光譜技術(shù)的簡(jiǎn)介、應(yīng)用及其發(fā)展
研究不同物質(zhì)的發(fā)光以及吸收光的情況,有很重要的理論和實(shí)際意義,現(xiàn)在已成為一門專業(yè)的學(xué)科——光譜學(xué)。
復(fù)色光經(jīng)過色散系統(tǒng)分光后按波長(zhǎng)的大小依次排列的圖案,如太陽光經(jīng)過分光后形成按紅橙黃綠藍(lán)靛紫次序連續(xù)分布的彩色光譜。有關(guān)光譜的結(jié)構(gòu),發(fā)生機(jī)制,性質(zhì)及其在科學(xué)研究、生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用已經(jīng)累積了很豐富的知識(shí)并且構(gòu)成了一門很重要的學(xué)科~光譜學(xué)。光譜學(xué)的應(yīng)用非常廣泛,每種原子都有其獨(dú)特的光譜,猶如人們的“指紋”一樣各不相同。它們按一定規(guī)律形成若干光譜線系。原子光譜線系的性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)是緊密相聯(lián)的,是研究原子結(jié)構(gòu)的重要依據(jù)。應(yīng)用光譜學(xué)的原理和實(shí)驗(yàn)方法可以進(jìn)行光譜分析,每一種元素都有它特有的標(biāo)識(shí)譜線,把某種物質(zhì)所生成的明線光譜和已知元素的標(biāo)識(shí)譜線進(jìn)行比較就可以知道這些物質(zhì)是由哪些元素組成的,用光譜不僅能定性分析物質(zhì)的化學(xué)成分,而且能確定元素含量的多少。光譜分析方法具有極高的靈敏度和準(zhǔn)確度。在地質(zhì)勘探中利用光譜分析就可以檢驗(yàn)礦石里所含微量的貴重金屬、稀有元素或放射性元素等。用光譜分析速度快,大大提高了工作效率,還可以用光譜分析研究天體的化學(xué)成分以及校定長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)原器等。 復(fù)色光經(jīng)過色散系統(tǒng)(如棱鏡、光柵)分光后,按波長(zhǎng)(或頻率)的大小依次排列的圖案。例如,太陽光經(jīng)過三棱鏡后形成按紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫次序連續(xù)分布的彩色光譜。紅色到紫色,相應(yīng)于波長(zhǎng)由7700-3900埃的區(qū)域,是為人眼所能感覺的可見部分。紅端之外為波長(zhǎng)更長(zhǎng)的紅外光,紫端之外則為波長(zhǎng)更短的紫外光,都不能為肉眼所覺察,但能用儀器記錄。 因此,按波長(zhǎng)區(qū)域不同,光譜可分為紅外光譜、可見光譜和紫外光譜;按產(chǎn)生的本質(zhì)不同,可分為原子光譜、分子光譜;按產(chǎn)生的方式不同,可分為發(fā)射光譜、吸收光譜和散射光譜;按光譜表觀形態(tài)不同,可分為線光譜、帶光譜和連續(xù)光譜。 光譜分如下幾種形式 ① 線狀光譜。 由狹窄譜線組成的光譜。單原子氣體或金屬蒸氣所發(fā)的光波均有線狀光譜,故線狀光譜又稱原子光譜。當(dāng)原子能量從較高能級(jí)向較低能級(jí)躍遷時(shí),就輻射出波長(zhǎng)單一的光波。嚴(yán)格說來這種波長(zhǎng)單一的單色光是不存在的,由于能級(jí)本身有一定寬度和多普勒效應(yīng)等原因,原子所輻射的光譜線總會(huì)有一定寬度(見譜線增寬);即在較窄的波長(zhǎng)范圍內(nèi)仍包含各種不同的波長(zhǎng)成分。原子光譜按波長(zhǎng)的分布規(guī)律反映了原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu),每種原子都有自己特殊的光譜系列。通過對(duì)原子光譜的研究可了解原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu),或?qū)悠匪煞诌M(jìn)行定性和定量分析。 ② 帶狀光譜。 由一系列光譜帶組成,它們是由分子所輻射,故又稱分子光譜。利用高分辨率光譜儀觀察時(shí),每條譜帶實(shí)際上是由許多緊挨著的譜線組成。帶狀光譜是分子在其振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)間躍遷時(shí)輻射出來的,通常位于紅外或遠(yuǎn)紅外區(qū)。通過對(duì)分子光譜的研究可了解分子的結(jié)構(gòu)。 ③ 連續(xù)光譜。 包含一切波長(zhǎng)的光譜,赤熱固體所輻射的光譜均為連續(xù)光譜。同步輻射源(見電磁輻射)可發(fā)出從微波到X射線的連續(xù)光譜,X射線管發(fā)出的軔致輻射部分也是連續(xù)譜。 ④ 吸收光譜。 具有連續(xù)譜的光波通過物質(zhì)樣品時(shí),處于基態(tài)的樣品原子或分子將吸收特定波長(zhǎng)的光而躍遷到激發(fā)態(tài),于是在連續(xù)譜的背景上出現(xiàn)相應(yīng)的暗線或暗帶,稱為吸收光譜。每種原子或分子都有反映其能級(jí)結(jié)構(gòu)的標(biāo)識(shí)吸收光譜。研究吸收光譜的特征和規(guī)律是了解原子和分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重要手段。吸收光譜首先由J.V.夫瑯和費(fèi)在太陽光譜中發(fā)現(xiàn)(稱夫瑯和費(fèi)線),并據(jù)此確定了太陽所含的某些元素。具體的元素光譜:紅色代表硫元素,藍(lán)色代表氧元素,而綠色代表氫元素。 |
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