仪器分析 第2章光谱分析法导论
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第二章 光谱分析法导论
电磁辐射的性质
光学分析法
光谱分析仪器
光分析法的基础包括两个方面：
能量作用于待测物质后产生光辐射，该能
量形式可以是光辐射或其他辐射能量形式；
光辐射作用于待测物质后发生某种变化，
可以是待测物质物理化学特性的改变，也可以
是光辐射光学特性的改变。
任何光分析方法均包含三个主要过程： • 能源提供能量 • 能量与被测物质相互作用 • 产生被检测的信号
二、物质的能态
• 对原子和离子来说，有电子围绕带正电荷核 运动的电子能态。 • 分子除电子能态外，还存在原子间相对位移
引起的振动和转动能态，它们的能量都是量
子化的。 • 原子或分子的最低能态称为基态，较高能态 称为激发态。
光学分析法
非光谱法 光谱法
非光谱法
• 折射法：基于测量物质折射率的方法。
• 旋光法：利用光学活性物质的旋光性质进行
定量测定或纯度检验。
• 比浊法：测量光线通过胶体溶液或悬浮液后
的散射光强度来进行定量分析。 • 衍射法：基于光的衍射现象而建立的方法 （X射线衍射法、电子衍射法）
光谱法
基于原子、分子外层电子跃迁的光谱法 基于分子转动、振动能级跃迁的光谱法
基于原子内层电子跃迁的光谱法
与折射角 r 的正弦比称为相对折射率 n2,1
sin i υ1 n2 n2,1 = ——— = —— = —— sin r υ2 n1
折射和反射
不同物质的折射率不同。 不同波长的光对同一物质的折射率 也是不同的。
太阳光谱
折射和反射
• 当光线从介质 1 射到介质 2 的界面上，一部
分在介质 1 中改变其传播方向（反射），另
一部分在介质 2 中改变其传播方向（折射）。
• 反射光和折射光的能量分配是由介质的性质和
入射角的大小来决定的。
• 对于垂直于界面的光束，反射光部分可由下式
计算：
Ir (n2 n1 ) 2 I0 (n2 n1 )
2
• 式中I0 是入射光的强度，Ir 是反射光的强度，
n1 和n2 是两种介质的折射率。
的定量分析方法，定量基础是Lambert-Beer
定律。
• 在热的气体介质中，如火焰中，气态原子能
够吸收特征辐射波长使电子从基态跃迁至较
电磁辐射的性质
电磁辐射的波动性 电磁辐射的微粒性 电磁波谱
电磁辐射与物质的相互作用
电磁辐射的波动性
电磁波是在空间传播着的交变电场 和磁场，它具有一定的频率、强度和速 度，在真空中以光速传播。
电磁辐射的波动性
当电磁波穿过物质时，它可以和带有电荷
和磁矩的质点作用，结果在电磁波和物质之间
产生能量交换，光谱分析法就是基于这种能量
分子吸收
分子光谱不像原子光谱，通常它是由一系列
靠得很近的吸收带组成，故呈带状光谱。
在凝聚态或有溶剂分子存在时，谱带会趋向 平滑，变宽。
磁场诱导吸收
当将某些元素放入磁场中时，其电子和核 受到强磁场的作用后，它们具有磁性质的简并 能级将发生分裂，产生具有微小能量差的不同 的量子化的能级。跃迁仅通过吸收低频区的辐
吸 收
物质就会吸收辐射，此时电磁辐射能被 转移到组成物质的原子和分子上，物质从较 低能态激发到较高能态或激发态。
通过实验得到吸光度对波长或频率的函
数图，即吸收光谱图。
nm
吸
原子吸收
收
分子吸收
磁场诱导吸收
原子吸收
• 当一束紫外或可见辐射通过气态自由原子时，
将只有少数几个非常确定的频率被吸收。
二、物质的能态
原子、离子和分子有确定的能量，它们仅仅 能存在于一定的不连续能态上。当物质改变其能 态时，它吸收或发射的能量应完全等于两能级之 间的能量差。 若原子、离子和分子吸收或发射辐射后，从 一种能态跃迁到另一种能态时，辐射的波长λ或 频率ν与两能级之间的能量差有关： E1 - E0 = hν = hc/λ
干 涉
频率相同、振动相同、相位相等或相差保持 恒定的波源所发射的相干波互相叠加时，会产生 波的干涉现象。 通过干涉现象，可以得到明暗相间的条纹。
干 涉
两列波相互加强时，可以得到明亮条纹； 相互抵消时，则得到暗条纹。 这些明暗条纹称为干涉条纹。
干 涉
若两波光程差为δ，波长为λ，则当光程差等 于波长λ的整数倍时，两波将相互加强到最大程度 即：δ = ±Kλ ( K = 0, 1, 2… ) 两光波在焦点上将相互叠加形成明条纹。
以光子形式释放多余的能量，产生电磁辐射。
激发：要产生发射跃迁必须使分子、原子和
离子处于激发态，这一过程叫做激发。
发 射
• 通过以下途径实现激发： 用电子或其它基本粒子轰击，可以发射 X 射线; 使暴露在高压交流火花之中，或电弧、火焰、热 炉子之中，可以产生紫外线、可见光或红外辐射
用电磁辐射照射，可以产生荧光、磷光；
-15
发态的寿命（大约10 s）要小很多。
• 振动弛豫发生在电子弛豫之前。造成在其后发
-5
射辐射的能量小于激发时吸收的能量，其差值
等于相应的振动激发能。激发时吸收的能量等 于（E2－E0 + e〃4－e〃0）， 再通过荧光辐射 的能量等于（E2－E0）
发 射
用发射光谱表征由激发源发出的辐 射，它通常是以发射辐射的相对强度作 为波长或频率的函数。
• 这些粒子只具有少数几个可能的能态。
• 激发作用是通过一个或几个电子跃迁到较高能
级实现的。
如 Na 蒸汽
589.30 nm 589.60 nm 3s→3p
285 nm
3s→5p
紫外和可见光区的能量足以引起外层电子或
价电子的跃迁。
分子吸收
分子的总能量E分子可以用下式表示: E分子= E电子+ E振动 + E转动 若用ΔE电子、ΔE振动和ΔE转动分别表示电 子能级、振动能级和转动能级差 ΔE电子＞ΔE振动＞ΔE转动
被照射试样粒子的直径等于或大于入
射光的波长时，发生丁泽尔散射，散射波 长与入射光的波长一样。
散 射
被照射试样粒子的直径短于入射 光的波长时，发生分子散射（瑞利散 射、拉曼散射）。
散 射
当光子与分子相互作用时，若没有能量
交换，这种弹性碰撞称为瑞利散射。
当光子与分子相互碰撞时，有能量的增
加或损失，即产生了与入射光不同的波长的
射来实现。
• 核磁共振波谱法（NMR） • 电子自旋共振波谱法（ESR）
发 射
发射跃迁：当原子、分子和离子等处于 较高能态时，可以以光子形式释放多余的能 量回到较低能态，产生电磁辐射。对应的频 率和波长处于紫外-可见光区。
发 射
受激粒子：处于非基态的分子、原子和离子 当受激粒子弛豫回到低能级或基态时，常常
干 涉
当两波的光程差等于半波长的奇数倍时， 两波将相互减弱到最大程度， 即：δ = ±( 2K +1 )λ/2 ( K = 0, 1, 2… ) 两光波在焦点上将相互减弱形成暗条纹。
衍 射
光波绕过障碍物而弯曲地向它后 面传播的现象，称为波的衍射现象。
若以平行光束通过狭缝 AB，狭缝 宽度为 a，入射角以φ角方向传播，经
分子发射
荧光光谱法 磷光光谱法 化学发光法 表观上分子发射表现为对特定波长段的 电磁辐射的发射，光谱上表现为连续光谱。
分子发射
吸收辐射而被激发的原子和分子处在 高能态的寿命很短，它们一般要通过不同
的弛豫过程返回到基态
非辐射弛豫
辐射弛豫
非辐射弛豫
以非发光的形式释放能量的过程，此时 激发态分子与其他分子发生碰撞而将部分激 发能转变成动能并释放出少量的热量。结果
放热的化学反应可以产生化学发光。
发 射
原子发射 分子发射
原子发射
• 当气态自由原子处于激发态时，将发射电磁
波而回到基态，所发射的电磁波处于紫外和
可见光区。
• 通常采用电、热或激光的形式使试样原子化
并激发原子。 • 特定原子只发射少数几个具有特征频率的电 磁波。
分子发射
• 光激发或化学能激发。 • 发射光谱的电磁辐射基本上处在紫外、 可见和红外光区。
使体系的温度有微小的升高。
非辐射弛豫包括振动弛豫、内转移、外 转移和系间窜越等。
辐射弛豫
以发光的形式释放能量的过程，此时激发 态分子通过振动弛豫、内转移、外转移和系间
窜越等过程回到第一激发单重态的最低振动能
级或第一激发三重态的最低振动能级，然后通
过辐射跃迁回到基态，并发射荧光和磷光。
荧光和磷光弛豫
电磁波的微粒性
光子的能量 E 与光波的频率 v 之间的
关系式：
E ＝ hv ＝ hc/λ h = 6.626³10-34J²s
电磁波谱
将电磁波按其波长（或频率、或能量） 次序排列成谱，称为电磁波谱。 各种电磁波的波长和频率以及所具有的 能量各不相同，而且产生的机理也不同。
电磁波谱
吸收：由电磁辐射提供能量致使量子从低 能级向高能级的跃迁过程。
电磁辐射的波动性
波长的倒数σ称为波数，单位 cm-1，表示在真 空中单位长度内所具有的波的数目，即
σ = 1/λ
波长的单位用μm 时，波长与波数的关系为：
σ = 104/λ
电磁波的微粒性
光的粒子性:
光的吸收、发射、光电效应、康普顿效应
和黑体辐射等
光的粒子性表现为光的能量不是均匀连续
分布在它传播的空间，而是集中在光子的微粒 上。
基于原子核能级跃迁的光谱法
基于Raman散射的光谱法
光谱的形状 光谱法的分类
基于原子、分子外层 电子跃迁的光谱法
原子吸收光谱法
原子发射光谱法
原子荧光光谱法
基于原子、分子外层 电子跃迁的光谱法
紫外-可见吸收光谱法 分子荧光光谱法
分子磷光光谱法
化学发光分析法
原子吸收光谱法
• 基于基态原子外层电子对其共振发射的吸收
发 射
• 线光谱是由一系列有确定峰位的锐线组成，它 是激发单个气态原子所产生的。（P34） • 带光谱是由几组线光谱组成，由于它们紧密排
列，以至于仪器不能分辨它们。
• 连续光谱则是由于背景增加而形成光谱的连续
部分。
散 射
入射光的光子与试样粒子碰撞时，会
改变其传播方向，这种现象称为光的散射
（丁泽尔散射、分子散射）。
共振荧光是指发射辐射的频率与用来激发
的辐射频率完全相同的过程。
一般来说，气态原子因没有振动能级叠加
在电子能级上，故主要产生共振荧光。
非共振荧光主要由气态分子或溶液中的分子 产生。被激发的分子跃迁到两个电子激发态中的 任何一个振动能级。
荧光和磷光弛豫
• 振动激发态的寿命（大约在10 s）比电子激
光谱分析法和非光谱分析法
光谱分析法中，能量作用于待测物质后产 生光辐射，光辐射作用于待测物质后发生某种
变化与待测物质的物理化学性质有关，并且为
波长或波数的函数，如光的吸收、发射，涉及
物质内部能级跃迁。
光谱分析法和非光谱分析法
非光谱分析法表现为光作用于待测物质 后发生散射、折射、反射、干涉、衍射、偏 振等现象，这些现象的发生只与待测物质的 物理性质有关，不涉及能级跃迁。
散射光，这种非弹性碰撞产生的散射，称为 拉曼散射。
散 射
散射光强 I 与散射光频率的四次方成正比
I∝ v4∝ 1/λ4
折射和反射
• 光的折射现象：由于光在两种介质中传播速 度不同引起的。 • 电磁辐射在真空中的速度 c 与其在介质中传 播速度υ 的比值定义为该介质的折射率： n = c /υ
当光从介质 1 进入介质 2 时，其入射角 i
发射：由高能级向低能级跃迁并发射电磁
辐射的过程。 共振：由低能级吸收电磁辐射向高能级跃 迁，再由高能级跃迁回低能级并发射相同频率 电磁辐射，同时存在弛豫现象的过程。
电磁辐射与物质的相互作用
吸收 发射
Biblioteka Baidu散射
折射和反射
干涉
衍射
吸 收
当频率为 v 的电磁波通过一层固体、液体 和气体物质，而电磁波的能量正好等于物质的 基态（E0）和某一激发态（EA）之间的能量差 时， h v = EA－ E0
交换。
电磁辐射的波动性
• 不同的电磁波具有不同的波长λ或频率v 。 • 在真空中，波长和频率的关系为：λ v = c • 当一定频率的电磁波通过不同的介质时，其 频率不变，而波长要发生改变。频率是电磁 波更基本的性质。
电磁辐射的波动性
波长的单位常用 nm 或μm 表示 1 m = 106μm = 109 nm = 1010Å 频率常用赫兹（Hz）表示
透镜聚焦后会聚于P点（示意图）
衍
Δ= a sinφ
射
则 AP 与 BP 的光程差AC（Δ）为 P 点的明暗取决于光程差Δ。
对应于某确定角度 φ，如果狭缝可以分成偶
数波带(λ/2 )，则在 P 点出现暗条纹；如果可以
分成奇数波带，则出现明条纹。
衍 射
• a sinφ = 2Kλ/2 ， K =±1, ±2, ±3 时，为暗条纹 • a sinφ = ( 2K + 1 )λ/2， K =±1, ±2, ±3 时，为明条纹
电磁辐射的性质
光学分析法
光谱分析仪器
光分析法的基础包括两个方面：
能量作用于待测物质后产生光辐射，该能
量形式可以是光辐射或其他辐射能量形式；
光辐射作用于待测物质后发生某种变化，
可以是待测物质物理化学特性的改变，也可以
是光辐射光学特性的改变。
任何光分析方法均包含三个主要过程： • 能源提供能量 • 能量与被测物质相互作用 • 产生被检测的信号
二、物质的能态
• 对原子和离子来说，有电子围绕带正电荷核 运动的电子能态。 • 分子除电子能态外，还存在原子间相对位移
引起的振动和转动能态，它们的能量都是量
子化的。 • 原子或分子的最低能态称为基态，较高能态 称为激发态。
光学分析法
非光谱法 光谱法
非光谱法
• 折射法：基于测量物质折射率的方法。
• 旋光法：利用光学活性物质的旋光性质进行
定量测定或纯度检验。
• 比浊法：测量光线通过胶体溶液或悬浮液后
的散射光强度来进行定量分析。 • 衍射法：基于光的衍射现象而建立的方法 （X射线衍射法、电子衍射法）
光谱法
基于原子、分子外层电子跃迁的光谱法 基于分子转动、振动能级跃迁的光谱法
基于原子内层电子跃迁的光谱法
与折射角 r 的正弦比称为相对折射率 n2,1
sin i υ1 n2 n2,1 = ——— = —— = —— sin r υ2 n1
折射和反射
不同物质的折射率不同。 不同波长的光对同一物质的折射率 也是不同的。
太阳光谱
折射和反射
• 当光线从介质 1 射到介质 2 的界面上，一部
分在介质 1 中改变其传播方向（反射），另
一部分在介质 2 中改变其传播方向（折射）。
• 反射光和折射光的能量分配是由介质的性质和
入射角的大小来决定的。
• 对于垂直于界面的光束，反射光部分可由下式
计算：
Ir (n2 n1 ) 2 I0 (n2 n1 )
2
• 式中I0 是入射光的强度，Ir 是反射光的强度，
n1 和n2 是两种介质的折射率。
的定量分析方法，定量基础是Lambert-Beer
定律。
• 在热的气体介质中，如火焰中，气态原子能
够吸收特征辐射波长使电子从基态跃迁至较
电磁辐射的性质
电磁辐射的波动性 电磁辐射的微粒性 电磁波谱
电磁辐射与物质的相互作用
电磁辐射的波动性
电磁波是在空间传播着的交变电场 和磁场，它具有一定的频率、强度和速 度，在真空中以光速传播。
电磁辐射的波动性
当电磁波穿过物质时，它可以和带有电荷
和磁矩的质点作用，结果在电磁波和物质之间
产生能量交换，光谱分析法就是基于这种能量
分子吸收
分子光谱不像原子光谱，通常它是由一系列
靠得很近的吸收带组成，故呈带状光谱。
在凝聚态或有溶剂分子存在时，谱带会趋向 平滑，变宽。
磁场诱导吸收
当将某些元素放入磁场中时，其电子和核 受到强磁场的作用后，它们具有磁性质的简并 能级将发生分裂，产生具有微小能量差的不同 的量子化的能级。跃迁仅通过吸收低频区的辐
吸 收
物质就会吸收辐射，此时电磁辐射能被 转移到组成物质的原子和分子上，物质从较 低能态激发到较高能态或激发态。
通过实验得到吸光度对波长或频率的函
数图，即吸收光谱图。
nm
吸
原子吸收
收
分子吸收
磁场诱导吸收
原子吸收
• 当一束紫外或可见辐射通过气态自由原子时，
将只有少数几个非常确定的频率被吸收。
二、物质的能态
原子、离子和分子有确定的能量，它们仅仅 能存在于一定的不连续能态上。当物质改变其能 态时，它吸收或发射的能量应完全等于两能级之 间的能量差。 若原子、离子和分子吸收或发射辐射后，从 一种能态跃迁到另一种能态时，辐射的波长λ或 频率ν与两能级之间的能量差有关： E1 - E0 = hν = hc/λ
干 涉
频率相同、振动相同、相位相等或相差保持 恒定的波源所发射的相干波互相叠加时，会产生 波的干涉现象。 通过干涉现象，可以得到明暗相间的条纹。
干 涉
两列波相互加强时，可以得到明亮条纹； 相互抵消时，则得到暗条纹。 这些明暗条纹称为干涉条纹。
干 涉
若两波光程差为δ，波长为λ，则当光程差等 于波长λ的整数倍时，两波将相互加强到最大程度 即：δ = ±Kλ ( K = 0, 1, 2… ) 两光波在焦点上将相互叠加形成明条纹。
以光子形式释放多余的能量，产生电磁辐射。
激发：要产生发射跃迁必须使分子、原子和
离子处于激发态，这一过程叫做激发。
发 射
• 通过以下途径实现激发： 用电子或其它基本粒子轰击，可以发射 X 射线; 使暴露在高压交流火花之中，或电弧、火焰、热 炉子之中，可以产生紫外线、可见光或红外辐射
用电磁辐射照射，可以产生荧光、磷光；
-15
发态的寿命（大约10 s）要小很多。
• 振动弛豫发生在电子弛豫之前。造成在其后发
-5
射辐射的能量小于激发时吸收的能量，其差值
等于相应的振动激发能。激发时吸收的能量等 于（E2－E0 + e〃4－e〃0）， 再通过荧光辐射 的能量等于（E2－E0）
发 射
用发射光谱表征由激发源发出的辐 射，它通常是以发射辐射的相对强度作 为波长或频率的函数。
• 这些粒子只具有少数几个可能的能态。
• 激发作用是通过一个或几个电子跃迁到较高能
级实现的。
如 Na 蒸汽
589.30 nm 589.60 nm 3s→3p
285 nm
3s→5p
紫外和可见光区的能量足以引起外层电子或
价电子的跃迁。
分子吸收
分子的总能量E分子可以用下式表示: E分子= E电子+ E振动 + E转动 若用ΔE电子、ΔE振动和ΔE转动分别表示电 子能级、振动能级和转动能级差 ΔE电子＞ΔE振动＞ΔE转动
被照射试样粒子的直径等于或大于入
射光的波长时，发生丁泽尔散射，散射波 长与入射光的波长一样。
散 射
被照射试样粒子的直径短于入射 光的波长时，发生分子散射（瑞利散 射、拉曼散射）。
散 射
当光子与分子相互作用时，若没有能量
交换，这种弹性碰撞称为瑞利散射。
当光子与分子相互碰撞时，有能量的增
加或损失，即产生了与入射光不同的波长的
射来实现。
• 核磁共振波谱法（NMR） • 电子自旋共振波谱法（ESR）
发 射
发射跃迁：当原子、分子和离子等处于 较高能态时，可以以光子形式释放多余的能 量回到较低能态，产生电磁辐射。对应的频 率和波长处于紫外-可见光区。
发 射
受激粒子：处于非基态的分子、原子和离子 当受激粒子弛豫回到低能级或基态时，常常
干 涉
当两波的光程差等于半波长的奇数倍时， 两波将相互减弱到最大程度， 即：δ = ±( 2K +1 )λ/2 ( K = 0, 1, 2… ) 两光波在焦点上将相互减弱形成暗条纹。
衍 射
光波绕过障碍物而弯曲地向它后 面传播的现象，称为波的衍射现象。
若以平行光束通过狭缝 AB，狭缝 宽度为 a，入射角以φ角方向传播，经
分子发射
荧光光谱法 磷光光谱法 化学发光法 表观上分子发射表现为对特定波长段的 电磁辐射的发射，光谱上表现为连续光谱。
分子发射
吸收辐射而被激发的原子和分子处在 高能态的寿命很短，它们一般要通过不同
的弛豫过程返回到基态
非辐射弛豫
辐射弛豫
非辐射弛豫
以非发光的形式释放能量的过程，此时 激发态分子与其他分子发生碰撞而将部分激 发能转变成动能并释放出少量的热量。结果
放热的化学反应可以产生化学发光。
发 射
原子发射 分子发射
原子发射
• 当气态自由原子处于激发态时，将发射电磁
波而回到基态，所发射的电磁波处于紫外和
可见光区。
• 通常采用电、热或激光的形式使试样原子化
并激发原子。 • 特定原子只发射少数几个具有特征频率的电 磁波。
分子发射
• 光激发或化学能激发。 • 发射光谱的电磁辐射基本上处在紫外、 可见和红外光区。
使体系的温度有微小的升高。
非辐射弛豫包括振动弛豫、内转移、外 转移和系间窜越等。
辐射弛豫
以发光的形式释放能量的过程，此时激发 态分子通过振动弛豫、内转移、外转移和系间
窜越等过程回到第一激发单重态的最低振动能
级或第一激发三重态的最低振动能级，然后通
过辐射跃迁回到基态，并发射荧光和磷光。
荧光和磷光弛豫
电磁波的微粒性
光子的能量 E 与光波的频率 v 之间的
关系式：
E ＝ hv ＝ hc/λ h = 6.626³10-34J²s
电磁波谱
将电磁波按其波长（或频率、或能量） 次序排列成谱，称为电磁波谱。 各种电磁波的波长和频率以及所具有的 能量各不相同，而且产生的机理也不同。
电磁波谱
吸收：由电磁辐射提供能量致使量子从低 能级向高能级的跃迁过程。
电磁辐射的波动性
波长的倒数σ称为波数，单位 cm-1，表示在真 空中单位长度内所具有的波的数目，即
σ = 1/λ
波长的单位用μm 时，波长与波数的关系为：
σ = 104/λ
电磁波的微粒性
光的粒子性:
光的吸收、发射、光电效应、康普顿效应
和黑体辐射等
光的粒子性表现为光的能量不是均匀连续
分布在它传播的空间，而是集中在光子的微粒 上。
基于原子核能级跃迁的光谱法
基于Raman散射的光谱法
光谱的形状 光谱法的分类
基于原子、分子外层 电子跃迁的光谱法
原子吸收光谱法
原子发射光谱法
原子荧光光谱法
基于原子、分子外层 电子跃迁的光谱法
紫外-可见吸收光谱法 分子荧光光谱法
分子磷光光谱法
化学发光分析法
原子吸收光谱法
• 基于基态原子外层电子对其共振发射的吸收
发 射
• 线光谱是由一系列有确定峰位的锐线组成，它 是激发单个气态原子所产生的。（P34） • 带光谱是由几组线光谱组成，由于它们紧密排
列，以至于仪器不能分辨它们。
• 连续光谱则是由于背景增加而形成光谱的连续
部分。
散 射
入射光的光子与试样粒子碰撞时，会
改变其传播方向，这种现象称为光的散射
（丁泽尔散射、分子散射）。
共振荧光是指发射辐射的频率与用来激发
的辐射频率完全相同的过程。
一般来说，气态原子因没有振动能级叠加
在电子能级上，故主要产生共振荧光。
非共振荧光主要由气态分子或溶液中的分子 产生。被激发的分子跃迁到两个电子激发态中的 任何一个振动能级。
荧光和磷光弛豫
• 振动激发态的寿命（大约在10 s）比电子激
光谱分析法和非光谱分析法
光谱分析法中，能量作用于待测物质后产 生光辐射，光辐射作用于待测物质后发生某种
变化与待测物质的物理化学性质有关，并且为
波长或波数的函数，如光的吸收、发射，涉及
物质内部能级跃迁。
光谱分析法和非光谱分析法
非光谱分析法表现为光作用于待测物质 后发生散射、折射、反射、干涉、衍射、偏 振等现象，这些现象的发生只与待测物质的 物理性质有关，不涉及能级跃迁。
散射光，这种非弹性碰撞产生的散射，称为 拉曼散射。
散 射
散射光强 I 与散射光频率的四次方成正比
I∝ v4∝ 1/λ4
折射和反射
• 光的折射现象：由于光在两种介质中传播速 度不同引起的。 • 电磁辐射在真空中的速度 c 与其在介质中传 播速度υ 的比值定义为该介质的折射率： n = c /υ
当光从介质 1 进入介质 2 时，其入射角 i
发射：由高能级向低能级跃迁并发射电磁
辐射的过程。 共振：由低能级吸收电磁辐射向高能级跃 迁，再由高能级跃迁回低能级并发射相同频率 电磁辐射，同时存在弛豫现象的过程。
电磁辐射与物质的相互作用
吸收 发射
Biblioteka Baidu散射
折射和反射
干涉
衍射
吸 收
当频率为 v 的电磁波通过一层固体、液体 和气体物质，而电磁波的能量正好等于物质的 基态（E0）和某一激发态（EA）之间的能量差 时， h v = EA－ E0
交换。
电磁辐射的波动性
• 不同的电磁波具有不同的波长λ或频率v 。 • 在真空中，波长和频率的关系为：λ v = c • 当一定频率的电磁波通过不同的介质时，其 频率不变，而波长要发生改变。频率是电磁 波更基本的性质。
电磁辐射的波动性
波长的单位常用 nm 或μm 表示 1 m = 106μm = 109 nm = 1010Å 频率常用赫兹（Hz）表示
透镜聚焦后会聚于P点（示意图）
衍
Δ= a sinφ
射
则 AP 与 BP 的光程差AC（Δ）为 P 点的明暗取决于光程差Δ。
对应于某确定角度 φ，如果狭缝可以分成偶
数波带(λ/2 )，则在 P 点出现暗条纹；如果可以
分成奇数波带，则出现明条纹。
衍 射
• a sinφ = 2Kλ/2 ， K =±1, ±2, ±3 时，为暗条纹 • a sinφ = ( 2K + 1 )λ/2， K =±1, ±2, ±3 时，为明条纹