光譜是指光波由原子內(nèi)部運動的電子所產(chǎn)生的現(xiàn)象。不同物質(zhì)的原子內(nèi)部電子運動情況不同，因此它們發(fā)射的光波也不同。研究光譜的現(xiàn)象和特性具有重要的理論和實際意義，形成了專門的學(xué)科——光譜學(xué)。
分光鏡的構(gòu)造原理
分光鏡是用于觀察光譜的工具，其構(gòu)造原理如圖所示。分光鏡包括平行光管A、三棱鏡P和望遠鏡筒B。平行光管前部設(shè)有可調(diào)寬度的狹縫S，位于透鏡L1的焦平面處。進入狹縫的光線經(jīng)透鏡L1折射后變?yōu)槠叫泄馐丈渲寥忡RP。不同顏色的光經(jīng)過三棱鏡后沿著不同的折射方向射出，并在透鏡L2后面的焦平面MN上匯聚成為不同顏色的像（譜線）。通過望遠鏡筒B的目鏡L3可以看到放大的光譜圖像。若在MN位置放置照相底片，則可拍攝下光譜圖像。這種配備攝譜儀的光譜儀器被稱為攝譜儀。
發(fā)射光譜
發(fā)射光譜指物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜。發(fā)射光譜分為兩種類型：連續(xù)光譜和明線光譜。連續(xù)光譜是一種包含從紅光到紫光的各種色光的光譜，常見于熾熱的固體、液體和高壓氣體。明線光譜則是僅含有不連續(xù)的亮線的光譜，常見于稀薄氣體或金屬蒸氣。明線光譜也被稱為原子光譜，可通過光譜管或燃燒固態(tài)或液態(tài)物質(zhì)的方法觀測。每種元素的原子都有特定的明線光譜，這些譜線被稱為原子的特征譜線，可用于物質(zhì)鑒定和研究原子結(jié)構(gòu)。
吸收光譜
吸收光譜是高溫物體發(fā)出的白光通過物質(zhì)時，某些波長的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜。例如，鈉氣的吸收光譜表現(xiàn)為在連續(xù)光譜背景下出現(xiàn)的暗線。每種原子的吸收光譜中的暗線均與其發(fā)射光譜中的明線相對應(yīng)。吸收光譜中的譜線同樣是原子的特征譜線，盡管數(shù)量較少。
光譜分析
光譜分析是根據(jù)光譜來鑒別物質(zhì)和確定其化學(xué)組成的一種方法。它可以利用發(fā)射光譜或吸收光譜來進行。光譜分析具有很高的靈敏度和準(zhǔn)確性，常用于檢測痕量元素和研究天體化學(xué)組成。
彩色光譜及光譜學(xué)
彩色光譜是復(fù)色光經(jīng)過色散系統(tǒng)分光后按照波長大小排列而成的圖案。光譜學(xué)積累了豐富的知識，并且已經(jīng)成為一門重要學(xué)科。每種原子都有其獨特的光譜，類似于人類的“指紋”。這些光譜線系與原子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，是研究原子結(jié)構(gòu)的重要依據(jù)。光譜分析不僅可用于物質(zhì)成分的定性和定量分析，還可應(yīng)用于地質(zhì)勘探、天文學(xué)等領(lǐng)域。
光譜分類
光譜可根據(jù)波長區(qū)域、產(chǎn)生本質(zhì)、產(chǎn)生方式和表觀形態(tài)等因素進行分類。常見的光譜類別包括紅外光譜、可見光譜、紫外光譜、原子光譜、分子光譜、發(fā)射光譜、吸收光譜和散射光譜等。
自旋
在量子力學(xué)中，“自旋”是描述粒子旋轉(zhuǎn)特性的量。每個粒子都有固定的自旋大小，而自旋軸的方向可以通過量子力學(xué)的奇特方式進行改變。自旋是粒子自身固有的屬性，而非由其組成部分繞公共質(zhì)心的公轉(zhuǎn)引起。
光譜形式
線狀光譜
線狀光譜由狹窄譜線組成，又稱為原子光譜。單原子氣體或金屬蒸氣所發(fā)的光波均為線狀光譜。原子在能級躍遷時輻射出波長單一的光波，雖然實際上這種單色光并不純凈，但仍可在較窄的波長范圍內(nèi)識別多種波長成分。原子光譜反映了原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可用于元素鑒定和分析。
帶狀光譜
帶狀光譜由一系列光譜帶組成，也稱為分子光譜。分子在其振動和轉(zhuǎn)動能級間的躍遷會產(chǎn)生帶狀光譜，通常位于紅外或遠紅外區(qū)。帶狀光譜的研究有助于理解分子結(jié)構(gòu)。
連續(xù)光譜
連續(xù)光譜包含了所有波長的光譜，常見于赤熱固體的輻射。同步輻射源和X射線管均可產(chǎn)生連續(xù)光譜。
吸收光譜
吸收光譜是在連續(xù)光譜背景上出現(xiàn)的暗線或暗帶，由基態(tài)原子或分子吸收特定波長的光而躍遷至激發(fā)態(tài)所致。每種原子或分子都有其標(biāo)識吸收光譜，可用于研究原子和分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
參考資料 >
為何我們只認(rèn)定7色光譜?.百家號.2024-10-23
你看得懂顏色的光譜反射率曲線嗎？（干貨）.個人圖書館.2024-10-23
非常有用的光譜分析技術(shù).微信公眾平臺.2024-10-23