光谱是光的频率成份和强度分布的关系图.
巴尔末线系
光谱是光的频率成分和强度分布的 关系图，它是研究原子结构的重要 途径之一。
氢原子光谱是最简单光谱，其能级图也是 一种最简单形式的能级图。
经典理论的局限性
①原子是不稳定的与稳定性的矛盾 按照经典物理学，核外电子受到原子的库仑引力的作用，不可能 是静止的，它一定是以一定的速度绕核转动。既然电子在运动，它 的电磁场就在变化，而变化的电磁场会激发氢气高压放电产生的连 续光谱(实验室) 电磁波。也就是说，它将把自己绕核转动的能量以电磁波的形式辐 射出去。因此，电子绕核转动这个系统是不稳定的，电子会失去能 量，最后一头栽在原子核上。但是事实不是这样，原子是个很稳定 的系统。 ②连续光谱与明线光谱的矛盾 根据经典电磁理论，电子辐射的电磁波的频率，就是它绕核转动的 频率。电子越转能量越小，它离原子核就越来越近，转的也就越来 越快。这个变化是连续的，也就是说，我们应该看到原子辐射的各 种频红外区、可见区、紫外区的线状光谱图 率（波长）的光，即原子的光谱应该总是连续的。而实际上我们 看到的是分立的线状谱。 这些矛盾说明，尽管经典物理学理论可以很好地应用于宏观物体， 但它不能用于解释原子世界的现象，引入新观念是必要的。
其中 B 是一个常数， 其值为B=3.6546×10-7m
此外该公式还有一个用里德伯常数改写的版本，如下：
其中R是里德伯（Rydberg）常数，其值 为1.0973731569×107 m-1
量子力学认为，H原子核外电子存在分立的能级。 分别以N=1,2,3...表示，能量逐渐变高。 N=1时能量最低，为基态。 电子会得到能量，从较低能级（N较低）跃迁到 较高能级（N较高）。也会释放能量，从较高能 量跃迁回较低能量，这时，释放出的能量以光子 的形式释放。根据光量子假设E=HΝ，能级之间 差距越大，释放的能量越多，光的波长就越短。 对于巴尔末线系，反映的是电子从N>2的能级， 跃迁回N=2的能级所释放的光子。恰好位于可见 光波段。
2021-2022学年高二物理沪科版选修3-5学案：3.4 光谱分析在科学技术中的应用
学案4光谱分析在科学技术中的应用[学习目标定位] 1.了解各种光谱及其特点.2.知道光谱分析及其重要应用．1．三棱镜的分光原理图1如图1所示，白光通过三棱镜后，由于棱镜对不同色光的折射率不同，从而使白光分解成单色光，形成从红到紫依次按挨次排列的彩色光带，这种复色光分解为单色光的现象叫光的色散．2．各种色光按波长由大到小的排列挨次是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，频率和波长的关系是c＝λf.3．光谱(1)光谱：用光栅或棱镜把光按波长开放，获得光的波长(频率)成分和强度分布的记录，即光谱．按形成条件，将光谱分为放射光谱和吸取光谱．(2)放射光谱①物体发光直接产生的光谱．②分类：连续谱：连续分布的包含有一切波长的光组成的光谱．线状谱：由一些不连续的亮线组成的光谱，又叫原子光谱．③特征光谱每种元素的原子都有各自的放射光谱，即由一系列不连续的具有特定波长的谱线组成的光谱．(3)吸取光谱①概念：物体发出的白光，通过温度较低的物质蒸气时，某些波长的光被该物质吸取后形成的光谱．②说明：各种原子的吸取光谱中的每一条暗线都跟这种原子的放射光谱中的一条亮线相对应．4．光谱分析的应用(1)光谱分析由于每种元素都有自己的特征光谱，可以依据光谱来鉴别物质和确定它们的化学组成，这种方法叫光谱分析．(2)优点：灵敏、快速，某种元素在样品中的含量只要有1×10－10_g就能检测出来．(3)应用①鉴定产品的纯度(如检测半导体材料硅和锗是不是达到高纯度要求)．②发觉新元素(如元素铷和铯)．③争辩天体的物质成分(如争辩太阳光谱时发觉了太阳大气层中含有氢、氦、氮、碳、氧、铁、镁、钙、钠等元素)．④鉴定食品的优劣．⑤鉴定文物.一、对光谱的生疏[要点提炼]1．连续谱和线状谱都属于放射光谱(1)连续谱①产生：酷热的固体、液体和高压气体的光谱，如灯丝、烛焰、酷热钢水等发出的光都是连续光谱．②特点：光谱是连在一起的光带．(2)线状谱①产生：由游离态的原子放射的，因此也叫原子光谱．淡薄气体和金属的蒸气的放射光谱是线状谱．②特点：不同元素的原子产生的线状谱是不同的，但同种元素的原子产生的线状谱是相同的，这意味着，某种物质的原子可用其线状谱加以鉴别．2．吸取光谱(1)产生：物体发出的白光通过温度较低的物质蒸气时产生的．(2)特点：在连续谱的背景上有若干条暗线．同种元素的吸取光谱与线状谱是一一对应的．3．太阳光谱是吸取光谱(1)特点：在连续谱的背景上毁灭一些不连续的暗线．(2)产生缘由：阳光中含有各种颜色的光，当阳光透过太阳的高层大气射向地球时，太阳高层大气含有的元素会吸取它自己特征谱线的光，然后再向四周八方放射出去，到达地球上的这些谱线看起来就暗了，这就形成了连续谱背景下的暗线．例1下列光谱中哪些是线状谱()A．日光灯产生的光谱B．白炽灯的光谱C．酒精灯中燃烧的钠蒸气所产生的光谱D．白光通过温度较低的钠蒸气所产生的光谱解析日光灯是低压水银蒸气导电发光，产生的是线状谱，A项对；白炽灯是酷热钨丝发光，其光谱为连续谱，B项错．白光通过温度较低的钠蒸气应产生吸取光谱，而酒精灯中燃烧的钠蒸气所产生的光谱为线状谱，所以C项对，D项错．答案AC例2关于太阳光谱，下列说法正确的是()A．太阳光谱是吸取光谱B．太阳光谱中的暗线，是太阳光经过太阳大气层时某些特定频率的光被吸取后而产生的C．依据太阳光谱中的暗线，可以分析太阳的物质组成D．依据太阳光谱中的暗线，可以分析地球大气层中含有哪些元素解析太阳是一个高温物体，它发出的白光通过温度较低的太阳大气层时，会被太阳大气层中的某些元素的原子吸取，从而使我们观看到的太阳光谱是吸取光谱，所以分析太阳的吸取光谱，可知太阳大气层的物质组成，而某种物质要观看到它的吸取光谱，要求它的温度不能太低，但也不能太高，否则会直接发光，由于地球大气层的温度很低，所以太阳光通过地球大气层时不会被地球大气层中的物质原子吸取．答案AB二、光谱分析[要点提炼]光谱分为放射光谱和吸取光谱．放射光谱的线状谱和吸取光谱都是原子的特征谱线，都可用于光谱分析．例3利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确定物质的组成成分，关于光谱分析下列说法正确的是() A．利用高温物体的连续谱就可鉴别其组成成分B．利用物质的线状谱就可鉴别其组成成分C．高温物体发出的光通过物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分D．同一种物质的线状谱与吸取光谱上的暗线，由于光谱的不同，它们没有关系解析由于高温物体的光谱包括了各种频率的光，与其组成成分无关，故A错误；某种物质发光的线状谱中的明线是与某种原子发出的某频率的光有关，通过这些亮线与原子的特征谱线对比，即可确定物质的组成成分，B正确；高温物体发出的光通过物质后某些频率的光被吸取而形成暗线，这些暗线与所经物质有关，C 错误；某种物质发出某种频率的光，当光通过这种物质时它也会吸取这种频率的光，因此线状谱中的亮线与吸取光谱中的暗线相对应．D错误．答案B针对训练关于光谱分析，下列说法错误的是()A．光谱分析的依据是每种元素都有其特征谱线B．光谱分析不能用连续谱C．光谱分析既可以用线状谱，也可以用吸取光谱D．分析月亮的光谱可得知月球的化学组成答案D解析光谱分析常用反映原子特性的光谱，既可以用线状谱，也可以用吸取光谱，但不能用连续谱，故A、B 、C 项正确；月亮反射太阳光，因此，分析月亮的光谱并不能鉴定月球的化学组成，所以D不正确．1．关于光谱，下列说法正确的是()A．酷热的液体放射连续谱B．放射光谱确定是连续谱C．线状谱和吸取光谱都可以对物质成分进行分析D．霓虹灯发光形成的光谱是线状谱答案ACD解析酷热的液体放射的光谱为连续谱，所以选项A正确．放射光谱可以是连续谱也可以是线状谱，所以选项B错误．线状谱和吸取光谱都对应某种元素的光谱，都可以对物质成分进行分析，所以选项C正确．霓虹灯发光形成的光谱是线状谱，所以选项D正确．2．对原子光谱，下列说法正确的是()A．原子光谱是不连续的B．由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的C．各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同D．分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含哪些元素答案ACD解析原子光谱为线状谱，选项A正确；各种原子都有自己的特征谱线，故选项B错误，选项C正确；依据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质的组成，选项D正确．3．关于光谱和光谱分析，下列说法中正确的是()A．太阳光谱和白炽灯光谱都是连续谱B．霓虹灯产生的是线状谱C．进行光谱分析时，只能用明线光谱D．同一元素吸取光谱的暗线与线状谱的位置是一一对应的答案BD解析太阳光谱是吸取光谱，可进行光谱分析；白炽灯光产生的是连续谱；霓虹灯管内充有淡薄气体，产生的光谱为线状谱．4．太阳光的光谱中有很多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线，产生这些暗线是由于()A．太阳表面大气层中缺少相应的元素B．太阳内部缺少相应的元素C．太阳表面大气层中存在着相应的元素D．太阳内部存在着相应的元素答案C解析吸取光谱的暗线是连续谱中某些波长的光被物质吸取后产生的．阳光中含有各种颜色的光，当阳光透过太阳的高层大气射向地球时，太阳的高层大气含有的元素会吸取它自己特征谱线的光，然后再向四周八方放射出去．易错缘由是不理解光谱的成因以及不同谱线的特点.[基础题]1．白炽灯发光产生的光谱是()A．连续谱B．明线光谱C．原子光谱D．吸取光谱答案A解析白炽灯发光是由于灯丝在酷热状态下发出的光，是连续谱．2．对于光谱，下列说法中正确的是()A．大量原子发出的光谱是连续谱，少量原子发出的光谱是线状谱B．线状谱是由不连续的若干波长的光所组成C．太阳光谱是连续谱D．太阳光谱是线状谱答案B解析原子光谱体现原子的特征，是线状谱，同一种原子无论多少发光特征都相同，即形成的线状谱都一样，故A错误；B项是线状谱的特征，正确；太阳光四周的元素的低温蒸气吸取了相应频率的光，故太阳光谱是吸取谱，故C、D错误．3．按经典的电磁理论，关于氢原子光谱的描述应当是()A．亮线光谱B．连续光谱C．吸取光谱D．放射光谱答案B4．关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是()A．做光谱分析时只能用放射光谱，不能用吸取光谱B．做光谱分析时只能用吸取光谱，不能用放射光谱C．做光谱分析时既可以用放射光谱，也可以用吸取光谱D．同一种物质的线状谱和吸取光谱上的暗线由于光谱的不同，它们没有关系答案C5．关于光谱的下列说法中，正确的是()A．连续谱和明线光谱都是放射光谱B．明线光谱的明线叫做原子的特征谱线C．固体、液体和气体的放射光谱都是连续谱，只有金属蒸气的放射光谱是明线光谱D．在吸取光谱中，低温气体原子吸取的光恰好就是这种气体原子在高温时发出的光答案ABD6．在燃烧的酒精灯芯上放一些食盐，然后用弧光灯发出的白光照射，就能得到()A．钠的线状谱B．钠的吸取光谱C．钠的连续谱D．仍是白光连续谱答案B解析钠被酒精灯加热汽化，形成钠蒸气，弧光灯发出的白光通过钠蒸气，某些波长的光被吸取形成钠的吸取光谱，B项正确．[力气题]7．有关氢原子光谱的说法正确的是()A．氢原子的放射光谱是连续谱B．氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光C．氢原子光谱说明氢原子能级是分立的D．氢原子光谱的频率与氢原子能级的能量差无关答案BC解析氢原子的放射光谱是线状谱，故选项A错误；氢原子光谱说明：氢原子只能发出特定频率的光，氢原子能级是分立的，故选项B、C正确；由玻尔理论知氢原子放射出的光子的能量由前、后两个能级的能量差打算，即h v＝E m－E n，故选项D错误．8．如图1甲所示的abcd为四种元素的特征谱线，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以确定该矿物中缺少的元素为()图1A．a元素B．b元素C．c元素D．d元素答案B解析由矿物的线状谱与几种元素的特征谱线进行对比，b元素的谱线在该线状谱中不存在，故B正确．与几个元素的特征谱线不对应的线说明该矿物中还有其他元素．。
光谱线的精细结构课件
不同生物物种的光谱线精细结构不同，通过分析精细结构可以对生 物物种进行鉴定和区分。
生物代谢过程研究
生物代谢过程中物质的光谱线精细结构会发生变化，通过分析这些 变化可以研究生物代谢过程和代谢机理。
05
光谱线精细结构的研究前景
新型光谱线精细结构测量技术的发展
总结词
随着科技的不断发展，新型光谱线精细结构 测量技术也在不断进步，为科学研究提供了 更准确、更高效的数据。
物质鉴定
不同物质的光谱线精细结构不同，通过分析精细结构可以对物质进 行鉴定和区分。
反应动力学研究
反应过程中分子结构和化学键的变化会引起光谱线精细结构的变化 ，通过分析这些变化可以研究反应动力学和反应机理。
在生物学中的应用
生物分子结构和功能研究
生物分子如蛋白质、核酸等的光谱线精细结构与其结构和功能有关 ，通过分析精细结构可以了解生物分子的结构和功能。
相对论效应
相对论效应对原子能级的 影响也会导致光谱线精细 结构的出现。
精细结构的分类
正常精细结构
由于原子能级分裂形成的精细结 构。
共振精细结构
当外界电磁辐射与原子能级发生共 振时，形成的精细结构。
多重精细结构
由于原子能级之间相互作用而形成 的复杂精细结构。
精细结构的影响因素
磁场强度
磁场强度对原子能级的分裂程度 有直接影响，从而影响精细结构
激光技术
利用特定频率的光谱线作为激光源， 可以实现高精度、高速度的加工、通 讯和测量等技术应用。
02
光谱线的精细结构
精细结构的形成原因
原子能级的跃迁
原子能级间的跃迁会产生 光谱线，而精细结构的出 现是由于原子能级分裂成 多个子能级。
分析化学 第九章 光谱分析法概论
散射
③运动方向改变
Raman散射 ①非弹性碰撞
Stokes线λ散＜λ入
②有能量交换,光的频率改变
③运动方向改变
反Stokes线λ散＞λ入
散射光强 I ∝ 1/λ λ散-λ入 为拉曼位移，与分子的振动频率有关。
h
10
三、电磁辐射与物质的相互作用
4.折射和反射
反射：当光从介质1照射到与介质2时，一部分 光在界面上改变方向返回介质1的现象。
Planck常数：h = 6.626 × 10 -34 J . S 光速：c = 2.997925×1010cm/s
h
5
⒋波长越小、频率越大，能量越大。 ⒌单色光：
单波长的光（由具有相同能量的光子组成）
⒍能量常用单位：eV erg J ⒎能量换算关系：
1 e V 1 .6 1 0 1 9 J 1 .6 0 2 2 1 0 1 2 e r g
2.发射
2
样品
1
E 21h21hC / 21 E2h2hC/2
火焰或电弧
0
E1h1hC/1
λ2 λ1
λ21
λ
火焰、电弧激发的发射光谱示意图
2
I0
样品
I
E 21h21hC / 21 2hC/2
E1h1hC/1
光致发光示意图
λ2 λ1
λ21
h
9
三、电磁辐射与物质的相互作用
3.散射
Rayleigh散射①弹性碰撞 ②无能量交换，光的频率不变
λmax不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形 状和λmax不同。
h
15
h
16
③吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质 定性分析的依据之一。
教科版高中物理选修3-5课件 2 光谱 氢原子光谱课件1
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分类例析
特别提醒：(1)每种原子都有其特定的原子谱线，该谱线与原子所 处状态无关．(2)由于每种原子的线状谱与吸收谱一一对应，光谱 分析中既可以用线状谱，也可用吸收谱．
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分类例析
二、氢原子光谱的实验规律 氢原子的光谱 从氢气放电管可以获得氢原子光谱，如图2-3-1所示．
3 光谱 氢原子光谱
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分类例析
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分类例析
1．了解光谱的定义和分类； 2．了解氢原子光谱的实验规律，知道巴耳末系； 3．了解经典原子理论的困难．
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分类例析
一、光谱
项目
内容
用 光栅 或 棱镜 可以把光按 波长 展开，获得光 定义
的 波长(频率)成分 和强度分布的记录，即光谱
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分类例析
【 典 例 1】 关 于 光 谱 和 光 谱 分 析 ， 下 列 说 法 正 确 的 是 ( )． A．太阳光谱和白炽灯光谱都是线状光谱 B．霓虹灯和煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱都是线状 光谱 C．进行光谱分析时，可以利用线状光谱，也能用连续光谱 D．我们观察月亮射来的光谱，可以确定月亮的化学组成
线状谱 光谱是一条条 亮线
分类
光谱不是 一条条分立的谱线，而是连在一起的
连续谱
光带
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分类例析
线状 各种原子的发射光谱都是 线状谱 ，不同原子的亮线位 谱与 置 不同 ，说明原子只发出几种特定频率的光，不同原 原子 子的发光频率 不同，光谱中的亮线称为原子的 特征谱线.
由于每种原子都有自己的特征谱线，可以利用它来鉴别物
选修3-5 第二章 第1讲 原子结构 氢原子光谱
3.光谱分析
特征谱线 可以用来鉴别物质和确定 利用每种原子都有自己的_________
物质的组成成分，且灵敏度很高。在发现和鉴别化学元素上有
着重大的意义。
知识点 2
氢原子的能级结构、能级公式
Ⅰ
1.玻尔理论
不连续 的能量状态中，在这 （1）定态：原子只能处于一系列_______
稳定 的，电子虽然绕核运动，但并不向 些能量状态中原子是_____
表示电子由较高能级向较低能级跃迁，电 子跃迁的条件为hν =Em-En
带箭头的竖线
2.对电子跃迁条件hν =Em-En的说明
（1）电子跃迁条件hν =Em-En只适用于光子和原子作用而使原子
在各定态之间跃迁的情况。
（2）当光子能量大于或等于13.6 eV时，也可以被处于基态的氢 原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量 大于13.6 eV时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能。 （3）原子还可吸收外来实物粒子（例如自由电子）的能量而被 激发。由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收，所以只要 入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值（E=Em-En），均
②利用原子能量公式En=Ekn+Epn判断，当轨道半径增大时，原
子能量增大，电子动能减小，故原子的电势能增大。反之，当
轨道半径减小时，原子能量减小，电子动能增大，故原子的电 势能减小。
【典例透析2】氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论，下 述说法正确的是( )
A．电子绕核旋转的半径增大
B．电子的动能增大
【典例透析1】如图所示为氢原子能级
图，下列说法正确的是(
的光谱
)
A.玻尔理论也能很好地解释复杂原子 B.玻尔理论认为原子的能量是连续的， 电子的轨道半径是不连续的
连续光谱和明线光谱
吸 收
定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的 光谱
光 谱
产生条件：炽热的白光通过温度较白光低的气体后， 再色散形成的
光谱形式：用分光镜观察时，见到连续光谱背景上
出现一些暗线（与特征谱线相对应）
4 光谱分析 （1）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物质 的组成成分。这种方法叫做光谱分析。 （2）光谱分析法由基尔霍夫开创的。 （3）优点：灵敏度高。样本中一种元素的 含量达到10-10g时就可以被检测到。 （4） 同种物质吸收光谱中的暗线与它明线 光谱中的明线相对应，明线光谱和吸收光 谱中的谱线都是原子的特征光谱，都可以 用于光谱分析。
（BD）
3 根据巴耳末公式，指出氢原子光谱在可见 光范围内波长最长的两条谱线所对应的n， 它们的波长各是多少？氢原子光谱在什么 特点？
按经典物理学电子绕核旋转，作加速运动，电子 将不断向四周辐射电磁波，它的能量不断减小， 从而将逐渐靠近原子核，最后落入原子核中。但 事实上原子是个稳定的系统。
轨道及转动频率不断变化，辐射电磁波频率 也是连续的， 原子光谱应是连续的光谱。而 实际上看到的是分立的线状谱。
这些矛盾说明尽管经典物理学理论可以很好地 应用宏观物休，但它不能解释原子世界的现象， 引入新观念是必要的。
1.发射光谱
（1）定义：物体发光直接产生的光谱 叫做发射光谱。
（2）分类：发射光谱可分类：连续光 谱和明线光谱。
①连续光谱
A 由波长连续分布的光组成的连在一起的光 带叫连续光谱。 特点：光谱看起来不是一条条分立的谱线， 而是连在一起的光带。 即连续分布的包含 有从红光到紫光各种色光的光谱。
B 炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱 是连续光谱。 例如白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢 水发出的光都形成连续光谱。
材料分析技术-光谱分析法
红外吸收光谱法
• 历史概述 • 理论基础 • 仪器构成 • 样品制备 • 图谱解析与应用 • 新发展
21
红外光谱的范围
近紫外
可见
红外
200nm 400nm
780nm
1000um
近红外区 中红外区
远红外区
0.78um 2.5um
50um
1000um
22
波数/cm-1
/ cm1
1
104
/ cm / m
10
价电子跃迁与原子光谱
• 原子价电子能级发生变化而产生。 • 激发-跃迁对应于吸收光谱与发射光谱。 • 价电子跃迁能量变化在1-20eV之间。 • 所以波长大多分布在紫外-可见光区域。
11
内层电子跃迁与X射线光谱
• 内层电子跃迁能量较高，对应波长X射线区 域。
• 除了辐射X射线还有部分能量以Auger电子 的形式放出。
2 频率（v）
单位时间内通过传播方向某一点的波峰或波谷的数 目，即单位时间内电磁场振动的次数称为频率，单 位为赫兹（Hz，即s-1）。
4
3 波数（σ）
每厘米长度内所含的波长的数目，它是波长的倒数，即
σ ＝1 / λ
波数单位常用cm-1来表示。
4 传播速度 辐射传播速度υ等于频率v乘以波长λ，即υ＝v λ。在
分子光谱法
原子发射光谱法 原子吸收光谱法 原子荧光光谱法
紫外-可见吸收光谱法 红外吸收光谱法 分子荧光与磷光光谱法 化学发光光谱法 拉曼光谱法
其它光谱法
核磁共振与顺磁共振波谱法 X射线荧光光谱法
19
光谱分析法仪器的基本流程
光谱仪器通常 包括五个基本单元
光源； 单色器； 样品； 检测器； 显示与数据处理
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光谱仪的参数:
• 1.色散:角色散率.
D
d d
,或线色散 s
,常用倒数
s
表示
0.5nm/mm, 1nm/mm
• 注意:指出射，与波长有关。
曲线.
s
Dl
dl
d
D
f2
2.分辨率:
任何光谱仪器的分辨率本领的定义都是一样的.
常用的辨别方法是一根谱线的衍射极大,正好落在另一根 谱线的衍射极小上。二谱线可分辨：
定义: R
• 分辨本领主要决定于通光孔径的有效宽度以及色散率
• 3.集光本领: E BT sin2 BT ( d )2
f B : 均匀照度,T仪器透射率.d : 物镜通光孔径.
4.光谱透射特性: 1.元件透射率.2.透镜有效截面积3.元件角色散 率.4.狭缝高度与焦距比值. 5.最佳缝宽（临界缝宽）
里德伯常数（J. R. Rydberg）
n 3,4,...
若n=1,紫外．n=2,可见光，n=3,4,5红外
1889年,里德伯提出普遍方程
RH
4 B
1.0967758107 m1
~ 1 4 ( 1 1 ) T (n) T (n) B n2 n2
n 1,2,3,......; n n 1, n 2, n 3......
d d
对此式两边微分
d (sin sin ) m
d cosd md
D
d d
m
d cos
线色散射率定义 : Dl
dl
d
D
f2
f 2:暗箱物镜焦距.Dl
mf2
d cos
4.相对孔径
收集光功率的能力.定义
A=
f1 P
,
f1：准直镜焦距. P:光栅有效面积对角线
A越小,集光本领越大.
5.自由光谱区
• 光谱范围，干涉仪的级间不重叠区。 d (sin sin ) (m 1) d (sin sin ) m( ) , : 被测波段的短波限
m
例：短波限：200nm,m:一级。自由光谱区：200nm-400nm. 如m：二级。自由光谱区：200nm-300nm
法布里-珀罗干涉仪（F-P干涉仪）： 目前分辩率最高的仪器。 结构极为简单。
单色仪 棱镜单色仪：透射式棱镜单色仪,反射式棱镜单色仪. (指准直透镜和会聚物镜) 入\出射缝,光强定量。定标与定标曲线。 单色仪的几种主要光路： 光栅：平面光栅和凹面光栅。
光栅光谱仪： 光电探测器:硅光电池,光电二极管,光电三 极管光电管,光电倍增管,CCD.
平面光栅：平板玻璃上蒸镀上铝或其它高反射的金属， 镀层上刻上锯齿形槽。 一般1200条/mm2400条/mm,3600条/mm. 细槽：理想平直、严格平行、等间隔、严格等同形状。 偏差：鬼线 普通光栅、闪耀光栅（相位光栅） 光强主极大移到了一级。
dmin D
f
f,D是准直透镜的焦距与直径。
一.摄谱仪
以仪器色散（线）分类：
小型摄谱仪：2-10nm/mm
中型摄谱仪：0.8-2nm/mm
大型摄谱仪：0.1-0.8nm/mm
摄谱仪结构：恒偏向镜、哈特曼 光栏,入射缝,准直与照相透镜,光 谱底片盒.
摄谱仪的调整: 1.照明系统的调整(光谱仪通用)： 单透镜照明、双透镜照明、三透镜照明。
例： h=100mm,波长500nm时，自由光谱区： 0.00125nm.
颜色 波长(Å)
红
6562.10
深绿 4860.74
青
4340.10
紫
4101.20
n=2 n’=3 n=2 n’=4 n=2 n’=5 n=2 n’=6
1885年巴耳末公式（J. J. Balmer）:经验公式(可见光区)
~
1
4 B
1 ( 22
1 n2
)
1 RH ( 22
1 n2
)
RH
4 B
1.0967758 107 m1
光栅的分光原理:
对于1-1`光线和2-2`光线:
L m A'B AB' d sin d sin
d (sin sin) m
光栅的闪耀角与闪耀波长：
非闪耀光栅：中央零级主极大。 闪耀波长：多缝干涉的一级主极大方向与单缝衍射零级方 向重合。
mb 2d sin
光栅光谱仪的参数:
1.色散: D
光谱
光谱是光的频率成份和强度分布的关系图 牛顿1704年:若要了解物质内部的情况,只要看其
光谱
光谱类别：
线状谱——原子发光 带状谱——分子发光 连续谱——固体发光
光谱-光源-物质
• 氢灯-氢光谱 • 汞灯\钠灯\氖灯 • 白炽灯\铁光谱
氢原子光谱
实验发现 氢光谱：
间隔，强度
谱线 H H H H
2.恒偏向棱镜的调整:最小偏向角. 3.入\出射缝.准直与物镜调节. 4.光谱感光板的倾斜度.
摄谱仪的特点与应用： 优点：灵敏度高，可同时记录同一时间光源的能谱分布。 应用：例如：氦-氖激光管内杂质气体的分析 感光底片\曝光\显影\定影 本身摄谱仪基本参数的测量.
比较光谱：铁光谱等 比长仪， 光谱投影仪
tg
1
线色散 : Dl
d
d
f 2 D
若 500nm, f2 500mm,
则d / d 0.002nm / mm.
例如光栅:1200条 / mm, f2 2000mm,
d / d 0.4nm / mm
f2
tg
f2
若 500nm, f2 500mm, 则d / d 0.002nm / mm.
里德伯常量:经验参量
光谱仪(分光仪器):
• 分光计、棱镜摄谱仪、光度计、分光光度计、 单色仪,法布里-珀罗干涉仪、光栅光谱仪等
• 光谱仪组成:光源、准直系统,色散系统,观察系 统.
• 色散系统:棱镜,光栅. • 观察系统:望远镜,照相透镜和底片,物镜和出射
缝,光电倍增管,CCD,计算机. • 分光原理:色散,衍射和干涉.
例如光栅:1200条 / mm, f2 2000mm,
d / d 0.4nm / mm
F-P干涉仪的分辩率：R=mF
F:为有效干涉光束数。约20-50。m与 板距h成正比.例：h=100mm, 波长 500nm,n=1,m=?
F-P干涉仪的自由光谱区
, m 2h cos代入
m
2 , 2h cos
F-P干涉仪的特点： 优点：分辩率高、色散大。自由光谱区小，防震要求高。 不平度小于所用波长的1/50，内表面反射率80%-90%。楔 n d
d
m
m c os 1
d
2hn sin
m sin
tg
角色散 : D
d d
1