最新光谱分析-光吸收概要幻灯片.ppt

《最新光谱分析-光吸收概要幻灯片.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、光谱分析-光吸收概要表面结构性质？低能电子衍射(LEED)内部结构性质？高分辨电子显微镜HRTEM2,显微分析：形貌、相的分布、晶体缺陷等低倍：各种光学显微镜高倍：TEM、SEM、AFM3.成分分析X射线荧光分析、原子吸收光谱、X射线光电子能谱分析、电子探针等4.物性测量[常规(室温、块体）、极端条件(小尺寸、高温、高压、超强磁场等)]如光学性质:吸收系数——吸收光谱(分光光度计)荧光——发射光谱(荧光光谱仪和瞬态/时间分辨荧光光谱仪)光谱分析5、样品制备：物理(PLD、真空镀膜、MBE)、化学(sol-gel、水热法等）光吸收谱光散射谱光发射谱弹性散射非弹性散射(拉曼)紫外、可见红外电磁辐

2、射与物质相互作用引起光的吸收、反射和散射，通过研究这些现象的规律从而进行物质分析，称为光谱分析。光谱分析考虑到自由空间中N＝1，ε＝1，μ＝1，σ＝0，则媒质中：复折射率N可表示为：n：通常意义下的折射率，k：消光系数。由此得出：这个表达式可看成表示一个频率为ω/2π的波，以速度c/n传播，且遭受衰减或吸收。因为电磁场的能流以玻印廷矢量表示，正比于电场和磁场矢量振幅的乘积，而两者都有exp(-ωkx/c)项，因此衰减为exp(-2ωkx/c)，媒质的吸收系数α为：均匀介质对光的吸收额和吸收介质厚度的关系遵从朗伯定律：此定律是分光光度法测固体光谱的理论基础。光线入射在平行的透明薄板上时，在薄板

3、内部将产生多次反射，在一些波长处会出现相长或相消干涉。如果进行透射光谱测量，就会得到一系列的条纹(薄膜干涉），由此可较准确地求得折射率。如果薄膜中存在吸收，条纹的衬度就会降低或消失，此时的光谱透射率表示为d：薄板厚度；R：光谱反射率（式中n2是膜的折射率）薄膜干涉测量光学参数(n，k)在半导体和介质的透射率测量中，一般k2<>R2，因此上式简化为：在上述类型实验中，只能在一些吸收微弱的材料，即试样的厚度只是1/α的几倍时，才能分别确定n和k。对于一些吸收性强，光学性质近似于金属的材料而言，就必须测量偏振光的反射或测量相当宽波段的光谱反射率来求出n和k。光垂直入

4、射时，反射波和入射波的振幅比是由上式可得：测得R、θn、kεr、εiθ：相移相移θ的获得：利用Kramers－Kronig关系，由测量得到的R(ω)推算相移谱θ(ω)。由(4.14)式，有：函数的实部和虚部有一定的互易关系：其中P表示科希积分主值：进行部分积分后，可得：上式表明，原则上在整个频率范围内进行光谱反射率的单独测量，就能确定任何频率的相位角。在实验上在有限波段测得的光谱反射率数据的基础上，进行适当的外推，然后利用(4.17)式，由计算机进行数值积分求得相移角θ(ω),最后通过下式求得光学常数：基本原理－电子带间光学跃迁与光吸收的微观说明(参考黄昆《固体物理学》）图4-2典型的紫外

5、、可见单光束和双光束分光光度计的光学系统(a)单光束分光光度计2.分析仪器对于通常的吸收光谱和反射光谱来说，常用的仪器是分光光度计。分光光电计主要由光源、单色仪、试样室和接收记录系统等部分组成。图4-2典型的紫外、可见单光束和双光束分光光度计的光学系统(a)双光束分光光度计紫外、可见光谱仪的设计一般都尽量避免在光路上使用透镜，主要使用反射镜，以防止由仪器带来的吸收误差；当光路中不可避免使用透明元件时，应选择对紫外、可见光均透明的材料。仪器的进展主要集中在光电倍增管、检测器和光栅的改进上，提供仪器的分辨率、准确性和扫描速度，最大限度地降低杂散光干扰。仪器配置微机操作，软件界面更方便。由实验得到

6、的光谱反射率R和光谱透射率T以及实验厚度d，可计算出吸收系数α的值，作α与光谱长λ(或光子能量E，频率ω)的关系曲线即为晶体的吸收光谱。3.实验方法3.1吸收光谱测量晶体的吸收光谱是通过光谱透射率测量而得到的，按照(4.9)式和(4.10)式作透射光谱时，一般先将样品加工成平行平板，厚度视吸收系数大小而确定，大约是1/α的几倍。在基本吸收区域吸收系数很高，样品需减薄到几十微米甚至几微米的数量级，这样薄的样品用普通的加工工艺不易获得，所以不少样品是用蒸镀薄膜而得到的。不过这样做又带来衬底的影响，如产生不易消除的应力等。另外非常薄的材料的光学常数随样品厚度产生明显的变化，失去了大块材料的特性。吸

7、收性强，光学性质近似金属而有别于电介质的材料,不宜采用透射光谱，应改用反射光谱方法。如果晶体是各向异性的材料，则需用偏振光进行测量，在光路中插入偏转片，使光的电场方向平行或垂直晶轴，分别测得它们的吸收光谱。图4-1吸收光谱实验装置图测量固体材料吸收光谱装置实例光源接收器试样入射狭缝出射狭缝反射镜反射镜3.2反射光谱测量对应规则(镜面反射)反射光谱测量，多数分光光度计都备有固定角和可变角两种类型的反射附件。图4