스펙트럼 라인

이 문서에는 일반적인 참조 목록이 포함되어 있지만 대응하는 충분한 인라인 인용이 없습니다. 좀 더 정밀한 인용문을 도입하여 이 글의 개선에 도움을 주시기 바랍니다.(2013년 5월) (이 템플릿메시지 삭제 방법 및 삭제 시기 확인)

스펙트럼 라인은 다른 방법으로 균일하고 연속적인 스펙트럼의 어둡거나 밝은 선으로, 인근 주파수와 비교하여 좁은 주파수 범위에서 빛의 방출 또는 흡수에 의해 발생한다.스펙트럼 라인은 종종 원자와 분자를 식별하기 위해 사용된다.이러한 "지문"은 이전에 수집된 원자와 ^[2]분자의 지문과^[1] 비교될 수 있으며, 따라서 별과 행성의 원자 및 분자 성분을 확인하는 데 사용되는데, 그렇지 않으면 불가능했을 것입니다.

라인 스펙트럼의 종류

스펙트럼 라인은 양자 시스템과 단일 광자 사이의 상호작용의 결과이다.광자가 시스템의 에너지 상태 변화를 허용하기 위해 적절한 양의 에너지(주파수에 ^[3]연결됨)를 가지고 있을 때(원자의 경우 이것은 보통 전자 변화 궤도이다) 광자는 흡수된다.그런 다음 에너지는 원래의 광자와 같은 주파수로 하나의 광자로 또는 캐스케이드 형태로 자발적으로 재방출되며, 여기서 방출된 광자의 에너지의 합계는 흡수된 광자의 에너지와 같아진다(시스템이 원래 상태로 돌아간다고 가정).

스펙트럼 라인은 발광선 또는 흡수선 중 하나로 관찰할 수 있다.관찰되는 선의 유형은 물질의 유형과 다른 방출원에 대한 온도에 따라 달라집니다.흡수 라인은 뜨겁고 넓은 스펙트럼 선원의 광자가 더 차가운 물질을 통과할 때 생성됩니다.좁은 주파수 범위에 걸쳐 빛의 강도는 물질에 의한 흡수 및 무작위 방향으로의 재방사에 의해 감소한다.반면, 뜨거운 물질로부터의 광자가 검출되었을 때, 아마도 냉각원으로부터의 넓은 스펙트럼이 존재할 때, 밝은 발광선이 생성된다.좁은 주파수 범위에 걸쳐 빛의 세기는 뜨거운 물질에 의한 방출로 인해 증가합니다.

스펙트럼 라인은 원자 특이성이 높으며 모든 매체의 화학적 구성을 식별하는 데 사용할 수 있다.헬륨, 탈륨, 세슘을 포함한 여러 원소들이 분광학적 방법으로 발견되었다.스펙트럼 라인은 물질의 온도와 밀도에 따라 달라지기 때문에 다른 방법으로 분석할 수 없는 별과 다른 천체의 물리적 조건을 결정하는 데 널리 사용된다.

물질과 그 물리적 조건에 따라 관련된 광자의 에너지는 전파에서 감마선에 이르기까지 전자파 스펙트럼에서 관측된 스펙트럼 라인과 함께 매우 다양할 수 있다.

명명법

이 섹션은 확장해야 합니다.추가함으로써 도움이 될 수 있습니다. (2008년 10월)

스펙트럼의 가시적인 부분의 강한 스펙트럼 라인은 종종 단일 이온화⁺ Ca에서 나타나는 393.366 nm의 라인에 대한 K와 같은 고유한 프라운호퍼 라인 명칭을 갖는다. 단, 프라운호퍼 "라인" 중 일부는 여러 다른 종의 여러 라인이 혼합되어 있다.다른 경우에는 화학원소 지정에 로마숫자를 더해 이온화 수준에 따라 라인을 지정한다.중성 원자는 로마 숫자 I, 단일 이온화 원자는 II 등으로 표시되며, 예를 들어 Fe IX는 8배의 이온화 철을 나타냅니다.

보다 상세한 명칭에는 일반적으로 선 파장이 포함되어 있으며 멀티플릿 번호(원자선용) 또는 밴드 명칭(분자선용)이 포함될 수 있습니다.원자 수소의 많은 스펙트럼 라인은 라이만 계열이나 발머 계열과 같이 각각의 계열 내에 명칭이 있다.원래 모든 스펙트럼 라인은 주계열, 샤프계열 및 확산계열로 분류되었습니다.이들 계열은 모든 원소의 원자에 걸쳐 존재하며, 모든 원자의 패턴은 Rydberg-Ritz 공식에 의해 잘 예측된다.이 계열들은 나중에 하위 궤도들과 연관되었다.

라인 확대 및 시프트

스펙트럼 선 모양을 제어하는 여러 가지 효과가 있다.스펙트럼 라인은 단일 주파수가 아닌 주파수 범위로 확장됩니다(즉, 0이 아닌 라인폭을 가집니다).또, 그 중심은 공칭 중심 파장에서 어긋나도 좋다.이러한 확대와 변화에는 몇 가지 이유가 있다.이러한 이유는 두 가지 일반적인 범주로 나눌 수 있다. 즉, 국지적 조건에 의한 확대와 확장 조건에 의한 확대이다.국소적인 조건에 의한 확폭은 방출 소자 주변의 작은 영역에 머무르는 효과로 인해 발생하며, 일반적으로 국소적인 열역학적 평형을 보장할 수 있을 정도로 작다.확장된 조건에 의한 확장은 방사선이 관측자에게 전달되는 경로를 통과할 때 방사선의 스펙트럼 분포 변화에 의해 발생할 수 있다.또한 서로 멀리 떨어져 있는 여러 영역의 방사선이 결합되어 발생할 수도 있다.

국소적인 영향에 의한 확대

자연적 확대

들뜬 상태의 수명은 평생 확대로도 알려진 자연스러운 확대로 이어집니다.불확도 원리는 (자발적인 복사 붕괴 또는 오거 프로세스로 인한) 들뜬 상태의 수명을 에너지의 불확실성과 관련짓는다.일부 저자는 자발적인 복사 ^[4]붕괴에 의해 야기되는 자연적 확대 부분을 구체적으로 언급하기 위해 "방사선 확대"라는 용어를 사용한다.짧은 수명은 큰 에너지 불확실성과 광범위한 방출을 가질 것이다.이 확대 효과는 시프트되지 않은 로렌츠 프로파일을 낳는다.자연 확장은 붕괴 속도를 인위적으로 억제하거나 향상시킬 ^[5]수 있는 범위 내에서만 실험적으로 변경될 수 있다.

열도플러 확대

방사선을 방출하는 기체 내의 원자는 속도 분포를 가질 것이다.방출된 각 광자는 관찰자에 상대적인 원자의 속도에 따라 도플러 효과에 의해 "빨간색" 또는 "파란색" 시프트된다.가스의 온도가 높을수록 가스의 속도 분포가 넓어집니다.스펙트럼 라인은 모든 방사선의 조합이기 때문에 가스의 온도가 높을수록 가스에서 방출되는 스펙트럼 라인은 넓어진다.이 확대 효과는 가우스 프로파일로 설명되며 관련 시프트는 없습니다.

압력 확대

주변 입자의 존재는 개별 입자가 방출하는 방사선에 영향을 미칩니다.이 문제는 다음 두 가지 제한 사례가 있습니다.

• 충격 압력 확대 또는 충돌 확대:다른 입자와 발광 입자의 충돌은 방출 과정을 방해하고, 공정의 특성 시간을 단축함으로써 방출되는 에너지의 불확실성을 증가시킨다(자연적 ^[6]확대에 발생하는 경우).충돌의 지속 시간은 배출 과정의 수명보다 훨씬 짧습니다.이 효과는 가스의 밀도와 온도에 따라 달라집니다.확대 효과는 로렌츠 프로파일에 의해 설명되며 관련 이동이 있을 수 있습니다.
• 준정압 확대:다른 입자가 있으면 방출 ^{[clarification needed]}입자의 에너지 레벨이 변화하여 방출되는 방사선의 주파수가 변경됩니다.영향의 지속 시간은 배출 과정의 수명보다 훨씬 더 길다.이 효과는 가스의 밀도에 따라 다르지만 온도에 다소 민감하지 않습니다.선 프로파일의 형태는 섭동입자로부터의 거리에 관한 섭동력의 기능적 형태에 의해 결정됩니다.라인 중심에도 변화가 있을 수 있습니다.준정압 확대로 인한 라인 셰이프의 일반식은 안정적인 ^[7]분포로 알려진 가우스 분포의 4-모수 일반화이다.

압력 확대는 또한 다음과 같이 교란력의 특성에 따라 분류할 수 있다:

• 선형 스타크 확폭은 선형 스타크 효과를 통해 발생합니다. 선형 스타크 효과는 거리$r{\displaystyle }$(\$displaystyle$ r$)$에서 이미터와 하전 입자의 전계와의 상호작용에 의해 발생하며, 전계 강도에 선형적인 에너지 변화를 일으킵니다$.{\displaystyle }$ (δ${\displaystyle E}$ ~${\displaystyle 1}$/${\displaystyle {r\mathrm{}}^{}}$ 2$$) {\$style (\Delta$ E$\sim$1/$r^{2})$
• 공명확대는 교란입자가 방출입자와 같은 종류일 때 일어나 에너지 교환 과정이 일어날 수 있다.$)(\displaystyle (\Delta$
• 2차 스타크 확폭은 2차 스타크 효과를 통해 발생하며, 이는 이미터와 전기장의 상호작용에 의해 발생하며, 전계 강도의 2차 에너지 변화를 일으킨다$.{\displaystyle }$ (${\displaystyle \mathrm{\delta }}$E ~${\displaystyle }$1 / ${\displaystyle {r\mathrm{}}^{}}$4$$) \ $displaystyle$( \ $Delta$E \ $sim$1/$r^$ { $4$} )
• 반데르발스 확장은 방출입자가 반데르발스 힘에 의해 교란될 때 발생합니다.준정적인 경우, Van der Waals^{[note 1]} 프로파일은 프로파일을 기술할 때 종종 유용합니다.상호작용하는 입자 사이의 거리 함수로서의 에너지 이동은 예를 들어 레너드-존스 전위에 의해 날개에 주어진다.$)(\displaystyle (\Delta$

불균일한 확대

비균질적 확폭은 일부 방출 입자가 다른 입자와 다른 국소 환경에 있기 때문에 다른 주파수로 방출되기 때문에 확폭의 총칭이다.이 용어는 표면, 입자 경계 및 화학량계의 변화가 특정 원자가 점유할 수 있는 다양한 국소 환경을 만들 수 있는 고형물에 특히 사용됩니다.액체에서는 비균질적인 확대의 영향이 운동성 협소화라고 불리는 과정에 의해 감소되기도 한다.

비국소적 영향에 의한 확대

특정 유형의 확폭은 단순히 방출 입자에 국소적인 조건이 아닌 넓은 공간의 영역에 걸친 조건의 결과입니다.

불투명도 확대

불투명도 확대는 비국소 확대 메커니즘의 한 예이다.공간의 특정 지점에서 방출되는 전자파 복사는 공간을 이동할 때 재흡수될 수 있습니다.이 흡수는 파장에 따라 달라집니다.라인 중심부의 광자가 라인 윙의 광자보다 더 큰 재흡수 확률을 가지기 때문에 라인이 넓어진다.실제로 라인 중심 부근의 재흡수는 라인 중심에서의 강도가 날개보다 작은 자기반전을 일으킬 정도로 클 수 있다.이 과정은 때때로 자기 흡수라고도 불린다.

거시 도플러 확대

이동원에 의해 방출되는 방사선은 한정된 가시선 속도 투영으로 인해 도플러 이동에 노출된다.방출 물체의 다른 부분이 (시선을 따라) 다른 속도를 갖는 경우, 결과 라인은 속도 분포의 폭에 비례하여 넓어집니다.예를 들어, 별과 같이 멀리 회전하는 물체에서 방출되는 방사선은 별의 반대쪽에서 속도의 가시선 변화로 인해 넓어진다(이 효과는 일반적으로 회전폭 확대라고 한다).회전 속도가 클수록 선이 넓어집니다.또 다른 예로는 Z핀치에 내장되어 있는 플라즈마 셸이 있습니다.

복합 효과

이들 메커니즘은 각각 독립적으로 동작하거나 다른 메커니즘과 조합하여 동작할 수 있습니다.각 효과가 독립적이라고 가정하면 관측되는 라인 프로파일은 각 메커니즘의 라인 프로파일의 컨볼루션입니다.예를 들어, 열 도플러 확대와 충격 압력 확대의 조합은 Voigt 프로파일을 생성합니다.

그러나, 다른 선 확대 메커니즘이 항상 독립적이지는 않습니다.예를 들어, 충돌 효과와 운동 도플러 이동은 일관된 방식으로 작용할 수 있으며, 심지어 디케 효과로 알려진 충돌 협소 상태에서도 발생할 수 있습니다.

화학 원소의 스펙트럼 라인

밴드

스펙트럼 라인(spectral lines)이라는 문구는 수식되지 않은 경우, 일반적으로 전체 전자기 스펙트럼의 가시 대역에 파장이 있는 라인을 말한다.많은 스펙트럼 라인이 이 범위를 벗어난 파장에서 발생합니다.더 높은 에너지에 해당하는 짧은 파장에서는 자외선 스펙트럼 라인에 수소의 라이만 계열이 포함됩니다.X선의 훨씬 짧은 파장에서, 그 선들은 화학 환경과 무관하게 주어진 화학 원소에 대해 거의 변하지 않기 때문에 특징적인 X선으로 알려져 있습니다.긴 파장은 낮은 에너지에 해당하며 적외선 스펙트럼 라인에 수소의 파셴 계열이 포함됩니다.더 긴 파장에서, 무선 스펙트럼은 우주 전체에 걸쳐 중성 수소를 검출하기 위해 사용되는 21cm의 선을 포함한다.

가시광선

각 원소에 대해 다음 표는 약 400-700 nm의 가시 스펙트럼에 나타나는 스펙트럼 라인을 보여준다.

v t 화학 원소의 스펙트럼 라인
요소	Z	기호.	스펙트럼 라인
수소	1	H
헬륨	2	그
리튬	3	리
베릴륨	4	있다
붕소	5	B
카본	6	C
질소	7	N
산소	8	O
불소	9	F
네온	10	네
나트륨	11	나
마그네슘	12	Mg
알루미늄	13	알
실리콘	14	시
인	15	P
유황	16	S
염소	17	클론
아르곤	18	아르
칼륨	19	K
칼슘	20	Ca
스칸듐	21	스케이
티타늄	22	티
바나듐	23	V
크롬	24	Cr
망간	25	Mn
철	26	Fe
코발트	27	회사
니켈	28	니
구리	29	CU
아연	30	Zn
갈륨	31	가
게르마늄	32	ge
비소	33	~하듯이
셀렌	34	세
브롬화	35	브르
크립톤	36	Kr
루비듐	37	Rb
스트론튬	38	시르
이트륨	39	Y
지르코늄	40	Zr
니오브	41	Nb
몰리브덴	42	모
테크네튬	43	Tc
루테늄	44	루
로듐	45	Rh
팔라듐	46	PD
실버	47	아그
카드뮴	48	CD
인듐	49	인
주석	50	스니
안티몬	51	Sb
텔루루	52	테
요오드	53	I
크세논	54	Xe
세슘	55	Cs
바륨	56	바
랜턴	57	라
세륨	58	Ce
플라시오뮴	59	PR
네오디뮴	60	Nd
프로메튬	61	Pm
사마리움	62	SM
유로피움	63	에우
가돌리늄	64	Gd
터비움	65	Tb
디스프로슘	66	Dy
홀뮴	67	호
엘비움	68	음.정말
탈륨	69	Tm
이터비움	70	YB
루테튬	71	루
하프늄	72	HF
탄탈	73	타
텅스텐	74	W
레늄	75	레
오스뮴	76	OS
이리듐	77	Ir
백금	78	Pt
골드	79	오
탈륨	81	Tl
이끌다	82	PB
비스무트	83	비
폴로늄	84	포
라돈	86	Rn
라듐	88	라
악티늄	89	AC
토륨	90	Th(Th)
프로탁티늄	91	빠
우라늄	92	U
넵투늄	93	Np
플루토늄	94	푸
아메리슘	95	암
퀴륨	96	Cm
버켈륨	97	Bk
칼리포늄	98	Cf
아인스타이늄	99	Es

「 」를 참조해 주세요.

• 흡수 스펙트럼
• 원자 스펙트럼선
• 보어 모형
• 전자 구성
• 발광 스펙트럼
• 푸리에 변환
• 프라운호퍼 선
• 가스방전등 방출 스펙트럼 표
• 수소선(21cm선)
• 수소 스펙트럼 계열
• 분광학
• 스플래시

메모들

레퍼런스

추가 정보

• Griem, Hans R. (1997). Principles of Plasma Spectroscopy. Cambridge: University Press. ISBN 0-521-45504-9.
• Griem, Hans R. (1974). Spectral Line Broadening by Plasmas. New York: Academic Press. ISBN 0-12-302850-7.
• Griem, Hans R. (1964). Plasma Spectroscopy. New York: McGraw-Hill book Company.