1、1 13 12光的吸收 色散和散射 一 光的吸收 光波在物质中传播时 其一部分能量被转变为物质的内能 这种现象就是物质对光的吸收 1 物质对光的吸收的一般规律 实验表明 光强度的变化为 式中 是比例系数 称为该物质对此单色光的吸收系数 上式改写为 积分得 这表示 由于物质对光的吸收 随着光进入物质的深度的增加 光的强度按指数方式衰减 这个规律称为朗伯定律 对于激光光束 朗伯定律不再适用 2 实验表明 溶液对光的吸收与溶液的浓度有关 即 于是朗伯定律可以表示为 式中A是与溶液浓度C无关的常量 上所表示的规律称为比尔定律 这正是吸收光谱分析的原理 注意 比尔定律只有在溶质分子对光的吸收本领不受周围
2、分子影响的条件下才是正确的 2 选择吸收和吸收光谱 物质对光的吸收与光的波长 无关的 称为普遍吸收 物质对光的吸收对某些波长的光的吸收特别强烈称为选择吸收 3 具有连续谱的光 白光 通过有选择吸收的物质后 再经光谱仪分析 可显示出某些波段的光或某些波长的光被吸收的情况 这就是吸收光谱 太阳光经过大气层时的吸收光谱 原子吸收光谱具有很高的灵敏度 所以近几十年来 在定量分析中原子吸收光谱得到了越来越广泛的应用 不少新元素都是用这种方法发现的 二 光的色散 光在物质中传播速度v随波长 而改变的现象 称为光的色散 因为 折射率随波长变化 即 上式所表示的关系曲线 也就是折射率随波长的变化曲线 称为色散
3、曲线 色散率常用dn d 来表征 4 在普遍吸收波段内物质表现出正常色散 在选择吸收波段附近和选择吸收波段内物质表现出反常色散 图中为几种物质在可见光区域附近所表现出的正常色散的色散曲线 正常色散的规律可以用科希公式来描述 式中A B和C是由物质性质决定的常量 其值由实验确定 若波长的变化范围不大 科希公式可只取前两项 即 这时色散率可以表示为 5 在吸收波段附近和吸收波段内物质所表现出的与科希公式推断的结果不同的色散 称为反常色散 图中QR段为实际值 虚线QS是按照科希公式推断的结果 三 光的散射 物质中存在的不均匀团块使进入物质的光偏离入射方向而向四面八方散开 这种现象称为光的散射 向四面
4、八方散开的光 就是散射光 同时考虑吸收和散射时 光强为 式中 是物质的散射系数 可以把 称为消光系数 6 1 瑞利散射 米和德拜对光散射的研究证明 引起光散射的不均匀团块的尺度不同 散射的规律不一样 引起光散射的不均匀团块看为半径为a的球形颗粒 入射光的波长为 当2 a 0 3时 散射过程遵从瑞利散射定律 即散射光强与 4成反比 瑞利散射的不均匀团块分为两类 一类是乳浊液中的固体微粒 大气中的烟 雾或灰尘等 称为悬浮质点散射 另一类是纯净的液体或气体 称为分子散射 如 蔚蓝色的天空 红色旭日和夕阳都是大气对阳光的散射的结果 7 实验发现 自然光被散射的情况下 在垂直入射方向上 散射光是线偏振光
5、 在原入射方向及其逆方向上 散射光仍是自然光 而在其他方向上 散射光是部分偏振光 同时 在垂直于入射方向上散射光的强度 等于原入射方向及其逆方向上散射光强度的一半 2 拉曼散射 在散射光中出现与入射光频率不同的散射光 这种现象称为拉曼散射 拉曼散射光谱的特征 1 在与入射光角频率 0相同的散射谱线 瑞利散射线 两侧 对称地分布着角频率为 0 1 0 2 的散射谱线 长波一侧 角频率为 0 1 0 2 的谱线称为红伴线或斯托克斯线 在短波一侧 角频率为 0 1 0 2 的谱线称为紫伴线或反斯托克斯线 8 2 角频率差 1 2 与散射物质的红外吸收角频率相对应 表征散射物质的分子振动角频率 而与入射光的角频率 0无关 拉曼散射为研究分子结构 分子的对称性和分子内部的作用力等提供了重要的分析手段 它已成为分子光谱学中红外吸收方法的重要补充
