吸收光谱学

吸收光谱学是指测量辐射吸收的光谱技术，作为频率或波长的函数，由于它与样品的相互作用。 样品从辐射场吸收能量，即光子。 吸收强度随频率变化，这种变化就是吸收光谱。 吸光谱学是在整个电磁频谱中进行的。

吸收光谱学被用作分析化学工具来确定样品中特定物质的存在，并且在许多情况下，量化存在的物质的量。 红外和紫外-可见光谱在分析应用中尤为常见。 吸收光谱学还用于分子和原子物理学、天文光谱学和遥感研究。

有多种用于测量吸收光谱的实验方法。 最常见的安排是将生成的辐射束对准样品并检测通过它的辐射强度。 传输的能量可用于计算吸收。 根据频率范围和实验目的，来源、样本排列和检测技术会有很大差异。

以下是吸收光谱的主要类型：

材料的吸收光谱是材料在电磁辐射频率范围内吸收的入射辐射的分数。 吸收光谱主要由材料的原子和分子组成决定。 辐射更有可能在与分子的两个量子力学状态之间的能量差相匹配的频率下被吸收。 由于两种状态之间的转变而发生的吸收称为吸收线，光谱通常由许多线组成。

吸收线出现的频率及其相对强度主要取决于样品的电子和分子结构。 频率还将取决于样品中分子之间的相互作用、固体中的晶体结构以及多种环境因素（例如温度、压力、电磁场）。 这些线还将具有主要由系统的谱密度或状态密度决定的宽度和形状。

吸收线通常根据分子或原子中引起的量子力学变化的性质进行分类。 例如，当分子的旋转状态发生变化时，就会出现旋转线。 旋转线通常出现在微波光谱区域。 振动线对应于分子振动状态的变化，通常出现在红外区域。 电子线对应于原子或分子电子状态的变化，通常出现在可见光和紫外线区域。 X 射线吸收与原子中内层电子的激发有关。 这些变化也可以组合（例如旋转振动转变），导致在两种变化的组合能量处产生新的吸收线。

与量子力学变化相关的能量主要决定吸收线的频率，但频率可以通过几种类型的相互作用而改变。 电场和磁场会引起偏移。 与邻近分子的相互作用会导致变化。 例如，当气相分子处于液相或固相并与相邻分子相互作用更强烈时，气相分子的吸收线会发生显着偏移。

吸收线的宽度和形状由用于观察的仪器、吸收辐射的材料和该材料所处的物理环境决定。

线通常具有高斯或洛伦兹分布的形状。 仅通过强度和宽度而不是整个形状来描述线条也很常见。

通过对吸收线下的面积进行积分获得的积分强度与存在的吸收物质的量成正比。 强度还与物质的温度以及辐射与吸收体之间的量子力学相互作用有关。 这种相互作用由转换时刻量化，并取决于转换开始的特定较低状态，以及它连接到的较高状态。

吸收线的宽度可由用于记录它的光谱仪确定。 光谱仪对它可以分辨的线有多窄有一个固有的限制，因此观察到的宽度可能处于这个限制。 如果宽度大于分辨率极限，则主要由吸收体的环境决定。