复旦大学化学系国家级精品课程：《谱学导论》教学大纲（范康年）

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 学生的一门专业基础课程,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射线衍射与光谱和电子能谱(XPS、UPS和AES)。重点讨论 各类图谱形成的基本原理,实验测量方法和仪器,以及结构分析基本方法。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,基本原理和图谱基本的解 析方法,并理解仪器的构造和测量原理,做到能解析一些简单的化合物的图谱,提高学生解 决化合物结构问题的能力。 教学内容及学时分配 绪论(1学时) 第一章分子光谱基础(11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 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

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 学生的一门专业基础课程，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 射线衍射与光谱和电子能谱（XPS、UPS 和 AES）。重点讨论 各类图谱形成的基本原理，实验测量方法和仪器，以及结构分析基本方法。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，基本原理和图谱基本的解 析方法，并理解仪器的构造和测量原理，做到能解析一些简单的化合物的图谱，提高学生解 决化合物结构问题的能力。 教学内容及学时分配: 绪论(1 学时) 第一章 分子光谱基础(11 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、多原子分子的转动光 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-振 转光谱、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光谱的傅里叶变换 光谱信息的傅里叶变换、傅里叶变换的定义和基本性质 第二章红外和拉曼光谱(4学时) 2-1红外光谱仪 色散型红外光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪 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 第三章紫外和可见吸收光谱(2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 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、多原子分子的转动光 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-振 转光谱、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 光谱的傅里叶变换 光谱信息的傅里叶变换、傅里叶变换的定义和基本性质 第二章 红外和拉曼光谱(4 学时) 2-1 红外光谱仪 色散型红外光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪 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 第三章 紫外和可见吸收光谱(2 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

3-5紫外-可见光谱的应用 第四章磁共振谱(8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;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、自旋一自旋耦合作用、弛豫 4-3核磁共振仪简介 连续波核磁共振谱仪(CW-NR)、脉冲傅里叶变换核磁共振谱仪(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、CMR化学位移、C谱中的耦合问题、C核磁共振谱的应用 4-6其他核磁共振技术 固体高分辨核磁共振、二维核磁共振(2D-NMR)、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) 第六章波谱技术在分子结构分析中的应用(4学时) 6-1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 6-2分子结构的波谱综合解析步骤 6-3应用举例

3 3-5 紫外-可见光谱的应用 第四章 磁共振谱(8 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；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）、脉冲傅里叶变换核磁共振谱仪（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 其他核磁共振技术 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 波谱技术在分子结构分析中的应用(4 学时) 6-1 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 6-2 分子结构的波谱综合解析步骤 6-3 应用举例

第七章X射线衍射与荧光光谱(10学时) 7-1X射线的产生、性质及特点 X射线的产生及性质、H射线与物质的相互作用 7-2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 7-3X射线单晶衍射法 衍射方向和晶胞参数、衍射强度和晶胞内原子分布、单晶衍射实验方法简介 7-4X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 7-5X射线吸收精细结构谱 XAFS分类和产生机理、XAFS实验方法简介、 EXAFS方法和应用实例 7-6电子衍射法简介 电子衍射法与射线衍射法比较、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 77X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 第八章电子能谱(4学时) 8-1电子能谱基本原理 8-2紫外光电子能谱 图谱特征、振动精细结构、自旋与轨道耦合、自旋与自旋耦合 8-3X-射线光电子能谱 图谱特征、化学位移 8-4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 8-5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 8-6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 其中课堂讲授46学时,8学时留作随堂测验和课堂讨论 教学方式

4 第七章 X-射线衍射与荧光光谱(10 学时) 7-1 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 7-2 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 7-3 X 射线单晶衍射法 衍射方向和晶胞参数、衍射强度和晶胞内原子分布、单晶衍射实验方法简介 7-4 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 7-5 X 射线吸收精细结构谱 XAFS 分类和产生机理、XAFS 实验方法简介、EXAFS 方法和应用实例 7-6 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 7-7 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 第八章 电子能谱(4 学时) 8-1 电子能谱基本原理 8-2 紫外光电子能谱 图谱特征、振动精细结构、自旋与轨道耦合、自旋与自旋耦合 8-3 X-射线光电子能谱 图谱特征、化学位移 8-4 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 8-5 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 8-6 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 其中课堂讲授 46 学时，8 学时留作随堂测验和课堂讨论。 教学方式:

本课程以课堂讲授为主,辅助以课堂讨论(部分安排课时内,部分在课外进行) 考核方式: 以学期末笔试方式考试为主(占70%),课外作业、随堂练习和课堂讨论的报告为辅(30%)。 教材和参考书 教材:《谱学导论》(第二版),范康年主编,高等教育出版社,2011年2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。 《高等结构分析》 马礼敦主编复旦大学出版社 《有机化合物结构鉴定与有机波谱学》宁永成清华大学出版社 《有机化学》 王积涛 南开大学出版社 《结构分析导论》 游效曾 科学出版社 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,陆靖 教授调离复旦后由王文宁教授参加讲课,近年又有周鸣飞教授参与教学工作。《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。20Ⅵ4年本课程被评为国家级精品课程。“《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二等奖。2011年修订后的《谱学导论》(第二版) 由高等教育出版社作为面向21世纪课程教材和“十一五”国家级规划教材出版 编制者:范康年 审定者:徐华龙 系主任:唐颐 修订日期:2011年2月

5 本课程以课堂讲授为主，辅助以课堂讨论（部分安排课时内，部分在课外进行）。 考核方式: 以学期末笔试方式考试为主（占 70%），课外作业、随堂练习和课堂讨论的报告为辅（30%）。 教材和参考书: 教材: 《谱学导论》(第二版), 范康年主编，高等教育出版社，2011 年 2 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。 《高等结构分析》 马礼敦主编 复旦大学出版社 《有机化合物结构鉴定与有机波谱学》宁永成 清华大学出版社 《有机化学》 王积涛 南开大学出版社 《结构分析导论》 游效曾 科学出版社 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，陆靖 教授调离复旦后由王文宁教授参加讲课，近年又有周鸣飞教授参与教学工作。《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。2004 年本课程被评为国家级精品课程。“《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二等奖。2011 年修订后的《谱学导论》（第二版） 由高等教育出版社作为面向 21 世纪课程教材和“十一五”国家级规划教材出版。 编制者:范康年 审定者:徐华龙 系主任: 唐颐 修订日期:2011 年 2 月