材料现代分析方法002a-原子光谱课件.ppt

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1、电磁辐射与材料的相互作用回顾：电子的能级能量…..内层（芯）电子能级外层（价）电子能级振动能级转动能级--X射线-紫外线、可见光红外线远红外、微波---电磁辐射谱电磁辐射与材料的相互作用1.辐射的吸收和吸收光谱E1E2光（子）热（子—声子）电（子）辐射的吸收：辐射通过物质时，其中某些频率（hν=E2-E1）的辐射被组成物质的粒子（原子、离子或分子）选择性的吸收而使辐射强度减弱的现象。吸收光谱：辐射（能量）被吸收的程度（吸光度或透光度）与辐射的ν或λ的关系谱图。不同物质的E1和E2是其能量本征值（物质的特征值），其差值一般也是物质的特征值，因而吸收的

2、光的频率也是物质的特征值。E1+hν=E2hν电磁辐射与材料的相互作用2.辐射的发射和发射光谱E1E2光（子）热（子—声子）电（子）辐射的发射：物质吸收能量后产生电磁辐射的现象。当物质的粒子吸收能量被激发至高能态(E2)后，瞬间返回基态或者低能态(E1)，多余能量(E2-E1)以电磁辐射的形式释放出来。发射光谱：物质粒子发射辐射的强度（能量）与辐射的ν或λ的关系谱图。不同物质的E1和E2是其能量本征值（物质的特征值），其差值一般也是物质的特征值，因而发射的光的频率也是物质的特征值。hν=E2-E1hν光（子）电磁辐射与材料的相互作用3.辐射的散射辐

3、射的散射：是电磁辐射（与物质相互作用后）部分偏离入射方向而分散传播的现象。入射光透射光瑞利散射拉曼散射—斯托克斯线拉曼散射—反斯托克斯线吸收3.1分子散射瑞利散射：光子与分子的弹性碰撞，能量（频率）不变。拉曼散射：光子与分子的非弹性碰撞，能量（频率）改变。变大的散射线称~，变小的散射线称~。产生实质：分子的振动或转动能级的跃迁，因而携带物质特征信息。散射基元：分子（线度应比入射光-如红外线-的波长小得多）分析采用拉曼光谱光的散射与光的吸收再发射机理有何不同？散射没有电子在电子能级上的跃迁过程。电磁辐射与材料的相互作用3.辐射的散射X射线透射光相干散

4、射--衍射非相干散射吸收3.2晶体中的散射相干散射：光子与内层电子的弹性碰撞，能量（频率）不变。实质：电子在入射线交变电场的作用下受迫振动发出次级电磁波。是X射线衍射分析的技术基础。非相干散射：光子与外层电子的非弹性碰撞，能量（频率）改变（变小），波长增加，增加值Δλ与散射方向有关：Δλ=0.00243（1-cos2θ）nm散射基元：电子分析采用相干散射小结：辐射与材料的相互作用电磁辐射能量晶体：（内层电子受迫振动）相干散射—X射线衍射分析，（外层电子）非相干散射分子振/转动能级跃迁：瑞利散射，拉曼散射（拉曼发射光谱），红外吸收光谱。原子价电子能级

5、/分子轨道电子能级跃迁：原子吸收/发射光谱，分子荧/磷光发射光谱。原子、分子或固体内层电子的跃迁：X射线吸收谱，X射线荧光发射光谱。红外线紫外线、可见光软X射线X射线小结：吸收和发射光谱电磁辐射与材料的相互作用4.光谱的分类吸收光谱，发射光谱，散射光谱（拉曼光谱）原子光谱，分子光谱红外光谱，紫外光谱，可见光谱，X射线光谱线光谱，带光谱，连续光谱（非特征光谱，背底）包含振动和转动能级电磁辐射与材料的相互作用5.光电离与光电子能谱光电子吸收（外）光电效应：一定频率的光入射到物质上而使物质发射出具有一定动能的电子的现象。光电子能谱：光电子产额随入射光子能

6、量的关系图谱成为物质的光电子能谱。入射光采用X射线的称为X射线光电子能谱（XPS），入射光采用紫外线的称为紫外线光电子能谱（UPS）。X射线紫外线吸收光谱，发射光谱，拉曼光谱和光电子能谱均携带物质成分、结构等特征信息，统称为特征谱下面详细介绍这几类特征光/能谱。各种特征谱分析原子光谱：吸收、发射、荧光光谱分子光谱：紫外可见吸收光谱，红外吸收光谱和远红外吸收光谱，分子荧光、磷光发射光谱，拉曼光谱。光电子能谱：XPSX射线光电子能谱，UPS紫外光电子能谱，AES俄歇电子能谱注意：XPS，UPS能谱峰——对应一个能级的能量值；光谱线或光谱峰——对应两个

7、能级的能量差；AES能谱峰——对应三个能级的能量差；ν/λ动能结合能动能abcEabc=Ea-（Eb+Ec）基于自由原子内层（芯）电子跃迁的原子光谱：X射线荧光光谱基于自由原子外层（价）电子跃迁的原子光谱：原子吸收光谱，原子发射光谱，原子荧光光谱。基于分子外层（分子轨道）电子跃迁（也包含了分子的振动/转动能级跃迁）的分子光谱：紫外可见吸收光谱，分子荧光、磷光发射光谱，拉曼光谱。基于电子在分子的振动/转动能级跃迁的分子光谱：红外吸收光谱和远红外吸收光谱。各种特征谱分析X射线——电子在原子或分子内层的电子轨道之间或者内层电子轨道与外层电子轨道间的跃迁紫

8、外线可见光——电子在原子或分子外层的价电子轨道或者分子轨道间跃迁。红外线——电子在分子的振动能级间的跃迁各种特征谱分析远红