Эмиссионный спектр

Эмиссионный спектр (спектр излучения, спектр испускания — относительная интенсивность электромагнитного излучения объекта исследования по шкале частот.

Чаще всего изучают спектры электромагнитного излучения в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазоне, например от сильно нагретых тел. Спектр излучения вещества представляют в виде горизонтальной цветовой полосы — как результат дисперсии (расщепления) света от объекта призмой, либо в виде графика относительной интенсивности, а также в виде таблиц.

Спектр излучения железа.

Спектр излучения водорода.

Физика возникновения

Излучение абсолютно чёрного тела

Нагретое вещество излучает электромагнитные волны (фотоны). Спектр этого излучения на фоне спектра излучения абсолютно чёрного тела, при достаточной температуре, на определённых частотах имеет ярко выраженные увеличения интенсивности. Причина повышения интенсивности излучения — в электронах, находящихся в условиях квантования энергии. Такие условия возникают внутри атома, в молекулах и кристаллах. Возбуждённые электроны переходят из состояния бо́льшей энергии в состояние меньшей энергии с испусканием фотона. Разница энергий уровней определяет энергию испущенного фотона, и следовательно его частоту в соответствии с формулой: $$E_{\Phi} = h\nu\,$$

здесь E_ф — энергия фотона, h — постоянная Планка и ν — частота.

Квантование на энергетические уровни зависит от магнитного поля, поэтому от него также зависит спектр излучения (см. Расщепление спектральных линий). Кроме того, сдвиг частоты благодаря эффекту Допплера также приводит к изменению положений линий в спектре движущихся объектов.

Применение

Особенности спектров излучения некоторых элементов можно изучить невооружённым глазом, например, при наблюдениях цвета пламени, в которое внесено немного вещества. В пламени (высокотемпературной плазме) вещество ионизируется, и мы можем наблюдать спектр эмиссии атомов некоторых элементов.

Аналитическая химия

Этот приём издавна использовался для качественного определения некоторых элементов. Например, платиновая проволочка, смоченная раствором хлорида или нитрата стронция, внесенная в пламя, окрашивает его в красный цвет, благодаря излучению ионизированных атомов стронция. Ионы меди окрашивают пламя в голубой или зелёный цвет.

Спектр излучения различен для каждого элемента периодической таблицы Менделеева.

В современной аналитической химии методы исследования эмиссионного спектра используются в приборах для анализа состава сплавов (стилоскоп), методах анализа растворов, солей (пламенная фотометрия).

Астрономия

Спектр излучения используется для дистанционной идентификация состава звёзд по свету от них.

При изучении астрономических объектов (звёзды, галактики, квазары, туманности):

• для определения движения объектов и их частей
• для получения информации о происходящих в них физических процессах
• для получения информации о структуре объекта и расположении его частей.

Сигнализация и пиротехника

Яркий и чистый цвет пламени, окрашенного тем или иным элементом, позволил получать цветные огни - фейерверк.

Прикладная наука, исследующая пути оптимизации приготовления цветных горючих смесей, а также технологией взрывчатых веществ, называется пиротехникой.

Окрашенные пламена используются для сигнализации или целеуказания (сигнальные ракеты, осветительные ракеты, трассирующие пули).

Связанные эффекты

• Спектр поглощения является обратным к спектру испускания. Связано это с тем, что возбуждённый электрон в веществе переизлучает поглощённый фотон не в том же направлении, а энергии поглощённого и излучённого фотона одинаковы.

См. также

• Радуга
• Квантовая физика
• Спектральный анализ
• Спектр поглощения