光谱

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  光谱(spectrum),光源所发光波经分光仪器分离后的各种不同波长成分的有序排列。分光仪器包括成像系统和色散系统两部分,前者可将一狭缝成一实像,后者可使不同波长的光彼此分开。当用复色光照明狭缝时,就得到一系列由不同波长的光产生的狭缝的像,这些狭缝的像彼此分离,称为谱线,每一条谱线代表一种波长成分。单一波长的光称为单色光,由许多波长组合成的光称复色光。光谱分如下几种形式。

  1. 线状光谱。由狭窄谱线组成的光谱。单原子气体或金属蒸气所发的光波均有线状光谱,故线状光谱又称原子光谱。当原子能量从较高能级向较低能级跃迁时,就辐射出波长单一的光波。严格说来这种波长单一的单色光是不存在的,由于能级本身有一定宽度和多普勒效应等原因,原子所辐射的光谱线总会有一定宽度;即在较窄的波长范围内仍包含各种不同的波长成分。原子光谱按波长的分布规律反映了原子的内部结构,每种原子都有自己特殊的光谱系列。通过对原子光谱的研究可了解原子内部的结构,或对样品所含成分进行定性和定量分析。
  2. 带状光谱。由一系列光谱带组成,它们是由分子所辐射,故又称分子光谱。利用高分辨率光谱仪观察时,每条谱带实际上是由许多紧挨着的谱线组成。带状光谱是分子在其振动和转动能级间跃迁时辐射出来的,通常位于红外或远红外区。通过对分子光谱的研究可了解分子的结构。
  3. 连续光谱。包含一切波长的光谱,赤热固体所辐射的光谱均为连续光谱。同步辐射源可发出从微波到X射线的连续光谱,X射线管发出的轫致辐射部分也是连续谱。
  4. 吸收光谱。具有连续谱的光波通过物质样品时,处于基态的样品原子或分子将吸收特定波长的光而跃迁到激发态,于是在连续谱的背景上出现相应的暗线或暗带,称为吸收光谱。每种原子或分子都有反映其能级结构的标识吸收光谱。研究吸收光谱的特征和规律是了解原子和分子内部结构的重要手段。吸收光谱首先由J.V.夫琅和费在太阳光谱中发现(称夫琅和费线),并据此确定了太阳所含的某些元素。