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光譜的含義和光譜定性分析方法

2023-07-07

光譜是在圖像和材料分析中經(jīng)常遇到的概念，但是很多人并不是特別的了解。本文簡(jiǎn)單介紹了光譜的含義和光譜定性分析方法。

光譜的含義

光譜（spectrum），是復(fù)色光經(jīng)過(guò)色散系統(tǒng)（如棱鏡、光柵）分光后，被色散開(kāi)的單色光按波長(zhǎng)（或頻率）大小而依次排列的圖案，全稱為光學(xué)頻譜。

光譜中最大的一部分可見(jiàn)光譜是電磁波譜中人眼可見(jiàn)的一部分，在這個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的電磁輻射被稱作可見(jiàn)光。光譜并沒(méi)有包含人類大腦視覺(jué)所能區(qū)別的所有顏色，譬如褐色和粉紅色。

光波是由原子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的電子產(chǎn)生的電磁輻射。各種物質(zhì)的原子內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)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)。分子的紅外吸收光譜一般是研究分子的振動(dòng)光譜與轉(zhuǎn)動(dòng)光譜的，其中分子振動(dòng)光譜一直是主要的研究課題。復(fù)色光中有著各種波長(zhǎng)（或頻率）的光，這些光在介質(zhì)中有著不同的折射率。因此，當(dāng)復(fù)色光通過(guò)具有一定幾何外形的介質(zhì)（如三棱鏡）之后，波長(zhǎng)不同的光線會(huì)因出射角的不同而發(fā)生色散現(xiàn)象，投映出連續(xù)的或不連續(xù)的彩色光帶。這個(gè)原理亦被應(yīng)用于著名的太陽(yáng)光的色散實(shí)驗(yàn)。太陽(yáng)光呈現(xiàn)白色，當(dāng)它通過(guò)三棱鏡折射后，將形成由紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫順次連續(xù)分布的彩色光譜，覆蓋了大約在390到770納米的可見(jiàn)光區(qū)。歷史上，這一實(shí)驗(yàn)由英國(guó)科學(xué)家艾薩克·牛頓爵士于1665年完成，使得人們第一次接觸到了光的客觀的和定量的特征。

光譜定性分析的方法

光譜定性分析就是根據(jù)光譜圖中是否有某元素的特征譜線(一般是最后線)出現(xiàn)來(lái)判斷樣品中是否含有某種元素。定性分析方法常有以下兩種。

1. 標(biāo)準(zhǔn)試樣光譜比較法

將要檢出元素的純物質(zhì)或純化合物與試樣并列攝譜于同一感光板上，在映譜儀上檢查試樣光譜與純物質(zhì)光譜。若兩者譜線出現(xiàn)在同一波長(zhǎng)位置上，即可說(shuō)明某一元素的某條譜線存在。此法多用于不經(jīng)常遇到的元素或譜圖上沒(méi)有的元素分析。

2. 鐵光譜比較法

鐵光譜比較法是目前最通用的方法，它采用鐵的光譜作為波長(zhǎng)的標(biāo)尺，來(lái)判斷其它元素的譜線。鐵光譜作標(biāo)尺有如下特點(diǎn)。

①譜線多，在210～600nm范圍內(nèi)有幾千條譜線；

②譜線間相距都很近，在上述波長(zhǎng)范圍內(nèi)均勻分布，對(duì)每一條鐵譜線波長(zhǎng)，人們都已進(jìn)行了精確的測(cè)量。