紫外可见红外光谱分析所用的材料有何不同.doc

紫外可见红外光谱分析所用的材料有何不同 1.紫外光谱，荧光光谱在材料研究中的应用 （1）分子内的电子跃迁有哪几种，吸收最强的跃迁是什么跃迁？ 形成单键的电子；形成双键的电子；未成对 的孤对电子n电子。 成键轨道、；反键轨道*、*；非键轨道n。 1）、-*跃迁 它需要的能量较高，一般发生在真空紫外光区。 在200nm左右，其特征是摩尔吸光系数大，为 强吸收带。 2）、n-*跃迁 实现这类跃迁所需要的能量较高，其吸收光谱落 于远紫外光区和近紫外光区 3）、*跃迁 电子跃迁到反键*轨道所产生的跃迁，这类跃迁所需能量比*跃迁小，若无共轭，与n*跃迁差不多。200nm左右，吸收强度大，强吸收。 4）、n* 跃迁n电子跃迁到反键*轨道所产生的跃迁，这类跃迁所需能量较小，吸收峰在200400nm左右，吸收强度小，弱吸收 （2）紫外可见吸收光谱在胶体的研究中有重要作用，请举出三个例 子来说明，并结合散射现象来讨论二氧化钛胶体和粉末漫反射光谱的差异。 举例： 1）、胶体的稳定性，尤其是稀释后的稳定性； 2）、胶粒对可见光的散射； 3）、测定消光（包括吸收、散射、漫反射等对光强度造成的损失） 稀释条件下，胶粒尺寸小于光波长的1/20，瑞利散射可忽略。 4）、估算晶粒的大小。 5）、尺寸效应，会发生吸收的蓝移或是红移，可以用来测定像是 CdS和CdSe的量子点。 差异：当测定二氧化钛的溶胶时，按晶粒尺寸的不同，分为两种情况： 1）当d/20时，瑞利散射可以忽略。 2）当d/20时，散射就会十分明显，这样获得是一个消光光谱，而不是吸收光谱，无法测得onset。 用粉末漫反射光谱可以克服上述缺点，得到一个较好的吸收光谱。漫反射部分可以扣除，可以用积分球。 （3）什么是荧光、磷光、光致发光和化学发光？对应的英文名称分 别是什么？ 荧光(Fluorescence):从激发态的最低振动能级返回到基态，不通过内部转换而是光辐射失活，则称为荧光。由于一部分能量通过振动能级变化以热能形式放出，所以发射光的波长比吸收光的波长长。 磷光(Phosphorescence)：在不同多重态之间发生的无辐射跃迁过程称为系间窜跃。由从激发态的多重态返回到基态的光辐射跃迁称为磷光。 光致发光(Photoluminescence,PL):是物质吸收光能后发射冷光的现象，称为光致发光。化学发光(Chemiluminescence):利用化学能源如化学反应得到激发态分子，它在跃迁到基态时产生的发光现象称为化学发光。 2.拉曼光谱分析与材料分析 （1）拉曼光谱与红外光谱的本质区别是什么？ 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，红外光谱是吸收光谱，红外光谱的产生是由于吸收光的能量，引起分子中偶极矩改变的振动；拉曼光谱是散射光谱，拉曼光谱的产生是由于单色光照射后产生光的综合散射效应，引起分子中极化率改变的振动，它的谱线强度取决于相应的简正振动过程中极化率的变化的大小。红外吸收波数与拉曼位移均在红外光区，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。拉曼光谱适于表征对称性高而电子云密度变化大的振动，而红外光谱则适于表征对称性低而偶极矩改变大的振动。由于拉曼光谱对振动基团极化率的变化敏感，所以拉曼光谱对于研究物质的骨架特征最为有效。一般对称振动会出现显著的拉曼谱带。在分子结构分析中，拉曼光谱与红外光谱是相互补充的。 （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2.5-10cm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。 （2）为什么拉曼光谱技术通常只检测stocks线？反stocks线可以提供什么信息？ 根据波尔兹曼定律，室温下，分子绝大多数处于振动能级基态，由于振动能级间距还是较大的，因此，stocks线强度远远强于反stocks线。随着温度升高，反stocks线强度才增加。一般只记录stocks线。 反stocks线的信息？ （3）与红外光谱相比，拉曼光谱的优越性有哪些？ （1）它适于分子骨架的测定，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。 （2）不受水的干扰。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。拉曼光谱工作在可见光区，用拉曼光谱进行光谱分析时，水是有用的溶剂，而对红外光谱水是差的溶剂。此外，拉曼光谱测量所用的器件和样品池材料可以由玻璃或石英制成，而红外光谱测量需要用盐材料。 （3）拉曼一次可以同时覆盖504000波数的区间，可对有机物及无机物进行分析。相反，用传统的红外光谱仪测量必须使用两台以上仪器才能覆盖这一区域。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。拉曼仪器中用的传感器都是标准的紫外、可见光器件，检测响应得非常快，可用于研究寿命，并可用于跟踪快速反应的动力学过程。 （4）拉曼光谱的谐波和合频带都不是非常强，一般都比红外光谱简单，重叠带很少见到。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。 （5）拉曼光谱使用激光作为光源使其相当易于探测微量样品，如表面、薄膜、粉末、溶液、气体和许多其他类型的样品。因为激光束的直径在它的聚焦部位通常只有0.22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。 （6）共振拉曼效应可以用来有选择性地增强大生物分子特个发色基团的振动，这些发色基团的拉曼光强能被选择性地增强103到104倍。偏振测量也给拉曼光谱所得信息增加了一个额外的因素，这对带的认定和结构测定是一个帮助。拉曼光谱技术自身的这些优点使之成为现代光谱分析中重要的一员。 3.核磁共振与材料分析 （1）核磁共振产生的基本条件是什么？为什么12C没有核磁共 振信号？ 自旋量子数不为零，存在静磁场，存在与原子核能级分裂匹配的射频 12C原子序数为偶数，自旋量子数为零 （2）解释化学位移的含义和表示方法。 处在不同化学环境中的原子核，有着不同的共振频率，即为化学位移现象。 一般的，把分子中同类磁核，因化学环境不同而产生的共振频率的变化量，称为化 学位移。 用位移常数表示化学位移。 =?样品?TMS ?仪器 （3）在1H-NMR谱中，化学位移较大的磁核之间的偶合的一般规 则是什么？ 1）峰的数目可用2nI+1（n+1）规律； 2）峰组内各峰的相对强度可用二项式(a+b)n展开系数近似地表示。 3）从图中可直接读出和J。 （4）从溶液1HNMR谱能得到哪些信息？ （1）化学位移值（）：确认氢原子所处的化学环境，即属于何种基团。 （2）谱峰裂分数和偶合常数（J）：推断相邻氢原子的关系与结构。 （3）谱峰面积：确定分子中各类氢原子的数量比。 （5）解释CP/MAS/DD方法中CP、MAS、DD的含义，为什么利 用CP/MAS/DD方法能够达到高分辨的目的？CP/MAS/DD方法的优点和缺点是什么？ CP交叉极化 天然丰度低，灵敏度比较低，交叉极化能够提高灵敏度。 13C信号最多可增加4倍。弛豫延迟时间只需要是1HT1的3-5倍。谱图一般不具有定量价值。 DD高功率去偶 去除异核偶极相互作用。 MAS魔角自旋 当3Cos210，即=54.7o，当样品沿着与Bo成54.74度夹角为轴旋转时，可以有效地去除化学位移各相异性，异核偶极耦合，目的是缩窄线宽，达到高分辨。 红外光谱分析法试题 一、简答题 1.产生红外吸收的条件是什么?是否所有的分子振动都会产生红外吸收光谱?为什么? 2以亚甲基为例说明分子的基本振动模式. 3.何谓基团频率?它有什么重要用途? 4红外光谱定性分析的基本依据是什么？简要叙述红外定性分析的过程 5影响基团频率的因素有哪些? 6何谓指纹区？它有什么特点和用途？ 二、选择题 1.在红外光谱分析中，用KBr制作为试样池，这是因为() AKBr晶体在4000400cm-1范围内不会散射红外光 BKBr在4000400cm-1范围内有良好的红外光吸收特性 CKBr在4000400cm-1范围内无红外光吸收 D在4000400cm-1范围内，KBr对红外无反射 2.一种能作为色散型红外光谱仪色散元件的材料为() A玻璃B石英C卤化物晶体D有机玻璃 3.并不是所有的分子振动形式其相应的红外谱带都能被观察到，这是因为() A分子既有振动运动，又有转动运动，太复杂 B分子中有些振动能量是简并的 C因为分子中有C、H、O以外的原子存在 D分子某些振动能量相互抵消了 4.下列四种化合物中，羰基化合物频率出现最低者为() AIBIICIIIDIV 5.在下列不同溶剂中，测定羧酸的红外光谱时，CO伸缩振动频率出现最高者为() A气体B正构烷烃C乙醚D乙醇 6.水分子有几个红外谱带，波数最高的谱带对应于何种振动?() A2个，不对称伸缩B4个，弯曲 C3个，不对称伸缩D2个，对称伸缩 7.苯分子的振动自由度为() A18B12C30D31 8.在以下三种分子式中CC双键的红外吸收哪一种最强? (1)CH3CH=CH2(2)CH3CH=CHCH3（顺式）(3)CH3CH=CHCH3（反式）() A（1）最强B(2)最强C(3)最强D强度相同 9.在含羰基的分子中，增加羰基的极性会使分子中该键的红外吸收带() A向高波数方向移动B向低波数方向移动 C不移动D稍有振动 10.以下四种气体不吸收红外光的是() AH2OBCO2CHClDN2 11.某化合物的相对分子质量Mr=72,红外光谱指出,该化合物含羰基,则该化合物可能的分子式为() AC4H8OBC3H4O2CC3H6NOD(1)或(2) 12.红外吸收光谱的产生是由于() A分子外层电子、振动、转动能级的跃迁 B原子外层电子、振动、转动能级的跃迁 C分子振动-转动能级的跃迁 D分子外层电子的能级跃迁 13.Cl2分子在红外光谱图上基频吸收峰的数目为() A0B1C2D3 14.红外光谱法试样可以是() A水溶液B含游离水C含结晶水D不含水 15.能与气相色谱仪联用的红外光谱仪为() A色散型红外分光光度计 B双光束红外分光光度计 C傅里叶变换红外分光光度计 D快扫描红外分光光度计 16.试比较同一周期内下列情况的伸缩振动(不考虑费米共振与生成氢键)产生的红外吸收峰,频率最小的是 () AC-HBN-HCO-HDF-H 17.已知下列单键伸缩振动中C-CC-NC-O键力常数k/(N?cm-1)4.55.85.0吸收峰波长/m66.466.85 问C-C,C-N,C-O键振动能级之差E顺序为() AC-CC-NC-OBC-NC-OC-C CC-CC-OC-NDC-OC-NC-C 18.一个含氧化合物的红外光谱图在36003200cm-1有吸收峰,下列化合物最可能的是() ACH3CHOBCH3CO-CH3 CCH3CHOH-CH3DCH3O-CH2-CH3 19.用红外吸收光谱法测定有机物结构时,试样应该是() A单质B纯物质C混合物D任何试样 20.下列关于分子振动的红外活性的叙述中正确的是() A凡极性分子的各种振动都是红外活性的,非极性分子的各种振动都不是红外活性的 B极性键的伸缩和变形振动都是红外活性的 C分子的偶极矩在振动时周期地变化,即为红外活性振动 D分子的偶极矩的大小在振动时周期地变化,必为红外活性振动,反之则不是 三、填空题 1在分子的红外光谱实验中,并非每一种振动都能产生一种红外吸收带,常常是实际吸收带比预期的要少得 多。其原因是(1)_;(2)_;(3)_;(4)_。 2乳化剂OP-10的化学名称为:烷基酚聚氧乙烯醚, 化学式: ?R谱图中标记峰的归属:a_,b_,c_,d_。 3化合物的红外光谱图的主要振动吸收带应为: (1)35003100cm-1处,有_振动吸收峰 (2)30002700cm-1处,有_振动吸收峰 (3)19001650cm-1处,有_振动吸收峰 (4)14751300cm-1处,有_振动吸收峰 4在苯的红外吸收光谱图中 (1)33003000cm-1处,由_振动引起的吸收峰 (2)16751400cm-1处,由_振动引起的吸收峰 (3)1000650cm-1处,由_振动引起的吸收峰 5在分子振动过程中，化学键或基团的 6比较C=C和C=O键的伸缩振动，谱带强度更大的是。 7氢键效应使OH伸缩振动谱带向 8一般多原子分子的振动类型分为振动。 9红外光区位于可见光区和微波光区之间，习惯上又可将其细分为 和三个光区。 10在红外光谱中，通常把4000一1500cm-1的区域称为1500400cm-1的区域称为 区。 11根据Frank一Condon原理，分子受到红外光激发时发生分子中能级的跃迁；同时必然伴随分 子中能级的变化。 12红外吸收光谱是反映分子中振动能级的变化；而拉曼光谱是地反映分子中振动能级的变化。 13红外光谱仪可分为 14共扼效应使C=O伸缩振动频率向波数位移。 四、正误判断 1红外光谱不仅包括振动能级的跃迁，也包括转动能级的跃迁，故又称为振转光谱。（） 2傅里变换叶红外光谱仪与色散型仪器不同，采用单光束分光元件。（） 3由于振动能级受分子中其他振动的影响，因此红外光谱中出现振动偶合谱带。（） 4确定某一化合物骨架结构的合理方法是红外光谱分析法。（） 5对称结构分子，如H2O分子，没有红外活性。（） 6水分子的HOH对称伸缩振动不产生吸收峰。（） 7红外光谱图中，不同化合物中相同基团的特征频率峰总是在特定波长范围内出现，故可以根据红外光谱 图中的特征频率峰来确定化合物中该基团的存在。（） 8不考虑其他因素的影响，下列碳基化合物 （） 9醛基中CH伸缩频率出现在c=o伸缩频率的大小顺序为：酰卤酰胺酸醛酯。2720cm-1。（） 10红外光谱仪与紫外光谱仪在构造上的差别是检测器不同。（） 11当分子受到红外光激发，其振动能级发生跃迁时，化学键越强吸收的光子数目越多。（） 12游离有机酸CO伸缩振动频率c=o一般出现在1760cm-1，但形成多聚体时，吸收频率向高波数移 动。（） 13酮、羧酸等的羰基（C=O）的伸缩振动在红外光谱中的吸收峰频率相同。（） 14拉曼光谱与红外光谱一样都是反映分子中振动能级的变化。（） 15对同一物质，随人射光频率的改变，拉曼线频率改变，但拉曼位移与人射光频率无关。 （） 红外光谱分析法试题解答 一、简答题 1.产生红外吸收的条件是什么?是否所有的分子振动都会产生红外吸收光谱?为什么? 解:条件:激发能与分子的振动能级差相匹配,同时有偶极矩的变化. 并非所有的分子振动都会产生红外吸收光谱,具有红外吸收活性,只有发生偶极矩的变化时才会产生红外光谱. 2.以亚甲基为例说明分子的基本振动模式. 解:(1)对称与反对称伸缩振动: (2)面内弯曲振动: (3)面外弯曲振动: 3.何谓基团频率?它有什么重要用途? 解:与一定结构单元相联系的振动频率称为基团频率,基团频率大多集中在4000-1350cm，称为基团频率区，基团频率可用于鉴定官能团 4.红外光谱定性分析的基本依据是什么？简要叙述红外定性分析的过程 解：基本依据：红外对有机化合物的定性具有鲜明的特征性，因为每一化合物都有特征的红外光谱，光谱带的数目、位置、形状、强度均随化合物及其聚集态的不同而不同。定性分析的过程如下： (1)试样的分离和精制；(2)了解试样有关的资料；(3)谱图解析；(4)与标准谱图对照;(5)联机检索 5.影响基团