第二章 光学分析导论 ppt课件

二、电磁辐射的粒子性
光电效应：1889年，法国科学家赫兹发现光电效应：当 光线照射金属时有电子逸出（光电子）。1905年，爱因 斯坦提出光量子学说（Nobel奖）。
康普顿效应：1922年，美国Compton发现用X射线照射 一种物质中的电子而产生光的散射时有两种波长的散射 光，一种与入射X射线相同，另一种波长较原波长长。 （Nobel奖）
一、电磁辐射的波动性
电磁波具有波粒两相性
可以用经典的正弦波方程加以描述，在电场方向上的矢量E ＝Asin（wt＋f），w＝2pn
一种电磁波的频率是固定的，但速度可变。有介质时速度下 降（如空气，液态，固体）：v＝ln < C，说明在介质中波 长变短！
波数（σ）：每厘米内波的数目 （cm-1 ） σ＝1/l 波动性质的表现：衍射，干涉，折射等
射频区 11000m
低能辐射区
一射线波长最小，能量最大；射频区波长最大，能量最小
§2-2：原子、离子与分子的能级
1900年，德国物理学家Max Planck提出量子理论。
E3
两个假设：
E2
E1
E0
1. 原子，离子和分子存在于一些具有确定能量的不连续的状 态（Atoms, ions and molecules can exist in discrete states, characterized by definite amounts of energy). 当一种物种改 变状态时，会吸收或释放一定的能量，吸收或释放的能量等 于两个状态的能量之差（When a species changes its state, it absorbs or emits an amount of energy exactly equal to the energy difference between the states).
DE = E1 - E0=hν = hc/λ
E1 is the energy of the higher state and E0 the energy of the lower state. The other characters have their usual significance.
量子理论是光谱法的理论基础，从这个假设我们进一步讨论 一些问题：
对第四条的讨论： （1）不同种类的原子，其核外电子排布不同，所以电子能 级的能量必然不一样，能级之间的差值（能级差）也不一样；
（2）原子的能级差是特征性的；
（3）若原子在其能级之间变化（跃迁），必然会吸收或释 放确定的能量，若吸收或释放的能量是光，则光的波长是确 定的，是与原子的种类相对应的；
对第四条的讨论： （4） 一般情况下，在常温下原子处于基态。那么，怎样使 原子跃迁至激发态？——给予它能量！
运动是一种具体的能级表现形式
4。对于元素状态的原子和离子来说，其所处能级的能量主 要取决于原子核外的运动着的电子的能量。 因此这些能级称 为电子能级（electronic states）。我们说某原子处于基态或 激发态，实际上指的是其电子能级的状态，即原子核外电子 的运动状态——或者电子在原子轨道的排布情况。
E3 E2 E1 E0
2. When atoms, ions, or molecules absorb or emits radiation in making the transition from one energy state to another, the frenquency νor the wavelength λ of the radiation is related to the energy difference between the states by the equation:
1。 Energy state就是我们常说的能级：能级之间不连续，但 各能级有确定的能量，因此能级之间的能量差也是确定的。
2。能级的能量有高有低，能量最低的状态（能级）称为基 态（ground state），能量较高的状态称为激发态（excited state）
3。无论什么情况下，原子，离子和分子， 都处于一定的能 量状态（或者说能级上）：在常温下，一般处于基态。
若使原子从基态跃迁到激发态的能量由光来提供……
E2
hv （=ΔE） 吸收
是为原子吸收
E1
E0
I、由于一种元素的原子（离子）有许许多多激发态，因此它 可以吸收很多种波长的光，使其从基态跃迁到不同的高能级 上。
II、被吸收的光的强度要减弱（吸光度和透射率）
III、对同一波长的光来讲，被吸收的程度与原子的数目有关
IV、如果以吸收光的强度按照波长的长短顺序绘制谱图，就 得到原子的吸收光谱图。
（5） 原子从激发态跃迁到基态，释放能量，如果能量形式 是光的话，就会发射出光线——是为原子发射
E2
发射
E1wenku.baidu.com
hv1 hv2
E0
前面提到过，一般情况下，在常温下原子处于基态。那么， 怎样使原子跃迁至激发态？——给予它能量！ 既然常温下处于基态， 非常温（高温）是不是就处于激发态？ 光可不可以？——在一些情况下，是可以的。
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第二章 光学分析导论
根据物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质的相互作用建 立起来的一类分析方法，称为光学分析法。
光学分析方法涉及到三个问题： ①能源提供能量（包括辐射能）； ②能量与物质的相互作用； ③分析信号的产生及其检测。
§2-1：电磁辐射
什么是电磁辐射？电磁辐射又称电磁波，是一种以极大的 速度（在真空中为 C＝2.99792×1010 cm·s-1）在空间（而 不需要以任何物质作为媒介）传播的交变电磁场。 注意：是一种能量形式！具有一定的频率、强度和速度。 光是一种电磁波。——Q：光是不是物质？
三、电磁波谱
电磁辐射(电磁波)按其波长可分为不同区域-电磁波谱：
一射线 5*10-30.14nm
X一射线 10-310nm
高能辐射区
远紫外 10200nm
近紫外 200400nm
可见光 400760nm
近红外 0.752.5m
中红外 2.550m
远红外 501000m
中能辐射区
微波
0.1100cm