1.1　電磁輻射的性質(zhì)

電磁輻射是一種以極大的速度（在真空中為2.9979×10¹⁰cm/s）通過空間，而不需要以任何物質(zhì)作為傳播介質(zhì)的能量形式。電磁波包括無線電波、微波、紅外光、紫外-可見光、X射線和γ射線等。

1.1.1　電磁波的波動性和微粒性

電磁輻射（也稱為電磁波）具有波粒二象性。

電磁波的波動性可以用電場矢量E和磁場矢量H來描述。如圖1-1是最簡單的單個頻率的平面偏振電磁波。

平面偏振就是電場矢量E在一個平面內(nèi)振動，磁場矢量H在另一個與電場矢量相垂直的平面內(nèi)振動。電場和磁場矢量都是正弦波形，并且垂直于波的傳播方向。與物質(zhì)的電子相互作用的是電磁波的電場矢量，所以磁場矢量可以忽略，僅用電場矢量代表電磁波。波的傳播以及反射、衍射、干涉、折射和散射等現(xiàn)象表現(xiàn)了電磁波具有波的性質(zhì)，可以用速度、頻率、波長和振幅等參數(shù)來描述。

（1）周期T　相鄰兩個波峰或波谷通過空間某一固定點所需要的時間間隔稱為周期，單位為s（秒）。

（2）頻率ν　單位時間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，是表示周期運動頻繁程度的量，常用符號ν表示，它等于周期的倒數(shù)即ν=1/T，單位為1/s（1/秒），稱為赫茲，以Hz表示。電磁波的頻率與通過的介質(zhì)無關(guān)，只取決于輻射源。

（3）波長λ　相鄰兩個波峰或波谷間的直線距離。若電磁波傳播速度為c，頻率為ν，則波長λ為：

　　（1-1）

（4）波數(shù)σ　每厘米長度內(nèi)含有的波長數(shù)目，即波長的倒數(shù)：

　　（1-2）

波數(shù)的單位為cm^-1（厘米^-1），將波長換算為波數(shù)的關(guān)系式為：

　　（1-3）

光速c與波長λ、頻率ν、波數(shù)σ及能量E之間的關(guān)系如下：

　　（1-4）

　　（1-5）

式中，h為普朗克常數(shù)。可見光的波長λ越大，光量子的能量E就越小。

電磁輻射是以接近光速（真空中光速為c）傳播的能量。

根據(jù)量子理論，原子、分子或離子都有確定的能量，它們僅僅能存在于一定的不連續(xù)能級上。當物質(zhì)改變其能級時，它吸收或發(fā)射的能量（即輻射）應(yīng)完全等于兩能級間的能量差。即相應(yīng)輻射的波長與兩能級間的能量差應(yīng)符合下式：

　　（1-6）

式中，E₁和E₀分別表示高能級和低能級的能量。

對原子和離子來說，有圍繞原子核運動的電子的電子能級，而分子除電子能級外，還存在原子間相對位移所引起的振動能級和轉(zhuǎn)動能級。原子或分子的最低能級稱為基態(tài)，較高能級稱為激發(fā)態(tài)。室溫下，物質(zhì)一般處于它們的基態(tài)。

1.1.2　電磁波譜

各種電磁波按照波長或頻率的大小順序依次排列所繪制的圖表稱為電磁波譜，表1-1列出了電磁波的有關(guān)參數(shù)。電磁波的波長愈短，其能量愈大。γ射線的波長最短，則能量最大；X射線，能量次之；紫外-可見光和紅外光，能量依次減小；無線電波，波長最長，其能量最小。電磁波的波長或能量與能級躍遷的類型有關(guān)。若要使分子或原子的價電子從低能級激發(fā)至高能級，所需要的能量為1～20eV，該能量范圍對應(yīng)的電磁波的波長為60～1240nm，而波長為200～400nm的電磁波屬于紫外光區(qū)，波長為400～800nm的電磁波屬于可見光區(qū)。因此，分子吸收紫外-可見光區(qū)的光子獲得的能量足以使價電子躍遷。根據(jù)式（1-6）可以算出各種躍遷類型需要的能量所對應(yīng)的波長。