原子光譜

原子光譜，是由原子中的電子在能量變化時所發射或吸收的一系列波長的光所組成的光譜。原子吸收光源中部分波長的光形成吸收光譜，為暗淡條紋；發射光子時則形成發射光譜，為明亮彩色條紋。兩種光譜都不是連續的，且吸收光譜條紋可與發射光譜一一對應。每一種原子的光譜都不同，遂稱為特徵光譜。

基本介紹

• 中文名：原子光譜
• 外文名：Atomatic spectrum
• 作用：測量天體所含元素等
• 分類：明亮彩色條紋、暗淡條紋
• 套用：化學、天體物理學、等離子物理學

定義

原子中的電子可處於許多不同的運動狀態，每一狀態都具有一定能量，在一定條件下，分布在各個能級上的原子數是一定的，大多數原子都處於能量最低的狀態，即基態。當原子受到電弧或電火花外來作用時，許多原子可以由能量較低的狀態躍遷到能量較高的狀態，這稱為激發態。但躍遷到高能級E₂的原子是不穩定的，約10～10S後，便要躍遷到某一低能級E₁，並伴隨著發出能量為△E=E₂—E₁的光子。根據公式E=hv，可得到發出光子的頻率。

若用底片將此接收下來，便得一條譜線。實際上，與此同時還有其他原子要發生其他能級間的躍遷，伴隨著這些躍遷還要發出其他頻率的光來。將這些不同頻率的光接收下來，便得一條條亮的譜線。這稱為原子發射光譜。另一方面，若將一白光通過一物質，則物質中的原子將吸收其中某些頻率的光而從低能級躍遷到高能級。這樣，白光通過物質後將出現一系列暗的條紋，這樣獲得的光譜稱為原子吸收光譜。原子發射光譜和原子吸收光譜統稱為原子光譜。原子光譜中各條譜線的強度互不相同，它與相應的兩能級間的躍遷幾率有關。

原子光譜給出了原子中的能級分布，能級間的躍遷幾率大小的信息，是原子結構的反映，是由結構決定的。光譜與結構之間存在著一一對應的內在聯繫。原子光譜是研究原子結構的重要方法，也可用來進行定性、定量分析

相關理論

原子的電子運動狀態發生變化時發射或吸收的有特定頻率的電磁頻譜。原子光譜是一些線狀光譜，發射譜是一些明亮的細線，吸收譜是一些暗線。原子的發射譜線與吸收譜線位置精確重合。不同原子的光譜各不相同，氫原子光譜最為簡單，其他原子光譜較為複雜，最複雜的是鐵原子光譜。用色散率和解析度較大的攝譜儀拍攝的原子光譜還顯示光譜線有精細結構和超精細結構，所有這些原子光譜的特徵，反映了原子內部電子運動的規律性。

原子光譜實驗

闡明原子光譜的基本理論是量子力學。原子按其內部運動狀態的不同，可以處於不同的定態。每一定態具有一定的能量，它主要包括原子體系內部運動的動能、核與電子間的相互作用能以及電子間的相互作用能。能量最低的態叫做基態 ，能量高於基態的叫做激發態 ，它們構成原子的各能級（見原子能級）。高能量激發態可以躍遷到較低能態而發射光子，反之，較低能態可以吸收光子躍遷到較高激發態，發射或吸收光子的各頻率構成發射譜或吸收譜。量子力學理論可以計算出原子能級躍遷時發射或吸收的光譜線位置和光譜線的強度。

作用與研究意義

原子光譜提供了原子內部結構的豐富信息。事實上研究原子結構的原子物理學和量子力學就是在研究分析闡明原子光譜的過程中建立和發展起來的。原子是組成物質的基本單元。原子光譜的研究對於分子結構、固體結構也有重要意義。原子光譜的研究對激發器的誕生和發展起著重要作用，對原子光譜的深入研究將進一步促進雷射技術的發展；反過來雷射技術也為光譜學研究提供了極為有效的手段。原子光譜技術還廣泛地用於化學、天體物理、電漿物理等和一些套用技術學科之中。

複雜原子光譜

原子或離子的運動狀態發生變化時，發射或吸收的有特定頻率的電磁波譜．原子光譜的覆蓋範圍很寬，從射頻段一直延伸到X射線頻段，通常，原子光譜是指紅外、可見、紫外區域的譜．

原子光譜中某一譜線的產生是與原子中電子在某一對特定能級之間的躍遷相聯繫的．因此，用原子光譜可以研究原子結構．由於原子是組成物質的基本單位，原子光譜對於研究分子結構、固體結構等也是很重要的．另一方面，由於原子光譜可以了解原子的運動狀態，從而可以研究包含原子在內的若干物理過程．原子光譜技術廣泛套用於化學、天體物理學、等離子物理學和一些套用技術科學中。

技術分類

原子光譜技術作為現代分析檢測技術中的一個重要組成部分，在分析領域中占據著舉足輕重的地位，而其發展也反映了分析技術的不斷改革與創新。綜述了中國原子光譜技術近15年來（2000年—2014年）的研究與套用進展。內容涉及原子光譜的多個分支領域，包括原子發射光譜，原子吸收光譜，原子螢光光譜，X射線螢光光譜以及原子質譜五種原子光譜技術。

原子發射光譜(AES)：原子發射光譜法，是根據每種化學元素的原子或離子在熱激發或電激發下，從激發態回到基態時發射的特徵譜線，進行元素定性、半定量和定量分析的方法。它是光學分析中產生與發展最早的一種分析方法，卻也是目前原子光譜技術研究中較為薄弱的一個部分。

原子吸收光譜(AAS)：原子吸收光譜包括火焰原子化吸收光譜，石墨爐原子化吸收光譜，氫化物發生原子吸收光譜等。

原子螢光光譜(AFS)：典型原子螢光檢測過程是以氫化物/冷蒸氣發生方式實現樣品的導入，氬氫擴散火焰原子化器實現被測元素的原子化，自由原子被空心陰極燈激發後發射的原子螢光，以無色散光路被 光 電 倍 增 管 接 收，獲 得 原 子 熒 光 信 號。理 論 上，AFS兼具AES和AAS的優點，同時也克服了兩者的不足，但是，由於AFS存在散射光干擾及螢光猝 滅 嚴 重 等 固 有 缺陷，使得該方法對激發光源和原子化器有較高的要求。

X射線螢光光譜(XRF)：X射線螢光光譜按 分 離 特 征 譜 線 的 方 法 分 為 波 長 色 散 型（WD－XRF）和 能 量 色 散 型（ED－XRF）兩種。WD－XRF與ED－XRF的區別在於前者是用分光晶體將螢光光束進行色散，而後者則是藉助高解析度敏感半導體檢測器與多道分析器將所得信號按光子能量進行分離來測定各元素含量。

原子質譜(AMS)：原子質譜（AMS）又稱為無機質譜法，是將試樣原子化後採用各種離子源使其離子化，按質荷比不同而進行分離檢測的方法，廣泛用於各種試樣中元素的定性和定量檢測。