放射化學(第四版)

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葉錫溶
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圖書描述

  本書為兼顧理論與實用,並考量內容的廣度和深度,適用於大專院校原子科學係及放射技術、醫學影像、化學、生技、醫檢、核工等相關科係做為課程教科書,亦適用於醫事放射師國考。章節設計上力求內容簡明嚴謹而不失精確,篇幅廣泛多元而不失淩亂,相關文字之敘述亦注意口語化及順暢。

  此外,為提昇讀者學習的興趣及學習的效果,且能易於抓住各章節重點,本書亦於各章篇末附錄各類練習題,內容包含原理、計算與應用實務,並以選擇、填充、申論或計算等多元方式呈現,期能達到溫故知新並收事半功倍之成效。

  第四版仍延續一~三版原有之章節規劃,增列彩色元素週期錶與元素相關電子組態錶以及醫用放射同位素錶(附錄D)部分內容,方便讀者參閱。

  另外並針對遊離輻射防護法規依據最新資訊更新及修訂,每章節練習題亦增加及搜集國內外大專院校、國傢考試、證照考試等題目,附上詳細解說提供練習及參考,如第六章與第十章。

 
好的,這是一本關於分子結構與光譜分析的深度學術專著的簡介。 分子結構與光譜分析:從量子力學到實際應用 作者: [此處通常會列齣資深教授或研究團隊的姓名] 齣版社: [此處填寫權威學術齣版社名稱] 版次: 第二版(修訂與增補) 頁數: 約 850 頁 定價: [根據市場情況設定] --- 內容概述 《分子結構與光譜分析》(第二版)是一部麵嚮高年級本科生、研究生以及科研人員的綜閤性教材與參考手冊。本書的核心目標在於係統闡述物質的微觀結構(電子排布、幾何構型、鍵閤特性)如何通過各種電磁輻射(光譜)與其相互作用,並最終實現對分子性質的精確錶徵和定量分析。 本書以堅實的量子力學基礎為起點,逐步過渡到分子能級理論,最後聚焦於現代光譜技術在化學、材料科學、生物物理等領域的應用。第二版在繼承第一版嚴謹性的基礎上,深度整閤瞭過去十年中光譜學領域取得的最新突破,特彆是高分辨率技術、時間分辨技術以及計算化學在光譜預測中的作用。 章節結構與核心內容 全書共分為五大部分,二十章,邏輯結構嚴謹,層層遞進: 第一部分:理論基礎與量子力學入門(第 1-4 章) 本部分為後續光譜分析奠定不可或缺的理論基石。 1. 分子體係的量子力學描述: 詳細迴顧薛定諤方程在多電子原子和分子體係中的應用,重點討論玻恩-奧本海默(Born-Oppenheimer)近似的物理意義和局限性。 2. 分子軌道理論(MOT)的深化: 深入探討從哈特裏-福剋(Hartree-Fock, HF)方法到密度泛函理論(DFT)的發展曆程,解釋基組選擇對能量和軌道形貌的影響。 3. 能級概念與選擇定則: 係統闡述電子態($Sigma, Pi, Delta$ 等)的命名規則,詳細推導偶極矩、鏇光度和拉莫爾因子在不同躍遷中的作用,明確禁戒躍遷的本質。 4. 振動與轉動量子化: 從簡諧振子模型到非剛性轉子模型,詳細推導振動和轉動能級的精確錶達式,為紅外與微波光譜分析做好準備。 第二部分:電子光譜學:紫外-可見光與熒光(第 5-8 章) 本部分聚焦於分子吸收和發射高能光子時發生的電子躍遷,這是定性和定量分析中最常用的手段之一。 5. 紫外-可見吸收光譜(UV-Vis): 覆蓋 $sigma o sigma^$, $n o pi^$ 和 $pi o pi^$ 躍遷的特徵,深入分析溶劑效應(極性、氫鍵)和濃度對錶觀摩爾吸光係數的影響。 6. 弗蘭剋-康登原理與振動精細結構: 結閤勢能麵圖,解釋吸收和發射光譜中振動峰的形成機理,並討論零點振動能的貢獻。 7. 熒光、磷光與係間竄越(ISC): 詳述 Jablonski 圖,探討激發態分子內轉化(ICT)和激發態分子內質子轉移(ESIPT)等非輻射弛豫過程的動力學。 8. 高級熒光技術: 介紹時間分辨熒光壽命測量(TRFLS)、偏振光譜、斯托剋斯位移的精確分析及其在生物分子標記中的應用實例。 第三部分:振動光譜學:紅外與拉曼(第 9-12 章) 本部分著重於分子內部原子核的集體運動,是鑒定官能團和研究分子構象變化的關鍵技術。 9. 紅外吸收光譜(IR): 詳細分析特徵吸收峰的歸屬(C=O, O-H, C-H 伸縮振動等),討論傅裏葉變換紅外(FTIR)的技術優勢,包括信噪比的提升和乾涉圖的解析。 10. 拉曼散射光譜: 闡述拉曼效應的量子理論基礎,重點比較與紅外光譜的互補性(例如,對對稱中心分子的處理)。 11. 錶麵增強拉曼散射(SERS): 專門一章介紹 SERS 效應的機理、增強因子及其在痕量分析和單分子檢測中的應用進展。 12. 振動光譜與結構構象: 結閤振動分析,探討順式/反式異構體、環己烷的椅式/船式轉變,以及聚閤材料中鏈段排列對光譜的影響。 第四部分:鏇轉與微波光譜學(第 13-15 章) 本部分服務於精確測定分子剛性、鍵長和鍵角,尤其在氣相分子結構確定中不可替代。 13. 剛性轉子的微波光譜: 導齣轉動常數與轉動能級的關係,介紹如何從譜綫頻率反演齣精確的轉動慣量和分子幾何參數。 14. 非剛性轉子與離心場效應: 修正鬍金斯公式,引入離心畸變常數,討論其對轉動譜綫精度的影響。 15. 同位素標記與結構解析: 演示如何利用不同同位素取代對轉動常數的影響(例如,氘代),進行分子結構中原子位置的精確定位。 第五部分:核磁共振(NMR)與高級耦閤(第 16-20 章) 本部分深入探討原子核在外部磁場中的量子行為,是現代有機和生物化學結構確定的金標準。 16. NMR 基礎理論: 詳細解釋塞曼效應、化學位移的起源(抗磁性屏蔽),以及拉莫爾頻率與場強的綫性關係。 17. 自鏇-自鏇耦閤與 J 耦閤: 係統分析二、三、四自鏇體係的耦閤模式,理解裂分圖樣(如 AA'BB' 係統)的精確解析方法。 18. 弛豫過程與動態 NMR: 闡述 $T_1$(縱嚮)和 $T_2$(橫嚮)弛豫機製,探討快速交換近似在分子構象變化速率測定中的應用。 19. 二維 NMR 技術: 重點介紹 COSY, TOCSY, NOESY 的原理和數據解釋。特彆強調 NOE(核 Overhauser 效應)在確定分子空間距離和三維結構中的關鍵作用。 20. 計算化學與光譜預測的整閤: 探討如何利用高精度量子化學計算(如 GIAO 方法)模擬化學位移和偶閤常數,以驗證和輔助實驗光譜的解析工作。 本版特色亮點 計算光譜學的引入: 增加瞭大量使用現代 DFT 軟件(如 Gaussian, ORCA)預測和模擬光譜數據的實例分析,加強理論與實驗的橋梁作用。 生物分子光譜案例: 增加瞭關於蛋白質二級結構分析(圓二色譜 CD)和膜蛋白研究中利用固體 NMR 技術的最新進展。 實驗技術優化: 對高分辨率質譜(高分辨 MS)在與光譜聯用時的信號處理和背景扣除技術進行瞭專門討論。 深度習題集: 每一章後附有難度分級的習題,包括理論推導、數據處理和案例分析,幫助讀者鞏固知識點。 《分子結構與光譜分析》(第二版)旨在培養讀者不僅能“讀懂”譜圖,更能“理解”譜圖背後深刻物理化學原理的能力,是分子科學研究人員必備的案頭工具書。

著者信息

作者簡介

葉錫溶


  學歷:
  國立臺灣大學 理學士
  美國南加大 碩士
  美國辛辛那堤大學 博士

  經歷:
  國立清華大學教授、長庚大學兼任教授
  曾任國立清華大學代校長、原子科學院院長、原子科學技術發展中心主任、原子科學研究所所長

蔡長書

  學歷:
  國立臺灣師範大學 理學士
  國立清華大學 碩、博士

  經歷:
  慈濟護理專科學校 放射技術科主任兼輻防委員會執行秘書
  慈濟技術學院放射技術係 主任兼輻防委員會 執行秘書、教務長
  慈濟大學、國立花蓮教育大學、中颱科技大學 兼任副教授
  中華民國醫事放射學會 理事、國際學術委員、繼續教育委員
  慈濟科技大學 醫學影像繼放射科學係所 主任、所長

  現職:
  慈濟科技大學 醫學影像暨放射科學係、放射醫學科學研究所 副教授

 

圖書目錄

Ch 1 原子核與核種
Ch 2 原子核的穩定性與放射性核種
Ch 3 放射性衰變
Ch 4 放射性衰變之速率
Ch 5 核反應
Ch 6 輻射與物質之相互作用
Ch 7 放射性偵測及其度量儀器
Ch 8 放射計數統計
Ch 9 放射性同位素之製備與放射性示蹤劑之應用
Ch 10 放射性同位素在不同科技領域中的和平用途與應用
附錄A 各章練習題解答
附錄B 化學元素的中、英文名稱及原子量
附錄C 常見物理量及輻射相關劑量單位
附錄D 常見放射性同位素相關特性一覽錶
附錄E 索引
附錄F 參考資料

 

圖書序言

  • ISBN:9789864305803
  • 規格:平裝 / 447頁 / 17 x 23 x 2.3 cm / 普通級 / 單色印刷 / 四版
  • 齣版地:颱灣

圖書試讀

四版序

  本書內容主要係依據恩師葉錫溶教授與我在清華大學、長庚大學、慈濟大學及慈濟科技大學、中颱科技大學等校,任教「放射化學」及相關課程多年的教學及研究相關資料加以整理而成。民國四十五年清華大學在颱灣新竹復校,政府並決定建造國內首座研究用核子反應器。為瞭配閤這個重大的政策,清華大學復校後積極籌建一座一百萬瓦功率研究用水池式核反應器(THOR),同時成立原子科學研究所,招收碩士班研究生以培育原子科學的專門人纔,並展開原子科學各類學術與應用相關領域的研究工作。在原子科學研究所主修「放射化學」學程的學生,基本上,他們不必具備很深的數學、物理或量子力學等背景,一般大學學生修習過微積分、普通物理、普通化學、分析化學、化學數學或物理化學等基本課程即可以選修放射化學。因此,選修這門課的學生除瞭本研究所主修放射化學學程的學生以外,亦常有其他相關係所的學生,例如保健物理、化學、生物、生科等研究所的學生來選修。數年前,在清大校方一係多所的政策下,原子科學研究所改製為原子科學係碩士班、博士班並增設大學部,因此放射化學被列為大學部必修課程,以銜接研究所學程之要求。國內大專院校相關或專門之學係如放射技術、醫學影像、化學、生技、醫檢、核工等科係(所),也因課程安排及教學目標之需要亦將放射化學列為必修或選修科目。

  除瞭上述正規學製的養成教育外,清華大學原子科學研究所亦經常舉辦各種中、短期有關核能科技理論與應用的訓練班,例如:同位素基礎訓練班,同位素在醫學、農業、工業方麵的應用訓練班或相關之國際學術研討會。另外,也接受颱灣電力公司委託辦理中、長期的核能基礎訓練班,做為員工的在職教育與進修。在這些訓練班或學術研討會中,放射化學的理論及同位素相關的應用技術皆是重要的教授課程和研究領域。

  本書的內容就課程設計而言,適閤列入大學部相關科係組二、三年級學生的必修課程或作為高年級與研究所初期研究生選修,並銜接高等放射化學等碩、博士班學程與研究。以一學期三學分或兩學期各二個學分為宜,教師可依實際需要及開設學分數,作內容單元的取捨或增補,或規劃設計小論文與專題研究。此外,亦可提供相關產業或學術研究單位如核子工程或生物化學、醫學影像、生物科技、核子醫學以及生命科學等專業人士作為參考書籍。而本書更期盼能提供學生或有興趣的讀者一個較為完整且有係統的基本概念和認知,尤其是放射性同位素在各領域之研究與應用發展。

  本書的內容共分為十章。第一章為「原子核與核種」,簡述原子與原子核結構及原子核模型並介紹核種與相關常用術語及定義,讓初學者對原子核及核種有一較完整清晰之概念。其中,探討原子軌域與電子組態及原子核角動量與核自鏇等部份,係針對普通化學中有關原子結構再作進一步闡述,相關量子理論部份教師在授課過程,可斟酌參考或略過。第二章為「原子核的穩定性與放射性核種」,介紹原子核相關的核物理與核化學特性,並討論原子核穩定性與能量的關係。第三章介紹「放射性衰變」,包含各種核衰變模式及衰變過程的守恆定律,並以實例計算說明各種核反應的能量變化。第四章為「放射性衰變之速率」,介紹放射性衰變反應之動力學以及測定放射性核種半衰期的各種實驗方法,其中也說明三種不同狀態的連續衰變平衡,包括過渡平衡、永久平衡及無平衡狀態。第五章為「核反應」,介紹有關核反應過程中各種反應機製及型態,提供學習放射化學更廣泛的理論架構和研究方嚮。第六章主要介紹「輻射與物質的相互作用」,包含重荷電粒子如阿伐粒子,及其他常見的放射源如貝他粒子、加馬射線及中子等與物質之相互作用模式及特性,本章亦可提供作為遊離輻射之安全屏蔽設計之理論依據,同時,亦可瞭解輻射照射對物質影響之效應。第七章為「放射性偵測及其度量儀器」,主要介紹放射線偵測基本原理與技術以及度量儀器基本係統組閤。相關偵檢器方麵,著重在較具實用性及學術研究之充氣式偵檢器、閃爍偵檢器及固態半導體偵檢器。第八章為「放射計數統計」,延續第七章放射偵測及度量之觀念,提供放射計數相關誤差運算及統計學入門之重要觀念,內容包含有標準誤差、百分標準誤差、準確度、精密度、計數率標準誤差及計數誤差之演算,與計數時間最佳分配值探討等介紹。第九章為「放射性同位素之製備與放射性示蹤劑之應用」,著重在同位素生產製程之理論模式、種類及其產率,並介紹同位素作為放射性示蹤劑之條件設定及選擇。第十章為「放射性同位素在不同科技領域中的和平用途與應用」,內容主要著重在一般物理和化學、醫學、農業和工業領域方麵,並舉過去我國在放射性同位素技術應用方麵之成果和經驗作為範例介紹和參考。

  本書為兼顧理論與實用,並考量內容的廣度和深度,故章節設計上力求內容簡明嚴謹而不失精確,篇幅廣泛多元而不失淩亂,相關文字敘述亦注意口語化及順暢。此外,為提昇讀者學習興趣及學習效果,且能易於抓住各章節重點,本書亦於各章篇末附錄各類練習題,內容包含原理、計算與應用實務,並以選擇、填充、申論或計算等多元方式呈現,期能達到溫故知新並收事半功倍之成效。四版仍延續一~三版原有之章節規劃,增列彩色元素週期錶與元素相關電子組態錶以及醫用放射同位素錶(附錄D)部分內容,方便讀者參閱。另外並針對遊離輻射防護法規舊的部分內容更新及文字增補或修正,每章節練習題亦增加及搜集國內外大專院校、國傢考試、證照考試等題目,附上詳細解說提供練習及參考,如第六章與第十章。第三版應讀者之建議增加放射計數統計之單元,另原第二版第八章「輻射防護」章節限於篇輻及法規修正,加上與其他專業領域如保健物理學等科目有重覆之編排,故亦予以調整更換。

  當然,一本書在漫長的書寫、製圖、編排及校對過程中,錯誤、遺漏及缺點在所難免,本書自齣版以來,歷經一~四版齣書,逐年加強充實改進,加求品質與研讀成效不斷提升,謹祈望碩學先進、讀者諸君能不吝批評指正,使本書精益求精、更臻完善之境。最後,要感謝清華大學中文所謝安安同學、慈濟科技大學醫放係柯端端小姐、戴君妃同學,協助本書內容的整理與文字、圖錶的繕打;新文京開發齣版股份有限公司編輯部全體同仁協助本書美工、圖錶及編排設計,業務楊子宏先生提供各項齣版業務的支援與聯繫,皆使得本書得以順利完成及齣版。尤其,更要感謝清華大學原子科學院前院長江祥輝教授、慈濟科技大學前校長洪當明教授百忙之中為我們作序,受益良多更增添無比光彩和榮耀。
 
編著者 蔡長書 謹識
中華民國一○八年十月

 

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