Optical Spectroscopy of Lanthanides pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Wybourne, Brian G./ Smentek, Lidia

出品人:

页数:352

译者:

出版时间:2007-2

价格:$ 225.94

装帧:

isbn号码:9780849372643

丛书系列:

图书标签:

• Lanthanides
• Optical Spectroscopy
• Spectroscopy
• Rare Earths
• Atomic Physics
• Quantum Mechanics
• Luminescence
• Absorption Spectroscopy
• Materials Science
• Physics

物质的微观世界：原子与分子的光谱解析 本书深入探讨了物质在原子和分子层面的光与物质相互作用现象，重点聚焦于如何通过光谱学手段揭示物质的内在结构、电子态以及动态过程。全书内容旨在为物理学、化学、材料科学以及相关工程领域的科研人员和高年级学生提供一套系统而深入的理论框架与实验技术指南。 第一部分：光谱学的基本原理与工具 本部分奠定了理解后续高级主题的基础，详细阐述了光与物质相互作用的基本量子力学图像，以及由此衍生出的各种光谱学技术的核心概念。 第一章：电磁辐射与量子基础 开篇回顾了经典电磁波理论，并迅速过渡到量子力学描述下的光子概念。重点解析了玻尔模型在能级跃迁中的局限性，并引入了更精确的量子力学术语，如薛定谔方程、哈密顿量以及微扰理论。详细讨论了电子在原子和分子轨道间的跃迁选择定则（$Delta l = pm 1$ 等），以及偶极辐射（Dipole Radiation）的数学形式。此外，探讨了自发辐射、受激辐射和吸收过程的速率方程，为激光物理和光谱技术的设计打下理论基础。 第二章：光谱仪与数据采集 本章聚焦于实验装置，详细介绍了现代光谱分析设备的关键组件和工作原理。 光源的选择与特性： 涵盖了从低压气体放电灯、连续光源（如钨卤灯、氘灯）到高功率激光器（包括窄线宽、可调谐光源）在不同波段的应用考量。特别强调了激光在增强信号和实现高分辨率光谱中的核心作用。 色散元件： 深入分析了棱镜和光栅（包括全息光栅和刻划光栅）的分光原理。详细推导了光栅方程，并讨论了衍射效率、杂散光抑制等实际工程问题。 探测器技术： 对比了不同类型探测器的性能，包括光电倍增管（PMT）、电荷耦合器件（CCD）和更先进的深空冷却阵列探测器。讨论了量子效率、暗电流、动态范围等关键参数对实验结果的影响。 信号处理与噪声控制： 介绍了锁相放大技术（Lock-in Amplification）在检测微弱信号中的应用，以及傅里叶变换（FT）光谱学如何通过编码信息来提高信噪比和光谱分辨率。 第二章末尾，提供了一个关于如何根据所需波长范围（紫外-可见-近红外、中红外、太赫兹/远红外）选择合适光路设计的实用指南。 第二部分：原子光谱的精细结构与解析 本部分将理论应用于孤立原子体系，探讨了导致原子能级复杂性的各种效应。 第三章：原子能级与精细结构 详细讲解了原子光谱中自旋轨道耦合对能级的修正，即精细结构。引入了总角动量算符 $mathbf{J} = mathbf{L} + mathbf{S}$，并解释了施塔克（Stark）效应和塞曼（Zeeman）效应在电场和磁场下对能级的劈裂规律。通过实际的碱金属原子（如钠、钾）的D线分裂案例，展示了理论如何精确预测实验观测到的谱线结构。 第四章：超精细结构与同位素位移 超越了电子的内部相互作用，本章深入到原子核的影响。讨论了核自旋（$I$）与总角动量 $mathbf{J}$ 之间的耦合，形成了超精细结构（Hyperfine Structure）。推导了超精细能级的量子数 $F$ 的取值范围，并解释了核磁矩与电子的超精细磁偶极相互作用对谱线的多重分裂。同时，详细分析了同位素效应，即不同质量的原子核对电子能级产生的微小位移，这在元素识别和核物理研究中至关重要。 第四章涵盖了如何利用高分辨率激光光谱技术（如饱和吸收光谱）来消除多普勒展宽，从而解析出原子光谱的超精细结构。 第三部分：分子光谱学：转动、振动与电子跃迁 分子光谱的复杂性源于其平动、转动、振动和电子激发态的叠加。本部分系统地解构了这些能量贡献。 第五章：转动光谱（微波光谱） 侧重于刚性转子模型，推导了分立的转动能级公式 $E_J = B J(J+1)$，其中 $B$ 是转动常数。详细分析了转动光谱的谱线规律（$Delta J = pm 1$），并讨论了非刚性转子对谱线的修正项（离心失真）。重点介绍了气体电子衍射（GED）和分子束技术在精确测定键长和分子几何结构中的应用。 第六章：振动光谱（红外与拉曼） 本章详细区分了红外吸收光谱和拉曼散射光谱的物理机制。 红外光谱： 阐述了分子振动偶极矩的变化是红外吸收的选择定则（$frac{partial mu}{partial Q} eq 0$）。分析了简谐振子模型下的能级（$E_v = hbar omega (v + 1/2)$），并引入了非简谐振子模型来解释泛音（Overtones）和组合（Combination）谱线的出现。 拉曼光谱： 解释了分子在电场下诱导偶极矩的变化是拉曼散射的基础（$frac{partial alpha}{partial Q} eq 0$）。对比了瑞利散射和拉曼散射，并讨论了斯托克斯（Stokes）和反斯托克斯（Anti-Stokes）峰的相对强度与温度的关系。 振动-转动耦合： 讨论了在实际气体分子光谱中，振动和转动能级的相互影响，导致谱带（Band）的出现，以及P、Q、R支的结构。 第七章：电子激发光谱 本章主要研究分子从基态到激发态的跃迁，主要涉及紫外-可见光区域。 光电子能级： 引入了分子轨道理论（MO理论），区分了 $sigma, pi, n$ 等类型的分子轨道，并基于这些轨道解释了不同类型跃迁（如 $pi ightarrow pi^, n ightarrow pi^$）的能量差异和选择定则。 弗兰克-康顿原理（Franck-Condon Principle）： 详细阐述了电子跃迁发生在核坐标相对不变的瞬间，这直接决定了电子光谱中振动精细结构（振动子带）的相对强度分布。 荧光与磷光： 讨论了激发态的衰减途径，包括激发态单线态（$S_1$）的辐射跃迁（荧光）和系间窜越（Intersystem Crossing, ISC）到激发态三线态（$T_1$）的跃迁（磷光），并引入了久期寿命和量子产率的概念。 第四部分：高级光谱技术与应用 最后一部分关注现代光谱学的前沿交叉领域和特定应用。 第八章：时间分辨光谱学 随着激光技术的发展，测量物质激发态寿命成为可能。本章深入探讨了皮秒（ps）和飞秒（fs）时间尺度下的光谱技术。 瞬态吸收光谱（Transient Absorption Spectroscopy, TAS）： 阐述了如何通过泵浦-探测（Pump-Probe）实验方案，跟踪分子从激发到弛豫过程中吸收光谱的变化，从而揭示超快动力学过程。 时间分辨荧光光谱（TRPL）： 介绍了如何利用时间相关单光子计数（TCSPC）或激发态寿命成像技术（FLIM）来获取荧光衰减曲线，并从中反演化学反应速率和能量转移过程。 第九章：表面与界面光谱学 探讨了如何利用光谱学技术研究受限空间和材料表面。 表面增强拉曼散射（SERS）： 详细解释了SERS效应的机理（电磁增强和化学增强），以及它在痕量分析和单分子检测中的巨大潜力。 椭偏光谱（Ellipsometry）： 阐述了通过测量光的偏振态变化来无损地获取薄膜厚度、折射率和消光系数的方法，特别强调了其在半导体工艺监测中的不可替代性。 总结 本书通过对电磁辐射与物质相互作用的系统性剖析，从基本的量子力学原理出发，层层递进至复杂分子的动态过程和前沿的超快技术。它不仅提供了坚实的理论基础，也指导读者如何将这些原理转化为具体的实验设计和数据解释，是理解物质微观性质的有力工具书。

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