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從氣體到固體：吸收帶如何揭示物質的隱藏秘密？
在光譜學中，吸收帶是電磁光譜中一系列特定波長、頻率或能量的範圍，這些範圍是某物質從初始狀態到最終狀態過渡的特徵。根據量子力學，原子和分子只能擁有某些定義的能量量，或者存在於特定狀態中。當這些電磁輻射的量子被原子或分子發射或吸收時，輻射的能量會改變原子或分子的狀態，從而促使其從初始狀態轉變為最終狀態。
吸收過程的本質
當電磁輻射被原子或分子吸收時，輻射的能量使該物質改變其內部狀態。這個過程不是隨機的，軌道和能量水平在氣體或稀薄系統中是離散的，而在像液體或固體等凝聚系統中則具有連續的狀態分佈。某一物質的能量變化必須通過一系列「步驟」來實現，這需要吸收光子來提供能量。
電磁過渡的影響
光子被吸收時，其電磁場消失，並促使吸收光子的系統狀態發生變化。這個過程遵循一系列的物理法則，例如能量、動量和角動量的守恆。同時，不是所有的過渡都能夠發生，這個限制生成了一系列所謂的選擇規則，確保只有特定的能量或頻率範圍是可以觀察到的。
電磁吸收過程的強度主要通過兩個因素來決定：首先，僅改變系統磁偶極矩的過渡通常較弱，而改變電偶極矩的過渡則強得多。
吸收帶的形狀與分析
各種吸收帶和線形狀的存在使得分析帶或線形狀成為獲取系統信息的一個有效途徑。許多情況下，狹窄的光譜線被假設為洛倫茲型或高斯型，具體取決於衰變機制或精細結構有關的溫度效應。通過分析光譜的強度、寬度和形狀，研究人員能夠獲得有關觀察系統的重要數據。
在擁有大量狀態的系統中，如大分子和大型共軛系統，不能總能在吸收光譜中清楚辨別各個能級。
吸收帶的類型
電子過渡
電子過渡主要發生在紫外和可見光譜範圍內，引起光子與原子、分子或凝聚物質的相互作用。
振動過渡
振動過渡和光學聲子過渡則發生在紅外光譜中。
旋轉過渡
旋轉過渡則主要出現在遠紅外和微波區域。
其他過渡
在無線電頻率範圍內，吸收帶也出現在核磁共振（NMR）光譜中。
應用範疇
具有寬吸收帶的材料在顏料、染料及光學濾光片中有著廣泛應用。例如，二氧化鈦、氧化鋅和染料作為防曬霜中的紫外線吸收劑和反射劑。
對大氣物理學家的關注
在研究大氣的過程中，氧和臭氧的吸收帶吸引了科學家的極大注意。這些吸收帶不僅吸引了物理學家的目光，也幫助我們理解地球環境及其變化。
氧和臭氧所對應的各個吸收帶具有不同的範圍和強度，為我們提供了深入了解大氣結構的窗口。
隨著科學技術的不斷發展，更多關於吸收帶及其潛在應用的研究將如何改變我們對物質和能量轉換的根本理解？
