第六章 光谱分析
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第六章 红外吸收光谱分析
active) ；反之则为红外非活性（infrared inactive)。
9
二、 分子振动方程式
10
双原子分子可以看成是谐振子，根据经典力 学(胡克定律)，可导出如下公式：
1 v 2 k
k
m1 m2 m1 m2
1303 k
v
1 2 c
-1) ； k为力常 ν 为振动频率(Hz)， 用波数表示 (cm v 数，表示每单位位移的弹簧恢复力 (dyncm-1) ； μ 为折合质量(g)。
实验中观察到的C＝O伸缩振动频率都在1700cm－1附近。 值得注意的是：在弹簧和小球的体系中，其能量变化是 连续的，而真实分子的振动能量变化是量子化的。
13
三、 分子振动的形式
（一）分子的振动自由度
每个原子在空间的位置必须有三个坐标来确定，则由 N个原子组成的分子就有了3N个坐标，或称为有3N个运
动自由度。分子本身作为一个整体，有三个平动自由度
和三个转动自由度。
14
直线型分子的振动形式：3N - 5 非直线型分子的振动形式：3N -6
15
（二）分子的振动形式
a.直线型分子：3N-5
如CO2
16
b. 非线形分子： 3N – 6
如H2O
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分子的振动形式：
•化学键两端的原子沿键轴方向作来回周期运动 对称伸缩振动
11
可见，影响基本振动频率 (即基频峰位置 )的直接原因是原 子质量和化学键力常数。
表15－1 某些化学键的力常数
化 学 键 键 长(A) k(N· cm－1)
C－C C＝C 1.54 4.5 1.34 9.6
C≡C C－H O－H N－H C＝O 1.20 15.6 1.09 5.1 0.96 7.7 1.00 6.4 1.22 12.1
材料研究方法 6 光谱分析
－吸收光谱的特征
(1）比较吸收光谱法 根据化合物吸收光谱的形状、吸收峰的数目、强度、位臵进行定性分 析 （2）计算max的经验规律
2）、定量分析
应用范围：无机化合物，测定主要在可见光区，大约可测定50多种元素 有机化合物，主要在紫外区 单组分物质的定量分析
测定条件： 选择合适的分析波长（λmax）
3）、 → * 跃迁
→ * 能量差较小 所需能量较低 吸收峰紫外区 ( 200nm左右)
不饱和基团（—C＝C—，—C ＝ O ）或体系共轭，E更小，λ更 大
4）、n → * 跃迁
含有杂原子的不饱和基团，如 -C=O，-CN 等的化合物， 在杂原子上有未成键的 n 电子，能级较高。激发 n 电子跃迁 到* ，即n → * 跃迁所需能量较小，λ 200~700nm（近紫 外区）
→ *
>
n→*
→*
> n→ *
200nm以下
150～250nm
200nm
200～700nm
2.紫外光谱中常用的光谱术语
1）、发色团和助色团
（1）生色团（发色团）：具有 轨道的不饱和官能团称为发色团 有机化合物：具有不饱和键和未成对电子的基团 具n 电子和π电子的基团 产生n→ π*跃迁和π→ π*跃迁 跃迁E较低
A 试样状态
B 溶剂极性
C. 诱导效应
羰基的伸缩振动频率
1715cm-1
<
1780cm-1
<
1827cm-1
<
1876cm-1
<
1942cm-1
吸电子基团通过诱导效应，将使基团振动向高频转移。
D. 共轭效应
碳碳双键的伸缩振动频率
第六章 红外吸收光谱
不是所有的振动都能引起红外吸收，只有偶极矩(μ)发生变化才能有红外吸收。
二、分子振动方程式
h E h 2 k
k 1307 M
M 1M 2 M M1 M 2
沿轴振动，只改变键长，不改变键角 1 1 k
2c
K化学键的力常数，与键能和键长有关 M为双原子的折合质量 影响振动频率的因素：键两端原子的折合质量、键的力常数，即取 决于分子的结构特征。
包含C—X（X：O，H，N）单键的伸缩振动及各种面内弯曲振动
特点：吸收峰密集、难辨认→指纹
2、四分区（4000 670 cm-1）
(1)40002500 cm-1X—H伸缩振动区（X：O，N，C，S） (2)25001900 cm-1三键，累积双键伸缩振动区 (3)19001200 cm-1双键伸缩振动区 (4)1200670 cm-1X—Y伸缩，X—H变形振动区
醚：C－O－C伸缩振动位于 1250～1050 cm-1 ，确定醚类存在的唯一谱带
常见基团的红外吸收带
=C-H O-H
CC
C-H
C=C
C=O C-C，C-N，C-O C-X
O-H（氢键）
S-H
N-H
P-H CN
N-O N-N C-F C=N
C-H，N-H，O-H 3500 3000 2500 2000 1500 1000
§6.2 红外光谱分析基本原理
一、红外吸收光谱产生的条件
1、辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量 振= 红外光 2、分子要有偶极距
红外吸收是由于分子振动引起的偶极距和红外光束的振动相互作用产生的
对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性 。 如：N2、O2、Cl2 等 非对称分子：有偶极矩，红外活性。
二、分子振动方程式
h E h 2 k
k 1307 M
M 1M 2 M M1 M 2
沿轴振动，只改变键长，不改变键角 1 1 k
2c
K化学键的力常数，与键能和键长有关 M为双原子的折合质量 影响振动频率的因素：键两端原子的折合质量、键的力常数，即取 决于分子的结构特征。
包含C—X（X：O，H，N）单键的伸缩振动及各种面内弯曲振动
特点：吸收峰密集、难辨认→指纹
2、四分区（4000 670 cm-1）
(1)40002500 cm-1X—H伸缩振动区（X：O，N，C，S） (2)25001900 cm-1三键，累积双键伸缩振动区 (3)19001200 cm-1双键伸缩振动区 (4)1200670 cm-1X—Y伸缩，X—H变形振动区
醚：C－O－C伸缩振动位于 1250～1050 cm-1 ，确定醚类存在的唯一谱带
常见基团的红外吸收带
=C-H O-H
CC
C-H
C=C
C=O C-C，C-N，C-O C-X
O-H（氢键）
S-H
N-H
P-H CN
N-O N-N C-F C=N
C-H，N-H，O-H 3500 3000 2500 2000 1500 1000
§6.2 红外光谱分析基本原理
一、红外吸收光谱产生的条件
1、辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量 振= 红外光 2、分子要有偶极距
红外吸收是由于分子振动引起的偶极距和红外光束的振动相互作用产生的
对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性 。 如：N2、O2、Cl2 等 非对称分子：有偶极矩，红外活性。
第六章 X-射线荧光光谱分析-4
•①已知Cu的K系吸收限为1.38Å，求它的临界激发电压? 解：
1.24 4 1.24 VK 10 104 8.986 103 V 8.986kV λK 1.38
② 求LiF(200)晶体(2d=4.0276Å)对CuKα(1.542Å)的角色 散?如B=O.078º =0.0014rad时，能否分开CuKα双线 (λCuKα1=1.5414Å，λCuKα2=1.5406Å)? 解：角色散：
∴ 故不能激发样品中的WKα线。
VkBa 1.24 1.24 104 104 37.46kV 40kV λ aBa 0.331
∵
∴ 故能激发样品中的BaKα、SnKα线。
1.24 1.24 4 VkSn 10 104 29.18kV 40kV λ aSn 0.425
λ0 1.24 1.24 104 104 0.31Å V 40 103
∵ 0.141 Å <λ0； O.331 Å >λ0； 0.425 Å >λ0 ∴ 能激发样品中的BaKα、SnKα线；不能激发样品中 的WKα线。
方法2：∵
VkW
1.24 1.24 104 104 87.94kV 40kV λ aW 0.141
μ k μ LI μ LII μ LIII rk μ LI μ LII μ LIII
•吸收突变系数：在某一特定波长处的某一具体能级相关的吸收 份数与总吸收之比称为吸收突变系数J。
K系： J μ k rk 1 k
μ rk
通式:q系Jq Fra bibliotekμq μ
Δλ k λ CuKαu λ CuKαu 1.5414Å-1.5406Å=0.0008Å
第六章原子吸收光谱分析法
激发态原子数Ni与基态原子数No之比较小,<1%. 可以用基 态原子数代表待测元素的原子总数N。
例题 计算2000K和3000K时, Na589.0nm的激发态 与基态原子数之比各为多少？已知gi/g0=2
解：
Ei
hc
4.136 1015eV s 3 1010cm s1 589.0nm 107 cm nm1
AAS的基本原理
赫鲁兹马克(Holtzmark)变宽(R或R): 同种原子碰撞，又称为共振变宽， R随着待测
元素原子密度升高而增大，在原子吸收法中，测定 元素的浓度较低，R一般可以忽略不计 。
自吸变宽：
光源辐射共振线被光源周围较冷的同种原子所吸 收的现象叫做自吸，自吸现象使谱线强度降低，同 时导致谱线变宽。
AAS的基本原理
表征吸收线轮廓（峰）的参数： 中心频率O(峰值频率) :最大吸收系数对应的频率 中心波长λ(nm) :最大吸收系数对应的波长
半宽度ΔO(吸收线宽度)：峰值吸收值一半处的频率
原子吸收线的宽度约为10-3-10-2nm(折合成波长)。
AAS的基本原理
3.吸收峰变宽原因
自然变宽(N或N): 在无外界条件影响时，谱线的固有宽度称为自
AAS的基本原理
一、共振线
1.原子的能级与跃迁 基态第一激发态,吸收一定频率的辐射能量。产生的吸收
线叫共振吸收线（简称共振线） —— 吸收光谱 激发态基态，发射出一定频率的辐射。所释放的光线叫共
振发射线（也简称共振线） ——发射光谱 2.元素的特征谱线 1）各种元素的原子结构和外层电子排布不同 跃迁吸收能量不同——具有特征性 2）各种元素的基态第一激发态 最易发生、吸收最强、最灵敏线，特征谱线 3）利用特征谱线(共振线)可以进行定量分析。
例题 计算2000K和3000K时, Na589.0nm的激发态 与基态原子数之比各为多少？已知gi/g0=2
解：
Ei
hc
4.136 1015eV s 3 1010cm s1 589.0nm 107 cm nm1
AAS的基本原理
赫鲁兹马克(Holtzmark)变宽(R或R): 同种原子碰撞，又称为共振变宽， R随着待测
元素原子密度升高而增大，在原子吸收法中，测定 元素的浓度较低，R一般可以忽略不计 。
自吸变宽：
光源辐射共振线被光源周围较冷的同种原子所吸 收的现象叫做自吸，自吸现象使谱线强度降低，同 时导致谱线变宽。
AAS的基本原理
表征吸收线轮廓（峰）的参数： 中心频率O(峰值频率) :最大吸收系数对应的频率 中心波长λ(nm) :最大吸收系数对应的波长
半宽度ΔO(吸收线宽度)：峰值吸收值一半处的频率
原子吸收线的宽度约为10-3-10-2nm(折合成波长)。
AAS的基本原理
3.吸收峰变宽原因
自然变宽(N或N): 在无外界条件影响时，谱线的固有宽度称为自
AAS的基本原理
一、共振线
1.原子的能级与跃迁 基态第一激发态,吸收一定频率的辐射能量。产生的吸收
线叫共振吸收线（简称共振线） —— 吸收光谱 激发态基态，发射出一定频率的辐射。所释放的光线叫共
振发射线（也简称共振线） ——发射光谱 2.元素的特征谱线 1）各种元素的原子结构和外层电子排布不同 跃迁吸收能量不同——具有特征性 2）各种元素的基态第一激发态 最易发生、吸收最强、最灵敏线，特征谱线 3）利用特征谱线(共振线)可以进行定量分析。
第六章 X-射线荧光光谱分析-3
2019/2/10
－－－－－－－－－－－－－－
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2)谱线干扰：虽然X射线荧光光谱比较简单，绝大部 分是单独的谱线。但在一个复杂的样品中，谱线干扰仍 是不可忽视的，有的甚至造成严重的干扰。这种干扰严 重影响X射线强度的测定，对定量分析带来一定的困难。 克服的方法有： ①避免干扰线，选用无干扰的谱线作分析线； ②适当选择仪器测量条件，提高仪器的分辨本领； ③降低X光管的管电压至干扰元素激发电压以下，防 止产生干扰元素的谱线； ④进行数学校正，现代仪器上都有数学校正程序。
TB
分析线峰的强度测量值为IP，计数时间为TP =TB， 分析线峰的纯强度I=IP -IB，分析线峰的纯强度测量的标 2 2 1/2 准偏差：
∴
σ ( σ σ ) P B
IP ≈IB ，
对于痕量分析
2019/2/10
∴
σ P≈σ B
12
2 1/2 σ (2 σ ) 2 σ －－－－－－－－－－－－－－ B B
2019/2/10 －－－－－－－－－－－－－－ 8
6.5.3
背景
背景可以定义为当分析线不存在时，在分析线2θ 角位置上测得的强度。 背景的成分很复杂，主要来源有： ①由样品散射和X光管发出的连续谱和特征谱 IP.SC； ②由仪器电路、晶体散射的样品的辐射线 IC.SC； ③晶体受X射线照射后发出的二次X射线 IC.Cm 。 因此
2020311用纯物质或标样测定仪器对元素的灵敏度系数并存入仪器放置未知样品输入仪器测定条件和待测元素参数给出测定值的初期值计算荧光x线强度计算理论强度将理论强度和元素灵敏度系数的乘积与测定强度比较修正定量值修正后与修正前的差01结束图601基本参数法的分析流程图35x射线荧光强度的理论公式的推导和计算都是相当繁而复杂的
原子荧光光谱分析法
*
阶跃线荧光：
光照激发，非辐射方式释放部分能量后，再发射荧光返回基态；荧光波长小于激发线波长（荧光能量间隔大于激发线能量间隔）；非辐射方式释放能量：碰撞，放热； 光照激发，再热激发，返至高于基态的能级，发射荧光，图(c)B、D ；
Cr原子：吸收线359.35nm；再热激发，荧光发射线357.87nm，图(c)B、D
01
If = Ia 在理想情况下：
02
I0 原子化火焰单位面积接受到的光源强度；A为受光照射在检测器中观察到的有效面积；K0为峰值吸收系数；l 为吸收光程；N为单位体积内的基态原子数；
03
*
三、原子荧光光度计
1．仪器类型
单通道：每次分析一个元素； 多通道：每次可分析多个元素； 色散型：带分光系统； 非色散型：采用滤光器分离分析线和邻近线；
a b c d
*
anti-Stokes荧光：
a b c ห้องสมุดไป่ตู้ d
荧光波长小于激发线波长；先热激发再光照激发(或反之)，再发射荧光直接返回基态；图(d) ； 铟原子：先热激发，再吸收光跃迁451.13nm；发射荧光410.18nm， 图(d)A、C ；
*
直跃线荧光（Stokes荧光）
Pb原子：吸收线283.13 nm；荧光线407.78nm； 同时存在两种形式：
铊原子：吸收线337.6 nm；共振荧光线337.6nm； 直跃线荧光535.0nm；
a b c d
特点：
光源与检测器成一定角度；
*
多道原子荧光仪
多个空心阴极灯同时照射，可同时分析多个元素
*
2．主要部件
光源：高强度空心阴极灯、无极放电灯、可调频激光器； 可调频激光器：高光强、窄谱线； 原子化装置：与原子吸收法相同； 色散系统：光栅、滤光器； 检测系统：
阶跃线荧光：
光照激发，非辐射方式释放部分能量后，再发射荧光返回基态；荧光波长小于激发线波长（荧光能量间隔大于激发线能量间隔）；非辐射方式释放能量：碰撞，放热； 光照激发，再热激发，返至高于基态的能级，发射荧光，图(c)B、D ；
Cr原子：吸收线359.35nm；再热激发，荧光发射线357.87nm，图(c)B、D
01
If = Ia 在理想情况下：
02
I0 原子化火焰单位面积接受到的光源强度；A为受光照射在检测器中观察到的有效面积；K0为峰值吸收系数；l 为吸收光程；N为单位体积内的基态原子数；
03
*
三、原子荧光光度计
1．仪器类型
单通道：每次分析一个元素； 多通道：每次可分析多个元素； 色散型：带分光系统； 非色散型：采用滤光器分离分析线和邻近线；
a b c d
*
anti-Stokes荧光：
a b c ห้องสมุดไป่ตู้ d
荧光波长小于激发线波长；先热激发再光照激发(或反之)，再发射荧光直接返回基态；图(d) ； 铟原子：先热激发，再吸收光跃迁451.13nm；发射荧光410.18nm， 图(d)A、C ；
*
直跃线荧光（Stokes荧光）
Pb原子：吸收线283.13 nm；荧光线407.78nm； 同时存在两种形式：
铊原子：吸收线337.6 nm；共振荧光线337.6nm； 直跃线荧光535.0nm；
a b c d
特点：
光源与检测器成一定角度；
*
多道原子荧光仪
多个空心阴极灯同时照射，可同时分析多个元素
*
2．主要部件
光源：高强度空心阴极灯、无极放电灯、可调频激光器； 可调频激光器：高光强、窄谱线； 原子化装置：与原子吸收法相同； 色散系统：光栅、滤光器； 检测系统：
第六章 紫外光谱与荧光光谱
p 3 4 5 H（CH=CH）n H
吸 光 系 数
n=3
n=5
波长
2、超共轭效应
当烷基与共轭体系相连时， σ 电子与共轭体系的p电子
云产生一定程度的重叠，扩大了共轭范围，使跃迁能量
降低，吸收红移。
max（nm） 苯 甲苯 间二甲苯
1，3，5-三甲苯
max 200 300 300 305 300
举例:
如乙烯基、羰基、硝基、偶氮基—N＝N—、 乙炔基、腈基、苯等。
O HC
O C CH3
2、助色团：
有一些含有n电子的基团(如—OH、—OR、—NH２、— NHR、—X等)，它们本身没有生色功能(不能吸收λ>200nm 的光)，但当它们与生色团相连时，就会发生n—π共轭作用， 增强生色团的生色能力(吸收波长向长波方向移动，且吸收 强度增加)，这样的基团称为助色团。
在近紫外或可见光区有吸收，其特点是在 270~350nm ，吸
光系数较小在100以内，为弱带，该跃迁为禁阻跃迁。 如：甲基乙烯基丙酮： λmax为324nm
小结： 紫外光谱一般指近紫外区，即 200-400nm，那 么就只能观察 p p *和 n p *跃迁。也就是说紫外 光谱只适用于分析分子中具有不饱和结构的化合物。
5、肩峰：吸收曲线在下降或上升处有停顿，或吸收稍微 增加 或降低的峰，是由于主峰内隐藏有其它峰。
吸 光 系 数
波长
六、紫外光谱的表示法
紫外光谱图是由横坐标、纵坐标和吸收曲线组成的。
横坐标表示吸收光的波长，用nm为 单位。 纵坐标表示吸收光的吸收强度，可以 用A(吸光度)、T(透射比或透光率或 透过率) T = I / I0。 吸收曲线表示化合物的紫外吸收情况。 曲线最大吸收峰的横坐标为该吸收峰 的位置，纵坐标为它的吸收强度。
吸 光 系 数
n=3
n=5
波长
2、超共轭效应
当烷基与共轭体系相连时， σ 电子与共轭体系的p电子
云产生一定程度的重叠，扩大了共轭范围，使跃迁能量
降低，吸收红移。
max（nm） 苯 甲苯 间二甲苯
1，3，5-三甲苯
max 200 300 300 305 300
举例:
如乙烯基、羰基、硝基、偶氮基—N＝N—、 乙炔基、腈基、苯等。
O HC
O C CH3
2、助色团：
有一些含有n电子的基团(如—OH、—OR、—NH２、— NHR、—X等)，它们本身没有生色功能(不能吸收λ>200nm 的光)，但当它们与生色团相连时，就会发生n—π共轭作用， 增强生色团的生色能力(吸收波长向长波方向移动，且吸收 强度增加)，这样的基团称为助色团。
在近紫外或可见光区有吸收，其特点是在 270~350nm ，吸
光系数较小在100以内，为弱带，该跃迁为禁阻跃迁。 如：甲基乙烯基丙酮： λmax为324nm
小结： 紫外光谱一般指近紫外区，即 200-400nm，那 么就只能观察 p p *和 n p *跃迁。也就是说紫外 光谱只适用于分析分子中具有不饱和结构的化合物。
5、肩峰：吸收曲线在下降或上升处有停顿，或吸收稍微 增加 或降低的峰，是由于主峰内隐藏有其它峰。
吸 光 系 数
波长
六、紫外光谱的表示法
紫外光谱图是由横坐标、纵坐标和吸收曲线组成的。
横坐标表示吸收光的波长，用nm为 单位。 纵坐标表示吸收光的吸收强度，可以 用A(吸光度)、T(透射比或透光率或 透过率) T = I / I0。 吸收曲线表示化合物的紫外吸收情况。 曲线最大吸收峰的横坐标为该吸收峰 的位置，纵坐标为它的吸收强度。
第六章 红外光谱分析法(3)
第六章 红外光谱法
Infrared absorption spectroscopy，IR
余定华 博士，副教授，硕士生导师
南京工业大学生物与制药工程学院 国家生化工程技术研究中心
第四节 红外光谱解析
一、红外谱图解析
二、未知物结构确定
一、红外谱图解析
1．烷烃
（CH3，CH2，CH）(C—C,C—H ) 3000cm-1 δ CH3 δ s1380 cm-1
R1 H R1 R2 R1 R2 C C C C
H
970 cm-1（强）
R1 H R1 H R1 C C C C
R2 H
（=C-H）
R2 R3 790-840 cm-1 C C （820 cm-1） H R3 R4 610-700 cm-1（强）
800-650 cm-1 （690 cm-1）
H 990 cm-1 H 910 cm-1 （强） H
酰胺的红外光谱图
酰胺的特征吸收包括：羰基的C=O伸缩振动吸收， 胺基的N-H伸缩振动吸收或弯曲振动吸收
不同酰胺吸收峰数据
谱带类型 υ 伯 酰 δ 胺 υ
（N-H） （C=O）
谱带名称
酰胺Ⅰ谱带 （面内） 酰胺Ⅱ谱带 （N-H） υ （Ｃ－Ｎ） 酰胺Ⅲ谱带 δ （N-H） （面外） 酰胺Ⅳ谱带 υ
羧酸的红外光谱图
酯类化合物的特征吸收位羰基伸缩振动和C-O-C结构的对称和 非对称伸缩振动，后者是区分酯和其他羰基化合物的主要依据。 另外，酯的羰基吸收在大多数情况下不是第一吸收，这与其他 羰基化合物的羰基吸收通常为最强吸收不同。C-O-C结构的对 称伸缩振动位于1100 cm -1处，吸收较弱； C-O-C结构的非 对称伸缩振动是酯的最有用的特征吸收，通常为第一吸收，位 于1210~1160 cm-1区
Infrared absorption spectroscopy，IR
余定华 博士，副教授，硕士生导师
南京工业大学生物与制药工程学院 国家生化工程技术研究中心
第四节 红外光谱解析
一、红外谱图解析
二、未知物结构确定
一、红外谱图解析
1．烷烃
（CH3，CH2，CH）(C—C,C—H ) 3000cm-1 δ CH3 δ s1380 cm-1
R1 H R1 R2 R1 R2 C C C C
H
970 cm-1（强）
R1 H R1 H R1 C C C C
R2 H
（=C-H）
R2 R3 790-840 cm-1 C C （820 cm-1） H R3 R4 610-700 cm-1（强）
800-650 cm-1 （690 cm-1）
H 990 cm-1 H 910 cm-1 （强） H
酰胺的红外光谱图
酰胺的特征吸收包括：羰基的C=O伸缩振动吸收， 胺基的N-H伸缩振动吸收或弯曲振动吸收
不同酰胺吸收峰数据
谱带类型 υ 伯 酰 δ 胺 υ
（N-H） （C=O）
谱带名称
酰胺Ⅰ谱带 （面内） 酰胺Ⅱ谱带 （N-H） υ （Ｃ－Ｎ） 酰胺Ⅲ谱带 δ （N-H） （面外） 酰胺Ⅳ谱带 υ
羧酸的红外光谱图
酯类化合物的特征吸收位羰基伸缩振动和C-O-C结构的对称和 非对称伸缩振动，后者是区分酯和其他羰基化合物的主要依据。 另外，酯的羰基吸收在大多数情况下不是第一吸收，这与其他 羰基化合物的羰基吸收通常为最强吸收不同。C-O-C结构的对 称伸缩振动位于1100 cm -1处，吸收较弱； C-O-C结构的非 对称伸缩振动是酯的最有用的特征吸收，通常为第一吸收，位 于1210~1160 cm-1区
红外吸收光谱法-光谱分析
V：振动量子数，可取0，1，2，…… X：非谐振系数，表示非谐性大小。
二、分子的振动形式
（一）振动的基本类型 对称伸缩振动vs 伸缩振动 反对称伸缩振动vas 剪式振动δ 面内变形 变形振动 (弯曲振动) 面外变形 面外摇摆ω 伸缩振动——键长改变，出现在高频区 变形振动——键角改变，出现在低频区 面内摇摆ρ 扭曲变形τ
二、常见化合物的特征吸收峰 • • • • • • 烷烃类 烯烃类 炔烃类 芳香类 羰基化合物 羟基化合物
三、影响基团频率位移的因素
• 分子中化学键不是孤立的，受分子中相邻 基团的影响。 • 同一基团在不同的分子结构中受不同基团 的影响，其基团频率会有所改变，了解影 响基团频率的因素，对解析红外光谱和推 断分子结构非常有用。 • 影响基团频率的因素有内部结构和外部环 境的影响。
O-H,N-H及C-H键 0.78~2.5 12820~4000 的倍频吸收 2.5~25 4000~400 分子的基团振动、 分子转动 分子转动、 晶格振动
25~300
400~33
§6~2 红外吸收基本原理
红外光谱的产生
由分子振动能级跃迁产生。
定性分析—— 吸收峰的位置和形状 定量分析—— 吸收峰的强弱
1
2.非谐振子
• 双原子分子并非理想的谐振子，V较小时振动情况与谐振子 较为接近。 • V=0 → V=1 产生的吸收谱带称为基频峰，最强。 V=0 → V=2，3产生的吸收谱带倍频峰，弱的多。 倍频峰的频率并不是基频峰频率的整数倍，而是略小一 些。非谐振子的振动能量可用下式表示：
1 1 2 E v (V )h (V ) Xh 2 2
一、分子的振动方程式及振动能级
（一）分子的振动方程式
m1 m2
二、分子的振动形式
（一）振动的基本类型 对称伸缩振动vs 伸缩振动 反对称伸缩振动vas 剪式振动δ 面内变形 变形振动 (弯曲振动) 面外变形 面外摇摆ω 伸缩振动——键长改变，出现在高频区 变形振动——键角改变，出现在低频区 面内摇摆ρ 扭曲变形τ
二、常见化合物的特征吸收峰 • • • • • • 烷烃类 烯烃类 炔烃类 芳香类 羰基化合物 羟基化合物
三、影响基团频率位移的因素
• 分子中化学键不是孤立的，受分子中相邻 基团的影响。 • 同一基团在不同的分子结构中受不同基团 的影响，其基团频率会有所改变，了解影 响基团频率的因素，对解析红外光谱和推 断分子结构非常有用。 • 影响基团频率的因素有内部结构和外部环 境的影响。
O-H,N-H及C-H键 0.78~2.5 12820~4000 的倍频吸收 2.5~25 4000~400 分子的基团振动、 分子转动 分子转动、 晶格振动
25~300
400~33
§6~2 红外吸收基本原理
红外光谱的产生
由分子振动能级跃迁产生。
定性分析—— 吸收峰的位置和形状 定量分析—— 吸收峰的强弱
1
2.非谐振子
• 双原子分子并非理想的谐振子，V较小时振动情况与谐振子 较为接近。 • V=0 → V=1 产生的吸收谱带称为基频峰，最强。 V=0 → V=2，3产生的吸收谱带倍频峰，弱的多。 倍频峰的频率并不是基频峰频率的整数倍，而是略小一 些。非谐振子的振动能量可用下式表示：
1 1 2 E v (V )h (V ) Xh 2 2
一、分子的振动方程式及振动能级
（一）分子的振动方程式
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苯酚在非极性溶剂 庚烷中的B吸收带呈精 细结构，而在极性溶剂 乙醇中观察不到精细结 构，如图6-5所示。
线状光谱
➢分子光谱法(molecular spectroscopy)
分子→电子(n)-振动(v)-转动(J)能级跃迁→ 分子光谱(带状光谱) →定性/定量/结构分析
I
2020/4/27 - 5
带状光谱
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光谱分析
• 电磁波的区域
吸收光谱
紫外光的波长较短（一般指 100～400 nm）价电子能级的跃迁
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CCZU
光谱分析
5. dd 跃迁（过渡金属离子） 在过渡金属络合物溶液中易发生这种跃迁
。其吸收波长一般在可见光区域。
6. f-f 跃迁（镧系4f和锕系元素5f离子）
在配位体的影响下，f电子吸收光能后可以由低
能态的f轨道跃迁至高能态的f轨道，从而产生相
应的吸收光谱。这种跃迁称为f-f跃迁。
围内。
在紫外区域有吸收的主要为π→π*和n→π* 。
2020/4/27 - 11
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光谱分析
无机盐阴离子的n-*跃迁
• 某些无机盐阴离子由于可以发生n-*跃迁而有紫 外光谱吸收峰。
• 例如: 硝酸盐(313nm) 碳酸盐(217nm)
亚硝酸盐(360nm和280nm) 三硫代碳酸盐(500nm)离子等
起分子中电子能级跃迁时产生的吸收光谱。
空气无吸收，
紫外-可见光的波长范围
在有机结构
分析中最为
真空紫 普通紫外
外区
区
可见光区
有用。
100nm 200nm
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400nm
800nm
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光谱分析
一．紫外吸收光谱的产生
价电子种类 σ 键电子、π 键电子、未成对的孤对n电子。 价电子能级跃迁方式 -*、n-*、 -*和n-*
蓝移(blue shift)
减色效应
吸收峰向短波长方向移动 使吸收强度减小的效应
红移(red shift) 吸收峰向长波长方向移动
2020/4/27 - 14
增色效应 使吸收强度增加的效应
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光谱分析
• 从非极性到极性时， • -*吸收峰红移， • n-*吸收峰蓝移。
• 吸收光谱的这一性质也 可用来判断化合物的跃 迁类型及谱带的归属。
• 二苯酮的紫外光谱图 实线，在环己烷中； 虚线，在乙醇中
2020/4/27 - 15
.
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光谱分析
吸收带位置移动的术语说明
2020/4/27 - 16
.
CCZU
光谱分析
强带
• 摩尔吸光系数值>104的吸收带。 • 几率很大的允许跃迁。
弱带
• 摩尔吸光系数最大值小于104的吸收带。 • 可能是不符合允许跃迁选律的禁阻跃迁。
2020/4/27 - 17
CCZU
光谱分析
在紫外光谱带分析中，往往将谱带分成四种类型，即R
吸收带、K吸收带、B吸收带和E吸收带。
（1）R吸收带
n * 跃迁形成的吸收带， <100， 吸收谱带较弱。
易受极性溶剂的影响而发生偏移。
（2）K吸收带
* 跃迁形成的吸收带，max＞10000，吸收谱带较
强。
K吸收带的max随共轭键的长度而增加。
2020/4/27 - 18
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光谱分析
（3）B吸收带 芳香化合物及杂芳香化合 物的特征谱带。
溶剂的极性，酸碱性等对 精细结构的影响较大。
2020/4/27 - 19
图6-4 苯和甲苯的B吸收带 （在环己烷中）（实线为苯，虚线为甲苯）
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光谱分析
△ E
2020/4/27 - 8
.
σ*
π* n π σ
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光谱分析
-*跃迁 • 饱和烃的C-C键是键，产生跃迁的能量大。 • 吸收波长小于150nm的光子，电子光谱都在真空紫
外区。
n- *跃迁
• 含有未共享电子对杂原子(O、N、S和卤素等)的饱 和烃衍生物可发生此类跃迁。
• 吸收波长在150-250nm范围。摩尔吸收系数()比较 低，很少在近紫外区观察到。
7. 电荷转移跃迁
电荷转移可以是离子间、离子与分子间、
以及分子内的转移，条件是同时具备电子给体
和电子受体。电荷转移的吸收谱带的强度大，
吸收系数 一般大于l0000。
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光谱分析
基本术语
生色团：
产生紫外或可见吸收的不饱和基团，如C=C、C=O、 NO2等。
助色团
其本身是饱和基团(常含杂原子)，它连到生色团上时，能 使后者吸收波长变长或(和)吸收强度增加，如-OH、NH2、Cl等。
• 按发生作用的物质微粒不同可分为：原子光谱和分子 光谱等。
• 按辐射与物质相互作用性质分为：吸收光谱分析法、 发射光谱分析法、散射光谱分析法。
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光谱分析
▪ 被测物质粒子类型
➢原子光谱法(atomic spectro级跃迁→ 原子光谱(线光谱)→成分分析
红外光的波长较长（一般指2.5～25 µm ）
成键原子的振动 和转动能级的跃迁
核磁共振波的波长更大(一般约 10cm) 原子核自旋能级的跃迁
广义的吸收光谱还包括拉曼光谱和原子吸收光谱。
2020/4/27 - 6
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光谱分析
第二节 紫外、可见光吸收光谱
• UV、VIS：
物质在吸收100-800 nm光波波长范围的光子所引
2020/4/27 - 9
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光谱分析
表6-1 一些化合物n-*跃迁所产生吸收的数据
2020/4/27 - 10
.
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光谱分析
n-*和-*跃迁 • 吸收波长在200-700nm范围。 • n-*跃迁产生的光谱峰的摩尔吸收系数一般较
低，通常在10-100范围内； • -*跃迁的摩尔吸收系数一般在1000-10000范
原子光谱（吸收、发射、荧光）
质谱与二次离子质谱
核磁共振
电子自旋共振
传统的化学分析技术
分子吸收光谱（紫外—可见吸收光谱）
分子振动光谱（红外、拉曼光谱）
分子发射光谱（荧光光谱）
气相、液相、凝胶色谱
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光谱分析
第一节 光谱分析法及其分类
• 光谱分析方法：是基于电磁辐射与材料相互作用产生 的特征光谱波长与强度进行材料分析的方法。
光谱分析
第六章 光 谱 分 析 （Spectrometry）
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光谱分析
材料研究的四个基本要素 合成与加工
组成
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微结构
性能
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光谱分析
组成分析
元素组成
化合物组成
2020/4/27 - 3
分析方法
电子探针X射线能谱显微分析
光电子与俄歇电子能谱