1.1　电磁辐射的性质

电磁辐射是一种以极大的速度（在真空中为2.9979×10¹⁰cm/s）通过空间，而不需要以任何物质作为传播介质的能量形式。电磁波包括无线电波、微波、红外光、紫外-可见光、X射线和γ射线等。

1.1.1　电磁波的波动性和微粒性

电磁辐射（也称为电磁波）具有波粒二象性。

电磁波的波动性可以用电场矢量E和磁场矢量H来描述。如图1-1是最简单的单个频率的平面偏振电磁波。

平面偏振就是电场矢量E在一个平面内振动，磁场矢量H在另一个与电场矢量相垂直的平面内振动。电场和磁场矢量都是正弦波形，并且垂直于波的传播方向。与物质的电子相互作用的是电磁波的电场矢量，所以磁场矢量可以忽略，仅用电场矢量代表电磁波。波的传播以及反射、衍射、干涉、折射和散射等现象表现了电磁波具有波的性质，可以用速度、频率、波长和振幅等参数来描述。

（1）周期T　相邻两个波峰或波谷通过空间某一固定点所需要的时间间隔称为周期，单位为s（秒）。

（2）频率ν　单位时间内完成周期性变化的次数，是表示周期运动频繁程度的量，常用符号ν表示，它等于周期的倒数即ν=1/T，单位为1/s（1/秒），称为赫兹，以Hz表示。电磁波的频率与通过的介质无关，只取决于辐射源。

（3）波长λ　相邻两个波峰或波谷间的直线距离。若电磁波传播速度为c，频率为ν，则波长λ为：

　　（1-1）

（4）波数σ　每厘米长度内含有的波长数目，即波长的倒数：

　　（1-2）

波数的单位为cm^-1（厘米^-1），将波长换算为波数的关系式为：

　　（1-3）

光速c与波长λ、频率ν、波数σ及能量E之间的关系如下：

　　（1-4）

　　（1-5）

式中，h为普朗克常数。可见光的波长λ越大，光量子的能量E就越小。

电磁辐射是以接近光速（真空中光速为c）传播的能量。

根据量子理论，原子、分子或离子都有确定的能量，它们仅仅能存在于一定的不连续能级上。当物质改变其能级时，它吸收或发射的能量（即辐射）应完全等于两能级间的能量差。即相应辐射的波长与两能级间的能量差应符合下式：

　　（1-6）

式中，E₁和E₀分别表示高能级和低能级的能量。

对原子和离子来说，有围绕原子核运动的电子的电子能级，而分子除电子能级外，还存在原子间相对位移所引起的振动能级和转动能级。原子或分子的最低能级称为基态，较高能级称为激发态。室温下，物质一般处于它们的基态。

1.1.2　电磁波谱

各种电磁波按照波长或频率的大小顺序依次排列所绘制的图表称为电磁波谱，表1-1列出了电磁波的有关参数。电磁波的波长愈短，其能量愈大。γ射线的波长最短，则能量最大；X射线，能量次之；紫外-可见光和红外光，能量依次减小；无线电波，波长最长，其能量最小。电磁波的波长或能量与能级跃迁的类型有关。若要使分子或原子的价电子从低能级激发至高能级，所需要的能量为1～20eV，该能量范围对应的电磁波的波长为60～1240nm，而波长为200～400nm的电磁波属于紫外光区，波长为400～800nm的电磁波属于可见光区。因此，分子吸收紫外-可见光区的光子获得的能量足以使价电子跃迁。根据式（1-6）可以算出各种跃迁类型需要的能量所对应的波长。