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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常遇到的概念，但是很多人并不是特別的了解。本文簡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），是復色光經過色散系統（如棱鏡、光柵）分光后，被色散開的單色光按波長（或頻率）大小而依次排列的圖案，全稱為光學頻譜。

光譜中最大的一部分可見光譜是電磁波譜中人眼可見的一部分，在這個波長范圍內的電磁輻射被稱作可見光。光譜并沒有包含人類大腦視覺所能區別的所有顏色，譬如褐色和粉紅色。

光波是由原子運動過程中的電子產生的電磁輻射。各種物質的原子內部電子的運動情況不同，所以它們發射的光波也不同。研究不同物質的發光和吸收光的情況，有重要的理論和實際意義，已成為一門專門的學科——光譜學。分子的紅外吸收光譜一般是研究分子的振動光譜與轉動光譜的，其中分子振動光譜一直是主要的研究課題。復色光中有著各種波長（或頻率）的光，這些光在介質中有著不同的折射率。因此，當復色光通過具有一定幾何外形的介質（如三棱鏡）之后，波長不同的光線會因出射角的不同而發生色散現象，投映出連續的或不連續的彩色光帶。這個原理亦被應用于著名的太陽光的色散實驗。太陽光呈現白色，當它通過三棱鏡折射后，將形成由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫順次連續分布的彩色光譜，覆蓋了大約在390到770納米的可見光區。歷史上，這一實驗由英國科學家艾薩克·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光譜圖中是否有某元素的特征譜線(一般是最后線)出現來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. 標準試樣光譜比較法

將要檢出元素的純物質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光譜。若兩者譜線出現在同一波長位置上，即可說明某一元素的某條譜線存在。此法多用于不經常遇到的元素或譜圖上沒有的元素分析。

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的標尺，來判斷其它元素的譜線。鐵光譜作標尺有如下特點。

①譜線多，在210～600nm范圍內有幾千條譜線；

②譜線間相距都很近，在上述波長范圍內均勻分布，對每一條鐵譜線波長，人們都已進行了精確的測量。