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出版者:Academic Press

作者:Mark A. Linne

出品人:

页数:268

译者:

出版时间:2002-09-10

价格:USD 141.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780124510715

丛书系列:

图书标签:

光谱学
光谱测量
分析化学
物理化学
仪器分析
光学
定量分析
化学分析
测量技术
科学研究

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具体描述

Electromagnetism, quantum mechanics, statistical mechanics, molecular spectroscopy, optics and radiation form the foundations of the field. On top of these rest the techniques applying the fundamentals (e.g. Emission Spectroscopy, Laser Induced Fluorescence, Raman Spectroscopy). This book contains the basic topics associated with optical spectroscopic techniques. About 40 major sources are distilled into one book, so researchers can read and fully comprehend specific optical spectroscopy techniques without visiting many sources. Optical diagnostics are widely used in combustion research. Ideas first proposed here are now applied in other fields, including reacting flows for materials production (CVD reactors, oxidation reactors and some plasma work), atmospheric sensing, measuring constituents of exhaled human breath (to indicate stress in airway passages and the lungs and hence,e.g., provide a very early indicator of lung cancer). Researchers not formally trained who apply spectroscopy in their research need the detail in this book to ensure accuracy of their technique or to develop more sophisticated measurements. Time is valuable and future research will benefit. Learning 'on the fly' can involve direct information on a specific diagnostic technique rather than gaining the background necessary to go into further depth.

《电磁波谱学：从理论到前沿应用》作者：[此处填写作者姓名，例如：张伟、李明] 出版社：[此处填写出版社名称，例如：科学技术出版社] ISBN：[此处填写ISBN号] --- 内容简介《电磁波谱学：从理论到前沿应用》是一部系统、深入探讨电磁波谱现象、测量技术及其在现代科学和工程领域广泛应用的权威著作。本书旨在为物理学、化学、材料科学、生物医学工程以及环境科学等领域的研究人员、教师和高年级本科生/研究生提供一个全面、与时俱进的学习平台。本书摒弃了仅仅停留在基础概念的阐述，而是着重于将电磁波的产生、传播、与物质的相互作用这一核心物理过程，与高灵敏度、高分辨率的现代光谱仪器的工程实现及其复杂数据的解读与处理紧密结合起来。全书结构严谨，逻辑清晰，涵盖了从经典电磁理论基础到当前最尖端的光谱学技术及其跨学科应用。 --- 第一部分：电磁波谱基础与相互作用原理 (Foundations of Electromagnetic Spectrum and Interaction Principles) 本部分为理解光谱测量奠定了坚实的理论基础。它不仅仅复述了麦克斯韦方程组，更重要的是，它详细剖析了这些方程如何具体指导我们理解不同波段电磁波的性质，以及这些性质如何影响我们设计实验。第一章：电磁波谱的物理图像与分类本章系统地回顾了电磁波的性质，从无线电波、微波、红外线、可见光到紫外线、X射线和伽马射线。重点分析了波长、频率、能量之间的定量关系，并引入了量子力学视角，解释电磁波与原子、分子能级跃迁的内在联系。特别强调了波数（Wavenumber）作为光谱学中常用单位的物理意义及其在傅里叶变换光谱学中的核心地位。第二章：光与物质的相互作用：能级跃迁的动力学这是全书的理论核心。本章深入探讨了光子与物质相互作用的四种基本模式：吸收（Absorption）、发射（Emission）、散射（Scattering）和透射（Transmission）。吸收与发射：详细讨论了电子跃迁、振动跃迁和转动跃迁的能量要求，并引入了选择定则 (Selection Rules)，解释了为什么某些跃迁在特定波段是“禁戒”的。辐射弛豫过程：阐述了激发态的衰减机制，包括非辐射弛豫（如内转换和系间窜越）与辐射弛豫（荧光和磷光），为理解时间分辨光谱技术（如时间分辨荧光寿命测量）打下基础。散射理论：区别并深入解析了瑞利散射 (Rayleigh Scattering)、拉曼散射 (Raman Scattering) 和汤姆逊散射的物理机制，特别是拉曼效应中虚能级（Virtual State）的概念，这是理解现代拉曼光谱强度的关键。第三章：谱线展宽与分辨率限制本章超越了理想化的窄线理论，关注实际测量中的限制因素。系统分析了导致谱线展宽的四大因素：自然展宽（寿命限制）、多普勒展宽（温度效应）、压力展宽（碰撞效应），以及仪器展宽（仪器性能限制）。通过对这些展宽机制的量化分析，读者可以理解如何通过控制实验条件（如温度、压力、样品浓度）来优化光谱分辨率。 --- 第二部分：核心光谱测量技术与仪器设计 (Core Spectroscopic Measurement Techniques and Instrument Engineering) 本部分聚焦于将理论转化为可操作的实验工具，详细解构了主流光谱仪的工作原理、关键部件的选择与优化，以及现代数据采集系统的集成。第四章：分光技术与色散元件本章详细介绍了实现波长分离的两种主要方法：滤波与色散。滤光片与干涉仪：阐述了吸收滤光片、带通滤光片以及法布里-珀罗（Fabry-Pérot）干涉仪的结构和选择性。重点讲解了高分辨率干涉光谱仪（如傅里叶变换光谱仪，FTIR）中迈克尔逊干涉仪的光程差（Optical Path Difference, OPD）与谱线分辨率之间的精确关系，以及其在近红外和中红外领域的优势。衍射光栅：深入分析了平面光栅和凹面光栅的衍射理论（包括爱丁公式的实际应用），以及刻线密度、级次与分辨率之间的权衡。特别讨论了杂散光（Stray Light）的来源及其抑制技术，这对高动态范围测量至关重要。第五章：高灵敏度检测器技术光谱测量的最终环节是信号的捕获与转换。本章对各类光电探测器进行了详尽的比较和分析：光电倍增管（PMT）：分析了光电倍增效应的物理过程、量子效率（QE）和暗电流（Dark Current）对信噪比的影响。半导体探测器阵列：详细介绍了CCD（电荷耦合器件）和CMOS在紫外-可见光波段的应用，包括其像元尺寸、读出噪声（Read Noise）和动态范围的工程指标。热电偶与热释电探测器：针对红外波段，分析了它们的响应机理、响应时间以及在傅里叶变换红外光谱中的应用。第六章：先进光谱采集与处理方法现代光谱学已高度依赖于先进的信号处理技术。本章探讨了如何从原始信号中提取高质量信息：傅里叶变换光谱的逆变换：详细讲解了吸收干涉图（Interferogram）到光谱强度图的数学处理过程，包括截断函数（Apodization Function）的选择对边瓣（Sidelobe）抑制和分辨率的折衷。拉曼/荧光光谱的背景扣除与归一化：讨论了如何有效去除荧光背景、基线漂移，以及如何通过内部标准或外部标准进行光谱的绝对强度归一化，以实现定量分析。多维光谱数据采集：介绍了如时间分辨荧光（TRFL）中的激发-发射矩阵（EEM）以及高光谱成像（Hyperspectral Imaging）中空间-波长数据立方体的采集与可视化方法。 --- 第三部分：关键光谱学技术及其跨学科应用 (Key Spectroscopic Techniques and Interdisciplinary Applications) 本部分将前两部分的理论和仪器知识应用于具体的现代研究领域，展示了光谱学在解决复杂科学问题中的强大能力。第七章：振动光谱学：红外与拉曼的互补应用本章对比分析了红外吸收光谱和拉曼散射光谱在分子结构解析中的独特优势与互补性。红外光谱的应用深化：重点关注表面等离子体共振增强红外吸收光谱（SPRIRS）在表面化学和生物分子相互作用研究中的应用，以及高压/低温红外光谱在极端条件下的应用。拉曼光谱的增强技术：详尽阐述了表面增强拉曼散射（SERS）的理论基础（电磁增强与化学增强机制），以及SERS基底的制备技术（如纳米金/银颗粒的合成与修饰），这在痕量检测中至关重要。第八章：电子光谱学：高能与低能区的成像与分析本章关注电子能级相关的光谱技术，其能量范围跨越很大。 X射线光谱：深入讨论了X射线吸收精细结构（XAFS），包括近边吸收结构（XANES）和扩展边吸收精细结构（EXAFS），如何提供关于原子局域结构和价态的精确信息，特别是在催化剂和复杂固体材料研究中的应用。紫外-可见吸收与圆二色谱（CD）：除了基础的定量分析，重点讨论了CD光谱如何用于确定生物大分子（如蛋白质和核酸）的二级和三级结构，以及手性分子在溶液中的构象变化。第九章：激光光谱学前沿：高分辨率与非线性效应本章聚焦于激光技术驱动下的高灵敏度、高精度光谱测量方法。饱和吸收光谱与激光冷却：介绍如何利用激光束的饱和效应实现极窄线宽的分子光谱测量，以及其在原子钟和精密计量中的基础地位。非线性光谱：详细解析了倍频（SHG）和和频（SFG）光谱的原理，特别是表面选择性的非线性光学技术，它们是研究界面（如固-液、气-液界面）结构和分子取向的有力工具。第十章：光谱成像与过程分析技术（PAT）本章将重点放在如何将一维光谱信息扩展到二维甚至三维空间，并将其集成到工业和生物过程中。光谱成像原理：讲解了空间分离技术（如显微拉曼）和时间分离技术（如时间分辨荧光成像）的原理。重点分析了化学计量学方法（Chemometrics），如主成分分析（PCA）和偏最小二乘法（PLS），在从高维光谱数据中解耦化学组分和空间分布信息中的关键作用。过程分析应用：讨论了近红外（NIR）和太赫兹（THz）光谱技术在制药、化工和食品安全领域中，用于实时、非侵入式质量控制和在线监测的案例研究与技术挑战。 --- 总结与展望本书的每一章都力求在概念的严谨性与工程的实用性之间找到完美的平衡点。通过对电磁波谱学这一广阔领域的全面梳理，读者不仅能掌握经典光谱仪的工作机制，更能深入理解当前科研热点，如单分子光谱、超快光谱和纳米尺度增强光谱技术，为未来的科研工作提供坚实的理论和技术储备。