可見(jiàn)光譜是人的視覺(jué)可以感受的光譜。如白光經(jīng)棱鏡或光柵色散后呈紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫彩帶，即為可見(jiàn)連續(xù)光譜。在可見(jiàn)區(qū)也有線(xiàn)光譜及帶狀光譜。是整個(gè)電磁波譜中極小的一個(gè)區(qū)域。

整個(gè)電磁波譜包括了無(wú)線(xiàn)電波、紅外線(xiàn)、紫外線(xiàn)以及X射線(xiàn)等。它們的波長(zhǎng)不同，其中波長(zhǎng)在400~760納米之間就是一般的可見(jiàn)光。

可見(jiàn)光源

可見(jiàn)光的主要天然光源是太陽(yáng)，主要人工光源是白熾物體（特別是白熾燈）。它們所發(fā)射的可見(jiàn)光譜是連續(xù)的。氣體放電管也發(fā)射可見(jiàn)光，其光譜是分立的。常利用各種氣體放電管加濾光片作為單色光源。

人眼可以看見(jiàn)的光的范圍受大氣層影響。大氣層對(duì)于大部分的電磁波輻射來(lái)講都是不透明的，只有可見(jiàn)光波段和其他少數(shù)如無(wú)線(xiàn)電通訊波段等例外。不少其他生物能看見(jiàn)的光波范圍跟人類(lèi)不一樣，例如包括蜜蜂在內(nèi)的一些昆蟲(chóng)能看見(jiàn)紫外線(xiàn)波段，對(duì)于尋找花蜜有很大幫助。

光譜中并不能包含所有人眼和腦可以識(shí)別的顏色，如棕色、粉紅、紫紅等，因?yàn)樗鼈冃枰啥喾N光波混合，以調(diào)整紅的濃淡。

可見(jiàn)光的波長(zhǎng)可以穿透光學(xué)窗口，也就是可穿透地球大氣層而衰減不多的電磁波范圍（藍(lán)光散射的情況較紅光為嚴(yán)重，這也正是為何我們看到天空是藍(lán)色的）。人眼對(duì)可見(jiàn)光的反應(yīng)是主觀的定義方式（參見(jiàn)CIE），但是大氣層的窗口則是用物理量測(cè)方式來(lái)定義。之所以稱(chēng)為可見(jiàn)光窗口是因?yàn)樗煤w了人眼可見(jiàn)的光譜。近紅外線(xiàn)（NIR）窗口剛好在人眼可見(jiàn)區(qū)段之外，中波長(zhǎng)紅外線(xiàn)（WMIR）和遠(yuǎn)紅外線(xiàn)（LWIR、FIR）則較人眼可見(jiàn)區(qū)段較遠(yuǎn)。

應(yīng)用

可見(jiàn)光譜成像系統(tǒng)，它包括光源系統(tǒng)、分光系統(tǒng)、圖像成像及記錄系統(tǒng)、圖像分析及處理系統(tǒng)等幾個(gè)部分，由光學(xué)物鏡、液晶可調(diào)濾光片（LCTF）、CCD照相機(jī)、光源和計(jì)算機(jī)等裝置構(gòu)成，其核心器件是液晶可調(diào)濾光片，它的功能類(lèi)似于一個(gè)高質(zhì)量的帶通式干涉濾光鏡。隨著電控液晶調(diào)節(jié)方法的采用，解決了通光面內(nèi)的均勻性、峰值光譜透過(guò)率以及帶外抑制等問(wèn)題，體現(xiàn)出精度高、易于實(shí)時(shí)控制等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)光譜成像技術(shù)的應(yīng)用起到了積極的推動(dòng)作用。

可見(jiàn)光譜成像系統(tǒng)的商業(yè)儀器，主要有美國(guó)CRI公司的Nuance多光譜成像儀和美國(guó)ChemImage公司的Condor高光譜成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)光譜工作范圍是410nm~720nm，光譜分辨率小于10nm，成像視場(chǎng)約為260mmx250mm，并通過(guò)光學(xué)元件來(lái)增大視場(chǎng)。此外，國(guó)內(nèi)徐曉軒、沈志學(xué)等人也設(shè)計(jì)并研制出了具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高空間分辨率和較高光譜分辨率的可見(jiàn)光液晶光譜成像系統(tǒng)。

紅外光譜是分子能選擇性吸收某些波長(zhǎng)的紅外線(xiàn)，而引起分子中振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷，檢測(cè)紅外線(xiàn)被吸收的情況可得到物質(zhì)的紅外吸收光譜，又稱(chēng)分子振動(dòng)光譜或振轉(zhuǎn)光譜。

紅外光譜的分區(qū)

通常將紅外光譜分為三個(gè)區(qū)域：近紅外區(qū)(0.75~2.5μm)、中紅外區(qū)(2.5~25μm)和遠(yuǎn)紅外區(qū)(25~300μm)。一般說(shuō)來(lái)，近紅外光譜是由分子的倍頻、合頻產(chǎn)生的；中紅外光譜屬于分子的基頻振動(dòng)光譜；遠(yuǎn)紅外光譜則屬于分子的轉(zhuǎn)動(dòng)光譜和某些基團(tuán)的振動(dòng)光譜。

由于絕大多數(shù)有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的基頻吸收帶都出現(xiàn)在中紅外區(qū)，因此中紅外區(qū)是研究和應(yīng)用最多的區(qū)域，積累的資料也最多，儀器技術(shù)最為成熟。通常所說(shuō)的紅外光譜即指中紅外光譜。

應(yīng)用

紅外光譜對(duì)樣品的適用性相當(dāng)廣泛，固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)樣品都能應(yīng)用，無(wú)機(jī)、有機(jī)、高分子化合物都可檢測(cè)。此外，紅外光譜還具有測(cè)試迅速，操作方便，重復(fù)性好，靈敏度高，試樣用量少，儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，因此，它已成為現(xiàn)代結(jié)構(gòu)化學(xué)和分析化學(xué)最常用和不可缺少的工具。紅外光譜在高聚物的構(gòu)型、構(gòu)象、力學(xué)性質(zhì)的研究以及物理、天文、氣象、遙感、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。

紅外吸收峰的位置與強(qiáng)度反映了分子結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，可以用來(lái)鑒別未知物的結(jié)構(gòu)組成或確定其化學(xué)基團(tuán)；而吸收譜帶的吸收強(qiáng)度與化學(xué)基團(tuán)的含量有關(guān)，可用于進(jìn)行定量分析和純度鑒定。另外，在化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理研究上，紅外光譜也發(fā)揮了一定的作用。但其應(yīng)用最廣的還是未知化合物的結(jié)構(gòu)鑒定。

紅外光譜具有高度的特征性，所以采用與標(biāo)準(zhǔn)化合物的紅外光譜對(duì)比的方法來(lái)做分析鑒定已很普遍，并已有幾種標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜匯集成冊(cè)出版，如《薩特勒標(biāo)準(zhǔn)紅外光柵光譜集》收集了十萬(wàn)多個(gè)化合物的紅外光譜圖。近年來(lái)又將些這圖譜貯存在計(jì)算機(jī)中，用來(lái)對(duì)比和檢索。

基本原理

在紫外光譜中，波長(zhǎng)單位用nm（納米）表示。紫外光的波長(zhǎng)范圍是10～380 nm，它分為兩個(gè)區(qū)段。波長(zhǎng)在10～200 nm稱(chēng)為遠(yuǎn)紫外區(qū)，這種波長(zhǎng)能夠被空氣中的氮、氧、二氧化碳和水所吸收，因此只能在真空中進(jìn)行研究工作，故這個(gè)區(qū)域的吸收光譜稱(chēng)真空紫外，由于技術(shù)要求很高，目前在有機(jī)化學(xué)中用途不大。波長(zhǎng)在200～380 nm稱(chēng)為近紫外區(qū)，一般的紫外光譜是指這一區(qū)域的吸收光譜。波長(zhǎng)在400～750 nm范圍的稱(chēng)為可見(jiàn)光譜。常用的分光光度計(jì)一般包括紫外及可見(jiàn)兩部分，波長(zhǎng)在200～800 nm（或200～1000 nm）。

分子內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)有轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)和電子運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)狀態(tài)的能量（狀態(tài)的本征值）是量子化的，因此分子具有轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)、振動(dòng)能級(jí)和電子能級(jí)。通常，分子處于低能量的基態(tài)，從外界吸收能量后，能引起分子能級(jí)的躍遷。電子能級(jí)的躍遷所需能量最大，大致在1～20 eV（電子伏特）之間。根據(jù)量子理論，相鄰能級(jí)間的能量差ΔE、電磁輻射的頻率ν、波長(zhǎng)λ符合下面的關(guān)系式

ΔE=hν=h×c/λ

式中h是普朗克常量，為6.624×10?3?J·s=4.136×10?1? eV·s；c是光速，為2. 998×101? cm/s。應(yīng)用該公式可以計(jì)算出電子躍遷時(shí)吸收光的波長(zhǎng)。

許多有機(jī)分子中的價(jià)電子躍遷，須吸收波長(zhǎng)在200～1000 nm范圍內(nèi)的光，恰好落在紫外-可見(jiàn)光區(qū)域。因此，紫外吸收光譜是由于分子中價(jià)電子的躍遷而產(chǎn)生的，也可以稱(chēng)它為電子光譜。

應(yīng)用

醫(yī)藥方面

紫外光譜在破析一系列維生素、抗菌素及天然產(chǎn)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)曾起過(guò)重要作用，如維生素A1、維生素A2、維生素B12、維生素B1、青霉素、鏈霉素、土霉素、螢火蟲(chóng)尾部的發(fā)光物質(zhì)等。

性能檢測(cè)

光致變色現(xiàn)象是指在光的照射下顏色發(fā)生可逆變化的現(xiàn)象，可通過(guò)紫外光譜進(jìn)行測(cè)試研究。

光致變色材料作為一類(lèi)新型功能材料，有著十分廣闊的應(yīng)用前景。例如可以作為光信息存儲(chǔ)材料、光開(kāi)關(guān)、光轉(zhuǎn)換器等，這些材料在機(jī)械、電子、紡織、國(guó)防等領(lǐng)域都大有作為。光致變色涂料、光致變色玻璃、光致變色墨水的研制和開(kāi)發(fā)，具有現(xiàn)實(shí)性的應(yīng)用意義。除了以上的應(yīng)用，光致變色材料還可以作為自顯影感光 膠片、全息攝影材料、防護(hù)和裝飾材料、印刷版和印刷電路和偽裝材料等。

特別要指出的是，光致變色化合物作為可擦重寫(xiě)光存儲(chǔ)材料的研究，是近些年來(lái)光致變色領(lǐng)域中研究的熱點(diǎn)之一。作為可擦寫(xiě)光存儲(chǔ)材料的光致變色光存儲(chǔ)介質(zhì)，應(yīng)滿(mǎn)足在半導(dǎo)體激光波長(zhǎng)范圍具有吸收、非破壞性讀出、良好的熱穩(wěn)定性、優(yōu)良的抗疲勞性和較快的響應(yīng)速度等條件。

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