光譜『spectrum』
光波是由原子內(nèi)部運(yùn)動的電子產(chǎn)生的．各種物質(zhì)的原子內(nèi)部電子的運(yùn)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(shí)際意義,已成為一門專門的學(xué)科——光譜學(xué)．下面簡單介紹一些關(guān)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(gòu)造原理．圖6-18是分光鏡的構(gòu)造原理示意圖．它是由平行光管A、三棱鏡P和望遠(yuǎn)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(yuǎn)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(yīng)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(xì)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(shí)驗(yàn)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(jié)構(gòu)．
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(lǐng)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(yīng)．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(xué)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(diǎn)是非常靈敏而且迅速．某種元素在物質(zhì)中的含量達(dá)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(xué)技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用．例如,在檢查半導(dǎo)體材料硅和鍺是不是達(dá)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(xué)組成也很有用．十九世紀(jì)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(qiáng)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(xì)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．
復(fù)色光經(jīng)過色散系統(tǒng)分光后按波長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（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)于波長由7,700—3,900埃的區(qū)域,是為人眼所能感覺的可見部分.紅端之外為波長更長的紅外光,紫端之外則為波長更短的紫外光,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.
量子力學(xué)中稱為“自旋”的量有時被認(rèn)為所有物理量中最“量子力學(xué)”的.這樣,我們對之稍微多加注意是明智的.什么是自旋?它本質(zhì)上是粒子旋轉(zhuǎn)的度量.“自旋”這個術(shù)語暗示某種像板球或棒球自旋的東西.讓我們回憶一下角動量的概念,正如能量和動量一樣,它是守恒的只要物體不受摩擦力或其他力的干擾,它的角動量就不隨時間改變.量子力學(xué)的自旋的確是如此,但是我們這里開心的是單獨(dú)粒子的“自旋”,而不是大量的單獨(dú)粒子圍繞著它們共同質(zhì)心的軌道運(yùn)動（這正是板球的情形）.物理學(xué)的一個顯著事實(shí)是,自然中發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)粒子在這種意義下的確是在“自旋”,每種粒子都有自己固有的自旋的大小8.然而,正如下面要看到的,單獨(dú)量子力學(xué)粒子的自旋有一種我們絕不能從自旋著的板球等等的經(jīng)驗(yàn)所能預(yù)料到的某種特殊的性質(zhì).
首先,對于每一特殊類型的粒子,其自旋的大小總是一樣的.只有自旋的軸的方向可以（以一種我們就要講到的非常奇怪的方式）改變.這和板球的情形形成全然的對比,板球可依出球方式的不同具有任意大小任意方向的自旋,對于質(zhì)子,中子,電子,自旋大小是原先允許的一個原子的量子化的角動量的最小正值的一半.
每一個粒子都不自旋的對象不允許有這個角動量值.它只能是由自旋為粒子自身的固有的性質(zhì)而引起的（也就是說,不是因?yàn)樗摹安糠帧眹@某種中心的公轉(zhuǎn)引起的）.
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向較低能級躍遷時,就輻射出波長單一的光波.嚴(yán)格說來這種波長單一的單色光是不存在的,由于能級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有一定寬度（見譜線增寬）；即在較窄的波長范圍內(nèi)仍包含各種不同的波長成分.原子光譜按波長的分布規(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,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和轉(zhuǎn)動能級間躍遷時輻射出來的,通常位于紅外或遠(yuǎn)紅外區(qū).通過對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,處于基態(tài)的樣品原子或分子將吸收特定波長的光而躍遷到激發(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結(jié)構(gòu)的標(biāo)識吸收光譜.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.
參考資料：http://baike.baidu.com/view/41199.htm
參考資料：http://baike.baidu.com/view/41199.htm