Aatomispektrid
Aatomispektrid koosnevad diskreetsetest joontest, sest seotud elektronid saavad olla ainult lubatud kvantiseeritud energianivoodel. Üleminekul kahe oleku vahel peab neeldunud või kiiratud footon rahuldama ΔE=hν=hc/λ.
Emission ja absorption
Emission spectrum tekib siis, kui excited atom langeb madalamale energy state'ile ja kiirgab photon'i. Absorption spectrum'is neeldub sobiva energy'ga photon ja atom läheb kõrgemale state'ile.
Sama ΔE võib avalduda ereda emission line'i või tumeda absorption line'ina sõltuvalt experiment geometry'st.
Hydrogen spectrum
Hydrogen'i puhul E_n=−13,6 eV/n². Üleminekud n=2 tasemele annavad Balmer series'e, n=1 tasemele Lyman series'e.
Rydberg relation 1/λ=R_H(1/n₁²−1/n₂²) kirjeldab hydrogen-like spectral lines.
Tulemus
Tulemus: eV
Wavelength kui energy measurement
Line wavelength ei ole lihtsalt värvinimi. E=hc/λ seob iga line position'i konkreetse energy difference'iga.
Hα 656,3 nm vastab umbes 1,89 eV footonile.
Selection rules
Kõik level pairs ei anna sama tugevat electric-dipole transition'it. Selection rules piiravad tugevaid allowed transitions.
'Forbidden' tähendab tavaliselt tugevalt suppressed, mitte absoluutset nulli; nõrgem multipole või collision-induced transition võib siiski toimuda.
Line intensity
Intensity sõltub state populations'ist, transition probability'st, emitterite arvust ja instrument response'ist.
See ei näita otse, kui palju energiat mingi level 'sisaldab'.
Line broadening
Finite lifetime põhjustab natural broadening'u, thermal motion Doppler broadening'u ja collisions pressure broadening'u.
Ka spectrometer resolution laiendab mõõdetud line'i. Reaalne joon pole matemaatiliselt lõpmata kitsas.
Elementide tuvastamine
Igal elemendil on iseloomulik allowed-transition pattern. Atomic spectroscopy võimaldab seetõttu määrata elemente flames, plasmas ja stellar atmospheres.
Usaldusväärne analüüs kasutab mitut line'i, calibration'it ja ionization/temperature konteksti.
Fine structure ja kalibreerimine
Üks nähtav line võib suure resolution'i korral jaguneda fine-structure, hyperfine või isotope components'iks. Need peened lahknemised kannavad infot spin–orbit coupling'u ja nuclear properties'i kohta.
Element identification kasutab kalibreeritud line positions'i ja mitme line'i kokkulangevust. Ainult värvi või ühe ligikaudse peak'i järgi määramine ei ole usaldusväärne.
Lahendatud näide
Hα
λ=656,3 nm.
Lahendus
E≈1,89 eV.
Balmer
Lower level?
Lahendus
n=2.
Line intensity
Kas sõltub ainult ΔE-st?
Lahendus
Ei.