4. Оптичні спектри

Оптичні спектри – спектри електромагнітного випромінювання в ІЧ, видимому і УФ діапазонах шкали електромагнітних хвиль.

Оптичні спектри розділяють на спектри випромінювання (що називаються також емісійними спектрами), спектри поглинання (абсорбційні спектри), розсіювання та відбиття. Оптичні спектри випромінювання отримуються від джерел світла при при розкладанні їх випромінювання за довжиною хвиль λ спектральними приборами і характеризуються функцією E=f(λ)

що дає розподілення енергії світла, що випромінюється (E) в залежності від λ при цьому энергію розраховують на деякий інтервал λ. Від функции  f(λ) можна перейти до функції f(v), що дає розподілення енергії по частотам v = c /λ  Оптичні спектри поглинання і розсіювання найчастіше отримуються при проходженні светла через речовину з наступним його розкладанням  по λ Оптичні спектри поглинання, розсіювання і відбиття характеризуються долею енергії світла кожної довжини хвилі відповідно, що поглинулося

[ k(λ)],  розсіяною [a(λ)] і відбитою [R(λ)]. При розсіюванні монохроматичного світла довжина хвилі λ спектра комбінаційного розсіювання світла характеризується розподіленням енергії розсіяного світла по зміненим довжинам хвиль.

5007.png

        Рисунок. 4.1 - Оптичні спектри.

 

Оптичні спектри реєструють за допомогою фотографічних методів, застосовують також лічильники фотонів для УФ області, термоелементи і болометри в ІЧ області і так далі У видимій області оптичні спектри можна спостерігати візуально. По вигляду оптичні спектри розділяють на лінійчатих, таких, що складаються з окремих спектральних ліній, відповідних дискретним значенням, смугасті, такі, що складаються з окремих смуг, кожна з яких охоплює деякий інтервал λ і суцільні (безперервні), такі, що охоплюють широкий діапазон λ

Таблиця 4.1 – Діапазон довжин хвиль, що дають оптичні спектри

Діапазон

            λ, мкм

Інфрачервоне випромінювання

103—0,74

Видиме випромінювання

0,74—0,40

Ультрафіолетове випромінювання

0,40—0,01

Строго кажучи, зокрема спектра лінія також не відповідає цілком певному значенню λ а завжди має кінцеву ширину, що характеризується деяким інтервалом ∆λ

 Оптичні спектри виникають при квантових переходах між рівнями енергії атомів, молекул, а також твердих і рідких тіл. Оптичні спектри випускання відповідають можливим квантовим переходам з верхніх рівнів на нижні, спектри поглинання — з нижніх рівнів на верхні.

Вид оптичних спектрів залежить від стану речовини. Якщо при заданій температурі речовина знаходиться в стані термодинамічної рівноваги з випромінюванням, воно випускає суцільний спектр, розподіл енергії в якому по λ   або по  (v) дається законом випромінювання Планка. Звичайно термодинамічна рівновага випромінювання з речовиною відсутня, і оптичні спектри можуть мати самий різний вигляд. Зокрема, для атомів характерні лінійчаті оптичні спектри, що виникають при квантових переходах між електронними рівнями енергії; для простих молекул типові смугасті спектри, що виникають при переходах між електронними, коливальними і обертальними рівнями енергії.

 Різним оптичним діапазонам λ (v)    відповідають різні енергії фотонів  hv = E1-Е2( Е1 и Е2)  енегргії рівнів між якими відбувається перехід). В таблиці 1 приведені для трьох діапазонів електромагнітних хвиль приблизні інтервали λ, v,хвильових чиселv/c, енергій фотонів hv , а також температур випромінювання Т, що характеризує енергію фотонів відповідно співвідношенню kT= hv

 (k - постійна Больцмана) (h=6,6*10-34Дж*c)

Оптичні спектри широко застосовуються для дослідження будови і складу речовини (спектроскопія, спектральний аналіз).