电磁波谱波谱学基本知识
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第一节谱学基础
研究自由电子的能量及其分布. 固体表面分析技术之一. 根据激发光源不同, 分为 X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS) 紫外光电子能谱(ultraviolet photoelectron spectroscopy, UPS) 俄歇电子能谱(Auger electron spectroscopy, AES)
光波与光谱的关系：
范围 光区 光谱类型 跃迁类型
10-4～10-2nm -ray MÖssbauer谱 核能级跃迁
10-2～10 nm X-ray X-光电子能谱 核内层电子能级
100～400 nm 紫外光区 紫外光谱 核外层电子（价
400～800 nm 可见光区 可见光谱 电子或非键电子)
2.5～25 m 红外光区 红外光谱 分子振动-转动
1.5 分子能级与分子光谱
分子总能量 E总 = Et + Ee + Ev + Er
1.6 磁共振谱
磁诱导电子自旋能级裂分
电子顺磁共振谱 (electron paramagnetic resonance, EPR) 或电子自旋共振 (electron spin resonance, ESR) 核磁共振 (nuclear magnetic resonance, NMR)
0.1～50 cm 微波区 纯转动光谱 分子转动能级
电子顺磁共振谱 电子自旋能级
（磁诱导）
50～500 cm 射频区 核磁共振谱 核自旋能级
(600～60 MHz 无线电波区）
（磁诱导）
1.3 X射线光谱: 核内层电子能级的改变
电离层 产生光谱线的来源
L K K1
L L
K2
电磁波谱.ppt
A、红外线、紫外线、可见光、γ射线 B、γ射线、紫外线、红外线、可见光 C、γ射线、紫外线、可见光、红外线 D、红外线、可见光、紫外线、γ射线
2、对红外线的作用和来源正确的叙述有（ACD ）
A、一切物体都在不停地辐射红外线 B、红外线有很强的荧光效应 C、红外线最显著的作用是热作用 D、物体温度越高，其辐射出的红外线越强
与物质的密度有关，进行对人体的透视和检查 部件的缺陷；
γ射线的穿透本领更大，在工业和医学等领域
有广泛的应用，如探伤，测厚或用γ刀进行手 术．
小结
二、电磁波谱
1、电磁波谱 ：按电磁波的波长或频率大小的 顺序把它们排列成谱，叫做电磁波谱
2、波长从大到小的顺序：无线电波、光波（红 外线、可见光、紫外线）、X射线、γ射线
能
量
的
相
对 大
紫外线 可见光
小
红外线
黄绿光
0
400
800
1200
1600
2000 波长λ/nm
关于电磁波谱的几点强调
3、频率(波长)不同的电磁波表现出作用不同． 红外线主要作用是热作用，可以利用红外线来
加热物体和进行红外线遥感； 紫外线主要作用是化学作用，可用来杀菌和消
毒； 伦琴射线有较强的穿透本领，利用其穿透本领
（2）由德国物理学家里特于1801年首 先发现的，一切高温物体发出的 光中，都有紫外线。
显著作用：A、荧光，B、化学作 用，C、杀菌消毒
பைடு நூலகம்
利用紫外 线的荧光 作用检验 人民币的 真伪
紫外线杀 菌灯
防紫外线雨伞
5、伦琴射线
(1)伦琴射线（X射线）是一种波长比
紫外线更短的不可见光。 X射线波长：10－8m ----10－12m
2、对红外线的作用和来源正确的叙述有（ACD ）
A、一切物体都在不停地辐射红外线 B、红外线有很强的荧光效应 C、红外线最显著的作用是热作用 D、物体温度越高，其辐射出的红外线越强
与物质的密度有关，进行对人体的透视和检查 部件的缺陷；
γ射线的穿透本领更大，在工业和医学等领域
有广泛的应用，如探伤，测厚或用γ刀进行手 术．
小结
二、电磁波谱
1、电磁波谱 ：按电磁波的波长或频率大小的 顺序把它们排列成谱，叫做电磁波谱
2、波长从大到小的顺序：无线电波、光波（红 外线、可见光、紫外线）、X射线、γ射线
能
量
的
相
对 大
紫外线 可见光
小
红外线
黄绿光
0
400
800
1200
1600
2000 波长λ/nm
关于电磁波谱的几点强调
3、频率(波长)不同的电磁波表现出作用不同． 红外线主要作用是热作用，可以利用红外线来
加热物体和进行红外线遥感； 紫外线主要作用是化学作用，可用来杀菌和消
毒； 伦琴射线有较强的穿透本领，利用其穿透本领
（2）由德国物理学家里特于1801年首 先发现的，一切高温物体发出的 光中，都有紫外线。
显著作用：A、荧光，B、化学作 用，C、杀菌消毒
பைடு நூலகம்
利用紫外 线的荧光 作用检验 人民币的 真伪
紫外线杀 菌灯
防紫外线雨伞
5、伦琴射线
(1)伦琴射线（X射线）是一种波长比
紫外线更短的不可见光。 X射线波长：10－8m ----10－12m
4.4电磁波谱(广)
红外线，表现为黑灰色；
黑色越深，表示地面辐射
越强，天气越晴好。
若某地上空有云雨覆盖，卫星探测的是云层顶部向太空辐射的红
外线，表现为白色或灰白色；颜色越白，表示地面辐射越弱；云系
越密实，降雨强度越大。
晴空区与云雨区间的过渡区，有不同厚度的云而无明显降水。
红
外
体
温
探
测
做一做
许多动物具有发达的红外感受器官，因此在夜间也可以"看到"物体。
阳光进入大气时，波长较长
的色光，如红光，透射力大，能
透过大气射向地面；而波长短的
紫、蓝、青色光，碰到大气分子、
冰晶、水滴等时，就很容易发生
散射现象。被散射了的紫、蓝、
青色光布满天空，就使天空呈现
出一片蔚蓝了。
傍晚和早晨，太阳斜射大气，
光线在大气中的运行距离变长，
蓝紫光在大气中已散射完，剩余
的红、橙光较多，红、橙光占优
距离为 =
。
（3）用途：可以探测飞机、舰艇、导弹及其他军事目标；可以为飞机、船只导
航；天文学上可以用来研究行星、卫星；在气象上可以探测雷雨、云层厚度等。
红外线：波长约为760nm～1mm
特点：①波长介于无线电波和可见光之间
②所有物体都会发射红外线
③物体的红外辐射跟温度有关。
热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强。
4.4 电磁波谱
1.波长、频率和波速
(1) 波长:相邻的两个波峰(或波谷)之间的距离(单位:m)
(2) 频率:在1s内传播完整波长的个数
(3) 波速:用来描述波传播快慢的物理量三者关系：波速=波长×频率
即: c f
或 cT
黑色越深，表示地面辐射
越强，天气越晴好。
若某地上空有云雨覆盖，卫星探测的是云层顶部向太空辐射的红
外线，表现为白色或灰白色；颜色越白，表示地面辐射越弱；云系
越密实，降雨强度越大。
晴空区与云雨区间的过渡区，有不同厚度的云而无明显降水。
红
外
体
温
探
测
做一做
许多动物具有发达的红外感受器官，因此在夜间也可以"看到"物体。
阳光进入大气时，波长较长
的色光，如红光，透射力大，能
透过大气射向地面；而波长短的
紫、蓝、青色光，碰到大气分子、
冰晶、水滴等时，就很容易发生
散射现象。被散射了的紫、蓝、
青色光布满天空，就使天空呈现
出一片蔚蓝了。
傍晚和早晨，太阳斜射大气，
光线在大气中的运行距离变长，
蓝紫光在大气中已散射完，剩余
的红、橙光较多，红、橙光占优
距离为 =
。
（3）用途：可以探测飞机、舰艇、导弹及其他军事目标；可以为飞机、船只导
航；天文学上可以用来研究行星、卫星；在气象上可以探测雷雨、云层厚度等。
红外线：波长约为760nm～1mm
特点：①波长介于无线电波和可见光之间
②所有物体都会发射红外线
③物体的红外辐射跟温度有关。
热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强。
4.4 电磁波谱
1.波长、频率和波速
(1) 波长:相邻的两个波峰(或波谷)之间的距离(单位:m)
(2) 频率:在1s内传播完整波长的个数
(3) 波速:用来描述波传播快慢的物理量三者关系：波速=波长×频率
即: c f
或 cT
4.2 电磁波谱
小结
二、电磁波谱 1、电磁波谱 ：按电磁波的波长或频率大小的 顺序把它们排列成谱，叫做电磁波谱 2、波长从大到小的顺序：无线电波、光波（红 外线、可见光、紫外线）、X射线、γ射线
三、电磁波的能量 电磁波有能量。电磁波是一种物质。 四、太阳辐射 太阳辐射的能量集中在可见光、红外线和紫外线三 个区域。黄绿光附近，辐射的能量最强。
电磁波的种类和应用归纳
波谱 无线 电波
红外线 可见光 紫外线 X射线 射线
特性 波动 性强 无线 应用 电技 术
热效应 加热 遥感 遥控
引起 视觉 摄影 照明
化学作用 贯穿能 贯穿能 荧光效应 力强 力最强 杀菌消毒
感光技术 检查探 工业探 医用消毒 测医用 伤医用 透视 治疗
问题与练习二解答 1．答：光和无线电波都是电磁波，区别在于它们的波长 不同。 10 2．答：传到眼睛需要的时间是 t s 3.3 s
二、电磁波谱
• 1、电磁波成分：电磁波的频率范围很广。无线电 波、光波（红外线、可见光、紫外线）、X射线、 γ射线都是电磁波。 • 2、定义：按电磁波的波长或频率大小的顺序把它 们排列成谱，叫做电磁波谱。如图所示
电磁波谱
波长短
频率高
波长长
频率低
二、电磁波谱
• 不同的电磁波由于具有不同的频率（波长）具有不 同特性 • 3、无线电波：λ＞1㎜的电磁波。用通信和广播。 微波炉用的也是无线电波。
3．有些动物在夜间几乎什么也看不见，而猫 头鹰在夜间却有很好的视力：其原因为 （C ）． A．不需要光线，也能看到 B．自身眼睛发光，照亮搜索目标 C．可对红外线产生视觉 D．可对紫外线产生视觉
关于电磁波谱的几点强调
3、频率(波长)不同的电磁波表现出作用不同． 红外线主要作用是热作用，可以利用红外线来 加热物体和进行红外线遥感； 紫外线主要作用是化学作用，可用来杀菌和消 毒； 伦琴射线有较强的穿透本领，利用其穿透本领 与物质的密度有关，进行对人体的透视和检查 部件的缺陷； γ射线的穿透本领更大，在工业和医学等领域 有广泛的应用，如探伤，测厚或用γ刀进行手 术． 返回
第9章波谱知识简介
4. 三种运动形式能级间的关系
B
4 3 J" 2 振 动 能 级
E
电 子 能 级 转 动 能 级
J" 2 0
2 0
1
A
0
分子总能量：E ＝ Ee ＋ EV ＋ Er
第二节 紫外光谱
一、 紫外光谱图
1. 波长范围：紫外光 4～400nm（4～200nm 远紫外区， 200～400nm 近紫外区）
可见光 400～800nm
丙醛的核磁共振谱图
偶合常数
Ha
偶合使得吸收信号裂分为多重峰， 多重峰中相邻两个峰之间的距离称为
H
Ha C
Hb C
Jab Ho
偶合常数（J），单位为赫（Hz）。
J的数值大小表示两个质子间相互 偶合（干扰）的大小。
当Ha和H b化学位移之差（Δυ）与偶合常数（Jab）之比大于6以
上时，可用上述方法来分析自旋裂分的信号，当Δυ接近或小于Jab
N（相邻H数） Multiplet（裂分峰数） （N＋1） Relative intensities of peaks（相对峰强）
0 1 2 3 4 5 6
Singlet(1，s)（一重峰） Doublet(2,d)（二重峰） Triplet(3，t)（三重峰） Quartet(4,q)（四重峰） Quintet(5,m)（五重峰） Sextet(6,m)（六重峰） Septet(7,m)（七重峰）
1 1:1 1:2:1 1:3:3:1 1:4:6:4:1 1:5:10:10:5:1 1:6:15:20:15:6:1
当两个相互偶合的质子化学位移之差与偶合常数相接近时，出现复杂的多重峰。
化学位移给出质子类型，裂分峰数给出邻近质子的信息，峰面积之 比给出各类质子的数目比。核磁共振和IR是有机结构测定的最有力的 工具。
第二章 电磁波及电磁波谱
∂M λ 2π hc 2 1 ( )' = 0 = • ch / λ kT 5 ∂λ e −1 λ
解得： λmaxT=2897.8
式中： λ ：波长。（μm） T ：绝对温度（K）
常用这种方法选择遥感器和确定对目标物进 行热红外遥感的最佳波段。
2.2.1 黑体辐射
2）物体的发射
基尔霍夫定律 在给定温度下，物 体对任一波长的发 射和吸收成正比， 比值与物体的性质 无关，只是波长和 温度的函数。即有：
0 = ελ M = / M λ λ
f (λ , T )α λ /= f (λ , T ) α λ
物体的光谱发射率等于物体的光谱吸收率。
材料 人皮肤 土壤（干） 水 石英岩 大理岩 铝 铜 铁 钢 油膜（厚0.0508mm） 油膜（厚0.0254mm） 沙 混凝土
温度℃ 30 20 20 20 20 100 100 40 100 20 20 20 20
用于遥控，热 成像仪，红外 制导导弹
微波用于微波 炉，通信、导 航、武器
电磁波谱
2.1.2 电磁波谱
近红外：0.76-3μm，中红外：3-6μm，远红外：615μm，超远红外：15-1000μm。 近红外（NIR：Near Infrared ）：0.75-1。4μm，短波 红外（SWIR：Short-wave Infrared ）：1.4-3μm，中 波红外（MWIR：Medium-wave Infrared）：3-6μm， 长波红外：（LWIR：Long-wave Infrared）： 615μm，远红外（FIR）：15-1000μm。 反射红外波段：0.76-3.0μm ，发射红外波段：3-18μm。 后者又称热红外（TIRS：Thermal Infrared Sensor ）。
解得： λmaxT=2897.8
式中： λ ：波长。（μm） T ：绝对温度（K）
常用这种方法选择遥感器和确定对目标物进 行热红外遥感的最佳波段。
2.2.1 黑体辐射
2）物体的发射
基尔霍夫定律 在给定温度下，物 体对任一波长的发 射和吸收成正比， 比值与物体的性质 无关，只是波长和 温度的函数。即有：
0 = ελ M = / M λ λ
f (λ , T )α λ /= f (λ , T ) α λ
物体的光谱发射率等于物体的光谱吸收率。
材料 人皮肤 土壤（干） 水 石英岩 大理岩 铝 铜 铁 钢 油膜（厚0.0508mm） 油膜（厚0.0254mm） 沙 混凝土
温度℃ 30 20 20 20 20 100 100 40 100 20 20 20 20
用于遥控，热 成像仪，红外 制导导弹
微波用于微波 炉，通信、导 航、武器
电磁波谱
2.1.2 电磁波谱
近红外：0.76-3μm，中红外：3-6μm，远红外：615μm，超远红外：15-1000μm。 近红外（NIR：Near Infrared ）：0.75-1。4μm，短波 红外（SWIR：Short-wave Infrared ）：1.4-3μm，中 波红外（MWIR：Medium-wave Infrared）：3-6μm， 长波红外：（LWIR：Long-wave Infrared）： 615μm，远红外（FIR）：15-1000μm。 反射红外波段：0.76-3.0μm ，发射红外波段：3-18μm。 后者又称热红外（TIRS：Thermal Infrared Sensor ）。
电磁波谱知识点总结
电磁波谱知识点总结一、电磁波的发现1、电磁场理论的核心之一：变化的磁场产生电场在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的(涡旋电场)●理解：(1) 均匀变化的磁场产生稳定电场(2) 非均匀变化的磁场产生变化电场2、电磁场理论的核心之二：变化的电场产生磁场麦克斯韦假设：变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场●理解：(1)均匀变化的电场产生稳定磁场(2)非均匀变化的电场产生变化磁场3、麦克斯韦电磁场理论的理解：恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不产生电场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场4、电磁场：如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场；这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场，变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统一体,这就是电磁场5、电磁波：电磁场由发生区域向远处的传播就是电磁波6、电磁波的特点：(1) 电磁波是横波，电场强度E 和磁感应强度B按正弦规律变化，二者相互垂直，均与波的传播方向垂直(2)电磁波可以在真空中传播,速度和光速相同. v=λf(3) 电磁波具有波的特性7、赫兹的电火花：赫兹观察到了电磁波的反射，折射，干涉，偏振和衍射等现象.他还测量出电磁波和光有相同的速度.这样赫兹证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波。
二、电磁振荡1、LC回路振荡电流的产生：先给电容器充电，把能以电场能的形式储存在电容器中。
（1）闭合电路，电容器C通过电感线圈L开始放电。
由于线圈中产生的自感电动势的阻碍作用。
放电开始瞬时电路中电流为零，磁场能为零，极板上电荷量最大。
随后，电路中电流加大，磁场能加大，电场能减少,直到电容器C两端电压为零。
放电结束，电流达到最大、磁场能最多。
（2）由于电感线圈L中自感电动势的阻碍作用电流不会立即消失，保持原来电流方向，对电容器反方向充电，磁场能减少，电场能增多。
电磁波谱 课件
人体也在发射红外线，体温越高，发射的红外线越强。根据 这个原理，红外体温计不与身体接触也可以测体温。
红外线主要作 用是热作用，可以 利用红外线来加热 注意: 物体和进行红外线 烤箱中的红光,不是 遥感 红外线,红外线是看不 见的.
红外线卫星云图 显示一九九九年九月 十六日台风约克于清 晨靠近香港时,中心 的风眼清晰可见 ．
红外线技 术的应用
利用红外线检测人体的健 康状态，本图片是人体的背 部热图，透过图片可以根据 不同颜色判断病变区域．
（三）、可见光：能作用于人的眼睛并引起视觉 的电磁波叫可见光。 在电磁波谱中是一个很窄的波段。λ在700nm400nm之间。由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫色光组 成。 观察物体、照相就是可见光的主要应用。
特性 波动 性强
热效应 加热 遥感 遥控
引起 视觉 摄影 照明
化学作用 贯穿能 贯穿能 荧光效应 力最强 力强 杀菌消毒
无线 应用 电技 术
工业探 检查探 感光技术 伤医用 测医用 医用消毒 透视 治疗
练习题:
1 、下列各组电磁波中 , 接波长由长到短排列正确的 是( D ) A、红外线、紫外线、可见光、γ射线 B、γ射线、紫外线、红外线、可见光 C、γ射线、紫外线、可见光、红外线 D、红外线、可见光、紫外线、γ射线
再见
紫外线看不见。
消毒灯、验钞机灯除发 出紫外线外，还发出少量紫 光和蓝光 画面上可以清晰的看到钱币
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防紫外线雨伞
（五）、 伦琴射线（X射线)和γ射线： λ比紫外线更短的是X射线、γ射线。 它们能量很高，穿透能力很强。X射线也称X 光：检查探测医用透视，γ射线对细胞有杀伤 力，医疗上用来治疗肿瘤 （γ刀），工业中可 用来探伤 。
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电磁波谱是由不同波长的电磁波组成的，包括宇宙射线、紫外线、可见光、红外其中，紫外-可见光谱是电磁波谱中的重要部分，其基本原理是Lambert-Beer定律，即溶液对光的吸收与溶液的浓度和光程长度成正比。紫外光谱的应用广泛，可以用于化合物的定性鉴别、结构确定以及定量分析。影响紫外光谱的因素包括共轭效应、空间效应和溶剂效应。共轭效应会使吸收峰向长波方向移动，并增大吸收强度；空间效应则由于空间位阻而改变紫外吸收光谱；溶剂效应则是随着溶剂极性的增大，π-π*跃迁产生的吸收带发生红移，而n-π*跃迁产生的吸收带发生蓝移。通过对比标准物的吸收峰形状、数目、位置和大小，可以实现化合物的定性鉴别。同时，紫外光谱还可以用于确定化合物的结构，例如双键位置和顺反式。在定量分析方面，可以采用标准曲线法等方法进行测定。