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出版者:

作者:Rossiter, Bryant W./ Baetzold, Roger C. (EDT)

出品人:

页数:408

译者:

出版时间:1993-10

价格:$ 694.95

装帧:

isbn号码:9780471570868

丛书系列:

图书标签:

• 物理化学
• 化学分析
• 物理学
• 化学方法
• 仪器分析
• 光谱学
• 热力学
• 电化学
• 量子化学
• 化学动力学

《光学现象及其在科学研究中的应用》 本书旨在深入探讨光学现象的本质，并详述其在现代科学研究各个分支领域中的广泛应用。我们将从光的基本性质出发，逐步深入到复杂的衍射、干涉、偏振等现象，最后聚焦于光学技术如何在化学、物理、生物、材料科学以及工程学等前沿领域发挥关键作用。 第一章：光的基本性质与传播 本章将从经典电磁理论的角度，阐述光的波粒二象性。我们将回顾麦克斯韦方程组如何预言了电磁波的存在，并将其与光联系起来。同时，我们将深入分析光的频谱，从紫外、可见光到红外，探讨不同波长光所携带的能量及其在物质相互作用中的差异。光的传播方向、速度、以及在不同介质中的折射和反射等基础概念也将得到详细讲解，为后续深入理解光学现象打下坚实基础。我们将通过实例，例如棱镜对光的色散作用，以及光纤通信中的全反射原理，来直观地展现这些基本性质的重要性。 第二章：光的干涉与衍射 干涉是波的叠加原理在光波上的体现。本章将详细介绍相干光的要求，以及杨氏双缝干涉实验的原理和结果。我们将分析干涉条纹的间距、强度分布，并探讨薄膜干涉、菲涅尔干涉等不同形式的干涉现象。这些现象不仅在基础物理研究中至关重要，更是诸如光学镀膜、干涉仪等精密测量技术的核心。 衍射则是光波遇到障碍物或通过狭缝时发生的弯曲和散开现象。我们将深入研究夫琅禾费衍射和菲涅尔衍射的区别，重点分析单缝、多缝衍射以及圆孔衍射的数学模型和实验现象。布拉格衍射作为衍射现象的一个重要应用，我们将详细讲解其在晶体结构分析中的作用，为理解物质的微观结构提供关键手段。 第三章：光的偏振 偏振是描述光波电矢量振动方向特性的物理量。本章将详细介绍线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的产生与检测方法。我们将探讨自然光如何通过偏振片、反射、散射以及双折射晶体（如方解石）产生偏振。偏振在许多科学和技术领域都有着不可替代的作用，例如液晶显示器（LCD）的工作原理，偏振显微镜在生物成像中的应用，以及偏振片在摄影和光学仪器中的功能。我们将详细分析马吕斯定律、布儒斯特角等偏振现象的定量描述，并探讨其在去除眩光、增强对比度等方面的实际应用。 第四章：光与物质的相互作用 光与物质的相互作用是理解许多物理和化学过程的关键。本章将聚焦于原子和分子吸收、发射光谱的原理。我们将详细介绍电子能级跃迁、振动和转动能级跃迁等过程，并分析不同元素和化合物的光谱特征。吸收光谱，如紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）、红外吸收光谱（IR），以及发射光谱，如荧光光谱、磷光光谱，在物质定性、定量分析，以及研究分子结构、化学反应动力学等方面发挥着极其重要的作用。 此外，我们还将探讨光与物质相互作用的其他重要现象，例如光致发光（photoluminescence）、拉曼散射（Raman scattering）以及光电效应。光致发光在LED、OLED以及荧光探针等领域有广泛应用。拉曼散射作为一种散射现象，能够提供物质的振动信息，对于材料的结构表征和成分分析具有独特优势。光电效应，尤其是光伏效应，是太阳能电池的基础，我们将对其进行原理性的阐述。 第五章：光学测量技术及其在化学研究中的应用 本章将重点介绍多种基于光学原理的先进测量技术，并详细阐述其在化学研究中的具体应用。 光谱分析技术： 紫外-可见分光光度法（UV-Vis Spectroscopy）： 介绍其原理，如何测量样品对光的吸收程度，以及在定量分析（如药物浓度测定、反应进程监测）、反应机理研究（如金属离子络合物的形成）、以及物质结构鉴定（如共轭体系的检测）中的应用。 红外光谱法（IR Spectroscopy）： 讲解其原理，不同官能团在红外区的吸收峰特征，及其在化合物结构鉴定、官能团分析、聚合物研究、以及手性化合物的立体化学分析中的应用。 荧光光谱法（Fluorescence Spectroscopy）： 介绍其原理，激发与发射光谱的特点，以及其在高灵敏度痕量分析（如生物分子检测、环境污染物监测）、研究分子相互作用（如蛋白质折叠、DNA结合）、以及构建化学传感器中的应用。 拉曼光谱法（Raman Spectroscopy）： 阐述其原理，与红外光谱互补的特性，以及在材料科学（如纳米材料表征、晶体结构分析）、生物医学（如细胞成像、疾病诊断）、以及化学过程监测中的应用。 原子吸收光谱法（AAS）和原子发射光谱法（AES）： 介绍其原理，主要用于金属元素的定量分析，在环境监测、食品安全、地质勘探等领域的重要作用。 折射率测量技术： 阿贝折光仪（Abbe Refractometer）： 介绍其原理和操作，用于测量液体和固体的折射率，在纯度分析、浓度测定、以及物质鉴定中的应用。 干涉仪（Interferometry）： 深入介绍迈克尔逊干涉仪、萨纳克干涉仪等，以及它们如何利用光干涉原理进行高精度长度测量、表面形貌分析、以及折射率变化检测，在精密光学元件制造、材料性能研究等领域的应用。 显微成像技术： 光学显微镜（Optical Microscopy）： 回顾传统的光学显微镜（明场、暗场、相差显微镜）及其在观察微观结构、细胞形态等方面的应用。 荧光显微镜（Fluorescence Microscopy）： 详细介绍其原理，如何利用荧光标记观察生物分子、细胞器，以及在活细胞成像、药物输送研究中的应用。 共聚焦显微镜（Confocal Microscopy）： 讲解其工作原理，如何实现光学切片和三维成像，提高成像分辨率和信噪比，在细胞生物学、神经科学等领域的重要贡献。 偏振显微镜（Polarized Light Microscopy）： 介绍其原理，如何利用光的偏振特性观察各向异性物质，如晶体、纤维、生物样品中的微观结构，在材料科学、地质学、生物化学中的应用。 其他光学测量方法： 光散射技术（Light Scattering Techniques）： 如动态光散射（DLS）和静态光散射（SLS），用于测定纳米颗粒的粒径分布、分子量等，在胶体化学、高分子科学、药物递送系统研究中的应用。 表面等离子体共振（SPR）： 介绍其原理，如何检测与表面结合相关的折射率变化，在生物分子相互作用分析、传感器开发中的应用。 第六章：光学技术在材料科学与工程中的应用 本章将探讨光学原理如何推动材料科学的发展和创新。 材料的表征： X射线衍射（XRD）： 虽然不是严格意义上的光学，但其衍射原理与光衍射有共通之处，我们将简要介绍其在晶体结构分析、相鉴定、晶粒尺寸测定中的作用。 表面分析技术： 如椭圆偏振法（Ellipsometry），用于测量薄膜厚度、折射率、表面粗糙度等，在半导体制造、薄膜光学器件设计中的应用。 光学显微镜在材料形貌观察： 如扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）结合光学显微镜，对材料的微观结构、缺陷、相分布进行综合分析。 光学材料的开发与应用： 非线性光学材料： 介绍其原理，以及在光开关、光调制、频率转换等领域的潜在应用。 光学传感材料： 如荧光材料、光致变色材料，用于构建各种光学传感器，监测环境参数、化学物质等。 光子晶体： 讲解其结构特点和光学性质，以及在光通信、激光器、新型光学器件中的应用前景。 光学工程应用： 光学设计与制造： 介绍透镜、反射镜、棱镜等光学元件的设计原则，以及激光加工、精密磨削等制造技术。 光通信系统： 探讨光纤通信、自由空间光通信等技术，以及光信号的产生、传输、检测。 激光技术： 介绍不同类型激光器的原理，以及激光在焊接、切割、打标、医疗、科研等领域的广泛应用。 第七章：光学在生物医学研究中的应用 光学技术在现代生物医学研究中扮演着越来越重要的角色，本章将聚焦于其具体应用。 生物成像与诊断： 荧光成像与标记： 如绿色荧光蛋白（GFP）及其衍生物的应用，用于示踪细胞内生物过程、蛋白质定位等。 多光子显微镜： 突破衍射极限，实现深层组织成像，用于神经科学、肿瘤研究等。 光学相干断层扫描（OCT）： 无损、高分辨率的生物组织成像技术，在眼科、皮肤科、心血管疾病诊断中的应用。 光动力疗法（PDT）： 利用光敏剂在特定波长光的激发下产生单线态氧，杀灭癌细胞等。 生物分子分析： 表面等离子体共振（SPR）在生物分子相互作用研究中的应用： 如抗原-抗体结合、DNA杂交、药物-靶点相互作用的动力学和亲和力分析。 圆二色谱（CD Spectroscopy）： 用于研究蛋白质、核酸等手性分子的二级结构和构象变化。 生物过程的监测与调控： 光遗传学（Optogenetics）： 利用光敏感蛋白调控特定神经元或细胞的活动，在神经科学、行为学研究中的革命性应用。 光镊（Optical Tweezers）： 利用聚焦激光束捕获、移动和操纵微观粒子（如细胞、DNA分子），用于研究生物力学、分子马达等。 结论 本书通过对光学现象的深入探讨，旨在展现光学作为一门基础学科的强大生命力，以及其在推动科学研究和技术进步中的核心作用。从基础的光学原理到前沿的应用技术，本书为读者提供了一个全面而深入的认识，激励大家探索光学的无限可能。

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