CHEM130015 谱学导论 An Introduction to Spectroscopy 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,X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 对称元素和对称操作、群和分子点群、群表示及其性质 1-2分子内粒子运动和光谱特征 核运动与电子运动的分离、分子光谱的分布和特征、跃迁概率与选律、线形和线宽 1-3转动光谱 质心平动的分离、双原子分子的刚性转子模型、非刚性转子模型、多原子分子的振动光
1 CHEM130015 谱学导论 An Introduction to Spectroscopy 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 对称元素和对称操作、群和分子点群、群表示及其性质 1-2 分子内粒子运动和光谱特征 核运动与电子运动的分离、分子光谱的分布和特征、跃迁概率与选律、线形和线宽 1-3 转动光谱 质心平动的分离、双原子分子的刚性转子模型、非刚性转子模型、多原子分子的振动光
谱、转动光谱的应用 1-4振动光谱 双原子分子的振动方程、简谐振子模型、非简谐振子模型、振动光谱的精细结构-转 振光谱、多原子分子的振动模式 1-5电子光谱 双原子分子的电子能级及其表示方法、电子光谱选律、电子光谱的精细结构 Franck-Condon原理、多原子分子电子光谱 1-6拉曼光谱 拉曼散射效应、拉曼光谱选律及其与红外光谱的互补性、转动拉曼光谱、振动拉曼光 谱、共振拉曼光谱 1-7光谱的动力学性质一一瞬态光谱 含时 Schrodinger方程、时间分辨光谱测量、 1-8分子光谱的定量分析基础 光吸收定律——比尔定律、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 色散型红外光谱仪、傅立叶变换红外光谱仪 2-2红外光谱的测量 样品的制备、测试条件对谱带的影响 2-3红外光谱的特征吸收峰 影响特征吸收峰的结构因素、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 仪器简介、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 紫外和可见光谱仪的主要组成部分、紫外及可见光谱仪的类型 3-2影响紫外光谱的因素 紫外光谱吸收带的分类、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 共轭烯烃的紫外吸收、共轭烯酮的紫外吸收、芳香化合物的紫外吸收、杂环化合物的 紫外吸收 3-4无机化合物的紫外光谱
2 谱、转动光谱的应用 1-4 振动光谱 双原子分子的振动方程、简谐振子模型、非简谐振子模型、振动光谱的精细结构-转 振光谱、多原子分子的振动模式 1-5 电子光谱 双原子分子的电子能级及其表示方法、电子光谱选律、电子光谱的精细结构、 Franck-Condon 原理、多原子分子电子光谱 1-6 拉曼光谱 拉曼散射效应、拉曼光谱选律及其与红外光谱的互补性、转动拉曼光谱、振动拉曼光 谱、共振拉曼光谱 1-7 光谱的动力学性质——瞬态光谱 含时 Schrödinger 方程、时间分辨光谱测量、 1-8 分子光谱的定量分析基础 光吸收定律——比尔定律、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 色散型红外光谱仪、傅立叶变换红外光谱仪 2-2 红外光谱的测量 样品的制备、测试条件对谱带的影响 2-3 红外光谱的特征吸收峰 影响特征吸收峰的结构因素、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 仪器简介、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 紫外和可见光谱仪的主要组成部分、紫外及可见光谱仪的类型 3-2 影响紫外光谱的因素 紫外光谱吸收带的分类、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 共轭烯烃的紫外吸收、共轭烯酮的紫外吸收、芳香化合物的紫外吸收、杂环化合物的 紫外吸收 3-4 无机化合物的紫外光谱
1电荷转移吸收带、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 物质的磁性、分子磁矩及与外磁场的相互作用化学位移、核磁矩及与外磁场的相互 作用 4-2核磁共振的基本原理 核磁共振现象、化学位移、自旋-自旋耦合作用、弛豫 4-3核磁共振仪简介 连续波核磁共振谱仪(CW-NR)、脉冲傅里叶变化核磁共振谱仪(PFT-NMR) 4-4H核磁共振 屏蔽效应、各类质子的化学位移、化学等价与磁等价、一级裂分、自旋体系分类和复 杂裂分、几类常见的耦合及其耦合常数、H核磁共振谱图解析时常用的一些辅助手段 H核磁共振谱的应用 4-5核磁共振碳谱 引言、CNR化学位移、C谱中的耦合问题、C核磁共振谱的应用 4 核磁共振碳谱 固体高分辨核磁共振、二维核磁共振(2D-N)、三维NR谱、脉冲梯度场、核磁共 振成像 4-7电子顺磁共振谱 基本原理、仪器和方法、研究对象和应用举例 第五章质谱法(4学时) 5-1质谱仪 基本原理、进样系统、离子源、质量分析器、检测及记录 5-2质谱图及其离子峰 质谱图与质谱表、主要离子峰的类型、有机化合物的碎裂 5-3质谱分析应用 有机质谱定性分析及图谱解析、质谱的定量分析 5-4质谱的联用技术 色谱-质谱联用、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射线的产生、性质及特点
3 1 电荷转移吸收带、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 物质的磁性、分子磁矩及与外磁场的相互作用化学位移、核磁矩及与外磁场的相互 作用 4-2 核磁共振的基本原理 核磁共振现象、化学位移、自旋-自旋耦合作用、弛豫 4-3 核磁共振仪简介 连续波核磁共振谱仪（CW-NMR）、脉冲傅里叶变化核磁共振谱仪（PFT-NMR） 4-4 1 H 核磁共振 屏蔽效应、各类质子的化学位移、化学等价与磁等价、一级裂分、自旋体系分类和复 杂裂分、几类常见的耦合及其耦合常数、 1 H 核磁共振谱图解析时常用的一些辅助手段、 1 H 核磁共振谱的应用 4-5 核磁共振碳谱 引言、 13C NMR 化学位移、13C 谱中的耦合问题、13C 核磁共振谱的应用 4-6 核磁共振碳谱 固体高分辨核磁共振、二维核磁共振（2D-NMR）、三维 NMR 谱、脉冲梯度场、核磁共 振成像 4-7 电子顺磁共振谱 基本原理、仪器和方法、研究对象和应用举例 第五章 质谱法(4 学时) 5-1 质谱仪 基本原理、进样系统、离子源、质量分析器、检测及记录 5-2 质谱图及其离子峰 质谱图与质谱表、主要离子峰的类型、有机化合物的碎裂 5-3 质谱分析应用 有机质谱定性分析及图谱解析、质谱的定量分析 5-4 质谱的联用技术 色谱-质谱联用、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、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 结构周期性和点阵单位、结构对称性和晶系的划分、晶面的表示方法 6-3晶X射线单晶衍射法 结构周期性和点阵单位、衍射强度和晶胞内原子分布、单晶衍射实验方法简介 6-4X射线多晶衍射法 特点和原理、粉末衍射图的获得、粉末衍射的应用 6-5电子衍射法简介 电子衍射法与X射线衍射法比较、电子衍射法测定气体分子的几何结构、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 电子衍射法与X射线衍射法比较、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 X射线荧光分析方法及应用、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 图谱特征、振动精细结构、自旋与轨道耦合、自旋与自旋耦合 7-3X-射线光电子能谱 图谱特征、化学位移 7-4俄歇电子能谱 俄歇过程和俄歇电子能量、俄歇图谱、化学效应 7-5电子能谱仪简介 激发源、电子能量分析器、检测器、真空系统、样品处理 7-6电子能谱的应用 表面组成的分析、化学状态的鉴定、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 分子式的确定、分子片断推测、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
4 X 射线的产生及性质、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 结构周期性和点阵单位、结构对称性和晶系的划分、晶面的表示方法 6-3 晶 X 射线单晶衍射法 结构周期性和点阵单位、衍射强度和晶胞内原子分布、单晶衍射实验方法简介 6-4 X 射线多晶衍射法 特点和原理、粉末衍射图的获得、粉末衍射的应用 6-5 电子衍射法简介 电子衍射法与 X 射线衍射法比较、电子衍射法测定气体分子的几何结构、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 电子衍射法与 X 射线衍射法比较、电子衍射法测定气体分子的几何结构 6-6 X 射线荧光光谱分析 X 射线荧光分析方法及应用、X 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 图谱特征、振动精细结构、自旋与轨道耦合、自旋与自旋耦合 7-3 X-射线光电子能谱 图谱特征、化学位移 7-4 俄歇电子能谱 俄歇过程和俄歇电子能量、俄歇图谱、化学效应 7-5 电子能谱仪简介 激发源、电子能量分析器、检测器、真空系统、样品处理 7-6 电子能谱的应用 表面组成的分析、化学状态的鉴定、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 分子式的确定、分子片断推测、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》(第二版),范康年主编,高等教育出版社,2005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、陆靖和屠波等教授主讲,近年来又有付正文教授和吴劼教授参加讲课。《谱学导 论》教材2001年由高等教育出版社作为面向21世纪课程教材出版,并于2004年获上海市 优秀教材二等奖。“《谱学导论》课程建设”获2005年上海市教学成果一等奖和国家级教 学成果一等奖。 编制者:范康年 审定者:徐华龙 系主任:唐颐 制定日期:2006年12月
5 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》（第二版），范康年主编，高等教育出版社，2005 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、陆靖和屠波等教授主讲，近年来又有付正文教授和吴劼教授参加讲课。《谱学导 论》教材 2001 年由高等教育出版社作为面向 21 世纪课程教材出版，并于 2004 年获上海市 优秀教材二等奖。“《谱学导论》课程建设”获 2005 年上海市教学成果一等奖和国家级教 学成果一等奖。 编制者:范康年 审定者:徐华龙 系主任: 唐颐 制定日期:2006 年 12 月