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第一章 分子光谱基础 1

1.1 多原子分子的结构和对称性 1

1.1.1 对称元素和对称操作 1

1.1.2 群和分子点群 2

1.1.3 群表示及其性质 3

1.2 分子内粒子运动和光谱特征 5

1.2.1 核运动和电子运动的分离 5

1.2.2 分子光谱的分布和特征 7

1.2.3 跃迁概率和选律 8

1.2.4 线形和线宽 11

1.3 转动光谱 12

1.3.1 质心平动的分离 12

1.3.2 双原子分子的刚性转子模型 14

1.3.3 非刚性转子模型 15

1.3.4 多原子分子的转动光谱 17

1.3.5 转动光谱的应用 19

1.4 振动光谱 20

1.4.1 双原子分子的振动方程 20

1.4.2 简谐振子模型 20

1.4.3 非简谐振子模型 21

1.4.4 振动光谱的精细结构——振转光谱 24

1.4.5 多原子分子的振动模式 26

1.5 电子光谱 30

1.5.1 双原子分子的电子能级及其表示方法 30

1.5.2 电子光谱选律 31

1.5.3 电子光谱的精细结构——电子振转光谱 33

1.5.4 富兰克-康顿原理 34

1.5.5 多原子分子电子光谱 35

1.6 拉曼光谱 36

1.6.1 拉曼散射效应 36

1.6.2 拉曼光谱选律及其与红外光谱的互补性 37

1.6.3 转动拉曼光谱 38

1.6.4 振动拉曼光谱 38

1.6.5 共振拉曼光谱 39

1.7 光谱的动力学性质——瞬态光谱 41

1.7.1 含时薛定谔方程 42

1.7.2 时间分辨光谱测量 43

1.8 分子光谱的定量分析基础 46

1.8.1 光吸收定律——比尔定律 46

1.8.2 分子光谱定量分析中的定量方法 47

习题 50

参考阅读材料 51

第二章 红外和拉曼光谱 53

2.1 红外光谱仪 53

2.1.1 色散型红外光谱仪 54

2.1.2 傅里叶变换红外光谱仪 55

2.2 红外光谱的测量 56

2.2.1 红外样品的制样 56

2.2.2 测试条件对红外谱带的影响 58

2.3 红外光谱的特征吸收峰 60

2.3.1 影响特征吸收峰的结构因素 60

2.3.2 各类官能团的特征吸收峰 62

2.4 红外光谱的应用 73

2.5 拉曼光谱仪及应用简介 76

2.5.1 仪器简介 76

2.5.2 特点及应用概况 77

习题 78

参考阅读材料 83

第三章 紫外-可见吸收光谱 85

3.1 紫外-可见光谱仪 85

3.1.1 紫外-可见光谱仪的主要组成部分 85

3.1.2 紫外-可见光谱仪的类型 86

3.2 影响紫外光谱的因素 87

3.2.1 紫外光谱吸收带的分类 87

3.2.2 测试条件对紫外-可见吸收谱带的影响 88

3.3 有机化合物的紫外光谱 89

3.3.1 共轭烯烃的紫外吸收 89

3.3.2 共轭烯酮的紫外吸收 90

3.3.3 芳香化合物的紫外吸收 92

3.3.4 杂环化合物的紫外吸收 92

3.4 无机化合物紫外光谱 93

3.4.1 电荷转移吸收带 94

3.4.2 配位体场吸收谱带 94

3.5 紫外-可见光谱的应用 96

3.6 荧光光谱 98

习题 100

参考阅读材料 101

第四章 磁共振谱 102

4.1 物质的磁性 102

4.1.1 物质的磁性 102

4.1.2 分子磁矩及与外磁场的相互作用 103

4.1.3 核磁矩及与外磁场的相互作用 104

4.2 核磁共振的基本原理 105

4.2.1 核磁共振现象 106

4.2.2 化学位移 106

4.2.3 自旋-自旋耦合作用 108

4.2.4 弛豫 110

4.3 核磁共振谱仪简介 110

4.3.1 连续波核磁共振谱仪(CW-NMR) 110

4.3.2 脉冲傅里叶变换核磁共振谱仪(PFT-NMR) 112

4.4 1H核磁共振 113

4.4.1 屏蔽效应 113

4.4.2 各类质子的化学位移 113

4.4.3 化学等价与磁等价 120

4.4.4 一级裂分 121

4.4.5 自旋体系分类和复杂裂分 123

4.4.6 几类常见的耦合及其耦合常数 124

4.4.7 1H核磁共振谱图解析时用到的一些辅助手段 126

4.4.8 1H核磁共振谱的应用 128

4.5 核磁共振碳谱 133

4.5.1 引言 133

4.5.2 13CNMR化学位移 134

4.5.3 13C谱中的耦合问题 136

4.5.4 13C核磁共振谱的应用 138

4.6 其他核磁共振技术 140

4.6.1 固体高分辨核磁共振 140

4.6.2 二维核磁共振 141

4.6.3 三维NMR谱 143

4.6.4 脉冲梯度场(PFG Pulsed Field Gradient) 144

4.6.5 核磁共振成像 144

4.7 电子顺磁共振谱 145

4.7.1 基本原理 145

4.7.2 仪器和方法 154

4.7.3 研究对象和应用举例 158

习题 165

参考阅读材料 167

第五章 质谱法 169

5.1 质谱仪 169

5.1.1 基本原理 169

5.1.2 进样系统 171

5.1.3 离子源 171

5.1.4 质量分析器 175

5.1.5 检测及记录 178

5.2 质谱图及其离子峰 179

5.2.1 质谱图与质谱表 179

5.2.2 主要离子峰的类型 179

5.2.3 有机化合物的碎裂 182

5.3 质谱分析应用 190

5.3.1 有机质谱定性分析及图谱解析 190

5.3.2 质谱的定量分析 195

5.4 质谱的联用技术 197

5.4.1 色潜-质谱联用 197

5.4.2 质谱-质谱联用(MS-MS) 200

习题 200

参考阅读材料 202

第六章 X射线衍射与荧光光谱 204

6.1 X射线的产生、性质及特点 204

6.1.1 X射线的产生及性质 204

6.1.2 X射线与物质的相互作用 206

6.2 晶体结构的周期性与对称性 208

6.2.1 结构周期性和点阵单位 208

6.2.2 结构对称性和晶系的划分 211

6.2.3 晶面的表示方法 214

6.3 X射线单晶衍射法 216

6.3.1 衍射方向和晶胞参数 216

6.3.2 衍射强度和晶胞内原子分布 220

6.3.3 单晶衍射实验方法简介 223

6.4 X射线多晶衍射法 227

6.4.1 特点和原理 228

6.4.2 粉末衍射图的获得 228

6.4.3 粉末衍射的应用 229

6.5 电子衍射法简介 234

6.5.1 电子衍射法与X射线衍射法比较 234

6.5.2 电子衍射法测定气体分子的几何结构 235

6.5.3 低能电子衍射法在表面分析中的应用 237

6.6 X射线荧光光谱分析 239

6.6.1 X射线荧光分析方法及应用 239

6.6.2 X射线荧光光谱仪 241

习题 245

参考阅读材料 247

第七章 电子能谱 248

7.1 电子能谱的基本原理 248

7.2 紫外光电子能谱 250

7.2.1 谱图特征 251

7.2.2 振动精细结构 252

7.2.3 自旋-轨道耦合 253

7.2.4 自旋-自旋耦合 254

7.3 X射线光电子能谱 255

7.3.1 谱图特征 256

7.3.2 化学位移 257

7.4 俄歇电子能谱 258

7.4.1 俄歇过程和俄歇电子能量 258

7.4.2 俄歇谱图 259

7.4.3 化学效应 260

7.5 电子能谱仪简介 262

7.5.1 激发源 262

7.5.2 电子能量分析器 265

7.5.3 检测器 267

7.5.4 真空系统 267

7.5.5 样品处理 268

7.6 电子能谱的应用 268

7.6.1 表面组成的分析 269

7.6.2 化学状态的鉴定 270

7.6.3 在催化研究中的应用 272

习题 274

参考阅读材料 275

附录一 波谱解析综合练习和习题 277

(一)分子结构的波谱综合解析步骤 277

(二)波谱解析综合应用练习 277

(三)波谱解析综合应用习题 289

附录二 国际单位制(SI) 311

附录三 一些物理和化学的基本常数(1986年国际推荐值) 312

附录四 常用的换算因数 314

附录五 化学上重要点群的特征标表 315

部分习题参考答案 326