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光谱学是作为一种工具来进行结构研究原子和分子。大量的这些系统发出的波长可以调查他们的详细结构,包括电子配置的地面和各种激发态。

光谱还提供了一个精确分析方法寻找的成分在未知的化学物质作文。在一个典型的光谱分析,百万分之几浓度微量元素通过其排放的材料能被探测到光谱。

在天文学遥远的光谱发射谱线的研究星系导致的发现宇宙是扩大方向的迅速和各向同性的(独立)。这一发现是基于观察的多普勒频移谱线。时发生的多普勒频移是影响辐射等的来源明星相对于观察者移动。的频率将转移一样,观察者移动的火车上听到的音调的频率变化响铃铁路平交道。铃声声音的音高高如果火车接近十字路口和低转移。同样,光频率上升或下降将因都卜勒频移取决于光源接近或远离观察者的。在1920年代,美国天文学家埃德温·哈勃确定了扩散椭圆和螺旋对象,已经观测到的星系。他继续发现和测量约线性关系这些星系之间的距离地球和多普勒频移。在任何方向一看,越远的星系,它是远离地球越快。

光谱证据表明,宇宙是膨胀之后,发现1965年的低水平各向同性微波辐射由美国科学家阿诺a·彭齐亚斯和Robert w .威尔逊。测量的频谱是相同的辐射分布预期从一个黑体一个表面,可以吸收所有的辐射事件。这辐射,目前在一个温度2.73 K (K),被确定为一个遗迹的大爆炸这标志着宇宙的诞生和迅速扩张的开始。

光谱分析的一般方法

生产和光谱分析通常需要以下几点:(1)的来源光(或其他电磁辐射),(2)一个扩散器分离光波长到它的组件,和(3)探测器感应光的存在分散。设备用于接受光线,单独为波长组成,检测的光谱称为谱仪。光谱可获得的形式发射光谱,显示一个或多个亮线或乐队在一个黑暗的背景,或吸收光谱不断,它有一个明亮的黑暗背景除了一个或多个行。

吸收光谱措施后电磁能量的损失照亮下的样本研究。例如,如果一个宽带光源的波长是针对的蒸汽原子,离子,或分子,粒子将会吸收那些可以激发他们从一个波长量子到另一个状态。结果,从原始光谱吸收波长会失踪后通过样本。因为大多数原子和分子具有独特的和可识别的能量水平,测量失踪吸收线允许吸收物种的识别。连续带内的吸收波长也是可能的。这是特别常见的时候有一个高密度的吸收谱线加宽的强烈扰动周围原子(如碰撞高压气体或附近邻居的影响在固体或液体)。

在实验室环境、透明的房间或容器两端与windows作为吸收细胞的吸收光谱。连续分布的光波长通过细胞。介绍了气体或蒸气时,透射光谱的变化给气体的吸收光谱。通常,吸收细胞包含在烤箱,因为许多材料光谱的兴趣只在高温蒸发明显。在其他情况下,样本研究不需要包含。例如,星际分子可以被研究背景恒星的辐射的吸收。

地球的传输特性大气确定哪些部分电磁波谱的太阳和其他天文辐射的来源能够穿透大气层。的吸收紫外线和x射线高层大气辐射的阻止这种有害的部分电磁波谱辐射地球的居民。这一事实水蒸汽,二氧化碳和其他气体反映红外辐射是很重要的在确定多少热量从地球辐射到空间。这种现象被称为温室效应因为它几乎以相同的方式工作的玻璃窗格温室;也就是说,能量以可见光的形式可以通过玻璃,而热红外辐射的形式被吸收和反射回来,从而保持温室温暖。同样,大气的传输特性是重要的因素在确定地球的全球温度。

第二个主要类型的光谱,发射光谱分析,使用一些手段来激发感兴趣的样品。原子或分子后感到很兴奋,他们会放松到低能量水平,辐射的能量差异,ΔE=hν=hc/λ,不同能级之间的量子系统。在它的使用作为一个分析工具,这荧光辐射是补的失踪在吸收光谱波长。因此,发射谱线将会有一个“指纹”特征,可以关联到一个独一无二的原子、离子或分子。早期的激励方法包括将样品放置在火焰或电弧放电。原子或分子被碰撞与兴奋电子、激励源的宽带光或与高能碰撞原子。发射谱线的分析都是用同一类型的光谱仪用于吸收光谱。