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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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