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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