谱学导论(大纲)

222.009.1谱学导论教学大纲学分数3周学时3总学时54教学目的与要求课程性质:谱学导论是化学类各专业(包括:化学，应用化学,高分子材料与工程,材料化学)本科学生的一门基础课程,学生在修读完或同时修读分析化学,物理化学,有机化学时修读本课程.基本内容:谱学技术是当代化学研究的重要手段，课程主要以化合物波谱分析,晶体结构分析和表面分析三部分为主.内容包括分子光谱（紫外光谱、红外光谱和拉曼光谱）,磁共振谱（核磁共振和顺磁共振）,质谱,χ射线荧光及衍射谱和表面能谱（XPS、UPS和AES）。重点讨论各类图谱形成的基本原理,测量方法及仪器，结构分析基本方法。并适当介绍在化学其他方面应用。基本要求:通过本课程的学习,要求学生掌握各种谱学方法的基本知识,基本原理和基本的解析方法,理解仪器的构造和测量原理,并能解析一些简单的物质的图谱,提高学生解决化学问题的能力。教学内容及学时分配:绪论第一章分子光谱基础(10学时)1-1多原子分子的结构和对称性1.1.1对称元素和对称操作1.1.2群和分子点群1.1.3群表示及其性质;1-2分子内粒子运动和光谱特征1.2.1核运动与电子运动的分离1.2.2分子光谱的分布和特征1.2.3跃迁概率与选律1.2.4线形和线宽1-3转动光谱1.3.1质心平动的分离1.3.2双原子分子的刚性转子模型1.3.3非刚性转子模型1.3.4多原子分子的振动光谱1.3.5转动光谱的应用1-4振动光谱1.4.1双原子分子的振动方程1.4.2简谐振子模型1.4.3非简谐振子模型1.4.4振动光谱的精细结构-----转振光谱1.4.5多原子分子的振动模式1-5电子光谱1.5.1双原子分子的电子能级及其表示方法1.5.2电子光谱选律1.5.3电子光谱的精细结构1.5.4Franck-Condon原理1.5.5多原子分子电子光谱1-6拉曼光谱1.6.1拉曼散射效应1.6.2拉曼光谱选律及其与红外光谱的互补性1.6.3转动拉曼光谱1.6.4振动拉曼光谱1.6.5共振拉曼光谱1-7光谱的动力学性质——瞬态光谱1.7.1含时Schrödinger方程1.6.2时间分辨光谱测量1-8分子光谱的定量分析基础1.8.1光吸收定律——比尔定律1.8.2分子光谱的定量分析中的定量方法第二章红外和拉曼光谱(6学时)2-1红外光谱仪2.1.1色散型红外光谱仪2.1.2傅立叶变换红外光谱仪2-2红外光谱的测量2.2.1样品的制备2.2.2测试条件对谱带的影响2-3红外光谱的特征吸收峰2.3.1影响特征吸收峰的结构因素2.3.2各类官能团的特征吸收峰2-4红外光谱的应用2-5拉曼光谱仪及应用简介2.5.1仪器简介2.5.2特点及应用概况第三章紫外和可见吸收光谱(3学时)3-1紫外和可见光谱仪3.1.1紫外和可见光谱仪的主要组成部分3.1.2紫外及可见光谱仪的类型3-2影响紫外光谱的因素3.2.1紫外光谱吸收带的分类3.2.2测试条件对紫外及可见吸收谱带的影响;3-3有机化合物的紫外光谱3.3.1共轭烯烃的紫外吸收3.3.2共轭烯酮的紫外吸收3.3.3芳香化合物的紫外吸收3.3.4杂环化合物的紫外吸收3-4无机化合物的紫外光谱3.4.1电荷转移吸收带3.4.2配位体场吸收带3-5紫外-可见光谱的应用3-6荧光光谱第四章磁共振谱(9学时)4-1物质的磁性4.1.1物质的磁性4.1.2分子磁矩及与外磁场的相互作用化学位移4.1.3核磁矩及与外磁场的相互作用4-2核磁共振的基本原理4.2.1核磁共振现象4.2.2化学位移4.2.3自旋-自旋耦合作用4.2.4弛豫4-3核磁共振仪简介4.3.1连续波核磁共振谱仪（CW-NMR）4.3.2脉冲傅里叶变化核磁共振谱仪（PFT-NMR）4-41H核磁共振4.4.1屏蔽效应4.4.2各类质子的化学位移4.4.3化学等价与磁等价4.4.4一级裂分4.4.5自旋体系分类和复杂裂分4.4.6几类常见的耦合及其耦合常数4.4.71H核磁共振谱图解析时常用的一些辅助手段4.4.81H核磁共振谱的应用4-5核磁共振碳谱4.5.1引言4.5.213CNMR化学位移4.5.313C谱中的耦合问题4.5.413C核磁共振谱的应用;4-6核磁共振碳谱4.6.1固体高分辨核磁共振4.6.2二维核磁共振（2D-NMR）4.6.3三维NMR谱4.6.4脉冲梯度场4.6.5核磁共振成像4-7电子顺磁共振谱4.7.1基本原理4.7.2仪器和方法4.7.3研究对象和应用举例第五章质谱法(4学时)5-1质谱仪5.1.1基本原理5.1.2进样系统5.1.3离子源5.1.4质量分析器5.1.5检测及记录5-2质谱图及其离子峰5.2.1质谱图与质谱表5.2.2主要离子峰的类型5.2.3有机化合物的碎裂5-3质谱分析应用5.3.1有机质谱定性分析及图谱解析5.3.2质谱的定量分析5-4质谱的联用技术5.4.1色谱-质谱联用5.3.2质谱-质谱联用(MS-MS)第六章X-射线衍射与荧光光谱(10学时)6-1X射线的产生、性质及特点6.1.1X射线的产生及性质6.1.2X射线与物质的相互作用6-2晶体结构的周期性与对称性6.2.1结构周期性和点阵单位6.2.2结构对称性和晶系的划分6.2.3晶面的表示方法6-3晶X射线单晶衍射法6.3.1结构周期性和点阵单位6.3.2衍射强度和晶胞内原子分布6.3.3单晶衍射实验方法简介6-4X射线多晶衍射法6.4.1特点和原理6.4.2粉末衍射图的获得6.4.3粉末衍射的应用6-5电子衍射法简介6.5.1电子衍射法与X射线衍射法比较6.5.2电子衍射法测定气体分子的几何结构6.5.3低能电子衍射法在表面分析中的应用6-5电子衍射法简介6.5.1电子衍射法与X射线衍射法比较6.5.2电子衍射法测定气体分子的几何结构6-6X射线荧光光谱分析6.6.1X射线荧光分析方法及应用6.6.2X射线荧光光谱仪第七章电子能谱(8学时)7-1电子能谱基本原理7-2紫外光电能谱7.2.1图谱特征7.2.2振动精细结构7.2.3自旋与轨道耦合7.2.4自旋与自旋耦合7-3X-射线光电子能谱7.3.1图谱特征7.3.2化学位移7-4俄歇电子能谱7.4.1俄歇过程和俄歇电子能量7.4.2俄歇图谱7.4.3化学效应7-5电子能谱仪简介7.5.1激发源7.5.2电子能量分析器7.5.3检测器7.5.4真空系统7.5.5样品处理7-6电子能谱的应用7.6.1表面组成的分析7.6.2化学状态的鉴定7.6.3在催化研究中的应用第八章波谱技术在分子结构分析中的应用(2学时)8-1波谱技术鉴定未知物结构的一般方法8.1.1分子式的确定8.1.2分子片断推测8.1.3分子片断连结8-2分子结构的波谱综合解析步骤8-3应用举例教学方式:本课程以课堂讲授为主。考核方式:学期末以笔试方式考试.教材和参考书:教材:《谱学导论》范康年主编，高等教育出版社，2001年7月。参考书：《物理化学》，邓景发、范康年编，高等教育出版社，1993年。本课程历史沿革:本课程是化学系1996年新增设的一门基础课,以物质的结构分析方法为主体，由原有机化学,结构化学,仪器分析课程中的相关内容发展组合而成.最初由范康年和方屹主讲，1999年起由范康年、陆靖和屠波等主讲，2001年出版教材。编制者:范康年审定者:徐华龙系主任:范康年制定日期:2003年12月