电磁 (EM) 辐射可被视为通过介质传播的振荡电场和磁场的组合,该介质可与其路径上的物质发生相互作用。辐射中的电场可以与物质中原子或分子所带的电荷发生相互作用。另一方面,磁场可以与原子核中的磁场发生相互作用。电磁辐射与物质之间相互作用的研究领域被称为光谱学。光谱学是研究电磁辐射如何与物质相互作用的学科,主要关注物质如何吸收和发射光。该过程揭示了物质的原子和分子结构的独特信息,有助于深入了解其化学成分和特性。
电磁辐射同时具有波和粒子的特性。它可以通过波的属性来表征,例如强度 (I) 和振幅 (A)。然而,在与物质的相互作用中,通常被视为光子,即基本粒子。强度(或辐照度)是在特定时间间隔内,撞击给定物质区域的光子数量。波的振幅是波峰与波的平衡点(或称为基线)之间的距离。辐射强度与其振幅的平方成正比。
EM 辐射可以穿过物质而不发生任何相互作用。在这种情况下,进入物质和从物质中逸出的辐射的强度和能量将保持不变。EM 辐射和物质之间的相互作用可以以不同的方式发生。在某些情况下,会发生透射,允许辐射不发生改变地穿过物质,在离开时保持相同的强度和能量水平。反射和散射是另外两种相互作用类型,其中辐射被引导回其源处或随机分散;在此过程中,能量可能保持不变(弹性散射)或发生变化(非弹性散射)。另一个重要的相互作用是吸收,即物质从辐射中吸收能量,导致透射辐射的强度降低。当物质吸收能量后再释放时,就会发生发射现象,通常是以不同波长的光的形式释放。
为了分析这些相互作用,研究和工业领域中采用了各种光谱技术,包括红外 (IR) 光谱、紫外-可见 (UV-Vis) 光谱、核磁共振 (NMR) 光谱和质谱 (MS)。每种技术都为分子结构提供了一个独特的窗口,可以精确识别化合物并详细分析复杂的化学系统。
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