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第一章 绪论 1

第一节 结构分析的意义 1

第二节 结构分析的内容 1

一、聚集态结构 1

1.物相结构 2

2.显微结构 2

3.空间分布 2

二、分子与晶体结构 2

1.基团和模块结构 2

2.分子与晶体结构 3

3.构型与构象 3

三、电子结构 3

第三节 结构分析的方法 4

一、波与物质的相互作用 4

二、射频波、微波与物质的相互作用 4

三、红外、可见、紫外光与物质的相互作用 5

四、X射线与物质的相互作用 5

1.X射线照射到物质上产生的一些现象 5

2.现象的解释及可能的应用 5

五、电子与物质的相互作用 7

参考文献 8

第二章 核储共振波谱 9

第一节 核磁共振中的一些基本知识 9

一、基础知识 9

二、脉冲Fourier变换核磁共振（PFT NMR）的基本原理 12

三、磁化强度在磁场里的运动（章动和旋进） 15

四、磁化矢量在磁场里的运动方程——BlOCh方程 15

五、核磁共振谱仪 17

第二节 简单积算符 18

一、预备知识 18

二、简单积算符 20

第三节 自旋回波 24

第四节 1H 与13C的耦合及极化转移 28

一、13C-1H 耦会及去耦 28

二、两个重要的极化转移实验：INEPT与DEPT及谱编辑实验 30

1.基本的INEPT实验 30

2.重聚 INEPT 33

3.DEPT实验 33

第五节 弛豫 34

一、概论 34

二、两种弛豫 35

三、不同弛豫机制的区别 37

第六节 二维核磁共振 38

一、概述 38

二、常用的同核二维实验（COSY，DQF－COSY，TOCSY，NOESY， 2D-INADEQUATE） 40

三、异核二维谱实验（HETCORR，HMQC，HMBC，HSQC） 45

第七节 固体核磁共振 51

一、预备知识 51

二、固体宽谱 52

三、固体高分辨NMR 56

四、四极核的固体高分辨NMR 63

第八节 脉冲梯度场 66

一、有关梯度场实验中的一些基本概念 66

二、用梯度场来测定自扩散系数 67

三、梯度场在二维核磁共振实验中的应用 69

第九节 核磁共振新进展 71

一、核磁共振成像——NMR Imaging（MRI） 71

二、多维（即三维和四维）核磁共振技术 72

三、MASJ－HMQC实验 73

四、二维扩散排序谱（DOSY） 74

五、最新进展的 TROSY（transverse relaxation optimized spectroscopy）实验 75

第十节 实验 76

概述 76

实验一 液体高分辨率1H NMR谱 79

实验二 液体高分辨率 13C NMR谱及去耦 80

实验三 固体高分辨 13C CP／MAS实验步骤 81

实验四 弛豫时间 T1 的测定 82

参考文献 83

第三章 电子顺磁共振波谱法 85

第一节 引言 85

一、EPR的发展 85

二、EPR的研究对象 86

第二节 基本原理 87

一、物质的磁性 87

二、磁场和磁矩 87

三、电子自旋磁矩 88

四、共振条件 89

五、线宽、线型和驰豫 89

1.线宽 89

2.自旋弛豫 90

3.线型 91

六、g因子 93

1.g因子概念 93

2.g因子的测定 94

七、超精细结构 95

1.超精细相互作用 95

2.超精细谱线 97

八、自旋浓度 100

第三节 仪器和方法 101

一、微波系统 101

1.微波及其特点 101

2.微波器件 102

二、磁铁系统 104

1.电磁铁 105

2.磁场的选择 105

3.磁场的技术要求 105

4.磁铁电源 106

5.磁场测量 107

三、谐振腔 107

四、场调制和信号检测系统 109

五、波谱仪的主要技术指标 109

1.灵敏度 109

2.分辨率 109

3.稳定性 109

六、实验技术 109

1.样品制备 110

2.仪器J作参数的选择 111

第四节 应用 113

一、稳定性顺磁物质的直接检测 114

1.有机自由基的研究 114

2.催化剂的研究 116

二、自旋捕获法——高活性自由基的检测 118

1.原理和方法 118

2.自旋捕获技术的应用 118

3.其他方法 120

三、自旋标记法和自旋探针法——逆磁性物质的EPR研究 120

1.自旋标记法 120

2.自旋探针法 121

第五节 EPR进展 124

一、电子一核双共振 125

二、电子一电子双共振 128

三、电子一核一核三共振 129

四、时间域电子顺磁共振 131

第六节 实验 133

实验一 EPR波谱仪的工作参数选择及其性能检测 133

实验二 EPR波谱参数的测量 137

实验三 Fremy盐EPR谱的检测及理论模拟 139

参考文献 142

第四章 红外吸收光谱 145

第一节 红外吸收光谱的发展 145

第二节 红外吸收光谱的基本原理 146

一、红外吸收光谱的形成及红外区的分类 146

二、双原子分子的转动光谱（AB型） 147

三、双原子分子的振动光谱 149

四、多原子分子的振动-转动光谱 150

1.简正振动的数目 150

2.多原子分子的振动- 转动光谱 151

五、红外吸收光谱获得的条件 152

第三节 红外光谱仪器 153

一、双光束红外分光光度计（色散型） 153

二、Fourier变换红外光谱仪 154

1.Fourler变换红外光谱仪的构成 154

2.工作原理 154

3.Fourier变换红外光谱的数学表达式 155

4.Fourier变换红外光谱仪的主要优缺点 156

第四节 红外吸收光谱的应用 157

一、红外吸收光谱与分子结构的关系 157

1.分子振动的分类 157

2.各官能团的吸收频率 158

3.影响基团频率变动的几个因素 161

二、红外光谱的定性分析 165

1.红外定性分析的优点 165

2.谱图的测绘 166

3.谱图解析 166

三、红外光谱的特殊附件及应用 170

1.反射技术及应用 170

2.光声光谱PAS及应用 174

3.催化剂吸附态的原位红外光谱测绘技术及应用 176

四、红外光谱的定量分析 178

1.定量分析原理 178

2.定量分析方法的介绍 178

第五节 Fourier变换红外光谱新技术与新发展 180

一、Fourier变换红外光谱联用技术 180

1.气相色谱与红外光谱联用（GC／IR） 180

2.超临界流体色谱与红外光谱联用（SFC／IR） 182

3.高效液相色谱与红外光谱联用（ LC／IR） 183

二、显微红外光谱法 184

1.红外显微镜原理和仪器结构 184

2.显微红外的应用举例 184

三、Fourier变换红外光谱的光纤技术 186

l.光纤与FTIR光谱联用的优点 186

2.红外光导纤维举例 186

四、同步辐射红外光源的应用 188

第六节 实验 190

实验一 FTIR光谱仪的性能检验及红外光谱的常规测试 190

实验二 用红外光谱的特殊附件测定样品 195

实验三 红外光谱分析未知样品 196

参考文献 197

第五章 拉曼光谱 198

第一节 引言 198

第二节 拉曼光谱原理 198

一、光散射 198

二、拉曼光谱的经典解释 200

三、拉曼散射的选择定则 201

1.经典解释 201

2.量子解释 205

四、拉曼散射的偏振特性 206

五、分子振动的基本理论 209

1.简正振动 209

2.对称性的考虑 213

第三节 实验仪器 215

一、仪器组成 215

一、激光器 216

三、样品装置 217

四、单色器 217

五、检测和记录系统 219

六、控制及数据处理系统 219

七、拉曼位移的单位 220

八、拉曼光谱的测量要求 220

九、仪器性能 220

第四节 应用示例 221

一、在有机化学中的应用 221

二、在无机化学中的应用 223

三、在分析化学中的应用 223

四、表面增强拉曼光谱 224

五、拉曼光谱在高分子材料中的应用 225

六、拉曼光谱在生物学中的应用 226

七、拉曼光谱在物理学中的应用和研究 228

1.半导体 228

2.超晶格与薄膜类材料 228

第五节 拉曼光谱的技术进展 230

第六节 实验 233

实验一 斯托克斯和反斯托克斯拉曼光谱测量 233

实验二 CCl4拉曼散射的偏振特性测量 234

实验三 拉曼光谱测定同位素 234

参考文献 235

第六章 有机质谱 236

第一节 方法原理 236

第二节 实验仪器 237

一、离子源 237

二、质量分析器 239

三、检测器 240

四、真空系统 240

五、计算机控制和数据处理系统 241

六、主要技术指标 241

七、联用技术 242

第三节 谱图解析 244

一、用质谱数据导出化合物的分子式 244

二、有机质谱的碎裂机制 245

三、影响质谱碎裂反应的因素 247

四、常见各类有机化合物的质谱规律 248

1.碳氢化合物 248

2.醇类 249

3.醚 250

4.醛和酮 251

5.羧酸和酯 253

6.胺类化合物 254

7.酰胺 255

8.腈类 255

9.硝基化合物 255

10.硫化物（硫醇和硫醚） 256

11.卤代物 256

第四节 应用举例 257

第五节 有机质谱新进展 260

第六节 实验 262

实验一 质谱仪器的检定 262

实验二 芳香胺的芳香醛衍生物的化学电离质谱（CI）测定 263

实验三 废水中半挥发性有机污染物的气相色谱-质谱分析（GC／MS定 性定量分析技术） 265

参考文献 267

第七章 X射线吸收精细结构光谱 268

第一节 前言 268

一、X射线的发现与其重要作用 268

二、X射线吸收精细结构的特点 268

第二节 X射线吸收光谱 269

一、X射线吸收光谱与精细结构 269

二、产生XAFS的物理机制 271

1.低能XANES 271

2.EXAFS 271

3.XANES 272

第三节 实验方法 273

一、同步辐射XAFS装置 273

二、实验室XAFS装置 274

三、各种XAFS实验技术 275

1.荧光法XAFS技术 275

2.表面 XAFS技术 275

3.时间关联XAFS技术 275

4.自旋分辨XAFS技术 275

5.能量色散EXAFS技术 275

6.软X射线XAFS技术 276

第四节 EXAFS的表达式及数据处理 276

一、EXAFS的表达式 276

二、EXAFS的数据分析 277

1.X（k）的获得 277

2.结构数据的获得 279

第五节 XAFS的应用 281

一、XAFS技术在催化剂结构研究中的应 281

二、XAFS在表面科学中的应用 286

三、XAFS技术在生命科学中的应用 287

四、XAFS技术在材料科学中的应用 288

第六节 XAFS的发展 290

一、XAFS研究领域的扩大 290

二、XAFS实验技术的发展 290

1.与其他技术的结合 290

2.显微XAFS 293

3.在极端条件下的XAFS 295

4.快速XAFS 295

三、一些新的XAFS应用领域 296

1.磁性材料的研究 296

2.在环境科学中的应用 297

3.在电化学中的应用 299

第七节 实验 300

实验一 EXAFS测定局域结构 300

第八节 附录 303

一、同步辐射的发生与特性 303

1.同步辐射的发现与发展 303

2.同步辐射装置 304

3.同步辐射的特性 306

二、常用各单色器晶面间距 308

三、各元素的K边及L边吸收限波长 308

参考文献 309

第八章 X射线单晶衍射结构分析 311

第一节 X射线单晶衍射结构分析的原理 312

一、单晶结构的特点 312

二、单晶X射线衍射的方向 315

四、如何由X射线衍射的方向和强度抽象出结构信息 320

第二节 X射线单晶衍射结构分析的实验方法 320

一、倒易点阵 321

二 、倒易点阵与反射球 323

三、衍射数据收集方法 324

1.Laue法 324

2.回摆法 324

3.Weissenberg照相法 325

4.旋进照相法 325

四、计算机自动控制的四圆单晶衍射仪的原理和结构 326

第三节 利用四圆衍射仪进行单晶结构分析的一般过程 328

一、单晶的挑选和安装 328

二、晶胞参数和方位矩阵的测定 329

三、晶系和Laue对称性的确定 329

四、衍射数据的收集 330

五、系统消光规律和空间群的测定 331

六、强度数据的还原和校正 332

七、晶体结构的解释 332

1. Patterson法 333

2.直接法 334

八、结构的修正和发展 344

九、结构的表达和计算 347

第四节 单晶结构分析的测定实例 348

一、以Patterson函数解晶体结构的实例 349

二、直接法解结构的实例 349

三、绝对构型的测定 351

第五节 单晶结构分析技术的发展 352

一、同步辐射X射线单晶衍射技术 353

二、影像板及面探测器 354

三、结构生物学的发展 357

四、蛋白质晶体结构的解析 358

第六节 实验 358

实验一 晶胞参数的测定和衍射数据的收集 358

实验二 衍射数据的校正还原和结构的解析 360

实验三 晶体结构的精修、发展和表达 363

第七节 附录 364

一、系统消光规律 364

二、结晶学数据库 365

参考文献 368

第九章 X射线多晶体衍射 369

第一节 X射线多晶体衍射的基本原理 369

一、晶体结构周期性的面间距表示法 369

二、多晶体衍射的倒易点阵解释 369

三、X射线多晶体衍射的基本公式 370

1.多晶体衍射方向的公式 370

2.多晶体衍射强度的公式 370

第二节 X射线多晶体衍射的实验方法与衍射谱 372

一、买验方法 372

1.实验装置的基本构造 372

2.X射线发生器 372

3.测角器 373

4.探测和记录系统 374

5.控制和数据处理系统 374

二、多晶体衍射谱及可提供的信息 374

第三节 衍射峰位置的测量与应用 374

一、衍射峰位置的测量 374

1.峰顶法 374

2.中点法 375

3.质心法 375

二、点阵常数的测定和应用 375

2.点阵常数的精确测定 376

3.点阵常数测定的一些应用 376

三、X射线物相定性分析及其应用 377

1.X射线物相定性分析原理与方法 377

2.X射线粉末衍射参比谱 378

3定性相分析应用举例 379

第四节 衍射线强度的测量和应用 382

一、衍射峰强度和测量 382

二、X射线物相定量分析与应用 382

1.衍射线的积分强度 382

2.物相定量分析方法 382

3.定量相分析法应用举例 384

三、择优取向的研究与应用 384

1.择优取向现象 384

2.择优取向材料的衍射特点 384

3.织构的反极图表示法 384

4.测定织构的用处 386

第五节 衍射峰形的分析与应用 386

一、影响衍射峰形的各种因素 386

1.仪器因素 387

2.样品结构因素 387

二、晶粒大小与残余应变的测定 387

1.晶粒大小及残余应变与衍射峰宽的关系 387

2.衍射峰形的分离 388

3.测量晶粒大小与残余应变的应用 391

第六节 粉末衍射的一些发展 392

一、多晶体衍射全谱峰形拟合 392

1.Rietveld全谱峰形拟合法 393

2.Rietveld全谱峰形拟合精修结构应用举例 395

3.粉末衍射从头晶体结构测定 395

4.全谱峰形拟合法在粉末衍射传统领域中的应用 396

二、同步辐射多晶体衍射 399

1.高分辨粉末衍射 400

2.时间分辨与原位研究 400

3.显微衍射 402

4.在极端条件下的粉末衍射与能量色散粉末衍射 402

5.表面和薄膜衍射 403

第七节 实验 405

实验一 物相定性分析 405

实验二 参考强度比法物相定量分析 407

实验三 全谱拟合法测定晶粒大小与残余应力 408

实验四 粉末衍射谱的指标化 410

参考文献 411

第十章 透射电镜与扫描电镜 414

第一节 引言 414

第二节 电子光学基础 415

一、光学透镜 415

二、电磁透镜与像差 416

1.电磁透镜 416

2.电磁透镜的像差 416

3.电磁透镜的分辨本领 418

第三节 透射电子显微镜 419

一、透射电子显微镜的结构 419

二、质量厚度衬度成像原理 420

三、电子衍射成像原理 421

四、衍射衬度成像原理 424

第四节 扫描电子显微镜 426

一、扫描电子显微镜的结构 426

二、扫描电子显微镜的工作原理 426

1.电子束与固体样品的相互作用 427

2.分辨率 429

3.信号检测系统 430

三、扫描电子显微镜的图像衬度 431

第五节 应用 432

一、TEM在研究磁性金属薄膜中的应用 432

二、电镜在中孔分子筛研究中的应用 433

三、电子辐照导致超导材料（Bi、Pb）2 Sr2Ca2Cu3Oy 产生结构的变化 434

四、磁性材料LaFe6Al7经再处理后晶型的转变 435

五、增韧塑料HIPS的微观结构 436

第六节 实验 437

实验一 透射电镜样品的制备及电镜观察 437

实验二 扫描电镜样品的制备及电镜观察 437

第七节 附录 438

一、透射电镜样品的制备技术 438

二、扫描电镜样品的制备技术 442

参考文献 443