表面科学技术对于在催化中取得的
进展具有决定性的重要的意义，众多的
工业都依赖于这项技术。色谱法和质谱
联用并和光谱结合，已成为分析化学中
一
种常规工具。红外光谱是几种光谱分
析法中的曲型，这些光谱法在环境监测
和在研究应用中都能找刊有效的用途。
表面科学仪器
表面科学是迅速发展的～个领域
开发出可以揭示表面的艨子结构和化学
成份的强有力仪器是表面科学迅速发展
的主要原因。表面科学领域是具有激励
性的，它的应用范围广泛而且重要。例
如，由于表面和薄膜的电学性能对半导
体器件的微型化非常重要，因而它同时
弓I 起了物理学家和化学家们的兴趣。日
前，他们正在研究精密周案【电路) 中
H 有几十原于层厚的表面刻蚀 另一个
当前有兴趣的课题是当蒸气凝结在一个
的冷的表面上形成，半导体薄膜(如，
硅薄膜) 的生长可以发现当硅原 凝结
一
个晶体表面，薄膜的电学特征是被下
面的晶体结掏(外延生长) 所决定的。
山此可见，在基础水平I ：认识催化作用
的前景是令^激动的，井且，用这些新
的仪器可以开辟出一个具有重要意义的
科学前沿。
研究表面的仪器
各种表面科学技术都用粒于或光
(光子) 探测表面 这些粒 已证明有
用的是电子、离子、中性原子 巾 =厦
用电子学方法激发的原了。光于探洲从
x 射线区到红外区。当使用这 粒子
时、超离真空的环境是基本的条件
(10～一10 0Torr) 与此相反，当表面
与高压气体或是足产叶：的表面催化作用的条件) 用光
子进行探测仍然是有救的。
关于发 在表面的化学现象的一个
关键的阃题是附着在表面的分子的分于
结构 如果每个分子的结构是完整的
(物理吸跗) ，而键合有一 变化、那
幺表面仅仅是作为厦应的场所，而留在
那里不动的反应物却在等待其¨宿。如
果分子和表面发牛化学厦庸(化学吸
附) ，则获得改变丁化学特征的新的分
产
表3-I 列出 种表面测量方法．
它们可以提供关于吸跗分于的结构方面
的一些信息 另外几种仪器提供关于表
面结构、组成和在头几层的键合状况．
将两种或多种互为补充的方法联台起来
使用，能夫夫楗高任何单独仪器测量的
意义。 液体接触时，(过实上足产叶：的表面催化作用的条件) 用光
子进行探测仍然是有救的。
关于发 在表面的化学现象的一个
关键的阃题是附着在表面的分子的分于
结构 如果每个分子的结构是完整的
(物理吸跗) ，而键合有一 变化、那
幺表面仅仅是作为厦应的场所，而留在
那里不动的反应物却在等待其¨宿。如
果分子和表面发牛化学厦庸(化学吸 附) ，则获得改变丁化学特征的新的分
产
表3-I 列出 种表面测量方法．
它们可以提供关于吸跗分于的结构方面
的一些信息 另外几种仪器提供关于表
面结构、组成和在头几层的键合状况．
将两种或多种互为补充的方法联台起来
使用，能夫夫楗高任何单独仪器测量的
色谱法是通过在移动相和固定相之
间用分离物质来分开分F 或离子 液体
或气体连续通过管于(叫做“色谱柱”)
提供了移动相 固定褶可以是填充在骨
子里小的周体的粒于或是小的直径的管
子(毛细管) 或是管于车身的管罐。一一
脉冲或一束可溶物质喷出进入管于的一
端，如果这个物质有牯住固定表面的倾
向，则变成吸附物。然而，不断流动的
新溶剂一再溶解这个吸附的材料并使之
在管中向前穆动。吸附过程和解吸作用
的发结构 所以，不同的物质以同样的脉冲
一
起进入管中，将以不同的速度移动通
过管 ，所以它们将在币同的时间内流
至出￡1处。
这种分离技术是利用溶解度 吸附
能力 挥发性、立体化学和离 交换等
性质 的微小差异。所以理解这蝗相互
作用的基本化学作用是茁这个领域 的
进展的基础。液相色谱F 『I970年以
来，有善惊人的发展 现在每年有4亿
美元销售额主要属F 美国制造者 这个
进展是通过创新．如高鹾和改变移动相
的构成(梯度移动相) 达到最高的速度
和分辩率 键台分子”周定相是为了增
加选择性和扩大色谱桂的使用寿命。电
化学、萤光和质谱探测器也已改进．艟
其灵敏度高达l0 。虽然气相色谱已
运用了10年，是一个成熟的领域，但
近来仍然又出现r 一些重要的进堤。高
速分离将能够在零点几秒内完成 火柴
盒大小的袖珍仪器，适应实验室外面应
用，一个复杂的混台物用熔(凝) 氧化
硅毛细管色醋柱能分离出上千个组份，
这种色潜拄是光导纤维通讯拄术直接的、
副产品 它甚至可能分离仅仅是同位索
组份宵所不同的化台物
高效液体色谱(HPLC)
70年代，已经在理论上认识丁与
色谱分离确关的复台流动和质量转换现
象，它促进了柱的优化设计 与此同
时 还引进了可控制孔隙度小直轻
(3—10#m)氧化硅粒F 。硅皎化学的
综台性进展导致可以剪裁粒子直径、细
孔直径和孔大小的分布 令天，住效超
过10，000分馏级(理论塔扳值1的
l 5cm长柱f 已作常规麻用
1970年的另一个重毛细管色谱法
毛细管色谱法是用一个开口的内壁
上有一层薄的液体层的毛细管，它始于
毛细管气相色谱．玻璃是一种制造GC
毛细管色谱柱的隋性材料，由于它易
碎，使许多潜在的用户失去了信心 现
在，我们有柔软的带聚台物外壳的溶凝
氧化硅毛细管，这是纤维光学的副产
品 毛细管色谱柱技术的进展促进了七
十年代的商品化 今天，毛细管色谱柱
的柱效在10 一1旷理论塔板值和有能
力在窄的沸点范围内分离百余种组份
纳克(1O 克) 级的直接进样法已经实
现了，对于气相离子探测器的最优化作
了很多努力，色谱拄和探测器领域综台
性的进展使得毛细管气相色谱投进行的要进展是引入 生有多快取决于灵敏的物质成分和 特别指出的是，气相色潜与强有力
的鉴定方法如质谱和富利叶红外光谱的
结台，这个结合的技术，现在有能力鉴
定在复杂混音物中含量仪纳克级的_九数
种化台物，它们已用于新生物学重要分
以及药物代谢的研究、法医学的应用
和鉴定痕量环境物质的污染
每个流体有一个特征的温度和压
力，在此温度和压力以上，它的气体相
和液体相变得难以区别。在这特征临界
条件下， 超临界的 流体显示特别低的
牯度，同时它具有比较好的溶解性，最
近已经出现毛细管超临界流体色谱法，
作为一种用 分析复杂的小挥发性混合
物是有前途的 作为超临界流体的溶质
扩散系数和粘度比那些正常的液体更为
有利的，它的色谱性能大太地提高了，
而且，超临界流体的光学透明度对于某
种光子检测技术是有吸引力的
红外光谱
找们可以看到一个用弹簧按照一定
的几个尺寸将木球联接在一起的分子模
型，如图3-3所示：
H20共振振动运动
。
。
1609cm 。
图卜 振动频率展示了键长和键角 球的质量和原子质量成比例，弹簧 的强度和化学键强度成正比 木球按照 一
定轨迹前后运动时 球和弹簧 模型将 有自己的共振振动频率 这些频率是由 质量、弹簧常数、几何尺 决定的 分 子的实际状态和这个模型是一样的，如 果测量出它的共振频率，它可以提供分 子结构的直接信息
例如，水分于弯曲的三原于分子有
三个共振振动，其中之一，在同一位相 中，两个键前后伸缩；第二种情况，两 个键同时伸长但不在同一位相里，第三 种特征是键角交替性的张开和闭合 这样的分子振动化学键不断，所以
需要很少能量．光的吸收是激发这些振 动的一种方式，但是合适的能量的光子 是在远离人眼的视觉灵敏度的红外光谱 区 一个典型的分子振动，水分子的扭 曲运动频率是每秒4．8×l0”状振动。 这个庞大的数字除以光的速度就得出合 适的量值。量纲为l ／cm 或~m-。( 厘 米倒数 ) 。
；1~600cⅢ一- 3 10 ／
x 厘米 秒 …’
红外线振动频率总是用厘米的倒数 来表示(cm )(有时叫 波数 ) 。这些
分子振动频率的测量叫做振动光谱或叫 红外光谱
这些频率是表示分子的特性的，对
于每一个分子，它们都能提供区别和易 于测量的 指纹 当测量是一个特定分 子时，这个光谱的 指纹 能用于拱I 定在 样品中是否存在这种分子，如果有，有 多少 振动频率也揭示了分子结构和分 子中键的强度，所以，可以应用振动频 率去了解分子的构造。当研究一个未知 的化台物时，红外光谱提供了确定化台 物可能是什么的最容易的方法。
表面科学技术对于在催化中取得的
进展具有决定性的重要的意义，众多的
工业都依赖于这项技术。色谱法和质谱
联用并和光谱结合，已成为分析化学中
一
种常规工具。红外光谱是几种光谱分
析法中的曲型，这些光谱法在环境监测
和在研究应用中都能找刊有效的用途。
表面科学仪器
表面科学是迅速发展的～个领域
开发出可以揭示表面的艨子结构和化学
成份的强有力仪器是表面科学迅速发展
的主要原因。表面科学领域是具有激励
性的，它的应用范围广泛而且重要。例
如，由于表面和薄膜的电学性能对半导
体器件的微型化非常重要，因而它同时
弓I 起了物理学家和化学家们的兴趣。日
前，他们正在研究精密周案【电路) 中
H 有几十原于层厚的表面刻蚀 另一个
当前有兴趣的课题是当蒸气凝结在一个
的冷的表面上形成，半导体薄膜(如，
硅薄膜) 的生长可以发现当硅原 凝结
一
个晶体表面，薄膜的电学特征是被下
面的晶体结掏(外延生长) 所决定的。
山此可见，在基础水平I ：认识催化作用
的前景是令^激动的，井且，用这些新
的仪器可以开辟出一个具有重要意义的
科学前沿。
研究表面的仪器
各种表面科学技术都用粒于或光
(光子) 探测表面 这些粒 已证明有
用的是电子、离子、中性原子 巾 =厦
用电子学方法激发的原了。光于探洲从
x 射线区到红外区。当使用这 粒子
时、超离真空的环境是基本的条件
(10～一10 0Torr) 与此相反，当表面
与高压气体或是足产叶：的表面催化作用的条件) 用光
子进行探测仍然是有救的。
关于发 在表面的化学现象的一个
关键的阃题是附着在表面的分子的分于
结构 如果每个分子的结构是完整的
(物理吸跗) ，而键合有一 变化、那
幺表面仅仅是作为厦应的场所，而留在
那里不动的反应物却在等待其¨宿。如
果分子和表面发牛化学厦庸(化学吸
附) ，则获得改变丁化学特征的新的分
产
表3-I 列出 种表面测量方法．
它们可以提供关于吸跗分于的结构方面
的一些信息 另外几种仪器提供关于表
面结构、组成和在头几层的键合状况．
将两种或多种互为补充的方法联台起来
使用，能夫夫楗高任何单独仪器测量的
意义。 液体接触时，(过实上足产叶：的表面催化作用的条件) 用光
子进行探测仍然是有救的。
关于发 在表面的化学现象的一个
关键的阃题是附着在表面的分子的分于
结构 如果每个分子的结构是完整的
(物理吸跗) ，而键合有一 变化、那
幺表面仅仅是作为厦应的场所，而留在
那里不动的反应物却在等待其¨宿。如
果分子和表面发牛化学厦庸(化学吸 附) ，则获得改变丁化学特征的新的分
产
表3-I 列出 种表面测量方法．
它们可以提供关于吸跗分于的结构方面
的一些信息 另外几种仪器提供关于表
面结构、组成和在头几层的键合状况．
将两种或多种互为补充的方法联台起来
使用，能夫夫楗高任何单独仪器测量的
色谱法是通过在移动相和固定相之
间用分离物质来分开分F 或离子 液体
或气体连续通过管于(叫做“色谱柱”)
提供了移动相 固定褶可以是填充在骨
子里小的周体的粒于或是小的直径的管
子(毛细管) 或是管于车身的管罐。一一
脉冲或一束可溶物质喷出进入管于的一
端，如果这个物质有牯住固定表面的倾
向，则变成吸附物。然而，不断流动的
新溶剂一再溶解这个吸附的材料并使之
在管中向前穆动。吸附过程和解吸作用
的发结构 所以，不同的物质以同样的脉冲
一
起进入管中，将以不同的速度移动通
过管 ，所以它们将在币同的时间内流
至出￡1处。
这种分离技术是利用溶解度 吸附
能力 挥发性、立体化学和离 交换等
性质 的微小差异。所以理解这蝗相互
作用的基本化学作用是茁这个领域 的
进展的基础。液相色谱F 『I970年以
来，有善惊人的发展 现在每年有4亿
美元销售额主要属F 美国制造者 这个
进展是通过创新．如高鹾和改变移动相
的构成(梯度移动相) 达到最高的速度
和分辩率 键台分子”周定相是为了增
加选择性和扩大色谱桂的使用寿命。电
化学、萤光和质谱探测器也已改进．艟
其灵敏度高达l0 。虽然气相色谱已
运用了10年，是一个成熟的领域，但
近来仍然又出现r 一些重要的进堤。高
速分离将能够在零点几秒内完成 火柴
盒大小的袖珍仪器，适应实验室外面应
用，一个复杂的混台物用熔(凝) 氧化
硅毛细管色醋柱能分离出上千个组份，
这种色潜拄是光导纤维通讯拄术直接的、
副产品 它甚至可能分离仅仅是同位索
组份宵所不同的化台物
高效液体色谱(HPLC)
70年代，已经在理论上认识丁与
色谱分离确关的复台流动和质量转换现
象，它促进了柱的优化设计 与此同
时 还引进了可控制孔隙度小直轻
(3—10#m)氧化硅粒F 。硅皎化学的
综台性进展导致可以剪裁粒子直径、细
孔直径和孔大小的分布 令天，住效超
过10，000分馏级(理论塔扳值1的
l 5cm长柱f 已作常规麻用
1970年的另一个重毛细管色谱法
毛细管色谱法是用一个开口的内壁
上有一层薄的液体层的毛细管，它始于
毛细管气相色谱．玻璃是一种制造GC
毛细管色谱柱的隋性材料，由于它易
碎，使许多潜在的用户失去了信心 现
在，我们有柔软的带聚台物外壳的溶凝
氧化硅毛细管，这是纤维光学的副产
品 毛细管色谱柱技术的进展促进了七
十年代的商品化 今天，毛细管色谱柱
的柱效在10 一1旷理论塔板值和有能
力在窄的沸点范围内分离百余种组份
纳克(1O 克) 级的直接进样法已经实
现了，对于气相离子探测器的最优化作
了很多努力，色谱拄和探测器领域综台
性的进展使得毛细管气相色谱投进行的要进展是引入 生有多快取决于灵敏的物质成分和 特别指出的是，气相色潜与强有力
的鉴定方法如质谱和富利叶红外光谱的
结台，这个结合的技术，现在有能力鉴
定在复杂混音物中含量仪纳克级的_九数
种化台物，它们已用于新生物学重要分
以及药物代谢的研究、法医学的应用
和鉴定痕量环境物质的污染
每个流体有一个特征的温度和压
力，在此温度和压力以上，它的气体相
和液体相变得难以区别。在这特征临界
条件下， 超临界的 流体显示特别低的
牯度，同时它具有比较好的溶解性，最
近已经出现毛细管超临界流体色谱法，
作为一种用 分析复杂的小挥发性混合
物是有前途的 作为超临界流体的溶质
扩散系数和粘度比那些正常的液体更为
有利的，它的色谱性能大太地提高了，
而且，超临界流体的光学透明度对于某
种光子检测技术是有吸引力的
红外光谱
找们可以看到一个用弹簧按照一定
的几个尺寸将木球联接在一起的分子模
型，如图3-3所示：
H20共振振动运动
。
。
1609cm 。
图卜 振动频率展示了键长和键角 球的质量和原子质量成比例，弹簧 的强度和化学键强度成正比 木球按照 一
定轨迹前后运动时 球和弹簧 模型将 有自己的共振振动频率 这些频率是由 质量、弹簧常数、几何尺 决定的 分 子的实际状态和这个模型是一样的，如 果测量出它的共振频率，它可以提供分 子结构的直接信息
例如，水分于弯曲的三原于分子有
三个共振振动，其中之一，在同一位相 中，两个键前后伸缩；第二种情况，两 个键同时伸长但不在同一位相里，第三 种特征是键角交替性的张开和闭合 这样的分子振动化学键不断，所以
需要很少能量．光的吸收是激发这些振 动的一种方式，但是合适的能量的光子 是在远离人眼的视觉灵敏度的红外光谱 区 一个典型的分子振动，水分子的扭 曲运动频率是每秒4．8×l0”状振动。 这个庞大的数字除以光的速度就得出合 适的量值。量纲为l ／cm 或~m-。( 厘 米倒数 ) 。
；1~600cⅢ一- 3 10 ／
x 厘米 秒 …’
红外线振动频率总是用厘米的倒数 来表示(cm )(有时叫 波数 ) 。这些
分子振动频率的测量叫做振动光谱或叫 红外光谱
这些频率是表示分子的特性的，对
于每一个分子，它们都能提供区别和易 于测量的 指纹 当测量是一个特定分 子时，这个光谱的 指纹 能用于拱I 定在 样品中是否存在这种分子，如果有，有 多少 振动频率也揭示了分子结构和分 子中键的强度，所以，可以应用振动频 率去了解分子的构造。当研究一个未知 的化台物时，红外光谱提供了确定化台 物可能是什么的最容易的方法。