01 / 導讀
導讀
引用
Pavia, D. L., Lampman, G. M., Kriz, G. S., & Vyvyan, J. R. (2015). Introduction to Spectroscopy (5th ed.). Cengage Learning.
章節概要
第5版約780頁，共11章，另附部分習題解答與13個參考資料附錄。出版社將其定位為對光譜圖及光譜方法基本理論的系統性入門，可作為光譜學課程的主教科書，也可作為有機化學教科書的輔助用書。本書的主題是從光譜推定有機化合物結構：紅外光譜、質譜、核磁共振（五章）與紫外–可見光光譜，最後是綜合題。各章以習題與參考文獻作結，第2、7、8章的最後一節專門談如何解答該類問題。
第1章：分子式及從中可得知的資訊
簡短的開篇章，談元素分析及其計算、分子質量的測定、分子式、不飽和度（缺氫指數）、從質量推出候選分子式的「十三規則」以及氮規則。
第2章：紅外光譜
約90頁，是一套完整的紅外光譜判讀課程。在談完吸收過程、伸縮與彎曲振動模式、鍵的性質、色散式與傅立葉轉換光譜儀以及樣品製備之後，本章說明看光譜時該注意什麼、如何使用相關圖表，接著逐一檢視各官能基的特徵吸收：烴類、芳香環、醇與酚、醚、羰基化合物（醛、酮、羧酸、酯、醯胺、醯氯、酸酐，以及影響C=O伸縮的因素）、胺、腈及相關基團、硝基化合物、鹽類與胺基酸、含硫與含磷化合物以及鹵化物。最後談背景光譜以及如何解答紅外問題。
第3–4章：質譜（一）：基本理論、儀器與進樣技術；質譜（二）：碎裂與結構分析
第3章談進樣、游離方法（電子游離、化學游離、包括MALDI在內的脫附游離技術以及電灑）、質量分析器（磁場式、雙聚焦、四極柱與飛行時間）、偵測，以及透過精確質量與同位素比測定分子量與分子式。第4章轉向判讀：基本碎裂過程（Stevenson規則、α斷裂、誘導斷裂、兩鍵斷裂、逆Diels–Alder斷裂與McLafferty重排），以及烴類、醇/酚/硫醇、醚與硫醚、羰基化合物、胺等化合物的碎裂模式。出版社特別提到，質譜部分包含對生物分子的介紹。
第5–6章：核磁共振光譜（一）：基本概念；核磁共振光譜（二）：碳-13光譜，包括與其他核的異核偶合
五個NMR章節中的前兩章，出版社的章節列表將其標題定為基本概念，以及包括異核偶合在內的碳-13光譜。它們為第7章的偶合分析奠定基礎；出版社特別指出本書對一維NMR的介紹相當現代。
第7章：核磁共振光譜（三）：自旋–自旋偶合
詳細談偶合的一章：一鍵、二鍵、三鍵與遠程偶合常數及其機制；磁等價；以具體化合物說明非鏡像異位氫與甲基；n + 1規則失效時的樹狀圖；從一級多重峰量測偶合常數；二級光譜（自旋系統表示法、AB等系統、光譜模擬、看似簡單的光譜）；烯類、烯丙系統、取代苯環與雜芳香環；¹H與¹⁹F、³¹P的偶合；以及解答偶合常數問題的一節。
第8章：核磁共振光譜（四）：一維NMR的其他主題
氧上與氮上的質子、交換與氘交換、互變異構、四極矩造成的譜線變寬、醯胺、溶劑效應、化學位移試劑與手性解析試劑、絕對組態與相對組態的判定，以及核歐佛豪瑟效應差光譜。
第9章：核磁共振光譜（五）：進階NMR技術
脈衝序列、磁化向量與脈衝梯度場；用來判定所接氫數的DEPT實驗；透過COSY、HETCOR（HSQC）、反向偵測與NOESY介紹二維方法；磁振造影；以及一個綜合運用一維與二維技術解出的完整結構問題。
第10章：紫外光譜
電子激發、譜帶結構、儀器、光譜呈現與溶劑；發色團與共軛效應；雙烯的Woodward–Fieser規則與烯酮的Woodward規則；芳香族化合物及取代基效應；模型化合物研究；可見光光譜與顏色；以及看紫外光譜時應注意什麼的實用指引。
第11章：綜合結構問題
四個例題之後是約65頁的習題與一份更多習題來源的清單。
核心概念
第1–2章：分子式與紅外
- 不飽和度（缺氫指數）：由分子式推出的環數與π鍵數。
- 十三規則：由分子質量推出可能分子式的方法。
- 相關圖表：把吸收頻率與官能基對應起來的表格，是判讀紅外光譜的主要工具。
第3–4章：質譜
- 游離方法：電子游離、化學游離、脫附游離與電灑游離，它們造成碎裂的程度不同。
- 同位素比與精確質量：從質譜得到分子式的兩條途徑。
- McLafferty重排與α斷裂：用來推斷結構的特徵碎裂過程。
第5–9章：NMR
- 偶合常數（J）：多重峰譜線之間的間距，反映連接相互偶合核的化學鍵。
- 磁等價與非鏡像異位質子：為什麼化學上相似的質子可能產生不同的訊號。
- 二級光譜：化學位移差相對於偶合很小、使簡單的n + 1規則不再成立的光譜。
- DEPT、COSY與HETCOR：用來計算所接氫數、關聯質子與質子或質子與碳的實驗。
第10–11章：紫外與綜合題
- 發色團與共軛：吸收光的基團，以及延伸的π系統所造成的吸收位移。
- Woodward–Fieser規則：預測雙烯與烯酮最大吸收波長的經驗規則。
- 綜合結構鑑定：結合分子式、紅外、質譜、核磁與紫外的證據來鑑定未知物。
評析
優點
- 圍繞解題來建構。 第2、7、8章以專門談解題方法的一節作結，第9章以一道完整解出的綜合結構題作結，第11章提供四個例題與大量習題，書末附有部分習題解答。
- NMR談得深入。 五章內容帶領讀者從基本概念經過偶合分析、二級光譜、交換與立體化學方法，一路到DEPT、二維技術與NOESY，比多數入門書都詳細。
- 參考價值。 13個附錄彙整了紅外吸收頻率、¹H與¹³C化學位移範圍及計算方法、偶合常數、溶劑位移、常見碎片離子以及質譜碎裂指引，讓本書也能當作案頭參考書。
- 久經考驗。 出版社指出本書已使用三十多年；四位作者都是西華盛頓大學的化學家，他們所述的興趣包括教學，Vyvyan還包括以NMR鑑定結構。
局限
- 重判讀輕理論。 各方法的物理基礎只在各章開頭簡要介紹；本書不展開躍遷的量子力學，因此不能取代物理化學教科書中的光譜章節。
- 只限於有機分子。 化學中常用的其他光譜方法，如拉曼、螢光、原子光譜與X射線方法，不在本書範圍內。
- 儀器反映當時水準。 2015年版描述的是當時的儀器，除了FT與飛行時間儀器外，還包括色散式紅外與磁場式質量分析器；現行做法應以較新的資料核對。
在課程中的定位
在量子化學與光譜學課程中，Pavia負責應用的一面：如何判讀光譜以推定有機化合物的結構。物理基礎則在書單中的其他書裡。Engel與Reid的 Physical Chemistry: Quantum Chemistry and Spectroscopy 建立量子理論並應用於主要的分子光譜形式；Ajit Thakkar的 Quantum Chemistry: A Concise Introduction for Students of Physics, Chemistry, Biochemistry and Materials Science 則為將使用光譜而非發展理論的讀者，說明分子能階背後的概念。兩者都能與Pavia搭配，解釋光譜為何呈現那樣的樣貌。Donald McQuarrie的 Quantum Chemistry 與Frank Jensen的 Introduction to Computational Chemistry 把理論推進得更遠，判讀光譜並不需要它們。
Silverstein、Webster、Kiemle與Bryce的 Spectrometric Identification of Organic Compounds 是一本從質譜、紅外數據以及一維與二維NMR鑑定有機結構的專題指南，以真實數據練習為中心。兩者涵蓋的內容大致相同；Pavia有解題方法的小節與完整解出的綜合題，適合初學，Silverstein則適合之後或同時作為第二個說明與練習來源。
如何使用本書
本書適合正在修習或已修完第一門有機化學課程的大學部學生、修習專門光譜學或結構鑑定課程的學生，以及需要參考書的研究生。主要的先備知識是熟悉官能基以及基本的結構與鍵結。
實用的閱讀計畫：
- 開始： 第1章（分子式）與第2章（紅外）。第2章的官能基部分可以選讀，但關於看光譜要點與如何解紅外題的小節應完整閱讀。
- NMR核心： 依序讀第5–7章；第7章關於非鏡像異位質子與二級光譜的小節，是許多學生最需要多加練習的地方。
- 質譜： 第3–4章，同時參照附錄12的碎裂指引。
- NMR進階： 交換與立體化學讀第8章，DEPT與二維方法讀第9章。
- 紫外： 第10章，讀完第1章後隨時可讀。
第11章應貫穿全程使用，而不是只留到最後：學完紅外與NMR後，綜合題就是練習真實結構鑑定的最佳材料。先自己解題再查看部分習題解答，並把附錄當作隨手可查的參考表放在手邊。