1  分子振動光譜 001
1.1  分子振動光譜的發展歷程 002
1.2  雙原子分子的振動-轉動光譜 005
1.2.1  雙原子分子的轉動光譜 005
1.2.2  雙原子分子的振動光譜 007
1.3  多原子分子的振動光譜 012
1.3.1  振動自由度和振動形式 012
1.3.2  分子的對稱性及基頻振動的選律 014
1.4  紅外光譜的分子結構信息 022
1.4.1  紅外光譜官能團特征頻率 022
1.4.2  譜帶的強度和影響譜帶位移的因素及譜帶的形狀 038
1.5  紅外光譜譜圖的解析 046
1.5.1  樣品的原始資料 046
1.5.2  計算未知物分子式的不飽和度 046
1.5.3  譜圖的解釋 047
1.5.4  聚合物的紅外光譜 051
1.5.5  譜圖解釋範例 052
1.5.6  用標準譜圖驗證 054
1.6  無機化合物和配位化合物的振動光譜 055
1.6.1  無機化合物的振動光譜 055
1.6.2  配位化合物的紅外振動光譜 057
1.6.3  無機新材料的紅外光譜研究 062
1.7  二維紅外相關光譜分析 063
1.7.1  二維紅外相關光譜的特點 064
1.7.2  二維紅外相關光譜的應用實例 065
1.8  拉曼光譜 069
1.8.1  拉曼效應 069
1.8.2  退偏振比 070
1.8.3  拉曼光譜的應用 071
1.8.4  晶體的拉曼散射 073
1.8.5  拉曼光譜新技術 075
習題 075

2  紫外-可見吸收光譜 080
2.1  紫外-可見吸收光譜與電子躍遷 080
2.1.1  電子從基態（成鍵軌道）向激發態（反鍵軌道）的躍遷 080
2.1.2  雜原子未成鍵電子被激發向反鍵軌道的躍遷 081
2.1.3  常用術語 082
2.2  紫外光譜與分子結構的關繫 082
2.2.1  飽和有機化合物 083
2.2.2  不飽和有機化合物 083
2.2.3  共軛烯烴的λmax 083
2.2.4  α,β-不飽和醛類和酮類化合物的λmax 086
2.2.5  α,β-不飽和羧酸及其酯化合物的λmax 088
2.2.6  苯的單取代和多取代物的λmax 089
2.3  無機配合物的紫外-可見吸收光譜 093
2.3.1  過渡金屬配合物的d-d躍遷 094
2.3.2  過渡金屬配合物的荷移光譜 100
習題 102

3  核磁共振譜 105
3.1  核磁共振基本原理 105
3.1.1  原子核的自旋和磁矩 105
3.1.2  核磁能級和核磁共振 107
3.1.3  弛豫過程 108
3.2  化學位移 109
3.2.1  化學位移與磁屏蔽 109
3.2.2  化學位移的表示方法和測量 110
3.2.3  影響化學位移的因素 111
3.2.4  化學位移的計算 115
3.2.5  由化學位移推斷化合物結構 123
3.3  自旋耦合和自旋裂分 125
3.3.1  自旋耦合機理 126
3.3.2  耦合常數 126
3.3.3  一級耦合（n 1規律） 127
3.3.4  耦合常數與分子結構的關繫 131
3.3.5  核的不等價性 141
3.4  高級譜的分析 143
3.4.1  AB型1H NMR譜的分析 143
3.4.2  AB2型1H NMR譜的分析 145
3.4.3  ABX型的1H NMR譜分析 148
3.4.4  ABC繫統 151
3.4.5  譜形小結和對照 151
3.5  解析復雜譜圖的特殊技術 152
3.5.1  加大磁場強度 152
3.5.2  雙照射去耦 153
3.5.3  核Overhauser效應 154
3.5.4  化學位移試劑 154
3.6  核磁共振譜的解析和應用 156
3.6.1  核磁共振譜的解析 156
3.6.2  1H NMR的應用 157
3.7  13C核磁共振 157
3.7.1  13C NMR譜的特點 157
3.7.2  13C化學位移 159
3.7.3  耦合常數 164
3.7.4  13C二維核磁（2D NMR） 164
習題 167

4  質譜 173
4.1  質譜的基本原理 173
4.1.1  質譜的基本過程 173
4.1.2  質譜的幾種重要的性能指標 177
4.1.3  質譜裂解表示法 178
4.2  分子離子和分子離子簇 179
4.2.1  分子離子和分子離子峰的判斷 180
4.2.2  利用質譜確定分子式 185
4.3  碎片離子及產生的規律 191
4.3.1  碎片離子及其斷裂規律 191
4.3.2  亞穩離子 199
4.4  質譜的解析 200
4.4.1  質譜的檢索工具與利用 200
4.4.2  利用質譜推測分子結構 201
4.4.3  推測分子結構實例 201
4.5  色譜-質譜聯用 204
4.5.1  色譜-質譜聯用的特點 204
4.5.2  氣相色譜-質譜聯用 205
4.5.3  液相色譜-質譜聯用 206
習題 206

5  綜合運用波譜法確定分子結構 209
5.1  波譜綜合運用的一般過程 209
5.1.1  充分發揮各種波譜方法的功能 209
5.1.2  運用波譜法確定分子結構的一般程序 209
5.2  綜合運用波譜法實例 209
習題 223

附錄  碳、氫、氮和氧的各種組合的質量和同位素豐度比 228

參考文獻 248

用經典的化學分析方法確定物質的分子量、分子式和結構式是很困難的，而且現代化學不能停留於經典的化學分析之上，要求有快速、靈敏、準確和信息豐富的測試研究手段。
波譜學解析可研究光、電磁波輻射和物質相互作用及其應用。依照波長的長短、頻率以及波源的不同，電磁波譜可大致分為：無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和γ射線。物質在光（電磁波）的照射下，引起分子內部某種運動，從而吸收、散射或轉動某種波長的光，將入射光在經過樣品後強度的變化或散射及轉動光的信號記錄下來，得到一張信號強度與光的波長或波數（頻率）或散射角度及強度的關繫圖，用於物質結構、組成及化學變化的分析，這稱為波譜法。由於不同頻率的輻射和物質作用的機制不同，就產生了許多種波譜分析方法。
本書介紹的幾種常用方法是：紅外光譜和拉曼光譜、紫外-可見吸收光譜、核磁共振譜、質譜等，它們已成為現代化學實驗室必不可少的工具。由於它們可以實現樣品的微量化，具有快速、靈敏等特點，使許多復雜的問題變得簡單和容易解決。例如：水稻種植田中的亞細亞剛毛草誘發劑的發現和利用就是一個很好的例證。為了根治剛毛草，科學家經過努力，在秧苗中提取了幾微克的誘發種子發芽的化學物質，這樣少的樣品用經典的化學分析方法進行鋻定是不可能的。化學家們采用高分辨率的質譜和核磁共振譜方法，明確了這種化學物質的結構，並進行了化學合成。再如青蒿素的發現和利用也是一個很好的例證。為了根治瘧疾，屠呦呦課題組聯合有機結構化學家經過努力，采用紅外光譜、核磁共振譜和質譜等方法，測定了青蒿素的化學結構，為青蒿素衍生藥物的開發奠定了基礎。這些內容體現了20世紀發展起來的“物理學”等的基本理論和實驗方法與化學等學科的有機融合，體現了高新技術（如超導、激光、計算機控制和信息處理等）的輝煌成就和學科研究前沿，這是一個蓬勃發展的領域，在化學、石油化工、功能材料和生物工程等學科中具有廣泛的應用。
福州大學開展波譜學課程教學比較早。1985年，為適應物理化學專業研究生和高年級本科生的高素質創新人纔培養的需要，在“結構化學”教學基礎上，開設波譜學碩士學位課程和本科生課程。為適應學科發展和高素質創新人纔培養的需要，優化課程體繫與教材內容，推進教學方法改革與創新，提高教學質量，1985～2022年，我們繫統地進行了課程體繫改革。將原分散在數門課程的有關教學內容進行優化組合、精選知識點，克服課程內容較陳舊等問題；教材的內容在加強基本原理基礎上，貫穿釋譜這條線，利用各種光譜的特點，突出分析分子結構與光譜、物質的性能與光譜的構效關繫，力圖從教學和實用的角度出發，闡明其基本原理、方法特點以及分子結構與波譜的關繫，從而幫助學生對圖譜進行解析和應用。
福州大學波譜學課程組於1996年正式出版了教材，並於2011年進行修訂，更名為《波譜學原理及應用》。該教材（含講義）至今已在福州大學研究生和本科生中使用37屆，授課面已拓展到化學各專業並輻射到材料和生物工程等多個專業碩士點及相關專業的本科生教學。2020年獲得福建省線下一流本科課程立項。本書是筆者在本課程組編寫的教材基礎上，同時參考了國內外有關專著和教材，總結多年教學經驗，對原有教材重新修訂、整理而成。本書的譜圖部分內容由孫瑞卿正高級實驗師整理和修訂，各章的結構解析由孫財博士修訂，全書由陳義平審定。
本書出版得到了福州大學研究生院教育教學改革項目、福州大學化學學院教材建設項目和福州大學教務處教材出版立項的資助。本書的編寫，得到了張漢輝教授和鄭威教授的關心和大力支持。編者的書稿撰寫從國內外有關專著和教材中受益匪淺，在此向他們表示衷心的感謝。由於種種原因本書中不足之處在所難免，誠懇期待廣大讀者和同仁批評指正。

2023年3月18日於福州大學