拉曼光谱法的应用
仪器网 · 2012-07-15 08:58 · 44821 次点击
拉曼位移表征了分子中不同基团振动的特性,因比可以通过拉曼位移的测定对分子进行定性和结构分析。此外,通过退偏度的测量,可以获得有关对称性的信息。
6.4.1有机物结构分析
通过基团的特征拉曼位移侧定,可判断化合物中具有的功能团。与红外光谱一样,山于功能团不是孤立的,它在分子中与周围的原子相互联系着,因此不同分子中的同一功能团的拉曼位移是有一定差异的,不是一固定的频率,而是在某一范围内变动。例如,C=C功能团的拉曼位移在1680一1600cm-1之间。在乙烯中,拉曼位移为1620cm-1;在氯乙烯中为1608cm-1;在烯醛中为1618cm-1;在丙烯中为1641cm-1。
拉曼光谱一般适于洲定有机分子骨架.而红外光谱则适于侧定有机化合物分子的端基。对于有机化合物,如果分子中含有不饱和键以及S-S,CS,C-S,S-H,C-N,C-N,N-N,N-H.金属键和脂环,用拉曼光诺进行检侧较好,因其拉曼散射强度高.特征性强。对于水溶液中有机化合物结构的研究,拉曼光谱更为有利。例如,苯环中取代基的位置,可根据拉曼位移值来确定。间位取代基苯环的拉曼位移值为1000cm-1,,对位取代基为635cm-1,邻位取代基使苯环的拉曼位移值分别为土(1035土15)cm-1’和700cm-1左右。
拉曼和红外光谱两种方法互相配合、互相补充可以更好地解决分子结构的侧定问题。例如,苯环中取代基位置的确定问题。-N=N-,-C三C-,-C-C-等基团,由于它们振动时偶极矩的变化均不大,因此红外吸收一般较弱,而它们的拉曼谱线则一般较强。因此可以用拉曼光谱对这些荃团的鉴定提供更为可靠、明确的依据。对碳链或环的骨架振动,拉曼光谱较红外光诺具有较强的特征性。拉受光谱测定的是拉曼位移,即相对于人射光频率的变化值,在可见光区域,可使用第三单色器,拉曼位移可测到很低的波数。对退偏度的测定,可确定分子的对称性,从而有助于结构的侧定。
拉曼光谱与红外光谱配合,对于鉴别顺反异构体是非常有效的。例如,H4C4N4化合物,在1621cm-1有一表征[attach]51152[/attach]
的强拉曼谱带,与1623cm-1强_红外谱带基本上是一致的,即该化合物同时具有拉曼活性和红外活性。对于具有这种性质的化合物,它一定是不具有对称中心的分子,由此可以推断该化合物是顺式结构。
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高分子滚合物的研究
激光拉曼特别适合高聚物碳链骨架的测定,碳链骨架会产生很强的拉曼谱线。结构不同,拉曼的位移也改变,有些是红外光谱所不能测定的。另外,激光拉曼还可以侧定高聚物的几何构型,利用拉曼诺带的宽度可鉴定结晶度。例如,聚四氛乙烯的结晶度为90%时,谱线较锐;结晶度为60%时,谱线展宽;无定形结构的谱线更宽。
生物高分子的研究
激光光束可聚焦至很小的范围,对粉末试样的需要量极少。水的拉曼散射很弱,在研究水溶液中的生物分子时,激光光束可聚焦至很小的范围,测定中样品用最可低至几微克,溶剂的干扰极小.因此有可能在接近于自然状态的极稀的浓度下,侧定生物分子的组成、构象和分子间的相互作用等。因此,拉曼光谱对水溶液的生物化学研究具有突出的意义。拉曼技术已应用于测定如氨基酸、掂、胰岛素、激素、核酸,DNA,甚至可作为诊断皮肤,眼球晶体等疾病的参考。此外,在生物领域中共振拉曼光谱具有显著的优越性,激光拉曼光谱分析在生物化学和生物物理的研究中已得到迅速的发展。
定量分析
拉曼谱线的强度与入射光的强度和样品分子的浓度成正比
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式中:[attach]51155[/attach]
—在垂直人射光束方向上通过聚焦透镜所收集的拉曼散射的光通量,W;
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一入射光束照射到样品上的光通量,W;
Sk—拉曼散射系数(10-28一10-29)、mol球面度-1
N—单位体积内的分子数;
H—样品的有效长度;
L—考虑到折射率和样品内场效应等因素影响的系数;
a—拉曼光束在聚焦透镜方向上的半角度。
从理论上讲,当其他实验条件一定时,拉曼散射的强度与样品的浓度呈简单的线性关系。但在实验中要得到它们之间的关系是比较困难的,因为拉曼线的强度还受到仪器和样品的许多因家的影响。例如,光雌功率的德定性、单色器的光谱狭缝宽度、样品池的大小、样品的自吸收、由于样品浓度不同引起的折射指数的变化和溶剂中的背景嗓声等。所以,直接比较不同浓度样品间的拉曼线的强度来定盘是困难的。最有效的方法是利用加人内标的方法,即在被测样品中加人少量已知浓度的
物质,在激光照射下.它也产生拉曼讲线。选它的一条拉曼谱线作为标准,将样品的拉曼滋线强度I样品与内标滋线强度I内标进行比较,以散射系数(I样品/I内标)表示相对强度。由于内标和样品完全处于相同的实验条件下,各种影响因素可以相互抵消。所选择的内标必须是:化学性质比较稳定,不与样品中被侧成分发生化学反应;内标拉曼谱线和被分析的拉曼谱线互不干扰;内标应比较纯,不含被侧组分。对于非水溶液.常用的内标为CCI4(459cm-')。对水溶液.常用的内标是NO2-(1050cm-1)和C104一(930cm-1)。在某些情况下,还可用溶剂的拉曼谱线作为内标线。例如,为了侧定尼龙中聚苯乙烯的含量,可选用亚甲基的弯曲振动带1444cm一作为内标谱线.苯环的呼吸振动带1003cm一作为测定谱线。测定结果表明,聚苯乙烯含量在0%-15%范围内与拉曼谱线强度成正比关系。
内标法应用于拉曼光谱法后,使拉曼光谱的定量分析成为可能,并用于有机化合物和无机阴离子的分析。一般的检出限在ppm1最级。所以其灵敏度较低,一般定量分析应用很少。若采用激光共振拉曼光进法可使灵敏度提高。
其他方面
拉曼光谱在化学中的应用很多.如研究液晶的物相变化,无机配合物的组成、结构和稳定性,表面现象和催化机理等。
总之,拉曼光讲法主要应用于物质的鉴定以及分子结构的研究。激光光源的采用为拉曼光谱展示了宽广的前景,使它能广泛地应用于有机化学、无机化学、生物化学、高分子化学、催化、石油化工和环境科学各领域.它已经成为激光分析化学中最活跃的一个分支。
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