《光学分析导论》 电磁辐射的描述

第二章光学分析方法导论 电磁辐射的描述 1.光的波动性 2.光的粒子性 二、电磁波谱 三、光谱仪器及其组成 1.光源 2.分光系统(棱镜和光栅、狭缝、光谱仪结构) 3.吸收池 4.光谱分析检测器

第二章 光学分析方法导论 一、电磁辐射的描述 1. 光的波动性 2. 光的粒子性 二、电磁波谱 三、光谱仪器及其组成 1. 光源 2. 分光系统（棱镜和光栅、狭缝、光谱仪结构） 3. 吸收池 4. 光谱分析检测器

光学分析方法: 利用光电转换或其它电子器件测定“辐射与物质 相互作用”之后的辐射强度等光学特性,进行物质的 定性和定量分析的方法。 历史上,此相互作用只是局限于电磁辐射与物质 的作用,这也是目前应用最为普遍的方法。现在,光 谱方法已扩展到其它各种形式的能量与物质的相互作 用,如声波、粒子束(离子和电子)等与物质的作用

光学分析方法： 利用光电转换或其它电子器件测定“辐射与物质 相互作用”之后的辐射强度等光学特性，进行物质的 定性和定量分析的方法。 历史上，此相互作用只是局限于电磁辐射与物质 的作用，这也是目前应用最为普遍的方法。现在，光 谱方法已扩展到其它各种形式的能量与物质的相互作 用，如声波、粒子束（离子和电子）等与物质的作用

电磁辐射的描述 1.光的波动性 电磁辐射为正弦波(波长、频率、速度、振幅)。与 其它波,如声波不同,电磁波不需传播介质,可在真空中 传输。 电场 y=Asin(ot+q)=Asin(2πvt+φ) 磁场 传播方向 单光色平面偏振光的传播

一. 电磁辐射的描述 1. 光的波动性 电磁辐射为正弦波（波长、频率、速度、振幅）。与 其它波，如声波不同，电磁波不需传播介质，可在真空中 传输。 磁场 传播方向 电场 单光色平面偏振光的传播 y = A sin(t + ) = A sin(2vt+ )

1)波的叠加( Superposition) 人 频率相同的正弦波叠加得相同频率的合 成正弦波 A∧ 频率不同的正弦波叠加得不同频率的非正弦波; 更多的正弦波叠加可形成方波

y t 1/1 1/1 1/() 频率相同的正弦波叠加得相同频率的合 成正弦波 频率不同的正弦波叠加得不同频率的非正弦波； 更多的正弦波叠加可形成方波 1）波的叠加（Superposition）

2)光波的衍射( Diffraction) 平行光束 单缝衍射 双缝衍射 衍射:当一束平行光通过窄的开口如狭缝时发生弯曲的现象

    平行光束 单缝衍射 双缝衍射 2）光波的衍射（Diffraction） 衍射：当一束平行光通过窄的开口如狭缝时发生弯曲的现象

3)光的干涉( Coherent interference) 4)光的传输( Transmission) 5)光的反射( Reflection) 6)光的折射( Refraction) 7)光的偏振( Polarization) 8)光的散射( Scattering) 丁达尔散射( Tyndal 大分子(如胶体粒子和聚合物分子)尺寸与光的波长相近时所产生 的散射现象,此时散射光极强(与入2成反比),可以肉眼观察到。 瑞利散射( Rayleigh):(弹性碰撞,方向改变,但不变) 当分子或分子集合体的尺寸远小于光的波长时所发生的散射现象 散射光强与光的波长的入4、散射粒子的大小和极化率成反比。 ?天空为什么呈蓝色? 拉曼散射( Raman):(非弹性碰撞,方向及波长均改变) 光照导致的分子内振动能级跃迁而产生的分子极化过程。分子极化 率越大, Raman散射越强

3） 光的干涉（Coherent interference） 4） 光的传输（Transmission） 5） 光的反射（Reflection） 6） 光的折射（Refraction） 7）光的偏振（Polarization） 8）光的散射（Scattering） 丁达尔散射(Tyndall)： 大分子（如胶体粒子和聚合物分子）尺寸与光的波长相近时所产生 的散射现象，此时散射光极强（与 2成反比），可以肉眼观察到。 瑞利散射(Rayleigh)：（弹性碰撞，方向改变，但不变） 当分子或分子集合体的尺寸远小于光的波长时所发生的散射现象。 散射光强与光的波长的 4 、散射粒子的大小和极化率成反比。 ？天空为什么呈蓝色？ 拉曼散射(Raman)：（非弹性碰撞，方向及波长均改变） 光照导致的分子内振动能级跃迁而产生的分子极化过程。分子极化 率越大，Raman散射越强

2.光的粒子性 当物质发射电磁辐射或者电磁辐射被物质吸收时, 就会发生能量跃迁。此时,电磁辐射不仅具有波的特 征,而且具有粒子性,最著名的例子是光电效应现象 的发现。 1)光电效应( Photoelectric effect 现象:1887, Heinrich hetz(在光照时,两间隙间更 易发生火花放电现象) 解释:1905, Einstein理论,E=hv 证明:1916, Millikan(真空光电管)

2. 光的粒子性 当物质发射电磁辐射或者电磁辐射被物质吸收时， 就会发生能量跃迁。此时，电磁辐射不仅具有波的特 征，而且具有粒子性，最著名的例子是光电效应现象 的发现。 1）光电效应（Photoelectric effect） 现象：1887，Heinrich Hetz（在光照时，两间隙间更 易发生火花放电现象） 解释：1905，Einstein理论，E=h 证明：1916，Millikan（真空光电管）

2)能态( Energy state) 量子理论( Max Planck,1900 物质粒子总是处于特定的不连续的能量状态, 即能量是量子化的;处于不同能量状态粒子之间发生 能量跃迁时的能量差△E可用hv表示。 两个重要推论: 物质粒子存在不连续的能态,各能态具有特定 的能量。当粒子的状态发生变化时,该粒子将吸收或 发射完全等于两个能级之间的能量差 反之亦是成立的,即△E=E1E0=hv

2） 能态（Energy state） 量子理论(Max Planck，1900)： 物质粒子总是处于特定的不连续的能量状态， 即能量是量子化的；处于不同能量状态粒子之间发生 能量跃迁时的能量差E 可用 h 表示。 两个重要推论： 物质粒子存在不连续的能态，各能态具有特定 的能量。当粒子的状态发生变化时，该粒子将吸收或 发射完全等于两个能级之间的能量差； 反之亦是成立的，即 E =E1 -E0 =h

3)电磁波的发射光谱图 电弧,火花,火 原子离子激发原子离子UVSR原子离子, AES焰,ICP 能量份子 分子 发射份分子 基态 激发态 基态 电子或者其它轰击原子离子,激发原子,离X原子离子 Xray基本粒子 能量分子 仔分子“「发射份子 基态 激发态 基态 AFS 电磁辐射或者光(—次光)原子离子激发原子,离 MIS,化学反应能量 份子 ,分子* XFS 基态 激发态 发射荧光(二次光) 产生的辐射通称为发射光谱,以辐 射能对辐射频率或波长作图可得到发射 原子、岛基态 光谱图 子、分子

电子或者其它 基本粒子 原子,离子, 分子 轰击 原子* , 离 子* ,分子* 原子,离子, 分子 激发 X 基态 激发态 基态 能量 发射 电弧,火花,火 焰, ICP 原子,离子, 分子 原子* ,离子 * ,分子* 原子,离子, 分子 激发 UV,VIS,IR 基态 激发态 基态 能量 发射 电磁辐射或者 化学反应 原子,离子, 分子 光（一次光） 原子* , 离 子* ,分子* 原子、离 子、分子 荧光（二次光） 激发 激发态 基态 基态 能量 发射 3）电磁波的发射—光谱图 AES X-ray AFS, MFS, XFS 产生的辐射通称为发射光谱，以辐 射能对辐射频率或波长作图可得到发射 光谱图：

Lines Band I 325 350 375 400 450 550 Wavelength, n Emission spectrum of a brine obtained with an oxyhydrogen flame H2-O2火焰中海水的发射光谱图

H2 -O2火焰中海水的发射光谱图