学生拷贝光学导论

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1、§2光学分析法导论课程介绍一．教学内容 1．电磁辐射及电磁波谱的概念、特性及相关物理量2．物质与电磁辐射相互作用及相关的光谱学3．光学分析法的分类及特点4．光学分析法的基本仪器二．重点与难点 1．电磁辐射与电磁波谱的特殊2．各物理量的相互换算3．物质与电磁辐射相互作用的机制4．各种能级跃迁的概念及相应的光谱三．教学目标 1．牢固掌握电磁辐射和电磁波谱的概念及性质2．熟练掌握电磁辐射各种物理量之间的换算3．清楚理解物质与电磁辐射相互作用所产生的各种光谱4．清晰光学分析法分类的线索5．了解光谱法的基本仪器部件四．建议学时安排2学时概

2、述    光学分析法是基于能量作用于物质后产生电磁辐射信号或电磁辐射与物质相互作用后产生辐射信号的变化而建立起来的一类分析方法。它是仪器分析的重要分支。这里需注意到几个问题：●电磁辐射包括从波长极短的γ射线到无线电波的所有电磁波谱范围，而不只局限于光学光谱区。●电磁辐射与物质的相互作用方式很多，有发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振等等，各种相互作用的方式均可建立起对应的分析方法。因此，光学分析法的类型极多。●基于上述两点，光学分析法的应用之广为其它类型的分析方法所不能相比。它在定性分析、定量分析、尤其是化学结构分析等

3、方面起着极其重要的作用。随着科学技术的发展，光学分析法也日新月异，许多新技术、新方法不断涌现。电磁辐射的性质10   电磁辐射是一种以极大的速度（在真空中为2.99792×1010cm·s-1）通过空间，而不需要以任何物质作为传播媒介的能量形式（注意！是一个能量形式）。它包括无线电波、微波、红外光、可见光、紫外光以及X-射线和γ-射线等。电磁辐射具有波动性和微粒性--称为电磁辐射的二象性。1.电磁辐射的波动性    电磁辐射是一种电磁波，它可以用电场矢量和磁场矢量来描述，如图9-1所示，它是简单的单个频率的平面偏振电磁波。平面偏

4、振就是它的电场矢量E在一个平面内振动，磁场矢量H在另一个与电场矢量E在一个平面内振动，电场和磁场矢量H都是正弦波形，并且都垂直于波的传播方向。由于与物质微粒内电荷相互作用的是电磁波的电场，所以一般情况下，仅以电场矢量表示电磁波。波的振动传播以及反射、衍射、干涉和散射等现象表现了电磁波具有波的性质，可以用以下的波参数来描述。     ●周期T相邻两个波峰或波谷通过空间某一固定点所需要的时间间隔称为波的周期，单位为s（秒）●频率 单位时间内通过传播方向上某一点的波峰或波谷的数目，即单位时间内电磁场振动的次数称为频率，单位为Hz，即s

5、-1（1/秒）。频率为周期的倒数，即。●波长 相邻两个波峰或波谷间的直线距离称为波长。若电磁波的传播速度为C，则不同的电池波谱区可采用不同的波长单位，分别为m（米）、cm（厘米，等于10-2m）、μm（微米，等于10-6m）、nm（纳米，等于10-9m），●波数（或σ）  每厘米长度内含有波长的数目称为波数，单位为cm-1，波数是波长的倒数，可表示为:将波长换算成波数的关系式为:2.电磁辐射的微粒性    光的粒子论最早是牛顿提出来的。而波动论和粒子论的争论一直持续到二十世纪，普朗克（Planck）提出的量子论才把两者联系起来，

6、并为科学界所共识，即光具有二象性。普朗克认为，被热激发的振动质点的能量是量子化的。当振子从一个被允许的高能级向低能级跃迁时，就有一个光子的能量发射出来，一个光子的能量EP与辐射频率ν的关系为：式中，h为普朗克常数，等于6.626×10-3410J•s，c为光速。该式表明，光子能量与它的频率成正比，或与波长成反比，而与光的强度无关。它统一了属于粒子概念的光子能量EP与属于波动概念的光频率ν两者之间的关系。    光子的能量可以用J（焦耳）或eV（电子伏—表示一个电子通过电位差为1伏特的电场所获得的能量），eV常用来表示高能量光子的

7、能量单位。能量单位之间的换算见表9-1。表9-1能量单位换算表 JCalErgeV1J（焦耳）10.23901076.241×10181Cal（卡）4.18414.184×1072.612×10191erg（尔格）10-72.390×10-816.241×10111eV（电子伏）1.602×10-193.829×10-201.602×10-121    在化学中常用J·mol-1为单位表示1mol（摩尔）物质所发射或吸收的能量，即:    式中，NA为阿伏加德罗常数，等于6.022×1023，则:电磁波谱将各种电磁辐射按照波长或

8、频率的大小顺序排列所画成的图或表称为电磁波谱。表9—2列出了电磁波的有关参数。可见，电磁波谱是一个跨越1015波长范围的极宽的波谱带，其中表9-2  电磁波谱的有关参数E/eVν/Hzλ电磁波跃迁类型＞2.5×105＞6.0×1019＜0.005nmγ射线区核能