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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