天体光谱分析的原理 天文光谱分析

什么是光谱?如何进行光谱检测确定元素?

分类: 教育/科学 >> 科学技术

天体光谱分析的原理 天文光谱分析

解析:

光谱

光谱

光波是由原子内部运动的电子产生的．各种物质的原子内部电子的运动情况不同，所以它们发射的光波也不同．研究不同物质的发光和吸收光的情况，有重要的理论和实际意义，已成为一门专门的学科——光谱学．下面简单介绍一些关于光谱的知识．

分光镜观察光谱要用分光镜，这里我们先讲一下分光镜的构造原理．图6-18是分光镜的构造原理示意图．它是由平行光管A、三棱镜P和望远镜筒B组成的．平行光管A的前方有一个宽度可以调节的狭缝S，它位于透镜L1的焦平面①处．从狭缝射入的光线经透镜L1折射后，变成平行光线射到三棱镜P上．不同颜色的光经过三棱镜沿不同的折射方向射出，并在透镜L2后方的焦平面MN上分别会聚成不同颜色的像（谱线）．通过望远镜筒B的目镜L3，就看到了放大的光谱像．如果在MN那里放上照相底片，就可以摄下光谱的像．具有这种装置的光谱仪器叫做摄谱仪．

发射光谱物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱．发射光谱有两种类型：连续光谱和明线光谱．

连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱（彩图6）．炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱．例如电灯丝发出的光、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱．

只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明线光谱（彩图7）．明线光谱中的亮线叫做谱线，各条谱线对应于不同波长的光．稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱．明线光谱是由游离状态的原子发射的，所以也叫原子光谱．观察气体的原子光谱，可以使用光谱管（图6-19），它是一支中间比较细的封闭的玻璃管，里面装有低压气体，管的两端有两个电极．把两个电极接到高压电源上，管里稀薄气体发生辉光放电，产生一定颜色的光．

观察固态或液态物质的原子光谱，可以把它们放到煤气灯的火焰或电弧中去烧，使它们气化后发光，就可以从分光镜中看到它们的明线光谱．

实验证明，原子不同，发射的明线光谱也不同，每种元素的原子都有一定的明线光谱．彩图7就是几种元素的明线光谱．每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，因此，明线光谱的谱线叫做原子的特征谱线．利用原子的特征谱线可以鉴别物质和研究原子的结构．

吸收光谱高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。例如，让弧光灯发出的白光通过温度较低的钠气（在酒精灯的灯心上放一些食盐，食盐受热分解就会产生钠气），然后用分光镜来观察，就会看到在连续光谱的背景中有两条挨得很近的暗线（见彩图8．分光镜的分辨本领不够高时，只能看见一条暗线）．这就是钠原子的吸收光谱．值得注意的是，各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的发射光谱中的一条明线相对应．这表明，低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光．因此，吸收光谱中的谱线（暗线），也是原子的特征谱线，只是通常在吸收光谱中看到的特征谱线比明线光谱中的少．

光谱分析由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成．这种方法叫做光谱分析．做光谱分析时，可以利用发射光谱，也可以利用吸收光谱．这种方法的优点是非常灵敏而且迅速．某种元素在物质中的含量达10-10克，就可以从光谱中发现它的特征谱线，因而能够把它检查出来．光谱分析在科学技术中有广泛的应用．例如，在检查半导体材料硅和锗是不是达到了高纯度的要求时，就要用到光谱分析．在历史上，光谱分析还帮助人们发现了许多新元素．例如，铷和铯就是从光谱中看到了以前所不知道的特征谱线而被发现的．光谱分析对于研究天体的化学组成也很有用．十九世纪初，在研究太阳光谱时，发现它的连续光谱中有许多暗线（参看彩图9，其中只有一些主要暗线）．初不知道这些暗线是怎样形成的，后来人们了解了吸收光谱的成因，才知道这是太阳内部发出的强光经过温度比较低的太阳大气层时产生的吸收光谱．仔细分析这些暗线，把它跟各种原子的特征谱线对照，人们就知道了太阳大气层中含有氢、氦、氮、碳、氧、铁、镁、硅、钙、钠等几十种元素．

据说宇宙大爆炸是通过光谱分析发现的，光谱分析究竟是什么？

光谱分析是由于电子跃迁、各原子间的振动或分子的转动产生的谱线，根据谱线峰值、宽度来判断元素种类、含量等相关问题。

光谱分析是对光线的频谱分析，分析光线在强引力场下发生的频谱变化而研究当时宇宙爆炸的力量多大

自古以来，按照人们的经验，阳光是一种白光，是中午直接看着太阳时可以看到的颜色（仅用于描述事实，这种行为会损害眼睛，请勿尝试）。但是，基于天真的经验的这种认知被一个天才的出现所，他是人类历史上伟大的天才科学家艾萨克·牛顿。

光是由赤橙黄绿青蓝紫组成的。光线由很远传播到地球，会发生红移现象。根据红移的多少，就可以判定距离有多远。如果当红色光线移动到不可见光部分，我们就看不到了。

光谱分析原理

光谱分析原理是利用物质与光的相互作用，通过研究物质对不同波长光线的吸收、散射、发射等特性，获得物质的结构、组成和性质信息的一种手段。

在光谱分析中，常用的方法包括原子吸收光谱、原子发射光谱、分子吸收光谱、拉曼光谱、荧光光谱等。其中，原子吸收光谱和原子发射光谱是为常见的两种光谱分析方法。

原子吸收光谱利用物质中原子对特定波长的光吸收而产生特征吸收光谱线的原理，来确定样品中某些元素的含量和存在形态。而原子发射光谱则是利用激发原子后所产生的特定波长的发射光谱线，来识别和分析样品中的元素。

分子吸收光谱则是将样品溶解或稀释后，使用可见光或紫外线照射样品，通过测量样品对光的吸收程度，来鉴别和分析样品中的化合物。

光谱分析的特性：

1、高灵敏度：光谱分析技术可以达到非常高的灵敏度，能够检测到非常微小的物质浓度变化。

2、高分辨率：不同物质对于光的吸收、发射和散射等特征会呈现出独特的光谱图像，光谱分析可以通过对这些特征的解析来进行定量和定性分析。

3、非破坏性：相比于其他化学或物理分析方法，光谱分析是一种非破坏性的分析技术，样品不需要被摧毁或改变结构就可以进行测试。

4、多元素检测：光谱分析可同时检测多种元素和化合物。

5、无需样品准备：在某些情况下，光谱分析不需要对样品进行任何处理或准备即可完成测试。

6、快速分析：某些光谱分析技术可以快速得到结果，适用于实时监测、流程控制、在线分析等场合。

为什么光谱可以帮助人类发现宇宙大爆炸？

红移是宇宙大爆炸的第一依据，而红移不证明宇宙大爆炸。因为即使是固定的天体，只要与地球有距离，就有红移。距离越远，作用于光谱仪的光宻度越小，光波频率越低，红移越多。简言之：同一光(声)源，固定或移至相同距离，红移程度相同。

因为宇宙大爆炸会产生很多的光谱

从地球上的焰火到太空中的星星，很多物体都能发光。这些物体除了发出我们可见的光之外，还常常会发出我们肉眼看不到的“光”

这光谱中蕴含着丰富的信息

因为对天体光谱进行分析，不仅可以得到天体的化学组成信息，还可以判断出天体的运动速度。

众多望远镜中，以“光谱”二字命名的并不多，那么什么是光谱？为什么要观测天体的光谱

三棱镜是某类光谱仪中重要的元件，它们可以将光分解为光谱。