光的吸收、散射和色散.docx

第十章光的吸收、散射和色散
光作为一种电磁波，在通过介质时，会与介质分子发生相互作用，其传播情况会发生变 化。这种变化主要体现在两个方面。一方面，光束进入介质越深，其强度将越被削减得严重。 这是由于有一部分光能被介质所吸收，转化为其它形式吸收图谱来鉴别它们，则所需样品量极少，手续简捷，所得到的区别一目了然。
另外特殊的基团，具有特定位置的选择吸收，吸收峰位置的移动与基团的联接方式直接 相关。根据吸收峰的位置，以及峰位、强度的变化，就可以对吸收物质的化学成份作出定性 的描述。这一方法现已广泛地应用于化学定性分析之中。例如图(10-2)中3-4微米处的吸收 峰为甲基中C-H键的振动所致，而6〜7微米处及13〜14微米两处的吸收峰则是由苯环中的 C-C键及C-H键的振动所致。而8〜10微米处的一系列吸收峰，则显示了苯环上甲基的数量 以及它们联接方式的不同。换言之，人们可以利用吸收光谱中，特殊的吸收峰位，以及吸收 峰位的移动、分裂等特点，来分析物质的分子结构。这一过程被称之为光谱分析。将在下一 章中讨论。
图10-2(a)邻二甲苯红外吸收图
波数(cm i)
图10-2(b)间二甲苯红外吸收图
§10-2光的散射
一、 光的散射现象及其分类
当一束光通过不均匀的透明介质时，我们可以从各方向看到这一光束，这是由于介质的 不均匀性，使光束散射到四面八方的结果。我们就称这种现象为光的散射(Scattering) 0
光的散射与介质的不均匀性密切相关。光作为电磁波传人介质时，将激起介质分子作受 迫振动。根据惠更斯原理，在介质内部将激发出许许多多的子波。若介质是均匀的，这些子 波彼此是相干的，相干迭加的结果，只剩下遵从几何光学规律的光线，其余方向的振动相干 抵消。若介质的均匀性被破坏，同时也就破坏了这种相干迭加性，迭加的结果，除去上述遵 从几何光学规律的光线存在外，在其它方向也多少存在有一些光线，这就形成了散向四面八 方的散射光。另外由于分子热运动的原因，可以造成局部密度不均匀的涨落，而导致介质的 不均匀性，从而形成光的散射。按介质中不均匀团块性质的不同，可将散射分为两大类：
悬浮质点的散射：如胶体，乳浊液，烟雾，灰尘等微粒对光的散射。这类散射的特点 是：散射质点的线度大体与光的波长相当(约10-5厘米)。散射光的强度与波长的关系不大。 具有这种性质的散射又被称之为廷德尔(Tyndall)散射。
分子散射：即使是十分纯净的液体或气体，由于分子热运动的原因，可以造成局部密 度不均匀的涨落。从而引起光的散射。这种散射的特点为:散射质点的线度远小于光的波长(约 为10”厘米)，散射光的强度随波长变化急剧。我们称这类散射为分子散射。
二、 瑞利散射定律
瑞利(Rayleigh)在研究了线度小于光的波长的细微质点的散射后，提出了散射光强与波 长四次方(入*)成反比的实验规律，这就是著名的瑞利散射定律。即：
匚81/入 483 4 (10-5)
按照光的电磁理论，每一质元可以看作是在匀强电场中作受迫振动，这相当于偶极辐射， 2P/r，其中：3为偶极振荡的角频率，P为偶极矩。因此辐射功率
W8 E2 8 3 4P2/r2 (10-6)
由于介质的不均匀性，各次波的迭加是非相干的，因此在计算散射光的强度时，可