EINFÜHRUNG IN DIE ULTRAROTSPEKTROSKOPIE

本书为 Dr. Werner Brügel 所著《EINFÜHRUNG IN DIE ULTRAROTSPEKTROSKOPIE》（红外光谱学导论），由 Verlag von Dr. Dietrich Steinkopff 于1957年在Darmstadt出版，为第二修订版（2. neubearbeitete Auflage），含166幅插图（分205个单独图示）和35个表格。本次OCR仅见前20页，内容包括书名页、版权页、目录（Inhaltsverzeichnis）、引言（Einleitung）及第一章“量子理论基础”的开篇部分，因此全书完整正文尚需后续页面补充，但目录已较清晰地展示了全书的章节结构与论述范围。

从目录看，全书分为四大部分。第一部分“Grundzüge der Theorie der ultraroten Spektren im Gaszustand”（气态红外光谱理论概要）共七章：第一章量子理论基础，包括玻尔原子模型和量子力学考察；第二章双原子分子的红外光谱，涉及旋转光谱、振动光谱、旋转振动光谱和强度考察；第三章分子与振动的对称性质，包括对称元素与覆盖操作、点群、振动的对称性质、偶极矩与振动态的对称性质；第四章多原子分子的旋转光谱，涉及线性分子、对称陀螺分子、球形陀螺分子、不对称陀螺分子；第五章多原子分子的振动与振动光谱，包括振动频率计算、多原子分子振动光谱、精细化与特殊效应；第六章多原子分子的旋转振动光谱，涉及线性分子、对称陀螺分子、球形陀螺分子、不对称陀螺分子、具有内旋转的分子；第七章液体和固体的红外光谱，包括谱带旋转结构的变化、液体和固体中的振动。

第二部分“Apparative Ausrüstung und präparative Technik der Ultrarotspektroskopie”（红外光谱学的仪器设备与制备技术）共八章：第一章辐射源，包括Nernst灯、炽热球、专用辐射源；第二章单色器，包括狭缝、成像光学、棱镜、光栅、干涉仪、光路、单色器特性参数、双单色器、调节与波长校准；第三章辐射接收器，包括热电偶与测辐射热计、气动辐射接收器、光电红外辐射接收器、放大与显示问题；第四章光谱仪概论，包括单光束仪器、双光束仪器、最佳操作条件、快速或扫描光谱仪、红外光谱的表示；第五章商用红外光谱仪，包括BAIRD、BECKMAN、GRUBB-PARSONS、HILGER、LEITZ、PERKIN-ELMER、UNICAM、ZEISS等型号及近红外光谱仪；第六章光谱仪附件，包括气体池、液体池、专用池、反射计与偏振器、显微光谱设备、积分器、单光束光谱仪评估装置、红外滤光片；第七章无光谱分解的红外仪器，包括基本原理、URAS、PERKIN-ELMER Tri-Non分析仪；第八章样品制备，包括气体物质、液体、固体、池窗与载片处理。

第三部分“Methoden der praktischen Ultrarotspektroskopie”（实用红外光谱学方法）共四章：第一章化学结构阐明，包括特征频率、化学结构分析的实施、强度光谱学；第二章定性分析，包括定性分析、纯度检验、编目与文献问题；第三章定量分析，包括吸收定律、Beer定律、积分吸收、问题设定与评估方法、误差考察；第四章反射、偏振与显微光谱测量，包括反射光谱学的可能性与界限、反射光谱学基本公式、偏振测量、显微光谱测量。

第四部分“Ergebnisse und Anwendungen”（结果与应用）共四章：第一章重要物质类别的红外光谱，包括石蜡与环石蜡、烯烃与环烯烃、羰基化合物、其他含氧化合物、含氮化合物、芳香环系、乙炔化合物、含卤素硫硅磷的化合物；第二章高分子物质，包括一般观点、高聚天然与合成材料、缩合产物与复杂天然产物；第三章无机物质，包括基本原则、离子晶体的本征振动、玻璃；第四章特殊效应与应用，包括氢键、旋转异构、诱导吸收、晶体、热力学中的应用、其他。书末附文献目录（Literaturverzeichnis）和索引（Sachverzeichnis）。

引言（Einleitung）可见，作者首先界定红外光谱在电磁波谱中的位置，指出红外区域紧接可见光之后，向长波方向延伸；红外辐射常被皮肤感知为热，主要来源为或多或少灼热的固体，故常被称为热辐射。作者强调，红外区域对物理学家和化学家具有特殊意义，因为该区域包含分子的旋转光谱和振动光谱，即分子旋转能和振动能变化的表现，这些变化在红外辐射与物质相互作用时于三种聚集态中在一定条件下发生。所出现的旋转和振动频率以及其他实验可观测的量，直接取决于某些分子量，如原子间的键力、绕特定轴的转动惯量等，可基于相当简单的模型从光谱中确定。因此，红外光谱学已成为化学结构研究不可或缺的辅助手段。此外，红外光谱分析在定性和定量分析技术中也具有重要实用意义。

引言还详细讨论了波长与波数的单位换算，给出1 μ = 10⁻³ mm = 10⁻⁴ cm = 10⁻⁶ m = 10³ mμ = 10⁴ Å；化学家尤其结构研究者习惯用波数（cm⁻¹），即1 cm距离内的波数，为波长（以cm计）的倒数。作者给出波长与波数换算表（表1，1—30 μ范围），并说明波数ν不得与频率ν̃混淆；频率具有时间倒数维度，通常以赫兹为单位，与波长的关系为λ·ν̃ = c，其中c为光速（真空中c₀ ≈ 2.99776×10¹⁰ cm·s⁻¹）。波数与频率成正比，比例因子为光速的倒数；由于频率是振动过程固有的量而不变，光速则随介质而变，故同一振动在不同介质中测得的波数或波长不同。通常换算到真空，需用介质的折射率n；在空气中，折射率随波长的关系为(n−1)×10⁶ = 272.599 + 1.5358·λ⁻² + 0.01318·λ⁻⁴（λ以μ计），并给出真空校正表（表2，500—5000 cm⁻¹）。作者还讨论了红外光谱区的划分（表3）：按接收器分为照相红外（至1.4 μ）、光电管红外（至约6 μ）、热检测（整个区域）；按色散手段分为棱镜红外（至约50 μ，LiF至6 μ、CaF₂至9 μ、NaCl至15 μ、KBr至25 μ、CsBr至40 μ、CsJ至50 μ）、光栅红外（整个区域，主要在50 μ以上）；按分子光谱学观点分为倍频振动区（特别是CH键）至2 μ、基频振动区2.5至约30 μ、旋转区约50 μ以上；常用名称为近红外至约5 μ、中红外约5至约25 μ、远红外约25 μ以上。作者还指出，绝大多数感兴趣的谱来自吸收研究；经典电动力学表明，辐射与分子体系之间的相互作用（发射或吸收）只有伴随电偶极矩变化时才可能，这一结论在量子理论中依然成立。只有引起电偶极矩变化的旋转和振动才能被辐射激发、在吸收中检出，通称红外活性；没有偶极矩变化的旋转和振动在红外光谱中不可见，需借助拉曼效应。作者还简要回顾了红外光谱学的历史：1800年W. Herschel发现红外辐射；1881年Abney和Festings首次获得有机物质在0.7—1.2 μ的红外吸收光谱；1892年Julius首次将3000 cm⁻¹的吸收带归属于甲基；1905—1908年W. W. Coblenz发表大量物质至约15 μ的红外光谱目录；20世纪二三十年代量子理论和量子力学的发展揭示了红外光谱对分子结构研究的意义；20世纪20年代初巴登苯胺苏打公司路德维希港奥堡工厂实验室开始将红外光谱用于分析目的；30年代中期Lehrer引入调制辐射和连续记录技术，30年代末在路德维希港-奥堡建成首台工业用现代红外分光光度计；第二次世界大战期间，德国、英国尤其是美国使红外光谱学成为化学家研究和实践中不可或缺的可靠辅助手段。

第一章“量子理论基础”开篇讨论玻尔原子模型，包括经典电动力学下原子不稳定性的困难、玻尔提出的稳定“定态”轨道、量子数、泡利不相容原理、频率条件hν̃ = E₁ − E₂、选择定则、对应原理，以及以波数表示的玻尔频率条件ν = E₁/hc − E₂/hc和项值概念。随后讨论量子力学考察，包括薛定谔方程、本征值、本征函数、波函数的概率解释、跃迁概率与矩阵元、电偶极矩相互作用、选择定则的量子力学基础，以及磁偶极矩、四极矩和诱导偶极矩等次要相互作用。第二章开篇讨论双原子分子红外光谱的预备知识，说明将双原子分子单独处理的教学意义。整体上，本书系统论述红外光谱学的理论基础、仪器技术、实用方法和应用结果，涵盖气态分子光谱理论、多原子分子振动与旋转光谱、液体和固体光谱、辐射源与单色器、辐射接收器、商用光谱仪、样品制备、化学结构分析、定性定量分析、反射与偏振测量、各类物质红外光谱及特殊效应等，适合作为红外光谱学、分子光谱学、分析化学与结构化学的教学参考书和研究用书。本次仅见前20页，后续内容待补。