电磁辐射和电磁波谱
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相互作用方式：发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等；
光学分析法在研究物质组成、结构表征、表面分析等方面具有其他 方法不可区代的地位！
三个基本过程：
• （1）能源（电磁辐射： 射线～无线电波）提供能 量（辐射能-跃迁：电子跃迁-紫外，振动跃迁-红外 ，转动跃迁-微波）；
• （2）能量与被测物之间的相互作用（发射、吸收 、反射、折射、散射、干涉、衍射等）；
• 此时光谱项为： • 3 2 S1/2 表 示 n=3 L=0 S=1/2 M=2 J=1/2,
射频区
1~1000m 1.2 ×10-7~1.2 ×10-9 电子自旋能级或核自旋能级
02:59:08
02:59:08
根据能量高低，电磁波谱又可分为三个区域。
（1）高能辐射区 包括 r 射线区和 X 射线区。高 能辐射的粒子性比较突出。
（2）中能辐射区 包括紫外区、可见光区和红外 区，又称光学光谱区。
• （3）产生信号（辐射信号） 。
基本特点：
• （1）所有光分析法均包含三个基本过程；
• （2）选择性测量，不涉及混合物分离（不同于色 谱分析）；
• （3）涉及大量光学元器件。
一、电磁辐射的波动性
波动性 电磁辐射的波动性表现为电磁辐射的 衍射和干涉现象。
电场 磁场
y = A sin(t + ) = A sin(2vt + )
• n =1，2，3 ，…； • L=∑lI ，l=0，1，2，…； • S=∑ms，i ms=±1/2； • J=L+S. • 因为取矢量和，而 • L=|l1+l2|，|l1-l2-1|，… |l1-l2|；同样， • S=0，±1，±2，…±S；及 • J=（L+S），（L+S-1），（L+S-2），…（L-S
• 1．主量子数n变化，Δn为整数，包括0。 • 2．总角量子数L的变化，ΔL=±1。 • 3．内量子数J变化，ΔJ=0，±1。但当J=0时，
ΔJ=0的跃迁是禁戒的。 • 4．总自旋量子数S的变化，ΔS=0，即单重项只
跃迁到单重项，三重项只跃迁到三重项。
2020/3/2
例如：钠原子，核外电子组成为： （1S）2（2S）2（2P）6（3S）1
粒子性
λ =1 / σ
普朗克常数 h ＝6.6262×10-34J·s
c：光速 (3.0×1010 cm ·s-1)；λ：波长(cm)；
：频率(Hz或s-1)；σ：波数(cm-1) ； E ：能量(ev或J)； h：普朗克常数6.63 ×10-34J ·s或４.136 ×10-15ev.s
P8:例2-1
1.2 ×102~6.2
6.2~3.1 3.1~1.7
谱 近红外区 0.78~2.5 μm
1.7~0.5
区 中红外区 2.5~50 μm
0.5 ~0.025
内层电子能级 原子的电子能级或 分子的成键电子能级
分子振动能级
远红外区 50~1000 μm 2.5 ×10-2~1.2 ×10-4 微波区 0.1~100cm 1.2 ×10-4~1.2 ×10-7 分子转动能级
三、电磁波谱
电磁辐射按照波长(或频率、波数、能量)大小的顺序排列.
波谱区 波长范围
光子能量/eV
能级跃迁类型
r射线区 ＜0.005nm
＞2.5 ×105
原子核能级
X射线区 0.005~10nm 2.5 ×105~1.2 ×102
远紫外区 10~200nm
光
学 光
近紫外区 可见光区
200~400nm 400~780nm
一、原子光谱． 原子的能级与能级图
1．光谱项 原子光谱是由原子外层的价电子在两能级间跃迁而产
生的，原子的能级通常用光谱项符号来表示：
n2S+1LJ or n M LJ
n为主量子数；L为总量子数；S为总自旋量子数；J为 内量子数。M=2S+1,称为谱线的多重性。J又称光谱 支项。
2020/3/2
–每个量子数的取值分别为：
光学分析方法及其特点：
基于物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质的相互 作用所建立起来的一类分析方法，广义上均称为光分析 法。
电磁辐射具有波粒二象性。以巨大速度通过空 间，不需要以任何物质作为 传播媒介的一种能量。
电磁辐射是高速通过空间的光子流，通常简称为“光”。
电磁辐射范围： 射线～无线电波所有范围；
第二章 光学分析法导论
第一节 电磁辐射和电磁波谱
一、电磁辐射的波动性 二、电磁辐射的粒子性 三、电磁波谱
1.什么是光学分析法
光学分析法是基于检测能量（电磁 辐射）作用于待测物质后产生的辐射信 号或所引起的变化的分析方法。
这些电磁辐射包括从射线到无线电 波的所有电磁波谱范围。电磁辐射与物 质相互作用的方式有发射、吸收、反射、 折射、散射、干涉、衍射、偏振等。
=1/
波速v—电磁波传播的速度，真空中等于光速
c= =3×1010cm·s-1
之间的关系为：波动性 ＝C ∕
频率
波长
c光速＝2.9979×108m·s-1
＝2.9979×1010cm·s-1
二、电磁辐射的粒子性
粒子性 根据量子理论，电磁辐射是在空间高速 运动的光量子流。
普朗克方程将电磁辐射的波动性和微粒性联系在一起。
（3）低能辐射区 包括微波区和射频区，又称波 谱区。
wenku.baidu.com
第二节，原子光谱和分子光谱
光谱法可分为原子光谱法和分子光谱法。
原子光谱法是由原子外层或内层电子能级的 变化产生的，它的表现形式为线光谱。由若干条
强度不同的谱线和暗区相间而成的光谱。 属于这类分析方法的有原子发射光谱法
（AES）、原子吸收光谱法（AAS），原子荧光光 谱法（AFS）以及X射线荧光光谱法（XFS）等。
）。L≥S，J共有（2S+1）个。若L＜S，J共有 （2L+1）。
2020/3/2
当四个量子数确定之后，原子的运动状态就确定
• 1S0 •
• 1P1 •
• 3D3
L=0， S=0， M=1， J=0 L=1， S=0， M=1， J=1 L=2， S=0， M=3， J=3
2020/3/2
跃迁遵循选择定则：
传播方向
电磁波用周期、频率、波长、波数和波速参数来表征
周期T —两个相邻矢量极大（或极小）通过空间某固定点所 需的时间间隔叫做辐射的周期：单位秒（S）
频率—每秒钟内电磁场振荡的次数：单位赫（Hz）
波长—电磁波相邻两个波峰或波谷间的距离：cm.m.nm
波数—1 cm内波的振动次数：单位cm-1
光学分析法在研究物质组成、结构表征、表面分析等方面具有其他 方法不可区代的地位！
三个基本过程：
• （1）能源（电磁辐射： 射线～无线电波）提供能 量（辐射能-跃迁：电子跃迁-紫外，振动跃迁-红外 ，转动跃迁-微波）；
• （2）能量与被测物之间的相互作用（发射、吸收 、反射、折射、散射、干涉、衍射等）；
• 此时光谱项为： • 3 2 S1/2 表 示 n=3 L=0 S=1/2 M=2 J=1/2,
射频区
1~1000m 1.2 ×10-7~1.2 ×10-9 电子自旋能级或核自旋能级
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根据能量高低，电磁波谱又可分为三个区域。
（1）高能辐射区 包括 r 射线区和 X 射线区。高 能辐射的粒子性比较突出。
（2）中能辐射区 包括紫外区、可见光区和红外 区，又称光学光谱区。
• （3）产生信号（辐射信号） 。
基本特点：
• （1）所有光分析法均包含三个基本过程；
• （2）选择性测量，不涉及混合物分离（不同于色 谱分析）；
• （3）涉及大量光学元器件。
一、电磁辐射的波动性
波动性 电磁辐射的波动性表现为电磁辐射的 衍射和干涉现象。
电场 磁场
y = A sin(t + ) = A sin(2vt + )
• n =1，2，3 ，…； • L=∑lI ，l=0，1，2，…； • S=∑ms，i ms=±1/2； • J=L+S. • 因为取矢量和，而 • L=|l1+l2|，|l1-l2-1|，… |l1-l2|；同样， • S=0，±1，±2，…±S；及 • J=（L+S），（L+S-1），（L+S-2），…（L-S
• 1．主量子数n变化，Δn为整数，包括0。 • 2．总角量子数L的变化，ΔL=±1。 • 3．内量子数J变化，ΔJ=0，±1。但当J=0时，
ΔJ=0的跃迁是禁戒的。 • 4．总自旋量子数S的变化，ΔS=0，即单重项只
跃迁到单重项，三重项只跃迁到三重项。
2020/3/2
例如：钠原子，核外电子组成为： （1S）2（2S）2（2P）6（3S）1
粒子性
λ =1 / σ
普朗克常数 h ＝6.6262×10-34J·s
c：光速 (3.0×1010 cm ·s-1)；λ：波长(cm)；
：频率(Hz或s-1)；σ：波数(cm-1) ； E ：能量(ev或J)； h：普朗克常数6.63 ×10-34J ·s或４.136 ×10-15ev.s
P8:例2-1
1.2 ×102~6.2
6.2~3.1 3.1~1.7
谱 近红外区 0.78~2.5 μm
1.7~0.5
区 中红外区 2.5~50 μm
0.5 ~0.025
内层电子能级 原子的电子能级或 分子的成键电子能级
分子振动能级
远红外区 50~1000 μm 2.5 ×10-2~1.2 ×10-4 微波区 0.1~100cm 1.2 ×10-4~1.2 ×10-7 分子转动能级
三、电磁波谱
电磁辐射按照波长(或频率、波数、能量)大小的顺序排列.
波谱区 波长范围
光子能量/eV
能级跃迁类型
r射线区 ＜0.005nm
＞2.5 ×105
原子核能级
X射线区 0.005~10nm 2.5 ×105~1.2 ×102
远紫外区 10~200nm
光
学 光
近紫外区 可见光区
200~400nm 400~780nm
一、原子光谱． 原子的能级与能级图
1．光谱项 原子光谱是由原子外层的价电子在两能级间跃迁而产
生的，原子的能级通常用光谱项符号来表示：
n2S+1LJ or n M LJ
n为主量子数；L为总量子数；S为总自旋量子数；J为 内量子数。M=2S+1,称为谱线的多重性。J又称光谱 支项。
2020/3/2
–每个量子数的取值分别为：
光学分析方法及其特点：
基于物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质的相互 作用所建立起来的一类分析方法，广义上均称为光分析 法。
电磁辐射具有波粒二象性。以巨大速度通过空 间，不需要以任何物质作为 传播媒介的一种能量。
电磁辐射是高速通过空间的光子流，通常简称为“光”。
电磁辐射范围： 射线～无线电波所有范围；
第二章 光学分析法导论
第一节 电磁辐射和电磁波谱
一、电磁辐射的波动性 二、电磁辐射的粒子性 三、电磁波谱
1.什么是光学分析法
光学分析法是基于检测能量（电磁 辐射）作用于待测物质后产生的辐射信 号或所引起的变化的分析方法。
这些电磁辐射包括从射线到无线电 波的所有电磁波谱范围。电磁辐射与物 质相互作用的方式有发射、吸收、反射、 折射、散射、干涉、衍射、偏振等。
=1/
波速v—电磁波传播的速度，真空中等于光速
c= =3×1010cm·s-1
之间的关系为：波动性 ＝C ∕
频率
波长
c光速＝2.9979×108m·s-1
＝2.9979×1010cm·s-1
二、电磁辐射的粒子性
粒子性 根据量子理论，电磁辐射是在空间高速 运动的光量子流。
普朗克方程将电磁辐射的波动性和微粒性联系在一起。
（3）低能辐射区 包括微波区和射频区，又称波 谱区。
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第二节，原子光谱和分子光谱
光谱法可分为原子光谱法和分子光谱法。
原子光谱法是由原子外层或内层电子能级的 变化产生的，它的表现形式为线光谱。由若干条
强度不同的谱线和暗区相间而成的光谱。 属于这类分析方法的有原子发射光谱法
（AES）、原子吸收光谱法（AAS），原子荧光光 谱法（AFS）以及X射线荧光光谱法（XFS）等。
）。L≥S，J共有（2S+1）个。若L＜S，J共有 （2L+1）。
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当四个量子数确定之后，原子的运动状态就确定
• 1S0 •
• 1P1 •
• 3D3
L=0， S=0， M=1， J=0 L=1， S=0， M=1， J=1 L=2， S=0， M=3， J=3
2020/3/2
跃迁遵循选择定则：
传播方向
电磁波用周期、频率、波长、波数和波速参数来表征
周期T —两个相邻矢量极大（或极小）通过空间某固定点所 需的时间间隔叫做辐射的周期：单位秒（S）
频率—每秒钟内电磁场振荡的次数：单位赫（Hz）
波长—电磁波相邻两个波峰或波谷间的距离：cm.m.nm
波数—1 cm内波的振动次数：单位cm-1