微波和红外的区别

微波和红外的区别
微波和红外的区别

最近做了个微波感应的项目,有些体会,这里说说微波与红外感应之间的优缺点:

微波感应的优点:

1.不受环境温度影响灵敏度。

2.无需透镜,使用不影响灯具外观。

3.感应距离远,据说10米以上也有效(太远的距离可能提高误动作的几率)。

缺点:

1.近距离会干扰其它高频设备,如wifi。

2.微波具有穿透性,所以会检测到其它楼层的活动人体,这是我们不希望的(严重缺陷,不适合用于楼房环境)。

3.相对功耗大。(16楼)

3.相对成本高。(23楼)

4.相对红外可能有辐射伤害问题。(58楼)

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红外人体感应的优点:

1.无发射信号,不会干扰其它用电器;

2.功耗低。(16楼)

3.成本低。(23楼)

4.无辐射。(58楼)

缺点:

1.易受环境温度影响灵敏度。

2.活动的其它温差物体会造成误动作,如风吹动的窗帘。

3.使用需要配菲尼尔透镜,影响灯具外观。

根据以上优缺点,个人建议空旷无楼层的环境可以考虑微波感应开关,楼层环境还是选用红外感应开关比较合适。

激光对射与红外对射的比较

激光对射与红外对射的比较 在防盗报警领域,室内防范目前主要采用门磁、红外幕帘探测,对于晚上和无人员活动的室内防范可能比较合理。对普通家居、别墅等场所则不适应,有人时不能布防,晚上也不便于布防,达不到御贼于外的目的。 红外栅栏应用到门窗的室内防范不会影响到人员活动,但是,红外栅栏会受杂光、红外反射光及同频干扰误报率高。 因此,可靠性差是目前影响主动红外对射大量进入家居防范的主要原因。 对于室外防范,特别是较大空间范围的居民小区、工业园区、变电站等场所主要应用红外对射。但是,从目前全国使用的情况看,真正长期应用的是极少数,大多成为一种摆设。究其原因,主要是抗干扰能力差,受自然环境的影响,易发生误报警,包括各种光干扰、强磁干扰和恶劣天气的影响。因此,在我国目前主动红外探测产品的应用仍是有限的,其原因主要是产品本身问题,受制于红外光源的特性。 将激光作为探测光源具有很多优势。 北京三安古德科技发展有限公司经过多年攻关努力,成功解决了激光稳定性、安全性、适应性、编码定位、低功率化和小型化问题。在全球安防市场上率先推出信号旗栅栏型激光对射探测器。 它既具有激光的光源优势,又具有红外栅栏简洁隐匿的外形特征,能兼顾室内外应用环境。是防盗报警领域新一代革命性产品,能极大地拓展防盗报警领域的应用空间,能带来应用理念上的全新变化,主要

包括以下方面: 全天候应用概念--激光能量集中,比红外光穿透力强,能适应雨雾霜雪沙尘天气和抗光干扰。 全环境应用概念--高稳定性和特殊的抗干扰设计,能适应各种天象和强磁场环境,环境适应性好。全时段应用概念--低能耗特性,能24小时全时段布防使用,节约电能。 全封闭应用概念--低能耗和高稳定性特性在家居防范中可以无间隙封闭设防,御贼于外。大纵深应用概念--对于别墅和较大空间场所,可以设置多层、多道、明暗激光网阵,构成大纵深防范。 大周界应用概念--总线制安装、自备编码技术和低能耗特点。一台报警主机可以控制100000付探测器,长度可达100公里以上,而且能精确显示入侵位置。红外对射和红外栅栏作为最早出现的周界报警产品之一,在全世界应用及其广泛。 由于红外产品本身的缺陷以及大量劣质产品对市场的冲击,红外对射栅栏在周界应用中。在受到最大批评的同时也制约了其本身的应用发展,很多使用红外对射的周界防范工程基本上成为摆设。很少有真正大量的红外栅栏进入普通家居防范。尽管生产厂家不断改进与完善,但其光源上的先天不足使其面临发展瓶颈。市场迫切需要一种性能更好的光束遮挡型探测器来替代红外对射产品。 红外对射和栅栏的缺陷是红外光扩散角大,功率密度小,易受白光抑制干扰。需要聚焦才能形成探测用光束,同时需要特殊材料过滤掉杂光。这使整个产品结构复杂,而且造成高能耗。在多种光源筛选

中红外光纤激光器

中红外光纤激光器 摘要 位于2~5μm中红外波段的激光在国防、医疗、通信方面有着特殊的 重要应用。利用固体激光器泵浦稀土离子掺杂的玻璃光纤产生荧光发射是 直接获得2~5 μm 波段中红外激光的有效途径,具有光束质量好、体积 小、转换效率高、散热效果好等优点。本文介绍了中红外光纤激光器的原 理、研究现状和发展前景。对中红外光纤激光器的发展和研究方向进行了 阐述。 关键词:中红外;光纤激光器;稀土离子;硫化物光纤;氟化物光纤 一、中红外光纤激光器简介 1.1 中红外激光 位于2~5μm中红外波段的激光在国防、医疗、通信方面有着特殊的重 要应用。它位于大气“透明窗口”,处于大多数军用探测器的工作波段, 可 以进行战术导弹尾焰红外辐射模拟、人眼安全的激光雷达、激光定向红外 干扰等军事用途。在民用领域可用于遥感化学传感、空气污染控制,它还 可以用于新一代激光手术,使血液迅速凝结,手术创面小、止血性好(水分 子在3μm附近有很强的吸收峰)此外,采用2~5 μm 替代目前广泛使用 的1.55 μm 作为光纤通信工作波长也是一项极具研究价值的课题,由于 材料的Rayleigh 散射与光波长的四次方成反比,采用2~5 μm 作为工 作波长可以有效降低光纤损耗,增加无中继通信的距离。因此,研发中 红外波段的激光器对于国家安全和国民经济建设具有十分重要的意义。 获得中红外激光的方法有间接方法和直接方法。其中间接方法包括: (1) CO2激光器的倍频及差频输出 (2) 利用非线性红外晶体采用非线性频率变换或光学参量振荡技术 将其它波段激光调谐到中红外波段 直接方法包括: (1)以氟化氘等为介质的化学激光器 (2) 以AlGaAsSb,InGaAsSb,InAs/(In)GaSb 等锑化物窄禁带半导 体、过渡金属离子掺杂的Ⅱ–Ⅵ族半导体制作的中红外激光器 (3)近红外半导体激光泵浦的稀土离子或过渡金属离子掺杂的玻璃、

红外光谱与拉曼光谱的异同点

红外光谱与拉曼光谱的异同点 红外光谱又叫做红外吸收光谱,它是红外光子与分子振动、转动的量子化能级共振产生吸收而产生的特征吸收光谱曲线。要产生这一种效应,需要分子内部有一定的极性,也就是说存在分子内的电偶极矩。在光子与分子相互作用时,通过电偶极矩跃迁发生了相互作用。因此,那些没有极性的分子或者对称性的分子,因为不存在电偶极矩,基本上是没有红外吸收光谱效应的。 拉曼光谱一般也是发生在红外区,它不是吸收光谱,而是在入射光子与分子振动、转动量子化能级共振后以另外一个频率出射光子。入射和出射光子的能量差等于参与相互作用的分子振动、转动跃迁能级。与红外吸收光谱不同,拉曼光谱是一种阶数更高的光子——分子相互作用,要比红外吸收光谱的强度弱很多。但是由于它产生的机理是电四极矩或者磁偶极矩跃迁,并不需要分子本身带有极性,因此特别适合那些没有极性的对称分子的检测。 一、相同点在于: 对于一个给定的化学键,其红外吸收频率与拉曼位移相等,均代表振动能级的能量。因此,对某一给定的化合物,某些峰的红外吸收波数和拉曼位移完全相同,红外吸收波数与拉曼位移均在红外光区,两者都反映分子的结构信息。拉曼光谱和红外光谱一样,也是用来检测物质分子的振动和转动能级。 二、不同点在于: 两者产生的机理不同;红外光谱的入射光及检测光均为红外光,而拉曼光谱的入射光大多数是可见光,散射光也是可见光;红外光谱测定的是光的吸收,而拉曼测定的是光的散射;红外光谱对于水溶液、单晶和聚合物的检测比较困难,但拉曼光谱几乎可以不必特别制样处理就可以进行分析,比较方便;红外光谱不可以用水做溶剂,但是拉曼可以,水似拉曼光谱的一种优良溶剂;拉曼光谱的是利用可见光获得的,所以拉曼光谱可用普通的玻璃毛细管做样品池,拉曼散射光能全部透过玻璃,而红外光谱的样品池需要特殊材料做成的。 本质区别:红外是吸收光谱,拉曼是散射光谱;拉曼光谱光谱与红外光谱两种技术包含的信息通常是互补的。 主要区别:

中红外激光TDLAS技术机动车尾气遥感监测系统方案

水平固定式全激光高精度机动车尾气遥感在线监测系统 技术方案 (汽柴油一体)

1 机动车尾气遥感监测发展现状 1.1 机动车尾气遥感监测难点 )、碳氢化合机动车尾气实时监测组分:一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO 2 )、不透光度。 物(HC)、氮氧化物(NO X 可有效监测汽油车、柴油车尾气污染物,测量范围: CO:(0-10)%; :(0-16)%; CO 2 HC:(0-10000)ppm; NO:(0-10000)ppm; 不透光度:(0-100)%; 测量精度和重复性误差:符合《在用柴油车排气污染物测量方法及技术要求》(HJ845-2017)标准要求。 目前机动车尾气遥测主要技术难点: (1)车辆快速通过时,尾气扩散较快,要求监测设备响应快速,否则无法实时监测气团浓度,导致测量结果不能够真实反应车辆的实际排放情况,在实际的道路上会出现大量误检和漏检。 (2)烟气迅速扩散,测量误差大。在开放环境中,机动车尾气气团会迅速扩散,所以直接测量得到的各个组分的浓度绝对值不能反应尾气排放的真实值,但对同一尾气气团,扩散后各位置的各组分的体积比系数是相同的,所以机动车尾气遥测测量设备通过燃烧方程,根据各组分的相对体积比来反演尾气排放的真实浓度。然而目前绝大多数机动车尾气遥测设备遥测光路不能够同光路,导致测量各组分的绝对浓度值不是气团的同一位置的值,体积浓度比已经不准确,因此利用燃烧方程反演的值不能反应尾气真实排放情况。 1.2 机动车尾气遥感监测现状 近几年国内机动车尾气遥感监测技术得到快速发展,技术路线包括NDIR非分散红外光谱、DOAS紫外差分吸收光谱、TDLAS可调节半导体激光吸收光谱等。在户外尾气遥感监测应用领域TDLAS可调谐半导体激光吸收光谱技术路线,在抗干扰能力、测量分辨率、信号稳定性、光源寿命、运维成本以及测量

红外光谱与拉曼光谱的区别

红外光谱与拉曼光谱的区别 1) 拉曼谱峰比较尖锐,识别混合物,特别是识别无机混合物要比红外光谱容易。 2) 在鉴定有机化合物方面,红外光谱具有较大的优势,主要原因是红外光谱的标准数据库比拉曼光谱的丰富。 3)在鉴定无机化合物方面,拉曼光谱仪获得400cm-1以下的谱图信息要比红外光谱仪容易得多。所以一般说来,无机化合物的拉曼光谱信息量比红外光谱的大。4)拉曼光谱与红外光谱可以互相补充、互相佐证。 红外光谱与拉曼光谱的比较 1、相同点 对于一个给定的化学键,其红外吸收频率与拉曼位移相等,均代表第一振动能级的能量。因此,对某一给定的化合物,某些峰的红外吸收波数与拉曼位移完全相同,红外吸收波数与拉曼位移均在红外光区,两者都反映分子的结构信息。 2、不同点 (1)红外光谱的入射光及检测光均是红外光,而拉曼光谱的入射光大多数是可见光,散射光也是可见光; (2)红外谱测定的是光的吸收,横坐标用波数或波长表示,而拉曼光谱测定的是光的散射,横坐标是拉曼位移; (3)两者的产生机理不同。红外吸收是由于振动引起分子偶极矩或电荷分布变化产生的。拉曼散射是由于键上电子云分布产生瞬间变形引起暂时极化,是极化率的改变,产生诱导偶极,当返回基态时发生的散射。散射的同时电子云也恢复原态; (4)红外光谱用能斯特灯、碳化硅棒或白炽线圈作光源而拉曼光谱仪用激光作光源;(5)用拉曼光谱分析时,样品不需前处理。而用红外光谱分析样品时,样品要经过前处理,液体样品常用液膜法和液体样品常用液膜法,固体样品可用调糊法,高分子化合物常用薄膜法,体样品的测定可使用窗板间隔为2.5-10 cm的大容量气体池; (6)红外光谱主要反映分子的官能团,而拉曼光谱主要反映分子的骨架主要用于分析生物大分子;(7)拉曼光谱和红外光谱可以互相补充,对于具有对称中心的分子来说,具有一互斥规则:与对称中心有对称关系的振动,红外不可见,拉曼可见;与对称中心无对称关系的振动,红外可见,拉曼不可见。 拉曼光谱和红外光谱的区别 红外光谱和拉曼光谱都属于分子振动光谱,都是研究分子结构的有力手段。红外光谱测定的是样品的透射光谱。当红外光穿过样品时,样品分子中的基团吸收红外光产生振动,使偶极矩发生变化,得到红外吸收光谱。拉曼光谱测定的是样品的发射光谱。当单色激光照射在样品上时,分子的极化率发生变化,产生拉曼散射,检测器检测到的是拉曼散射光。 单色激光照射样品后,产生瑞利散射和拉曼散射。瑞利散射是激光的弹性散射,不负载样品的任何信息。拉曼散射又分为斯托克斯散射和反斯托克斯散射,拉曼散射负载有样品的信息。

中红外激光的产生方法

中红外激光的产生方法 摘要 简要概述了产生中红外激光的各种方式,分析了各个方法的有缺点.并对中红外激光的发展进行了展望. 关键词:中红外激光产生发展 引言 激光是20世纪以来,继原子能、计算机、半导体之后,人类的又一个重大发明。它的原理早在 1916 年已被物理学家爱因斯坦发现,但直到 1958 年激光才被首次成功制造。激光是在有理论准备和生产实践迫切需要的背景下应运而生的,它一问世,就获得了飞快发展,激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生,而且导致整个一门新兴产业的出现。激光可使人们有效地利用前所未有的先进方法和手段,去获得空前的效益和成果,从而促进了生产力的发展。 红外激光器是在1960年,由美国物理学家西奥多·梅曼通过一个高强闪光灯管来刺激在红宝石水晶里的铬原子而首次研制出来的。随后红外激光就得到了迅速的发展。 1 线性方法产生红外激光

1.1 半导体量子级联激光器 双异质结体材料结构激光器的有源区的厚度薄至可与电子的德 布罗意波长30nm相比拟时,则电子在该方向的运动会受到限制,其动能将被量子化成分立的能级,和量子力学中一维势阱情况一样,称为量子阱激光器。量子级联激光器是一种基于子带间电子跃迁的新型单极光源,将数个量子阱结构串联在一起。它的输出波长与有源区量子阱厚度有关,可通过温度或电流进行调谐。它的缺点是结构复杂,生长层次繁多,闽值电流密度大,散热性差,作为半导体激光器,输出功率小、光束质量差[1]。 1.2 固体激光器 固体激光器是以掺杂的玻璃、晶体或透明陶瓷等固体材料为工作物质的激光器。固体激光器具有结构紧凑、小巧、牢固、灵活等优点,特别是半导体泵浦的仝固化固体激光器很容易做到高重复频率、高峰值功率脉冲激光输出[2]。 1.3 自由电子激光器 自由电子激光器是利用相对论电子束通过一个称为摇摆器的周 期变化的横向磁感应场来与电磁辐射相互作用产生激光的装置。由于相对论电子束有很高的功率密度,工作介质又是自由电子,不存在击穿问题,因此自由电子激光器能产生很高的功率。自由电子激光器输出波长与电子束能量有关,容易连续调谐,工作的频率范围可以很宽,从厘米波到纳米波。但自由电子激光器体积比较庞大、价格也相对比较贵[3]。

拉曼红外荧光区别

拉曼散射:当激发光的光子与作为散射中心的分子相互作用时,大部分光子只是发生改变方向的散射,而光的频率并没有改变,大约有占总散射光的10-10~10-6的散射,不仅改变了传播方向,也改变了频率。这种频率变化了的散射就称为拉曼散射。对于拉曼散射来说,分子由基态E0被激发至振动激发态E1。光子失去的能量与分子得到的能量相等为△E。不同的化学键或基团有不同的振动能级,△E反映了指定能级的变化。因此,与之相对应的光子频率变化也是具有特征性的,根据光子频率变化就可以判断出分子中所含有的化学键或基团。 分子荧光光谱:当物质分子吸收了特征频率的光子,就由原来的基态能级跃迁至电子激发态的各个不同振动能级。激发态分子经与周围分子撞击而消耗了部分能量,迅速下降至第一电子激发态的最低振动能级,并停留约10-9秒之后,直接以光的形式释放出多余的能量,下降至电子基态的各个不同振动能级,此时所发射的光即是荧光。产生荧光的第一个必要条件是该物质的分子必须具有能吸收激发光的结构,通常是共轭双键结构;第二个条件是该分子必须具有一定程度的荧光效率,即荧光物质吸光后所发射的荧光量子数与吸收的激发光的量子数的比值。使激发光的波长和强度保持不变,而让荧光物质所发出的荧光通过发射单色器照射于检测器上,亦即进行扫描,以荧光波长为横坐标,以荧光强度为纵坐标作图,即为荧光光谱,又称荧光发射光谱。让不同波长的激发光激发荧光物质使之发生荧光,而让荧光以固定的发射波长照射到检测器上,然后以激发光波长为横坐标,以荧光强度为纵坐标所绘制的图,即为荧光激发光谱。荧光发射光谱的形状与激发光的波长无关。简单来说,拉曼就是光散射后发生的频率改变。分子荧光则是分子吸收能量再由于碰撞释放能量产生的。 拉曼光谱和红外光谱一样,也是用来检测物质分子的振动和转动能级,所以这两种光谱俗称姊妹谱。但两者的理论基础和检测方法存在明显的不同。我们说物质分子总在不停地振动,这种振动是由各种简正振动叠加而成的。当简正振动能产生偶极矩的变化时,它能吸收相应的红外光,即这种简正振动具有红外活性;具有拉曼活性的简正振动,在振动时能产生极化度的变化,它能与入射光子产生能量交换,使散射光子的能量与入射光子的能量产生差别,这种能量的差别称为拉曼位移(Raman Shift),它与分子振动的能级有关,拉曼位移的能量水平也处于红外光谱区。红外光谱法的检测直接用红外光检测处于红外区的分子的振动和转动能量:用一束波长连续的红外光透过样品,检测样品对红外光的吸收情况;而拉曼光谱法的检测是用可见激光(也有用紫外激光或近红外激光进行检测)来检测处于红外区的分子的振动和转动能量,它是一种间接的检测方法:把红外区的信息变到可见光区,并通过差频(即拉曼位移)的方法来检测

红外光谱与拉曼光谱比较

拉曼光谱红外光谱 相同点给定基团的红外吸收波数与拉曼位移完全相同,两者均在红外光区,都反映分子的结构信息 产生机理电子云分布瞬间极化产生诱导偶极振动引起偶极矩或电荷分布变化 入射光可见光红外光 检测光可见光的散射红外光的吸收 谱带范围40-4000cm-1 400-4000cm-1 水可做溶剂不能作为溶剂 样品测试装置玻璃毛细管做样品池不能用玻璃仪器 制样固体样品可以直接测需要研磨制成溴化钾片 拉曼光谱红外光谱 拉曼位移相当于红外吸收频率。红外中能得到的信息在拉曼中也会出现。互补 拉曼光谱也同样有三要素,此外,还有退偏振比。解析三要素(峰位、峰强、峰形) 非极性基团谱带强(S-S、C-C、N-N)极性基团的谱带强烈(C=O、C-Cl) 容易表征碳链振动较容易测定链上的取代基红外光谱又叫做红外吸收光谱,它是红外光子与分子振动、转动的量子化能级共振产生吸收而产生的特征吸收光谱曲线。要产生这一种效应,需要分子内部有一定的极性,也就是说存在分子内的电偶极矩。在光子与分子相互作用时,通过电偶极矩跃迁发生了相互作用。因此,那些没有极性的分子或者对称性的分子,因为不存在电偶极矩,基本上是没有红外吸收光谱效应的。 拉曼光谱一般也是发生在红外区,它不是吸收光谱,而是在入射光子与分子振动、转动量子化能级共振后以另外一个频率出射光子。入射和出射光子的能量差等于参与相互作用的分子振动、转动跃迁能级。与红外吸收光谱不同,拉曼光谱是一种阶数更高的光子——分子相互作用,要比红外吸收光谱的强度弱很多。但是由于它产生的机理是电四极矩或者磁偶极矩跃迁,并不需要分子本身带有极性,因此特别适合那些没有极性的对称分子的检测。 相同点在于:对于一个给定的化学键,其红外吸收频率与拉曼位移相等,均代表第一振动能级的能量。因此,对某一给定的化合物,某些峰的红外吸收波数和拉曼位移完全相同,红外吸收波数与拉曼位移均在红外光区,两者都反映分子的结构信息。拉曼光谱和红外光谱一样,也是用来检测物质分子的振动和转动能级 不同点在于:两者产生的机理不同;红外光谱的入射光及检测光均为红外光,而拉曼光谱的入射光大多数是可见光,散射光也是可见光;红外光谱测定的是光的吸收,而拉曼测定的是光的散射;红外光谱对于水溶液、单晶和聚合物的检测比较困难,但拉曼光谱几乎可以不必特别制样处理就可以进行分析,比较方便;红外光谱不可以用水做溶剂,但是拉曼可以,水似拉曼光谱的一种优良溶剂;拉曼光谱的是利用可见光获得的,所以拉曼光谱可用普通的玻璃毛细管做样品池,拉曼散射光能全部透过玻璃,而红外光谱的样品池需要特殊材料做成的。 本质区别:红外是吸收光谱,拉曼是散射光谱;拉曼光谱光谱与红外光谱两种技术包含的信息通常是互补的。 主要区别:(1)光谱的选择性法则是不一样的,红外光谱是要求分子的偶极矩发生变化才能测到,而拉曼是分子的极化性发生变化才能测到; (2)红外很容易测量,而且信号很好,而拉曼的信号很弱; (3)使用的波长范围不一样,红外光谱使用的是红外光,尤其是中红外,而拉曼可选择的波长很多,从可见光到NIR,都可以使用;(4)拉曼和红外大多数时候都是互相补充的,就是说,红外强,拉曼弱,反之也是如此; (5)在鉴定有机化合物方面,红外光谱具有较大的优势,无机化合物的拉曼光谱信息量比红外光谱的大。 (6)理论基础和检测方法存在明显的不同。我们说物质分子总在不停地振动,这种振动是由各种简正振动叠加而成的。当简正振动能产生偶极矩的变化时,它能吸收相应的红外光,即这种简正振动具有红外活性;具有拉曼活性的简正振动,在振动时能产生极化度的变化,它能与入射光子产生能量交换,使散射光子的能量与入射光子的能量产生差别,这种能量的差别称为拉曼位移,它与分子振动的能级有关,拉曼位移的能量水平也处于红外光谱区。 红外光谱法的检测直接用红外光检测处于红外区的分子的振动和转动能量;而拉曼光谱法的检测是用可见激光来检测处于红外区的分子的振动和转动能量,它是一种间接的检测方法。

红外与拉曼的区别

有机化合物的机构表征,即测定——从分子水平上认识物质的基本手段,是有机化学的重要组成部分。过去主要是依靠化学手段来进行有机化合物的机构测定。其缺点是费时费力费钱,且需要的样品量大。例如吗啡碱结构的测定,从1805年开始研究,直至1952年才完全弄清楚,历时147年。 现在的结构测定则是采用现代仪器分析法,它具有省时省力省钱快速的优点。它不仅可以研究分子的结构还可以探索分子间的各种聚集态的结构类型和构象的状况,对于人类面临的生命科学,材料科学的发展,是极其重要的。这里我简单调研了两种比较有用的方法:红外光谱和拉曼光谱。 红外光谱 分子的总能量有以下几种能量组成:。其中电子能一般是紫外光谱和可见光谱,也正是电子能的存在才有了我们一般看到的各种化合物的颜色;而振动能和转动能一般所需的能量较低,波长较长,在不同的振动和转动得能级之间进行跃迁,而产生的在红外波段的光谱就是红外光谱。 即使是最简单的水分子,也有不同的振动模式,以最简单的不改变键角的沿轴振动为例,两个氢原子可以是对称地同时向氧原子靠近或离开,也可以是反对称一个靠近氧原子,一个离开氧原子。当然,还会有其它形式的振动和转动,例如改变键角的剪式振动和摇摆振动。下面是亚甲基的各种振动类型: 由力学知识可知:由n个原子组成的分子有3n-6个(线性分子为3n-5个)振动模式,例如:

上述振动虽然不改变极性分子中正、负电荷中心的电荷量,却改变着正、负电中心间的距离,导致分子偶极矩的变化。相应这种变化,分子中总是存在着不同的振动状态,有着不同的振动频率,因而形成不同的振动能级。能级间的能量差与红外光子的能量相当。选择吸收当一束连续波长的红外光透过极性分子材料时,某一波长的红外光的频率若与分子中某一原子或基团的振动频率相同时,即发生共振。这时,光子的能量通过分子偶极矩的变化传递给分子,导致分子对这一频率的光子的,从振动基态激发到振动激发态,产生振动能级的跃迁。 值得注意的是:正是由于偶极矩的变化才导致了红外吸收,所以对于那些对称原子组成的分子振动不会改变偶极矩,自然也就不会产生红外吸收,对于这样的分子,拉曼光谱方法会更有效,我会在下面讲到。 总结了大量的红外光谱数据后,发现具有同一类型的化学键或者功能团的不同化合物,其红外吸收频率总是出现在一定的波数范围之内。我们把这种能代表某基团,比具有较高强的吸收峰,称为该基团的特征吸收峰(功能团吸收峰)。下面是红外光谱的八个峰区: 其中4000-1400又叫做功能团区,该区域出现的吸收峰较为稀疏,容易辨认。1400-400区域又叫做指纹区,这一区域主要是各种单键和各种弯曲振动的吸收峰,由于此类振动模式的多样使得该区谱带密集,难以辨认。这样我们就可以预先通过已知结构化合物的红外吸收光谱来确定某一个特定的功能团的

拉曼散射及与红外吸收的比较

拉曼散射及与红外吸收的比较 方青龙光学111605 一、拉曼散射的定义 光照射介质时,除被介质吸收、反射和透射外,总有一部分被散射。散射光按频率可分成三类:第一类,散射光的频率与入射光的频率基本相同,频率变化小于3×105HZ,或者说波数变化小于10-5cm-1,这类散射通常称为瑞利(Rayleigh)散射;第二类,散射光频率与入射光频率有较大差别,频率变化大于3×1010Hz,或者说波数变化大于1cm-1,这类散射就是所谓拉曼(Raman)散射;散射光频率与入射光频率差介于上述二者之间的散射被称为布里渊(Brillouin)散射。从散射光的强度看,瑞利散射的强度最大,一般都在入射光强的10-3左右,常规拉曼散射的强度是最弱的,一般小于入射光强的10-6。 上图是光散射的频谱图,纵坐标为光散射强度,横坐标为散射频率(以波数为单位)。图中分别标出了瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射的频谱分布情况以及斯托克斯和反斯托克斯谱区。 拉曼散射现象在实验上首先由印度科学家拉曼(C.V.Raman)和前苏联科学家曼杰斯塔姆(л·и·мандепь-щгам)分别在1928年发现。由于拉曼散射强度很弱,早先的拉曼光谱工作主要限于线性拉曼谱,在应用上以结构化学的分析工作居多。但是60年代激光技术的出现和接收技术的不断

改进,拉曼光谱突破了原先的局限,获得了迅猛的发展,在实验技术上,迅速地出现了如共振拉曼散射以及高阶拉曼散射、反转拉曼反射、受激拉曼散射和相干反斯托克斯散射等非线性拉曼散射和时间分辨与空间分辨拉曼散射等各种新的光谱技术,由于拉曼光谱技术的发展,凝聚态中的电子波、自旋波和其它元激发所引起的拉曼散射不断被观察到,使之也都成为拉曼光谱的研究对象。至今,拉曼光谱学在物理、化学、地学和生命科学等各个方面已得到日益广泛的应用。 二、拉曼散射的经典解释 一个频率为p ω的光入射到一个分子上,可使分子的电子云势发生变形,并做重新分布、因而产生场致电耦极矩μ E α=μ (1) ()p p 0t cos E E δ+ω= (2) 如果把入射光看成是平面单色波,E 就是入射光电场的表达式,如果分子是各向同性的,α就是一个标量、简单的可看成是一比例常数。我们称α为分子的电极化率。如果分子是各向异性的,那么α将是一个张量。α与外电场无关、但与分子的构型和振动模式有关。若K Q 是分子振动的简正坐标,那么()k Q α=α。若振动振幅很小,则α可展开成: +???? ???α?+ α=α∑ K e K K e Q Q (3) K Q 是时间的简谐函数: ) t cos(Q Q K K ) K (0 K δ+ω= (4) K K 2πν =ω是第K 简正模的角频率,把(2)、(3)和(4)式代入(1)式得 ()()()?? ?????? ??δ+ω?δ+ω? ??? ? ??α ?+ δ+ωα=α=μ∑ p p K K ) K (0e K K p p e 0t cos t cos Q Q t cos E E ()()()[ ]()()[] ?? ?? ? ?? ? ????????δ-δ+ω-ω +δ+δ+ω+ω???? ???α ?+ δ+ωα=∑ K p K p K p K p )K (0e K K p p e 0t cos 2 1t cos 21Q Q t cos E (4) 显然在这个展开式中有三种频率成分:第一项:频率在分为p ω,散射光没有频率改变,并且直接同分子极化率有关,我们称这种散射为瑞利散射,它对应

拉曼光谱与红外光谱的对比

红外光谱与拉曼光谱的对比 一.基本原理 红外光谱:是红外光子与分子振动、转动的量子化能级共振产生吸收而产生的特征吸收光谱曲线。要产生这一种效应,需要分子内部有一定的极性,也就是说存在分子内的电偶极矩。在光子与分子相互作用时,通过电偶极矩跃迁发生了相互作用。因此,那些没有极性的分子或者对称性的分子,因为不存在电偶极矩,基本上是没有红外吸收光谱效应的。 拉曼光谱:一般也是发生在红外区,它不是吸收光谱,而是在入射光子与分子振动、转动量子化能级共振后以另外一个频率出射光子。入射和出射光子的能量差等于参与相互作用的分子振动、转动跃迁能级。与红外吸收光谱不同,拉曼光谱是一种阶数更高的光子——分子相互作用,要比红外吸收光谱的强度弱很多。但是由于它产生的机理是电四极矩或者磁偶极矩跃迁,并不需要分子本身带有极性,因此特别适合那些没有极性的对称分子的检测。 相同点:对于一个给定的化学键,其红外吸收频率与拉曼位移相等,均代表第一振动能级的能量。因此,对某一给定的化合物,某些峰的红外吸收波数和拉曼位移完全相同,红外吸收波数与拉曼位移均在红外光区,两者都反映分子的结构信息。拉曼光谱和红外光谱一样,也是用来检测物质分子的振动和转动能级 不同点:两者产生的机理不同;红外光谱的入射光及检测光均为红外光,而拉曼光谱的入射光大多数是可见光,散射光也是可见光;红外光谱测定的是光的吸收,而拉曼测定的是光的散射; 二. 仪器构成 1.红外光谱 色散型红外光谱仪: 1.1光源:通常是一种惰性固体,用电加热使之发射高强度的连续红外辐射。 1.2 吸收池 1.3 单色器:由色散原件、准直镜和狭缝构成 1.4 检测器:常用的是真空热电偶、热释电检测器和碲镉汞检测器 Fourier变换红外光谱仪:没有色散元件,主要由光源(硅碳棒、高压汞灯)、

红外与拉曼的区别培训资料

红外与拉曼的区别

红外光谱与拉曼光谱的区别 1) 拉曼谱峰比较尖锐,识别混合物,特别是识别无机混合物要比红外光谱容易。 2) 在鉴定有机化合物方面,红外光谱具有较大的优势,主要原因是红外光谱的标准数据库比拉曼光谱的丰富。 3)在鉴定无机化合物方面,拉曼光谱仪获得400cm-1以下的谱图信息要比红外光谱仪容易得多。所以一般说来,无机化合物的拉曼光谱信息量比红外光谱的大。 4)拉曼光谱与红外光谱可以互相补充、互相佐证。 . 红外光谱与拉曼光谱的比较 3.1 相同点 对于一个给定的化学键,其红外吸收频率与拉曼位移相等,均代表第一振动能级的能量。因此,对某一给定的化合物,某些峰的红外吸收波数与拉曼位移完全相同,红外吸收波数与拉曼位移均在红外光区,两者都反映分子的结构信息。 3.2 不同点 (1)红外光谱的入射光及检测光均是红外光,而拉曼光谱的入射光大多数是可见光,散射光也是可见光; (2)红外谱测定的是光的吸收,横坐标用波数或波长表示,而拉曼光谱测定的是光的散射,横坐标是拉曼位移;

(3)两者的产生机理不同。红外吸收是由于振动引起分子偶极矩或电荷分布变化产生的。拉曼散射是由于键上电子云分布产生瞬间变形引起暂时极化,是极化率的改变,产生诱导偶极,当返回基态时发生的散射。散射的同时电子云也恢复原态; (4)红外光谱用能斯特灯、碳化硅棒或白炽线圈作光源而拉曼光谱仪用激光作光源; (5)用拉曼光谱分析时,样品不需前处理。而用红外光谱分析样品时,样品要经过前处理,液体样品常用液膜法和液体样品常用液膜法,固体样品可用调糊法,高分子化合物常用薄膜法,体样品的测定可使用窗板间隔为2.5-10 cm 的大容量气体池; (6)红外光谱主要反映分子的官能团,而拉曼光谱主要反映分子的骨架主要用于分析生物大分子; (7)拉曼光谱和红外光谱可以互相补充,对于具有对称中心的分子来说,具有一互斥规则:与对称中心有对称关系的振动,红外不可见,拉曼可见;与对称中心无对称关系的振动,红外可见,拉曼不可见。 拉曼光谱和红外光谱的区别 红外光谱和拉曼光谱都属于分子振动光谱,都是研究分子结构的有力手段。红外光谱测定的是样品的透射光谱。当红外光穿过样品时,样品分子中的基团吸收红外光产生振动,使偶极矩发生变化,得到红外吸收光谱。拉曼光谱测定的是样品的发射光谱。当单色激光照射在样品上时,分子的极化率发生变化,产生拉曼散射,检测器检测到的是拉曼散射光。

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