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光谱学引论-光的特性

来源:https://www.xiutupi.com 发布时间:2021-10-09热度:

光是一种电磁波,具有一定的辐射6B量。
当光照射到物体上时,电磁波中互为垂直的交变电场分量和磁场分量与物质(分子、原子、电子或原子核)相互作用,在特征频率下发生能量的吸收(或发射),从而形成了光谱。
自然界存在着不同波长的电磁波,从波长较长的无线电波到波长较短的Y射线和宇宙射线,电磁辐射覆盖着极宽的范围 物质的能量吸收(或发射)发生在不同的波长范围。
因为不同范围的电磁辐射具有不同的特性,因而产生的分析方法也不同,这样就形成了各种应用波谱学。

无论何种电磁波都具有波粒二重性,即光可以在空气中传播同时又具有不连续性,这说明光与物质分子相互作用时,分子吸收光能并不是连续的。
值得注意的是,不同范围的电磁波,习惯上使用波长的单位不同。
紫外一可见光谱和X射线区常用纳米(皿)为单位,红外光诺常用微米(ym)或波数(cm‘)为单位,微波区常用厘米(cm)为单位,无线电波区常用米(m)为单位。

光谱分析
产生吸收光谱。相反,若分子由高能级回复到低能级则释放出光能,产生发射光谱。当光被样品分子散射,是光子与物质分子相互碰撞的结果,使散射光频率改变的光谱叫散射光谱。
这种能量是量子化的,与电磁波的能量和物质本身的结构有关。
通过对光谱学规律的研究,可以揭示物质的组成、结构及内部运动规律,获得物质定性与定量的信息。

分子中除了有电子的运动之外,还有组成分子的各原子的振动,以及分子作为整体的转动。
如不考虑这三种运动形式之间的相互作用,则分子的总能量可认为是这三种运动能量之和    辽‘辽v和夏r分别是分子的电子能、振动能和转动能。振动能级用振动量子数?=o,1,2,3,…表示,转动能级用转动量子数j=1,2,3,…表示。转动能级的间距最小,其次是振动能级,电子能级的间距最大,即电子能的能量差也最大。
在每一电子能级上有许多间隔较小的振动能级(如d。,久,J z、…),在每一振动能级上又有许多间隔更小的转动能级(如jl,j z,入,…)。

按照量子化理论,当分子吸收一定的电磁辐射后,分子由较低的能级2跃迁到较高的能级E’,吸收的辐射能量与这两个能级差相等,可用下式表示:AE—2‘—E—Au—A十式中,A是普朗克常数,A=662510“‘J·4—’。
不同振动频率的光子具有不同的能量,电磁波的频率愈高、波长愈短,则分子的吸收辐射能量就愈高。
一般电子能级间的能级差AEf最大为1eV一20eV,相当于紫外一可见光诺的能量,因此,分子中由价电子跃迁而产生的光谱叫电子光谱。

振动能电子光谱。
振动能级差能量一般比电子能级差小lo倍左右,在Q 05ev一1ev之间,相当于红外光的能量,因此,分子中由振动能级间的跃迁所产生的光谱叫振动光谱。
转动能级间的能量差为o o05eV—Q 05eV,比振动能级差小10到100倍,相当于远红外光甚至微波的能量,因此,由分子中转动能级的跃迁而产生的光谱叫转动光谱,它与物质分子的结构密切相关。

由于分子在同一振动能级上还有许多间隔很小的转动能级,因此在振动能级发生变化时,同时又有转动能级的改变。
所以,振动能级发生跃迁时,不是产生对应于该能级差的一条谱线,而是由一组很密集的诺线组成的光谱带。
所以,振动光谱实际上是振动一转动光谱。
对于液体和固体的红外光谱,由于分子间相互作用较强,一般转动能级分辨较困难,通常在同一振动能级上只显示一个振动峰。
同样,在同一电子能级上还有许多间隔较小的振动能级和间隔更小的转动能级。
当用紫外光照射样品时,不但发生电子能级间的跃迁,同时又有许多不同振动能级间的跃迁和转动能级间的跃迁,得到的是很多光谱带,所以说电子光谱实际上是电子一振动一转动光谱


光谱学引论-光的特性第1张图

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