物質(微)結構的波譜能譜解析PPT課件

. 1、物質(微)結構的光譜分析，朱清仁教授認為，2007年9月，2、第一章總序，一、哲學上，世界是物質，馬克思主義哲學認為物質是第一性的。 在自然科學中，它是宏觀材料，微觀上是物質的微觀結構(初級到高階結構)和定量組成。 科學儀器發(fā)展前，使用傳統(tǒng)方法(化學、比色等)。 隨著儀器分析的快速發(fā)展(60年代后)，譜學分析成為物質微觀結構研究的重要方法。 其優(yōu)點明顯：樣品微量化，測定速度快，結果準確、不主觀，重現(xiàn)性好。 把物質結構的分析和鑒定提升到新的水平。三、一、歷史回顧： 19世紀50年代，人們開始應用目視比色法。 不久，Becr發(fā)現(xiàn)了以那個名字命名的比爾定律。 最初使用的是紅外和紫外光譜測量。 20世紀以來，隨著科學技術的發(fā)展，儀器性能大幅提高，實驗方法不斷改進和創(chuàng)新，尤其是計算機的應用，使譜法得到了飛躍發(fā)展。 譜法中種類增加，應用范圍也擴大。 其中核磁共振、電子光譜、拉曼散射、順磁共振、紅外光譜、質譜、x射線衍射法等應用給化合物的結構分析、化合物的定性鑒定帶來了革命性的變化。4，2，譜學的定義，基于量子力學的基本理論，如果知道物質粒子的系統(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。 光譜技術是基于對各種電磁波、光波與物質相互作用的本質認識而發(fā)展起來的。 各種譜技術對應于各觀測粒子某些特殊性質的演化過程，量子力學在理論上得到了嚴格證明。5、因此，這里定義了電磁波與物質粒子的相互作用，用物質響應結果(吸收、輻射或散射強度)相對于頻率繪制的演化關系來決定物質結構就是光譜學。 譜學的研究物質結構成為一個非常直接的研究工具，與量子力學理論相比，研究表明復雜的量子力學可以避免從頭開始。 光譜和光譜，激勵電磁波源的試驗區(qū)分：1mm的稱為光譜。6、3、物質科學研究中不同頻率的電磁波種類和應用，電磁波是能量存在的一種形態(tài)。 光也是電磁波，它們的中繼和轉移是能量的中繼和轉移，具有波粒二象性。 根據(jù)量子力學理論，由于每個光子的能量E=h是相對論質量-能量關系式： E=mc2E=h=hc/這樣的式子是連接微量與宏量的橋梁，因此在說明譜學現(xiàn)象時，將電磁波與量子力學理論交叉使用的波長越短，頻率越大從波動學上看，電磁波、光波是橫波. 具有兩個相同相位，且兩個振動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。 在物質分子中存在不同程度的運動形式，例如平移、旋轉、原子或基團的相對運動、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E=h=hc/不連續(xù)地變化，并且呈現(xiàn)量化分布。 當記錄物質分子內存在的不同層次的運動所吸收或釋放的e信號時，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動模式，10、4，光譜在物質微結構分析中的位置，結構性能相關：一級結構(化學結構)化學反應二級結構(序列結構)生物分子蛋白功能高級結構(凝聚態(tài)相結構) 固體物性動態(tài)結構一般與物質功能化相關譜可應用于多層次結構分析出發(fā)物和粗產(chǎn)物純物質譜儀數(shù)據(jù)處理(確認)，但最近的發(fā)展趨勢：色譜儀繼續(xù)使用，但技術高。、萃取、精餾(液體)再結晶、升華(固體)氣相色譜(迅速發(fā)展)、a .非分光法b .分光法11、基本指導思想：深入原子、核、電子水平研究物質的結構和物性，必須知道它是什么、為什么。 12、用譜法決定物質的微結構信息時，應相互參照、相互補充。 與經(jīng)典的四大光譜分析技術相比，按照測量靈敏度排序，質譜紫外光譜紅外光譜核磁共振按照物質的微結構信息量排序：核磁共振紅外光譜質譜紫外光譜實驗所需的理論背景知識面， 核磁共振質譜紅外光譜紫外光譜設備價格和管理實驗所需費用排序：核磁共振質譜紅外光譜紫外光譜，13，5，本課程主要內容，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表面層，激發(fā)表面層的電子發(fā)射，通過測定這些激發(fā)電子的能量分布和強度的關系，它主要與電子的軌道耦合能有關。 物質表面深度可以得到幾到幾十個左右的信息，定性或定量分析檢測表面元素及其價格狀態(tài)。 其特征在于，物質不是吸收電磁波，而是觀測放射擊出的光電子能量的分布。 例：UPS (真空紫外光激發(fā))能夠觀測分子原子的核外層價電子的XPS(X-ray激發(fā)源)強，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 )具有當某種能量的光子與分子碰撞之后產(chǎn)生的光散射效應。 分子吸收光能會產(chǎn)生各種振動方式，其中只有引起分子極化率變化的振動方式會產(chǎn)生拉曼效應，而引起分子偶極矩變化的振動方式會產(chǎn)生高強度的IR (紅外)吸收。 實際上，Raman效應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，因此我們可以將這兩種方法結合起來應用，能夠獲得分子結構的完整數(shù)據(jù)，并且是互補的。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(軌道角動量=0)在外磁場中產(chǎn)生的共振吸收現(xiàn)象，只對包含不成為對電子(或自由基)的原子的物質顯示共振吸收現(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，很多物質沒有順磁共振現(xiàn)象。 16、4、核磁共振(NuclearMagneticResonance，NMR )是物質分子自旋量子數(shù)I0的原子核在外磁場中產(chǎn)生的共振吸收現(xiàn)象。 實際上，我們測量的是以觀測到的核周圍環(huán)境吸收的正確頻率進行測量的結果，通過測量其原子在分子中是否處于化學環(huán)境，可以推測物質的分子結構。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。 目前已發(fā)現(xiàn)46種元素，91種同位素觀測到了這種效應，其中最重要的是Fe-57同位素的穆斯堡爾效應，因此被廣泛用于鐵磁性物質，證明鐵的價數(shù)是有效的。18，和其他方法一樣，用譜法確定物質細微結構信息時，應相互參照、相互補充。與經(jīng)典的四大光譜分析技術相比，按照測量靈敏度排序：質譜紫外光譜紅外光譜核磁共振獲取物質的微結構信息量排序：核磁共振紅外光譜質譜紫外光譜實驗所需的理論背景知識面， 核磁共振質譜紅外光譜紫外光譜設備價格和管理實驗所需費用排序：核磁共振質譜紅外光譜紫外光譜，19，6，本課程外語參考名稱： 英語： spectroscopyformaterialstructre日語：通過觀察器鑒定物質結構，20，參考文獻：1 .有機化合物結構鑒定和有機光譜學(第二版)，寧永成，北京，科學出版社，20002 .光譜分析法在有機化學中的應用，洪山海，北京科學出版社， 19813 .儀器分析教學，北京大學化學系儀器分析教學組，北京，北京大學出版社，19994 .核磁共振的基礎和原理，北丸三著，朱清仁譯，中國科學技術大學出版社，1991.5 .光譜分析法，沈淑娟，上海，華東化學學學院出版社，1992，21，續(xù)， 6 .有機光譜分析(第二版)孟令芝、龔淑玲、何永炳、武漢、武漢大學出版社、20037.introductionstotechemistryandconormationalanalysis、EusebioJuaristi、JohnWileySons C-13NMR .紐約199118.prin