中国科学技术大学：《仪器分析》课程教学课件（PPT讲稿）01 分子光谱分析概论 Introduction to molecule spectrum

仪器分析分子光谱分析教授主讲：雀华

仪器分析 分子光谱分析 主 讲：崔华 教授

第一章分子光谱概论

第一章 分子光谱概论

1、分子的能级与分子光谱的形成振动和分子内部运动可分为三种，即转动、电子运动。对应的能量为Er、Ev、Ee，对应的能态组成了分子能级的精细结构。分子的各能级之间跃迁时吸收或发射光子形成了分子光谱吸收光谱分子光谱发光光谱

分子内部运动可分为三种，即转动、振动和 电子运动。对应的能量为Er 、Ev、 Ee ，对应的 能态组成了分子能级的精细结构。 分子的各能级之间跃迁时吸收或发射光子形 成了分子光谱。 吸收光谱 分子光谱 发光光谱 1、分子的能级与分子光谱的形成

ErIC内转移SEv-ICIX一系内交联EeS,IXwwYSoEeo10-15 s10-9 _ 10-7 s10-3 - 10 s分子能级的结构和能级间的转化、跃迁示意图

分子能级的结构和能级间的转化、跃迁示意图 Er S2 Ev Ee * S0 Ee0 S1 * T F P IC IX IC—内转移 IX—系内交联 10-15 s 10-9 – 10-7 s 10-3 – 10 s

2、吸收光谱分子从外界吸收光能，从基态跃迁到激发态把被吸收的辐射强度按波长顺序记录下来，便得到吸收光谱分子的振动转动能级间的跃迁需吸收红外光区的能量中形成红外光谱（IRInfrared）。ev00E—1Lm九125分子的电子能级之间的跃迁形成紫外可见吸收光谱(UV-Visible)。1AE20el元200750nmA 具有加和性A= εbc

2、吸收光谱 分子从外界吸收光能，从基态跃迁到激发态把被吸 收的辐射强度按波长顺序记录下来，便得到吸收光谱。 分子的振动转动能级间的跃迁需吸收红外光区的能量， 形成红外光谱（IR Infrared）。 0.05 — 1 1 — 25 分子的电子能级之间的跃迁形成紫外可见吸收光谱 （UV-Visible）。 1 — 20 200 — 750 具有加和性 E eV  m E  eVnm A = bc A

3、发光光谱分子吸收了外来的电磁辐射以后，处于不稳定的激发状态，随即又以光发射的形式把能量放出来(Photoluminescence)“光致发光这种现象称为在次级光的发射过程中，当光源停止照射以后约10s时间，发光也即消失，这种发光叫荧光(Fluorescence)。当辐射光源虽已停止照射，发光分子仍能保持10—10 s 此种发光成为磷光(Phosphorescence)

3、发光光谱 分子吸收了外来的电磁辐射以后，处于不稳定的 激发状态，随即又以光发射的形式把能量放出来， 这种现象称为“光致发光” (Photoluminescence) 。 在次级光的发射过程中，当光源停止照射以后约 10-5 s 时间，发光也即消失，这种发光叫荧光 (Fluorescence)。 当辐射光源虽已停止照射，发光分子仍能保持10- 3— 10 s 此种发光成为磷光(Phosphorescence)

发光产生的机理：2S+1分子的多重性（光谱的多重性）S=0单线态2S+1=1电子自旋配对S=1三线态2S+1=3电子自旋未配对2九九LI1InnnnLI1I1元元元元基态三重态受激单线态

发光产生的机理： 分子的多重性（光谱的多重性） 2S+1 电子自旋配对 S=0 2S+1=1 单线态 电子自旋未配对 S=1 2S+1=3 三线态 基态 受激单线态 三重态     n n n n *  *  *  * 

荧光单线态一单线态三线态磷光一单线态从受激三线态向单线态的跃迁是禁戒的在没有其它竞争过程时，此种跃迁总要发生只是速度较慢。受激三线态的寿命比单线态长得多，因此受激三重态与溶剂分子碰撞而转移损耗激发能量的机会就很多，这是在室温下不能观察到磷光的原因某些高能量的化学反应释放出的化学能可以激发产物分子或体系共存的其它分子发光这种发光叫化学发光

从受激三线态向单线态的跃迁是禁戒的， 在没有其它竞争过程时，此种跃迁总要发生， 只是速度较慢。受激三线态的寿命比单线态长 得多，因此受激三重态与溶剂分子碰撞而转移， 损耗激发能量的机会就很多，这是在室温下不 能观察到磷光的原因。 某些高能量的化学反应释放出的化学能可 以激发产物分子或体系共存的其它分子发光， 这种发光叫化学发光。 单线态 单线态 荧光 三线态 单线态 磷光

4、其它分子光谱

4、其 它 分 子 光 谱

（1）拉曼光谱(RomanSpectroscopy光通过物质时，有少部分在侧向散射开来，这种现象叫做光的散射。这可看作是光子与物质分子碰撞的结果。大部分散射光的频率和入射光相同，即碰撞过程中光子与物质分子并不交换能量，这种散射称为弹性散射。但也有小部分散射光其频率与入射光不同，这种散射称为非弹性散射，是入射光子与物质分子碰撞时产生能量交换，光子把一部分能量给予分子或从分子获得一部分能量的结果。这种分子与光子交换的能量也是量子化的，即分子所得失的能量必需与分子中某两个能级之差相等。由此形成的光谱叫拉曼光谱，观察到的散射光的频率变化公相应于分子振动转动能级的改变

（1）拉曼光谱 （Roman Spectroscopy） 光通过物质时，有少部分在侧向散射开来，这种 现象叫做光的散射。这可看作是光子与物质分子碰 撞的结果。大部分散射光的频率和入射光相同，即 碰撞过程中光子与物质分子并不交换能量，这种散 射称为弹性散射。但也有小部分散射光其频率与入 射光不同，这种散射称为非弹性散射，是入射光子 与物质分子碰撞时产生能量交换，光子把一部分能 量给予分子或从分子获得一部分能量的结果。这种 分子与光子交换的能量也是量子化的，即分子所得 失的能量必需与分子中某两个能级之差相等。由此 形成的光谱叫拉曼光谱，观察到的散射光的频率变 化 ，相应于分子振动转动能级的改变。 v