吸收和散射課件

§1光的吸收一、一般吸收光在通過介質(zhì)時(shí)，電場矢量使介質(zhì)分子做受迫振動，將能量傳遞給分子，使光的能量衰減。一般吸收的特點(diǎn)：1、吸收量?。?、吸收系數(shù)隨波長的變化很小，在一定波長范圍內(nèi)可以視為常數(shù)；§1光的吸收一、一般吸收1二、朗伯——比爾定律設(shè)：強(qiáng)度為I的光，在通過厚度為dx的介質(zhì)層后，衰減dI，實(shí)驗(yàn)表明其中α為介質(zhì)的吸收系數(shù)。通過介質(zhì)后xdx0I0II-dIx二、朗伯——比爾定律設(shè)：強(qiáng)度為I的光，在通過厚度為dx的介質(zhì)2實(shí)驗(yàn)表明：對于溶液，吸收系數(shù)正比于液體濃度，即α=Kc，代入上式得

——朗伯—比爾定律在儀器分析中，常將朗伯—比爾定律改寫為A稱之為吸光度ε

稱之為消光系數(shù)實(shí)驗(yàn)表明：對于溶液，吸收系數(shù)正比于液體濃度，即A稱之3三、選擇吸收和吸收光譜介質(zhì)對某些特定波長或波段的電磁波會產(chǎn)生強(qiáng)烈吸收。選擇吸收與分子鍵的固有頻率有關(guān)。選擇吸收的特點(diǎn)：

1、吸收量大；

2、吸收隨波長變化急??；三、選擇吸收和吸收光譜介質(zhì)對某些特定波長或波段的電磁波會4物質(zhì)的吸收光譜與光譜分析通過分光光度計(jì)記錄物質(zhì)的吸光度隨波長的變化曲線—吸收光譜。分光光度計(jì)的基本流程光譜分析簡介光源準(zhǔn)之系統(tǒng)狹縫樣品色散檢測系統(tǒng)物質(zhì)的吸收光譜與光譜分析通過分光光度計(jì)記錄物質(zhì)的吸光度隨波長5二甲苯的吸收光譜二甲苯的吸收光譜6F117隱形戰(zhàn)機(jī)F117隱形戰(zhàn)機(jī)7大氣在紅外區(qū)的七個(gè)“窗口”大氣中對紅外區(qū)的主要吸收成分是臭氧、二氧化碳、和水蒸氣。100%λ/μ窗口透光率1234567148大氣在紅外區(qū)的七個(gè)“窗口”大氣中對紅外區(qū)的主要吸收成分是臭氧8§2光的散射一、光散射現(xiàn)象：一束光在通過不均勻介質(zhì)時(shí)，向四面八方散開的現(xiàn)象稱為散射。二、散射現(xiàn)象的分類

按散射物幾何尺寸的大小分為

Tyndall散射（尺度＞0.3λ）

Rayleigh散射（尺度~分子大?。┎痪鶆蚪橘|(zhì)§2光的散射一、光散射現(xiàn)象：一束光在通過不均勻介質(zhì)時(shí)，向四9Tyndall散射這類散射主要發(fā)生在光通過懸浮顆粒介質(zhì)時(shí)（如：乳濁液、煙霧、蒸汽、灰塵等）Tyndall散射的特點(diǎn)散射光強(qiáng)度與入射光波長的關(guān)系不大。例如水蒸氣對白光的散射，藍(lán)天中的白云等。

Tyndall散射這類散射主要發(fā)生在光通過懸浮顆粒介質(zhì)時(shí)10Rayleigh散射（尺度~分子大?。┯捎诜肿訜徇\(yùn)動原因，造成介質(zhì)中局部密度不均勻漲落，從而引起光的散射。Rayleigh散射的特點(diǎn)：散射光強(qiáng)隨波長變化急劇。按偶極輻射原理散射光譜分析

：大氣污染信息研究Rayleigh散射（尺度~分子大?。┯捎诜肿訜徇\(yùn)動原因，11三、散射光的偏振態(tài)如圖所示zxpy入射自然光B散射光(部分偏振光)散射光(線偏振光)散射光(自然光)三、散射光的偏振態(tài)如圖所示zxpy入射自然光B散射12散射光的偏振態(tài)當(dāng)自然光入射時(shí)，只有在垂直光線方向?yàn)榫€偏振光。逆著光線看為自然光；其余方向?yàn)椴糠制窆?。散射光的偏振態(tài)當(dāng)自然光入射時(shí)，只有在垂直光線方向?yàn)榫€偏振光。13四、Raman散射1928年印度物理學(xué)家C.V.Raman發(fā)現(xiàn)，在散射光中除具有與入射光頻率相同的Rayleigh散射線外，在原譜線兩側(cè)還對稱分布著一些其他譜線四、Raman散射1928年印度物理學(xué)家C.V.Raman發(fā)14Raman散射的基本規(guī)律在每條原始譜線（ω0）兩側(cè)對稱分布有兩條譜線，長波一側(cè)的稱為斯托克斯線，短波一側(cè)的稱為反斯托克斯線。頻差Δω與入射光頻率無關(guān)，由物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定。斯托克斯線的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于反斯托克斯線的強(qiáng)度。Raman散射的基本規(guī)律在每條原始譜線（ω0）兩側(cè)對稱分布有15Raman散射原理射入射光電矢量為E=E0cosω0t，分子的感應(yīng)偶極矩為p=εχeE如果分子以一定角頻率ωj振動，這將直接影響到分子的極化率，設(shè)想χe=χ0+χjcosωjt，Raman散射原理射入射光電矢量為E=E0cosω0t，分16Raman散射的量子原理躍遷能級圖E4E3E1E2Rayleigh散射Raman散射ω0Raman散射的量子原理躍遷能級圖E4E3E1E2Rayle17Raman散射譜特點(diǎn)與紅外譜具有一定的互補(bǔ)性；譜線可移動至可見區(qū)便于測量；譜帶重疊少、特征明顯便于分析；由于上述優(yōu)點(diǎn)，激光拉曼技術(shù)被廣泛使用在生物大分子結(jié)構(gòu)研究方面；Raman散射譜特點(diǎn)與紅外譜具有一定的互補(bǔ)性；18§3光的色散一、光的色散：光在介質(zhì)中的傳播速度隨波長變化而異的現(xiàn)象稱為色散。由于n=c/v，所以介質(zhì)的折射率也是波長的函數(shù)。二、正常色散科稀公式λn玻璃§3光的色散一、光的色散：光在介質(zhì)中的傳播速度隨波長變化19三、色散現(xiàn)象的經(jīng)典解釋在分子的固有頻率附近，將發(fā)生共振吸收，分子的振動加劇，嚴(yán)重干擾電磁波在介質(zhì)中的傳播行為。反常色散區(qū)發(fā)生在介質(zhì)分子的共振吸收帶附近。三、色散現(xiàn)象的經(jīng)典解釋在分子的固有頻率附近，將發(fā)生共振吸收，20不同玻璃的色散曲線不同玻璃的色散曲線21石英的反常色散石英的反常色散22不同區(qū)域的反常色散不同區(qū)域的反常色散23§1光的吸收一、一般吸收光在通過介質(zhì)時(shí)，電場矢量使介質(zhì)分子做受迫振動，將能量傳遞給分子，使光的能量衰減。一般吸收的特點(diǎn)：1、吸收量小；2、吸收系數(shù)隨波長的變化很小，在一定波長范圍內(nèi)可以視為常數(shù)；§1光的吸收一、一般吸收24二、朗伯——比爾定律設(shè)：強(qiáng)度為I的光，在通過厚度為dx的介質(zhì)層后，衰減dI，實(shí)驗(yàn)表明其中α為介質(zhì)的吸收系數(shù)。通過介質(zhì)后xdx0I0II-dIx二、朗伯——比爾定律設(shè)：強(qiáng)度為I的光，在通過厚度為dx的介質(zhì)25實(shí)驗(yàn)表明：對于溶液，吸收系數(shù)正比于液體濃度，即α=Kc，代入上式得

——朗伯—比爾定律在儀器分析中，常將朗伯—比爾定律改寫為A稱之為吸光度ε

稱之為消光系數(shù)實(shí)驗(yàn)表明：對于溶液，吸收系數(shù)正比于液體濃度，即A稱之26三、選擇吸收和吸收光譜介質(zhì)對某些特定波長或波段的電磁波會產(chǎn)生強(qiáng)烈吸收。選擇吸收與分子鍵的固有頻率有關(guān)。選擇吸收的特點(diǎn)：

1、吸收量大；

2、吸收隨波長變化急劇；三、選擇吸收和吸收光譜介質(zhì)對某些特定波長或波段的電磁波會27物質(zhì)的吸收光譜與光譜分析通過分光光度計(jì)記錄物質(zhì)的吸光度隨波長的變化曲線—吸收光譜。分光光度計(jì)的基本流程光譜分析簡介光源準(zhǔn)之系統(tǒng)狹縫樣品色散檢測系統(tǒng)物質(zhì)的吸收光譜與光譜分析通過分光光度計(jì)記錄物質(zhì)的吸光度隨波長28二甲苯的吸收光譜二甲苯的吸收光譜29F117隱形戰(zhàn)機(jī)F117隱形戰(zhàn)機(jī)30大氣在紅外區(qū)的七個(gè)“窗口”大氣中對紅外區(qū)的主要吸收成分是臭氧、二氧化碳、和水蒸氣。100%λ/μ窗口透光率1234567148大氣在紅外區(qū)的七個(gè)“窗口”大氣中對紅外區(qū)的主要吸收成分是臭氧31§2光的散射一、光散射現(xiàn)象：一束光在通過不均勻介質(zhì)時(shí)，向四面八方散開的現(xiàn)象稱為散射。二、散射現(xiàn)象的分類

按散射物幾何尺寸的大小分為

Tyndall散射（尺度＞0.3λ）

Rayleigh散射（尺度~分子大?。┎痪鶆蚪橘|(zhì)§2光的散射一、光散射現(xiàn)象：一束光在通過不均勻介質(zhì)時(shí)，向四32Tyndall散射這類散射主要發(fā)生在光通過懸浮顆粒介質(zhì)時(shí)（如：乳濁液、煙霧、蒸汽、灰塵等）Tyndall散射的特點(diǎn)散射光強(qiáng)度與入射光波長的關(guān)系不大。例如水蒸氣對白光的散射，藍(lán)天中的白云等。

Tyndall散射這類散射主要發(fā)生在光通過懸浮顆粒介質(zhì)時(shí)33Rayleigh散射（尺度~分子大?。┯捎诜肿訜徇\(yùn)動原因，造成介質(zhì)中局部密度不均勻漲落，從而引起光的散射。Rayleigh散射的特點(diǎn)：散射光強(qiáng)隨波長變化急劇。按偶極輻射原理散射光譜分析

：大氣污染信息研究Rayleigh散射（尺度~分子大?。┯捎诜肿訜徇\(yùn)動原因，34三、散射光的偏振態(tài)如圖所示zxpy入射自然光B散射光(部分偏振光)散射光(線偏振光)散射光(自然光)三、散射光的偏振態(tài)如圖所示zxpy入射自然光B散射35散射光的偏振態(tài)當(dāng)自然光入射時(shí)，只有在垂直光線方向?yàn)榫€偏振光。逆著光線看為自然光；其余方向?yàn)椴糠制窆狻Ｉ⑸涔獾钠駪B(tài)當(dāng)自然光入射時(shí)，只有在垂直光線方向?yàn)榫€偏振光。36四、Raman散射1928年印度物理學(xué)家C.V.Raman發(fā)現(xiàn)，在散射光中除具有與入射光頻率相同的Rayleigh散射線外，在原譜線兩側(cè)還對稱分布著一些其他譜線四、Raman散射1928年印度物理學(xué)家C.V.Raman發(fā)37Raman散射的基本規(guī)律在每條原始譜線（ω0）兩側(cè)對稱分布有兩條譜線，長波一側(cè)的稱為斯托克斯線，短波一側(cè)的稱為反斯托克斯線。頻差Δω與入射光頻率無關(guān)，由物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定。斯托克斯線的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于反斯托克斯線的強(qiáng)度。Raman散射的基本規(guī)律在每條原始譜線（ω0）兩側(cè)對稱分布有38Raman散射原理射入射光電矢量為E=E0cosω0t，分子的感應(yīng)偶極矩為p=εχeE如果分子以一定角頻率ωj振動，這將直接影響到分子的極化率，設(shè)想χe=χ0+χjcosωjt，Raman散射原理射入射光電矢量為E=E0cosω0t，分39Raman散射的量子原理躍遷能級圖E4E3E1E2Rayleigh散射Raman散射ω0Raman散射的量子原理躍遷能級圖E4E3E1E2Rayle40Raman散射譜特點(diǎn)與紅外譜具有一定的互補(bǔ)性；譜線可移動至可見區(qū)便于測量；譜帶重疊少、特征明顯便于分析；由于上述優(yōu)點(diǎn)，激光拉曼技術(shù)被廣泛使用在生物大分子結(jié)構(gòu)研究方面；Raman散射譜特點(diǎn)與紅外譜具有一定的互補(bǔ)性；41§3光的色散一、光的色散：光在介質(zhì)中的傳播速度隨波長變化而異的現(xiàn)象稱為色散。由于n=c/v，所以介