复旦大学高等结构分析红外-绪论
第一章 绪论(讲)
后续课程： 《弹、塑性力学》着重讨论薄壁结构（板、壳、膜结构等）
和实体结构（挡土墙、墩台、重力坝、块体基础等）的 应力、变形、稳定性和动力反应等问题。 注意：1、扩展和延伸的基础内容是钢筋混凝土结构、钢结 构、地基基础和结构抗震设计、毕业设计等课程和实践 环节的基础； 2、实用性强，计算结果是各类结构设计的依据。 3、基本理论、方法是计算机辅助设计软件的核心基础。
一、结构的概念
建筑物和工程设施中，起主要受力、传力及支承 作用的骨架部分。
二、结构的分类 1、按构件的几何特征分为：
杆系结构（空间或平面）； 板壳（薄壁:薄板、薄壳）结构； 实体结构。
<1>、杆系结构：由杆件组成。 几何特征：横截面<<长度
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第一章 绪论 <2>、板壳（薄壁：薄板、薄壳）结构
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第一章 绪论 示 例 1
杆件几何特征划分：杆系结构；结构形式划分：框架结构 建筑材料划分：钢结构； 空间角度划分：空间结构
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第一章 绪论
东校图书馆
杆系结构；框架结构；钢筋混凝土结构；空间结构（平面）
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第一章 绪论
大跨结构
（杆系结构、空间网架结构、薄壳结构、钢结构等）
三、按结构的受力和变形特性分类
(1)梁----梁是一种受弯构件，一般水平（或斜
向）放置，其轴线通常为直线。可能 单跨、多跨。内力一般有弯矩和剪力， 以弯矩为主。
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直梁
曲梁
第一章 绪论
(2)刚架----不同方向的杆件用结点（至少有一刚
红外光谱在结构解析中的作用
红外光谱在结构解析中的作用红外光谱是一种物理现象，在有机和无机物质的谱学研究中发挥重要作用。
它的数据可以被用来用于结构解析，以确定物质的组成和性质，甚至建立一种新物质的结构。
它也可以用来识别有机分子修饰，如取代、功能团或母体等。
本文将介绍红外光谱在结构解析中的应用，探讨它的原理以及分析方法，并分析它与其他分子结构分析技术的优缺点。
红外光谱法是一种涉及到物质红外辐射的一种分子谱学技术，可以识别分子的结构。
它通过研究物质红外辐射的强度和位置来确定分子组成。
被分析的分子几乎总是不断升温和降温，使它们的谱线可以被检测和分析，从而得出它们的结构和组分的结果。
红外光谱的结构分析包括三个步骤：（1）获得一个完整的红外光谱；（2）通过观察红外谱线位置来确定分子中不同原子或分子式单元的存在；（3）通过观察红外谱线强度来解析它们的结构。
通过这三个步骤，可以在不改变原来的化学性质的情况下，揭示一种物质的结构，确定它的组成，并进行识别和鉴定。
红外光谱技术与其他结构分析技术相比有几个优点。
首先，它不需要破坏被分析样品，可以对许多不同类型的样品进行安全分析，比如细胞、病毒和细胞组织。
其次，它可以从微量样品中检测分子结构。
最后，它可以以最快的速度和最低的门槛，轻松快速地实现结构解析。
然而，红外光谱也有一些不足，比如可能检测不到某些个性化的分子，它的数据可能不太准确，需要考虑光谱中的噪声，以及较低的分辨率等。
因此，红外光谱仍然是当今最有效和重要的分析技术之一，它在物质分析和结构解析领域发挥着重要作用。
由于它的应用范围很广，因此它的研究水平不断提高，可以帮助我们更好地理解物质的组成和结构，从而构建一个全新的材料世界。
综上所述，红外光谱在结构解析中的作用不容忽视。
它的优点是它可以安全、有效地进行结构解析，而缺点是可能检测不到少数特殊的分子和低分辨率等。
随着研究的深入，红外光谱在分子结构、催化剂设计和新材料发现等领域的应用将越来越广泛。
红外光谱在分子结构分析中的应用
红外光谱在分子结构分析中的应用红外光谱（Infrared spectroscopy）是指将物质吸收或反射的红外辐射产生的光谱进行定性和定量分析的方法。
它能够通过研究物质在不同波数下的吸收能力来确定分子中含有的化学键种类和数量，从而揭示出分子的结构和组成，是一种非常重要的分析方法。
红外光谱的原理分子中的原子都会对电磁波作出反应，它们在吸收、散射或透过电磁波时将吸收一定量的能量，这是因为这些反应所涉及的能级的跃迁都需要能量的贡献，而我们所研究的分子较小，其响应的最常用波长位于红外辐射的波长区域内。
在分子中，多数的化学键的振动都会发生在这一区域内，当电磁波与分子相互作用时，只有跃迁能量等于或接近振动频率的电磁波才能被吸收。
这样，所吸收的波长能量就可以作为分子的“指纹”而被检查处理。
红外光谱能提供的信息红外光谱通过测量介质对不同波长辐射的吸收情况来确定分子性质。
分析师可以利用红外光谱去探测物质中存在的化学键，检查其振动频率；确定化合物的结构；对分子中原子的相互作用和键距离等结构参数进行定量测定；确定并鉴定分子中的错误或杂质等。
翻转分子结构红外光谱可以被用来翻转分子的结构。
分子只有在运动中才会振动，这通常表现为分子的振动和弯曲。
红外光谱可以测量出物质的共振振动频率，这可以用来确定分子的结构。
确定化合物的结构可以允许分析师利用这种知识去寻找新的分子结构，在这些分子结构内利用分子互相作用来设计出新型材料，这在药物研发，工业生产以及能源领域都有用武之地。
化合物的确定通过红外光谱的比较，可以确定不同的物质有不同的红外光谱。
红外光谱可以确定分子中有哪些元素，确定分子组成和各种化学反应过程中的机理。
因此，红外光谱不仅仅是确定物质的结构，它还可以确定在反应中什么是正在发生的，以及反应的速率和机理。
结论红外光谱如今在化学，生物学和材料科学等领域中得到了广泛的应用。
通过这种工具，科学家可以研究化学反应和材料结构，设计出新型药物和材料。
结构生物学：第一章 绪论
4.结构生物学研究进展
Mo lecu le Type
X-ray
Protein s
Nucleic Acids
Protein/
NA Comp le
xes
Other
31549
934
1462
28
NMR
5074
732
122
7
Exp .
Method
Electro n Microsc
opy
• 基因经过转录,翻译成蛋白质, 再经过翻译后 的磷酸化,糖基化等修饰,蛋白质折叠, 多亚基 多复合体还要进行组装,最后才能形成有功 能的单位. (gene --transcription-
translation — processing — folding — assembling — function unit)所以这些信 息这样一系列的过程是不可能只从单一 的
• 单分子结构技术 ， 在体结构研究（发展趋势）
5.为什么要研究结构生物学?
• 首先 :结构决定功能 ，说到底就是一个分子的三维结构决 定功能 ， 因此如果要了解一个分子的功能首先要知道三 维结构.人类基因组计划(Human Genome Plan, HGP )完 成后,为我们提供了大量的基因组序列 。但是基因只给出 了一个线性的序列,一个脱氧核苷酸的序列 ， 是一个间接 的信息； 而要知道更进一步的信息 ， 必须要测定蛋白质.
• 杂志：
• Journal of Structural
Biology (1990,IF=3.092) Journal of
Ultrastructure,Journal of Molecular
structure research
第2章红外
第2章红外光谱用光谱技术对高分子结构剖析、研究聚合物化学组成、链结构、聚集态结构、高聚物反应和变化过程等已越来越广泛了，同时也成为设计新材料的必不可少的基础。
本章开始逐步介绍几种光谱分析技术。
2 - 1 光谱分析基本概念光学分析：凡是基于检测能量作用于待测物质后产生的辐射讯号或所引起的变化的分析方法均可称为光学分析方法。
任何光学分析方法均包括三个主要过程：1. 能源提供能量，2. 能量与被测物质相互作用，3. 产生被检测的讯号检测能量：即电磁波. 电磁波是－种能量形式，具有电和磁的特性，又叫电磁辐射。
光学分析法可以分为光谱法与非光谱法两大类。
一．电磁辐射的基本性质1 . 描述波动的几个参数波长λ：相邻两波峰之间的距离，单位：μm .nm频率υ：每秒钟通过某点的波的数目. 单位：S-1Hz. 频率取决于波源, 与通过的介质无关。
波数υ：每厘米包含的波的数目，单位：cm-1，是波长的倒数,υ＝1／λ光速C：光在真空中的传播速度， 3×1010 cm s-1它们之间的关系是：υ×λ＝C υ＝1／λ＝υ／C2．光的二象性光具有二象性：波动性和微粒性例如，光的折射、衍射、偏振、干涉等现象，表明它具有波动性例如, 光电效应，说明了光同时又具有微粒性光是由光子（或称光量子）所组成,光子具有能量, 根据爱因斯坦--普朗克关系式,光子的能量E = h υ= h c / λh:Planck常数，6.626×10-34 J S3 . 电磁波谱.将电磁波划分成光谱区, 按波长由高→低排列见P6表2-1.物质的分子是由原子组成的,在分子内部存在着三种运动形式，即电子绕原子核运动，原子核的振动和转动。
每种运动的能量都是量子化的，并对应有一定的能级。
分子的总能量可近似看成是由分子的电子能、振动能和转动能几部分组成：E分子= E电子能+ E振动能+ E转动能能级差△E电子能1～20eV，0．05～leV ；△E振动能10-4～0．05eV。
绪论-分子光谱习题参考答案
第一章 绪 论⒈ 解释下列名词⑴仪器分析与化学分析； ⑵标准曲线与线性范围；⑶灵敏度﹑精密度﹑准确度和检出限。
解：⑴化学分析是以物质的化学反应为基础的分析方法。
仪器分析是以物质的物理性质和物理化学性质（光﹑电﹑热﹑磁等）为基础的分析方法，这类方法一般需要使用比较复杂的仪器。
⑵标准曲线是被测物质的浓度或含量与仪器响应信号的关系曲线。
标准曲线的直线部分所对应的被测物质浓度（或含量）的范围称该方法的线性范围。
⑶物质单位浓度或单位质量的变化引起响应信号值变化的程度，称该方法的灵敏度。
精密度是指使用同一方法，对同一试样进行多次测定所得结果的抑制程度。
试液含量的测定值与试液含量的真实值（或标准值）相符合的程度称为准确度。
某一方法在给定的置信水平可以检出被测物质的最小浓度或最小质量，称为这种方法对该物质的检出限。
⒉ 对试样中某一成分进行5次测定，所得的测量结果（单位µg ﹒mL -1）分别为0.36，0.38，0.35，0.37，0.39.⑴ 计算测定结果的相对标准偏差；⑵ 如果试样中该成分的真实值含量是0.38µg ﹒L -1，试计算测定结果的相对误差解：⑴ x =n1(x 1+x 2+…+x n )=0.37； S=1)(12--∑=n x x n i i =0.0158； r s =x s ×100℅=4.27℅。
⑵ E r =μμ-x ×100℅=-2.63℅。
⒊ 用次甲基蓝–二氯乙烷光度法测定试样中硼时，为制作标准曲线，配制一系列质量浓度ρB （单位mg ﹒L -1）分别为0.5，1.0，2.0，3.0，4.0，5.0的标准溶液，测得吸光度A 分别为0.140，0.160，0.280，0.380，0.410和0.540。
试写出该标准曲线的一元线性回归方程，并求出相关系数。
解：b=∑∑==---n i i n i i i x xy y x x 121)())((=0.0878; a=y -b x = 0.0914;所以该标准曲线的一元线性回归方程为： A=0.0914+0.0878ρB r=2111221)()())((⎥⎦⎤⎢⎣⎡----±∑∑∑===n i n i i i n i i i y y x x y y x x = 0.9911。
绪论+波谱分析详解
二、分子振动与红外光谱的产生
1. 分子中基团的基本振动形式
▪ 原子沿键轴方向伸缩使键长变化——伸缩振动 对称伸缩振动/非对称伸缩振动
聚乙烯中亚甲基的伸缩振动
原子垂直键轴方向振动使键角变化——弯曲振动 面内弯曲振动（平面振动/剪式振动） 面外弯曲振动（非平面摇摆/弯曲摇摆）
聚乙烯中亚甲基的弯曲振动
频率/cm-1 4000-3000 3300-2700 2500-1900 1900-1650 1675-1500 1500-1300 1300-1000
主要基团 O-H、N-H伸缩振动 C-H伸缩振动 -C≡C-、 -C≡N、-C＝C ＝C-、 -N＝C ＝C-伸缩振动 ＞C＝O伸缩振动 芳环、 ＞C＝C＜、 ＞C＝N-伸缩振动 C-H面内弯曲振动 C-O、C-F、Si-O伸缩振动,C-C骨架振动
聚合物材料测试方法
材工系 高分子材料教研室 任伊锦
聚合物材料表征测试意义
聚合物结构的表征——了解聚合物的微观结构、亚微观 结构和宏观结构。
聚合物性能的测定——评价和应用新材料、控制产品的 质量、研究聚合物结构与性能的关系。
聚合物分子运动的测定——分子运动方式不同会导致聚 合物所处的力学状态发生改变——转变。研究聚合物的 松弛与转变可以帮助人们了解聚合物的结构，建立结构 与性能之间的关系
▪ 教学方法
以课堂讲授为主，结合观摩使用仪器
▪ 成绩评定
作业及平时表现30%； 期末考试70%。
第一章 波谱分析在聚合物研究 中的应用
电磁辐射与波粒二象性
电磁辐射是指在空间传播的交变电磁场。电磁辐射也可称 为电磁波（有时也将部分谱域的电磁波泛称为光）。
根据量子理论，电磁波具有波粒二象性。
描述电磁波波动性的主要物理参数有：波长（）或波数 （或K）、频率（）及相位（）等。
结构力学第一章绪论
单铰结点
复铰结点
组合结点
单刚结点
复刚结点
§1-2 . 杆件构造的计算简图
计算简图:
在构造分析当中用来代替实际构造的计算 确 模定型(计图算形简) 图的原那么：
1.能反映实际构造的主要力学特性;
简2化.分内析容计: 算尽可能简便
1.杆件的简化: 杆件
杆件的轴线
2.结点的简化: 刚结点 铰结点 半铰结点(组合结点)
(同济函授教材) 4.?构造力学?上册 周竞欧、朱伯钦、许哲明主编，同济大学出
版 版 三51社社.其几..?好中构点的:造建M 学力议习1学:-效-解--率-疑-=M?F雷o(Mt钟iv1和a*tM、io2江n*,爱MM川32)-、--郝---静--明M编an著n，er清,M华3大---学--出---6-.-?M构e造th力o学d 复习与习题分析?徐新济、冯虹编，同济大学出版 社 2.学习中要特别注重根本概念、根本理论、根本方法的正 确7建.?立应，用掌构握造各力知学识---典型例题剖析?郑念国、戴仁杰编著，同济
3.分析能力、计算能力、自学能力、表达能力的培养
§1-2 杆件构造的计算简图
计算简图:
在构造分析当中用来代替实际构造的计算
模型(图形)
刚结点
确定半铰计结算点简图的原那么：
1.能反映实际构造的主要力学特性;
简2化.分内析容计: 算尽铰可结能点 简便
1.杆件的简化: 杆件
杆件的轴线
2.结点的简化: 刚结点 铰结点 半铰结点(组合结点)
3.支座的简化: 可动较支座 固定铰支座 固定端支座
滑动支座(定向支座)
限制限限Y制制位XX移、向及Y位、转移Z动向固固位定定移支支座座
限制三方向位移及转动
结构力学-绪论-PPT
世界建筑 世界建筑 世界建筑 世界建筑 世界建筑 TOP 10+1 TOP 10+1 TOP TOP TOP 10+1 10+1 10+1 No.52 No. No. No.1 No. No. 10 63 8 双子塔 国际金融中心 台北 中银大厦 中信广场 帝国大厦 101米高 大厦 西尔斯大厦 452 （二期） 508 367 391 381 米高 米高 米高 米高 442 88 层 420米高 101 72 80 102 层 层 层 层 110 吉隆坡 90层 中国 香港 广州 纽约 台北 芝加哥 香港
4.弹性力学
以板、壳和实体结构为主要对象（弹性范围）
5、塑性力学
以板、壳和实体结构为主要对象（进入塑性）
理论力学—研究物体机械运动的一般规律，即力学中最普遍、最基本 的规律。
材料力学—以单个杆件为主要对象
弹性力学—以板、壳和实体结构为主要对象
塑性力学—以板、壳和实体结构为主要对象
任务：强度、刚度和稳 定性的计算原理和计算 方法。
世界建筑 TOP 10+1 世界建筑 世界建筑 世界建筑 TOP TOP 10+1 10+1 TOP 10+1 “玻璃人行天桥” 从 No. 9 7 4 No. 大峡谷南端 中环广场 地王大厦 金贸大厦 的 374 384 米高 米高 421 米高 飞鹰峰 78 69层 层层 88 延伸出来 香港 深圳 上海 约21米 距离谷底1219米
世贸中心原为美国纽约的地标之一，由美籍日裔建筑师雅玛萨基设计， 建于1962年－1976年。由两座110层（另有6层地下室）高411.5米的塔式 摩天楼和4幢办公楼及一座旅馆组成。摩天楼平面为正方形，边长63米， 每幢摩天楼面积46.6万平方米。 在2001年9月11日的9.11恐怖袭击事件中坍塌
材料结构表征与应用第一章-绪论-课件
1表面成分分析 （可作深度分析）
2表面能带结构分 析
3表面结构定性分 析与表面化学研究
约0.4~2nm（俄歇 约0.5~2.5nm(金属
电子能量
及金属氧化物)；
50~2000eV范围内） 约4~10nm(有机化
（与电子能量及样 合物和聚合物)。
品材料有关）
1表面能带结构分 析 2表面结构定性分 析与表面化学研究
第一章 绪论
方法或仪器
分析原理
透射电镜（TEM）透射与衍射
检测信号
基本应用
透射电子与衍 射电子
1形貌分析（显微组织、晶体缺陷） 2晶体结构分析 3成分分析（配附件）
扫描电镜（SEM）电子激发二次 电子；电子吸 收和背散射
二次电子、背 散射电子和吸 收电子
电子探针 （EPMA）
电子激发特征X X光子 射线
第一章 绪论
材料分析是通过对表征材料的物理性质或 物理化学性质参数及其变化(称为测量信号或 表征信息)的检测实现的。即材料分析的基本 原理（或称技术基础）是指测量信号与材料成 分、结构等的特征关系。采用各种不同的测量 信号形成了各种不同的材料分析方法。
材料结构的表征（或材料的分析方法）就 其任务来说，主要有三个，即成分分析、结构 测定和形貌观察。
7、拉曼光谱分析：是一种散射光谱分析方法。
第一章 绪论
分析方法
基本分析项目与应用
原子发射光谱分析 （AES）
原子吸收光谱分析 （AAS） X射线荧光光谱分析 （XFS） 紫外、可见（分子） 吸收光谱分析（UV、 VIS）
元素定性、半定量、定量分析。对 于无机物分析是最好的定性、半定 量分析方法。 元素定量分析
约0.4~2.0nm(光 电子能量 10~100eV范围内)。