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拉曼光谱与红外光谱的对比.pdf
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2021-12-09
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拉曼光谱与红外光谱是两种常用的分子结构分析技术,它们都能提供关于物质分子振动和转动能级的信息,但工作原理和应用各有特点。 红外光谱基于分子的振动和转动吸收红外光子,只有当分子内部存在电偶极矩变化时才会发生这种吸收。因此,红外光谱主要用于检测具有极性键或不对称分子结构的物质。其基本仪器包括色散型红外光谱仪和傅里叶变换红外光谱仪,前者由光源、吸收池、单色器和检测器组成,后者则没有色散元件,利用米歇尔森干涉仪进行信号处理。红外光谱的应用广泛,包括已知物质的鉴定、未知物质结构的确定以及定量分析,后者基于朗伯-比尔定律,能有效排除干扰。 拉曼光谱则是一种散射光谱技术,其原理是入射光子与分子的振动、转动能级相互作用后以不同频率散射出来。与红外光谱不同,拉曼效应并不依赖分子的电偶极矩变化,而是通过电四极矩或磁偶极矩跃迁,因此适合检测非极性和对称分子。拉曼光谱仪主要由激光光源、样品池、单色器和检测记录系统组成。在应用上,拉曼光谱在有机物结构分析、高分子聚合物研究、生物大分子研究以及定量分析中都有重要作用。例如,它在高聚物中的应用可以区分各种异构体,对水溶液的生物化学研究尤其有利,因为水的拉曼散射很弱,不会干扰信号。此外,拉曼光谱的定量分析精度高,可用内标法进行,适用于有机化合物和无机阴离子的分析。 总结来说,红外光谱和拉曼光谱都是揭示分子结构的重要工具,前者侧重于吸收,后者侧重于散射。虽然两者在某些方面有重叠,如都反映了化学键的振动信息,但它们的适用范围和分析机制决定了它们在特定领域的独特优势。红外光谱适用于极性分子,而拉曼光谱则对非极性分子更为敏感。在实际应用中,这两种技术往往结合使用,以获得更全面的分子信息。
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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) 、
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