14.7. 吸收过程¶
吸收过程
吸收的原因是多方面的，在同一材料中可能会出现不同的原因。我们现在简要地研究每一种更常见的过程，这取决于原子电子壳中的电子行为和与光子相互作用时的键特性。作为这些过程的视觉指导，扫描下表，并在随后的治疗过程中根据需要返回。请注意，黑色的暗条代表各种矿物的主要吸收带。
电子过程包括吸收具有特定能量（因此波长）的光子，从而使电子从较低的能量状态跃迁到较高能量状态的电子壳。如果电子返回到较低的状态（较低的能量层），它可能会发射光子。对于原子间共享的电子，能量跃迁扩散到一系列数值上，产生“能带”。
一种常见的电子运动是由晶体场扰动引起的。晶体场描述了对分布在晶体原子晶格中的过渡金属（铁、铬、镍、钴、钛、V等）的“d”轨道壳的扰动效应。这种金属阳离子与周围阴离子（带负电荷）或偶极基团（配体）施加的电场相互作用。电荷对称性因此被扭曲。
五个具有不同空间结构的d轨道壳可供电子使用。这些轨道壳具有不同的能级（即分裂）。要发生跃迁，能量的量是量子化的，也就是说，需要一个特定能量的光子，它等于高态和低态的特定能级之间的差。跃迁的电子可以保持在较高的状态（亚稳态），产生特征性的吸收。引起跃迁的入射电磁辐射的波长与轨道壳能量的差异有关。晶体场理论对于确定矿物和其他含有过渡元素的物质的颜色和磁性很重要。
含铁矿物，如黄铁矿（fes:sub:2）和磁铁矿（fe:sub:3）4 ）正在举例说明过渡金属如何影响它们的光谱。许多矿物含有二价铁（铁：sup：2+）和三价铁（铁：sup：3+）。因此，价态、离子配位数、位置对称性、配体几何结构和其他因素决定了允许的能量增量。
铁的影响在下一个光谱图中很明显，通过两个辉石的部分可见近红外和短波红外波段。透辉石（camgsi:sub:2o6 ）几乎不含铁。Bronzite [镁、铁] Sio:Sub:3）含有铁，但没有Ca。铁的存在2+ 使靠近1和2微米的两个吸收带加深并显著向较低波长移动。
这种铁影响的一个变种是电荷转移吸收。在这里，光吸收导致离子（通常是过渡元素）重新定位到离子或配体晶体结构中的另一个位置。结果产生了一系列深吸收带，其中许多发生在紫外波长区，并延伸到蓝绿色。赤铁矿的红色（见上页的图）是这种吸收的结果，在这种吸收中，光谱现在显示出约0.75μm的强反射峰，由两侧的吸收分开。
第三个过程使用传导带，电子在较高的能量级（传导级）自由地穿过晶格，但倾向于在较低的能级（价带）上与单个原子保持连接。光子激发通过这个带隙提升能级。这一过程不是典型的金属离子行为，是半导体的特点。
一些矿物，包括萤石（caf:sub:2），显示出一系列的特征颜色，受色心吸收的控制。这些中心可以从晶体结构缺陷发展，或通常从杂质。这种异常现象会在特定波长上引起吸收，留下一个或多个反射峰，这些反射峰结合在一起形成观察到的颜色。萤石通常是紫色到蓝色，但绿色，黄色和棕色的品种是可能的。这种现象导致了这种矿物在紫外线辐射下的电子跃迁，在紫外线辐射下，返回到基态时会发出彩色辉光或荧光。
与电子过程分离的是振动过程。它们涉及晶格或分子化合物中的键。在一定的能级上，由键（通常是共价键）控制的原子单位以往复振动和/或旋转的形式运动。这些分子吸收的频率取决于键的强度和参与运动的原子或离子的质量。固体的振动比液体或气体小。对于一个由n个原子组成的分子，有3n-6个正常的振动模式。每一个都构成 基本的 振动。在较低的频率（基本原理的固定倍数）下可能会有额外的振动，包括 泛音 这些泛音通常较弱。
大多数振动吸收发生在非金属材料中，并出现在整个红外（短波长和中波长范围）中。它们往往产生相当多样和复杂的光谱。一些波谷来自基本振动，而另一些波谷来自泛音。在某些情况下，两个或两个以上的振动模式在同一频率下是可能的。
下图主要显示了几种硅酸盐和硫酸盐（非金属矿物）的振动吸收。一些吸收特征是由于水（H:Sub:2o）和其他结合到铁（Fe）或铝（Al）上的羟基（OH）分子。未显示方解石和白云石光谱，显示2.0至3.0微米间隔内的多个吸收槽。
主要作者：Nicholas M.Short，高级电子邮件： nmshort@epix.net