电磁辐射及其对物质的相互作用
电磁辐射的特性,与物质的相互作用有哪些？
电磁辐射的特性，与物质的相互作用有哪些？
答：特征：波动性，微粒性。
作用：①吸收：物质分子吸收光子能量
②发射：物质分子收到辐射能，光能，电能热能等跃迁到激发态，再有激发态返回基态并以辐射能释放能量。
③散射：物质分子与光子发生弹性碰撞，方向改变，能量不变；
④拉曼散射：物质分子与光子发生非弹性碰撞，方向改变，能量交换；
⑤折射，反射：光辐射从一种介质1进入另一种介质2，一部分以一定角度回到介1，成为反射；另一部分以一定的角度折射进去介质2 。
第二章-光谱分析法概论
E单位：电子伏（eV）或焦耳（J） h －普朗克常数，h＝6.626×10-34 J·s-1； C为光速。
例：波长为200nm的电磁波，其能量是多少电子伏特（eV）？ 解：
电磁波谱
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二、电磁辐射与物质相互作用
电磁辐射与物质的相互作用是复杂的物理现象。 涉及能量变化：吸收、发射； 不涉及能量变化：反射、散射、折射、衍射。
第二章 光谱分析法概论
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本章主要内容：
一、电磁辐射及其与物质的相互作用 二、光学分析法的分类 三、光谱分析仪器
概述
光学分析法是基于电磁辐射与物质相互作用后，电磁辐 射发生某些变化或被作用物质的某些性质发生改变而产 生各种信号，利用这些信号对物质的性质、组成及结构 进行分析的一种方法。
光学分析法的原理主要包含三个过程： （1）能源提供能量； （2）能量与被测物质相互作用； （3）产生被检测的信号。
3
第一节 电磁辐射及其与物质的相互作用
4
电磁辐射的性质：波粒二象性
1.波动性
电磁辐射的传播以及反射、折射、散射、衍射及 干涉等现象表现出电磁辐射具有波的性质。
图2-1 电磁波的传播
6
波动性参数描述
（1）周期 T 相邻两个波峰或波谷通过某一固定点所需要的时间间隔称为周期。单 位:s(秒)。
（2）频率ν 单位时间内电磁波振动的次数称为频率。单位：Hz或周/秒。 ν ＝1/T
范围的谱带。
2.组成：
单色器
入射狭缝 色散元件 准直镜
棱镜 光栅
分光系统
出射狭缝
滤光器
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（1）狭缝 狭缝为光的进出口， 狭缝宽窄直接影响分 光质量。狭缝过宽， 单色光不纯，将使吸 光度变大；过窄，则 通光量变小，灵敏度 降低。因此狭缝宽度 要适当。
4射线与物质的相互作用
4射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用是重要的物理现象，而γ射线是最能穿透物质的射线之一、在本文中，我们将探讨γ射线与物质的交互作用以及其在实际应用中的一些重要性。
γ射线是一种高能电磁辐射，具有极短的波长和高能量。
由于其能量较高，γ射线能够穿透物质，与其相互作用的方式不同于其他类型的射线，如α射线和β射线。
γ射线与物质的相互作用主要有三种方式：光电效应、康普顿散射和正负电子对产生。
这些相互作用方式是基于射线与物质中的原子核和电子相互作用的不同方式。
光电效应是γ射线与物质中的原子相互作用的结果。
当γ射线与物质中的原子相互作用时，光电效应会发生。
这种效应发生在γ射线传递给物质中的一个原子时，能量足够大，以至于它能够从原子中剥离一个电子。
这个被剥离的电子会产生一个光电子，其能量等于原子束缚电子与γ射线之间的能量差异。
康普顿散射是γ射线与物质中电子相互作用的结果。
当γ射线与物质中的电子相互作用时，康普顿散射会发生。
这种散射使γ射线的能量发生变化，并且使其改变方向。
这种散射事件发生的概率依赖于射线的能量以及物质中的电子密度。
正负电子对产生是通过相互作用的γ射线产生正负电子对的结果。
在此过程中，γ射线的能量转化为质子和反质子的质能，并且正负电子对几乎可以立即转化为电子和正电子。
γ射线与物质的相互作用有许多实际应用。
其中一个重要的应用是在医学成像中，如X射线、CT扫描和放射性同位素扫描中。
γ射线能够穿透人体组织，从而提供用于诊断和治疗的重要信息。
另一个应用是在核能产生中。
γ射线是核反应的一个产物，它能够提供对核反应过程的重要信息，以及对天然放射性物质的辐射测量。
此外，γ射线还用于工业应用。
它被广泛应用于无损检测，如金属检测和材料分析。
由于其能够穿透物质，γ射线可以检测到隐藏在物体内部的缺陷和杂质。
射线与物质的相互作用还存在一些潜在的危害。
由于γ射线能够穿透物质，暴露于γ射线下可能会导致辐射损伤和放射性污染。
电磁辐射电磁波和物质的相互作用
电磁辐射电磁波和物质的相互作用电磁波是由电场和磁场通过空间传播而形成的一种能量传递现象。
电磁辐射是指电磁波在空间中传播的过程。
电磁辐射在生活中无处不在，如无线通信、电视、手机、微波炉等都离不开电磁辐射。
但是，电磁辐射对人体和物质会产生一定的影响。
本文将探讨电磁辐射电磁波和物质相互作用的相关内容。
一、电磁波的特性及分类电磁波是由电磁场的震动所引起的能量传播现象。
根据频率的不同，电磁波可分为多个不同的类型，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。
这些电磁波具有不同的特性，其对物质的相互作用也有所不同。
二、电磁辐射对物质的影响1. 热效应：高频电磁辐射会引起物质的加热效应。
例如，微波炉利用微波辐射来加热食物。
这是因为微波辐射的频率和水分子的振动频率相近，导致水分子受到激发而产生热量。
同样，太阳辐射也会引起物质的加热效应，影响气候和生态环境。
2. 光电效应：某些物质对可见光及紫外线辐射有光电效应的作用。
例如，光电效应是指当金属表面受到紫外线辐射时，电子从金属表面被激发出来形成光电流。
这一效应在光电池和照相机等设备中有广泛的应用。
3. 化学效应：一些物质对电磁辐射具有敏感性，可以引发化学反应。
例如，紫外线能够使皮肤产生黑色素，导致晒黑。
此外，紫外线还能够杀灭细菌，被广泛应用于消毒和杀菌处理。
三、电磁辐射对人体的影响电磁辐射对人体有一定的影响，特别是长期暴露在高强度电磁辐射下会对健康产生潜在风险。
常见的电磁辐射包括电视、手机、微波炉、电磁炉等。
它们所产生的电磁波会与人体的细胞和组织相互作用，可能引起一些健康问题。
高强度电磁辐射可能对生物的遗传物质DNA产生损伤，导致遗传变异和基因突变。
此外，长期接触电磁辐射还可能引起细胞增殖异常，导致肿瘤的发生。
然而，目前对于电磁辐射对人体健康的潜在影响仍存在争议，科学界也在不断进行研究以进一步了解电磁辐射对人体的影响机制。
四、减少电磁辐射的方法为了减少电磁辐射对人体产生的潜在影响，我们可以采取一些措施来降低电磁辐射的暴露程度。
辐射与物质的相互作用
辐射在自然界中无处不在，例如 太阳光、地球的天然放射性物质
等。
辐射的分类
电离辐射
具有足够的能量使原子或分子的电子 被剥离，形成带电的离子或激发态的 原子或分子。
非电离辐射
能量较低，不足以引起电离，如无线 电波、微波和可见光等。
辐射的性质
01
02
03
穿透性
某些类型的辐射能够穿过 物质，如X射线或伽马射 线。
分子与辐射的相互作用
要点一
分子吸收辐射
分子可以吸收特定波长的辐射能量，导致分子振动或转动 能级发生变化。
要点二
分子荧光和磷光
当分子吸收能量后，可能会以荧光或磷光的形式释放能量 。
固体与辐射的相互作用
热传导
固体吸收辐射能量后，通过晶格振动将能量 传递给相邻原子或分子。
光催化
某些固体材料在光的作用下可以催化化学反 应的进行，如光解水或光合作用等。
电子对生成
总结词
电子对生成是指高能光子与物质相互作用时，光子的能量被物质吸收，导致物 质中的电子和正电子对产生的现象。
详细描述
当高能光子与物质相互作用时，光子的能量可以被物质吸收。在电子对生成中， 光子的能量足够高时，会导致物质中的电子和正电子对产生。这一过程可以用 来解释高能光子在物质中的吸收和转化等现象。
包括防辐射服、手套、鞋等，用于减少辐射对 人体的伤害。
监测仪器
使用辐射监测仪器，定期检测工作环境和个人 的辐射剂量，以便及时采取防护措施。
培训和教育
加强辐射防护的培训和教育，提高公众对辐射危害的认识和自我保护意识。
THANKS
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要意义。
放射性示踪技术
总结词
利用放射性示踪技术可以追踪物质的运动和分布，广泛 应用于环境监测、化学反应研究等领域。
分析化学 第九章 光谱分析法概论
散射
③运动方向改变
Raman散射 ①非弹性碰撞
Stokes线λ散＜λ入
②有能量交换,光的频率改变
③运动方向改变
反Stokes线λ散＞λ入
散射光强 I ∝ 1/λ λ散-λ入 为拉曼位移，与分子的振动频率有关。
h
10
三、电磁辐射与物质的相互作用
4.折射和反射
反射：当光从介质1照射到与介质2时，一部分 光在界面上改变方向返回介质1的现象。
Planck常数：h = 6.626 × 10 -34 J . S 光速：c = 2.997925×1010cm/s
h
5
⒋波长越小、频率越大，能量越大。 ⒌单色光：
单波长的光（由具有相同能量的光子组成）
⒍能量常用单位：eV erg J ⒎能量换算关系：
1 e V 1 .6 1 0 1 9 J 1 .6 0 2 2 1 0 1 2 e r g
2.发射
2
样品
1
E 21h21hC / 21 E2h2hC/2
火焰或电弧
0
E1h1hC/1
λ2 λ1
λ21
λ
火焰、电弧激发的发射光谱示意图
2
I0
样品
I
E 21h21hC / 21 2hC/2
E1h1hC/1
光致发光示意图
λ2 λ1
λ21
h
9
三、电磁辐射与物质的相互作用
3.散射
Rayleigh散射①弹性碰撞 ②无能量交换，光的频率不变
λmax不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形 状和λmax不同。
h
15
h
16
③吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质 定性分析的依据之一。
γ射线与物质相互作用的三种方式
γ射线与物质相互作用的三种方式γ射线是一种高能电磁辐射，具有穿透力强的特点。
它与物质的相互作用主要通过三种方式：康普顿散射、光电效应和正电子湮灭。
首先，康普顿散射是γ射线与物质中的电子相互作用的一种方式。
当γ射线遇到物质中的自由电子时，它会失去能量并改变方向，同时将一部分能量转移到电子上。
这种散射现象是由于γ射线光子的能量足够大，可以与电子发生碰撞，并将一部分能量转移给电子。
康普顿散射的过程中，γ射线的波长增加了，而散射后的电子也被赋予了动能。
康普顿散射的能谱可以用来测量物质中的电子浓度。
其次，光电效应是γ射线与物质中原子内部的电子相互作用的一种方式。
当γ射线能量足够高时，它可以与物质中的电子发生相互作用，将能量转移到电子上，使其脱离原子。
这种效应的产生与电子的束缚能有关，当γ射线的能量超过或等于电子的束缚能时，光电效应就会发生。
光电效应的能谱可以用来测量物质中的电子结构和束缚能。
最后，正电子湮灭是γ射线与正电子相互作用的一种方式。
正电子是反电子，具有正电荷。
当正电子与物质中的电子相遇时，它们会发生湮灭，并产生一对γ光子。
正电子湮灭过程中产生的γ光子有特殊的能谱分布，可以用来研究物质中的电子和正电子的相互作用。
除了上述三种方式，γ射线也可以通过康普顿散射和光电效应发生电子正电子对的产生，这是一种典型的能量转换现象。
在这种情况下，一部分γ射线的能量被转换成电子正电子对，而另一部分γ射线则保持原样。
这种现象在高能物理实验中经常被利用，用于测量γ射线的能量和动量分布。
综上所述，γ射线与物质相互作用的三种主要方式是康普顿散射、光电效应和正电子湮灭。
这些相互作用过程不仅在理论物理研究中具有重要意义，还在医学诊断和工业领域中有重要的应用。
通过理解和研究这些相互作用过程，我们可以更好地利用γ射线的特性，并开发出更多的应用。
光学分析
的二次辐射。
3. 分子荧光和磷光光谱法
物质分子受辐射激发后其外层电子由基态跃迁
到激发态，当它们返回基态时，以辐射的形式
释放出能量。
4. 化学发光分析
在一些特殊的化学反应中，由于吸收了反应 所释放出的化学能而处于电子激发态的反应
中间体或反应产物，由激发态回到基态时所
产生的一种光辐射。
光学分析法
非光谱分析法 光谱分析法
物质受到激发而跃迁
到激发态后，由激发态回到基态时以辐射的 方式释放能量。
X →X
X→ X+h
(二) 不发生能级跃迁
折射和反射 当光从介质 1 照射到介质 2 界面时，一
部分光返回介质1，称为光的反射，另一部分光则改变
方向，以一定折射角度进入介质2，称为光的折射。 干涉和衍射 在一定条件下光波会相互作用。当叠
光谱法和散射光谱法。
吸收光谱 (absorption spectrum)
吸 光 度 (A)
1
1
(nm)
1 2 3 4 5 6 … n
光谱的不同形式
带状光谱
nm
线状光谱
连续光谱：由炽热的固体或液体发射。
太阳连续光谱
2.非光谱法
不涉及物质内部能级的跃迁，
仅通过测量电磁辐射的某些基本性质反射、 折射、干涉、衍射和偏振)的变化, 主要有折
(1)吸收池:比色皿(如紫外-可见分光光度法)、 透明片(如红外分光光度法)等 (2) 特殊装置:雾化器(如原子吸收分光光度法)
等
4. 检测器
(1) 光检测器 硒光电池、光电二极管、光电倍增管、硅二极 管阵列检测器、半导体检测器等 (2) 热检测器 真空热电偶检测器、热释电检测器等
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电磁辐射及其对物质的相互作用
电磁辐射，作为一种广泛存在于自然界中的物理现象，对物质的相互作用具有
重要意义。
它的研究领域广泛，涉及到物理学、生物学、医学等多个学科。
本文将从不同角度探讨电磁辐射对物质的相互作用，包括其对生物组织、环境和物质结构的影响。
首先，电磁辐射对生物组织的影响是人们十分关注的一个方面。
近年来，随着
无线通信技术的快速发展，人们在日常生活中接触到的电磁辐射不断增加。
因此，对电磁辐射产生的潜在危害进行研究成为一项重要任务。
研究表明，长期接触大功率电磁波辐射可能对人体健康产生一定的影响，如导致电离辐射所致的细胞DNA
损伤、免疫功能下降等。
此外，电磁辐射还可能对生物体的生理活动产生干扰，例如改变人体内生物电流的传导。
因此，充分了解电磁辐射对生物组织的影响，对于保护人体健康具有重要意义。
其次，电磁辐射也对环境产生一定的影响。
空间中的电磁辐射来自于太阳和星
际射电信号等多个源头。
这些电磁辐射不仅对地球的大气、水环境产生一定的影响，还会对动植物的生长和繁殖产生一定的影响。
例如，太阳辐射中的紫外线能够杀死水中的微生物，起到一定的消毒作用。
同时，电磁辐射还能够影响动物的迁徙、繁殖行为以及作物的生长发育。
因此，电磁辐射对环境的影响需要引起我们的重视和研究。
此外，电磁辐射还对物质的结构和性质产生一定的影响。
在材料科学领域，电
磁辐射被广泛应用于材料合成和改性。
例如，电磁辐射可以通过改变材料中的结构和化学键来调控其性质。
在医学领域，电磁辐射在诊断和治疗方面也有重要应用。
例如，X射线被广泛应用于医学影像学，而电磁波的热效应则被用于肿瘤的治疗。
这些应用既体现了电磁辐射与物质相互作用的机制，也促进了材料科学和医学的发展。
总之，电磁辐射作为一种自然现象，对物质的相互作用具有重要意义。
它对生
物组织、环境和物质结构产生着广泛而复杂的影响。
为了更好地探究电磁辐射与物质之间的相互作用，在今后的研究中，我们需要更深入地了解电磁辐射的性质和机制，同时也需要加强对电磁辐射对人体健康和环境的影响进行系统研究。
只有这样，我们才能更好地利用电磁辐射的优势，同时避免其潜在的危害。