材料测试方法习题与解答(4)

2019-09-01 23:11

(2)仪器因素是指与差热分析仪有关的影响因素。主要包括: (3)炉子的结构与尺寸; (4)坩埚材料与形状; (5)热电偶性能等。

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第四章 振动光谱

一、名词解释

1、辐射的吸收:指辐射通过物质时,其中某些频率的辐射被组成物质的粒子(原子、离子或分子等)选择性地吸收,从而使辐射强度减弱的现象。

2、吸收光谱:辐射(能量)被吸收的程度(一般用吸光度)与?或?的关系(曲线),即辐射被吸收程度对?或?的分布。

3、辐射的发射:指物质吸收能量后产生电磁辐射的现象。

4、辐射的散射:电磁辐射(与物质发生相互作用)部分偏离原入射方向而分散传播的现象。

5、散射基元:物质中与入射的辐射即入射线相互作用而致其散射的基本单元。 6、谱图解析:根据实际上测绘的红外光谱所出现的吸收谱带的位臵、强度和形状,利用基团振动频率与分子结构的关系,来确定吸收谱带的归属,确认分子中所含的基团或键,并进而由其特征振动频率的位移、谱带强度和形状的改变,来推定分子结构。

7、红外定性分析是基于组成物质的分子都具有各自的特有的红外光谱,且分子的红外光谱受周围分子影响甚小,而混合物的光谱是各自成分光谱的简单算术加和。

8、基团:分子(或晶体)中的原子团或离子团。

9、简并:在多原子分子的简正振动中,有时两个或三个振动模式不同的简正振动具有相同的频率,此时在红外光谱上成为一个吸收峰出现。

10、红外跃迁的选择定则(选律):在振动过程中,分子电偶极距发生改变的振动才能吸收红外光子的能量,产生红外吸收谱带,这种振动称为红外活性振动,反之称为红外非活性振动。

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二、问答与分析

4-1、试分析色散型红外分光光度计和傅里叶变换红外光谱仪性能有何特点?

4-2 蓝移是如何产生的?

(1) 当有机化合物的结构发生变化时,其吸收带的最大吸收峰波长或位臵(?最大)向短波方向移动,这种现象称为紫移或蓝移(或“向蓝”)。 (2) 取代基或溶剂的影响可引起紫移。

(3) 比如,随着溶剂极性的增加,由n-?*产生的光谱峰位臵一般移向短波长。

(4) 紫移现象产生于未成键孤电子对的溶剂化效应,因为这一过程可以降低n轨道的能量。

(5) 在像水或乙醇类的极性化溶剂体系中看到。 (6) 在这种溶液体系中,溶剂的质子与未成键孤电子对(n电子)之间广泛地形成氢键,因此n轨道的能量被降低大约相当氢键键能大小的量,在电子光谱上可以产生30nm左右的紫移。

4-3 红移是如何产生的?

(1) 当有机化合物的结构发生变化时,其吸收带的最大吸收峰波长或位臵(?

最大)向长波长方向移动,这种现象称为红移(或称为“向红”)。 (2) 红移往往由于取代基的变更或溶剂的影响而发生。

(3) 比如,随着溶剂极性的增加,?-?*跃迁光谱峰通常移向长波区。

(4) 红移是由于溶剂和吸收体之间的极性引力所致。该力趋向于降低未激发

态和激发态两者的能级,而对激发态的影响更大,总的结果是降低了能级差(随着溶剂极性的增加,这种能级差变得更小),产生红移。

(5) 这种效应对?-?*和n-?*跃迁都有影响,导致红移产生,但这一效应比较

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小(一般小于5nm),因此在n-?*跃迁中被紫移效应完全掩蔽。 4-4 红外光谱的特点?

(1)红外吸收光谱(IR)是分子振动光谱,它对电磁辐射波数的响应范围在12800-10cm-1(即波长范围:0.78~1000?m)。

(2) 大多数红外吸收光谱仪在中红外区应用,波数范围在4000~400cm-1,波数大于4000cm-1为近红外,小于200cm-1为远红外区。

(3) 振动光谱所涉及的是分子中原子间化学键振动而引起的能级跃迁的检测。振动频率对分子中特定基团表现出高度的特征性。除光学异构体外,每一种化合物都有自己的红外吸收光谱。

4-5 红外光的分类?

(1)光谱工作者常常把红外区分成三个区域,即近红外区、中红外区和远红外区。所以这样分类是由于在测定这些区的光谱时所用的仪器不同以及从各区获得的知识各异的缘故。

(2) 近红外区:主要用来研究O-H、N-H及C-H键的倍频吸收 (3) 远红外区:分子的纯转动能级跃迁和晶体的晶格振动 (4) 中红外区:最为有用,分子的振动能级跃迁。

4-6 正则振动的数目:

(1)由N个原子组成的分子有(3N-6)个简正振动模式(线型分子为3N-5个),根据它们的振动方向不同,振幅不等,可以吸收各种波长不同的光,形成复杂的红外光谱。

(2)但其中某些振动模式不伴随偶极变化,根据选律没有红外光谱,而分子

的对称性又致使相同频率的振动吸收重叠(简并),所以在复杂分子的红外光谱中,基频的吸收数目又总小于简正振动形式个数。

(3)多原子分子的红外光谱吸收带的数目要利用群论来解释。

(4)一般说来,分子的对称性愈高,简并愈多,红外光谱中出现的基频峰个数愈小于振动模式个数。

4-7 正则振动的类型?

(1)分子真实的振动是复杂的,但在一定条件下作为很好的近似,分子一切(2)可能的任意复杂的振动方式都可以看成是有限数量的相互独立的和比较

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简单的振动方式的迭加,这些比较简单的振动称为简正振动 。 (3)简正振动模式(形式)一般分为两类:

(4)伸缩(展)振动:键长发生变化,键角不变。又分为对称伸缩振动和不(反)对称伸缩振动;

(5)弯曲振动(又称变形振动):键长不变,键角发生变化。又分为面内弯曲振动(在组成原子所构成的平面内振动)和面外弯曲振动(振动垂直于组成原子所构成的平面)。

4-7 分子振动频率的影响因素?

(1)分子(或晶体)中的原子团或离子团叫做基团。

(2)由于振动频率的数值对键的相互影响比原子间距和偶极矩更为灵敏,因此把分子的每一个振动频率归属于分子中一定的键或基团,这样我们就可按光谱实际出现的振动频率决定分子中各种不同的键或基团,从而确定其分子结构。 (3)具有不同键或基团的不同分子,不但简正振动的数目和每个简正振动频率(基频)可以不同,而且在某些键或基团相同的不同分子中,它们相同的化学键或基团的相应的振动频率也不相同。

(4)相同化学键或基团,在不同构型分子中,它们的振动频率改变不大,亦即是说某一键或基团的振动频率有其特定值,它虽然受周围环境的影响,但不随分子构型作过大的改变,这一频率称为某一键或基团的特征振动频率。而其吸收带称为特征振动吸收带。

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