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拉曼光谱和红外光谱的区别
来源: | 作者:转自材料人 | 发布时间: 178天前 | 315 次浏览 | 分享到:
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。刚接触的话,如果不能从机理到应用层面对二者有较为清晰的了解和认知,单从那条曲折的谱线或许并不能甄别其关联与区别。接下来,通过理论结合实例的方式为大家掀开两种光谱的“面纱”,以期为读者提供参考。

基本介绍

(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)检测仪器1)红外光谱(1)色散型红外光谱仪:与紫外-可见光分光光度计类似,是由光源、单色器、吸收池、检测器和记录系统等部分组成。以棱镜或光栅作为色散元件,由于采用狭缝,使这类色散型仪器能量受严格限制,扫描时间长,灵敏度、分辨率和准确度较低。(2)傅里叶变换红外光谱仪:没有色散元件,主要由光源、迈克尔逊干涉仪、探测器、计算机等组成。相比色散型红外光谱仪,具有分辨率高,波数精度高,扫描速率快,光谱范围宽,灵敏度高等优点。2)拉曼光谱(1)色散型激光拉曼光谱仪:主要由试样室、激光器、单色器、检测器等组成。(2)傅里叶变换近红外激光拉曼光谱仪:主要由试样室、激光光源、迈克尔逊干涉仪、滤光片组、检测器等组成。(3)激光显微拉曼光谱仪:使入射激光通过显微镜聚焦到试样的微小部位,采用摄像管、监视器等装置直接观察放大图像,以便把激光点对准不受周围物质干扰情况下的微区,可精确获取所照射部位的拉曼光谱图。(四)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,拉曼光谱是散射光谱。(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),而拉曼可选择可见光到近红外光。(4)红外光谱常用于研究极性基团的非对称振动,拉曼光谱常用于研究非极性基团与骨架的对称振动。(5)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。(6)拉曼光谱测定无需特殊制样处理,而红外光谱测定需要制样。(7)拉曼光谱可以在玻璃容器或毛细管中测量,但红外光谱不可在玻璃容器中测量。(8)拉曼光谱和红外光谱多数时候相互补充,即:红外强,拉曼弱。红外弱,拉曼强。(9)红外光谱鉴定有机物更优,而拉曼光谱在提高无机化合物信息时更全面。(10)红外光谱解析:三要素(吸收频率、强度、峰形)。拉曼光谱解析除了有三要素外,还有去偏振度。
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