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光谱线

光谱线是均匀连续光谱中的暗线或亮线,这是由于与附近频率相比在窄频率范围内光的发射或吸收。 光谱线通常用于从其特征谱线鉴定原子和分子。因为由于电子云中的电子在环绕原子核时,只能受限拥有一些特定的能量,所以一旦电子能量有变化,此能量差就会产生该原子特有的光子,这就是谱线的由来。

光谱线是均匀连续光谱中的暗线或亮线,这是由于与附近频率相比在窄频率范围内光的发射或吸收。

光谱线是量子系统(通常是原子,但有时是分子或原子核)和单个光子之间的相互作用的结果。 当光子具有合适的能量可以允许系统产生能量状态变化(在原子的情况下,这通常是电子变化的轨道)时,光子被吸收。 然后,它将自发地重新发射,或者以与原始频率相同的频率级联,其中发射的光子的能量的总和将等于被吸收的光子的能量(假设系统返回到其原始状态)。

光谱线分为发射光谱或吸收光谱。 哪种类型的谱线取决于材料的类型及其相对于另一个发射源的温度。

当来自热的宽光谱源的光子通过冷材料时产生吸收光谱。 在窄频率范围内的光强度由于材料的吸收和随机方向的再发射而减小。

相反,当在来自冷源的宽光谱的存在下检测来自热材料的光子时,产生明亮的发射光谱。 在窄的频率范围上的光的强度由于材料的发射而增加。

在光谱的可见部分中的强谱线通常具有独特的名称,例如从单电离Ca +出现的在393.366nm的线的K,尽管一些谱“线”是来自几种不同物种的多条线的共混物 。

在其他情况下,根据电离水平,通过向化学元素的名称添加罗马数字来指定线,使得Ca +也具有名称Ca II。 中性原子用罗马数I表示,单一离子化原子用II表示,以此类推,使得例如Fe IX(IX,罗马9)

氢原子光谱线也在它们各自的系列内具有指定名称,例如Lyman(莱曼)系或Balmer(巴尔末)系。

光谱线是高度原子特异性的,并且可以用于鉴定能够使光通过其的任何介质的化学组成(通常使用气体)。 通过光谱手段发现了几种元素,例如氦,铊和铈。

光谱线还取决于气体的物理条件,因此它们被广泛用于确定不能通过其他方式进行物理条件分析的恒星和其他天体的化学成分。

特定谱线的出现,就表示存在着某些元素。通过谱线的强度更可观测出此元素含量的多寡。谱线如果在波长上有位移,则通过多普勒效应,还可得到光源朝向或远离观察者的运动速度。

原子的运动(其速度与温度有关)会导致谱线变宽,原因是部分的运动是朝向观测者,而部分的运动是远离观测者所以从谱线的宽度可以求得温度。至于密度,则可通过几条不同谱线的强度或谱线的宽度决定。

另外,加入电场和磁场作用够强,也将影响谱线的形状。

理论上给出了原子光谱线增宽的几种原因,即:①自然线宽,它是原子的内禀特性(即在跃迁中所涉及到的能级的特性);②多普勒增宽,它是原子无规则热运动的结果;③碰撞增宽,它是原子间相互作用的结果.并对这几种原因分别给出了数量级上的估算.对原子光谱的测定具有参考意义.

1、激光烧蚀铜产生原子和离子光谱线的研究

通过测定Nd∶YAG脉冲激光烧蚀金属Cu诱导产生光谱线及其强度随时间与空间的分布,结果表明等离子体辐射光谱线由原子光谱线、离子光谱线及连续辐射背景光组成,Cu原子光谱线的数目不仅比离子光谱线多,而且辐射强度比离子光谱线的大,以连续辐射背景光的辐射强度为最弱;原子光谱线的发光范围最大,持续时间最长;离子光谱线发光范围中等,持续时间中长;连续辐射背景光的发光范围最小,持续时间最短讨论了激光诱导发光的机理,认为等离子体羽中连续辐射背景光主要来自近靶处高能电子的韧致辐射和电子与离子的复合激发,原子和离子光谱线主要由等离子体中高能电子的碰撞传能激发所引起,并用之较好地解释了所观察的实验现象

2、我国土壤光谱线之研究

通过对我国各地的土壤光谱反射率的分析表明,无论在二维或多维空间中,确有土壤光谱线存在,但不是严格的一条直线,而是有适当宽度的带。不宜用全国统一的一条土壤光谱线来作植被分析。讨论了不同土壤光谱线对绿度及植被覆盖度估计的误差。还论述了土壤光谱反射率主成分分析的结果及其物理意义。


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