发表时间: 2021-09-03 19:34:28
作者: 上海良允科学仪器有限公司
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红外光谱(Infrared spectrometry)和拉曼光谱(Raman spectrometry)是研究分子结构和化学组成的有力工具,由于其快速、高灵敏度、检测用量少等优点,在材料、化工、环保、地质等领域广泛应用。从分析测试角度来看,两者配合使用往往能够更好提供分子结构方面的信息。
红外光谱与拉曼光谱同属于分子振动光谱,但两者实际上存在较大区别:红外光谱是吸收光谱,拉曼光谱是散射光谱,而且,同一分子的两种光谱往往不同,这与分子对称性紧密相关,也受分子振动规律严格限制。
(一)检测原理
(1)红外光谱:当电磁辐射与物质分子相互作用时,其能量与分子的振动或转动能量差相当时,引起分子由低能级向高能级发生跃迁,结果使某些特定波长的电磁辐射被物质分子所吸收,测量在不同波长处的辐射强度就得到了红外吸收光谱分子吸收红外辐射后发生振动能级和转动能级的跃迁,因而红外光谱又称为分子振动转动光谱。(简言之,红外光谱产生是由于吸收光的能量,引起分子中偶极矩改变的振动)。
(2)拉曼光谱:光照射到物质,使光子与分子内的电子碰撞,若发生的是非弹性碰撞时,光子就有一部分能量传递给电子,此时散射光的频率就不等于入射光的频率,这种散射被称为拉曼散射,所产生的光谱被称为拉曼光谱。(简言之,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)。
(二)活性判别
(1)互斥规则
凡具有对称中心的分子,若其分子振动是拉曼活性的,则其红外吸收是非活性的。反之,若为红外活性的,则拉曼为非活性的。
(2)互允规则
没有对称中心的分子,其拉曼和红外光谱都是活性的(个别除外)。
(3)互禁规则
对于少数分子的振动,其拉曼和红外都是非活性的(如乙烯分子)。
(三)异同点
1)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。
2)不同点
(1)本质区别:红外光谱是吸收光谱,直接过程,发展较早,拉曼光谱是散射光谱,间接过程,自激光之后才发展起来。
(2)红外更易测定,且信号较强,但拉曼信号较弱。不过,拉曼光谱一般更清晰,重叠带很少见到,谱图解析更方便。
(3)红外光谱使用红外光(尤其中红外光),不受荧光干扰,而拉曼可选择可见光到近红外光。
(4)红外光谱仪是以干涉仪为色散元件,拉曼光谱仪是以光栅为色散元件。
(5)红外做低波数(远红外)较难,而拉曼低波数没有问题。
(6)红外微区测试较难,光斑尺寸约10微米,空间分辨率差,拉曼采用共焦拉曼光谱显微镜,光斑尺寸可小到1微米以下,空间分辨率好。
(7)红外使用的红外探测器噪声高,液氮冷却,且灵敏度较低,而拉曼使用CCD探测器噪声低,热电冷却,灵敏度高。
(8)拉曼光谱可测水溶液(水的拉曼散射很弱),而红外光谱不适用于水溶液测定,水对红外光有吸收。
(6)拉曼无需制备样品,且可以远距离测试,而红外多数需要制备样品。
(8)拉曼和红外很多时候相互补充,即:红外强,拉曼弱。红外弱,拉曼强。