光譜
光譜
光波是由原子內(nèi)部運動的電子產(chǎn)生的．各種物質(zhì)的原子內(nèi)部電子的運動情況不同,所以它們發(fā)射的光波也不同．研究不同物質(zhì)的發(fā)光和吸收光的情況,有重要的理論和實際意義,已成為一門專門的學科——光譜學．下面簡單介紹一些關于光譜的知識．
分光鏡觀察光譜要用分光鏡,這里我們先講一下分光鏡的構造原理．圖6-18是分光鏡的構造原理示意圖．它是由平行光管A、三棱鏡P和望遠鏡筒B組成的．平行光管A的前方有一個寬度可以調(diào)節(jié)的狹縫S,它位于透鏡L1的焦平面①處．從狹縫射入的光線經(jīng)透鏡L1折射后,變成平行光線射到三棱鏡P上．不同顏色的光經(jīng)過三棱鏡沿不同的折射方向射出,并在透鏡L2后方的焦平面MN上分別會聚成不同顏色的像（譜線）．通過望遠鏡筒B的目鏡L3,就看到了放大的光譜像．如果在MN那里放上照相底片,就可以攝下光譜的像．具有這種裝置的光譜儀器叫做攝譜儀．
發(fā)射光譜物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜叫做發(fā)射光譜．發(fā)射光譜有兩種類型：連續(xù)光譜和明線光譜．
連續(xù)分布的包含有從紅光到紫光各種色光的光譜叫做連續(xù)光譜（彩圖6）．熾熱的固體、液體和高壓氣體的發(fā)射光譜是連續(xù)光譜．例如電燈絲發(fā)出的光、熾熱的鋼水發(fā)出的光都形成連續(xù)光譜．
只含有一些不連續(xù)的亮線的光譜叫做明線光譜（彩圖7）．明線光譜中的亮線叫做譜線,各條譜線對應于不同波長的光．稀薄氣體或金屬的蒸氣的發(fā)射光譜是明線光譜．明線光譜是由游離狀態(tài)的原子發(fā)射的,所以也叫原子光譜．觀察氣體的原子光譜,可以使用光譜管（圖6-19）,它是一支中間比較細的封閉的玻璃管,里面裝有低壓氣體,管的兩端有兩個電極．把兩個電極接到高壓電源上,管里稀薄氣體發(fā)生輝光放電,產(chǎn)生一定顏色的光．
觀察固態(tài)或液態(tài)物質(zhì)的原子光譜,可以把它們放到煤氣燈的火焰或電弧中去燒,使它們氣化后發(fā)光,就可以從分光鏡中看到它們的明線光譜．
實驗證明,原子不同,發(fā)射的明線光譜也不同,每種元素的原子都有一定的明線光譜．彩圖7就是幾種元素的明線光譜．每種原子只能發(fā)出具有本身特征的某些波長的光,因此,明線光譜的譜線叫做原子的特征譜線．利用原子的特征譜線可以鑒別物質(zhì)和研究原子的結構．
吸收光譜高溫物體發(fā)出的白光（其中包含連續(xù)分布的一切波長的光）通過物質(zhì)時,某些波長的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜,叫做吸收光譜.例如,讓弧光燈發(fā)出的白光通過溫度較低的鈉氣（在酒精燈的燈心上放一些食鹽,食鹽受熱分解就會產(chǎn)生鈉氣）,然后用分光鏡來觀察,就會看到在連續(xù)光譜的背景中有兩條挨得很近的暗線（見彩圖8．分光鏡的分辨本領不夠高時,只能看見一條暗線）．這就是鈉原子的吸收光譜．值得注意的是,各種原子的吸收光譜中的每一條暗線都跟該種原子的發(fā)射光譜中的一條明線相對應．這表明,低溫氣體原子吸收的光,恰好就是這種原子在高溫時發(fā)出的光．因此,吸收光譜中的譜線（暗線）,也是原子的特征譜線,只是通常在吸收光譜中看到的特征譜線比明線光譜中的少．
光譜分析由于每種原子都有自己的特征譜線,因此可以根據(jù)光譜來鑒別物質(zhì)和確定它的化學組成．這種方法叫做光譜分析．做光譜分析時,可以利用發(fā)射光譜,也可以利用吸收光譜．這種方法的優(yōu)點是非常靈敏而且迅速．某種元素在物質(zhì)中的含量達10-10克,就可以從光譜中發(fā)現(xiàn)它的特征譜線,因而能夠把它檢查出來．光譜分析在科學技術中有廣泛的應用．例如,在檢查半導體材料硅和鍺是不是達到了高純度的要求時,就要用到光譜分析．在歷史上,光譜分析還幫助人們發(fā)現(xiàn)了許多新元素．例如,銣和銫就是從光譜中看到了以前所不知道的特征譜線而被發(fā)現(xiàn)的．光譜分析對于研究天體的化學組成也很有用．十九世紀初,在研究太陽光譜時,發(fā)現(xiàn)它的連續(xù)光譜中有許多暗線（參看彩圖9,其中只有一些主要暗線）．最初不知道這些暗線是怎樣形成的,后來人們了解了吸收光譜的成因,才知道這是太陽內(nèi)部發(fā)出的強光經(jīng)過溫度比較低的太陽大氣層時產(chǎn)生的吸收光譜．仔細分析這些暗線,把它跟各種原子的特征譜線對照,人們就知道了太陽大氣層中含有氫、氦、氮、碳、氧、鐵、鎂、硅、鈣、鈉等幾十種元素．