化学计量学方法与分子光谱分析技术

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出版者:化学工业
作者:褚小立
出品人:
页数:394
译者:
出版时间:2011-7
价格:88.00元
装帧:
isbn号码:9787122106001
丛书系列:
图书标签:
  • 现代近红外光谱分析技术
  • 化学
  • 化学计量学
  • 分子光谱
  • 分析化学
  • 光谱分析
  • 数据处理
  • 化学分析
  • 定量分析
  • 仪器分析
  • 光谱技术
  • 化学应用
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具体描述

《化学计量学方法与分子光谱分析技术》分为7章,包括绪论、化学计量学方法、紫外可见光谱、中红外光谱、近红外光谱、拉曼光谱和若干问题的探讨。每章内容系统详尽,独立自成体系,又有相互联系,并各有侧重,涉及到了光谱理论、光谱与物质结构的相关关系、数据处理方法、实验技巧、工程化技术及其实际应用等诸多主题。书中既介绍了比较成熟的分子光谱实用技术,又反映出最新研究现状和前沿问题,其中融入了作者多年的工作成果和思考,同时又兼顾作为教学用书的系统性要求。因此,《化学计量学方法与分子光谱分析技术》适合作为从事分析仪器、仪器分析、过程分析和过程控制等相关领域的科研和技术人员的参考书,也可用作相关专业的本科生和研究生的选修教材或参考书,以及企事业单位专业技术培训的教材。

现代有机合成中的不对称催化:挑战与前沿进展 内容简介 本书深入探讨了现代有机合成化学中至关重要且充满活力的一个分支——不对称催化(Asymmetric Catalysis)。有别于传统化学计量学方法中对纯手性试剂的依赖,不对称催化通过引入少量手性催化剂,以高对映选择性和高效率构建复杂有机分子中的手性中心,极大地推动了药物化学、农用化学品以及先进材料的研发进程。 本书旨在为高年级本科生、研究生以及工业界的研究人员提供一个全面、深入且与时俱进的知识框架,聚焦于催化剂的设计理念、反应机理的深入理解以及前沿应用案例。我们摒弃了纯粹的、侧重于基础定量分析和分子光谱定性的传统视角,转而专注于动力学控制、过渡态几何结构以及手性识别机制的探讨。 第一部分:不对称催化的基础理论与设计原则 本部分首先回顾了手性与对映选择性的基本概念,随后将重点放在催化剂结构与性能的关联性上。我们将详细解析当前主流不对称催化体系的设计哲学: 1. 手性配体的构建策略: 深入分析双膦配体(如BINAP、Josiphos衍生物)、手性氮杂环卡宾(NHC)以及新型席夫碱配体在调控催化中心几何构型和电子性质方面的作用。重点讨论“立体效应”和“电子效应”如何共同影响底物接近过渡态的路径选择。 2. 金属催化剂的选择与优化: 探讨贵金属(如铑、铱、钯、金)与非贵金属(如铜、铁、镍)在不对称转化中的优势与局限。着重分析“开放式”与“封闭式”催化循环的差异及其对映选择性的调控机制。 3. 有机小分子催化(Organocatalysis): 详细介绍胺催化(如普罗林及其衍生物)、硫脲/硫代脲催化、以及布朗斯特酸催化剂(如手性磷酸)在构建C-C键、C-N键反应中的应用。我们将着重分析共价键中间体(如烯胺、亚胺离子)和非共价键相互作用(如氢键网络)在不对称诱导中的角色。 第二部分:关键不对称反应的机理与进阶应用 本部分将聚焦于有机合成中最具挑战性和实用性的几类不对称反应,从反应动力学和过渡态理论的角度剖析其高选择性产生的根源。 1. 不对称氢化反应: 深入分析手性过渡金属络合物(特别是Rh和Ir络合物)催化下的烯烃和亚胺的不对称氢化,重点比较“切口模型”(Pocket Model)和“空间位阻导向模型”对对映选择性的解释能力。 2. 不对称C-C键形成反应: 不对称Aldol反应与Mannich反应: 探讨金属介导和有机催化体系中,如何通过精确控制烯醇硅醚或烯胺与亲电试剂的相互作用,实现多组分反应中的立体控制。 不对称Diels-Alder反应: 分析手性路易斯酸催化剂如何通过Lewis酸配位活化双烯或亲双烯体,降低活化能垒并精确导向过渡态的空间构象。 3. 不对称C-X键活化与官能团化: 重点介绍不对称烯烃环氧化、不对称双羟基化(Sharpless反应的现代发展)以及不对称C-H键的直接官能团化。对于C-H活化,我们将讨论如何利用导向基团和手性催化剂的协同作用,实现区域选择性和对映选择性的双重控制。 第三部分:新型催化体系与未来展望 本部分探讨当前不对称催化领域正在快速发展的方向,这些方向往往依赖于对传统化学计量学和光谱分析范式之外的理解。 1. 流动化学与高通量筛选: 讨论如何将不对称催化反应集成到连续流动反应器中,实现对反应温度、停留时间、混合效率的精确控制,从而提高反应的安全性和产率。同时,介绍利用机器人辅助的高通量实验平台快速优化催化剂库和反应条件的方法。 2. 酶催化与生物催化(Biocatalysis): 探讨利用工程改造的酶(如转氨酶、还原酶)进行高选择性的不对称转化。重点关注如何通过定点突变来改变酶的底物识别口袋,拓宽其对非天然底物的适用范围。 3. 光氧化还原催化(Photoredox Catalysis)中的不对称诱导: 这是一个新兴领域,讨论如何利用激发态物种(如自由基或离子对)作为关键中间体,并通过手性环境对其进行控制,实现传统热力学控制下难以达成的转化。 本书避免了详尽的化学计量学平衡计算和冗长的光谱解析章节,而是将重点放在反应的动力学特征、过渡态的能量差异以及催化剂对分子间相互作用的精妙调控上,为读者提供一个理解如何“设计”选择性的深度视角。通过对这些前沿进展的梳理,本书期望激发读者在复杂手性分子构建领域进行创新性思维和实验设计。

作者简介

目录信息

第1章 绪论1 1.1 分子光谱的历史与发展2 1.2 分子光谱分析基础知识7 1.2.1 光-电磁辐射7 1.2.2 光与物质的相互作用8 1.2.3 光谱分析法9 1.2.4 分子能级与分子光谱11 1.2.5 朗伯-比尔定律12 1.2.6 漫反射理论13 1.2.7 ATR理论14 1.2.8 光谱仪器的基本构成16 1.3 化学计量学概述17 1.3.1 化学计量学起源、定义和发展历程17 1.3.2 化学计量学研究的内容18 1.3.3 化学计量学方法的必要性19 1.3.4 应用化学计量学方法需注意的问题21 1.4 光谱结合化学计量学的分析方法21 1.4.1 校正模型的建立21 1.4.2 常规分析22 1.4.3 方法的特点23 1.5 分子光谱在线分析技术24 1.5.1 概述24 1.5.2 在线分析仪的构成25 1.5.3 光纤及其附件26 1.5.4 在线分析的应用29 参考文献29第2章 化学计量学方法31 2.1 引言31 2.2 矩阵和数理统计基础31 2.2.1 矩阵基础31 2.2.2 样本的空间表示33 2.2.3 朗伯-比尔定律的矩阵表示33 2.2.4 方差和正态分布33 2.2.5 显著性检验35 2.2.6 相关系数36 2.2.7 协方差与协方差矩阵37 2.2.8 线性回归39 2.3 光谱预处理方法41 2.3.1 均值中心化41 2.3.2 标准化41 2.3.3 归一化42 2.3.4 平滑去噪算法42 2.3.5 导数45 2.3.6 SNV和去趋势算法47 2.3.7 多元散射校正47 2.3.8 傅里叶变换48 2.3.9 小波变换49 2.3.10 正交信号校正53 2.4 主成分分析54 2.4.1 多重共线性问题54 2.4.2 主成分分析基本原理55 2.4.3 主成分数的确定56 2.4.4 主成分分析算法57 2.4.5 主成分分析的应用57 2.5 主成分回归57 2.5.1 基本原理57 2.5.2 最佳主因子数的选取58 2.6 偏最小二乘法59 2.7 非线性校正方法61 2.7.1 人工神经网络61 2.7.2 支持向量机68 2.7.3 核偏最小二乘法74 2.8 定量校正模型的评价75 2.8.1 评价参数75 2.8.2 模型评价76 2.9 校正样本和变量的选择方法79 2.9.1 波长变量的选择79 2.9.2 校正样本的选择方法86 2.10 界外样本的识别方法88 2.10.1 校正过程界外样本的检测88 2.10.2 预测过程界外样本的检测89 2.11 提高模型预测能力的方法90 2.11.1 提高稳健性的建模策略90 2.11.2 基于局部样本的建模策略91 2.11.3 集成的建模策略92 2.12 模式识别方法95 2.12.1 引言95 2.12.2 无监督的模式识别方法96 2.12.3 有监督的模式识别方法102 2.13 模式识别性能的评价106 2.14 模型传递109 2.15 多维数据分辨和校正方法111 2.15.1 引言111 2.15.2 PARAFAC法112 2.15.3 多维偏最小二乘法113 2.16 化学计量学软件114 2.16.1 软件的基本构架和功能114 2.16.2 商品软件介绍115 参考文献119第3章 紫外-可见光谱124 3.1 基本知识124 3.1.1 基本原理124 3.1.2 一些术语126 3.2 各类有机化合物的紫外光谱127 3.2.1 非共轭有机化合物127 3.2.2 共轭有机化合物127 3.2.3 芳香族化合物131 3.3 影响紫外光谱的因素134 3.3.1 共轭和超共轭效应134 3.3.2 溶剂效应134 3.3.3 立体效应136 3.3.4 pH对紫外光谱的影响137 3.4 紫外-可见光谱仪器138 3.4.1 紫外-可见光谱仪的主要部件138 3.4.2 紫外光谱仪的类型141 3.4.3 紫外光谱仪的性能指标142 3.4.4 紫外光谱仪的维护143 3.5 实验技术144 3.5.1 透射测量技术144 3.5.2 漫反射测量技术145 3.5.3 ATR测量技术146 3.6 紫外-可见光谱的应用146 3.6.1 分子结构解析146 3.6.2 经典的定量分析148 3.6.3 现代定量、定性分析方法150 3.6.4 催化剂表征中的应用152 3.6.5 在线分析153 参考文献158第4章 中红外光谱160 4.1 引言160 4.2 红外光谱的基本原理160 4.2.1 化学键的振动与频率160 4.2.2 分子的振动自由度162 4.2.3 分子的振动类型163 4.2.4 红外光谱的吸收强度163 4.2.5 红外光谱的表示法164 4.3 红外吸收光谱与分子结构的关系164 4.3.1 基团频率区与指纹区164 4.3.2 各类化合物的红外特征光谱165 4.4 影响红外光谱吸收频率的因素190 4.4.1 外部条件的影响190 4.4.2 分子结构的影响191 4.5 红外光谱仪器196 4.5.1 傅里叶变换红外光谱仪的基本组成196 4.5.2 迈克尔逊干涉仪198 4.5.3 红外光谱仪的性能指标203 4.5.4 红外光谱仪的使用维护205 4.5.5 测量附件205 4.5.6 便携式仪器211 4.5.7 在线分析仪214 4.6 实验技术217 4.7 应用220 4.7.1 结构鉴定中的应用220 4.7.2 垃圾焚烧烟气等气体的在线监测分析230 4.7.3 润滑油和生物柴油等油品分析中的应用231 4.7.4 二维相关红外光谱及其应用242 4.7.5 反应过程的监测分析246 4.7.6 癌症诊断等临床医学的应用248 4.7.7 酒和奶等食品分析中的应用249 参考文献250第5章 近红外光谱259 5.1 引言259 5.2 近红外光谱解析260 5.2.1 近红外光谱产生的原理260 5.2.2 主要谱带的归属262 5.3 近红外光谱仪器274 5.3.1 光谱仪的基本构成274 5.3.2 光谱仪的类型275 5.3.3 测量附件281 5.3.4 实验室型仪器285 5.3.5 便携式仪器286 5.3.6 在线仪器286 5.3.7 仪器的性能指标287 5.4 实验技术288 5.5 应用290 5.5.1 农业中的应用290 5.5.2 食品分析中的应用293 5.5.3 药物和医学中的应用297 5.5.4 石化和化工中的应用299 5.5.5 其他302 5.6 近红外光谱成像302 5.6.1 光谱成像原理和仪器303 5.6.2 光谱图像数据分析305 5.6.3 应用306 参考文献307第6章 拉曼光谱311 6.1 基本知识311 6.1.1 拉曼散射311 6.1.2 拉曼选律313 6.1.3 拉曼光谱参数314 6.1.4 共振拉曼和表面增强拉曼315 6.1.5 拉曼光谱分析技术的特点316 6.2 拉曼光谱解析317 6.2.1 拉曼特征光谱的规律317 6.2.2 常见基团的拉曼特征频率318 6.3 拉曼光谱仪器321 6.3.1 光谱仪的基本构成321 6.3.2 光谱仪的类型322 6.3.3 测量附件325 6.3.4 实验室仪器330 6.3.5 便携式仪器331 6.3.6 在线仪器332 6.3.7 拉曼光谱仪的校正333 6.4 实验技术335 6.4.1 常规测试方法335 6.4.2 荧光干扰的消除335 6.4.3 不均匀样本光谱的采集337 6.4.4 表面增强拉曼实验方法339 6.5 应用340 6.5.1 高聚物中的应用341 6.5.2 珠宝和考古中的应用344 6.5.3 石油化工中的应用345 6.5.4 药物中的应用346 6.5.5 生物医学中的应用348 6.5.6 食品中的应用350 6.5.7 安全和刑侦中的应用352 6.5.8 其他应用353 参考文献356第7章 若干问题的探讨368 7.1 引言368 7.2 分子振动光谱分析技术的对比368 7.3 化学计量学方法的选择371 7.3.1 多元校正方法的选择371 7.3.2 模式识别方法的选择372 7.3.3 光谱预处理方法和光谱范围的选择374 7.4 模型预测能力影响因素浅析374 7.4.1 校正样本的影响374 7.4.2 基础数据准确性的影响376 7.4.3 光谱测量方式的影响378 7.4.4 光谱采集条件的影响380 7.4.5 仪器性能的影响384 7.5 模型更新与维护384 7.5.1 重要性与必要性384 7.5.2 网络化技术385 7.6 光谱结合化学计量学的分析方法标准385 7.6.1 分析方法标准385 7.6.2 ASTM E1655方法介绍389 7.7 展望390参考文献391
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读后感

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用户评价

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这本书的编排结构给我一种**体系化、全景式**的震撼。它不像某些书籍只聚焦于某一种单一技术,而是将**经典的光谱学原理**与**前沿的计算化学模型**巧妙地编织在一起。例如,在讨论**红外光谱(IR)**的特征峰归属时,作者引入了**密度泛函理论(DFT)计算**的结果来预测振动模式的能量,并通过与实验谱图的**峰位差值分析**,反过来验证计算模型的精度。这种双向验证的思维模式,极大地拓展了我对“分析”二字的理解——分析不再仅仅是“识别”,更是“论证”与“建模”。此外,书中对**拉曼光谱在生物分子(如蛋白质二级结构)研究**中的应用描述得尤为精彩,它清晰地阐述了**共振拉曼效应**的原理,并通过对比**不同溶剂极性**对拉曼位移的影响,揭示了微环境对分子构象的微妙作用。整本书贯穿了一种**跨学科的交叉融合精神**,对于希望从基础物理化学走向复杂体系解析的研究者来说,是不可多得的宝典。

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这本书的封面设计简洁,带着一种严谨的学术气息,让人一翻开就感觉进入了一个需要专注思考的领域。我尤其欣赏作者在开篇部分对基础概念的梳理,比如对**误差来源**的探讨,细致入微,从仪器本身的性能限制到操作人员的习惯性偏差都有提及。这对于我们初学者来说,简直是一剂强心针,因为它没有直接跳到复杂的计算,而是先把“地基”打牢。我记得有一章专门讲了**数据预处理**,其中对于**基线漂移校正**的几种经典方法进行了对比分析,图示非常清晰,不同算法在处理高背景信号时的优缺点一目了然。特别是关于**多元曲线分辨率(MCR)**的应用实例部分,作者没有仅仅停留在理论推导,而是结合了实际的**药物降解动力学**研究案例,展示了如何从复杂的混合物谱图中分离出真实的组分贡献,这种“学以致用”的编写方式,极大地提升了阅读的趣味性和实用性。总的来说,这本书在方法论的阐述上非常扎实,逻辑链条完整,适合需要建立扎实理论框架的研究人员深入研读。

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这本书最让我感到惊喜的是它对**质量保证/质量控制(QA/QC)体系**在**痕量分析**中的实际落地。它没有空泛地谈论“准确性”,而是深入探讨了**不确定度评定**的ISO/IEC 17025标准下的具体操作流程。例如,在处理**ICP-MS**对**环境水样中重金属**的分析时,书中详尽列举了**标准物质选择、加标回收率测试、以及如何计算方法的扩展不确定度**的全套流程。其中对**系统误差和随机误差的量化分配**的论述,逻辑严密,具有极强的可复制性。更重要的是,作者在描述**仪器日常维护与性能确认**的部分,提供了不同类型光谱仪(如**荧光光谱仪**)的**周期性验证方案**,甚至提到了如何通过**特定有机染料的量子产率**来定期校准光功率的漂移。这使得这本书的功能超越了理论参考书的范畴,更像是一本**高端分析实验室的内部操作手册**,为我未来的实验设计和方法验证工作提供了坚实的、符合规范的指导蓝图。

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我必须说,这本书的**图表质量**达到了专业出版物的顶尖水准。很多教科书的图谱往往是黑白、低分辨率的扫描件,看着费劲,但本书中的**二维相关光谱(2D-IR)**图谱,色彩区分度极高,坐标轴的标注清晰精确,即便是最复杂的**时间分辨光谱**数据,也能通过颜色深浅的渐变清晰地呈现**动力学过程的时间常数**。阅读过程中,我很少需要去查阅外部资料来理解图示的含义,因为作者在图注中已经给予了详尽的解释。特别值得一提的是,在介绍**近红外光谱(NIR)**在**食品质量控制**中的应用时,它详细展示了如何使用**主成分分析(PCA)**来降维,并解释了**得分图(Score Plot)**和**载荷图(Loading Plot)**各自代表的物理意义,以及如何通过载荷图来反向推断出**真正影响产品质量的关键化学键振动**。这种对**数据可视化与信息提取**的深度整合,让原本枯燥的统计学分析变得生动起来,读起来有一种“抽丝剥茧”的快感。

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读完这本书的感受,就像经历了一次酣畅淋漓的**光谱数据解析马拉松**。不同于市面上很多教科书那种“干巴巴”的理论堆砌,这本书的叙事风格非常具有**现场感**。作者仿佛是一位经验丰富的老教授,带着我们一步步走入**高分辨质谱**的殿堂。我印象最深的是它对**定性分析中峰识别的鲁棒性**的探讨。书中提到了一种基于**多模态信息融合**的识别策略,它不仅仅依赖于精确的质量数匹配,还结合了**同位素丰度比**和**碎片离子图谱**的相似度评分,这种全方位的验证机制,极大地降低了错误归属的风险。在涉及**液相色谱-质谱联用(LC-MS)**方法的验证章节,它详细拆解了**峰面积的线性回归**和**检测限(LOD)、定量限(LOQ)**的实际计算步骤,附带的**Excel操作指南**虽然没有直接出现在正文中,但通过清晰的章节索引可以快速定位,这种对**实验操作细节的关注**,非常贴合一线分析工作者的需求。它让那些看似玄奥的分析流程,变得触手可及,充满了可操作性。

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