光化学一章课件

第一章光和光化学技术基础一、光的基本性质二、光学光谱区三、光源四、光化学实验技术五、思考题1.光的基本性质有关光性质的研究已经有300多年的历史，它和经典物理学和近代物理学的发展始终是密切相关的，研究证明，光具有二重性，即既可看成是显示波动性的电磁波，也可看成显示微粒性的光量子。1.1黑体辐射理想黑体可吸收照射其上的全部能量，而与入射光波长无关。基尔霍夫定律：一个好的吸收体也是一个好的发射体。理想的黑体辐射源可由一大的球行腔做成，内壁是黑的，可吸收可见和不可见光区的全部辐射，辐射由腔壁上的一个小洞发射出来。实验用黑体都是近似模拟的。一个可加热的炉子，炉腔内再放一个带小孔的耐热空心壳，炉子加热，空心壳通过小孔发射能量。辐射能量分布与炉温度有关。经典物理的研究结果：W=σT4，λmaxT=2.8978×10-3米·开能量量子化：普朗克假设一个原子谐振子只能吸收或发射不连续的一份一份的能量，揭示了能量量子化，h=(6.6256±0.0005)×10-34焦耳·秒1.2光电效应赫兹发现光电子发射后，經典电磁理论无法解释：发射的光电子数与入射光强成比例，但光电子动能与入射光强无关，仅与入射光的频率成正比。1905年爱因斯坦发展了普朗克的量子论，指出辐射场也是量子化的，它的吸收量也只能以量子hν(光子)来进行，并由此给出了光电效应方程。1.3光压研究慧星时就提出了光辐射应当给被照物一定的压力---光压。后经麦克斯韦、列别捷夫和盖拉赫等发展，指出光子不仅有能量也有动量，它是物质的一种形式。1.4偏振光经典物理指出：由电偶极子振动所产生的光辐射是线偏振光或称平面偏振光，其中光的电场强度和符号随时间而改变，但电场的方向却不变。实际光源的电矢量永远垂直于光的传播方向，但取向随时间是无规则变化的。自然光、太阳辐射、各种非相干辐射源所产生的光都是这样的。电磁辐射偏振光的产生fan起偏过程：使光束产生某种行式的不对称性并选择某种偏振态。起偏器：起偏器都是基于二向色性（或选择吸收）、反射、散射及双折射四种物理机制之一而产生起偏作用的。2.1光学光谱区由红外线经过可见光到紫外线这一频段将为光学光谱区，它仅是宽广的电磁波谱的一个小频段。电磁波谱2.2光学光谱区各频段的性质红外线频率范围3×1011Hz—4×1014Hz。任何物质都可以吸收和辐射红外线。可见光谱范围3.84×1014---7.69×1014HΖ。可见光一般由原子和分子中的外层电子重新排列而产生，植物光学作用、生物视觉都是利用了可见光。紫外线波段范围8×1014----3×1017Hz(光子能量3.2ev-1.2×103ev)。光子能量与许多化学反应的能量在同一量级，大气中的臭氧吸收掉太阳的小于3000Å的紫外辐射。电磁波谱其它频段光的性质射频波段高频端用于电视和无线电广播。微波由原子内层电子跃产生（30cm-1mm）可以穿透大气。高频段包括了X射线、γ射线等2.3光子能量单位fan波数：每厘米长度内波的数目称波数。电子伏特：一个电子伏特表示一个电子在一伏特电位降的场中所获能量。1ev=8066cm-1≈23kcal·m-1≈97kJ·mol-11光子/秒=12389.52/λ电子伏特，其中波长λ的单位为电子伏特。3.1光源的作用和种类光化学研究中光既是能量的来源，也是研究光化学反应动力学的信息源。光源可分为两大类：非相干辐射源和相干辐射源。非相干辐射源：黑体、太阳、白炽灯、普通的气体放电灯、脉冲闪光灯等。相干辐射源：各类连续工作和脉冲工作的激光器。3.2常用非相干辐射源能谱分布各种非相干光源所辐射的都不是单色光。属热辐射类型的黑体、太阳、白炽灯都具有连续光谱。太阳光白炽灯白炽钨丝灯所辐射的连续谱和黑体辐射相近，适合于产生可见光。如要得到足够强度的紫外波段的光，其工作温度往往需要非常高，可在灯中加入少量的碘。电弧灯有些气体放电灯可提供能量基本集中在某几个置带或谱线区的光。主要有高压汞灯，低压汞灯，脉冲式高压氙灯（用于光解反应或作为激光的光泵）。参看书本第20页高压氙灯3.3常用的激光器激光器的特性高单色性。脉冲宽度可以很窄，适合于时间分辨短脉冲可产生高峰值功率。光束面积小，峰值光强可很高。高方向性。空间相干性。3.4市场上可以获得的光源续1续2续33.5同步辐射光源提供真空紫外光。真空紫外光可以引发高能过程，包括高激发态和光电离过程。3.6单色辐射的获得在光源的前面加各种滤光片、干涉滤光片、使用有光栅单色仪的分光仪器等。3.7光强的测量太多数实验室采用相对的测量方法，这时用已知能量光谱分布的标准灯。物理方法：用光辐射探测器，常用的有热探测器（如真空热电堆）、光电池、光电倍增管（光阳极表面具有选择吸收特性）。化学方法：使用化学露光剂，常用草酸铁钾[K3Fe(C2O4)3·3H2O]和草酸双氧铀。物理方法测光强的优缺点fan热堆：测前后结点间产生的电热差并与温度对应。缺点为对室温有很大的敏感性。光电池：容易带来噪声问题。光电倍增管：适合弱光的检测（PMT）4.1光化学反应、实验装置光源发出的光经聚焦、滤光、穿过反应装置后由热堆、光电池等检测反应器中的吸光度。激光扫描现场微区光电化学显微图像（In-situPEM)测试系统示意图4.2光化学中间体光化学中间体包括：原子、自由基和离子等因光体而产生的碎片等物种；这些碎片的激发态；吸光物质产生的激发态以及它参与的荧光、磷光及无辐射跃迁等过程。4.3光化学中间体的鉴定与测定光学光谱技术，特别在可见和紫外波段范围内通常是检测中间体的最灵敏和最有效方法之一。发光、吸收、激光拉曼光谱、光电离方法、磁共振技术。4.4时间分辨和高分辨光化学fan时间分辨技术是由２０世纪５０年代Norrish和Porter建立闪光解开始。思考题1、光的性质、特点2、光源的种类、特点、应用3、光强的测定方法4、光化学研究方法、研究领域THEEND人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。