分子光谱基础

1、Outline 基本概念分类应用基本概念分子光谱分子光谱：光和物质之间的相互作用，使分子对光产生了吸收、发射或散射。将物质吸收、发射或散射光的强度对频率作图所形成的演变关系。 根据光辐射的波长范围和作用形式的不同，分子光谱又包括紫外可见光谱、红外光谱、微波谱、荧光光谱和拉曼光谱等。分子的微观运动状态是量子化量子化的，分子光谱中的每一条谱线反映了分子在两个能级之间跃迁的情况。分子的微观状态可以用波函数波函数来表示，而波函数则可以通过求解薛定谔方程薛定谔方程来获得，能级是分子微观状态的能量本征值。核运动和电子运动的分离： 包含核和电子的分子总Schrdinger方程是在忽略自旋和轨道相互作用后，分

2、子哈密顿算符的具体形式是),(),(rRErRH 核动能电子动能势能vreEEEE分子的总能量： 按照量子力学，分子的所有这些运动状态都是量子化的。分子在不同能级之间的跃迁以光吸收或光辐射形式表现出来，就形成了分子光谱。分子在两个能级之间跃迁：rveEE/)(/112)()()(222RERREVMNNNeNNNN核运动方程：该方程中包含了分子的平动、振动和转动，它决定了分子的振动光谱和转动光谱。),()(),(222rRRErRVVmeeeeeNeeee 电子运动方程：电子运动方程决定了分子的电子光谱。分类电子光谱： 电子的能级状态由电子光谱项标记，电子光谱反映分子在不同电子态之间的跃迁。同

3、时伴随转动和振动能级的跃迁，带状光谱。振动光谱：指在同一电子态内不同振动能级之间跃迁所产生的光谱，伴随转动能级跃迁，明显谱带特征。转动光谱：转动光谱是指在同一电子态的同一振动态内不同转动能级之间跃迁所产生的光谱，线光谱。仅是一个近似。分子分子的电子运动、振动和转动是的电子运动、振动和转动是无法严格分离无法严格分离名称波长范围紫外线10 -400 nm电子光谱电子光谱 1 eV紫320 -455 nm蓝、青455-492 nm振动光谱振动光谱103-102 cm-1绿492-577 nm黄577-597 nm橙597-622 nm红622-780 nm近红外0.8-1.3 m短波红外1.3-3

4、m中红外3-8 m热红外8-14 m远红外14 m-1 mm转动光谱转动光谱 10 cm-1可见光红外线振动光谱振动能级的能量差在10-21eV，光谱在近红外到中红外区。红外吸收光谱红外吸收光谱(IR)：物质因受红外光的作用，引起分子或原子基团的振动（热振动），从而产生对红外光的吸收，利用物质对不同波长红外光的吸收。研究物质分子的组成和结构。光谱项 核外电子相互作用，包括电子轨道相互作用，电子自旋运动之间的相互作用以及轨道运动与自旋运动之间的相互作用，利用光谱项表利用光谱项表达原子或分子的能量状态。达原子或分子的能量状态。光谱项 原子光谱主量子数n：电子的主要能量 角量子数l：椭圆轨道的形状, n-1个取值 磁量子数m：0, 1, , l 自旋量子数s线性分子非线性分子2S+1, =1(A or B), 2(E), 3(T),为分子所属点群的不可约表示一维表示标记为A或者B，用E, T, U, W分别标记二、三、四、五维分子电子光谱选律1. S=0; M=