关于光谱的相关小知识.doc

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1、关于光谱的相关小知识光谱及光谱分析，虽然篇幅不多，但其内容丰富，概念又极易混淆模糊，有必要作一些比较鉴定。一、为什么稀薄气体或金属蒸汽发射明线光谱？根据量子理论，原子有一系列分立能级，原子能级中能量最低的称为基态，其余称之为激发态，原子因吸收外界能量会从基态或低能态跃迁到高能态，该过程称为原子的激发。处于激发态的原子由较高的激发态跃迁到较低的激发态或基态时，就会发出一定频率的色光，其频率由决定，由于原子能级不连续，因此，发出的光就形成由一些不连续的亮线组成的光谱，这就是明线光谱。问题是光源为何采用稀薄气体或金属蒸汽呢？由于稀薄气体和金属蒸汽中的原子处于游离状态，在这种状况

2、下的原子基本上是独立和自由的，因而发光时其能级离散的内禀性质自然显露无疑了，正因如此，明线光谱又被称之为原子光谱。二、连续光谱是如何形成的？连续光谱的形成比较复杂，对于炽热的固体、液体在本质上属于热辐射，是指物体受热有较高的温度而产生的光反射现象，处于任何温度下的物体都会有热辐射，低温物体辐射不可见的红外光，温度上升，波长较短的电磁波成份增加；当温度达到500℃时，开始辐射一部分暗红色可见光；当温度达到1500℃以上时，就发出白炽光。热辐射有三个明显特点：一是辐射强度随温度升高而迅速增强；二是辐射波长范围很宽，形式上都属于连续光谱；三是温度越高，辐射最强部分的波长越短。对

3、于气体光源，有些分子光谱和原子光谱也可形成连续光谱。例如高压气体，原因是在压强很大、密度很高时，原子、分子之间相互作用很强，导至原子、分子的能级分裂，派生出许多新能级，这些能级非常接近，并且原子、分子数目较大，能级很密，几乎连续，使谱线展宽，最后可能变成连续光谱，或因谱线间隔很小，低分辨率的光谱仪无法分辨，形成连续光谱。三、吸收光谱产生原因是什么？产生连续光谱的光源所发出的光，通过具有选择性吸收的物质后，便可用光谱仪得到吸收光谱。即在连续光谱的背景上观察到被吸收的波长区域是暗的。根据基尔霍夫定律：“一种物质所发射的光谱的频率或波长跟它所能吸收的频率或波长是一致的”，所以某

4、物质发射哪些波长的光，它就强烈吸收哪些波长的光。物质中原子吸收光子的能量后跃迁到激发态，处于激发态的原子可通过与其它原子碰撞而使其动能转化为热能而并不发射光子，处于激发态的原子也可发出别种频率的光，因此，连续光谱通过物质后就缺少了某些频率的光而形成暗线。四、太阳光经过地球大气层时为什么没被地球大气层元素所吸收？太阳光谱是太阳发出的强光，通过太阳大气层时，某些波长的光被太阳大气层的元素吸收而产生的。那么，太阳光经过地球大气层时为什么没有被地球大气层元素所吸收呢？太阳光谱是典型的吸收光谱，在其连续光谱的背景上呈现一条条暗线，为夫琅和费首先发现的，称为夫琅和费谱线。这些谱线是因

5、为太阳大气层的温度(相当于太阳本身来说)较低且由游离状态的原子组成。故太阳光通过太阳大气层时，被温度较低的原子选择吸收而形成吸收光谱。事实上，任何恒星光谱均为吸收光谱，地球大气层的气体是以分子形式存在的，对于可见光和波长在3×10-7m以上的紫外线是透明的，故太阳光不会被地球大气层元素选择吸收。五、为什么同一元素的吸收光谱比明线光谱的谱线少？理论上分析，由于吸收光谱通常是电子由基态跃迁到激发态时形成的，而明线光谱则是由较高激发态向所有较低的能级(包括基态)跃迁时产生的，电子在两个过程中跃迁的机会不等，就造成了吸收光谱的谱线少于明线光谱。例如氢原子吸收了△E=12.09ev

6、的能量由基态跃迁到n=3激发态，电子由n=3的激发态向低能级跃迁有三种可能：3—2；2—1；3—1，由于氢原子可同时发出三种波长的光，由此可知，原子吸收某种频率的可见光可同时发射几种频率的光，所以吸收光谱的谱线比明线光谱的谱线少。另一方面，分光镜的分辨本领也会造成一定的影响，一架分光镜产生光谱细致程度是由它的分辨本领R所决定的，，其中表示光谱中某一波长，指在这个波长附近恰能被清楚分辨开来的两条紧挨着的谱线间的波长差，R越大，则在同一激发条件下，看到的谱线数目越多，反之则越少；R比较小的分光镜不能将波长相差小的几条谱线分离开来，看起来好象是一条似的，故观测到的吸收光谱谱线较

7、少。六、日光灯与白炽灯的光谱形式为何不同？对于日光灯，管内汞经过灯丝加热，形成稀薄汞气，镇流器产生高压，使汞原子电离出电子，电子加速后与其它汞原子碰撞，使气体迅速被击穿导电，产生孤光放电，激发出紫外线，紫外线再激发涂在管壁上的荧光粉，发出柔和光。日光灯荧光粉被光致激发，形成明线光谱，。白炽灯灯丝中钨原子一个紧紧挨一个，在电场作用下电子加速到很短自由程温度升高(可升2000℃)，通过热辐射向外发光，形成连续光谱——白炽灯光谱是连续光谱。七、光谱分析为何采用明线光谱也可用吸收光谱？我们知道每一种元素的原子可发出一系列它特有的谱线，