红外与拉曼光谱
红外光谱(IR)和拉曼光谱(Raman)
3.3红外分光光度计
按分光器将红外分光光度计分为四代： 以人工晶体棱镜作为色散元件的第一代; 以光栅作为分光元件的第二代; 以干涉仪为分光器的傅里叶变换红外光度计是第3代;
用可调激光光源的第4代仪器。
3.3.1双光束红外分光光度计的工作原理:
3.3.2 红外分光光度计的主要部件:
(1）光源： 光源的作用是产生高强度、连续的红外光。 （a）硅碳棒。由硅碳砂加压成型并经锻烧做成。工作温 度1300~1500℃，工作寿命1000小时。硅碳棒不需要预热， 寿命也较长。价格便宜。
波长或波数可以按下式互换：
_
( cm-1)=1/λ(cm)=104/λ(μm)
在2.5μm处，对应的波数值为： _ = 104/2.5 (cm-1)=4000cm-1
一般扫描范围在4000~400cm-1。 波长在2.5~25μm，叫中红外区。 波长0·75~2·5μm叫近红外区。 波长在25~100μm叫远红外区。
到了六十年代，用光栅代替棱镜作分光器的第二代红 外光谱仪投入了使用。这种计算机化的光栅为分光部件的 第二代红外分光光度计仍在应用。
七十年代后期，干涉型傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR) 投入了使用，这就是第三代红外分光光度计。
近来，已采用可调激光器作为光源来代替单色器，研制 成功了激光红外分光光度计，即第四代红外分光光度计， 它具有更高的分辨率和更广的应用范围，但目前还未普及。
υ as
面内变 形振动
δ 面内
面外变 形振动 δ 面外
面内摇摆 ρ
剪式振动
δs
面外摇摆 ω 扭曲振动 τ
跃迁时能级变化的大小为：as > s > δ。
能级变化大的出峰在高频区，即波数值大；能级变化小 的出峰在低频区，即波数值小。
拉曼光谱和傅里叶红外的区别
拉曼光谱和傅里叶红外的区别
拉曼光谱和傅里叶红外（FTIR）光谱都是常见的光谱分析技术，但它们有一些区别。
1. 原理：拉曼光谱是通过探测样品散射光的频率变化来分析样品分子内部的振动模式，而傅里叶红外光谱则是通过探测样品吸收红外光的频率来分析样品中化学键的振动。
2. 分析范围：拉曼光谱可以用于分析无机物和有机物，但在分析有机物方面受限制。
傅里叶红外光谱则可以用于分析几乎所有化学物质，包括无机物和有机物。
3. 分辨率：拉曼光谱的分辨率相对较高，可以分辨非常相似的分子，但傅里叶红外光谱的分辨率更高，可以分辨非常细微的化学键振动模式。
4. 取样：拉曼光谱需要非常干净的样品表面，以避免与杂质发生干扰。
傅里叶红外光谱则可以直接分析固体、液体和气体样品。
5. 仪器：拉曼光谱仪的构造比傅里叶红外光谱仪复杂，成本也更高。
综上所述，拉曼光谱和傅里叶红外光谱各有优缺点，适用于不同领域和需要的分析应用。
傅里叶红外光谱和拉曼光谱的区别与联系
傅里叶红外光谱和拉曼光谱的区别与联系傅里叶红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR）和拉曼光谱（Raman Spectroscopy）是常用的分析技术，在有机化学、材料科学、生物医学领域等均有广泛应用。
它们在分析原理、适用范围、技术特点等方面存在着很多区别和联系。
以下是傅里叶红外光谱和拉曼光谱的区别与联系：区别：1.导致谱带的物理机制不同：傅里叶红外光谱利用分子的振动转动辐射，分析样品的红外吸收光谱；而拉曼光谱则是利用分子的转动振动辐射，分析样品的拉曼散射光谱。
2.峰位不同：傅里叶红外光谱的峰位范围一般在4000-400 cm-1，主要分析分子的化学键状态和基团特性；而拉曼光谱的峰位范围一般在4000-50 cm-1，主要分析分子的整体结构及动力学状况。
3.灵敏度不同：相对于傅里叶红外光谱，拉曼光谱的强度更弱，所需的样品量较多，具有较高的灵敏度。
4.技术特点不同：傅里叶红外光谱拥有高分辨率、宽波谱扫描范围、方便快捷等特点，并且不受样品吸收背景干扰；而拉曼光谱则具有无毒无害、不需样品预处理、无须透明样品等特点。
联系：1.分析基本原理相同：傅里叶红外光谱和拉曼光谱都是基于分子对光的作用来分析化学样品的结构和组成。
2.反应IF相同：傅里叶红外光谱和拉曼光谱都可以通过相应的分析方法来反映样品中特定的官能团或化学键。
3.用途相似：傅里叶红外光谱和拉曼光谱在材料分析、制药研发、生物医学、食品安全等领域都有着广泛的应用。
例如用FTIR进行药物分析、化学反应监测、纳米颗粒材料表面特征分析；而拉曼光谱则广泛应用于生物分析、纳米粒子、陶瓷、高分子材料等领域。
综上所述，傅里叶红外光谱和拉曼光谱各有其自身特点和优势，在不同的分析领域和具体应用中，可以灵活选用，互为补充，为科学技术和产业发展提供了重要的支撑。
拉曼光谱和傅里叶红外光谱的关系和区别
拉曼光谱和傅里叶红外光谱的关系和区别
拉曼光谱和傅立叶红外光谱都是用于研究物质分子结构的光谱学技术，但它们的原理和应用场合略有不同：
1. 原理不同
傅里叶红外光谱是基于物质的分子振动，即当红外光谱穿过物质时，物质中的分子会吸收光谱能量，分子的振动状态发生变化，从而产生特定的吸收峰。
而拉曼光谱则是基于拉曼散射现象，即当光线照射到物质表面时，光子和分子进行非弹性碰撞，产生散射光谱（即拉曼光谱）。
在拉曼散射过程中，分子的电磁场会引起光子的电磁场的微小变化，从而使得散射光谱具有与吸收光谱不同的信息。
2. 应用场合不同
傅里叶红外光谱一般用于物质的结构分析、属性鉴定和质谱分析等方面。
由于吸收峰的强度与结构、分子间的相互作用以及化学键的种类等相关，因此可以用来定性和定量分析化合物的组成和结构。
而拉曼光谱的应用则更加广泛，可用于分析固体、液体、气体甚至表面所形成的薄膜等。
拉曼光谱的优势在于它可以检测表面物质的结构和组成，对于具有结构
差异的同一样品，拉曼光谱相对较容易区分。
3. 检测灵敏度不同
拉曼光谱的灵敏度较低，对于检测含量较小的有机物质等比较困难，但其优势在于非接触检测和对于一些无法单独检测的样品成分的检测。
而傅里叶红外光谱的灵敏度较高，可检测含量较低的有机物质等。
傅里叶红外光谱和拉曼光谱的区别和联系
傅里叶红外光谱和拉曼光谱的区别和联系
傅里叶红外光谱和拉曼光谱是两种常见的光谱学技术，它们在原理、应用和测量方式等方面存在一些区别和联系。
区别：
1、原理不同：傅里叶红外光谱利用样品对红外光的吸收或散射来确定分子的结构和化学键信息；而拉曼光谱则是利用样品对激光的散射来检测分子中振动模式的变化，从而得到分子的结构信息。
2、测量范围不同：傅里叶红外光谱主要适用于分析分子内部的化学键信息，其测量范围通常在几百纳米到几微米之间；而拉曼光谱则可以用于分析分子的振动模式和分子结构，其测量范围通常在几十纳米到几百纳米之间。
3、分辨率不同：傅里叶红外光谱的分辨率较高，可以分辨出分子中不同的化学键；而拉曼光谱的分辨率相对较低，通常只能分辨出分子中的某些振动模式。
联系：
1、都是非破坏性测试方法，不会对样品造成损伤。
2、都是基于光学原理的测试方法，都可以通过样品对光的吸收或散射来获取信息。
3、都是广泛应用于科学研究和工业生产中的分析方法。
傅里叶红外光谱和拉曼光谱虽然在原理、应用和测量方式等方面存在一些区别，但它们都是有效的分析物质的方法，可以根据实际需要选择合适的方法进行研究和应用。
傅里叶红外光谱和拉曼光谱的区别和联系与区别
傅里叶红外光谱和拉曼光谱的区别和联系与区别
傅里叶红外光谱和拉曼光谱都是分析物质结构和组成的常用技术手段，但二者也存在一些区别和联系：
区别：
1. 基础原理不同：傅里叶红外光谱利用物质分子在红外区域吸收能量的原理，而拉曼光谱则是利用分子在受到激光激发后，发生分子振动而产生散射光的原理。
2. 待测物质不同：傅里叶红外光谱适用于测定分子中存在的不对称振动和对称振动，而拉曼光谱则更适合测定分子中的小振动和大振动。
3. 信号强度不同：傅里叶红外光谱信号强度较高，适用于测定含量较高的样品。
而拉曼光谱信号较弱，更适用于测定稀释度较高的样品。
联系：
1. 都可以提供关于分子结构和组成的信息，有助于分析样品中的化学成分、功能组或配体等。
2. 二者都可以用于检测食品、药物、化妆品等领域的原料和成品。
3. 在谱图分析方面，两者都可以用于进行比较、鉴别和定量分析。
傅里叶红外拉曼光谱区别
傅里叶红外拉曼光谱区别傅里叶红外光谱与拉曼光谱是现代化学分析中经常使用的光谱学技术。
它们最早被广泛应用于有机化学分析，但随着技术的进步，现在已经在许多其他领域中得到了广泛应用。
这两种光谱技术能够提供有关分子结构和化学键的信息。
傅里叶红外光谱学（FTIR）是一种利用红外辐射探测样品的技术。
在分析样品时，红外辐射通过样品并被红外光谱仪接收。
样品中不同的分子会对辐射产生吸收，从而在光谱上产生特征峰。
这些峰对应于分子中不同的化学键和它们的振动。
FTIR技术可以提供分子结构的信息，包括它们的形状和功能基团。
拉曼光谱学是一种基于拉曼散射的分析方法。
当激发光与样品发生相互作用时，除了反射和散射外，还会产生拉曼散射。
与FTIR类似，拉曼光谱也能够提供关于样品中不同分子的信息，但它是通过检测样品中散射的光子频率所产生的振动信息来实现的。
这种光谱技术可以用于物质的组成分析、表征材料中有机和无机相之间的交互作用，以及在生命科学、环境科学、纳米科学等领域中的应用。
虽然FTIR光谱和拉曼光谱都是红外光谱学的重要工具，但它们也有一些显著的不同之处。
这两种技术使用的光源不同。
FTIR技术使用可见光和红外光进行样品扫描，而拉曼光谱则使用一种激光进行样品扫描。
它们提供的信息也略有不同。
FTIR提供的信息主要与样品的分子结构和化学键振动有关，而拉曼光谱则提供与样品分子中不同原子之间的振动模式，包括化学键的对称性变化、自旋不同、分子中的晶格振动等信息。
FTIR和拉曼光谱的分析结果也不同。
FTIR可能存在谱带的重叠、峰的强度不同以及信噪比低的情况，而拉曼光谱在强峰背后能够检测到较弱的分子振动，从而更容易解释观察到的峰。
由于这些因素，FTIR和拉曼光谱技术经常相互补充使用，以提高它们的分析和检测能力。
虽然FTIR和拉曼光谱的技术原理和应用方法不同，但它们在现代化学和材料科学中都具有很高的重要性。
它们都是可以用来分析及表征化学品、材料性质和组成的非破坏性分析方法，受到广泛的应用。
激光拉曼光谱与红外活性比较
1.相互排斥规则：凡有对称中心的分子，象CS2和CO2等这 些线性分子，红外和Raman活性是相互排斥的，若红外吸收 是活性的，则Raman散射是非活性的；反之，若红外为非活 性，则Raman是活性的。
Raman活性与红外活性的比较
振动模式
CO2振动模式和选律
O=C=O
极化率 Raman
偶极距
对称伸缩
O→C←O
变化
活性
不变
非对称伸缩 O→←C←O 不变 非活性
变化
面内弯曲 弯曲
面外弯曲
↑ OCO ↓↓ OCO + —+
简并
不变 不变
非活性 非活性
变化 变化
红外 非活性
活性
活性 活性
简并：这是量子化学中的一个概念，在一个体系中，能量相同的各个 称为体系的简并态，而简并态的数目就称为简并度。
偶极距 变化 变化 变化
红外 活性 活性 活性
Raman活性与红外活性的比较
3.相互禁阻规则：也有少数分子的振动在红外和Raman 中都是非活性的。
例如平面对称分子乙稀的扭曲振动，既无偶极矩变化， 也不产生极化率的改变，故在红外及Raman中皆为 非活 性。
H
H
CC
H
H
Raman活性与红外活性的比较
而拉曼光谱主要研究的是非极性基团或全对称分子， 不是直接来自偶极距的变化，而是产生于诱导偶极距 的变化。
Raman活性与红外活性的比较
非极性基团或全对称分子，其本身没有偶极距，当分子 中的原子在平衡位置周围振动时，由于入射光子的外电场 的作用，使分子的电子壳层发生形变，分子的正负电荷中 心发生相对移动，形成诱导偶极距，即产生了极化现象。
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α-氯代乙酰苯的不同构象
（6） 跨环效应（transannular effects) 一种特殊的，通过空间发生的电子效应；
小结
影响红外吸收的因素很多，电子效应，空间效 应，氢键主要通过影响键的键力常数，从而影响 吸收频率。
5.4. 红外光谱的分区
常见的有机化合物基团频率出现的范围：4000 1300（官能团 区） 1300~ 650 cm-1（指纹区）依据基团的振动形式，分为四个 区： (1)4000 2500 cm-1 X—H伸缩振动区（X=O，N，C，S） (2)2500 2000 cm-1 三键，累积双键伸缩振动区 (3)2000 1500 cm-1 双键伸缩振动区 (4)1500 600 cm-1 X—Y伸缩， X—H变形振动区
1576cm
-1
CH2 CH2 CH2 C
1781cm
-1
1678cm -1 1657cm -1
1611cm
-1
1644cm - 1
16 51cm -1
环内双键的C=C伸缩振动随环张力增大，C=C 向低波数位 移。这是因为随着环的缩小，环内键角减小，成环键的p电 子成分增加，键长变长，振动谱带向低波数位移。 环外双键的环烷系化合物中，随环张力的增大，C=C 向高 波数位移。
有机波谱分析
医药化工学院应用化学系
本章主要内容
1. 红外光谱基本原理
2. 影响红外吸收频率的因素
3. 红外光谱的分区
4.各类化合物的红外特征光谱 5. 红外光谱仪 6. 红外的应用
2.1 红外光谱基本原理
2.1.1 红外光谱的产生
红外吸收：一定波长的红外光照射被研究物质的分子，
若辐射能等于振动基态的能级与振动激发态的能级 之间的能量差时， 分子可吸收红外光能量，由基态向激 发态跃迁。 红外的吸收也遵守Lamber-Beer定律。 近红外区：12820 ~ 5000 cm-1 远红外区:400~33cm-1
有些分子既有红外“活性”振动，又有红外“非活性”振动。 如CO2： 对称伸缩振动， = 0，红外“非活性”振动 反对称伸缩振动，0，红外“活性”振动，2349 cm-1
5.1.3 分子振动方式与谱带
分子振动方式分为两类：伸缩振动和弯曲振动
A：双原子分子：伸缩振动
B
A
K：化学键的力常数；v：伸缩振动的频率
2260~2220 C-O 2220~2060 C-N 1850~1650 C-F 1680~1600 C-Cl 1250-1150 C-Br
Байду номын сангаас
（2）电子效应
a．诱导效应：吸电子基团使吸收峰向高频方向移动，供电子 基使吸收峰低频移动。
R-COR C=0 1715cm-1
;
R-COH
C=0
1730cm -1 ；
C
扭式振动 (τ )
弯曲振动只改变键角,不改变键长
面内弯曲振动的频率>面外弯曲振动的频率
S=C=S
+
-
+ +
-
+
-
S=C=S
S=C=S
+ + -
+
-
+ -
+
S=C=S
-
+ CS2的基本振动方式
-
甲基的振动形式
伸缩振动 甲基： 对称 υ s(CH3) 2870 ㎝-1 不对称 υ as(CH3) 2960㎝-1
弯曲振动
甲基
对称δ s(CH3)1380㎝-1 不对称δ
-1 (CH )1460 ㎝ as 3
小结
红外振动分为伸缩振动和弯曲振动，伸缩振动频率高于 弯曲振动，对称振动频率低于不对称振动频率，只有偶 极距变化的振动才有红外吸收，反之则无。键的振动频 率与键常数、折合质量有关。
振动光谱选律的几点说明
OCH 3 2835 cm-1
HO 3705-3125 cm-1
如下列化合物，碳基的伸缩振动频率有较大差异。由 此可判断分子中羟基的位置。
C=O 1676，1673 cm-1 OH 3610 cm-1
C=O 1622，1675 cm-1 OH 2843 cm-1 （宽）
（5） 场效应: 不同原子或基团间不以化学键，而以静电场通过空 间相互作用，发生相互极化，引起红外谱带位移；
电子能级 3 2
1
振 动 能 级 v
转 3 动j 能 2 1 级
e
-
e
-
ee-
e-
e-
e-
振动、转动跃迁示意图
5.1.2 分子振动自由度与选律
分子振动自由度:分子在振动时，分子中各原子 之间的相对位置。 在含有 n个原子的分子中，一般非线性型分子 应有 3n－6个自由度；线性型分子有3n－5个 自由度
4.氢键
5.振动的偶合
（1）质量效应
分子中键的振动频率与化学键力常数成正比，与折合
质量成反比。 同一周期，从左到右X基的电负性增大，X-H键力常数
增大，振动波数增高。
同一主族，至上而下，X-H键力常数依次下降，折合 质量增加明显，振动波数减小。
HF，HCl，HBr，HI
1 2c
H-O，H-F，H-N，H-C
R-COCl C=0 1800cm-1
F-COF C=0 1928cm-1
;
;
R-COF
C=0
1850cm-1 ;
R-CONH2 C=0 1680cm-1 ;
供电子基：含N，S原子的官能团，烷基等 吸电子基：卤素原子、含氧原子官能团
b 共轭效应
共轭效应: 共轭引起C=O双键极性增强，双键性降低，
X-H键伸缩振动频率 键型 B-H C-H N-H O-H F-H 波数 2400 2900 3400 3600 4000 键型 Al-H Si-H P-H S-H Cl-H 频率 1750 2150 2350 2570 2890
化学键的伸缩振动频率范围
键型 C≡N C≡C C=O C=C C-C 波数 键型 波数 1300~1050 1400~1020 1400~1000 800~600 600~500
例如，水分子属于非线性分子，振动自由度（基本振动数） 3n－6 =3×3 －6=3。即水分子有三种振动形式。
IR选律
IR选律：在红外光的作用下，只有偶极矩() 发生变化的振动，即在振动过程中0时，才 会产生红外吸收。这样的振动称为红外“活性” 振动，其吸收带在红外光谱中可见。 在振动过程中，偶极矩不发生改变(＝0)的 振动称红外“非活性”振动；这种振动不吸收 红外光，在IR谱中观测不到。如非极性的同核 双原子分子N2，O2等
等 强 度 吸 收
仲酰胺：3200cm-1 附近出现一条谱带
叔酰胺：无吸收
伯胺：~ 3500，3400cm-1，（两条谱带 强度比羟基弱
N H
仲胺：~ 3400cm-1（吸收峰比羟基要尖锐
铵盐:铵盐中N-H伸缩振动向低波数移动，位于更低波数 3200~2200cm-1，出现强、宽散吸收带。 伯铵盐：3200~2250cm-1宽带 2600~2500cm-1一个或几个中等强度吸收，泛频带 2200~2100cm-1弱谱带，或不出现 仲铵盐：3000~2200cm-1强吸收，宽谱带 2600~2500cm-1有明显多重吸收带
k (m1 m2 ) m1 m2
表 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
键类型 力常数 峰位
—CC — > —C =C — > —C — C — 15 17 9.5 9.9 4.5 5.6 4.5m 6.0 m 7.0 m
化学键键强越强（即键的力常数K越大）原子折合质量 越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。
强度与偶极距变化有关，偶极距变化越大，吸收强 度越大。一般来说，基团极性越大，在振动过程中 偶极距变化幅度越大，吸收强度越大。 诱导效应会影响基团极性，因此影响吸收。诱导效 应使基团极性增强 ，吸收增强，反之则降低。 氢键影响基团的极化程度，因此吸收峰变宽增强。 振动偶合、费米共振
5.3.1 外在因素
（3）空间效应
a . 空间障碍: 大基团或很多基团产生的位阻作用，迫使 邻近基团间的键角变小或共轭体系之间单键键角偏转， 使基团振动频率和峰形发生变化，高波数移动。
O C CH3
O C CH3 CH3
H3 C
CH3 O C CH3 CH3
1663 cm-1
1686 cm-1
1693 cm-1
b. 环张力:
中红外区：5000 ~ 400cm-1
分子的总能量 (二 ) 什么情况下能够形成IR？
——当红外光的频率恰好等于基团的振动频率时， ③ 分子能吸收该频率的红外光，即形成IR。 1、分子的振动形式
① ②
伸缩振动( ν )——引起键长变化
弯曲振动(δ)——引起键角变化
百分透过率T%或吸光度A为纵坐标，波长或波数为横坐标 T%越低，吸光度越强，谱带越大 很强吸收带(vs，T ％ ＜ 10)；强吸收带(s，10＜T ％＜40) 中强吸收带(m，40 ＜ T ％＜90)，弱吸收带(w，T ％ ＞ 90) 宽吸收带用b表示。还有可变(v)和肩峰(sh)等。
4. 费米共振：基频和它自己或与之相连的另一化学键的 某种振动的倍频或合频的偶合。（P250） 5. 振动偶合：当分子中两个或两个以上相同的基团与同 一原子连接时，其振动发生分裂，形成双峰，有伸缩 振动偶合，弯曲振动偶合，伸缩与弯曲振动偶合。 （P250）
5.2仪器介绍与实验技术
自学
5.3 影响红外峰位、峰强的因素
1. 简谐振动光谱选律为ΔV=±1的跃迁发生的几率最大,吸
收强度也最强,为本征跃迁,本征跃迁产生的吸收带为基频 峰。 2. ΔV=±2或±3跃迁所产生的吸收带为倍频峰，出现在强基 频带频率的大约两倍处，为弱吸收。 3. 合频带：基频峰之间相互作用，形成频率等于两个基频之 和或之差的峰。 合频带和倍频峰统称泛频峰