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讲解拉曼谱带

拉曼谱带代表什么?

对于具有规整晶格(相同的原子排列)的晶体,它的拉曼光谱很好理解,所有这些原子都在相同的配位中(例如,金刚石中的碳原子)。在这种情况下,常常看到一条主导的拉曼谱带(因为该晶体只有一种分子环境)。

然而,聚苯乙烯的拉曼光谱要复杂得多,因为分子对称性低,而且除碳原子之外还有氢原子。此外,还存在连接原子的不同种类的键。

振动频率

振动频率取决于相关原子的质量和它们之间的键的张力。重原子及弱键有低的拉曼频移。轻原子及强键有高的拉曼频移。

在聚苯乙烯光谱中,我们看到在约3000 cm-1处出现高频碳-氢 (C-H) 振动。在约800 cm-1处发生低频的碳-碳 (C-C) 振动。C-H振动比C-C振动的频率高是因为氢比碳轻。

我们可以看到被强双键 (C=C) 连接的两个碳原子在约1600 cm-1处发生振动。这比被较弱的单键 (C-C, 800 cm-1) 连接的两个碳原子的振动频率高。

您可以使用这些简单规律解释拉曼光谱的许多特征。

振动详述

如果仔细地观察光谱,您会看见更细微的效应。键的张力也会影响键的振动频率。例如,聚苯乙烯的C-H振动出现在大约2900 cm-1和3050 cm-1处的两个谱带中。前一种的碳原子是碳链(“脂肪族”)的一部分,而后一种的碳原子是碳环(“芳香族”)的一部分。

您可以把一个复杂分子的振动部分视为由许多简单的双原子振动组成。然而,拉曼光谱丰富的内涵只能通过考虑较大原子团的振动来了解(例如,聚苯乙烯的光谱中出现在1000 cm-1的芳香族碳环的伸/缩“呼吸模”)。

低频振动

您还可以研究具有低拉曼频移的拉曼谱带 — 在100 cm-1以下。这些拉曼谱带源自质量非常重的原子或规模非常大的振动,例如整个晶格振动。使用雷尼绍拉曼仪器可以研究这些模,探索各种各样的物质和晶体,以及辨别不同的晶形(多形体)。

整体情况

拉曼光谱由一系列特征谱峰组成,每个特征谱峰与一个振动模式相关。每种物质的拉曼光谱都是唯一的,因此您能够通过光谱来识别物质。需要注意的是,虽然全面了解振动模式是非常有用的,但是很少需要这样做,因为可以利用参考数据库来识别物质。

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