1、13-12 光的吸收、色散和散射 一、光的吸收 光波在物質(zhì)中傳播時(shí)，其一部分能量被轉(zhuǎn)變?yōu)槲镔|(zhì)的內(nèi)能，這種現(xiàn)象就是物質(zhì)對(duì)光的吸收。 1. 物質(zhì)對(duì)光的吸收的一般規(guī)律 實(shí)驗(yàn)表明：光強(qiáng)度的變化為式中是比例系數(shù)，稱(chēng)為該物質(zhì)對(duì)此單色光的吸收系數(shù)。 上式改寫(xiě)為 積分得 這表示，由于物質(zhì)對(duì)光的吸收，隨著光進(jìn)入物質(zhì)的深度的增加，光的強(qiáng)度按指數(shù)方式衰減。這個(gè)規(guī)律稱(chēng)為朗伯定律。 對(duì)于激光光束，朗伯定律不再適用。 1實(shí)驗(yàn)表明：溶液對(duì)光的吸收與溶 液的濃度有關(guān)，即于是朗伯定律可以表示為 式中A是與溶液濃度C無(wú)關(guān)的常量。上所表示的規(guī)律稱(chēng)為比爾定律。這正是吸收光譜分析的原理。注意：比爾定律只有在溶質(zhì)分子對(duì)光的吸收本領(lǐng)不受周

2、圍分子影響的條件下才是正確的。 2. 選擇吸收和吸收光譜 物質(zhì)對(duì)光的吸收與光的波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的，稱(chēng)為普遍吸收。 物質(zhì)對(duì)光的吸收對(duì)某些波長(zhǎng)的光的吸收特別強(qiáng)烈稱(chēng)為選擇吸收。2具有連續(xù)譜的光(白光)通過(guò)有選擇吸收的物質(zhì)后，再經(jīng)光譜儀分析，可顯示出某些波段的光或某些波長(zhǎng)的光被吸收的情況，這就是吸收光譜。 太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)大氣層時(shí)的吸收光譜原子吸收光譜具有很高的靈敏度，所以近幾十年來(lái)，在定量分析中原子吸收光譜得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。不少新元素都是用這種方法發(fā)現(xiàn)的。 二、光的色散 光在物質(zhì)中傳播速度v隨波長(zhǎng)而改變的現(xiàn)象，稱(chēng)為光的色散。 因?yàn)?折射率隨波長(zhǎng)變化， 即上式所表示的關(guān)系曲線，也就是折射率隨波長(zhǎng)的變化曲線，稱(chēng)

3、為色散曲線。色散率常用dn/d來(lái)表征。 3 在普遍吸收波段內(nèi)物質(zhì)表現(xiàn)出正常色散；在選擇吸收波段附近和選擇吸收波段內(nèi)物質(zhì)表現(xiàn)出反常色散。 圖中為幾種物質(zhì)在可見(jiàn)光區(qū)域附近 所表現(xiàn)出的正常色散的色散曲線。 正常色散的規(guī)律可以用 科希公式來(lái)描述 式中A、B和C是由物質(zhì)性質(zhì)決定的常量，其值由實(shí)驗(yàn)確定。 若波長(zhǎng)的變化范圍不大，科希公式可只取前兩項(xiàng)， 即這時(shí)色散率可以表示為 4在吸收波段附近和吸收波段內(nèi)物質(zhì)所表現(xiàn)出的與科希公式推斷的結(jié)果不同的色散，稱(chēng)為反常色散。 圖中QR段為實(shí)際值，虛線QS是按照科希公式推斷的結(jié)果。 三、光的散射 物質(zhì)中存在的不均勻團(tuán)塊使進(jìn)入物質(zhì)的光偏離入射方向而向四面八方散開(kāi)，這種現(xiàn)象稱(chēng)

4、為光的散射，向四面八方散開(kāi)的光，就是散射光。 同時(shí)考慮吸收和散射時(shí)，光強(qiáng)為式中是物質(zhì)的散射系數(shù)?？梢园?+稱(chēng)為消光系數(shù)。 51.瑞利散射 米和德拜對(duì)光散射的研究證明，引起光散射的不均勻團(tuán)塊的尺度不同，散射的規(guī)律不一樣。 引起光散射的不均勻團(tuán)塊看為半徑為a的球形顆粒，入射光的波長(zhǎng)為，當(dāng)2 a / 0.3時(shí)，散射過(guò)程遵從瑞利散射定律，即散射光強(qiáng)與4成反比。 瑞利散射的不均勻團(tuán)塊分為兩類(lèi)： 一類(lèi)是乳濁液中的固體微粒、大氣中的煙、霧或灰塵等，稱(chēng)為懸浮質(zhì)點(diǎn)散射。 另一類(lèi)是純凈的液體或氣體，稱(chēng)為分子散射。 如：蔚藍(lán)色的天空，紅色旭日和夕陽(yáng)都是大氣對(duì)陽(yáng)光的散射的結(jié)果。6 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，自然光被散射的情況下，在垂

5、直入射方向上，散射光是線偏振光，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。同時(shí)，在垂直于入射方向上散射光的強(qiáng)度，等于原入射方向及其逆方向上散射光強(qiáng)度的一半。 2.拉曼散射 在散射光中出現(xiàn)與入射光頻率不同的散射光，這種現(xiàn)象稱(chēng)為拉曼散射。拉曼散射光譜的特征： (1) 在與入射光角頻率 0 相同的散射譜線 (瑞利散射線) 兩側(cè)，對(duì)稱(chēng)地分布著角頻率為 0 1 , 0 2 , 的散射譜線，長(zhǎng)波一側(cè) (角頻率為 0 1 , 0 2 , ) 的譜線稱(chēng)為紅伴線或斯托克斯線，在短波一側(cè) (角頻率為 0 +1 , 0 +2 , ) 的譜線稱(chēng)為紫伴線或反斯托克斯線； 7(2) 角頻率差 1 , 2 ,與散射物質(zhì)的紅外吸收角頻率相對(duì)應(yīng)，表征散射物質(zhì)的分子振動(dòng)角