光譜線

光譜線是均勻連續光譜中的暗線或亮線，這是由於與附近頻率相比在窄頻率範圍內光的發射或吸收。 光譜線通常用於從其特徵譜線鑑定原子和分子。因為由於電子云中的電子在環繞原子核時，只能受限擁有一些特定的能量，所以一旦電子能量有變化，此能量差就會產生該原子特有的光子，這就是譜線的由來。

基本介紹

• 中文名：光譜線
• 外文名：spectral lines
• 動力：能量差
• 影響因素：電場和磁場
• 用途：利用特徵譜線鑑定原子分子
• 分類：吸收光譜、發射光譜

定義

光譜線是均勻連續光譜中的暗線或亮線，這是由於與附近頻率相比在窄頻率範圍內光的發射或吸收。

產生原因

光譜線是量子系統（通常是原子，但有時是分子或原子核）和單個光子之間的相互作用的結果。 當光子具有合適的能量可以允許系統產生能量狀態變化（在原子的情況下，這通常是電子變化的軌道）時，光子被吸收。 然後，它將自發地重新發射，或者以與原始頻率相同的頻率級聯，其中發射的光子的能量的總和將等於被吸收的光子的能量（假設系統返回到其原始狀態)。

分類

光譜線分為發射光譜或吸收光譜。 哪種類型的譜線取決於材料的類型及其相對於另一個發射源的溫度。

當來自熱的寬光譜源的光子通過冷材料時產生吸收光譜。 在窄頻率範圍內的光強度由於材料的吸收和隨機方向的再發射而減小。

吸收譜線

相反，當在來自冷源的寬光譜的存在下檢測來自熱材料的光子時，產生明亮的發射光譜。 在窄的頻率範圍上的光的強度由於材料的發射而增加。

發射光譜

命名

在光譜的可見部分中的強譜線通常具有獨特的名稱，例如從單電離Ca +出現的在393.366nm的線的K，儘管一些譜“線”是來自幾種不同物種的多條線的共混物 。

在其他情況下，根據電離水平，通過向化學元素的名稱添加羅馬數字來指定線，使得Ca +也具有名稱Ca II。 中性原子用羅馬數I表示，單一離子化原子用II表示，以此類推，使得例如Fe IX（IX，羅馬9）

氫原子光譜線也在它們各自的系列內具有指定名稱，例如Lyman（萊曼）系或Balmer（巴爾末）系。

套用

鑑定化學組成

光譜線是高度原子特異性的，並且可以用於鑑定能夠使光通過其的任何介質的化學組成（通常使用氣體）。 通過光譜手段發現了幾種元素，例如氦，鉈和鈰。

分析天體化學成分

光譜線還取決於氣體的物理條件，因此它們被廣泛用於確定不能通過其他方式進行物理條件分析的恆星和其他天體的化學成分。

影響譜線因素

特定譜線的出現，就表示存在著某些元素。通過譜線的強度更可觀測出此元素含量的多寡。譜線如果在波長上有位移，則通過都卜勒效應，還可得到光源朝向或遠離觀察者的運動速度。

原子的運動

原子的運動（其速度與溫度有關）會導致譜線變寬，原因是部分的運動是朝向觀測者，而部分的運動是遠離觀測者所以從譜線的寬度可以求得溫度。至於密度，則可通過幾條不同譜線的強度或譜線的寬度決定。

電場和磁場

另外，加入電場和磁場作用夠強，也將影響譜線的形狀。

原子光譜線增寬的原因

理論上給出了原子光譜線增寬的幾種原因,即:①自然線寬,它是原子的內稟特性(即在躍遷中所涉及到的能級的特性);②都卜勒增寬,它是原子無規則熱運動的結果;③碰撞增寬,它是原子間相互作用的結果.並對這幾種原因分別給出了數量級上的估算.對原子光譜的測定具有參考意義.

套用實例

1、雷射燒蝕銅產生原子和離子光譜線的研究

通過測定Nd∶YAG脈衝雷射燒蝕金屬Cu誘導產生光譜線及其強度隨時間與空間的分布,結果表明電漿輻射光譜線由原子光譜線、離子光譜線及連續輻射背景光組成,Cu原子光譜線的數目不僅比離子光譜線多,而且輻射強度比離子光譜線的大,以連續輻射背景光的輻射強度為最弱;原子光譜線的發光範圍最大,持續時間最長;離子光譜線發光範圍中等,持續時間中長;連續輻射背景光的發光範圍最小,持續時間最短·討論了雷射誘導發光的機理,認為電漿羽中連續輻射背景光主要來自近靶處高能電子的韌致輻射和電子與離子的複合激發,原子和離子光譜線主要由電漿中高能電子的碰撞傳能激發所引起,並用之較好地解釋了所觀察的實驗現象·

2、我國土壤光譜線之研究

通過對我國各地的土壤光譜反射率的分析表明,無論在二維或多維空間中,確有土壤光譜線存在,但不是嚴格的一條直線,而是有適當寬度的帶。不宜用全國統一的一條土壤光譜線來作植被分析。討論了不同土壤光譜線對綠度及植被覆蓋度估計的誤差。還論述了土壤光譜反射率主成分分析的結果及其物理意義。