光譜(光學頻譜)

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。

光波是由原子運動過程中的電子產生的電磁輻射。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。分子的紅外吸收光譜一般是研究分子的振動光譜與轉動光譜的，其中分子振動光譜一直是主要的研究課題。

基本介紹

• 中文名：光譜
• 外文名：spectrum
• 學科：光譜學
• 全稱：光學頻譜

原理

複色光中有著各種波長（或頻率）的光，這些光在介質中有著不同的折射率。因此，當複色光通過具有一定幾何外形的介質（如三稜鏡）之後，波長不同的光線會因出射角的不同而發生色散現象，投映出連續的或不連續的彩色光帶。這個原理亦被套用於著名的太陽光的色散實驗。太陽光呈現白色，當它通過三稜鏡折射後，將形成由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫順次連續分布的彩色光譜，覆蓋了大約在390到770納米的可見光區。歷史上，這一實驗由英國科學家艾薩克·牛頓爵士於1665年完成，使得人們第一次接觸到了光的客觀的和定量的特徵。

分類

按波長區域

在一些可見光譜的紅端之外，存在著波長更長的紅外線；同樣，在紫端之外，則存在有波長更短的紫外線。紅外線和紫外線都不能為肉眼所覺察，但可通過儀器加以記錄。因此，除可見光譜，光譜還包括有紅外光譜與紫外光譜。

按產生方式

按產生方式，光譜可分為發射光譜、吸收光譜和散射光譜。

有的物體能自行發光，由它直接產生的光形成的光譜叫做發射光譜。

發射光譜可分為三種不同類別的光譜：線狀光譜、帶狀光譜和連續光譜。線狀光譜主要產生於原子，由一些不連續的亮線組成；帶狀光譜主要產生於分子由一些密集的某個波長範圍內的光組成；連續光譜則主要產生於白熾的固體、液體或高壓氣體受激發發射電磁輻射，由連續分布的一切波長的光組成。

在白光通過氣體時，氣體將從通過它的白光中吸收與其特徵譜線波長相同的光，使白光形成的連續譜中出現暗線。此時，這種在連續光譜中某些波長的光被物質吸收後產生的光譜被稱作吸收光譜。通常情況下，在吸收光譜中看到的特徵譜線會少於線狀光譜。

當光照射到物質上時，會發生非彈性散射，在散射光中除有與激發光波長相同的彈性成分（瑞利散射）外，還有比激發光波長長的和短的成分，後一現象統稱為拉曼效應。這種現象於1928年由印度科學家拉曼所發現，因此這種產生新波長的光的散射被稱為拉曼散射，所產生的光譜被稱為拉曼光譜或拉曼散射光譜。

按產生本質

按產生本質，光譜可分為分子光譜與原子光譜。

在分子中，電子態的能量比振動態的能量大50～100倍，而振動態的能量又比轉動態的能量大50～100倍。因此在分子的電子態之間的躍遷中，總是伴隨著振動躍遷和轉動躍遷的，因而許多光譜線就密集在一起而形成分子光譜。因此，分子光譜又叫做帶狀光譜。

在原子中，當原子以某種方式從基態提升到較高的能態時，原子內部的能量增加了，原子中的部分電子提升到激發態，然而激發態都不能維持，在經歷很短的一段隨機的時間後，被激發的原子就會回到原來能量較低的狀態。在原子中，被激發的電子在回到能量較低的軌道時釋放出一個光子，也就是說這些能量將被以光的形式發射出來，於是產生了原子的發射光譜，亦即原子光譜。因為這種原子能態的變化是非連續量子性的，所產生的光譜也由一些不連續的亮線所組成，所以原子光譜又被稱作線狀光譜。

光譜定性分析

光譜定性分析就是根據光譜圖中是否有某元素的特徵譜線(一般是最後線)出現來判斷樣品中是否含有某種元素。定性分析方法常有以下兩種。

(1)標準試樣光譜比較法

將要檢出元素的純物質或純化合物與試樣並列攝譜於同一感光板上，在映譜儀上檢查試樣光譜與純物質光譜。若兩者譜線出現在同一波長位置上，即可說明某一元素的某條譜線存在。此法多用於不經常遇到的元素或譜圖上沒有的元素分析。

(2)鐵光譜比較法

鐵光譜比較法是目前最通用的方法，它採用鐵的光譜作為波長的標尺，來判斷其它元素的譜線。鐵光譜作標尺有如下特點。

①譜線多，在210～600nm範圍內有幾千條譜線；

②譜線間相距都很近，在上述波長範圍內均勻分布，對每一條鐵譜線波長，人們都已進行了精確的測量。