Спектрална лини?а

Непрекинат спектар

Спектрална лини?а ? темна или светла лини?а во континуиран спектар , што произлегува од емиси?а или апсорпци?а на светлина во тесен честотен опсег , во споредба со блиските честоти . Спектралните линии често се користат за идентификаци?а на атоми и молекули . Овие ?отпечатоци“ може да се споредат со претходно собраните ?отпечатоци од прсти“ на атоми и молекули, ^[1] и на то? начин се користат за да се идентификуваат атомските и молекуларните компоненти на ?вездите и планетите, што инаку би било невозможно.

Видови на спектар на линии [ уреди | уреди извор ]

Спектралните линии се резултат на интеракци?а поме?у квантниот систем (обично атоми , но понекогаш молекули или атомски ?адра ) и еден фотон . Кога фотонот има доволно енерги?а за да овозможи промена во енергетската состо?ба на системот (во случа? на атом, ова обично се електрони што се менуваат со орбитали), фотонот се апсорбира. Тогаш тоа ?е биде спонтано повторно емитувано, или во иста честота како и оригиналот или во каскада, каде што збирот на енерги?ата на испуштените фотони ?е биде еднаков на енерги?ата на оно? што се апсорбира (претпоставува??и дека системот се вра?а во првобитната состо?ба).

Спектрална лини?а може да се разгледува или како емисиона лини?а или лини?а на апсорпци?а . Ко? вид на лини?а се наб?удува зависи од видот на матери?алот и неговата температура во однос на друг извор на емиси?а. Лини?а на апсорпци?а се произведува кога фотоните од топол извор на широк спектар минуваат низ ладен матери?ал. Интензитетот на светлината, во тесен честотен опсег, се намалува поради апсорпци?ата од матери?алот и повторната емиси?а во случаен правец. Спротивно на тоа, светла емисиона лини?а се произведува кога фотоните од топол матери?ал се откриваат во присуство на широк спектар од ладен извор. Интензитетот на светлината, преку тесен честотен опсег, се зголемува поради емиси?ата од матери?алот.

Спектралните линии се високо атомски специфични и може да се користат за да се идентификува хемискиот состав на било ко? медиум способен да му дозволи на светлината да помине низ неа. Неколку елементи биле откриени со спектроскопски средства, вклучително и хелиум, талиум и цезиум. Спектралните линии исто така зависат од физичките услови на гасот, па затоа се користат за одредува?е на хемискиот состав на ?вездите и другите небесни тела кои не можат да се анализираат со други средства, како и нивните физички услови.

Механизмите, освен атомот-фотон интеракци?а може да произведе спектрални линии. Во зависност од точната физичка интеракци?а (со молекули, единечни честички и сл.), Честотата на вклучените фотони ?е се разликува многу, а линии може да се наб?удуваат низ електромагнетниот спектар, од радиобранови до гама-зраци.

Номенклатура [ уреди | уреди извор ]

Силните спектрални линии во видливиот дел од спектарот често имаат уникатна ознака на лини?ата Фрауенхофер, како што е K за лини?а на 393.366 nm кои произлегуваат од самите ?онизирани Ca +, иако некои од ?линиите“ Фрауенхофер се мешавини од пове?е линии од неколку различни видови. Во други случаи, линиите се означуваат според нивото на ?онизаци?а со додава?е римски бро? на означува?ето на хемискиот елемент, така што Ca +, исто така, има ознака Ca II . Неутралните атоми се означуваат со римскиот бро? I, ?онизираните атоми со II и така натаму, така што на пример Fe IX (IX, римски 9) претставува осум пати ?онизирано железо. Подеталните ознаки обично вклучуваат лини?а бранова должина и може да вклучуваат пове?екратен бро? (за атомски линии) или означува?е на бендот (за молекуларни линии). Многу спектрални линии на атомски водород, исто така, имаат ознаки во нивните соодветни серии, како што се сери?ата Ла?ман или сери?ата Балмер.

Првично сите спектрални линии биле класифицирани во сери?ата на Принципи, Шарп сери?ата и Дифузните серии. Овие серии посто?ат низ атоми на сите елементи и комбинациониот принцип на Ридберг-Риц е формула ко?а предвидува да се на?де шема на линии во сите атоми на елементите.

Лини?а на шире?е и поместува?е [ уреди | уреди извор ]

Спектралната лини?а се протега низ низа честоти, не само низ една честота (односно, има ненулова линеарна ширина). Покра? тоа, неговиот центар може да се префрли од сво?ата номинална централна бранова должина. Посто?ат неколку причини за ова проширува?е и промена. Овие причини може да се поделат во две општи категории - проширува?е поради локалните услови и проширува?е поради проширени услови. Проширува?ето поради локалните услови се должи на ефектите кои се одржуваат во мал регион околу елементот ко? емитува, обично доволно мал за да обезбеди локална термодинамичка рамнотежа. Проширува?ето поради проширените услови може да произлезе од промените во спектралната распределба на зраче?ето, како што поминува низ не?зиниот пат кон наб?удувачот. Исто така може да резултира од комбинира?е на зраче?е од голем бро? региони кои се далеку од едни на други.

Проширува?е поради локални ефекти [ уреди | уреди извор ]

Природно проширува?е [ уреди | уреди извор ]

Принципот на несигурност го поврзува животниот век на возбудена состо?ба (поради спонтано ради?ациско распа?а?е или процеси на Аугер) со неизвесноста на неговата енерги?а. Краткиот животен век ?е има голема енергетска неизвесност и широка емиси?а. Ово? проширен ефект резултира со непроменет Лоренцов профил. Природното проширува?е може да биде експериментално изменето само до степен до ко? стапките на распа?а?е можат да бидат вештачки потиснати или зголемени. ^[2]

Топлинско Доплерово проширува?е [ уреди | уреди извор ]

Атомите во гасот што емитуваат зраче?е ?е имаат дистрибуци?а на брзини. Секо? емитуван фотон ?е биде ?црвен“ - или ?син“ - префрлен со ефектот на Доплер во зависност од брзината на атомот во однос на наб?удувачот. Колку е повисока температурата на гасот, толку е поширока дистрибуци?ата на брзините во гасот. Биде??и спектралната лини?а е комбинаци?а на сите емитирани зраче?а, колку е поголема температурата на гасот, толку е поширока спектралната лини?а ко?а се испушта од то? гас. Ово? проширен ефект е опишан со Гаусов профил и не постои поврзана промена.

Проширува?е заради притисокот [ уреди | уреди извор ]

Присуството на блиски честички ?е вли?ае на зраче?ето кое го емитираат одделни честички. Посто?ат два ограничувачки случаи со кои се случува ова:

Проширува?е заради притисокот или судирно проширува?е: Судирот на други честички со емитувачката честица го прекинува процесот на емиси?а и со скратува?е на карактеристичното време за процесот, ?а зголемува неизвесноста во емитуваната енерги?а (како што се случува во природно проширува?е). ^[3]^[4] Времетрае?ето на судирот е многу пократко од животниот век на процесот на емиси?а. Ово? ефект зависи и од густината и од температурата на гасот. Ефектот на проширува?е е опишан со Лоренцовиот профил и може да има поврзана смена.
Квазистично проширува?е заради притисокот: Присуството на други честички ги поместува нивоата на енерги?а во емитувачката честичка, со што се менува честотата на емитираното зраче?е. Времетрае?ето на вли?анието е многу подолго од животниот век на процесот на емиси?а. Ово? ефект зависи од густината на гасот, но е прилично нечувствителен на температурата. Формата на линискиот профил е определена од функционалната форма на вознемирувачката сила во однос на расто?анието од вознемирувачката честичка. Исто така, може да има поместува?е во лини?ата центар. Генералниот израз за лини?ата на линиите што произлегува од квазистичното проширува?е на притисокот е 4-параметарска генерализаци?а на Гаусовата дистрибуци?а позната како стабилна дистрибуци?а. ^[5]

Проширува?ето на притисок може да се класифицира и според природата на силата на вознемирува?е, на следниов начин:

Линеарното проширува?е на Старк се случува преку линеарниот ефект на Старк, ко? произлегува од интеракци?ата на емитер со електричното поле на наелектризирана честичка на расто?ание $r$ , предизвикува??и промена во енерги?ата што е линеарна во ?ачината на полето. $(\Delta E\sim 1/r^{2})$
Резонантното проширува?е се ?авува кога вознемирувачката честичка е од ист тип како емитувачката честичка, што ?а воведува можноста за процес на размена на енерги?а. $(\Delta E\sim 1/r^{3})$
Квадратното проширува?е на Старк се случува преку квадратниот Старк ефектот, ко? произлегува од интеракци?ата на емитер со електрично поле , предизвикува??и промена во енерги?ата што е квадратна во ?ачината на полето. $(\Delta E\sim 1/r^{4})$
Ван дер Валсово проширува?е настанува кога оддавачка честичка е придвижувана од Ван дер Валсови сили . За квазистатичките случаи, Ван дер Валсовиот профил ^{[note 1]} е честопати користен за опишува?е на профилот. Енергетската промена е функци?а од расто?анието и е определена од на пример Ленард-?онсовиот потенци?ал . $(\Delta E\sim 1/r^{6})$

Проширува?е поради нелокални ефекти [ уреди | уреди извор ]

Одредени видови проширува?а се резултат на услови во голем простор на простор, а не само на услови кои се локални за емитувачката честичка.

Проширува?е на непро?ирноста [ уреди | уреди извор ]

Електромагнетното зраче?е што емитираат во одредена точка во просторот може да се реапсорбира додека патува низ вселената. Оваа апсорпци?а зависи од брановата должина. Лини?ата е проширена затоа што фотоните во центарот на лини?ата имаат поголема веро?атност за реапсорпци?а од фотоните на крилните линии. Навистина, реапсорпци?ата близу до центарот на центарот може да биде толку голема што може да предизвика самопреврат во ко?а интензитетот во центарот на лини?ата е помал отколку во крил?ата. Ово? процес понекогаш се нарекува самоапсорпци?а.

Макроскопско доплерско шире?е [ уреди | уреди извор ]

Доколку различни делови од емитувачкото тело имаат различни брзини (по должината на видното поле), добиената лини?а ?е се прошири, со ширина на лини?а пропорционална со ширината на распределбата на брзината. На пример, зраче?ето емитирана од далечното вртечко тело, како што е ?вездата, ?е се прошири поради вари?ациите на брзината на видното поле на спротивните страни на ?вездата. Колку е поголема стапката на ротаци?а, толку е поширока лини?ата.

Ради?ациско проширува?е [ уреди | уреди извор ]

Ради?ациско проширува?е на профилот на спектрална апсорпци?а се ?авува поради тоа што апсорпци?ата на резонанца во центарот на профилот е заситена со многу пониски интензитети отколку нерезонантните крила. Затоа, како што се зголемува интензитетот, апсорпци?ата на крил?ата се зголемува побрзо од апсорпци?ата во центарот, што доведува до проширува?е на профилот. Ради?ационото проширува?е се ?авува дури и при многу ниски интензитети на светлината.

Комбинирани ефекти [ уреди | уреди извор ]

Секо? од овие механизми може да де?ствува изолирано или во комбинаци?а со други. Претпоставува??и дека секо? ефект е независен, посматраниот профил на лини?а е конволуци?а на профилите на линии на секо? механизам. На пример, комбинаци?ата на топлинско Доплерово проширува?е и проширува?е заради притисокот дава Фогтов профил.

Сепак, различните механизми за проширува?е на лини?ата не се секогаш независни. На пример, колизиските ефекти и движечките Доплерови поместува?а можат да де?ствуваат на кохерентен начин, што резултира во некои услови дури и во колизиско стеснува?е, познато како ефект на Дике.

Спектрални линии на хемиски елементи [ уреди | уреди извор ]

Видлива светлина [ уреди | уреди извор ]

За секо? елемент, следната табела ги прикажува спектралните линии кои се по?авуваат во видливиот спектар, од околу 400 nm - 700 nm.


п р у Спектрални линии на хемиските елементи
Елемент	Z	Симбол	Спектрални линии
		H
		He
		Li
		Be
		B
		C
		N
		O
		F
		Ne
		Na
		Mg
		Al
		Si
		P
		S
		Cl
		Ar
		K
		Ca
		Sc
		Ti
		V
		Cr
		Mn
		Fe
		Co
		Ni
		Cu
		Zn
		Ga
		Ge
		As
		Se
		Br
		Kr
		Rb
		Sr
		Y
		Zr
		Nb
		Mo
		Tc
		Ru
		Rh
		Pd
		Ag
		Cd
		In
		Sn
		Sb
		Te
		I
		Xe
		Cs
		Ba
		La
		Ce
		Pr
		Nd
		Pm
		Sm
		Eu
		Gd
		Tb
		Dy
		Ho
		Er
		Tm
		Yb
		Lu
		Hf
		Ta
		W
		Re
		Os
		Ir
		Pt
		Au
		Hg
		Tl
		Pb
		Bi
		Po
		Rn
		Ra
		Ac
		Th
		Pa
		U
		Np
		Pu
		Am
		Cm
		Bk
		Cf
		Es

Други бранови должини [ уреди | уреди извор ]

Без квалификаци?а, ?спектрални линии“ обично подразбираат дека се зборува за линии со бранови должини кои спа?аат во опсегот на видливиот спектар. Сепак, посто?ат и многу спектрални линии кои се по?авуваат на бранови должини надвор од ово? опсег. На многу пократки бранови должини на Х-зраци, тие се познати како карактеристични Х-зраци. Другите честоти исто така имаат и атомски спектрални линии, како што е сери?ата Ла?ман, ко?а па?а во ултравиолетовиот опсег.

Поврзано [ уреди | уреди извор ]

Белешки [ уреди | уреди извор ]

↑ "van der Waals profile" appears as lowercase in almost all sources, such as: Statistical mechanics of the liquid surface by Clive Anthony Croxton, 1980, A Wiley-Interscience publication, ISBN 0-471-27663-4 , ISBN 978-0-471-27663-0 ; and in Journal of technical physics , Volume 36, by Instytut Podstawowych Problemow Techniki (Polska Akademia Nauk), publisher: Pa?stwowe Wydawn. Naukowe., 1995,

Наводи [ уреди | уреди извор ]

↑ Rothman, L.S.; Gordon, I.E.; Babikov, Y.; Barbe, A.; Chris Benner, D.; Bernath, P.F.; Birk, M.; Bizzocchi, L.; Boudon, V.; Brown, L.R.; Campargue, A.; Chance, K.; Cohen, E.A.; Coudert, L.H.; Devi, V.M.; Drouin, B.J.; Fayt, A.; Flaud, J.-M.; Gamache, R.R.; Harrison, J.J.; Hartmann, J.-M.; Hill, C.; Hodges, J.T.; Jacquemart, D.; Jolly, A.; Lamouroux, J.; Le Roy, R.J.; Li, G.; Long, D.A.; и др. (2013). ?The HITRAN2012 molecular spectroscopic database“. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer . 130 : 4?50. Bibcode : 2013JQSRT.130....4R . doi : 10.1016/j.jqsrt.2013.07.002 . ISSN 0022-4073 .
↑ For example, in the following article, decay was suppressed via a microwave cavity, thus reducing the natural broadening: Gabrielse, Gerald; H. Dehmelt (1985). ?Observation of Inhibited Spontaneous Emission“. Physical Review Letters . 55 (1): 67?70. Bibcode : 1985PhRvL..55...67G . doi : 10.1103/PhysRevLett.55.67 . PMID 10031682 .
↑ ?Collisional Broadening“ . Fas.harvard.edu. Архивирано од изворникот на 2015-09-24 . Посетено на 2015-09-24 . CS1-одржува?е: бот: непознат статус на изворната URL ( link )
↑ ?Collisional Broadening“ . Fas.harvard.edu . Посетено на 2015-05-02 .
↑ Peach, G. (1981). ?Theory of the pressure broadening and shift of spectral lines“ . Advances in Physics . 30 (3): 367?474. Bibcode : 1981AdPhy..30..367P . doi : 10.1080/00018738100101467 . Архивирано од изворникот на 2013-01-14.

Дополнителна литература [ уреди | уреди извор ]

Griem, Hans R. (1997). Principles of Plasma Spectroscopy . Cambridge: University Press. ISBN 0-521-45504-9 .
Griem, Hans R. (1974). Spectral Line Broadening by Plasmas . New York: Academic Press. ISBN 0-12-302850-7 .
Griem, Hans R. (1964). Plasma Spectroscopy . New York: McGraw-Hill book Company.

[6] "van der Waals profile" appears as lowercase in almost all sources, such as: Statistical mechanics of the liquid surface by Clive Anthony Croxton, 1980, A Wiley-Interscience publication, ISBN 0-471-27663-4 , ISBN 978-0-471-27663-0 ; and in Journal of technical physics , Volume 36, by Instytut Podstawowych Problemow Techniki (Polska Akademia Nauk), publisher: Pa?stwowe Wydawn. Naukowe., 1995,

[RothmanGordon2013-1] Rothman, L.S.; Gordon, I.E.; Babikov, Y.; Barbe, A.; Chris Benner, D.; Bernath, P.F.; Birk, M.; Bizzocchi, L.; Boudon, V.; Brown, L.R.; Campargue, A.; Chance, K.; Cohen, E.A.; Coudert, L.H.; Devi, V.M.; Drouin, B.J.; Fayt, A.; Flaud, J.-M.; Gamache, R.R.; Harrison, J.J.; Hartmann, J.-M.; Hill, C.; Hodges, J.T.; Jacquemart, D.; Jolly, A.; Lamouroux, J.; Le Roy, R.J.; Li, G.; Long, D.A.; и др. (2013). ?The HITRAN2012 molecular spectroscopic database“. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer . 130 : 4?50. Bibcode : 2013JQSRT.130....4R . doi : 10.1016/j.jqsrt.2013.07.002 . ISSN 0022-4073 .

[2] For example, in the following article, decay was suppressed via a microwave cavity, thus reducing the natural broadening: Gabrielse, Gerald; H. Dehmelt (1985). ?Observation of Inhibited Spontaneous Emission“. Physical Review Letters . 55 (1): 67?70. Bibcode : 1985PhRvL..55...67G . doi : 10.1103/PhysRevLett.55.67 . PMID 10031682 .

[3] ?Collisional Broadening“ . Fas.harvard.edu. Архивирано од изворникот на 2015-09-24 . Посетено на 2015-09-24 . CS1-одржува?е: бот: непознат статус на изворната URL ( link )

[4] ?Collisional Broadening“ . Fas.harvard.edu . Посетено на 2015-05-02 .

[5] Peach, G. (1981). ?Theory of the pressure broadening and shift of spectral lines“ . Advances in Physics . 30 (3): 367?474. Bibcode : 1981AdPhy..30..367P . doi : 10.1080/00018738100101467 . Архивирано од изворникот на 2013-01-14.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[note 1]