利用氢光谱和钠光谱对跃迁几率研究

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1、利用氢光谱及钠光谱对跃迁几率的研究07301020013　程前利用氢光谱及钠光谱对跃迁几率的研究　　复旦大学　材料科学系　程前摘要：氢光谱及钠光谱是研究原子光谱的基本光谱，其相对强度还可用作定量分析。在定量分析中，跃迁几率是一个非常重要的量，本文利用氢氘光谱及钠光谱中谱线的强度来研究跃迁几率，并利用材料分析中的定量分析公式来确定氢及钠各能级跃迁几率之比。关键词：氢光谱，钠光谱，谱线强度，跃迁几率实验装置：44W型平面油印机单色仪，出口S2处接光电探测器，并与计算机相联，记录谱线强度。入射缝S1及出射缝S2大小可调，

2、根据强度及分辨率的需要自行调节。谱线强度：原子由某一激发态向基态或较低能级跃迁发射谱线的强度与激发态原子数成正比，在激发源的高温条件下（实验室所用氢氘灯温度约为2700K）,温度一定，处于热力学平衡状态时，单位体积基态原子数为：(1)式中gi、g0为激发态与基态的统计权重，g=2J+1，Ei为激发能，k为玻尔兹曼常数，T为激发温度，再由发射谱线强度的公式，即可得到发射谱线的强度与波长、跃迁几率、能量差、波长等关系的公式：(2)I为光谱强度，Aij为跃迁几率，νij为发射谱线的频率，gi为激发态原子的统计权重，而g0

3、为基态原子的统计权重，统计权重与J有关，g=2J+1。因此，6利用氢光谱及钠光谱对跃迁几率的研究07301020013　程前利用此公式，在相同的激发环境下，通过比较谱线的相对强弱，就可以得出跃迁几率的比。巴耳末线系：瑞士科学家巴耳末根据实验结果得出了在可见光范围内氢光谱分布规律，即410.2nm,434.0nm，486.1nm等谱线，满足规律：其中R为里德伯常数，，可通过玻尔理论推导出来。氘光谱：在氢线的附近还有一个谱线，两者波长相差较小，属于氘的谱线，也满足规律：。R为氘的里德伯常数。钠光谱：碱金属原子的最外面壳

4、层上只有一个容易电离的电子，把这个电子称为价电子，而内壳层是满壳层，不易电离，而绕原子壳运动，形成一个比较坚实的集团，称为原子实，因此钠是一种类氢原子，光谱与氢原子类似，使用相同的办法进行研究。锐线系：(n>3)主线系：（n>=3）漫线系：（n>=3）实验数据：（一）氢氘光谱：6利用氢光谱及钠光谱对跃迁几率的研究07301020013　程前从图中可以看出，因为同位素位移的作用，每组谱线分为氢峰和氘峰，且交叠在一起，因此利用origin的多峰拟合功能去掉本底并将其分离，得到如下氢的数据：氢的波长/nm410.2nm4

5、34.0nm485.1nm656.3nm面积值1.7279.0245.2671.14峰值25126.15582.27911.44氘的数据：氘的波长/nm410.1nm433.9nm485.0nm656.1nm面积值5.7122.7288.535.88峰值33.11139.28483.76411.57我们也对巴耳末线系的低波段进行测量，但因其较弱，缝开的过大致使分辨率降低，从而无法区分出氢氘，因此做统一处理。其中383.5nm的光谱强度过于微弱，没于噪声，不予处理，共有三组数据：波长/nm388.9397.0410.

6、2面积值9.04627.4471.43峰值34.3881.508367.8利用公式（２），得到　　　　　　（３）即可从强度比得到跃迁几率比：氢：波长410.2nm(6p-2s)434.0nm(5p-2s)485.1nm(4p-2s)656.3nm(3p-2s)面积0.3698:1:1.51:0.183峰值0.38:1:1.3867:0.167氘：波长410.1nm(6p-2s)433.9nm(5p-2s)485.0nm(4p-2s)656.1nm(3p-2s)面积0.477:1:1.17:0.0247峰值0.451

7、3:1:1.042:0.07因为氢原子在n相同的能级上简并，因此统计权重是相同的。氘灯温度为2700K。6利用氢光谱及钠光谱对跃迁几率的研究07301020013　程前根据查得的理论计算值，434.0nm:485.1nm:656.3nm为2.10:3.94:8.27,发现656.3nm偏离较为严重；经过分析之后认为，是氢氘灯的自吸作用导致。等离子有一定的体积，温度与原子浓度在其各部分分布不均匀，中间部位温度高，边缘温度低。其中心区域激发态的原子多，边缘处基态的较多，可吸收中心处产生的辐射光，因此称之为自吸。3P-2

8、S能量低，较易激发基态原子，因此自吸最为严重，使得到的比值失真非常大。对于短波长部分，计算结果为：波长388.9(8p-2s)397.0(7p-2s)410.2nm(6p-2s)面积0.546:1:1.751峰值0.427:1:3.033相对来讲，因为此组的自吸较小，因此该比例应该与真实跃迁比例较为相近。除去656.3nm的线，可以发现从一系列跃迁至另一系列