原子光谱

原子光谱，是由原子中的电子在能量变化时所发射或吸收的一系列波长的光所组成的光谱。原子吸收光源中部分波长的光形成吸收光谱，为暗淡条纹；发射光子时则形成发射光谱，为明亮彩色条纹。两种光谱都不是连续的，且吸收光谱条纹可与发射光谱一一对应。每一种原子的光谱都不同，遂称为特征光谱。

图1 光谱

定义

原子中的电子可处于许多不同的运动状态，每一状态都具有一定能量，在一定 条件下，分布在各个能级上的原子数是一定的，大多数原子都处于能量最低的状态，即基态。当原子受到电弧或电火花等外来作用时，许多原子可以由能量较低的状态 跃迁到能量较高的状态，这称为激发态。但跃迁到高能级E₂的原子是不稳定的，约10^-8～10^-9S后便要跃迁到某一低能级E₁，并伴随着发出能量为△E=E₂—E₁的光子。根据公式E=hv，可得到发出光子的频率。

图2 原子能级示意图

若用底片将此接收下来，便得一条谱线。实际上，与此同时还有其他原子要发生其他能级间的跃迁，伴随着这些跃迁还要发出其他频率的光来。将这些不同频率的光接收下来，便得一条条亮的谱线。这称为原子发射光谱。另一方面，若将一白光通过一物质，则物质中的原子将吸收其中某些频率的光而从低能级跃迁到高能级。这样，白光通过物质后将出现一系列暗的条纹，这样获得的光谱称为原子吸收光谱。原子发射光谱和原子吸收光谱统称为原子光谱。原子光谱中各条谱线的强度互不相同，它与相应的两能级间的跃迁几率有关。

原子光谱给出了原子中的能级分布，能级间的跃迁几率大小的信息，是原子结构的反映，是由结构决定的。光谱与结构之间存在着一一对应的内在联系。原子光谱是研究原子结构的重要方法，也可用来进行定性、定量分析。

图3 原子光谱实验

可见光

可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分，可见光谱没有精确的范围；一般人的眼睛可以感知的电磁波的波长在400～760nm之间，但还有一些人能够感知到波长大约在380～780nm之间的电磁波。 正常视力的人眼对波长约为555nm的电磁波最为敏感，这种电磁波处于光学频谱的绿光区域。人眼可以看见的光的范围受大气层影响。大气层对于大部分的电磁辐射来讲都是不透明的，只有可见光波段和其他少数如无线电通讯波段等例外。不少其他生物能看见的光波范围跟人类不一样，例如包括蜜蜂在内的一些昆虫能看见紫外线波段，对于寻找花蜜有很大帮助。

相关理论

原子的电子运动状态发生变化时发射或吸收的有特定频率的电磁频谱。原子光谱是一些线状光谱，发射谱是一些明亮的细线，吸收谱是一些暗线。原子的发射谱线与吸收谱线位置精

确重合。不同原子的光谱各不相同，氢原子光谱最为简单，其他原子光谱较为复杂，最复杂的是铁原子光谱。用色散率和分辨率较大的摄谱仪拍摄的原子光谱还显示光谱线有精细结构和超精细结构，所有这些原子光谱的特征，反映了原子内部电子运动的规律性。

阐明原子光谱的基本理论是量子力学。原子按其内部运动状态的不同，可以处于不同的定态。每一定态具有一定的能量，它主要包括原子体系内部运动的动能、核与电子间的相互作用能以及电子间的相互作用能。能量最低的态叫做基态 ，能量高于基态的叫做激发态 ，它们构成原子的各能级。高能量激发态可以跃迁到较低能态而发射光子，反之，较低能态可以吸收光子跃迁到较高激发态，发射或吸收光子的各频率构成发射谱或吸收谱。量子力学理论可以计算出原子能级跃迁时发射或吸收的光谱线位置和光谱线的强度。

作用与研究意义

原子光谱提供了原子内部结构的丰富信息。事实上研究原子结构的原子物理学和量子力学就是在研究分析阐明原子光谱的过程中建立和发展起来的。原子是组成物质的基本单元。原子光谱的研究对于分子结构、固体结构也有重要意义。原子光谱的研究对激发器的诞生和发展起着重要作用，对原子光谱的深入研究将进一步促进激光技术的发展；反过来激光技术也为光谱学研究提供了极为有效的手段。原子光谱技术还广泛地用于化学、天体物理、等离子体物理等和一些应用技术学科之中。 原子或离子的运动状态发生变化时，发射或吸收的有特定频率的电磁波谱．原子光谱的覆盖范围很宽，从射频段一直延伸到X射线频段，通常，原子光谱是指红外、可见、紫外区域的谱． 原子光谱中某一谱线的产生是与原子中电子在某一对特定能级之间的跃迁相联系的．因此，用原子光谱可以研究原子结构．由于原子是组成物质的基本单位，原子光谱对于研究分子结构、固体结构等也是很重要的．另一方面，由于原子光谱可以了解原子的运动状态，从而可以研究包含原子在内的若干物理过程．原子光谱技术广泛应用于化学、天体物理学、等离子物理学和一些应用技术科学中。

各波段波长

(1Å=10^(-10)米   纳米：1nm=10^(-9)米 )

波长短于0.001nm   γ 射线

0.001～100nm     X射线

1~200nm       真空紫外区   

200~300nm           远紫外区

300~380nm           近紫外区

380~420nm          紫光 

420~450nm          蓝光

450~490nm          青光

490~560nm          绿光

560~590nm          黄光

590~620nm          橙光

620~780nm          红光

780~1500nm        近红外区 

1500~10000nm     中红外区

10000~1000000nm    远红外区

0.001～1m                    微波

1 ～10m                      超短波 FM广播

10～ 100m                    短波

100～1000m                 中波

1000～10000m              长波

10000～100000m           甚长波

100000～1000000m           特长波

1000000～10000000m              超长波

10000000～100000000m          极长波

波长转换公式

(1) 能量(eV)与波长/λ(Å)关系：

       E(eV)=12398.5/λ(Å)

(2) 波长(um微米)与波数(cm^-1)转换关系：

      10000/波数=波长(um)

      波数(cm^-1)*λ(Å)=10⁸

(3) 能量与波数的关系：

       E(ev)=1.23985/10000*波数(cm^-1)

原子分子数据库收集整理。

注：

埃米：1Å=10^(-10)米   纳米：1nm=10^(-9)米

参考文献：

1. 百度百科, https://baike.baidu.com/

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

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