Ατομικά φάσματα
Τα ατομικά φάσματα αποτελούνται από διακριτές γραμμές επειδή τα δεσμευμένα ηλεκτρόνια μπορούν να βρίσκονται μόνο σε επιτρεπτές κβαντικές ενεργειακές καταστάσεις. Όταν άτομο μεταβαίνει μεταξύ δύο πολιτείες, το φωτόνιο που απορροφάται ή εκπέμπεται ικανοποιεί ΔE=hν=hc/λ.
Εκπομπή και απορρόφηση
Σε φάσμα εκπομπής, διεγερμένο άτομο πέφτει σε χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση και εκπέμπει φωτόνιο. Σε φάσμα απορρόφησης, φωτόνιο με κατάλληλη ενέργειας ανυψώνει το άτομο σε ανώτερη κατάσταση.
Οι ίδιες ενεργειακές διαφορές μπορούν να εμφανιστούν ως φωτεινές γραμμές εκπομπής ή σκοτεινές γραμμές απορρόφησης ανάλογα με πείραμα και συνεχές φόντου.
Φάσμα υδρογόνου
Για υδρογόνο, E_n=−13,6 eV/n². Οι μεταβάσεις προς n=2 σχηματίζουν τη Σειρά Balmer στο ορατή και προς n=1 τη Σειρά Lyman στο υπεριώδες.
Η Σχέση Rydberg 1/λ=R_H(1/n₁²−1/n₂²) οργανώνει τις μήκη κύματος για μεταβάσεις που μοιάζουν με υδρογόνο.
Αποτέλεσμα
Αποτέλεσμα: eV
Γραμμή ως ενεργειακή μέτρηση
Μια μήκος κύματος δεν είναι απλή έγχρωμη ετικέτα. Με E=hc/λ, κάθε θέση γραμμής δίνει συγκεκριμένη διαφορά ενέργειας.
Για Hα περίπου 656,3 nm, το φωτόνιο έχει ενέργειας περίπου 1,89 eV.
Κανόνες επιλογής
Δεν είναι κάθε ζεύγος επίπεδα ενέργειας συνδεδεμένο με εξίσου πιθανή μετάβαση ηλεκτρικού διπόλου. Κανόνες επιλογής περιορίζουν τις ισχυρές επιτρεπόμενες μεταβάσεις.
'Απαγορευμένο' δεν σημαίνει απολύτως αδύνατη μετάβαση· μπορεί να συμβεί μέσω ασθενέστερου πολυπολικό ή μηχανισμός που προκαλείται από σύγκρουση.
Ένταση γραμμής
Η ένταση εξαρτάται από πληθυσμού των πολιτείες, πιθανότητα μετάβασης, ποσότητα ειδών που εκπέμπουν και απόκριση οργάνου.
Άρα δεν πρέπει να διαβάζουμε ένταση ως άμεση μέτρηση 'πόση ενέργειας έχει η στάθμη'.
Διεύρυνση γραμμής
Η πεπερασμένη διάρκεια ζωής προκαλεί φυσική διεύρυνση, η θερμική κίνηση διεύρυνση Ντόπλερ και οι συγκρούσεις διεύρυνση πίεσης.
Το όργανο έχει επίσης πεπερασμένη ανάλυση. Μια πραγματική φασματική γραμμή δεν είναι μαθηματικά απειροελάχιστη.
Χρήση στην ανάλυση
Κάθε στοιχείο έχει χαρακτηριστικό μοτίβο επέτρεπε μεταβάσεις. Έτσι ατομική εκπομπή/φασματοσκοπία απορρόφησης μπορεί να αναγνωρίζουν στοιχεία σε πλάσμα, φλόγα ή αστρική ατμόσφαιρα.
Η αξιόπιστη ανάλυση χρησιμοποιεί πολλές γραμμές, βαθμονόμηση και γνώση θερμοκρασία/κατάσταση ιονισμού αντί να βασίζεται σε ένα κορυφή.
Πέρα από την απλή γραμμή
Λεπτή δομή, υπερλεπτή διάσπαση και μετατοπίσεις ισοτόπων μπορούν να χωρίσουν μια «γραμμή» σε περισσότερα εξαρτήματα όταν η ανάλυση είναι αρκετή. Αυτές οι μικρές διαφορές δίνουν πληροφορία για σύζευξη σπιν-τροχιάς, πυρηνική περιστροφή και μάζα ισοτόπων.
Στην πράξη η βαθμονόμηση μήκους κύματος πρέπει να ελέγχεται με γραμμές αναφοράς. Η ταυτοποίηση στοιχείο δεν βασίζεται σε οπτική ομοιότητα χρώματος αλλά σε αριθμητική συμφωνία πολλών φασματικές θέσεις.
Λυμένο παράδειγμα
Ενέργεια φωτονίων
λ=656,3 nm.
Λύση
E≈1240/656,3≈1,89 eV.
Balmer
Σε ποιο χαμηλότερα n καταλήγει η σειρά;
Λύση
n=2.
Απορρόφηση
Τι απαιτείται για ισχυρή γραμμή;
Λύση
Κατάλληλη ΔE και επιτρεπτή μετάβαση με διαθέσιμο πληθυσμού.