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                                  原子光譜

                                  來源:123 作者:hardware-100 2018-11-09 0

                                  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,遂稱為特征光譜。

                                   

                                  光譜

                                  定義

                                  原子中的電子可處于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,大多數原子都處于能量最低的狀態,即基態。當原子受到電弧或電火花等外來作用時,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10-810-9S后便要躍遷到某一低能級E1,并伴隨著發出能量為△E=E2—E1的光子。根據公式E=hv,可得到發出光子的頻率。

                                  原子能級示意圖

                                   

                                  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,白光通過物質后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系。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。

                                  原子光譜實驗

                                  原子光譜實驗

                                   

                                  可見光

                                  可見光是電磁波譜中人眼可以感知的部分,可見光譜沒有精確的范圍;一般人的眼睛可以感知的電磁波的波長在400~760nm之間,但還有一些人能夠感知到波長大約在380~780nm之間的電磁波。 正常視力的人眼對波長約為555nm的電磁波最為敏感,這種電磁波處于光學頻譜的綠光區域。人眼可以看見的光的范圍受大氣層影響。大氣層對于大部分的電磁輻射來講都是不透明的,只有可見光波段和其他少數如無線電通訊波段等例外。不少其他生物能看見的光波范圍跟人類不一樣,例如包括蜜蜂在內的一些昆蟲能看見紫外線波段,對于尋找花蜜有很大幫助。

                                  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,其他原子光譜較為復雜,最復雜的是鐵原子光譜。用色散率和分辨率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征,反映了原子內部電子運動的規律性。

                                  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,可以處于不同的定態。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 ,能量高于基態的叫做激發態 ,它們構成原子的各能級。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。原子光譜的研究對于分子結構、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激光技術的發展;反過來激光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于化學、天體物理、等離子體物理等和一些應用技術學科之中。 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.原子光譜的覆蓋范圍很寬,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系的.因此,用原子光譜可以研究原子結構.由于原子是組成物質的基本單位,原子光譜對于研究分子結構、固體結構等也是很重要的.另一方面,由于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.原子光譜技術廣泛應用于化學、天體物理學、等離子物理學和一些應用技術科學中。

                                   

                                  各波段波長

                                  (1?=10^(-10)米   納米:1nm=10^(-9)米 )

                                  波長短于0.001nm   γ 射線

                                  0.001100nm     X射線

                                  1~200nm       真空紫外區   

                                  200~300nm           遠紫外區

                                  300~380nm           近紫外區

                                  380~420nm          紫光 

                                  420~450nm          藍光

                                  450~490nm          青光

                                  490~560nm          綠光

                                  560~590nm          黃光

                                  590~620nm          橙光

                                  620~780nm          紅光

                                  780~1500nm        近紅外區 

                                  1500~10000nm     中紅外區

                                  10000~1000000nm    紅外區

                                  0.0011m                    微波

                                  10m                      超短波 FM廣播

                                  10 100m                    短波

                                  1001000m                 中波

                                  100010000m              長波

                                  10000100000m           甚長波

                                  100000~1000000m           特長波

                                  1000000~10000000m              超長波

                                  10000000~100000000m          極長波

                                   

                                   

                                   

                                   

                                  波長轉換公式

                                   

                                  (1) 能量(eV)與波長/λ(?)關系:

                                   

                                         E(eV)=12398.5/λ(?)

                                   

                                  (2) 波長(um微米)與波數(cm-1)轉換關系:

                                   

                                        10000/波數=波長(um)

                                   

                                        波數(cm-1)*λ(?)=108

                                   

                                  (3) 能量與波數的關系:

                                   

                                         E(ev)=1.23985/10000*波數(cm-1)

                                   

                                   


                                   

                                       

                                   

                                  常測元素譜線及靈敏度比

                                  元素

                                  代號

                                  譜線(nm)

                                  靈敏度比

                                  譜線(nm)

                                  靈敏度比

                                  譜線(nm)

                                  靈敏度比

                                  譜線(nm)

                                  靈敏度比

                                  灰化溫度

                                  原子化溫度

                                  Ag

                                  328.1nm

                                  1.0000

                                  338.3nm

                                  0.0700







                                  Al

                                  309.3nm

                                  1.0000

                                  308.2nm

                                  0.8500

                                  396.2nm

                                  0.4900

                                  394.4nm

                                  0.1300



                                  As

                                  193.7nm

                                  1.0000

                                  197.2nm

                                  0.7000







                                  Au

                                  242.8nm

                                  1.0000

                                  267.6nm

                                  0.1700







                                  B

                                  249.8nm

                                  1.0000









                                  Ba

                                  553.6nm

                                  1.0000

                                  350.1nm

                                  0.0400







                                  Be

                                  234.9nm

                                  1.0000









                                  Bi

                                  223.1nm

                                  1.0000

                                  222.6nm

                                  1.0000

                                  306.7nm

                                  0.1600





                                  Ca

                                  422.7nm

                                  1.0000

                                  239.9nm

                                  0.0040







                                  Cd

                                  228.8nm

                                  1.0000

                                  326.1nm

                                  0.0080







                                  Co

                                  240.7nm

                                  1.0000

                                  242.5nm

                                  0.9100

                                  252.1nm

                                  0.4600





                                  Cr

                                  359.3nm

                                  1.0000

                                  357.9nm

                                  0.8400

                                  360.5nm

                                  0.4500

                                  425.4nm

                                  0.2700



                                  Cu

                                  324.8nm

                                  1.0000

                                  327.4nm

                                  0.3800

                                  249.2nm

                                  0.0400





                                  Fe

                                  248.3nm

                                  1.0000

                                  248.8nm

                                  0.3400

                                  302.1nm

                                  0.2400





                                  Ge

                                  265.2nm

                                  1.0000

                                  271.0nm

                                  0.5100

                                  259.3nm

                                  0.3800





                                  In

                                  325.6nm

                                  1.0000

                                  303.9nm

                                  0.2000







                                  K

                                  766.5nm

                                  1.0000

                                  769.9nm

                                  0.1300

                                  404.4nm

                                  0.0100





                                  Li

                                  670.8nm

                                  1.0000

                                  323.3nm

                                  0.0010







                                  Mg

                                  285.2nm

                                  1.0000

                                  202.5nm

                                  0.0400







                                  Mn

                                  279.5nm

                                  1.0000

                                  280.1nm

                                  0.6900

                                  403.1nm

                                  0.1500





                                  Mo

                                  313.3nm

                                  1.0000

                                  386.4nm

                                  0.7800

                                  379.8nm

                                  0.7600

                                  317.0nm

                                  0.4700



                                  Na

                                  589.0nm

                                  1.0000

                                  589.6nm

                                  0.1900

                                  330.2nm

                                  0.0020





                                  Ni

                                  232.0nm

                                  1.0000

                                  341.5nm

                                  0.3100

                                  352.5nm

                                  0.2200





                                  Pb

                                  283.3nm

                                  1.0000

                                  217.0nm

                                  2.0000







                                  Pd

                                  247.6nm

                                  1.0000

                                  244.8nm

                                  1.2100

                                  276.3nm

                                  0.8400

                                  240.5nm

                                  0.7400



                                  Pt

                                  265.9nm

                                  1.0000

                                  270.2nm

                                  0.2100

                                  273.4nm

                                  0.1800

                                  271.9nm

                                  0.1500



                                  Rh

                                  343.5nm

                                  1.0000

                                  369.2nm

                                  0.4000

                                  339.7nm

                                  0.3300





                                  Sb

                                  217.6nm

                                  1.0000

                                  231.1nm

                                  1.2400

                                  206.8nm

                                  0.8800





                                  Se

                                  196.0nm

                                  1.0000









                                  Sn

                                  224.6nm

                                  1.0000

                                  286.3nm

                                  0.5600

                                  284.0nm

                                  0.2500





                                  Sr

                                  460.7nm

                                  1.0000









                                  Ti

                                  364.3nm

                                  1.0000

                                  319.2nm

                                  0.7000







                                  V

                                  318.4nm

                                  1.0000

                                  390.2nm

                                  0.1500







                                  Zn

                                  213.9nm

                                  1.0000

                                  307.6nm

                                  0.0010







                                   

                                  原子分子數據庫收集整理。

                                   

                                   

                                  注:

                                   

                                  埃米:1?=10^(-10)米   納米:1nm=10^(-9)米

                                   

                                  參考文獻:

                                  1. 百度百科, https://baike.baidu.com/

                                  2. http://bbs.instrument.com.cn/topic/3964811


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