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第1章 电磁辐射与谱学基础 1

1.1 电磁辐射基础 1

1.2 电磁辐射能与波谱技术 1

1.3 X射线光谱 3

1.4 电子能谱 4

1.5 分子能级与分子光谱 4

1.6 磁共振谱 6

参考文献 9

第2章 有机质谱 11

2.1 质谱基本知识 11

2.1.1 质谱计 11

2.1.2 离子化的方法 12

2.1.3 质量分析器 18

2.1.4 质谱术语及质谱中的离子 24

2.2 分子离子与分子式 26

2.2.1 分子离子峰的识别 26

2.2.2 分子离子峰的相对强度 28

2.2.3 分子式的推导 29

2.3 有机质谱中的裂解反应 38

2.3.1 研究有机质谱裂解反应的实验方法 38

2.3.2 有机质谱裂解反应机理 38

2.3.3 有机化合物的一般裂解规律 40

2.4 各类有机化合物的质谱 45

2.4.1 烃类化合物的质谱 45

2.4.2 醇、酚、醚 49

2.4.3 硫醇、硫醚 52

2.4.4 胺类化合物 54

2.4.5 卤代烃 55

2.4.6 羰基化合物 56

2.4.7 双取代芳环的邻位效应 65

2.4.8 质谱图中常见碎片离子及其可能来源 67

2.5 质谱中的非氢重排 68

2.5.1 环化取代重排（cyclization displacement rearrangement） 68

2.5.2 消去重排（elimination rearrangement） 69

2.6 质谱解析及应用 70

2.6.1 质谱解析一般程序 70

2.6.2 质谱解析实例 71

2.6.3 质谱应用实例 75

参考文献 83

习题 84

第3章 核磁共振氢谱 89

3.1 核磁共振基本原理 89

3.1.1 原子核的磁矩 89

3.1.2 核磁共振 91

3.1.3 弛豫过程 92

3.1.4 核磁共振的谱线宽度 94

3.2 核磁共振仪 94

3.2.1 连续波核磁共振波谱仪（continual wave-NMR） 94

3.2.2 脉冲Fourier变换核磁共振波谱仪（pulse Fourier transform-NMR） 95

3.3 化学位移 96

3.3.1 电子屏蔽效应 96

3.3.2 化学位移 97

3.3.3 核磁共振氢谱图示 98

3.4 影响化学位移的因素 99

3.4.1 诱导效应 99

3.4.2 化学键的各向异性 100

3.4.3 共轭效应 103

3.4.4 Van der Waals效应 103

3.4.5 浓度、温度、溶剂对δ值的影响 103

3.4.6 各类质子的化学位移及经验计算 104

3.4.7 氘代溶剂的干扰峰 112

3.5 自旋耦合与裂分 112

3.5.1 自旋-自旋耦合机理 112

3.5.2 （n＋1）规律 114

3.5.3 核的等价性 114

3.6 耦合常数与分子结构的关系 117

3.6.1 同碳质子间的耦合（2 J或J同） 117

3.6.2 邻碳质子间的耦合（3 J或J邻） 119

3.6.3 远程耦合 126

3.6.4 其他核对1H的耦合 126

3.7 常见的自旋系统 129

3.7.1 核磁共振氢谱谱图的分类 129

3.7.2 自旋系统的分类与命名 129

3.7.3 二旋系统 131

3.7.4 三旋系统 133

3.7.5 四旋系统 137

3.8 简化1H NMR谱的实验方法 140

3.8.1 使用高频（或高场）谱仪 140

3.8.2 重氢交换法 140

3.8.3 溶剂效应 141

3.8.4 位移试剂（shift reagents） 141

3.8.5 双照射去耦 142

3.9 核磁共振氢谱解析及应用 145

3.9.1 1H NMR谱解析一般程序 145

3.9.2 1H NMR谱解析实例 147

3.9.3 1H NMR谱图检索 150

3.9.4 1H NMR谱的应用 150

参考文献 155

习题 156

第4章 核磁共振碳谱 162

4.1 13C NMR的特点 162

4.2 13C NMR的实验方法及去耦技术 164

4.2.1 13C NMR的实验方法 164

4.2.2 13C NMR的去耦技术 167

4.3 13C的化学位移及影响因素 174

4.3.1 屏蔽原理 174

4.3.2 影响δc的因素 177

4.3.3 各类碳核的化学位移范围 181

4.4 sp3杂化碳的化学位移及经验计算 182

4.4.1 烷烃 183

4.4.2 取代烷烃 185

4.4.3 环烷烃及其衍生物 187

4.5 sp2 ， sp杂化碳的化学位移及经验计算 189

4.5.1 烯烃及其衍生物 189

4.5.2 芳烃、杂芳烃及其衍生物 193

4.5.3 羰基化合物 196

4.5.4 sp杂化碳的化学位移及经验计算 200

4.6 13C NMR的耦合及耦合常数 201

4.6.1 1 H与13C的耦合 201

4.6.2 2 H与13C的耦合 204

4.6.3 13 C与13C的耦合 205

4.6.4 19F与13C的耦合 205

4.6.5 31p与13C的耦合 207

4.7 13C NMR谱解析 209

4.7.1 13C NMR谱解析一般程序 209

4.7.2 13C NMR谱解析实例 210

4.7.3 13C NMR谱图检索 213

4.8 13C NMR的应用 214

4.8.1 13C NMR在立体化学中的应用 214

4.8.2 研究动态过程 216

4.8.3 正碳离子的研究 216

4.8.4 合成高分子的研究 217

4.8.5 有机硅聚合物结构分析 218

4.9 自旋-晶格弛豫时间（T1） 219

4.9.1 自旋-晶格弛豫机制 219

4.9.2 T1的应用 221

4.10 二维核磁共振谱 223

4.10.1 2DNMR实验方法及分类 223

4.10.2 几种二维谱的信息 226

4.11 其他磁共振技术 235

4.11.1 固体高分辨NMR谱 235

4.11.2 三维核共振 235

4.11.3 磁共振成像 236

4.12 其他重要自旋核的核磁共振 237

4.12.1 19F核磁共振谱 237

4.12.2 31P核磁共振谱 238

4.12.3 29 Si核磁共振谱 239

参考文献 242

习题 243

第5章 红外与拉曼光谱 249

5.1 基本原理 249

5.1.1 红外吸收与拉曼散射 249

5.1.2 振动自由度与选律 252

5.1.3 分子的振动方式与谱带 255

5.2 仪器介绍及实验技术 256

5.2.1 红外光谱仪结构及工作原理 256

5.2.2 Fourier变换红外光谱仪 257

5.2.3 激光拉曼光谱仪 258

5.2.4 实验技术 259

5.3 影响振动频率的因素 262

5.3.1 外部因素 262

5.3.2 内部结构因素 263

5.4 各类有机化合物的红外特征吸收 271

5.4.1 第一峰区（3700～2500cm-1） 272

5.4.2 第二峰区（2500～1900cm-1） 279

5.4.3 第三峰区（1900～1500cm-1） 284

5.4.4 第四峰区（1500～600cm-1） 290

5.5 红外光谱解析及应用 296

5.5.1 红外光谱解析一般程序 296

5.5.2 红外谱图的检索 298

5.5.3 红外光谱解析实例 299

5.5.4 红外光谱的应用 302

5.6 红外光谱在高分子结构研究中的应用 304

5.6.1 高分子样品的制备 304

5.6.2 红外光谱在高分子定性分析中的应用 304

5.6.3 聚合物立体构型、构象分析及结晶度测定 304

5.6.4 聚合反应的研究 305

5.6.5 差减光谱技术 305

5.7 红外光谱技术及近期发展 306

5.7.1 FT-1R反射光谱 306

5.7.2 光声光谱（photoacoustics spectroscopy， PAS） 309

5.7.3 时间分辨光谱（time resolved spectroscopy， TRS） 310

5.7.4 二维红外光谱（two dimensional infrared spectroscopy， 2D IR） 310

5.7.5 红外显微成像技术 313

5.8 拉曼光谱的特征谱带 313

5.8.1 拉曼光谱的特征谱带 313

5.8.2 拉曼光谱与红外光谱的区别 314

5.9 拉曼光谱的应用 317

5.9.1 用于聚合物结构的研究 318

5.9.2 用于生物大分子的研究 318

5.9.3 表面增强激光拉曼光谱（SERS）的应用 318

参考文献 319

习题 322

第6章 紫外光谱与荧光光谱 326

6.1 紫外光谱基本原理 326

6.1.1 电子光谱的产生 326

6.1.2 自旋多重性及电子跃迁选择定则 328

6.1.3 有机分子电子跃迁类型 329

6.1.4 紫外光谱表示法及常用术语 331

6.1.5 紫外光谱常用溶剂及溶剂效应 333

6.2 仪器简介 334

6.3 非共轭有机化合物的紫外吸收 335

6.3.1 饱和化合物 335

6.3.2 烯、炔及其衍生物 335

6.3.3 含杂原子的双键化合物 336

6.4 共轭有机化合物的紫外吸收 338

6.4.1 共轭烯烃及其衍生物 338

6.4.2 共轭炔化合物 341

6.4.3 α，β-不饱和醛、酮 342

6.4.4 α，β-不饱和酸、酯、酰胺 345

6.5 芳香族化合物的紫外吸收 345

6.5.1 苯及其衍生物的紫外吸收 345

6.5.2 杂芳环化合物 350

6.6 空间结构对紫外光谱的影响 351

6.6.1 空间位阻的影响 352

6.6.2 顺反异构 352

6.6.3 跨环效应 353

6.7 紫外光谱解析及应用 354

6.7.1 紫外光谱提供的结构信息 354

6.7.2 紫外光谱解析实例 354

6.7.3 紫外谱图和数据检索 356

6.7.4 紫外光谱的应用 357

6.8 荧光光谱 361

6.8.1 分子荧光光谱 361

6.8.2 仪器简介 363

6.8.3 结构因素对分子荧光的影响 364

6.8.4 环境因素对分子荧光的影响 366

6.8.5 荧光光谱的应用 367

参考文献 370

习题 371

第7章 谱图综合解析 373

7.1 谱图综合解析的一般程序 373

7.2 解析实例 375

参考文献 386

习题 386

第8章 X射线光电子能谱 396

8.1 XPS的基本原理和常用术语 396

8.1.1 光电效应 396

8.1.2 原子能级的划分和XPS谱图中谱线的表示 397

8.1.3 电子逸出深度和XPS的取样深度 398

8.1.4 电子结合能 398

8.1.5 化学位移 399

8.1.6 离子溅射 400

8.1.7 XPS的其他物理效应 400

8.2 电子能谱仪简介 401

8.2.1 X射线激发源 402

8.2.2 电子能量分析器 402

8.2.3 电子探测器 403

8.2.4 真空系统 403

8.2.5 辅助功能 404

8.2.6 谱仪的性能指标 404

8.2.7 样品的制备 404

8.3 X射线光电子能谱图的解释及其化学信息 405

8.3.1 XPS谱图的一般特点 405

8.3.2 XPS谱图中的定峰与伴峰 405

8.3.3 价带结构 413

8.4 XPS谱图的处理及分析 414

8.4.1 谱的获取 415

8.4.2 谱图处理 415

8.4.3 定性分析 418

8.4.4 定量分析 419

8.4.5 深度剖析 420

8.4.6 面分析 423

8.5 XPS的应用 424

8.5.1 XPS在纳米材料领域中的应用 424

8.5.2 XPS在催化领域的应用 425

8.5.3 在腐蚀科学中的应用 426

8.5.4 在薄膜材料研究中的应用 428

8.6 发展前景及展望 430

参考文献 430

习题 431