高等结构分析PDF电子书下载

第二节　结构分析的内容与方法 1

一、结构分析的内容 1

目录 1

第一章　绪论 1

第一节　结构分析的意义 1

1．分子与晶体结构 2

3．聚集态结构 3

2．电子结构 3

一、各种实验结构分析方法的一般过程 4

第三节　波与物质的相互作用 4

二、结构分析的方法 4

2．波的散射 5

1．概述 5

二、波与物质的相互作用 5

3．波的吸收 6

5．波的衍射 7

4．波的发射 7

1．射频波 8

一、低能段 8

6．波热转换 8

7．波的折射与反射 8

第四节　不同能段的波与物质结构的关系 8

2．微波 9

1．吸收光谱 10

二、中能段 10

2．发射光谱 12

1．X射线波段 16

三、高能段 16

3．拉曼光谱 16

2．γ射线波段 18

四、电子与物质的相互作用 19

参考文献 20

第一节 引言 21

第二章　核磁共振波谱 21

一、基础知识 22

第二节　核磁共振中的一些基本知识 22

二、脉冲Fourier变换核磁共振（PFT NMR）的基本原理 26

三、磁化强度在磁场里的运动（章动和旋进） 28

四、磁化矢量在磁场里的运动方程——Bloch方程 29

五、核磁共振谱仪 30

一、化学位移 31

第三节　核磁共振氢谱 31

二、耦合常数 33

第四节　简单积算符 34

一、预备知识 35

二、简单积算符 37

第五节 自旋回波 41

一、13C-1H耦合及去耦 44

第六节　1H与13C的耦合及极化转移 44

二、两个重要的极化转移实验（INEPT与DEPT及谱编辑实验） 47

1．基本的INEPT实验 48

2．重聚INEPT 49

3．DEPT实验 50

一、概论 51

第七节　弛豫 51

二、两种弛豫 53

三、不同弛豫机制的区别 54

一、概述 55

第八节　二维核磁共振 55

二、常用的同核二维实验（COSY,DQF-COSY,TOCSY,NOESY,2D-INADEQUATE） 57

三、异核二维谱实验（HETCOR,HMQC,HMBC,HSQC） 64

一、预备知识 70

第九节　固体核磁共振 70

二、固体宽谱 71

三、固体高分辨NMR 75

四、四极核的固体高分辨NMR 82

一、有关梯度场实验中的一些基本概念 85

第十节　脉冲梯度场 85

二、用梯度场来测定自扩散系数 86

三、梯度场在二维核磁共振实验中的应用 87

一、核磁共振成像——NMR Imaging（MRI） 90

第十一节　核磁共振新进展 90

二、多维（即三维和四维）核磁共振技术 91

三、MAS-J-HMQC实验 92

五、最新进展的TROSY（Transverse Relaxation Optimized Spectroscopy）实验 93

四、二维扩散排序谱（DOSY） 93

第十二节　实验 95

实验一　液体高分辨率1H NMR谱 98

实验二 液体高分辨率13C NMR谱及DEPT谱 99

实验四 灵敏度增强的HSQC实验 100

实验三 2D1H—1H COSY实验（带脉冲梯度场） 100

实验五 固体高分辨13C CP/MAS实验步骤 102

实验六 弛豫时间常数T1的测定 103

参考文献 104

一、EPR的发展 106

第一节 引言 106

第三章　电子顺磁共振波谱法 106

二、EPR的研究对象 107

二、磁场和磁矩 108

一、物质的磁性 108

第二节　基本原理 108

三、电子自旋磁矩 109

1．线宽 110

五、线宽、线型和弛豫 110

四、共振条件 110

2．自旋弛豫 111

3．线型 112

1．g因子概念 114

六、g因子 114

2．g因子的测定 115

1．超精细相互作用 116

七、超精细结构 116

2．超精细谱线 118

八、自旋浓度 121

1．微波及其特点 122

一、微波系统 122

第三节　仪器和方法 122

2．微波器件 123

二、磁铁系统 125

3．磁场的技术要求 126

2．磁场的选择 126

1．电磁铁 126

4．磁铁电源 127

三、谐振腔 128

5．磁场测量 128

2．分辨率 130

1．灵敏度 130

四、场调制和信号检测系统 130

五、波谱仪的主要技术指标 130

1．样品制备 131

六、实验技术 131

3．稳定性 131

2．仪器工作参数的选择 132

第四节　应用 134

1．有机自由基的研究 135

一、稳定性顺磁物质的直接检测 135

2．催化剂的研究 137

1．原理和方法 139

二、自旋捕获法——高活性自由基的检测 139

2．自旋捕获技术的应用 140

1．自旋标记法 141

三、自旋标记法和自旋探针法——逆磁性物质的EPR研究 141

3．其他方法 141

2．自旋探针法 142

第五节 EPR进展 145

一、电子-核双共振 146

二、电子-电子双共振 149

三、电子-核-核三共振 150

四、时间域电子顺磁共振 152

实验一 EPR波谱仪的工作参数选择及其性能检测 154

第六节　实验 154

实验二 EPR波谱参数的测量 158

实验三 Fremy盐EPR谱的检测及理论模拟 159

参考文献 162

第一节　红外吸收光谱的发展 166

第四章　红外吸收光谱 166

一、红外吸收光谱的形成及红外区的分类 167

第二节　红外吸收光谱的基本原理 167

二、双原子分子的转动光谱（AB型） 168

三、双原子分子的振动光谱 170

1．简正振动的数目 171

四、多原子分子的振动-转动光谱 171

2．多原子分子的振动-转动光谱 172

五、红外吸收光谱获得的条件 173

一、双光束红外分光光度计（色散型） 174

第三节　红外光谱仪器 174

2．工作原理 175

1．Fourier变换红外光谱仪的构成 175

二、Fourier变换红外光谱仪 175

3．Fourier变换红外光谱的数学表达式 176

4．Fourier变换红外光谱仪的主要优缺点 177

1．分子振动的分类 178

一、红外吸收光谱与分子结构的关系 178

第四节　红外吸收光谱的应用 178

2．各官能团的吸收频率 179

3．影响基团频率变动的几个因素 182

1．红外光谱定性分析的优点 186

二、红外光谱的定性分析 186

3．谱图解析 187

2．谱图的测绘 187

1．反射技术及应用 191

三、红外光谱的特殊附件及应用 191

2．光声光谱PAS及应用 195

3．催化剂吸附态的原位红外光谱测绘技术及应用 197

1．定量分析原理 200

四、红外光谱的定量分析 200

2．定量分析方法的介绍 201

1．气相色谱与红外光谱联用（GC/IR） 202

一、Fourier变换红外光谱联用技术 202

第五节　Fourier变换红外光谱新技术与新发展 202

2．超临界流体色谱与红外光谱联用（SFC/IR） 204

3．高效液相色谱与红外光谱联用（LC/IR） 205

1．红外显微镜原理和仪器结构 206

二、显微红外光谱法 206

2．显微红外光谱的应用举例 207

1．光纤与FTIR光谱联用的优点 208

三、Fourier变换红外光谱的光纤技术 208

2．红外光导纤维举例 209

四、同步辐射红外光源的应用 211

实验一 FTIR光谱仪的性能检验及红外光谱的常规测试 212

第六节　实验 212

实验二 用红外光谱的特殊附件测定样品 217

实验三 红外光谱分析未知样品 218

参考文献 219

1．可见紫外光谱与解释 220

一、可见紫外光谱与分子中的电子能级 220

第五章　可见紫外光谱 220

第一节 可见紫外光谱原理 220

2．分子轨道理论 225

3．晶体场理论和配位场理论 228

1．光的吸收 231

二、可见紫外吸收光谱法 231

2．有机化合物的吸收光谱 232

3．无机化合物的吸收光谱 236

1．荧光和磷光与物质结构的关系 239

三、可见紫外荧光及磷光光谱法 239

2．荧光与环境 242

一、可见紫外光谱仪的基本组成 243

第二节　可见紫外光谱仪 243

1．光源 244

二、可见紫外光谱仪的部件简介 244

2．单色器 246

3．样品室 249

4．检测器 250

5．显示与数据处理系统 252

1．可见-紫外分光光度计的类型 253

三、可见紫外光谱仪的分类及介绍 253

2．介绍几种紫外可见光谱 255

四、可见紫外光谱仪的发展 257

1．分光光度计的进展 257

2．荧光光谱仪的发展 258

1．催化剂活性组分与载体间的相互作用 259

一、在纳米材料研究中的应用 259

第三节 可见紫外光谱的应用 259

2．含有BaMoO4纳米粒子的反胶束溶液与罗丹明B（C28H31ClN2O3）的相互作用 260

1．不同直径微球构成的胶体晶体的紫外可见吸收光谱 262

二、在胶体界面研究中的应用 262

四、在非晶态玻璃材料研究中的应用 263

三、在催化研究中的应用 263

2．反重力自组装聚苯乙烯微球模板的透光率 263

五、在配位化学研究中的应用 264

六、在生命科学研究中的应用 265

七、在环境科学研究中的应用 269

八、在药物研究中的应用 270

实验一 有机化合物的紫外可见吸收光谱 272

第四节　实验 272

实验二 化合物和结构鉴定 273

实验三 络合物的配位数与稳定常数的测定 277

参考文献 279

一、光散射 282

第二节　拉曼光谱原理 282

第六章　拉曼光谱 282

第一节　引言 282

二、拉曼光谱的经典解释 284

1．经典解释 285

三、拉曼散射的选择定则 285

2．量子解释 289

四、拉曼散射的偏振特性 290

1．简正振动 293

五、分子振动的基本理论 293

2．对称性的考虑 297

二、激光器 300

一、仪器组成 300

第三节　实验仪器 300

四、单色器 302

三、样品装置 302

六、控制及数据处理系统 304

五、检测和记录系统 304

九、仪器性能 305

八、拉曼光谱的测量要求 305

七、拉曼位移的单位 305

一、在有机化学中的应用 306

第四节　应用示例 306

三、在分析化学中的应用 308

二、在无机化学中的应用 308

四、表面增强拉曼光谱 309

五、拉曼光谱在高分子材料中的应用 310

六、拉曼光谱在生物学中的应用 311

2．超晶格与薄膜类材料 314

1．半导体 314

七、拉曼光谱在物理学中的应用和研究 314

第五节　拉曼光谱的技术进展 316

实验二 CCl4拉曼散射的偏振特性测量 320

实验一 斯托克斯和反斯托克斯-拉曼光谱测量 320

第六节　实验 320

实验三 拉曼光谱测定同位素 321

参考文献 322

第一节　前言 323

第七章　X射线吸收精细结构光谱 323

一、X射线吸收精细结构 324

第二节　X射线吸收光谱 324

1．低能XANES 325

二、产生XAFS的物理机制 325

2．EXAFS 326

3．XANES 327

一、同步辐射XAFS装置 328

第三节　实验方法 328

三、各种XAFS实验技术 329

二、实验室XAFS装置 329

3．衍射反常散射精细结构（diffraction anomalous fine structure,DAFS） 330

2．电子产额与表面XAFS技术（SEXAFS） 330

1．荧光法XAFS技术 330

5．能量色散EXAFS技术 331

4．轻元素的XAFS技术 331

一、EXAFS的表达式 332

第四节 EXAFS的表达式及数据处理 332

1．χ（k）的获得 333

二、EXAFS的数据分析 333

2．结构数据的获得 335

一、XAFS技术在催化剂结构研究中的应用 337

第五节　XAFS的应用 337

二、XAFS在表面科学中的应用 342

三、XAFS技术在生命科学中的应用 343

四、XAFS技术在材料科学中的应用 344

五、在环境科学中的应用 346

六、在电化学中的应用 347

七、在医药中的应用 348

一、联合技术 349

第六节　XAFS的发展 349

二、位置选择技术 350

三、X射线磁圆二色谱 352

1．吸附在凝灰石上不同位置的Pu的状态分析 353

四、显微XAFS与成像 353

2．XAFS显微成像 354

五、原位与在极端条件下的XAFS 356

六、快速与时间分辨XAFS 358

实验一 EXAFS测定局域结构 363

第七节　实验 363

1．同步辐射的发现与发展 366

一、同步辐射的发生与特性 366

第八节　附录 366

2．同步辐射装置 368

3．同步辐射的特性 370

三、各元素的K边及L边吸收限波长 371

二、常用各单色器晶面间距 371

参考文献 372

第八章　X射线单晶衍射结构分析 375

一、单晶结构的特点 376

第一节　X射线单晶衍射结构分析的原理 376

二、单晶X射线衍射的方向 379

三、单晶X射线衍射线的强度 380

第二节　X射线单晶衍射结构分析的实验方法 384

四、如何由X射线衍射的方向和强度抽象出结构信息 384

一、倒易点阵 385

二、倒易点阵与反射球 387

2．回摆法 388

1．Laue法 388

三、衍射数据收集方法 388

4．旋进照相法 389

3．Weissenberg照相法 389

四、计算机自动控制的四圆单晶衍射仪的原理和结构 390

一、单晶的挑选和安装 392

第三节　利用四圆衍射仪进行单晶结构分析的一般过程 392

三、晶系和Laue对称性的确定 393

二、晶胞参数和方位矩阵的测定 393

四、衍射数据的收集 394

五、系统消光规律和空间群的测定 395

七、晶体结构的解释 396

六、强度数据的还原和校正 396

1．Patterson法 397

2．直接法 398

八、结构的修正和发展 408

九、结构的表达和计算 411

第四节　单晶结构分析的测定实例 412

二、直接法解结构的实例 413

一、以Patterson函数解晶体结构的实例 413

三、绝对构型的测定 415

第五节　单晶结构分析技术的发展 416

一、同步辐射X射线单晶衍射技术 417

二、影像板及面探测器 418

三、结构生物学的发展 421

实验一 晶胞参数的测定和衍射数据的收集 422

第六节　实验 422

四、蛋白质晶体结构的解析 422

实验二 衍射数据的校正还原和结构的解析 424

实验三 晶体结构的精修、发展和表达 427

一、系统消光规律 428

第七节　附录 428

二、结晶学数据库 429

1．溶液法 432

三、晶体生长和晶体质量的评估 432

5．晶体质量的评估 435

4．固态合成 435

2．升华法 435

3．流动相生长 435

参考文献 436

二、多晶体衍射的倒易点阵解释 438

一、晶体结构周期性的面间距表示法 438

第九章　X射线多晶体衍射 438

第一节　X射线多晶体衍射的基本原理 438

2．多晶体衍射强度的公式 439

1．多晶体衍射方向的公式 439

三、X射线多晶体衍射的基本公式 439

2．X射线发生器 441

1．实验装置的基本构造 441

第二节　X射线多晶体衍射的实验方法与衍射谱 441

一、实验方法 441

3．光路与测角器 442

5．控制和数据处理系统 443

4．探测和记录系统 443

二、点阵常数的测定和应用 444

3．质心法 444

二、多晶体衍射谱及可提供的信息 444

第三节　衍射峰位置的测量与应用 444

一、衍射峰位置的测量 444

1．峰顶法 444

2．中点法 444

2．点阵常数的精确测定 445

1．点阵常数的测定 445

3．点阵常数测定的一些应用 446

2．X射线粉末衍射参比谱 449

1．X射线物相定性分析原理与方法 449

三、X射线物相定性分析及其应用 449

3．定性相分析应用举例 451

2．物相定量分析方法 455

1．衍射线的积分强度 455

第四节　衍射线强度的测量和应用 455

一、衍射峰强度和测量 455

二、X射线物相定量分析与应用 455

3．定量相分析法应用举例 456

3．织构的反极图表示法 457

2．择优取向材料的衍射特点 457

三、择优取向的研究与应用 457

1．择优取向现象 457

4．织构的深度分辨分析 458

5．测定织构的用处 461

2．样品结构因素 462

1．仪器因素 462

第五节　衍射峰形的分析与应用 462

一、影响衍射峰形的各种因素 462

1．晶粒大小及残余应变与衍射峰宽的关系 463

二、晶粒大小与残余应变的测定 463

2．衍射峰形的分离 464

3．测量晶粒大小与残余应变的应用 466

第六节　多晶体衍射全谱峰形拟合 467

1．全谱拟合的理论要点 468

一、Rietveld全谱峰形拟合法 468

4．本底函数Yib 469

3．峰宽函数Hk 469

2．峰形函数Gk 469

二、Rietveld全谱峰形拟合精修结构应用举例 470

5．择优取向校正 470

三、粉末衍射从头晶体结构测定 471

四、全谱峰形拟合法在粉末衍射传统领域中的应用 472

2．物相定量分析 473

1．物相定性分析 473

3．晶粒大小、微应力及各种微结构的测定 474

一、高分辨粉末衍射 475

第七节　同步辐射多晶体衍射 475

二、时间分辨与原位研究 476

三、显微衍射 479

四、在极端条件下的粉末衍射与能量色散粉末衍射 480

五、表面和薄膜衍射 481

六、共振X射线粉末衍射 483

实验一 物相定性分析 486

第八节　实验 486

实验二 参考强度比法物相定量分析 488

实验三 全谱拟合法测定晶粒大小与残余应力 489

实验四 粉末衍射谱的指标化 490

参考文献 492

第一节　方法原理 496

第十章　有机质谱 496

一、离子源 497

第二节　实验仪器 497

二、质量分析器 499

三、检测器 500

六、主要技术指标 501

五、计算机控制和数据处理系统 501

四、真空系统 501

七、联用技术 502

一、用质谱数据导出化合物的分子式 504

第三节　谱图解析 504

二、有机质谱的碎裂机制 505

三、影响质谱碎裂反应的因素 507

1．碳氢化合物 508

四、常见各类有机化合物的质谱规律 508

2．醇类 509

3．醚 510

4．醛和酮 511

5．羧酸和酯 513

6．胺类化合物 514

7．酰胺 515

8．腈类 515

9．硝基化合物 515

10．硫化物（硫醇和硫醚） 516

11．卤代物 516

第四节　应用举例 517

第五节　有机质谱新进展 520

第六节　实验 522

实验一 质谱仪器的检定 522

实验二 芳香胺的芳香醛衍生物的化学电离质谱测定 523

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） 525

参考文献 527

第一节　光学显微术 528

一、光学显微术的发展 528

第十一章　显微分析技术 528

二、光学显微镜的基本结构 529

三、偏光显微镜 530

四、相差显微镜与微分干涉差显微镜 530

五、荧光显微镜 531

第二节　透射电子显微术 532

一、电子显微术的发展 532

二、光镜的分辨极限与电磁透镜 533

三、电磁透镜的像差与分辨本领 535

四、透射电子显微镜的结构 536

五、质量厚度衬度成像原理 538

六、电子衍射原理 539

七、衍射衬度成像原理 542

第三节　扫描电子显微术 543

二、扫描电子显微镜的工作原理 544

1．电子束与固体样品的相互作用 544

一、扫描电子显微镜的结构 544

2．分辨率 547

3．信号检测系统 548

三、扫描电子显微镜的图像衬度 549

第四节　扫描探针显微镜 550

一、扫描探针显微镜的一般构造 550

1．探针 551

2．扫描器 552

4．振动隔绝 553

5．工作环境 553

3．反馈回路 553

二、扫描隧道显微镜 554

1．基本原理 554

2．仪器 555

3．工作模式与工作条件 556

4．STM图像 557

5．扫描隧道谱 557

6．STM纳米制造和原子操纵 558

三、原子力显微镜 558

1．原理 559

2．仪器 559

3．AFM的工作模式 560

四、其他的扫描探针显微镜 562

1．横向力显微镜 562

4．AFM图像 562

2．磁力显微镜 564

3．扫描近场光学显微镜 564

第五节　应用 566

一、光学显微镜研究生物膜的结构 566

二、电子衍射法研究材料的结构变化 568

三、电镜在中孔分子筛研究中的应用 568

四、AFM力曲线与单分子拉伸力谱 571

五、AFM与TEM在嵌段共聚物自组装研究中的应用比较 574

第六节　实验 576

实验一 透射电镜样品的制备及电镜观察 576

第七节　附录 577

一、透射电镜样品的制备技术 577

实验二 扫描电镜样品的制备及电镜观察 577

1．载网 578

2．复型技术 579

3．薄膜样品的制备技术 580

二、扫描电镜样品的制备技术 581

参考文献 582

第十二章　表面结构分析 585

第一节 引言 585

一、晶体表面的周期结构 587

1．点阵和表面晶胞 587

第二节　表面结构基础 587

2．密勒指数 588

3．表面结构的命名法 588

4．倒格子 590

1．面心立方（fcc） 591

2．六角密堆（hcp） 591

二、表面原子结构 591

4．金刚石结构 592

5．化合物和合金 592

3．体心立方（bcc） 592

1．表面弛豫 593

2．表面再构 593

三、表面弛豫与再构 593

第三节　电子衍射技术 596

一、低能电子衍射（LEED） 596

四、表面缺陷 596

1．原理 597

2．实验装置 598

3．LEED图像 599

4．LEED应用 601

二、反射高能电子衍射（RHEED） 602

1．原理 603

2．仪器 605

3．RHEED图像分析 605

4．RHEED强度振荡 606

5．应用 607

实验一 LEED图像的观察和分析 608

实验二 RHEED图像的观察和分析 608

第四节　实验 608

参考文献 609