拉曼与红外的区别-严慧敏.ppt

普通拉曼光谱技术 姓名 严慧敏学号 6121201002 2020 3 21 普通拉曼光谱与红外光谱的比较普通拉曼光谱应用 3 3 拉曼光谱简介 拉曼光谱是研究分子振动的一种光谱方法 它的原理和机制都与红外光谱不同 但它提供的结构信息却是类似的 都是关于分子内部各种简正振动频率及有关振动能级的情况 从而可以用来鉴定分子中存在的官能团 拉曼光谱是通过测定散射光相对入射光频率的变化来获取分子内部结构信息 4 CCl4的拉曼光谱 Stockslines anti Stockeslines Rayleighscattering cm 1 5 红外与拉曼谱图对比 红外光谱 基团 拉曼光谱 分子骨架测定 6 红外及拉曼光谱法的比较 在分子结构分析中 拉曼光谱与红外光谱是相互补充的 7 拉曼光谱与红外光谱分析方法比较 8 拉曼光谱 源于极化率变化 红外光谱 源于偶极矩变化 拉曼光谱与红外光谱分析方法比较 9 拉曼散射光谱明显的特征 斯托克斯 反斯托克斯 10 10 拉曼散射光谱明显的特征 1 拉曼散射谱线的波数虽然随入射光的波数而不同 但对同一样品 同一拉曼谱线的位移与入射光的波长无关 只和样品的振动转动能级有关 2 在以波数为变量的拉曼光谱图上 斯托克斯线和反斯托克斯线对称地分布在瑞利散射线两侧 这是由于在上述两种情况下分别相应于得到或失去了一个振动量子的能量 3 一般情况下 斯托克斯线比反斯托克斯线的强度大 这是由于Boltzmann分布 处于振动基态上的粒子数远大于处于振动激发态上的粒子数 11 11 拉曼光谱技术的优越性 提供快速 简单 可重复 且更重要的是无损伤的定性定量分析 它无需样品准备 样品可直接通过光纤探头或者通过玻璃 石英 和光纤测量 此外1 由于水的拉曼散射很微弱 拉曼光谱是研究水溶液中的生物样品和化学化合物的理想工具 2 拉曼一次可以同时覆盖40 4000波数的区间 可对有机物及无机物进行分析 相反 若让红外光谱覆盖相同的区间则必须改变光栅 光束分离器 滤波器和检测器 12 12 3 拉曼光谱谱峰清晰尖锐 更适合定量研究 数据库搜索 以及运用差异分析进行定性研究 在化学结构分析中 独立的拉曼区间的强度可以和功能基团的数量相关 4 因为激光束的直径在它的聚焦部位通常只有0 2 2毫米 常规拉曼光谱只需要少量的样品就可以得到 这是拉曼光谱相对常规红外光谱一个很大的优势 而且 拉曼显微镜物镜可将激光束进一步聚焦至20微米甚至更小 可分析更小面积的样品 拉曼光谱技术的优越性 13 普通拉曼光谱应用 拉曼光谱分析技术是以拉曼效应为基础建立起来的分子结构表征技术 其信号来源与分子的振动和转动 拉曼光谱的分析方向有 定性分析 不同的物质具有不同的特征光谱 因此可以通过光谱进行定性分析 结构分析 对光谱谱带的分析 又是进行物质结构分析的基础 定量分析 根据物质对光谱的吸光度的特点 可以对物质的量有很好的分析能力 14 14 ApplicationsofRamanspectroscopy 由拉曼光谱可以获得有机化合物的各种结构信息 1 同种分子的非极性键S S C C N N C C产生强拉曼谱带 随单键 双键 三键谱带强度增加 2 红外光谱中 由C N C S S H伸缩振动产生的谱带一般较弱或强度可变 而在拉曼光谱中则是强谱带 3 环状化合物的对称振动常常是最强的拉曼谱带 15 15 4 在拉曼光谱中 X Y Z C N C O C O 这类键的对称伸缩振动是强谱带 这类键的反对称伸缩振动是弱谱带 红外光谱与此相反 5 C C伸缩振动在拉曼光谱中是强谱带 6 醇和烷烃的拉曼光谱是相似的 I C O键与C C键的力常数或键的强度没有很大差别 II 羟基和甲基的质量仅相差2单位 III 与C H和N H谱带比较 O H拉曼谱带较弱 ApplicationsofRamanspectroscopy 16 16 拉曼光谱的应用 一些有机物分子中极性基团和骨架结构的相对振动有强的拉曼谱带 高度非对称的振动及一些强极性基团的非对称振动有强的红外谱带 一些有机化合物分子则介乎非极性基团和强极性基团之间 其特征频率在两个光谱中大多能反映 其中拉曼光谱谱带较清晰 容易确定谱带的归属 拉曼光谱法还能测定物质的偏振度 可以确定分子的对称性 17 2020 3 21 17 在化学研究中的应用 18 定性分析 因不同的物质具有不同的特征光谱 故可以通过光谱进行定性分析 拉曼定性测量提供有关样品中振动谱带的准确光谱信息 由于拉曼光谱适合于特定的化合物 拉曼定性测量可用于简便鉴别试验以及结构解析 19 天然鸡血石的拉曼光谱 20 仿造鸡血石的拉曼光谱 21 21 各种碳材料的拉曼光谱 直链CH2碳原子的折叠振动频率 Nc为碳原子数 不同的碳材料其拉曼光谱不同 因此可用于进行定性鉴定 22 22 结构分析 23 23 苯环中取代基的确定 取代基的位置不同 苯环的拉曼位移也不相同 因而可根据拉曼位移值来确定取代基在苯环上的位置 例如 所有间位取代的苯环在拉曼位移值为1000cm 1处都有一强的拉曼线 对位取代基的半环拉曼位移为635cm 1 邻位取代的苯环为1035 15cm 1 24 定量分析 拉曼光谱技术作定量分析的基础是测得的分析物拉曼峰强与分析物浓度间有线性比例关系 分析物拉曼峰面积 累积强度 与分析物浓度间的关系曲线称为标定曲线 通常对标定物曲线应用最小二乘法拟合以建立一方程式 据此从拉曼峰面积计算得到分析物浓度 25 25 其他应用 用通常的拉曼光谱可以进行半导体 陶瓷等无机材料的分析 如应力分析 晶体结构解析等 拉曼光谱还是分析合成高分子 生物大分子分析的重要手段 如分子取向 蛋白质的巯基 卟啉环的分析 燃烧物和大气污染物分析 26 26 拉曼光谱实验中应注意的几个问题 在拉曼光谱实验中 为了得到高质量的谱图 除了选用性能优异的谱仪外 准确地使用光谱仪 控制和提高仪器分辨率和信噪比是很重要的 1 狭缝 出射入射和中间狭缝是拉曼光谱仪的重要部分 入射 出射狭缝的主要功能是控制仪器分辨率 中间狭缝主要是用来抑制杂散光 2 孔径角的匹配 注意把散射光正确地聚焦到入射狭缝上 否则不但降低了分辨率也影响了信号灵敏度 3 激发功率 提高激发光强度或增加缝宽能够提高信噪比 但在进行低波数测量时这样做常常会因增加了杂散光而适得其反 27 27 拉曼光谱实验中应注意的几个问题 4 激发波长 由于长波长激光对仪器内少量灰尘或试样中缺陷的散射弱 另一方面由于狭缝宽度一样时 不同波长的光由出射狭缝出射时所包含的谱带宽度不一样 所以一般用长波长的激光谱线作为激发光 对获得高质量的谱图有利 5 为防止样品分解常采用的一种办法是旋转技术 利用特殊的装置使激光光束的焦点和样品的表面做相对运动 从而避免了样品的局部过热现象 样品旋转技术除能防止样品分解外 还能提高分析的灵敏度 28 28 拉曼光谱数据处理 归一化法是目前常用的一种拉曼光谱数据处理的方法 其方法间的差异在于归一化中比值参照对象的不同等 所报道的归一化方法是在检测样品中加入另一种物质 利用这种物质的拉曼谱峰作为内标峰 但是 引入另一种物质谱峰作为内标峰的做法局限性较大 须保证引入的物质对检测物质不会发生任何影响 且如检测物质是溶液的话 在样品的拉曼数据采集过程中 由于数据采集时的时空差异以及仪器差异所引起的样品数据组间的波动性会极大地影响样品拉曼光谱定量分析的准确性和精确 29 目前已有的拉曼光谱数据库主要有 GRAMS 制药辅料红外 拉曼数据库 GRAMS 拉曼聚合物数据库 GRAMS 拉曼法医分析数据库 GRAMS 拉曼有机化学数据库 以及GRAMS 拉曼光谱的Nicolet集合 拉曼光谱数据处理