1、1高等結構分析21.1 結構分析的意義 結構：復雜物體的下一層的組織狀況。包括成份及相互關系兩方面； 分析：是將復雜的物體分解為簡單物體的過程 。 綜合：是將簡單物體合并為復雜物體的過程。 分析和綜合是對立的，但又是互補的。 可通過分析來認識綜合體，也可通過綜合來達到分析的目的 化學研究的主要內容是合成和表征。表征就是弄清物質結構及其和性能的關系，即結構分析。物質結構決定物質性質、材料性能和應用。在物質結構和性能關系清楚的基礎上才能設計出需要性能的新結構，合成出新物質，獲得新材料。 結構及結構和性能的關系的研究已成為化學研究之主要內容之一；結構的知識是化學工作者必備的知識；利用各種結構分析的方

2、法來熟練的進行結構分析也已成為化學工作者必須掌握的技能。31.2 結構分析的內容化學是一門研究分子的形成、變化和性能的科學，分子可以單個分子或聚集態被應用。最終目的是獲得具有人類需要性能的新物質、新材料；化學結構主要包括分子結構和聚集態結構兩個層次，它包括聚集態結構、分子幾何結構（原子、基團的三維空間排列）及電子結構（原子間或分子間的相互作用）三個方面。聚集態結構分子與晶體結構電子結構41.2.1 聚集態結構： 物相結構 顯微結構 空間分布1.2.2 分子與晶體結構 基團和模塊結構：有機基團，無機多面體，生物模塊 分子與晶體結構 構型與構象1.2.3 電子結構 原子間或分子間的相互作用，即各種

3、電子態。56781.3 結構分析的方法。1.3.1 化學結構分析的方法： X射線衍射，可以直接和精確測定分子和晶體結構的方法， 各種光譜技術，可以在液體中測定分子結構， 分子模擬、量子力學計算。91.3.2 波與物質的相互作用結構分析的實驗方法有一個相似的過程： 用某一種波，或說某種粒子，使與被測定對象發生作用， 改變被測定對象中的原子或分子的核或電子的某種能態、甚至解離， 造成入射波（粒子）的散射、衍射及吸收，入射波的強度會減弱，還會產生不同波長的波或粒子， 記錄各種波或粒子的強度與波長的關系，或強度與位置的關系，得到各種共振譜、光譜、衍射譜或像， 依據已知的這些譜或像與結構的關系，對譜或像

4、進行分析，即可得出各種結構數據。10表1-1 電磁波各光譜區的一些參數及相應的結構分析方法 光譜區 波長/nm 波數1/ )(cm 頻率()/ Hz 能量/eV 對應分析 方法 無線電波 10131010 10-610-4 105109 10-1010-5 核磁共振 微波 109106 10-3101 1091011 10-510-3 順磁共振 紅外光 106103 101104 10121014 10-2100 紅外光譜 可見光 8102 4102 1.31042.5104 3.810141015 1.6101 可見光譜 紫外光 4102 1102 2.5104105 10151.51016

5、 101102 紫外光譜 X 射線 10210-2 106108 10161018 103106 X射線光譜 拉 曼 光 譜 111.3.3 射頻波、微波與物質的相互作用： 射頻波與微波是屬于波長較長，能量較低的波。 射頻波與核自旋磁矩能級的變化相當，可改變自旋磁矩在外磁場中的取向，叫做發生核磁共振。 微波可改變電子自旋在外磁場中的取向，稱為電子順磁共振。121.3.4 紅外，可見，紫外光與物質的相互作用分子的能量由3個方面構成，z 電子的能量，z 核的振動能量，z 分子的轉動能量。與它們相當的電磁波的波長分別為數百nm，幾十個m及數百m，相應的波段分別屬可見紫外區，近、中紅外區，遠紅外及微波

6、區。131.3.5 X射線與物質的相互作用：1. X射線照射到物質上產生的一些現象：z 相干散射： 空間連續，有高強度點z 不相干散射：空間連續，能量連續，某些方向，某 些能量有高強度z 電子散射： 空間連續，能量連續，某些方向，某 些能量有高強度z 產生熱。14152. 現象的解釋及可能的應用：(1) 頻率不變的X射線 1) 透射線： 透過強度與入射X線波長的關系，就是物質的吸收光譜。其上存在著的精細結構，稱X射線吸收精細結構（XAFS），用來測定吸收原子的電子結構及配位結構。 2) 相干散射： 由彈性碰撞產生的，可以相互干涉。晶體的相干散射只有少數方向相互加強有強光，為衍射線。X射線衍射（

7、XRD）是用來測定晶體結構、多晶材料的相結構、晶粒大小、晶粒取向及微結構的。16 (2) 頻率改變的X射線： 1) 不相干散射： 這是因非彈性碰撞產生的，可用來測定原子中的動量分布及研究化學鍵等。 2) 熒光輻射： 外層高能級上的電子躍入內層填補空位，放出多余能量造成的，稱熒光光譜。可用來鑒別元素，也可研究化學結構。17(3) 電子： 反沖電子：非彈性碰撞時造成的， 光電子：電子吸收了入射X光子逸出原子造成的，產生光電子能譜。 俄歇電子：外層電子躍入內層空位時產生熒得到物質的表面信息。 二次電子：X射線與物質相互作用產生 的各種帶能粒子在原子中穿行時，與其它電子相碰而激發的電子，可以用來得到XAFS譜或成像。181.3.6 電子與物質的相互作用 電子的能量范圍在幾個eV數百eV，與X射線相似。 可用來成像，甚至可獲得原子像； 可得到X射線光譜，作元素和結構分析； 可產生俄歇電子，作表面分析； 發生電