光譜[光學頻譜]

光譜[光學頻譜]
光譜[光學頻譜]
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光譜(spectrum) :是複色光經過色散系統(如稜鏡、光柵)分光後,被色散開的單色光按波長(或頻率)大小而依次排列的圖案,全稱為光學頻譜。光譜中最大的一部分可見光譜是電磁波譜中人眼可見的一部分,在這個波長範圍內的電磁輻射被稱作可見光。光譜並沒有包含人類大腦視覺所能區別的所有顏色,譬如褐色和粉紅色。光波是由原子內部運動的電子產生的。各種物質的原子內部電子的運動情況不同,所以它們發射的光波也不同。研究不同物質的發光和吸收光的情況,有重要的理論和實際意義,已成為一門專門的學科——光譜學。

基本信息

簡介

模擬的自然光光譜圖案模擬的自然光光譜圖案

光譜(Spectrum),全稱為光學頻譜,是複色光通過色散系統(如光柵、稜鏡)進行分光後,

光譜是複色光經過色散系統光譜是複色光經過色散系統

依照光的波長(或頻率)的大小順次排列形成的圖案。光譜中最大的一部分可見光譜是電磁波譜中人眼可見的一部分,在這個波長範圍內的電磁輻射被稱作可見光。光譜並沒有包含人眼及大腦能區別的所有顏色,譬如褐色和粉紅色。條目顏色解釋了這種現象的原因。光波是由原子內部運動的電子產生的.各種物質的原子內部電子的運動情況不同,所以它們發射的光波也不同.研究不同物質的發光和吸收光的情況,有重要的理論和實際意義,已成為一門專門的學科——光譜學.

光譜種類

發射光譜物體發光直接產生的光譜叫做發射光譜。發射光譜有兩種類型:連續光譜和明線光譜。

線狀光譜

由狹窄譜線組成的光譜。單原子氣體或金屬蒸氣所發的光波均有線狀光譜,故線狀光譜又稱原子光譜。當原子能量從較高能級向較低能級躍遷時,就輻射出波長單一的光波。嚴格說來這種波長單一的單色光是不存在的,由於能級本身有一定寬度和都卜勒效應等原因,原子所輻射的光譜線總會有一定寬度(見譜線增寬);即在較窄的波長範圍內仍包含各種不同的波長成分。原子光譜按波長的分布規律反映了原子的內部結構,每種原子都有自己特殊的光譜系列。通過對原子光譜的研究可了解原子內部的結構,或對樣品所含成分進行定性和定量分析。

帶狀光譜

光譜光譜

由一系列光譜帶組成,它們是由分子所輻射,故又稱分子光譜。利用高解析度光譜儀觀察時,每條譜帶實際上是由許多緊挨著的譜線組成。帶狀光譜是分子在其振動和轉動能級間躍遷時輻射出來的,通常位於紅外或遠紅外區。通過對分子光譜的研究可了解分子的結構。

連續光譜

連續分布的包含有從紅光到紫光各種色光的光譜叫做連續光譜。熾熱的固體、液體和高壓氣體的發射光譜是連續光譜。例如電燈絲髮出的光、熾熱的鋼水發出的光都形成連續光譜。

只含有一些不連續的亮線的光譜叫做明線光譜(彩圖7)。明線光譜中的亮線叫做譜線,各條譜線對應於不同波長的光。稀薄氣體或金屬的蒸氣的發射光譜是明線光譜。明線光譜是由游離狀態的原子發射的,所以也叫原子光譜。觀察氣體的原子光譜,可以使用光譜管(圖6-19),它是一支中間比較細的封閉的玻璃管,裡面裝有低壓氣體,管的兩端有兩個電極。把兩個電極接到高壓電源上,管里稀薄氣體發生輝光放電,產生一定顏色的光。

原子光譜

觀察固態或液態物質的原子光譜,可以把它們放到煤氣燈的火焰或電弧中去燒,使它們氣化後發光,就可以從分光鏡中看到它們的明線光譜。

實驗證明,原子不同,發射的明線光譜也不同,每種元素的原子都有一定的明線光譜。彩圖7就是幾種元素的明線光譜。每種原子只能發出具有本身特徵的某些波長的光,因此,明線光譜的譜線叫做原子的特徵譜線。利用原子的特徵譜線可以鑑別物質和研究原子的結構。

吸收光譜

光譜光譜

高溫物體發出的白光(其中包含連續分布的一切波長的光)通過物質時,某些波長的光被物質吸收後產生的光譜,(或具有連續譜的光波通過物質樣品時,處於基態的樣品原子或分子將吸收特定波長的光而躍遷到激發態,於是在連續譜的背景上出現相應的暗線或暗帶),叫做吸收光譜。例如,讓弧光燈發出的白光通過溫度較低的鈉氣(在酒精燈的燈心上放一些食鹽,食鹽受熱分解就會產生鈉氣),然後用分光鏡來觀察,就會看到在連續光譜的背景中有兩條挨得很近的暗線(見彩圖8.分光鏡的分辨本領不夠高時,只能看見一條暗線)。這就是鈉原子的吸收光譜。值得注意的是,各種原子的吸收光譜中的每一條暗線都跟該種原子的發射光譜中的一條明線相對應。這表明,低溫氣體原子吸收的光,恰好就是這種原子在高溫時發出的光。因此,吸收光譜中的譜線(暗線),也是原子的特徵譜線,只是通常在吸收光譜中看到的特徵譜線比明線光譜中的少。每種原子或分子都有反映其能級結構的標識吸收光譜。研究吸收光譜的特徵和規律是了解原子和分子內部結構的重要手段。吸收光譜首先由J.V.夫琅和費在太陽光譜中發現(稱夫琅和費線),並據此確定了太陽所含的某些元素。

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