实验分析技术--电磁辐射与物质的作用
电磁辐射与物质的作用过程可发生发射、吸收、散射、折射与反射、干涉、衍射等现象。
1.光的吸收
当原子、分子或离子吸收光子的能量与它们的基能量和激发态能量之差满足△E＝hv时，将从基态跃迁至激发态，这个过程称为吸收。对吸收光谱的研究可以确定试样的组成、含量以及结构。根据吸收光理建立的分析方法称为吸收光谱法。
2.光的发射
当物质吸收能量后从基态迁至激发态，激发态是不稳定的，大约经10-8s后将从激发态跃迁回基态，此时若以光的形式释放出能量，该过程称为发射。
3.光的散射
光通过介质时将会发生射现象，当介质粒子（如在乳浊液、悬浮液、胶体溶液中）的大小与光的波长差不多时，射光的强度增强，用肉眼也能看到这就是达尔（Tyndall）效应。散射光的强度与入射光长的平方成反比，可用于高聚物分子和胶体粒子的大小及形态结构的研究。当介质的分子比光的波长小时发生 Rayleigh M9射。这种散射是光子与分质分子之间发生弹性碰撞所致。碰撞时没有能量交换，只改变光子的运动方向，因此散射光的频率不变，散射光的强度与入射光波长的4次方成反比。当光子与介质分子发生了非弹性碰撞，碰撞时光子不仅改变了运动方向，而且还有能量的交换，因此散射光的频率发生了变化，这种散射现象被命名为拉曼散射。
4.反射与折射
当光从介质（1）照射到另一介质（2）的界面时，部分光在界面上改变方向返回分质（1），称为光的反射，一部分光则改变方向以r的角度（折射角）进入介质（2），这种现象称为光的折射，如图3所示。
图3 光的反射与折射
反射是光通过具有不同折射率的两种介质界面时所产生的光反射，反射在法线NN的另一侧离开界面，而入射角i与反射角i相等，反射分数随两种介质的折射率之差增加而增大。当光垂直投射到界面上时，反射分数（反射率）p为:
8668572.gif "CodeCogsEqn (5).gif")
式中，Io和Ir分别为入射光和反射光的强度；n1和n2分别为介质1和介质2的折射率。
当光由空气（n为1.00029）通过玻璃（约为1.5），在每一空气玻璃界面约有4%的反射损失。必须注意这种反射损失存在于各种光学仪中，光其是有数个面的光学仪器。
折射是由于光在两种介质中的传播速度不回所引起，折射的程度用折射率n表示。介质
的折射率定义为光在真空中的速度与光在该介质中的速度c之比:
n=c/c2
折射角r与介质（2）的折射率有关:
n2sin r=n1sin i
即 5298786.gif "CodeCogsEqn (6).gif")
该式为Snell折射定律。真空中介质的折射率（n为1.0000）称为绝对折射率，介质（1）常为空气，绝对折射率为1.00029，由此得到的物质折射率称为常用折射率。
不同介质的折射率不同，同一介质对不同波长的光具有不同的折射率。波长越长，折射率越小，据此棱镜可进行分光。
5.干涉
在一定条件下光波会相互作用，当其叠加时，将产生一个其强度视各波的相位而定的加强或减弱的合成波，当两个波的相位差180°时，发生最大相消干涉，当两个波同相位时，则发生最大相长干涉，通过干涉现象，可获得明暗相间的条纹。若两波相互加强，得明亮条纹若相互抵消，得暗条纹
6.衍射
光波绕过障碍物或通过狭缝时，偏离其直线传播的现象，称为衍射现象。它是干涉的结果。
若以一束平行的单色光通过一狭缝AB时，可以在屏幕xy上看到或明或暗交替的衍射条纹，图4为单狭缝行射示意图。
图4 单狭缝衍射示意图
图4中b为狭缝宽度，O为衍射角。经聚光镜果光在P0产时相位不变，在P0处出现一明亮的中央明条纹（或称零级亮条纹）；经果光镜果于P点时，各光波到达P点的相位不等。AP与BP的光程差AC应为
AC ＝bsinθ
P点是明还是暗决定于光程差。为使两光读在P处同相；必须使AC对应于相应的波长:
λ=AC=bsinθ
此时两波相互加强，在P点出现明条线:当光程差为2λ、3λ、…、nλ时，也产生增强效应。因此，在中央明条纹两边的各亮带的一般表示式为:
nλ=bsinθ
式中，n为整数，称为干涉的级。
入射光为单色光时，衍射角θ随狭缝宽度变小而增大，也就是中央明条纹区增大:反之，b变大，θ变小，中央明条纹缩小。当狭缝b一定时，波长越长；衍射角越大，中央明条纹也越大。
单缝射的光能主要集中在中央明条纹上。狭缝宽度接近于光的波长时，各亮带的强度将随与中央明条纹距离的增加而降低，如图5所示。
图5 衍射条纹示意图
