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2024/11/05

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光谱知识 | 光谱和光谱学 - 照明展

2025广州光亚展于2025年6月9日至6月12日在中国进出口商品交易会展馆举行,邀您关注广州国际照明展览会今日资讯:

光是我们唯一可以看见的能量,我们以颜色的形式看到它。色彩,是我们所感知到的最华丽的体验。它无处不在,围绕着我们,拥抱着我们。我们用颜色来诠释生命,就像我们用形状、纹理和声音诠释生命一样。事实上,颜色的力量就是生命的本质。

一、光 谱

光谱,就是光学频谱的简称,是复色光通过色散系统(如光栅、棱镜)进行分光后,依照光的波长(或频率)的大小顺次排列形成的图案。光谱中的一部分可见光谱是电磁波谱中人眼可见的唯一部分,在这个波长范围内的电磁辐射被称作可见光。

照明展图1:光谱

复色光中有着各种波长(或频率)的光,这些光在介质中有着不同的折射率。因此,当复色光通过具有一定几何外形的介质(如三棱镜)之后,波长不同的光线会因出射角的不同而发生色散现象,投映出连续的或不连续的彩色光带。著名的太阳光的色散实验(1666-牛顿)就是一个典型的现象。太阳光呈现白色,当它通过三棱镜折射后,将形成由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫顺次连续分布的彩色光谱,覆盖了大约在390到770纳米的可见光区。

照明展图2:光的色散

通过光谱的研究,人们可以得到原子、分子的能级结构、能级寿命、电子的组态、分子的几何形状、化学键的性质、反应动力学等多方面物质结构的知识。

二、光谱学

光谱学(Spectroscopy)是光学的一个分支学科,它主要研究各种物质的光谱的产生及其同物质之间的相互作用。在化学中,光谱学被用来寻找新元素。时至今日,红外光谱法仍在化学分析中被广泛使用。 在天文学中,光谱学使我们能够弄清楚太阳和恒星的组成元素,它是天文学家工具箱中功能最强的工具。物理学是光谱学产出成果最多的领域,光谱学直接导致了量子力学的发展。光谱学技术并不仅是一种科学工具,在化学分析中它也提供了重要的定性与定量的分析方法。在光的作用下,你并不是直接看到了分子(即它的内部实质)而是它的“灵魂”。你观察的是光与不同自由度的分子之间的作用。每种类型的光谱(不同的光频率)给出不同的图像。

三、光谱分类

按照光与物质的作用形式,光谱一般可分为吸收光谱、发射光谱和散射光谱等。

照明展图3:光谱分类

吸收光谱

吸收光谱指的是通过使电磁辐射穿过物质而获得的光谱,特征是它在光谱上显示暗线。当物质暴露于电磁辐射源时,如果光子的能量与两个能级之间的能量相同,则能量被较低能级的电子吸收,导致某特定电子的能量增加。如图4a所示。那么该电子的能量很高(意思是它就准备进行跳跃),但是,如果光子的能量不等于两个能级之间的能量差,则光子将不会被吸收。图5为一典型的红外吸收光谱。

照明展图4a:吸收光谱跃迁

照明展图4b:发射光谱跃迁

照明展图5: 红外吸收光谱

发射光谱

发射光谱指的是物质发射的电磁辐射形成的光谱。当原子从激发态变为稳定态时,它会发出电磁辐射(等于释放能量)以进入较低的能量状态,如图4b所示,能量以光子的形式释放。光子的这种集合在一起使一个光谱称为发射光谱。如图6所示为在532 nm处的发射光谱图。

照明展图6:发射光谱

散射光谱

当光照射到物质上时,会发生非弹性散射,在散射光中除有与激发光波长相同的弹性成分(瑞利散射)外,还有比激发光波长长的和短的成分,后一现象统称为拉曼效应。这种现象于1928年由印度科学家拉曼所发现,因此这种产生新波长的光的散射被称为拉曼散射,所产生的光谱被称为拉曼光谱或拉曼散射光谱。拉曼光谱的应用范围遍及物理学、化学、生物学等许多领域。

照明展图7:拉曼散射原理图

文章来源:爱蛙科技


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