分子振動光譜學原理

分子振動光譜學原理 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

吳國禎 著
圖書標籤:
  • 分子光譜學
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齣版社: 清華大學齣版社
ISBN:9787302493679
版次:1
商品編碼:12344647
包裝:平裝
開本:16開
齣版時間:2018-04-01
用紙:膠版紙
頁數:193
字數:247000

具體描述

內容簡介

本書較係統地介紹瞭分子振動光譜學的基礎理論知識。全書共分16章,介紹瞭量子力學基礎、分子的轉動、振動、點群錶示、電子的休剋方法、拉曼效應、拉曼虛態、拉曼鏇光、鍵極化率、微分鍵極化率方法以及高激發振動等內容,並備有習題及解答。

本書匯集瞭作者多年來在此領域授課和研究的心得,對於在分子譜學、物理和化學領域學習和工作的教師、科研工作者、研究生,以及本科生均有參考價值。


目錄

目錄



第1章量子力學基礎


1.1量子狀態與算符


1.2不含時的微擾


1.3含時的微擾


1.4光的作用


1.5愛因斯坦的光的吸收和輻射理論


1.6譜綫的形狀與寬度


1.7關於波數


參考文獻


習題


第2章分子的轉動


2.1概述


2.2玻恩�舶鹵競D�近似


2.3剛體轉子


2.4譜綫


2.5對稱性


2.6簡諧振子


2.7分子振動轉動譜綫


2.8離心力效應


2.9非簡諧效應


2.10多原子分子的轉動光譜


參考文獻


習題


第3章分子的振動


3.1簡正振動模


3.2簡正坐標


3.3選擇定則


3.4一般坐標


3.5共振現象


3.6具有若乾鏇轉穩定點的分子


3.7分子內鏇轉運動


3.8官能團頻率


3.9結語


參考文獻


習題


第4章鍵力常數的計算與SCN-在電極錶麵的吸附


4.1引言


4.2SCN-吸附在銀電極錶麵的振動分析


參考文獻


第5章點群的錶示及其應用


5.1分子的對稱性與群的定義


5.2群的分類


5.3群的一些性質


5.4點群


5.5群的錶示


5.6特徵值


5.7特徵錶


5.8可約錶示的約化


5.9基


5.10以簡正坐標為基的錶示


5.11以原子位移為基的錶示的約化


5.12分子振動的分析


5.13不可約錶示基的尋找


5.14對稱坐標


5.15直積群


5.16簡正振動波函數的對稱性


5.17選擇定則


5.18相關


5.19關於點群的幾點說明


5.20關於量子數


參考文獻


習題


第6章分子晶體的振動與群的相關


6.1分子晶體的振動


6.2單胞群、位群、平移群


6.3分子點群、位群及單胞群的相關及其物理意義


參考文獻


第7章電子波函數


7.1電子波函數


7.2原子軌道綫性組閤的概念


7.3雜化軌道係數的確定


7.4久期方程


7.5休剋近似


7.6對稱和群的應用


7.7相關


7.8HMO的改進


7.9電子在軌道間的躍遷和選擇定則


7.10結語


參考文獻


習題


第8章拉曼效應


8.1散射現象


8.2拉曼效應


8.3拉曼效應的量子觀點


8.4選擇定則


8.5極化率


8.6沃肯斯坦鍵極化率理論


8.7共振拉曼效應


8.8高次拉曼效應


參考文獻


習題


第9章振動—電子態的耦閤與拉曼效應


9.1引言


9.2拉曼極化率


9.3非共振拉曼極化率


9.4共振拉曼極化率


9.5M+TCNQ-的共振拉曼譜


參考文獻


第10章鍵極化率的計算


10.1引言


10.2分子鍵極化率的計算


10.3錶麵增強拉曼峰強


10.4錶麵增強吸附分子鍵極化率的計算


參考文獻


第11章拉曼虛態的電子結構


11.1拉曼峰強


11.2拉曼虛態


11.32�舶被�吡啶的拉曼虛態電子結構


11.4虛態弛豫的測不準關係


11.5結語


參考文獻


第12章鏇光性


12.1引言


12.2磁過程、電四極矩過程與電偶極矩的作用


12.3分子振動鏇光性的模型


12.4分子振動鏇光的電荷流動模型


12.5結語


參考文獻


第13章拉曼鏇光與微分鍵極化率


13.1拉曼鏇光下的鍵極化率


13.2(+)��(R)�瞞ethyloxirane的鍵極化率和微分鍵極化率


13.3分子內手性對映性


13.4拉曼、拉曼鏇光峰強和鍵極化率、微分鍵極化率的等同性


參考文獻


第14章雙電子原子的能譜與雙原子分子轉動振動譜的相似性


14.1氫原子電子運動的對稱性


14.2氦原子雙電子的激發態


14.3d和I組態的歸類


14.4總結


參考文獻


習題


第15章分子的對稱


15.1置換反演群


15.2分子的對稱群、點群和轉動群


15.3分子波函數的對稱分類


15.4選擇定則


參考文獻


習題


第16章分子高激發振動


16.1前言


16.2莫爾斯振子


16.3單擺的動力學


16.4二次量子化算符的錶達


16.5一個共振等同於一個單擺的動力學


16.6一個共振對應於一個守恒量


16.7混沌


16.8海森伯對應


16.9共振的重疊導緻混沌的産生


16.10動力學勢


16.11結論


參考文獻


習題解答


附錄A點群特徵錶


精彩書摘

第3章分子的振動


3.1簡正振動模


N個原子分子的總位移自由度為3N,其中3個自由度為分子的平移自由度,其餘3個(分子為非綫形)或2個(分子為綫形)自由度為轉動自由度,所以分子為N個原子的振動自由度為3N-6或3N-5(視分子為綫形與否)。

分子振動的動能可以寫為




T=12∑Nα=1mαdΔxαdt2+dΔyαdt2+dΔzαdt2(3.1)



式中,Δxα,Δyα,Δzα定義為




Δxα=xα-(xα)e


Δyα=yα-(yα)e


Δzα=zα-(zα)e



(xα)e,(yα)e,(zα)e為原子α在平衡時的坐標; xα,yα,zα為其在某瞬時的坐標; mα為原子α的質量。

為瞭方便,定義一組新的坐標qi:




q1=m1Δx1,q2=m1Δy1,q3=m1Δz1,q4=m2Δx2,…


前言/序言

前言



分子光譜學是一門研究分子的運動及其與光的相互作用的科學,或者說是運用光—電磁波為手段來研究分子的運動的一門科學。可見分子光譜學的內涵有兩個組成部分,其一是光的本身性質以及分子的結構、運動,其二是它們之間的相互作用。在光的強度不是很強的情況下,光波本身可以用經典的電磁波理論來描述。在高強度光強時,則必須以量子的概念來描述光,這時光的粒子性質顯得非常突齣,再也不能視為單純的波的物理現象瞭。至於分子的結構及其運動,由於構成分子的粒子——電子與原子核——是微觀的粒子,它們的運動狀態需要以量子力學來描述。因此,我們可以明確地說,分子光譜學從理論上講已經解決瞭,因為不論是分子還是光,它們的運動規律已經被人們所掌握。有這樣的想法,固然閤乎邏輯,但問題的關鍵在於運動規律的掌握不等於具體問題的完全解決。其中最主要的原因是,即便是最簡單的氫分子,它的量子力學的描寫也是很難精確得到的。至於化學中的一般分子,那問題就更難解決瞭。問題的核心在於分子是由多個電子和原子核組成的,這樣的多體問題,在量子力學方程中是解不齣來的。由於這個原因,研究分子與光的相互作用,或是分子光譜學,很大程度上需要依靠實驗手段來取得有關的數據,同時也需要用理論分析的方法對所取得的數據進行分析、推論,以闡明實驗觀察中所隱含的物理以及化學的意義。所以說分子光譜學是一門實驗性和理論性都很強的科學,要做好此領域的工作,必須有實驗和理論兩方麵的素養,二者缺一不可。

前麵談及分子是由電子和原子核所構成的多體體係,它的運動是很復雜的。雖說復雜但不是雜亂無章。其中一個最大的特徵是電子的質量比原子核的質量小很多,隻有萬分之一或更小。換句話說,電子的運動速率要比原子核的運動速率快韆萬倍以上。當原子核隻運動一點點時,電子卻已經在分子裏運動瞭好幾韆萬個周期瞭。因此可以設想,當分子因核的運動而處於不同構型時,電子的運動狀態總能跟上核運動的變化。這就是說當核在運動時,電子總能在瞬間調整其運動使之滿足核在任何瞬時對它的運動狀態的要求。反之,如果因為某種原因,譬如光的吸收,使得電子的運動狀態改變瞭,這時由於核的運動速率比電子的要慢很多,所以核將一時還保持著原來的構型及運動狀態。不難設想由於電子的運動速率比核的快上韆萬倍,因此改變電子運動所需的能量要比改變核運動所需的能量大很多。

核的運動可以劃分為核間距離做周期性變化的振動運動和核整體繞某個軸的鏇轉運動。讀者或許已經知道當分子含有N個原子時,對綫形分子而言有3N-5個振動模,2個鏇轉模,3個移動模; 對非綫形分子而言,則有3N-6個振動模,3個鏇轉模,3個移動模。移動模是指分子在空間做整體的簡單平移移動,本書將不做討論。類似於分子中電子


的運動速率比核的快很多,分子的振動頻率也要比分子的轉動快很多,當分子振動瞭幾百個周期,分子纔在空間鏇轉一周。因此,我們也可以粗略地將這兩類運動分開來處理。同樣改變分子振動所需的能量也將比改變分子的鏇轉能量大上韆百倍。

綜上所述,我們可將分子的運動劃分為電子的運動、分子的振動和轉動(還有有關核的自鏇的運動,暫且不予討論)。因此,分子光譜學也依研究對象的不同,劃分為電子光譜學、振動光譜學和轉動光譜學。這樣劃分完全是人為的權宜之計。在任何時刻,我們都必須牢牢記住,這些運動隻是分子運動的幾個側麵,它們之間的關係是緊密的。不能設想分子的任何一個層次的運動能和其他層次的運動截然無關。因此分子光譜學雖然分為幾支,但一個好的分子光譜學工作者,不能隻專一樣,而對其餘的完全陌生。學習分子光譜學的讀者也一樣,不能隻瞭解電子的運動理論,而不懂得分子的振動或轉動理論。可見分子光譜學是一門相當復雜的科學,它牽涉很多的領域。有人說分子光譜學就是一門分子物理學,這樣的提法是不過分的。

從以上分析可知,要掌握好分子光譜學,首先要打好基礎,這個基礎就是量子力學。有瞭量子力學的基礎,還得有量子化學的知識,因為量子化學是研究分子中電子運動的課題,然後還需通盤掌握有關分子振動和轉動的理論。如果研究對象是液態或固態的,則還得掌握有關液體或固體的理論知識。因此分子光譜學是一門多層次的科學,它不僅牽涉化學也牽涉物理。盡管如此,就每一個分子光譜學(基礎性和應用性)工作者來說,工作總會有所側重,不可能做到麵麵俱到,但樹立一個全局的觀點是很重要的,對一個初入門的人來說亦然。平常我們可能會聽到人們談及他是從事紅外或紫外的工作等,這無非是依研究手段來劃分工作。從上麵的闡述,我們可以說這樣的提法是不妥當的。準確的提法應該是按研究工作對象來劃分,這樣便有可能打破按研究手段來劃分的圈地思想。事實上,應該是以研究對象的性質來決定研究手段的使用。

如上所述,分子光譜學所牽涉的範疇是相當廣泛的,但是我們也不應該以為隻有全麵學習完各個範疇、領域的知識纔算瞭解、掌握瞭分子光譜學,然後纔能開展研究工作。果真如此,那可能大半輩子也學習不完這些知識。這就要求我們在最短的時間內,先掌握最基本、最關鍵的基礎知識。有瞭這基礎後,隨著研究工作的要求、需要,再逐步提高和逐步較全盤地掌握各層次的理論以及實驗知識。

掌握量子力學的基礎知識是很關鍵的。有關量子力學的書,坊間很多。本書的撰寫主要在介紹有關分子的振動和轉動的基礎知識。隻要有量子力學的基礎知識就可以閱讀本書瞭,即便沒有量子化學方麵的知識也不受影響。對於完全沒有量子力學基礎的讀者,我建議先讀一些量子力學的書,然後再閱讀本書。不然,也得在閱讀本書時,同時閱讀有關量子力學的書。

第1章,首先簡略迴顧一下有關的量子力學基礎知識,然後將重點集中在和分子光譜學有直接關係的光和分子體係作用的課題上。從實驗的角度看,分子和光作用的結果主要錶現在測得的譜圖上。對有關譜圖的形狀和其中所含有關物理過程的信息,將重點介紹。

第2章,首先介紹分子中電子的運動及如何將其與核的運動分開,即玻恩�舶鹵競D�近似。然後介紹所謂的分子勢能麯綫,事實上是由電子的能量,包括電子的動能、電子間的排斥能、與核相吸的勢能,以及核間相互排斥的能量的總和。有瞭勢能麯綫的概念,便容易瞭解分子的振動和轉動的物理圖像瞭。在此基礎上,將詳細介紹有關振動、轉動以及它們和光相互作用的特點、性質。核的自鏇量子態也會影響到分子的轉動、振動乃至電子態。這看起來似乎難以理解,但如果從分子的對稱性角度來看,卻又是必然的,這點本章也將提及。然後,介紹分子的振動和轉動總譜圖以及如何從實驗譜圖求得有關分子結構的參數。

第3章,介紹分子的振動分析。這是全書的一個核心組成部分,讀者務必充分瞭解各種有關核坐標的定義、變換關係以及簡正振動分析的來龍去脈。不但要理解數學關係式的物理內涵,還得在自己的腦海中建立起分子振動的幾何圖像。因為分子的振動,按照經典的簡諧運動來看,它是具有明確的幾何圖像的。準確建立這樣的圖像有利於深刻理解分子振動的理論與特點。

第4章的立意在於讓讀者瞭解到,有瞭第3章“分子的振動”的概念後,是可以將之“用”起來的。本章一個重要的觀念是對實驗結果要能構造齣明確的物理圖像。所舉的例子是SCN-吸附在銀電極錶麵後,其振動模頻率隨銀錶麵電位不同而變化的行為。經過簡正振動的分析,可以得到相當清晰的SCN-吸附在銀錶麵的圖像。

第5章,介紹分子的點群及其在分子振動分析上的應用。分子經常具有幾何對稱性,本章的主旨是如何運用此對稱性來簡化對分子振動、轉動的分析

。分子對稱性的概念很重要,它對電子態的分析非常有用。本章隻簡要地介紹點群在分子振動方麵的應用原理。讀者如想對此課題做更廣泛的接觸,有關的圖書不勝枚舉,如科頓所著的《群論及其在化學中的應用》一書就是很好的讀物。本章中,也需注意5.19節有關點群性質的補充說明。這些補充說明容易被忽略,甚而導緻對點群性質的誤解。此外,5.20節從群論的角度來理解量子數的觀點也很重要。這個觀點和第14章的內容有關。

第6章,介紹點群的概念在固體(晶體)中的應用。重點介紹位群、空間群以及它們和分子點群之間的關係。這些內容對於研究固體,特彆是分子晶體的振動,包括相變是不可或缺的。


第7章,介紹休剋的分子中電子波函數形成的原理。同時,也結閤第5章群論的方法對其作對稱性的歸類。這樣,有助於我們對反映電子態和振動態耦閤的拉曼過程的瞭解。


第8章,介紹拉曼效應。前麵提及分子中的電子運動和核的運動有著緊密的關係。拉曼效應充分展示瞭這種關係。拉曼效應過程首先是光子被分子捕獲。分子因吸收光子而使電子躍遷到高的量子狀態。這個高的量子狀態是不穩定的,也未必正好是本徵態。當電子從高的量子態躍遷至基態並將能量以光的形式發射齣去時,有時不會迴到原來的振動態或轉動態。換言之,分子以振動或轉動能的方式吸收瞭一部分光的能量。自然,也有可能振動或轉動的能量被釋放到發射齣的光中。(應瞭解在整個過程中,電子的運動狀態雖然經曆瞭許多變化,但核的位置、運動狀態始終是變化很少的,因為電子的運動速率比核的運動快很多。)如果被吸收光子的能量正好能將電子從基態躍遷至高的本徵激發態,則電子在本徵激發態停留的時間會較長,這會使拉曼散射過程發生的概率增加很多,相應地拉曼峰強也會增加很多,這就是共振拉曼效應。相應的非激發到本徵態的過程,稱為非共振拉曼效應。拉曼效應是個雙光子過程,它不僅展示瞭分子振動或轉動的信息,更重要的是它包含著分子振動態和電子態耦閤的信息。從這個觀點看,我們可以從拉曼效應得到的信息要比紅外效應的多很多。



第9章,著重用量子力學的方法分析拉曼效應的核心過程——電子與核相互作用的機製,從而深入理解共振拉曼效應是這種機製的結果。

第10章,介紹近年來人們關注的錶麵增強拉曼效應。介紹作者建立的從拉曼峰強求取鍵極化率的方法,用此方法我們可以得到很多有關該效應的機製與性質。在此著重強調拉曼峰強所隱含的物理或化學信息是不可忽視的。

第11章,運用第10章的從拉曼峰強求取鍵極化率的方法,研究瞭拉曼效應中電子激發擾動態的物理本質,明確瞭所謂的“拉曼虛態”的電子結構特徵。

第12章,介紹鏇光性,特彆是拉曼鏇光性。這個領域還處在新生階段。隨著譜學技術的發展,人們完全有理由相信它會是一個有生命力的新領域,因為它反映瞭分子的立體結構信息,也揭示著比紅外與一般拉曼過程更高一個層次的光和分子的相互作用。

第13章,介紹同樣是作者創立的從拉曼鏇光譜求取微分鍵極化率的方法。微分鍵極化率反映的是分子手性的機製及其本質特徵。這個方法是研究拉曼鏇光譜以及手性本質的有效手段。

第14章,介紹用群論對稱性的方法理解雙電子原子的能譜特徵。初看會以為這個課題和分子的振動、轉動無關。事實上,由於電子間的排斥作用,雙電子原子的電子激發態的構型會類似於(綫形的)三原子分子結構,也因此,其能譜必然反映著類似三原子分子振動和轉動譜的特徵。如何從電子能譜分析齣這些特徵呢?解波函數的方法肯定不是個妥當的首選思路,反而是用對稱性對其量子數進行歸類的方法(結閤5.20節的論述),可以達到這樣的結果。這個結果也告訴我們,分子和原子體係的物理本質是第一性,而剖析它們性質的方法,如量子力學隻是屬於第二性的方法。量子力學解波函數的方法固然是研究微觀量子體係的重要手段,但不是唯一的。第16章關於研究分子高激發振動態的內容,也揭示著這種觀點。

第15章,深入闡述分子對稱性的意義、內涵。初學群論的人往往誤以為點群是分子對稱性的全部內涵(主要內涵)。事實上點群隻是將分子看作幾何結構時所具有的幾何對稱性,分子的對稱內涵遠遠超齣這個範疇。本章我們將準確闡述分子對稱性的定義,並瞭解如何處理具有不定幾何構型分子的電子、振動、轉動等問題。

第16章,介紹近年來逐漸為人們所重視的有關分子高激發振動態的課題。對於低激發振動態而言,傳統量子力學的薛定諤方法是閤適的,它所體現的是簡正振動模形式。然而對於高激發振動態,薛定諤方法就很難再有效瞭。由於非綫性效應,高激發振動的模式是異常復雜的。隨著近年實驗技術的進展,有關分子高激發振動的譜圖已逐漸多瞭起來,如何理解這些譜圖?它們所隱含的有關分子高激發振動態的物理圖像、內涵是什麼?有跡象顯示它們和混沌結構有關。本章將介紹作者在此領域的有關工作以及看法、觀點。這個方法有彆於用波函數的方法,它結閤瞭二次量子化算子錶達、海森伯對應、經典力學——哈密頓方法、單擺的動力學、非綫性力學的概念——李雅普諾夫指數、混沌等領域,而數據則來自實驗的觀察——量子化能級的間距。

通過第16章和第14章的內容,我們認識到薛定諤波函數的方法不是必然的。顯然,其他的方法包括經典的以及群論的方法更富於挑戰性,也往往能讓我們直指問題的核心,瞭解到體係的本質特徵。

總之,這是個嶄新的、引人入勝、富有生命力的領域,也開拓瞭分子振動光譜學與彆的學科領域,如非綫性學科的相通渠道。人們應該認識到分子振動光譜學還在前進中,它遠未成熟,還處在茁壯成長的發育期。


本書的目的在於期望初學者能盡快掌握有用的基本原理,而不迷失在浩瀚的、似乎沒有盡頭的理論學習當中。對於教育與科研工作者,如研究生、教師,作者期望本書能起到學與用相結閤、相促進的作用。核心問題在於:對於一個科研課題,要害就在於能否提齣一個物理思想。作者期望這本書確能帶給讀者這些作者認為彌足珍貴的東西。



作者認為讀者在閱讀瞭本書的有關章節後,將對分子振動、轉動的光譜學有基礎性的掌握。有瞭這個基礎後,根據個人工作的範疇特點,再去深入鑽研,心中就比較有數瞭。作者在完成本書的過程中,始終是按照這個目標撰寫的。作者認為這樣的學習方式纔是行之有效的。學習的目標,在於掌握最基本的、關鍵的和核心的東西,學習的目的完全是為瞭創新、創造。如果把學習搞得復雜化、巨細無遺、麵麵俱到,鑽在其中而不能自拔,就不是我們的願望瞭。


本書可為大專院校具有初步量子力學基礎的學生、研究生或科技工作者研習分子振動光譜學之用。本書的撰寫源自於2001齣版的第1版(《分子振動光譜學: 原理與研究》)。此次再版刪去瞭原版中的一些內容不是很重要的章節,也添加瞭這些年來作者在這個領域學習、工作和教學的心得和經驗。正因如此,本書一定有許多缺憾,因此作者誠摯地要求讀者以批評的眼光和獨立的思考來閱讀本書。

此次齣版得到清華大學低維量子物理國傢重點實驗室的支持,在此一並錶示感謝。

吳國禎


2017年8月


於清華園



好的,這是一份關於《分子振動光譜學原理》這本書的圖書簡介。 --- 《分子振動光譜學原理》:探索物質微觀世界的橋梁 書籍概述: 《分子振動光譜學原理》是一部係統、深入探討分子振動光譜學理論、實驗技術及其在化學、物理學、材料科學等領域應用的專業著作。本書旨在為讀者構建一個堅實的理論基礎,並詳細闡述如何利用分子振動這一獨特的“指紋”信息來揭示物質的結構、動態過程以及相互作用機製。本書不僅涵蓋瞭經典的光譜學原理,更緊密結閤瞭現代量子力學和計算化學方法,使讀者能夠從微觀層麵理解光譜的起源和演變。 核心內容與結構: 本書內容邏輯嚴謹,結構清晰,大緻可以分為以下幾個主要部分: 第一部分:基礎理論與背景 本部分是理解整個學科的基石。首先,書籍從分子結構與化學鍵的經典圖像齣發,引入瞭分子體係的勢能麵概念。隨後,本書深入探討瞭量子力學在分子振動描述中的應用。 諧振子模型與量子化: 詳細介紹瞭簡諧振子模型,推導齣量子力學下的振動能級公式,解釋瞭零點能和振動量子數的物理意義。 非諧性與偶極矩的極化: 隨著對分子體係深入理解的需要,本書超越瞭理想化的諧振子模型,引入瞭非諧振動(如剋拉剋-杜丁(Kratzer)勢)對能級結構的影響。同時,詳細闡述瞭分子偶極矩、電四極矩的導數與光譜強度的關係,這是紅外吸收光譜産生的基礎。 拉曼散射理論基礎: 聚焦於拉曼效應的微觀機製,從經典的光散射理論(洛倫茲模型)齣發,逐步過渡到量子力學中的微擾理論,詳細推導瞭拉曼散射的有效截麵和極化率的導數在確定分子對稱性和振動模式中的關鍵作用。 第二部分:光譜學的實驗技術 理論的實現離不開精確的實驗測量。本部分詳盡介紹瞭分子振動光譜學中的兩大核心技術——紅外光譜和拉曼光譜的實驗裝置與操作細節。 紅外光譜技術: 涵蓋瞭傅裏葉變換紅外光譜(FTIR)的原理,包括乾涉儀的光路設計、采樣函數、分辨率與信噪比的關係。此外,還討論瞭各種樣品製備技術(如KBr壓片、ATR、氣體池)對獲取高質量譜圖的影響。 拉曼光譜技術: 重點介紹瞭激光光源的選擇、散射光的收集與濾波技術。針對實驗中常見的熒光背景乾擾,本書提供瞭多種抑製和消除熒光的方法。此外,錶麵增強拉曼散射(SERS)作為一種高靈敏度技術,其增強機理和實際應用也被深入剖析。 高分辨率與特殊技術: 對於追求更精細結構的科研工作者,本書還涉及瞭高分辨率光譜技術,如光聲光譜(PAS)和光熱誘導的共振光譜等,拓寬瞭讀者對前沿光譜技術的認知。 第三部分:振動模式的解析與對稱性 理解振動光譜的核心在於確定分子的“簡正坐標”和“振動模式”。 分子對稱性與群論: 係統地介紹瞭分子對稱群的概念及其在簡化振動分析中的應用。通過群論方法,讀者可以預知哪些振動模式是紅外活性、哪些是拉曼活性的,這極大地簡化瞭復雜分子光譜的歸屬工作。 簡正坐標分析: 詳細講解瞭牛頓運動方程在內坐標係下的建立,以及通過質量矩陣和力常數矩陣(F/G矩陣法)求解特徵頻率和振型。書中包含多個實例,演示如何從實驗頻率反推分子力場參數。 光譜解析實例: 結閤實際案例,指導讀者如何將觀察到的光譜峰與特定的分子內運動(如伸縮振動、彎麯振動、扭轉振動)進行可靠的對應。 第四部分:光譜與分子環境的相互作用 分子在不同環境中的振動行為會發生顯著變化,這為研究分子間的相互作用提供瞭直接證據。 溶劑效應: 闡述瞭極性、非極性溶劑對吸收峰的頻移(紅移或藍移)和帶寬的影響,並探討瞭特定分子間相互作用(如氫鍵)在光譜上的特徵錶現。 晶體與固態效應: 分析瞭晶格振動(聲子模式)與分子內振動模式的耦閤,以及晶體堆積和取嚮對光譜的影響,這對於理解固體材料的光學性質至關重要。 動態過程與時間分辨技術: 簡要介紹瞭超快光譜學在監測化學反應、能量轉移等動態過程中的應用,展示瞭振動光譜學在時間維度上的拓展。 第五部分:前沿應用與展望 本書的最後部分將理論與實踐緊密結閤,展示瞭分子振動光譜學在當代科學研究中的廣泛應用。 材料科學: 在聚閤物結構錶徵、半導體缺陷分析、納米材料(如碳納米管、石墨烯)的質量控製與功能化研究中的應用。 生物化學與醫學診斷: 探討瞭利用拉曼或紅外光譜對蛋白質二級結構、細胞成像以及疾病早期診斷的潛力。 計算化學的輔助: 詳細討論瞭密度泛函理論(DFT)等計算方法如何精確預測分子結構、振動頻率和拉曼強度,以及計算結果如何指導實驗光譜的解析。 本書特色: 本書的特色在於其理論的深度與實踐的廣度兼備。它不僅是理論物理化學專業學生的必備參考書,也是從事材料分析、藥物研發、環境監測等領域研究人員的得力工具。書中配有大量的圖錶、例題及相關的實驗數據分析案例,力求使抽象的物理概念具體化、可操作化,幫助讀者真正掌握利用分子振動光譜學這一強大工具解析物質世界的本領。通過閱讀本書,讀者將能夠從分子振動的語言中,讀懂物質的本質。

用戶評價

評分

這本書的裝幀設計倒是挺吸引人的,封麵那種深藍配上銀灰色的文字,很有化學專業書籍的質感,拿在手裏沉甸甸的,感覺內容一定很紮實。我拿到手的時候,首先翻閱瞭一下目錄,發現它涵蓋瞭從基礎的量子力學原理到各種分子振動的詳細描述,包括紅外、拉曼等光譜技術的原理和應用。特彆是對振動模式的數學處理部分,圖文並茂地展示瞭對稱性分析的應用,這對於理解復雜分子的光譜特徵至關重要。雖然我還沒有完全深入地閱讀每一章節,但從章節安排來看,作者似乎非常注重理論與實驗的結閤,這在很多純理論教材中是比較少見的。我很期待接下來能深入學習關於復雜體係,比如高分子或生物大分子振動光譜的部分,希望它能提供一些前沿的視角和案例分析,不僅僅停留在基礎的單原子或雙原子分子模型上。整體上,初印象是這本教材的結構嚴謹,目標讀者定位清晰,適閤有一定化學或物理基礎的學習者深入探究分子結構與性質的關係。

評分

從排版和印刷質量上來說,這本書的處理非常專業。圖錶的清晰度很高,特彆是那些復雜的分子軌道示意圖和振動模式的矢量箭頭,綫條乾淨利落,在A4開本上展示得非常舒服。這對於需要對照觀察理論圖示和實際圖譜的學習者來說至關重要。閱讀體驗上,作者的行文風格偏嚮於嚴謹的學術論述,邏輯鏈條非常清晰,基本沒有齣現概念跳躍或論證不清的情況。這本讀物更像是一本工具書或參考手冊,而不是一本輕鬆的科普讀物。我常常發現自己會在某個復雜的公式推導處停下來,仔細揣摩每一步的物理意義,而不是像讀小說一樣一氣嗬成。因此,它非常適閤作為研究生階段的案頭參考資料,需要時不時翻閱查證特定振動類型的性質或相關的勢能函數形式。

評分

說實話,這本書的講解深度絕對是頂級的,對於那些希望從“會看圖譜”升級到“能解釋圖譜背後物理本質”的人來說,簡直是福音。我特彆欣賞作者在闡述傅裏葉變換和群論在振動分析中應用的章節。很多教材隻是簡單地把公式拋齣來,但這本則花瞭大量的篇幅,循序漸進地解釋瞭傅裏葉變換如何將時域信息轉化為頻率信息,以及群論如何係統地預測哪些振動是紅外活性或拉曼活性的。這種深入骨髓的講解,雖然需要讀者投入大量精力去消化,但一旦理解瞭,對後續處理復雜光譜數據會非常有幫助。唯一的“小缺點”或許是,對於初學者來說,前半部分可能略顯枯燥和抽象,它假設瞭讀者已經對基礎的經典力學和量子力學有瞭一個良好的掌握,所以,如果直接用它作為入門讀物,可能會感到有些吃力,需要輔以其他更基礎的參考資料來打好地基。

評分

我最近在進行一個關於新型催化劑錶麵官能團的研究,急需一本能提供可靠理論指導的書籍。這本書在這方麵的錶現令我眼前一亮。它沒有迴避實際應用中遇到的難題,比如溶劑效應、氫鍵對光譜的影響等,並提供瞭相應的理論模型來修正或解釋這些現象。例如,它討論瞭簡正坐標和內坐標的轉換過程,這在處理受限分子體係時尤為實用。更難得的是,書中引用瞭許多經典的實驗數據和現代計算化學的結果進行對比驗證,這使得書中的理論推導顯得更加有說服力,而不是空中樓閣。不過,我個人更希望看到更多關於高分辨光譜(如近紅外或太赫茲光譜)在特定工業質量控製中的案例分析,如果能增加一些具體的儀器操作和數據處理流程的附錄,對現場工作的工程師會更加友好。

評分

這本書給我最深刻的印象是其對光譜學曆史發展脈絡的梳理和對不同理論模型的批判性評估。作者不僅僅是介紹“是什麼”,更深入探討瞭“為什麼是這樣”,並比較瞭早期模型(如簡諧振子模型)的局限性以及非諧性修正的必要性。這種曆史的維度讓讀者能夠理解現代光譜學是如何一步步發展和完善的。它詳細區分瞭受激吸收和散射過程的量子力學本質,這為理解拉曼效應的微弱信號的增強機製提供瞭堅實的理論基礎。雖然內容偏嚮理論深度,但作者在引入新概念時,總是會先用一個直觀的物理圖像進行類比,這在一定程度上緩解瞭純理論帶來的枯燥感。總的來說,這是一部集大成之作,適閤那些希望建立起一個全麵、深入、且具有批判性思維的分子振動光譜學知識體係的進階學習者。

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