遥感学研究对象以及产生光谱吸收的机理ppt课件

1、现场光谱仪, 高光谱成像光谱仪, 产生光谱吸收的机理Alexander F. H. GoetzUniversity of Colorado and Analytical Spectral Devices I光谱学的根底实际反射率 仪器真正丈量的是辐射亮度L211ELWm srmLE反射率(2) 适用上, 运用光谱仪丈量白板作为参比，比如Spectralon, which is sintered PFTE (polytetrafluoroethene)(Teflon) 白板的反射率在400-2500nm范围内接近100% 仪器内部, 把从样品和白

2、板上丈量得到的辐射照度相除得到以波长为函数的反射率ASD Spectrometers andSpectroradiometers通常所运用的仪器通常所运用的仪器FieldSpec ProTerraSpec高密度探头 阿根廷7000 m00.70.85001000150020002500Leaves on SpectralonReflectanceWavelength, nm产生光谱吸收的过程产生光谱吸收的过程 电子跃迁要素电子跃迁要素 电子与晶格之间的相互作用电子与晶格之间的相互作用 基团振动要素基团振动要素 分子振动分子振动 根本振动根本振动 倍频谐波倍频

3、谐波 能够的组合振动能够的组合振动电子跃迁要素电子跃迁要素 晶体场效应晶体场效应 电荷迁移电荷迁移 半导体半导体 色心色心晶体场效应晶体场效应 离子能级离子能级 晶格中的分裂和电子置换晶格中的分裂和电子置换 取决于取决于 化合价形状化合价形状 配位数和对称性配位数和对称性 反射光谱反射光谱 根本取决于矿物形状而不是阳离子形状根本取决于矿物形状而不是阳离子形状 特征吸收的深度与颗粒尺寸相关特征吸收的深度与颗粒尺寸相关典型晶格效应典型晶格效应-电子要素电子要素 铁最重要铁最重要 丰度最大的金属丰度最大的金属 Fe2+ , Fe3+ 能够转换能够转换 Mg2+ Al3+红宝石红宝石, Al2O3 +

4、 Cr+绿宝石绿宝石, Be3Al2Si6O18 + Cr+铁矿石中的电子迁移铁矿石中的电子迁移纤铁矿纤铁矿Ferrihydrite磁赤铁矿磁赤铁矿针铁矿针铁矿赤铁矿赤铁矿电荷迁移电荷迁移 电子从一个原子迁移到另一个原子电子从一个原子迁移到另一个原子 Fe-O 迁移对应于迁移对应于UV波段反射率下降波段反射率下降半导体半导体 反射光谱中的吸收边缘反射光谱中的吸收边缘 由于禁带宽度呵斥由于禁带宽度呵斥 进入的电子必需具有足够的能量才可以进入导进入的电子必需具有足够的能量才可以进入导带带 对应于带宽能量的反射率明显地添加对应于带宽能量的反射率明显地添加颜色聚集颜色聚集 构造缺陷捕获的电子，例如离子

5、缺失构造缺陷捕获的电子，例如离子缺失 萤石萤石 (CaF2) 中，颜色的聚集是由于一个铁离中，颜色的聚集是由于一个铁离子缺失而被一个电子填充所呵斥的结果子缺失而被一个电子填充所呵斥的结果 产生的跃迁形状导致了红绿吸收，构成了紫色产生的跃迁形状导致了红绿吸收，构成了紫色振动过程振动过程 根本振动根本振动 对于固体物质对于固体物质, 通常产生于通常产生于2.5 m之外之外 Si-O, Al-O 发生在发生在10 m波段波段, 在近红外和近红外在近红外和近红外短波段没有效应短波段没有效应 OH, H2O, CO3 发生在发生在2.6-6 m波段波段, 在近红外在近红外和近红外短波段可以可到其谐波和组

6、合振动和近红外短波段可以可到其谐波和组合振动 3N- 6个能够的自在度个能够的自在度 H2O 在在2.66, 2.74, 6.08 m具有具有 3个根本振动形个根本振动形状状谢波和组合振动谢波和组合振动 谐波谐波 根本频率的倍频根本频率的倍频 2 1, 3 2, . 组合振动组合振动 根本频率或者谐波频率的和或者差根本频率或者谐波频率的和或者差 1 + 2 , 2 1 + 3, 1 + 2 + 3, . 频率的和而不是波长相加频率的和而不是波长相加 频率的单位频率的单位 cm-1 2.5 m = 4000 cm-1,cc,cc水蒸气水蒸气 根本吸收根本吸收1 = 3657.05 cm-1 =

7、2.734 m对称伸展振动对称伸展振动 2 = 1594.75 cm-1 = 6.271 m弯曲振动弯曲振动3 = 3755.93 cm-1 = 2.662 m非对称伸展振非对称伸展振动动 重要的水吸收带重要的水吸收带2 + 3 = 1.865 m1 + 3 = 1.379 m1 + 2 + 3 = 1. m 21 + 3 = 0.942 m液态水液态水 根本吸收根本吸收1 = 3219.57 = 3.106 m2 = 1644.74 = 6.08 m3 = 3444.71 = 2.903 m氢氧基氢氧基 根本吸收根本吸收 2.77 m 伸展振动伸展振动 准确的特征吸收位置取决于氢氧根所处的位

8、置准确的特征吸收位置取决于氢氧根所处的位置 谐波谐波 2 1.4 m 在陆地物质吸收光谱中最为常见在陆地物质吸收光谱中最为常见 组合振动组合振动 Al 或者或者 Mg - OH 弯曲方式弯曲方式 在在2.2 & 2.3 m 范围具有特征吸收范围具有特征吸收常见吸收特征的光谱特点常见吸收特征的光谱特点特征物特征物吸收位置吸收位置Fe3+ 0.4 - 0.6 m, 0.66 m, 0.85 0.95 mAl - OH2.15 - 2.22 mMg - OH2.30 - 2.39 mFe - OH2.24 - 2.27 mSi - OH2.25 m (宽宽)H2O1.9 mCO32.30 -

9、 2.35 mNH42.0 - 2.13 m实验室得到实验室得到的光谱的光谱外表覆着物 (薄膜) 特征吸收比之于厚的微粒外表窄2的平方根 2 (0.707) 倍.各种各样的外表覆着：从能透过能量的到能量完全散射的厚厚的层状物; 光谱特征吸收宽度为2的平方根倍.不同的吸收过程及其波长相关性使得我们可以从反射光谱或者辐射广谱中提取出矿石的化学信息 数字化的光谱数据库数字化的光谱数据库 JPL 实验室曾经有了在实验室曾经有了在0.4-14微米范围内微米范围内2000种自然种自然和人造物质的反射光谱数据库和人造物质的反射光谱数据库 联络人联络人: Dr. Simon HookJPL, MS 183-5

10、014800 Oak Grove DrivePasadena, CA 91109Phone: 818-354-0974Fax: 818-354-0966: Simon.J.H Web: /数字化的光谱数据库数字化的光谱数据库CSIRO 光谱库光谱库 联络人联络人:Dr. Jon HuntingtonCSIRODivision of Exploration & MiningP.O. Box North Ryde, N.S.W., 1670AustraliaPhone: +61-2-94908839: Jon.Huntingtoncsiro.au Web: syd.dem.csiro.au/research/MMTG/数字化的光谱数据库数字化的光谱数据库 USGS (Den