物質(zhì)(微)結(jié)構(gòu)的波譜能譜解析PPT課件

. 1、物質(zhì)(微)結(jié)構(gòu)的光譜分析，朱清仁教授認(rèn)為，2007年9月，2、第一章總序，一、哲學(xué)上，世界是物質(zhì)，馬克思主義哲學(xué)認(rèn)為物質(zhì)是第一性的。 在自然科學(xué)中，它是宏觀材料，微觀上是物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)(初級(jí)到高階結(jié)構(gòu))和定量組成。 科學(xué)儀器發(fā)展前，使用傳統(tǒng)方法(化學(xué)、比色等)。 隨著儀器分析的快速發(fā)展(60年代后)，譜學(xué)分析成為物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)研究的重要方法。 其優(yōu)點(diǎn)明顯：樣品微量化，測(cè)定速度快，結(jié)果準(zhǔn)確、不主觀，重現(xiàn)性好。 把物質(zhì)結(jié)構(gòu)的分析和鑒定提升到新的水平。三、一、歷史回顧： 19世紀(jì)50年代，人們開始應(yīng)用目視比色法。 不久，Becr發(fā)現(xiàn)了以那個(gè)名字命名的比爾定律。 最初使用的是紅外和紫外光譜測(cè)量。 20世紀(jì)以來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，儀器性能大幅提高，實(shí)驗(yàn)方法不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，尤其是計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，使譜法得到了飛躍發(fā)展。 譜法中種類增加，應(yīng)用范圍也擴(kuò)大。 其中核磁共振、電子光譜、拉曼散射、順磁共振、紅外光譜、質(zhì)譜、x射線衍射法等應(yīng)用給化合物的結(jié)構(gòu)分析、化合物的定性鑒定帶來了革命性的變化。4，2，譜學(xué)的定義，基于量子力學(xué)的基本理論，如果知道物質(zhì)粒子的系統(tǒng)性波函數(shù)，就可以得到微觀系統(tǒng)的任何信息。 現(xiàn)在寫雪額定方程式并不困難，但正確解答很少，大部分取決于近似方法。 光譜技術(shù)是基于對(duì)各種電磁波、光波與物質(zhì)相互作用的本質(zhì)認(rèn)識(shí)而發(fā)展起來的。 各種譜技術(shù)對(duì)應(yīng)于各觀測(cè)粒子某些特殊性質(zhì)的演化過程，量子力學(xué)在理論上得到了嚴(yán)格證明。5、因此，這里定義了電磁波與物質(zhì)粒子的相互作用，用物質(zhì)響應(yīng)結(jié)果(吸收、輻射或散射強(qiáng)度)相對(duì)于頻率繪制的演化關(guān)系來決定物質(zhì)結(jié)構(gòu)就是光譜學(xué)。 譜學(xué)的研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)成為一個(gè)非常直接的研究工具，與量子力學(xué)理論相比，研究表明復(fù)雜的量子力學(xué)可以避免從頭開始。 光譜和光譜，激勵(lì)電磁波源的試驗(yàn)區(qū)分：1mm的稱為光譜。6、3、物質(zhì)科學(xué)研究中不同頻率的電磁波種類和應(yīng)用，電磁波是能量存在的一種形態(tài)。 光也是電磁波，它們的中繼和轉(zhuǎn)移是能量的中繼和轉(zhuǎn)移，具有波粒二象性。 根據(jù)量子力學(xué)理論，由于每個(gè)光子的能量E=h是相對(duì)論質(zhì)量-能量關(guān)系式： E=mc2E=h=hc/這樣的式子是連接微量與宏量的橋梁，因此在說明譜學(xué)現(xiàn)象時(shí)，將電磁波與量子力學(xué)理論交叉使用的波長(zhǎng)越短，頻率越大從波動(dòng)學(xué)上看，電磁波、光波是橫波. 具有兩個(gè)相同相位，且兩個(gè)振動(dòng)向量彼此正交且沿傳播方向。 垂直傳播方向分為直線偏振光、圓偏振光、橢圓偏振光的平面波3種。 在物質(zhì)分子中存在不同程度的運(yùn)動(dòng)形式，例如平移、旋轉(zhuǎn)、原子或基團(tuán)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)、電子遷移、核自旋遷移等都需要一定的能量e。 除了平移之外，各種能級(jí)E=h=hc/不連續(xù)地變化，并且呈現(xiàn)量化分布。 當(dāng)記錄物質(zhì)分子內(nèi)存在的不同層次的運(yùn)動(dòng)所吸收或釋放的e信號(hào)時(shí)，可以得到各種形式的光譜圖。 9、表：不同頻率的電磁波種類和運(yùn)動(dòng)模式，10、4，光譜在物質(zhì)微結(jié)構(gòu)分析中的位置，結(jié)構(gòu)性能相關(guān)：一級(jí)結(jié)構(gòu)(化學(xué)結(jié)構(gòu))化學(xué)反應(yīng)二級(jí)結(jié)構(gòu)(序列結(jié)構(gòu))生物分子蛋白功能高級(jí)結(jié)構(gòu)(凝聚態(tài)相結(jié)構(gòu)) 固體物性動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)一般與物質(zhì)功能化相關(guān)譜可應(yīng)用于多層次結(jié)構(gòu)分析出發(fā)物和粗產(chǎn)物純物質(zhì)譜儀數(shù)據(jù)處理(確認(rèn))，但最近的發(fā)展趨勢(shì)：色譜儀繼續(xù)使用，但技術(shù)高。、萃取、精餾(液體)再結(jié)晶、升華(固體)氣相色譜(迅速發(fā)展)、a .非分光法b .分光法11、基本指導(dǎo)思想：深入原子、核、電子水平研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和物性，必須知道它是什么、為什么。 12、用譜法決定物質(zhì)的微結(jié)構(gòu)信息時(shí)，應(yīng)相互參照、相互補(bǔ)充。 與經(jīng)典的四大光譜分析技術(shù)相比，按照測(cè)量靈敏度排序，質(zhì)譜紫外光譜紅外光譜核磁共振按照物質(zhì)的微結(jié)構(gòu)信息量排序：核磁共振紅外光譜質(zhì)譜紫外光譜實(shí)驗(yàn)所需的理論背景知識(shí)面， 核磁共振質(zhì)譜紅外光譜紫外光譜設(shè)備價(jià)格和管理實(shí)驗(yàn)所需費(fèi)用排序：核磁共振質(zhì)譜紅外光譜紫外光譜，13，5，本課程主要內(nèi)容，1，電子光譜(PhotoelectronSpectroscopy，PS )為單色源(: ) 紫外等)或者使電子束作用于物質(zhì)表面層，激發(fā)表面層的電子發(fā)射，通過測(cè)定這些激發(fā)電子的能量分布和強(qiáng)度的關(guān)系，它主要與電子的軌道耦合能有關(guān)。 物質(zhì)表面深度可以得到幾到幾十個(gè)左右的信息，定性或定量分析檢測(cè)表面元素及其價(jià)格狀態(tài)。 其特征在于，物質(zhì)不是吸收電磁波，而是觀測(cè)放射擊出的光電子能量的分布。 例：UPS (真空紫外光激發(fā))能夠觀測(cè)分子原子的核外層價(jià)電子的XPS(X-ray激發(fā)源)強(qiáng)，能夠深入滲透到層表面的電子中的AES (電子束激發(fā)源)與XPS相似。14，2，拉曼光譜(Ramann )具有當(dāng)某種能量的光子與分子碰撞之后產(chǎn)生的光散射效應(yīng)。 分子吸收光能會(huì)產(chǎn)生各種振動(dòng)方式，其中只有引起分子極化率變化的振動(dòng)方式會(huì)產(chǎn)生拉曼效應(yīng)，而引起分子偶極矩變化的振動(dòng)方式會(huì)產(chǎn)生高強(qiáng)度的IR (紅外)吸收。 實(shí)際上，Raman效應(yīng)屬于雙光子散射過程，IR屬于單光子吸收過程。 因此，通常沒有IR活性的分子能夠表現(xiàn)出Raman效應(yīng)，因此我們可以將這兩種方法結(jié)合起來應(yīng)用，能夠獲得分子結(jié)構(gòu)的完整數(shù)據(jù)，并且是互補(bǔ)的。15、3、電子自旋共振(順磁共振、ESR )、原子核外的電子自旋產(chǎn)生的磁矩(軌道角動(dòng)量=0)在外磁場(chǎng)中產(chǎn)生的共振吸收現(xiàn)象，只對(duì)包含不成為對(duì)電子(或自由基)的原子的物質(zhì)顯示共振吸收現(xiàn)象。 多數(shù)情況下，原子核以外的電子是成對(duì)的，有包利不相容的原理，自旋產(chǎn)生的磁矩相反，自旋磁矩為0，很多物質(zhì)沒有順磁共振現(xiàn)象。 16、4、核磁共振(NuclearMagneticResonance，NMR )是物質(zhì)分子自旋量子數(shù)I0的原子核在外磁場(chǎng)中產(chǎn)生的共振吸收現(xiàn)象。 實(shí)際上，我們測(cè)量的是以觀測(cè)到的核周圍環(huán)境吸收的正確頻率進(jìn)行測(cè)量的結(jié)果，通過測(cè)量其原子在分子中是否處于化學(xué)環(huán)境，可以推測(cè)物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)。17，5，穆斯堡爾譜(MossbauerSpectroscopy )，通過無反作用原子核間的共振吸收獲得物質(zhì)信息。 1957年29歲的moss鮑爾創(chuàng)作博士論文發(fā)現(xiàn)的效果，61年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。 目前已發(fā)現(xiàn)46種元素，91種同位素觀測(cè)到了這種效應(yīng)，其中最重要的是Fe-57同位素的穆斯堡爾效應(yīng)，因此被廣泛用于鐵磁性物質(zhì)，證明鐵的價(jià)數(shù)是有效的。18，和其他方法一樣，用譜法確定物質(zhì)細(xì)微結(jié)構(gòu)信息時(shí)，應(yīng)相互參照、相互補(bǔ)充。與經(jīng)典的四大光譜分析技術(shù)相比，按照測(cè)量靈敏度排序：質(zhì)譜紫外光譜紅外光譜核磁共振獲取物質(zhì)的微結(jié)構(gòu)信息量排序：核磁共振紅外光譜質(zhì)譜紫外光譜實(shí)驗(yàn)所需的理論背景知識(shí)面， 核磁共振質(zhì)譜紅外光譜紫外光譜設(shè)備價(jià)格和管理實(shí)驗(yàn)所需費(fèi)用排序：核磁共振質(zhì)譜紅外光譜紫外光譜，19，6，本課程外語(yǔ)參考名稱： 英語(yǔ)： spectroscopyformaterialstructre日語(yǔ)：通過觀察器鑒定物質(zhì)結(jié)構(gòu)，20，參考文獻(xiàn)：1 .有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)鑒定和有機(jī)光譜學(xué)(第二版)，寧永成，北京，科學(xué)出版社，20002 .光譜分析法在有機(jī)化學(xué)中的應(yīng)用，洪山海，北京科學(xué)出版社， 19813 .儀器分析教學(xué)，北京大學(xué)化學(xué)系儀器分析教學(xué)組，北京，北京大學(xué)出版社，19994 .核磁共振的基礎(chǔ)和原理，北丸三著，朱清仁譯，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1991.5 .光譜分析法，沈淑娟，上海，華東化學(xué)學(xué)學(xué)院出版社，1992，21，續(xù)， 6 .有機(jī)光譜分析(第二版)孟令芝、龔淑玲、何永炳、武漢、武漢大學(xué)出版社、20037.introductionstotechemistryandconormationalanalysis、EusebioJuaristi、JohnWileySons C-13NMR .紐約199118.prin