
光谱是按照波长(或波数、频率)顺序排列的电磁辐射。天空的彩虹、自然界的极光等均是人们早期观察到的光谱,但它们仅是电磁辐射的很小的一部分可见光谱。还有大量的不能被人们直接看到的和感觉到的光谱,如γ射线、x射线、紫外线、红外线、微波及无线电波等,这些也都是电磁辐射,它们只是频率或波长不同而已。
电磁辐射实际是一种以巨大速度通过空间而传播的能量(光量子流),具有波动性和微粒性。
就波动性而言,电磁辐射在空间的传播具有波的性质,如同声波、水波的传播一样,可以用速度、频率、波长和振幅这样一些参数来描述,并且传播时不用任何介质,且易于通过真空。在真空中所有电磁辐射的速度相同,常用光速(c)来表示,c的数值为:2.99792*103米/秒。
在一定的介质中,它们之间的关系为
δ=V/C=1/λ
式中:V-------频率,单位时间内的波数;λ…………波长,为沿波的传播方向、相邻两个波间相位相同的两点之间的间隔;δ…………波数,单位长度内波长的个数。C是光速。
就电磁辐射的微粒性来说,每个光量子均有其特征的能量ε,它们与波长或频率之间的关系可以用普朗克(Planck)公式表示:
ε=hv=h(c/λ) 波长是相邻间相位相同的两点之间的间隔
式中:h是普朗克常数,其值为6.626*10-34 焦耳/秒
2、电磁波谱区域
电磁辐射按波长顺序排列称磁波谱。他们是物质内部运动的一种客观反映,也就是说任一波长的光量子的能量ε与物质的内能变化△E=E2-E1=ε=hv=h(c/λ)
假如已知物质由一种状态,E2过渡到另一种状态E1时,其能量差为△E=E2-E1
便可按照公式计算出相应的光量子的波长。下表列出了各辐射区域、波长范围及相应的能及跃迁类型。
对于成分分析主要应用近紫外及可见光区。
表一 电磁波谱区域
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辐射区域 |
波长范围 |
跃迁类型 |
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γ射线区 |
5-140皮米 |
核能级跃迁 |
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Х射线区 |
0.01-10.0纳米 |
内层电子能跃迁 |
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远紫外区 |
10-200纳米 |
原子及分子 |
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近紫外区 |
200-380纳米 |
外层电子 |
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可见区 |
380-780纳米 |
能级跃迁 |
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近红外区 |
0.78-3微米 |
分子振动 |
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中红外区 |
3-30微米 |
能级跃迁 |
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远红外区 |
30-300微米 |
分子转动能级跃迁 |
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微波区 |
0.3毫米-1米 |
电子自旋和核子旋 |
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射频区 |
1-1000米 |
能级跃迁 |
注:1米=103毫米=106微米=109纳米=1012皮米
3、光谱分析内容
光谱分析是根据物质的特征光谱来研究化学组成、结构和存在状态的一类分析领域。可细分为原子发射光谱分析、原子吸收光谱分析、分子发射光谱分析、分子吸收光谱分析、X射线荧光光谱分析、红外和拉曼光谱分析等各类分析方法。
原子发射光谱分析是根据试样物质中气态原子(或离子)被激发以后,其外层电子辐射跃迁所发射的特征辐射能(不同的光谱),来研究物质化学组成的一种方法。常称为光谱化学分析,也简称为光谱分析。光电光谱分析方法是用光电转换器件进行丈量的发射光谱分析。在光电光谱分析中,计算机的应用已很普遍。