材料的光學(xué)性能

1、第七章 材料的光學(xué)性能第一節(jié)、光的基本性質(zhì)和物理量光的產(chǎn)生躍遷：原子從某一能級(jí)吸收或釋放能量，變成另一能級(jí)。發(fā)光前發(fā)光后第一節(jié)、光的基本性質(zhì)和物理量波粒二象性第一節(jié)、光的基本性質(zhì)和物理量愛因斯坦 光電方程光子源決定光的頻率、波長和輻射能。原子核結(jié)構(gòu)變化射線原子結(jié)構(gòu)改變x射線、紫外、可見光 原子振動(dòng)晶格振動(dòng)長波輻射光的能量第一節(jié)、光的基本性質(zhì)和物理量光的傳播速度r介質(zhì)的介電常數(shù)；r介質(zhì)的磁導(dǎo)率；c電磁波在真空中的速度c=3108m/s；0真空介電常數(shù)；0真空磁導(dǎo)率第一節(jié)、光的基本性質(zhì)和物理量光和物質(zhì)的交互作用第一節(jié)、光的基本性質(zhì)和物理量光和物質(zhì)的交互作用本質(zhì)是光子與材料中的原子、離子、電子等的相

2、互作用，出現(xiàn)的重要結(jié)果兩種：電子極化電子能態(tài)轉(zhuǎn)變第一節(jié)、光的基本性質(zhì)和物理量電子極化電磁波的分量之一是迅速變化的電場(chǎng)分量；在可見光范圍內(nèi)，電場(chǎng)分量與傳播過程中遇到的每一個(gè)原子都發(fā)生相互作用引起電子極化，即造成電子云與原子核的電荷中心發(fā)生相對(duì)位移；所以，當(dāng)光通過介質(zhì)時(shí)，一部分能量被吸收，同時(shí)光速減小，后者導(dǎo)致折射。光和物質(zhì)的交互作用第一節(jié)、光的基本性質(zhì)和物理量光和物質(zhì)的交互作用電子能態(tài)轉(zhuǎn)變電磁波的吸收和發(fā)射包含電子從一種能態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種能態(tài)的過程；材料的原子吸收了光子的能量之后可將較低能級(jí)上的電子激發(fā)到較高能級(jí)上去，電子發(fā)生的能級(jí)變化E與電磁波頻率有關(guān)： E=h42受激電子不可能無限長時(shí)間地保持

3、.在激發(fā)狀態(tài)，經(jīng)過一個(gè)短時(shí)期后，它又會(huì)衰變回基態(tài)，同時(shí)發(fā)射出電磁波，即自發(fā)輻射。E1E2E3E4E5能量第一節(jié)、光的基本性質(zhì)和物理量界面入射反射折射反射系數(shù)：若介質(zhì)1 為空氣，則：減小反射損失的措施：（1）介質(zhì)表面鍍?cè)鐾改ぃ?）用折射率相近的膠粘結(jié)，減小空氣界面造成的損失光和物質(zhì)的交互作用反射第一節(jié)、光的基本性質(zhì)和物理量光和物質(zhì)的交互作用吸收金屬對(duì)可見光不透明。原因：費(fèi)米能級(jí)以上存在許多空能級(jí)臨界厚度：0.1m費(fèi)米能EfE入射光子hE費(fèi)米能EfE反射光子hE第一節(jié)、光的基本性質(zhì)和物理量光和物質(zhì)的交互作用吸收3）電子吸收光子進(jìn)入禁帶中的雜質(zhì)或缺陷能級(jí)可見光 1.8eV 3.1eV第一節(jié)、光的基本

4、性質(zhì)和物理量光和物質(zhì)的交互作用吸收1）電子極化2）電子吸收光子越過禁帶入射光子hEE價(jià)帶禁帶導(dǎo)帶EE價(jià)帶禁帶導(dǎo)帶反射光子h非金屬介質(zhì)吸收可見光三種機(jī)制：第一節(jié)、光的基本性質(zhì)和物理量光和物質(zhì)的交互作用吸收應(yīng)用：大多數(shù)金屬的反射系數(shù)在0.90.95之間?？捎闷渌牧系囊r底。鍍上一薄金屬層作為反光鏡。金屬的顏色由其反光決定。第一節(jié)、光的基本性質(zhì)和物理量光和物質(zhì)的交互作用散射散射產(chǎn)生許多有趣的現(xiàn)象光線通過均勻透明介質(zhì)(清水、玻璃)時(shí)，從側(cè)面很難看到光線。光線通過不均勻介質(zhì)時(shí)(混濁液體)，可從側(cè)面看到光線。白天的上空是亮的，并且天空呈湛藍(lán)色。旭日和夕陽呈紅色。產(chǎn)生散射的原因是光傳播的介質(zhì)不均勻。第一節(jié)、

5、光的基本性質(zhì)和物理量光和物質(zhì)的交互作用折射和透射折射率：光在真空和在材料中的傳播速度之比界面入射反射折射第一節(jié)、光的基本性質(zhì)和物理量材料的折射率反映了光在該材料中傳播速度的快慢。 光密介質(zhì)：在折射率大的介質(zhì)中，光的傳播速度慢； 光疏介質(zhì)：在折射率小的介質(zhì)中，光的傳播速度快。材料的折射率從本質(zhì)上講，反映了材料的電磁結(jié)構(gòu)（對(duì)非鐵磁介質(zhì)主要是電結(jié)構(gòu)）在光波作用下的極化性質(zhì)或介電特性。光和物質(zhì)的交互作用折射和透射第一節(jié)、光的基本性質(zhì)和物理量折射率的影響因素： （1）構(gòu)成材料元素的離子半徑 PbS n=3.912 SiCl4 n=1.412（2）材料的結(jié)構(gòu)與晶型非晶、立方晶（3）內(nèi)應(yīng)力：垂直于主應(yīng)力方向

6、，n值大（4）同素異構(gòu)高溫晶型折射率低光和物質(zhì)的交互作用折射和透射第一節(jié)、光的基本性質(zhì)和物理量(5)、入射光的波長 （色散）光和物質(zhì)的交互作用折射和透射第一節(jié)、光的基本性質(zhì)和物理量影響透射比的因素：1）對(duì)于陶瓷電介質(zhì)材料吸收系數(shù)較低，不是主要因素2）反射系數(shù)：材料的相對(duì)折射率和材料表面光潔度3）散射系數(shù)：、材料宏觀和微觀缺陷、晶粒排列方向、氣孔引起的反射損失不均勻界面存在相對(duì)折射率，使散射系數(shù)增大光和物質(zhì)的交互作用折射和透射第一節(jié)、光的基本性質(zhì)和物理量光和物質(zhì)的交互作用折射和透射雙折射現(xiàn)象，光學(xué)現(xiàn)象的一種，可以用光的橫波性質(zhì)來解釋。當(dāng)光照射到各向異性晶體（單軸晶體，如方解石、石英、紅寶石等）時(shí)

7、，發(fā)生兩個(gè)不同方向的折射；其中一個(gè)遵守折射定律的稱為o光（ordinary ray、尋常光），另一束不遵從折射定律的稱為e光（extraordinary ray、非常光），這兩束光都是偏振光。光線從一個(gè)特殊的角度射入晶體是不會(huì)發(fā)生雙折射現(xiàn)象，這一角度稱為晶體的光軸。 光線進(jìn)入光學(xué)各向異性媒質(zhì)(如方解石)后產(chǎn)生兩條折射光線的現(xiàn)象，稱為雙折射現(xiàn)象。第一節(jié)、光的基本性質(zhì)和物理量光和物質(zhì)的交互作用折射和透射第一節(jié)、光的基本性質(zhì)和物理量設(shè)具有雙折射的兩個(gè)相鄰晶粒晶軸相互垂直，且光線沿左邊晶粒光軸方向入射，則有下面情況發(fā)生：左邊晶粒內(nèi)，只存在尋常光的折射率no。右邊晶粒內(nèi)不但有尋常光，還有非尋常光。尋常光

8、折射率都相同，根據(jù)因此無反射損失。晶粒排列方向光軸方向光軸方向光和物質(zhì)的交互作用折射和透射第一節(jié)、光的基本性質(zhì)和物理量 尋常光對(duì)于右邊晶粒的非尋常光，則存在相對(duì)折射率no/ne1，no/ne越大，反射損失和散射損失越大。 對(duì)于多晶體材料，各結(jié)晶取向不同，導(dǎo)致晶粒之間存在不同的折射率，故引起晶界處的反射及散射損失。損失大小與具體材料有關(guān)。晶粒排列方向光軸方向光軸方向光和物質(zhì)的交互作用折射和透射第一節(jié)、光的基本性質(zhì)和物理量例：金紅石 金紅石晶體的n0=2.854，ne=2.567,因而其反射系數(shù)m=2.810-3。如材料厚度3mm，平均晶粒直徑3m，則剩余光能只剩下(1-m)1000=0.06了。

9、此外，由于n21較大，因之K較大，S大，散射損失較大，故金紅石瓷不透光。例：MgO，Y2O3等立方晶系材料 沒有雙折射現(xiàn)象，本身透明度較高。如果使晶界玻璃相的折射率與主晶相的折射率相差不大，可望得支透明度較好的透明陶瓷材料。但這是相當(dāng)不容易做到的。光和物質(zhì)的交互作用折射和透射第一節(jié)、光的基本性質(zhì)和物理量氣孔含量 存在于晶粒之間的以及晶界玻璃相內(nèi)的氣孔、孔洞，從光學(xué)上講構(gòu)成了第二相。其折射率n1可視為1，與基體材料之n2相差較大，所以相對(duì)折射率n21= n2也較大。由此引起的反射損失、散射損失遠(yuǎn)較雜質(zhì)、不等向晶粒排列等因素引起的損失為大。 氣孔的體積含量V越大，散射損失越大。光和物質(zhì)的交互作用折

10、射和透射第一節(jié)、光的基本性質(zhì)和物理量 例：一材料含氣孔0.2%（體積），平均d=4m，試驗(yàn)所得散射因子K=24，則散射系數(shù) 如果此材料厚為3mm，I=I0e-1.53 =0.011I0。剩余光能只為1左右，可見氣孔對(duì)透光率影響之大。 氣孔含量光和物質(zhì)的交互作用折射和透射第一節(jié)、光的基本性質(zhì)和物理量氣孔尺寸 一般陶瓷材料的氣孔直徑大約在1m，均大于可見光的波長(=0.390.79m)，所以計(jì)算散射損失時(shí)應(yīng)采用公式S=K3V/4R。散射因子K與相對(duì)折射率n21有關(guān)。而氣孔與陶瓷材料的相對(duì)折射率幾乎等于材料的折射率n2，數(shù)值較大，所以K值也較大。氣孔尺寸小，散射損失較小。 假如上例中只剩下平均d=0

11、Olm的微小氣孔，情況就有根本的變化。 此時(shí)，A12O3陶瓷的平均d/3(設(shè)為可見光的波長)，符合瑞利散射條件。此時(shí)，即使氣孔體積含量高達(dá)0.63，陶瓷也是透光的。 光和物質(zhì)的交互作用折射和透射第一節(jié)、光的基本性質(zhì)和物理量提高材料透光性的措施 1）提高原材料純度 2）摻加外加劑 目的：是降低材料的氣孔率，特別是降低材料燒成時(shí)的閉孔。增加A1203陶瓷透明性的常用外加劑 MgO Y2O3，La2O3外加劑本身也是雜質(zhì)，摻多了也會(huì)影響透光性。 3）工藝措施排除氣孔使晶粒定向排列光和物質(zhì)的交互作用折射和透射第一節(jié)、光的基本性質(zhì)和物理量透明材料的顏色 藍(lán)寶石是三氧化二鋁單晶，在整個(gè)可見光范圍內(nèi)，光的波

12、長分布很均勻，因此是無色的。 紅寶石是在這種單晶氧化物加入少量的Cr2O3。在單晶氧化鋁禁帶中引進(jìn)了Cr3+的雜質(zhì)能級(jí)，造成了不同于藍(lán)寶石的選擇性吸收，即對(duì)波長約為0.4m的藍(lán)紫色光和波長約為0.6m的黃綠光有強(qiáng)烈的選擇性吸收，而非吸收光和重新發(fā)射的光波決定了其呈紅色。光和物質(zhì)的交互作用折射和透射第一節(jié)、光的基本性質(zhì)和物理量電子受激躍遷導(dǎo)致(選擇)吸收。電子從激發(fā)態(tài)回到低能態(tài)時(shí)，重新發(fā)射出光子，其波長并不一定與吸收光的波長相同。透射光的波長分布是非吸收光波和重新發(fā)射的光波的混合波。透明材料的顏色是由混合波的顏色決定的。透明材料顏色產(chǎn)生機(jī)制上述光與物質(zhì)的相互作用在可見光范圍內(nèi)產(chǎn)生才能有顏色，否則

13、為無色。光和物質(zhì)的交互作用折射和透射第二節(jié)、材料的光學(xué)性能1、熒光及應(yīng)用1、熒光及應(yīng)用熒光磷光激發(fā)態(tài)基態(tài)亞穩(wěn)態(tài)光致熒光化學(xué)熒光X射線熒光生物熒光1、熒光及應(yīng)用什么是熒光？定義：當(dāng)某種物質(zhì)經(jīng)某種波長的入射光（通常是紫外線或X射線）照射，吸收光能后進(jìn)入激發(fā)態(tài)，立即（10-910-7秒內(nèi)）退激發(fā)并發(fā)出出射光（通常波長在可見光波段）；而且一旦停止入射光，發(fā)光現(xiàn)象也隨之立即消失，這種出射光就稱為熒光。1、熒光及應(yīng)用熒光 or 螢光1“螢”字在古漢語中與“熒”字通假在臺(tái)灣多稱螢光，在中國大陸多稱熒光2熒光fluorescence 光致發(fā)光螢光luminescence生物發(fā)光1、熒光及應(yīng)用熒光棒通過兩種化學(xué)

14、液體混合后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)發(fā)光化學(xué)發(fā)光電視機(jī)顯像管的熒光屏由陰極射線（高能電子束流）所引起的發(fā)光陰極射線發(fā)光螢火蟲生物體的冷發(fā)光現(xiàn)象生物發(fā)光熒光材料分類無機(jī)熒光材料以稀土熒光材料為代表稀土離子具有豐富的能級(jí)和 4f 電子躍遷特性吸收能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)換率高，且物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定基質(zhì)堿土金屬的硫化物（ZnS、CaS）鋁酸鹽（SrAl2O4、CaAl2O4、BaAl2O4）激活劑稀土鑭系元素銪(Eu)、釤(Sm)、鉺(Er)、釹(Nd)等 熒光材料分類有機(jī)小分子熒光材料有機(jī)小分子發(fā)光材料種類繁多，它們多帶有共軛雜環(huán)及各種生色團(tuán)，結(jié)構(gòu)易于調(diào)整，通過引入各種生色團(tuán)來改變其共軛長度，從而使化合物光電性質(zhì)發(fā)生變化熒光材

15、料分類有機(jī)高分子熒光材料有機(jī)高分子光學(xué)材料通常分為三類：側(cè)鏈型小分子發(fā)光基團(tuán)掛接在高分子側(cè)鏈上全共軛主鏈型整個(gè)分子均為一個(gè)大的共軛高分子體系部分共軛主鏈型發(fā)光中心在主鏈上，但發(fā)光中心之間相互隔開沒有形成一個(gè)共軛體系1、熒光及應(yīng)用LED（發(fā)光二極管）1、熒光及應(yīng)用熒光粉（俗稱夜光粉）光致儲(chǔ)能在受到光照后，把光能儲(chǔ)存起來，再緩慢地以熒光的方式釋放出來，所以在夜間或者黑暗處，仍能看到發(fā)光，持續(xù)時(shí)間長達(dá)幾小時(shí)至十幾小時(shí)。1、熒光及應(yīng)用把這種材料涂在航空儀表、鐘表、窗戶、機(jī)器上各種開關(guān)標(biāo)志，門的把手等處，也可用各種透光塑料一起壓制成各種符號(hào)、部件、用品(如電源開關(guān)、插座等)。這些發(fā)光部件經(jīng)光照射后，夜間

16、或意外停電、閃電后起床等它仍在持續(xù)發(fā)光，使人們可辨別周圍方向，為工作和生活帶來方便把夜光材料超細(xì)粒子摻入紡織品中，使顏色更鮮艷，小孩子穿上有夜光的紡織品，可減少交通事故1、熒光及應(yīng)用反光材料傳統(tǒng)的完全反光材料1、熒光及應(yīng)用熒光在反光材料中的應(yīng)用不僅能反光，還能在受到光照時(shí)輻射出光子，比普通的反光材料看上去更醒目。1、熒光及應(yīng)用熒光筆熒光筆有熒光劑，它遇到紫外線時(shí)會(huì)產(chǎn)生熒光效應(yīng)，發(fā)出白光，從而使顏色看起來有亮眼的熒光感覺1、熒光及應(yīng)用LED熒光板1、熒光及應(yīng)用血跡檢驗(yàn)魯米諾試劑（3-氨基鄰苯二甲酰肼與過氧化氫的混合物）可用于血跡檢測(cè)血紅蛋白里面的鐵元素催化過氧化氫的分解分解出的氧氣可以氧化魯米諾

17、試劑用紫外線照射發(fā)出藍(lán)色熒光1、熒光及應(yīng)用人民幣防偽油墨1、熒光及應(yīng)用熒光增白劑為了讓紙張看上去很白，部分商家會(huì)在里面添加熒光增白劑，為有機(jī)熒光材料這種增白劑吸收紫外線后發(fā)出藍(lán)色的光，與紙張的黃色光疊加后形成白色，達(dá)到增白的效果，廣泛用于紡織、洗滌劑等多個(gè)領(lǐng)域中1、熒光及應(yīng)用2011年，藍(lán)月亮熒光增白劑事件1、熒光及應(yīng)用這類物質(zhì)不會(huì)對(duì)人產(chǎn)生有害輻射，但應(yīng)避免遭受其可能的化學(xué)毒性危險(xiǎn)1、熒光及應(yīng)用熒光蛋白1962年，日本科學(xué)家下村修在水母體內(nèi)發(fā)現(xiàn)改造熒光蛋白，對(duì)細(xì)胞進(jìn)行標(biāo)記，監(jiān)測(cè)細(xì)胞活動(dòng)2、激光及應(yīng)用普通光源，比如電燈泡發(fā)出來的光子各不同，而且會(huì)各個(gè)方向亂跑，很不團(tuán)結(jié)，但是激光中的光子們則是心往

18、一處想，勁往一處使，這導(dǎo)致它們所向披靡，威力很大，以至于，人們過去常把激光稱為“死光”。2、激光及應(yīng)用2、激光及應(yīng)用普通光激光2、激光及應(yīng)用特點(diǎn)方向性好 （發(fā)散角10 -4弧度）一束激光射到38萬km的月球上，光斑的直徑只有2km手電筒的光射到m處，擴(kuò)展成很大的光斑。 利用激光準(zhǔn)直儀可使長為2.5km的隧道掘進(jìn)偏差不超過16nm.2、激光及應(yīng)用特點(diǎn)單色性好單色性最好的氪燈Kr86 =4.710-3 nm 穩(wěn)頻HeNe激光器 2、激光及應(yīng)用應(yīng)用能量集中脈沖瞬時(shí)功率大（可達(dá)10 14瓦）激光在屏上形成的小光斑，有極大的照度 太陽表面的亮度比白熾燈大幾百倍。普通的激光器的輸出亮度，比太陽表面的亮度大

19、10億倍。激光是當(dāng)今世界上高亮度的光源。2、激光及應(yīng)用應(yīng)用 激光切割2、激光及應(yīng)用應(yīng)用 激光鉆孔2、激光及應(yīng)用應(yīng)用采用激光刀的外科手術(shù)2、激光及應(yīng)用應(yīng)用Laser-Distanzmessungen (空間距離測(cè)量儀)2、激光及應(yīng)用應(yīng)用AR-15 taktisch Gewehr (AR-15步槍)2、激光及應(yīng)用應(yīng)用機(jī)載激光炮(U.S.A)地基激光炮(U.S.A)2、激光及應(yīng)用應(yīng)用2、激光及應(yīng)用應(yīng)用2、激光及應(yīng)用應(yīng)用3、光電效應(yīng)與太陽能3、光電效應(yīng)與太陽能 能源枯竭 石油：42年，天然氣：67年，煤：200年 。環(huán)境污染 每年排放的二氧化碳達(dá)210萬噸，并呈上升趨勢(shì)，造成 全球氣候變暖；空氣中大量

20、二氧化碳，粉塵含量己嚴(yán)重 影響人們的身體健康和人類賴以生存的自然環(huán)境。 CxHy + O2 H2O + CO2 + SO2 + NOx 3、光電效應(yīng)與太陽能太陽能屋頂發(fā)電裝置3、光電效應(yīng)與太陽能太陽能與風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)3、光電效應(yīng)與太陽能太陽能飛機(jī)3、光電效應(yīng)與太陽能太陽能在偏遠(yuǎn)地區(qū)的運(yùn)用3、光電效應(yīng)與太陽能太陽能在沙漠地區(qū)的運(yùn)用3、光電效應(yīng)與太陽能交通設(shè)施交通/鐵路信號(hào)燈交通警示/標(biāo)志燈高空障礙燈3、光電效應(yīng)與太陽能通信方面光纜維護(hù)站小型通信機(jī)信號(hào)發(fā)射塔3、光電效應(yīng)與太陽能航空航天衛(wèi)星供電電池航天飛機(jī)供電探測(cè)器電池第三節(jié)、光學(xué)性能的測(cè)量及應(yīng)用第三節(jié)、光學(xué)性能的測(cè)量及應(yīng)用紅外及拉曼光譜法熒光光譜法

21、第三節(jié)、光學(xué)性能的測(cè)量及應(yīng)用光分析法的基礎(chǔ)包括兩個(gè)方面：其一：能量作用于待測(cè)物質(zhì)后產(chǎn)生光輻射，該能量形式可以是光輻射和其他輻射能量形式，也可以是聲、電、磁或熱等能量形式；其二：光輻射作用于待測(cè)物質(zhì)后發(fā)生某種變化，這種變化可以是待測(cè)物質(zhì)物理化學(xué)特性的改變，也可以是光輻射光學(xué)特性的改變。1、吸收光譜原子吸收 原子外層電子任意兩能級(jí)之間的能量差所對(duì)應(yīng)的頻率基本上處于紫外或可見光區(qū)，氣態(tài)自由原子主要吸收紫外或可見電磁輻射。 電子能級(jí)數(shù)有限，吸收的特征頻率也有限。1、吸收光譜分子吸收 當(dāng)電磁輻射作用于分子時(shí)，電磁輻射也將被分子所吸收。分子除外層電子能級(jí)外，每個(gè)電子能級(jí)還存在振動(dòng)能級(jí)，每個(gè)振動(dòng)能級(jí)還存在轉(zhuǎn)

22、動(dòng)能級(jí)，因此分子吸收光譜較原子吸收光譜要復(fù)雜得多。分子的任意兩能級(jí)之間的能量差所對(duì)應(yīng)的頻率基本上處于紫外、可見和紅外光區(qū)，因此, 分子主要吸收紫外、可見和紅外電磁輻射，表現(xiàn)為紫外-可見吸收光譜和紅外吸收光譜。1、吸收光譜1、吸收光譜 由于振動(dòng)能級(jí)相同但轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)不同的兩個(gè)能級(jí)之間的能量差很小，由同一能級(jí)躍遷到該振動(dòng)能級(jí)相同但轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)不同的兩個(gè)躍遷的能量差也很小，因此對(duì)應(yīng)的吸收頻率或波長很接近，通常的檢測(cè)系統(tǒng)很難分辨出來，而分子能量相近的振動(dòng)能級(jí)又很多，因此，表觀上分子吸收的量子特性表現(xiàn)不出來，而表現(xiàn)為對(duì)特定波長段的電磁輻射的吸收，光譜上表現(xiàn)為連續(xù)光譜。 分子的總能量分子通常包括三個(gè)部分： 分子電

23、子振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)1、吸收光譜磁場(chǎng)誘導(dǎo)吸收 將某些元素原子放入磁場(chǎng)，其電子和核受到強(qiáng)磁場(chǎng)的作用后，它們具有磁性質(zhì)的簡并能級(jí)將發(fā)生分裂，并產(chǎn)生具有微小能量差的不同量子化的能級(jí)，進(jìn)而可以吸收低頻率的電磁輻射。 以自旋量子數(shù)為1/2的常見原子核1H、13C、19F及31P等為例，自旋量子數(shù)為1/2的能級(jí)實(shí)際上是磁量子數(shù)分別為+1/2和-1/2但自旋量子數(shù)均為1/2的兩個(gè)能級(jí)的簡并能級(jí)，該兩個(gè)能級(jí)在通常情況下能量相同，只有在外磁場(chǎng)作用下，由于不同磁量子數(shù)的能級(jí)在磁場(chǎng)中取向不同，因而與磁場(chǎng)的相互作用也不同，最終導(dǎo)致能級(jí)的分裂。1、吸收光譜 這種磁場(chǎng)誘導(dǎo)產(chǎn)生的不同能級(jí)間的能量差很小，對(duì)于原子核，一般吸收30500

24、MHz（=100060 cm）的射頻無線電波，而對(duì)于電子來講，則吸收頻率為9500 MHz（=3 cm）左右的微波，據(jù)此分別建立了核磁共振波譜法（NMR）和電子自旋共振波譜法（ESR）。1、吸收光譜核磁共振是磁矩不為零的原子核，在外磁場(chǎng)作用下自旋能級(jí)發(fā)生塞曼分裂，共振吸收某一定頻率的射頻輻射的物理過程。核磁共振波譜學(xué)是光譜學(xué)的一個(gè)分支，其共振頻率在射頻波段，相應(yīng)的躍遷是核自旋在核塞曼能級(jí)上的躍遷。 2、發(fā)射光譜 當(dāng)原子、分子和離子等處于較高能態(tài)時(shí)，可以以光子形式釋放多余的能量而回到較低能態(tài)，產(chǎn)生電磁輻射，這一過程叫做發(fā)射躍遷。2、發(fā)射光譜原子發(fā)射 當(dāng)氣態(tài)自由原子處于激發(fā)態(tài)時(shí)，將發(fā)射電磁波而回到

25、基態(tài)，所發(fā)射的電磁波處于紫外或可見光區(qū)。通常采用的電、熱或激光的形式使樣品原子化并激發(fā)原子，一般將原子激發(fā)到以第一激發(fā)態(tài)為主的有限的幾個(gè)激發(fā)態(tài)，致使原子發(fā)射具有限的特征頻率輻射，即特定原子只發(fā)射少數(shù)幾個(gè)具有特征頻率的電磁波。2、發(fā)射光譜分子發(fā)射 與分子外層電子能級(jí)、振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)相關(guān)。 激發(fā)不能采用電熱等極端形式，而采用光激發(fā)或化學(xué)能激發(fā)。 基本上處于紫外、可見和紅外光區(qū)，因此, 分子主要發(fā)射紫外、可見電磁輻射，據(jù)此建立了熒光光譜法、磷光光譜法和化學(xué)發(fā)光法。2、發(fā)射光譜分子發(fā)射 通過光激發(fā)而處于高能態(tài)的原子和分子的壽命很短，它們一般通過不同的弛豫過程返回到基態(tài)，這些弛豫過程分為輻射弛豫和非輻射弛豫。 輻射弛豫通過分子發(fā)射電磁波的形式釋放能量，而非輻射弛豫通過其他形式釋放能量。3、光譜分析1.發(fā)射光譜法 物質(zhì)通過電致激發(fā)、熱致激發(fā)或光致激發(fā)等過程獲取能量，變成為激發(fā)態(tài)的原子或分子M*，激發(fā)態(tài)的原子或分子是極不穩(wěn)定的，它們可能以不同形式釋放出能量從激發(fā)態(tài)躍遷至基態(tài)或低能態(tài)，如果這種躍遷是以輻射形式釋放多余的能量就產(chǎn)生發(fā)射光譜。 通過測(cè)量物質(zhì)發(fā)射光譜的波長和強(qiáng)度來進(jìn)行定性、定量分析的方法叫做發(fā)射光譜法。 依據(jù)光譜區(qū)域和激發(fā)方式不同，發(fā)射光譜有以下幾種：