原子光谱分析理论基础 2- 电磁辐射及光谱宽度强度文库.ppt

自然光和偏振光 普遍光源发出的光，E矢量在各方向的振动都存在。 E 每个光矢量可分解为两相互垂直的振动。 E 可以把普遍光源发出的光看成是在所有振动方向上振幅都相等的光。——自然光 可以用相互垂直的光振动描写自然光。 自然光可分解为两个方向任意互相垂直、振幅相等，没有任意相位关系的光。并且这两个方向的光振动的光强为自然光强度的一半。 线偏振光：光矢量一个平面内振动，只改变大小而不改变方位。在沿传播方向看过去，光矢量只一条线，故叫线偏振光；线偏振光分布在某一个平面上，所以线偏振光又叫平面偏振光。见图。 E-电矢量 H-磁矢量 平面偏振光也可以看作由两束振幅相等而旋转方向相反的两束园偏振光的组合的结果。 图1-2（a） 图1-2(b) 园偏振光：在传播过程中，光矢量的顶端的轨迹描出一个螺旋线，它的大小不变，方位变化。 面对传播方向看，光矢量顶端的轨迹顺时针旋转叫右旋偏振光，反时针旋转叫左旋园偏振光。 椭圆偏振光：当平面偏振光通过手性化合物后，左右旋两束光被吸收情况不同导致振幅不相等。两束旋转方向相反而振幅不相等的园偏振光组成一束椭圆偏振光。 此时光矢量的大小和方向都在变。从传播方向面对光源看过去，光矢量顶端的轨迹是一个椭圆。 2.3原子激发的途径 体系中粒子的碰撞 弹性碰撞：经改变动能分配，不改变内能，不引起原子激发。 非弹性碰撞：使得原子的内能发生变化 第一类非弹性碰撞：原子通过碰撞获得能量被激发 第二类非弹性碰撞：激发能以热运动形式消失，无辐射去活化。 原子激发的途径 热激发：原子同其他无规则热运动的粒子相互碰撞后的能量而被激发。本质是热能转化为激发能。温度---碰撞次数和平均速率 场致激发：电激发。运动中的带电粒子和其他中心原子碰撞而引起的原子的激发。激发温度—电子气的温度---电子平均动能 原子激发的途径 光致激发：入射光的光能---激发能 吸收跃迁：体系中的气态原子吸收光子能量，由低能态到高能态，为吸收跃迁。 自发跃迁：原子吸收光子被激发后，自发跃迁回低能态，同时辐射出光子。此过程为自发跃迁。 受激跃迁：除了自发跃迁以外，一部分激发态原子在入射光子的诱导下由激发态向低能态跃迁，并且辐射出光子，此过程称为受激跃迁或者受激辐射。 2.4 原子谱线的宽度 多普勒变宽：多普勒宽度是由于原子热运动引起的。光源当中相对于观测方向的随机运动引起。与光源的温度、原子的质量以及谱线波长有关系。随温度升高和原子量减小，多普勒宽度增加。 影响宽度的内在因素（原子本身特性）： 自然宽度，同位素效应，原子的核自旋 影响谱线变宽的外在因素： 多普勒效应：从物理学中已知，从一个运动着的原子发出的光，如果运动方向离开观测者，则在观测者看来，其频率较静止原子所发的光的频率低；反之，如原子向着观测者运动，则其频率较静止原子发出的光的频率为高，这就是多普勒效应。 对面来的火车声音变化。 多普勒效应的应用 1）交通上测量车速； 2）医学上用于测量血流速度； 3）天文学家利用电磁波红移说明大爆炸理论； 多普勒组织成像技术及其应用进展，宁夏医学杂志2003 年3 月第25 卷第3 期 　Ningxia Med J ,Mar. 2003 ,Vol 25 ,No. 3 当原子吸收区的原子浓度足够高时，碰撞变宽是不可忽略的。谱线宽度与激发态原子的平均寿命有关，平均寿命越长，则谱线宽度越窄。原子之间相互碰撞导致激发态原子平均寿命缩短，引起谱线变宽。　　碰撞变宽分为两种，即赫鲁兹马克变宽和洛伦茨变宽 　　 碰撞变宽 　　 Lorentz变宽：被测元素激发态原子与其它元素的原子相互碰撞引起的变宽，称为洛伦茨变宽。洛伦茨变宽随原子区内原子蒸气压力增大和温度升高而增大。中心波长位移和轮廓不对称。 Holtzmark变宽：被测元素激发态原子与基态原子相互碰撞引起的变宽，称为共振变宽，又称赫鲁兹马克变宽或压力变宽。 自吸变宽：在光源中，处于基态的同类原子较多，这些低能态的同类原子能够吸收高能态原子发射出来的光（谱线辐射）产生吸收光谱。自吸变宽不仅降低了光强，同时引起谱线轮廓的变宽。 自蚀现象：当自吸现象非常严重时，谱线中心部分被完全吸收，成为两条紧密相邻的谱线。 光源谱线中谱线自吸收的程度，与原子蒸气云的厚度有关：蒸气云的半径越大，弧焰中心发出的辐射光，经过原子蒸气的路径越长，自吸收现象也就越严重。 谱线的自吸与自蚀 Stark变宽：电场引起光谱项以及谱线分裂，中心平移。外电场一级Stark效应。内Stark效应（二级）由等离子体中辐射原子周围带电的粒子或者电子的微电场引起。主要原因电子或者具有永久偶极矩分子引起原子系统的微扰所引起。Zeeman变宽：磁场引起谱线