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1、1,高等结构分析,2,1.1 结构分析的意义,结构：复杂物体的下一层的组织状况。包括成份及相互关系两方面；分析：是将复杂的物体分解为简单物体的过程。综合：是将简单物体合并为复杂物体的过程。分析和综合是对立的，但又是互补的。可通过分析来认识综合体，也可通过综合来达到分析的目的化学研究的主要内容是合成和表征。表征就是弄清物质结构及其和性能的关系，即结构分析。物质结构决定物质性质、材料性能和应用。在物质结构和性能关系清楚的基础上才能设计出需要性能的新结构，合成出新物质，获得新材料。结构及结构和性能的关系的研究已成为化学研究之主要内容之一；结构的知识是化学工作者必备的知识；利用各种结构分析的方法来熟练
2、的进行结构分析也已成为化学工作者必须掌握的技能。,3,1.2 结构分析的内容,化学是一门研究分子的形成、变化和性能的科学，分子可以单个分子或聚集态被应用。最终目的是获得具有人类需要性能的新物质、新材料；化学结构主要包括分子结构和聚集态结构两个层次，它包括聚集态结构、分子几何结构（原子、基团的三维空间排列）及电子结构（原子间或分子间的相互作用）三个方面。聚集态结构分子与晶体结构电子结构,4,1.2.1 聚集态结构：物相结构 显微结构 空间分布,1.2.2 分子与晶体结构 基团和模块结构：有机基团，无机多面体，生物模块 分子与晶体结构 构型与构象,1.2.3 电子结构 原子间或分子间的相互作用，即
3、各种电子态。,5,6,7,8,1.3 结构分析的方法,。1.3.1 化学结构分析的方法：X射线衍射，可以直接和精确测定分子和晶体结构的方法，各种光谱技术，可以在液体中测定分子结构，分子模拟、量子力学计算。,9,1.3.2 波与物质的相互作用,结构分析的实验方法有一个相似的过程：用某一种波，或说某种粒子，使与被测定对象发生作用，改变被测定对象中的原子或分子的核或电子的某种能态、甚至解离，造成入射波（粒子）的散射、衍射及吸收，入射波的强度会减弱，还会产生不同波长的波或粒子，记录各种波或粒子的强度与波长的关系，或强度与位置的关系，得到各种共振谱、光谱、衍射谱或像，依据已知的这些谱或像与结构的关系，对
4、谱或像进行分析，即可得出各种结构数据。,10,表1-1 电磁波各光谱区的一些参数及相应的结构分析方法,11,1.3.3 射频波、微波与物质的相互作用：,射频波与微波是属于波长较长，能量较低的波。射频波与核自旋磁矩能级的变化相当，可改变自旋磁矩在外磁场中的取向，叫做发生核磁共振。微波可改变电子自旋在外磁场中的取向，称为电子顺磁共振。,12,1.3.4 红外，可见，紫外光与物质的相互作用,分子的能量由3个方面构成，电子的能量，核的振动能量，分子的转动能量。与它们相当的电磁波的波长分别为数百nm，几十个m及数百m，相应的波段分别属可见紫外区，近、中红外区，远红外及微波区。,13,1.3.5 X射线与
5、物质的相互作用：,1.X射线照射到物质上产生的一些现象：相干散射：空间连续，有高强度点不相干散射：空间连续，能量连续，某些方向，某 些能量有高强度电子散射：空间连续，能量连续，某些方向，某 些能量有高强度产生热。,14,15,2.现象的解释及可能的应用：(1)频率不变的X射线 1)透射线：透过强度与入射X线波长的关系，就是物质的吸收光谱。其上存在着的精细结构，称X射线吸收精细结构（XAFS），用来测定吸收原子的电子结构及配位结构。2)相干散射：由弹性碰撞产生的，可以相互干涉。晶体的相干散射只有少数方向相互加强有强光，为衍射线。X射线衍射（XRD）是用来测定晶体结构、多晶材料的相结构、晶粒大小、
6、晶粒取向及微结构的。,16,(2)频率改变的X射线：1)不相干散射：这是因非弹性碰撞产生的，可用来测定原子中的动量分布及研究化学键等。2)荧光辐射：外层高能级上的电子跃入内层填补空位，放出多余能量造成的，称荧光光谱。可用来鉴别元素，也可研究化学结构。,17,(3)电子：反冲电子：非弹性碰撞时造成的，光电子：电子吸收了入射X光子逸出原子造成的，产生光电子能谱。俄歇电子：外层电子跃入内层空位时产生荧得到物质的表面信息。二次电子：X射线与物质相互作用产生的各种带能粒子在原子中穿行时，与其它电子相碰而激发的电子，可以用来得到XAFS谱或成像。,18,1.3.6 电子与物质的相互作用,电子的能量范围在几个eV数百eV，与X射线相似。可用来成像，甚至可获得原子像；可得到X射线光谱，作元素和结构分析；可产生俄歇电子，作表面分析；发生电子衍射，用于研究样品结构；从电子的能量变化可得电子能量损失谱，用于测量原子簇结构。被轰击的分子电离，获得质谱，作分子结构推定。,19,形成的结构分析仪器：,透射电子显微镜，扫描电子显微镜，低能电子衍射仪，电子探针，质谱仪等。,
