第2章-电磁辐射与材料的相互作用ppt课件.ppt

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1、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的相互作用第一节概述第二节各类特征谱基础第三节X射线的产生及其与物质的相互作用第一节概述电磁辐射(-X-U-V-I-M-R)反射折射散射干涉衍射偏振发射电子离子吸收荧光(二次电磁辐射)原子、分子电离脱附电磁辐射与物质相互作用产生的主要现象不同谱域的电磁辐射与物质相互作用产生的现象有很大的差别。不是测量光谱，不包含能级跃迁。它是基于电磁波和物质相互作用时，电磁波只改变了方向和物理性质，如折射、反射、散射、干涉、衍射和偏振等现象。非光谱技术包括折射法、干涉法，旋光测定法，浊度法，X-射线衍射等。测量的信号是物质内部能级

2、跃迁所产生的发射、吸收或散射光谱的波长和强度。光学分析法：基于测量物质所发射或吸收的电磁波的波长和强度的分析方法。光学分析法光谱法：非光谱法：这里是广义的发射下面主要介绍：一、辐射的吸收与发射二、辐射的散射一、辐射的吸收与发射1.辐射的吸收与吸收光谱2.辐射的发射与发射光谱3.光谱的分类1.辐射的吸收与吸收光谱辐射的吸收：辐射通过物质时，其中某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。辐射吸收的实质：辐射使物质粒子发生由低能级(一般为基态)向高能级(激发态)的能级跃迁。吸收条件：被选择性吸收的辐射光子能量应为跃迁后与跃

3、迁前两个能级间的能量差，即E2与E1——高能级与低能级能量。辐射(能量)被吸收的程度(一般用吸光度)与或的关系(曲线)，即辐射被吸收程度对或的分布称为吸收光谱。吸光度A或吸收峰（带）透过率T吸收峰（带）或吸收光谱示意图不同物质具有各自的特征吸收光谱。辐射的发射：物质吸收能量后产生电磁辐射的现象。辐射发射的实质：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，即辐射发射的前提：使物质吸收能量，即激发。2.辐射的发

4、射与发射光谱（1）非电磁辐射激发(非光激发)热激发：电弧、火花等放电光源和火焰等通过热运动的粒子碰撞而使物质激发；电(子)激发：通过被电场加速的电子轰击使物质激发。（2）电磁辐射激发（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(10-8~10-4s)则称为荧光；延误时间较长(10-4~10s)则称为磷光。物质的激发方式：物质粒子发射辐射的强度对或的分布称为发射光谱。光致发光者，则称为荧光或磷光光谱。不同物质粒子具有各自的特征发射光谱。发射强度或发射光谱示意

5、图发射曲线用胶片或感光玻璃记录3.光谱的分类按辐射与物质相互作用的性质，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。光谱按强度对波长的分布(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。线光谱(钠蒸气吸收光谱)线光谱(氢原子发射光谱)带光谱(苯蒸气吸收光谱)带光谱(氰分子发射光谱)线光谱与带光谱示例吸收光谱分类又叫电子自旋共振谱发射光谱分类二、辐射的散射辐射的散射：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相互作用而致其

6、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，取决于物质结构及入射线波长大小等因素。弹性散射或相干散射非弹性散射或非相干散射辐射的散射瑞利散射（弹性散射）：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。拉曼散射（非弹性散射）：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。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。拉曼散射产生的实质：入射光子与分子作用时分子的振动能级或转动能级跃迁。1.分子散

7、射分子散射瑞利散射拉曼散射斯托克斯线反斯托克斯线RayleighStokesRaman2.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。相干散射（经典散射或汤姆逊散射）晶体中的电子散射非相干散射（康普顿-吴有训效应、康普顿散射、量子散射）非相干散射的产生反冲电子一个电子对一束强度为I0的偏振化的入射线的散射波的强度Ie为（2-3）e——电子电荷；m——电子质量c——光速；R——散射线上任意点(观测点)与电子的距离；——散射线方向与光矢量(电场矢量)E0的夹角。相干散射如果散射基元是原子核，散射强度如何？汤姆逊公式原子核的质量比电子要大得多（约大1