222009.1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,提髙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)
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
1-1 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光谱的动力学性质一一瞬态光谱 1.7.1含时 Schrodinger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光吸收定律一一比尔定律 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
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
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)
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) 4-4H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 4.4.7H核磁共振谱图解析时常用的一些辅助手段 4.4.8H核磁共振谱的应用 4-5核磁共振碳谱 4.5.1引言 4.5.21CNMR化学位移 4.5.31C谱中的耦合问题 4.5.4C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
4.3.2 脉冲傅里叶变化核磁共振谱仪（PFT-NMR） 4-4 1 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 4.4.7 1 H 核磁共振谱图解析时常用的一些辅助手段 4.4.8 1 H 核磁共振谱的应用 4-5 核磁共振碳谱 4.5.1 引言 4.5.2 13C NMR 化学位移 4.5.3 13C 谱中的耦合问题 4.5.4 13C 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
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r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
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 6.1.1X 射线的产生及性质 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 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
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 6-6 X 射线荧光光谱分析 6.6.1 X 射线荧光分析方法及应用 6.6.2 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 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
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
