【化学课件】复旦大学：谱学导论（大纲）

【化学课件】复旦大学：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 1.5.4 Franck-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) 14-4 H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 1H核磁共振谱图解析时常用的一些辅助手段 4.4.7 14.4.8 H核磁共振谱的应用 4-5 核磁共振碳谱 4.5.1引言 134.5.2 C NMR化学位移 134.5.3 C 谱中的耦合问题 134.5.4 C 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) 6-1 X射线的产生、性质及特点 X射线的产生及性质 6.1.1 6.1.2 X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 6-4 X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 X射线荧光光谱分析 6-6 6.6.1射线荧光分析方法及应用 X 6.6.2射线荧光光谱仪 X 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 7-3 X-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