第二章电磁辐射与材料相互作用
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第二章电磁辐射与材料相互作用
辐射的发射，前提是使物质吸收能量即激 发。
使物质激发的方式很多，可分为两类：非 电磁辐射激发(非光激发)和电磁辐射激发(光 激发)．
非电磁辐射激发又有热激发与电激发等多 种方式．
第二章电磁辐射与材料相互作用
电磁辐射激发又称为光致发光，作为激发 源的辐射光子称一次光子，而物质微粒受 激后辐射跃迁发射的光子(二次光子)称为荧 光或磷光。吸收一次光子与发射二次光子 之间延误时间很短(10-8E一10-4Es)则称为荧 光；延误时间较长(10—4E一10 s)则称为磷 光．
相干散射是材料X射线衍射分析等方法的技 术基础；非相干散射在一般情况下则给衍 射分析带来不利影响．
第二章电磁辐射与材料相互作用
2．晶体中的电子散射 x射线等谱域的辐射照射晶体，电子是散
射基元．晶体中的电子散射包括相干散射 与非相干散射两种． 相干散射是指入射线光子与原子内受核 束缚较紧的电子(如内层电产)发生弹性碰撞 作用，仅其运动方向改变而没有能量改变 的散射．相干散射又称为弹性散射．
拉曼散射线与入射线波长稍有不同， 波长短于入射线者称为反斯托克斯 线，反之则称为斯托克斯线．在光 谱上斯托克斯线和反斯托克斯线出 现在入射光谱线附近，称为拉曼散 射谱．
第二章电磁辐射与材料相互作用
拉曼散射产生的实质： 在于入射光子与分子作用时分子的振
动能级或转动能级跃迁，因而拉曼散 射谱谱线的多少、强度与波长等均与 分子的能级结构、性质等密切相 关．拉曼散射谱也是含有物质特征信 息的光谱。
第二章电磁辐射与材料相互作用
因为汤姆逊首先用经典电动力学方法研究相干散 射现象，故又称其为经典散射或汤姆逊散射．按 汤姆逊的工作，一个电子对一束强度为I的偏振化 的入射线散射波的强度Ie为
e与M——电子电荷与质量； c——光速； R——散射线上任意点(观测点)与电子的距离 φ——散射线方向与入射线的夹角．
光谱按强度对波长的分Hale Waihona Puke Baidu(曲线)特点(或按胶 片记录的光谱表现形态)可分为线光谱、带 光谱和连续光谱3类。
连续光谱表现为强度对波长连续分布，即各 种波长的光都有，连续不断，连续光谱是非 特征光谱即不含有物质的特征信息，构成线 状或带状光谱的背景，在材料光谱分析工作 中造成遮盖特征谱线、干扰分析的不利影 响．在分析工作中一般应注意尽可能减弱其 强度或对其进行扣除．
第二章 电磁辐射与材料的相互作 用
第二章电磁辐射与材料相互作用
第—节 概 述
电磁辐射与材料相互作用，产生辐射 的吸收、发射、光电离、散射等，是 材料现代分析方法的主要技术基础．
第二章电磁辐射与材料相互作用
一、辐射的吸收与发射 1．辐射的吸收与吸收光谱 辐射的吸收是指辐射通过物质时，其中某
1．分子散射 分子散射是入射线与线度即尺寸大
小远小于其波长的分子或分子聚集体 相互作用而产生的散射．分子散射包 括瑞利散射与拉曼散射两种。 瑞利散射是指入射线光子与分子发 生弹性碰撞作用，仅光子运动方向改 变而没有能量变化的散射．瑞利散射 线与入射线同波长．
第二章电磁辐射与材料相互作用
拉曼散射是指入射线(单色光)光子 与分子发生非弹性碰撞作用，在光 子运动方向改变的同时有能量增加 或损失的散射．
第二章电磁辐射与材料相互作用
第二章电磁辐射与材料相互作用
二、辐射的散射 辐射的散射指电磁辐射(与物质发生
相互作用)部分偏离原入射方向而分散 传播的现象． 物质中与入射的辐射即入射线相互 作用而致其散射的基本单元可称散射 基元．散射基元是实物粒子，可能是 分子、原子中的电子等。
第二章电磁辐射与材料相互作用
物质粒子发射辐射的强度(能量)频率和波长 的分布称为发射光谱；光致发光谱，则称 为荧光或磷光光谱．不同物质检于也具有 各自的特征发射光谱．
第二章电磁辐射与材料相互作用
3．光谱的分类 按辐射与物质相互作用性质，光谱分为吸
收光谱、发射光谱与散射光谱(拉曼散射谱) 吸收光谱与发射光谱按发生作用的物质微
粒不同可分为原子光谱和分子光谱等．由 于吸收光谱与发射光谱的波长与物质微粒 辐射跃迁的能级能量差相应，而物质微粒 能级跃迁的类型不同，能级差的范围也不 同，因而吸收或发射光谱波长范围(谱域)不 同．据此，吸收或发射光谱又可分为红外、 紫外、可见光谱，x射线谱等．
第二章电磁辐射与材料相互作用
光谱的另外分类方法：
些频率的辐射被组成物质的粒子(原子、离 子或分子等)选择性地吸收从而使辐射强度 减弱的现象．
E2与E1——高能级与低能级能量
第二章电磁辐射与材料相互作用
特征光谱的产生原理： 辐射(能量)被吸收的程度与频率和波长的关
系(曲线)即辐射被吸收程度对频率和波长的 分布称为吸收光谱． 不同物质粒子的能态(能级结构、能量大小 等)各不相同，故对辐射的吸收也不相同， 从而具有表明各自特征的不同吸收光谱．
第二章电磁辐射与材料相互作用
2．辐射的发射与发射光谱 辐射的发射是指物质吸收能量后产生电磁
辐射的现象。 辐射发射的实质在于辐射跃迁，即当物质
的粒子吸收能量被激发至高能态(E2)后，瞬 间返回基态或低能态(E1)，多余的能量以电 磁辐射的形式释放出来．发射的电磁辐射 频率取决于辐射前后两个能级的能量(E2与 E1)之差，即
第二章电磁辐射与材料相互作用
线光谱表现为在某些特定波长的位置有强 度很高的谱线。
第二章电磁辐射与材料相互作用
带光谱则表现为多条波长相近的谱线形成 的谱带(不同谱线的波长如此接近，以至这 些谱线形成难于分辨的—条“宽线”即谱 带)．线状光谱与带状光谱都是含有物质特 征信息的光谱是材料光谱分析工作的技术 依据．
第二章电磁辐射与材料相互作用
非相干散射是指入射线光子与原子内受束 缚较弱的电子(如外层电子)或晶体中自由电 子发生非弹性碰撞作用，在光子运动方向 改变的同时有能量损失的散射，又称为非 弹性散射．电子对入射光子的非相干散射 现象是由康普顿和我国物理学家吴有训首 先发现的，故又称为康普顿—吴有训效应 或康普顿散射.
辐射的发射，前提是使物质吸收能量即激 发。
使物质激发的方式很多，可分为两类：非 电磁辐射激发(非光激发)和电磁辐射激发(光 激发)．
非电磁辐射激发又有热激发与电激发等多 种方式．
第二章电磁辐射与材料相互作用
电磁辐射激发又称为光致发光，作为激发 源的辐射光子称一次光子，而物质微粒受 激后辐射跃迁发射的光子(二次光子)称为荧 光或磷光。吸收一次光子与发射二次光子 之间延误时间很短(10-8E一10-4Es)则称为荧 光；延误时间较长(10—4E一10 s)则称为磷 光．
相干散射是材料X射线衍射分析等方法的技 术基础；非相干散射在一般情况下则给衍 射分析带来不利影响．
第二章电磁辐射与材料相互作用
2．晶体中的电子散射 x射线等谱域的辐射照射晶体，电子是散
射基元．晶体中的电子散射包括相干散射 与非相干散射两种． 相干散射是指入射线光子与原子内受核 束缚较紧的电子(如内层电产)发生弹性碰撞 作用，仅其运动方向改变而没有能量改变 的散射．相干散射又称为弹性散射．
拉曼散射线与入射线波长稍有不同， 波长短于入射线者称为反斯托克斯 线，反之则称为斯托克斯线．在光 谱上斯托克斯线和反斯托克斯线出 现在入射光谱线附近，称为拉曼散 射谱．
第二章电磁辐射与材料相互作用
拉曼散射产生的实质： 在于入射光子与分子作用时分子的振
动能级或转动能级跃迁，因而拉曼散 射谱谱线的多少、强度与波长等均与 分子的能级结构、性质等密切相 关．拉曼散射谱也是含有物质特征信 息的光谱。
第二章电磁辐射与材料相互作用
因为汤姆逊首先用经典电动力学方法研究相干散 射现象，故又称其为经典散射或汤姆逊散射．按 汤姆逊的工作，一个电子对一束强度为I的偏振化 的入射线散射波的强度Ie为
e与M——电子电荷与质量； c——光速； R——散射线上任意点(观测点)与电子的距离 φ——散射线方向与入射线的夹角．
光谱按强度对波长的分Hale Waihona Puke Baidu(曲线)特点(或按胶 片记录的光谱表现形态)可分为线光谱、带 光谱和连续光谱3类。
连续光谱表现为强度对波长连续分布，即各 种波长的光都有，连续不断，连续光谱是非 特征光谱即不含有物质的特征信息，构成线 状或带状光谱的背景，在材料光谱分析工作 中造成遮盖特征谱线、干扰分析的不利影 响．在分析工作中一般应注意尽可能减弱其 强度或对其进行扣除．
第二章 电磁辐射与材料的相互作 用
第二章电磁辐射与材料相互作用
第—节 概 述
电磁辐射与材料相互作用，产生辐射 的吸收、发射、光电离、散射等，是 材料现代分析方法的主要技术基础．
第二章电磁辐射与材料相互作用
一、辐射的吸收与发射 1．辐射的吸收与吸收光谱 辐射的吸收是指辐射通过物质时，其中某
1．分子散射 分子散射是入射线与线度即尺寸大
小远小于其波长的分子或分子聚集体 相互作用而产生的散射．分子散射包 括瑞利散射与拉曼散射两种。 瑞利散射是指入射线光子与分子发 生弹性碰撞作用，仅光子运动方向改 变而没有能量变化的散射．瑞利散射 线与入射线同波长．
第二章电磁辐射与材料相互作用
拉曼散射是指入射线(单色光)光子 与分子发生非弹性碰撞作用，在光 子运动方向改变的同时有能量增加 或损失的散射．
第二章电磁辐射与材料相互作用
第二章电磁辐射与材料相互作用
二、辐射的散射 辐射的散射指电磁辐射(与物质发生
相互作用)部分偏离原入射方向而分散 传播的现象． 物质中与入射的辐射即入射线相互 作用而致其散射的基本单元可称散射 基元．散射基元是实物粒子，可能是 分子、原子中的电子等。
第二章电磁辐射与材料相互作用
物质粒子发射辐射的强度(能量)频率和波长 的分布称为发射光谱；光致发光谱，则称 为荧光或磷光光谱．不同物质检于也具有 各自的特征发射光谱．
第二章电磁辐射与材料相互作用
3．光谱的分类 按辐射与物质相互作用性质，光谱分为吸
收光谱、发射光谱与散射光谱(拉曼散射谱) 吸收光谱与发射光谱按发生作用的物质微
粒不同可分为原子光谱和分子光谱等．由 于吸收光谱与发射光谱的波长与物质微粒 辐射跃迁的能级能量差相应，而物质微粒 能级跃迁的类型不同，能级差的范围也不 同，因而吸收或发射光谱波长范围(谱域)不 同．据此，吸收或发射光谱又可分为红外、 紫外、可见光谱，x射线谱等．
第二章电磁辐射与材料相互作用
光谱的另外分类方法：
些频率的辐射被组成物质的粒子(原子、离 子或分子等)选择性地吸收从而使辐射强度 减弱的现象．
E2与E1——高能级与低能级能量
第二章电磁辐射与材料相互作用
特征光谱的产生原理： 辐射(能量)被吸收的程度与频率和波长的关
系(曲线)即辐射被吸收程度对频率和波长的 分布称为吸收光谱． 不同物质粒子的能态(能级结构、能量大小 等)各不相同，故对辐射的吸收也不相同， 从而具有表明各自特征的不同吸收光谱．
第二章电磁辐射与材料相互作用
2．辐射的发射与发射光谱 辐射的发射是指物质吸收能量后产生电磁
辐射的现象。 辐射发射的实质在于辐射跃迁，即当物质
的粒子吸收能量被激发至高能态(E2)后，瞬 间返回基态或低能态(E1)，多余的能量以电 磁辐射的形式释放出来．发射的电磁辐射 频率取决于辐射前后两个能级的能量(E2与 E1)之差，即
第二章电磁辐射与材料相互作用
线光谱表现为在某些特定波长的位置有强 度很高的谱线。
第二章电磁辐射与材料相互作用
带光谱则表现为多条波长相近的谱线形成 的谱带(不同谱线的波长如此接近，以至这 些谱线形成难于分辨的—条“宽线”即谱 带)．线状光谱与带状光谱都是含有物质特 征信息的光谱是材料光谱分析工作的技术 依据．
第二章电磁辐射与材料相互作用
非相干散射是指入射线光子与原子内受束 缚较弱的电子(如外层电子)或晶体中自由电 子发生非弹性碰撞作用，在光子运动方向 改变的同时有能量损失的散射，又称为非 弹性散射．电子对入射光子的非相干散射 现象是由康普顿和我国物理学家吴有训首 先发现的，故又称为康普顿—吴有训效应 或康普顿散射.