钠光谱线测定和分析

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1、钠光谱线测定和分析07300300046张国永摘要实验使用Wgd-8A型组合式多功能光栅光谱仪，测定钠光谱线，并使用计算机采集数据。本文将分析实验得到的光谱线，计算量子亏损，绘出钠原子能级图。关键词钠光谱、量子亏损、能级跃迁实验理论：光谱线系的规律与原子结构有内在联系，光谱是研究原子结构的一种重要的方法。钠原子最外层只冇一个价电子，内层都是满壳层不易电离，可以与原子核看作一个原子实，所以可以把钠原子看成一个电子围绕着原子实运动，即类氢原子模型。但是该原子实被极化，价电子除库仑场外，还受到偶极矩的作

2、用。钠原子的能级为：En=-hcRH—n其中，Rh为里德伯常数，"为有效量子数。钠原了的光谱有四个主要线系:主线系nP~*3S,n23锐线系nS->3P,n^4漫线系nDf3P,n23nF-3D,n23基线系在测定的钠光谱图中，可以辨别在实验测量范围内的上述谱线，根据光谱线计算量子亏损，计算公式为：11(h+A)2_(n+l+A)2并且可以根据钠光谱图绘出钠原了的能级跃迁图。实验结果与分析本实验得到的最直接的结果就是在计算机上显示出來的钠光谱图，经过自动寻峰和手动调整后，多各关键点进行标注，得到如

3、卜•所示谱图：nJnJ56«.：497.90ns515.08n・^15：HnT：514.bna228.61ns:403.47na74.7lraxuizimm328.63M0§-00060OS000200090OS000b000r>0OROO28S；实验名輸氢光谱与捷氢光谱实验価材馆扫M9•…;:实验音，张図水、吕*豪［述笑UM-2丄加./J2.llJLLU497.49nii；550.00400.00450.00500005500060000650.00淋&(wn)图1实验得到的钠光谱图一、实验谱线

4、特征分析1、部分峰最大值超量程观察谱线,位置位于56&30nm、568.82nm>589.00nm、589.60nm处的峰值均已超出量程。这是因为为了得到更多的钠的特征谱线，实验中增加入射狭缝和出射狭缝的宽度，能量变高，而实验软件却不能够自动调整量程，所以出现上述问题。但庆幸的是实验中可以将缝调小再进行局部扫描，补充到原来的谱图中，缺点就是无法对比强度大小了。2、光谱线有双重结构，且双峰高度有一定比例关系由于电子自旋量子数$=1/2和轨道运动的相互作用使原了的附加能量不仅与量子数n、/冇关，述与总

5、角动量的量子数j冇关，同一光谱项分裂为不同能级,导致了双重结构的出现。以波长位于514.63nm和515.08nm处的双峰为例，放大后如右图所示。观察图像可以发现，右侧峰高度大致为左侧缝的两倍。这是因为左侧7=1/2,右侧j=3/2,能级的统计权重为g=2j+l,处于不同能级的原子数H和统计权重成正比，所以:图2双峰放人图/右二g右二"

6、+1=4二2I左飞左"2xi+r2"08m••••••••••••••••••••••••514.(3nn1:•・■•••41丄/—X■f「•■■■■■■5HCD

7、2峰位1峰位2峰位3峰位4峰位5峰位6实验值(nm)403.47415.11419.31426.37466.31474.71歳光谱(nm)403.38414.73419.10426.62466.16474.173、非钠光谱峰分析实验过程屮出现了一些并非钠光谱的峰，位置主要集中在400〜500nm之间，自动寻峰的结果在403.47nm>415.1lnm^419.31nm^426.37nm>466.3lnm、474.7lnm。经过查阅筑光谱数据发现，存在以下波长的谱线,403.38nm>414.73n

8、m、419.10nm>426.62nm>466.16nm>474.17nmo光谱数据对照表11111111—_-J___—_——-J—一—：4403.47n11115.Hu1:1174.71n«1111111亠jL-八》;466.3Inn<100.00450.00刘图3非钠原子光谱峰表一光谱数据对照表通过以上对比，可以判断，实验中观察到的非钠原了光谱峰实际上是氮光谱，來源可能是钠灯中填充的氟气。二、根据实验谱线计算量子亏损木实验中使用的实验仪器波长测量范围为200〜660mn,在此波长范围内测到的

9、钠光谱线共有6条，如下表所示：波长(nm)跃迁光谱项主线系328.61328.6342P^325589.00589.6032P^32S锐线系514.63515.08625^32P615.65616.2952S^32P漫线系497.49497.9052D^32P568.30568.8242£>^32P表二实验测得的钠光谱线以锐线系计算量子亏损山为例:1122^七亠,23価「所以v}-v2=RnaS'+l)计算可以得到：〃'=3.60此时n=5所以As=n'—n=3.60—5=—1.4