸收的光的波长或波数位置会出现吸收峰 某一波长的光被吸收得越多，透射率就越低，吸收峰就越强 当样品吸收很多种波长的光时，在测得的红外光谱中就会出现许多吸收峰

一、红外光谱简介 红外光谱的表达方式： √纵坐标：透射率T,或吸光度A √横坐标：波数（单位：cm-1),有时也用波长（单位：nm或m) 近红外（泛频） (0.73-2.5m) 倍频 13158-4000/cmr 红外光谱 中红外（振动区 分子振动转动 (0.75-1000m) (常用区) (2.5-25m) 4000-400crl 远红外（转动区 (25-1000m) 分子转动 400-10/cmr1 分区及波长范围 跃迁类型

红外光谱的表达方式：  纵坐标：透射率 T ，或吸光度 A  横坐标：波数 （单位：cm-1），有时也用波长（单位：nm 或 μm） 一、红外光谱简介

一、红外光谱简介 透光率与吸光度 透光率T: 透射光强度丨与入射光强度的比值 T=L 透光率T越大，样品中分子对光的吸收越少 。 吸光度(absorbance)A: 透光率的负对数 A=-lgT=lg(I。/I)

透光率与吸光度 • 透光率T： 透射光强度 I 与入射光强度 I0 的比值 0 I I T  透光率T 越大，样品中分子对光的吸收越少 • 吸光度（absorbance）A： 透光率的负对数 lg lg( / ) 0 A   T  I I 一、红外光谱简介

一、红外光谱简介 典型红外光谱 100 5050050603050500130050 3000 2000 1000 波数/cml 透射率光谱

典型红外光谱 透射率光谱 一、红外光谱简介

一、 红外光谱简介 典型红外光谱 1.00 0.95 0 0.75 0.70 0.65 赵 5 面 0.40 0 0 0.15 9 0.00 3000 2000 1000 波数/cm 吸光度光谱

吸光度光谱 典型红外光谱 一、红外光谱简介

二、红外光谱的基本原理 ◆当试样受到频率连续变化的红外光照射时， ①试样分子选择性地吸收某些波长或波数范围的辐射 ②引起偶极矩的变化 ③产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁 ④使相应地透射光强度减弱 →产生试样的红外光谱 红外光谱中： ◆ 吸收峰出现的频率位置： 由振动能级差决定 吸收峰的个数： 与分子振动自由度的数目有关 吸收峰的强度： 主要取决于振动过程中偶极炬的变化、以及能级的跃迁概率

二、红外光谱的基本原理  当试样受到频率连续变化的红外光照射时， ① 试样分子选择性地吸收某些波长或波数范围的辐射 ② 引起偶极矩的变化 ③ 产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁 ④ 使相应地透射光强度减弱 →产生试样的红外光谱 红外光谱中：  吸收峰出现的频率位置： 由振动能级差决定  吸收峰的个数： 与分子振动自由度的数目有关  吸收峰的强度： 主要取决于振动过程中偶极炬的变化、以及能级的跃迁概率

二、红外光谱的基本原理 分子能级间跃迁选律 ●】 选律： 并非所有能级间的跃迁都能发生，必须遵循一定规律，即选律 (有些跃迁是允许的，而有些跃迁是禁阻的) ●】 振动光谱选律： 振动光谱分红外光谱和拉曼光谱 √红外光谱： 如果振动时，分子的偶极矩发生变化，该振动是红外活性的 拉曼光谱： 如果振动时，分子的极化率发生变化，该振动是拉曼活性的

 选律： 并非所有能级间的跃迁都能发生，必须遵循一定规律，即选律 （有些跃迁是允许的，而有些跃迁是禁阻的）  振动光谱选律： 振动光谱分红外光谱和拉曼光谱  红外光谱： 如果振动时，分子的偶极矩发生变化，该振动是红外活性的  拉曼光谱： 如果振动时，分子的极化率发生变化，该振动是拉曼活性的 分子能级间跃迁选律 二、红外光谱的基本原理