谱线的识别

谱线的识别

我选做实验的名称是“氢光谱与类氢光谱”，就是测量氢与类氢元素的光谱并对光谱加以分析。在这个实验中我在谱线的识别方面进行了一些研究。

原理：

由于该实验要求我们计算钠原子光谱各个线系的量子缺损，因此首先我所要做的就是把各个线系的谱线分开来。我通过查找相关资料获得了钠原子光谱的详细信息（见附录1），这里面包括了多少纳米的波长（理论值）对应的哪一种跃迁也就是对应哪一个谱线系。因此我现在所要做的就是将实验所测得的波长与我所查找到的理论值一一对应起来。这里需要说明的是：对于查找到的理论值，我只承认它的准确性，但不承认它的完备性。也就是说可能理论值给出的钠原子谱线并不完全，但是只要理论值中出现的波长，我都认为它是正确的。

图1：钠灯的光谱图

（a）（b）

（c）（d）

（e）（f）

图2：钠灯光谱图的放大图

如图1所示是实验所测得的钠灯的光谱图。虽然谱线波长的数值都已经标在了坐标轴上，然而这些数据却是不能直接使用的。因为光谱仪在运转的过程中，由于电机运转不可避免的会产生误差，而且这种误差会随着电机运转距离的增长而变大。显然将实验值和理论值直接一一比对比较困难而且会产生较大误差的。因此我采用以下办法来查找与实验值对应的理论值。

首先我们先把钠灯所具有的谱线绘成一张表，见附录2的“谱线波长实验值”这一列。

另外由于理论值所测定的波长非常的详细，有的甚至能给出相邻仅仅0.00036nm的两根谱线，而我们实验室光谱仪所能测量的最小波长差为0.01nm，也就是说诸如上面相邻仅0.0036nm的两根谱线从实验测得的谱线上看来其实是一条，这还不包括出射缝的大小对于分辨能力的限制。因此为了便于与实验值更好的核对，我将理论值做了如下处理：将理论值中相邻波长小于0.01nm的两根（或更多）谱线用它们的平均值代替见附录2的“谱线波长理论值”这一列。

虽然经过以上处理，但是我们还是很难看出实验值与理论值有什么相似之处，这主要是由于上面所说的光谱仪运转误差较大的缘故。如实验测得的钠的黄双线的平均波长为592.55nm，而理论值给出的波长为589.294nm，可见光谱仪运转所造成的误差足有几个纳米

的量级。

为此我对数据进行如下的处理：我将实验测得的相邻的两根谱线的波长相减，求出了相邻谱线的波长间隔。另外我把理论值也做这样的处理，见附录2的“相邻谱线波长间隔”这一列。

我们注意到当波长间隔比较小的时候，实验值和理论值没有什么相似之处。这其实还是由于光谱仪运转的误差所造成的影响。如果不存在这种影响的话，即使光谱仪没有调零，实验值和理论值的波长间隔应该是完全符合的（这里未涉及实验值和理论值波长有缺失的情况）。但是当波长间隔比较大的时候，实验值和理论值是有很大的共性的。这主要是由于光谱仪从前一个谱线波长运转到某一个谱线中所产生的误差比其从头运转到该谱线的误差要小。也就是说：看波长间隔时，仪器运转的误差的影响将比纯粹看波长要小。而较大的波长间隔将这种误差的影响降得更低了。因此我们很容易的发现实验值与理论值波长间隔中的对应关系。（见附录3）

既然波长间隔的对应关系能够确定，那么波长的对应关系也就能够确定下来，继而也就能通过附录1中理论值波长对应的组态得到实验值波长所属的组态了。（见附录4）

优点：

从原理中我们看到：这种方法能够比较方便的确定波长间隔较大的谱线的对应关系。同时它对理论值的要求也不是很高，只需要理论值波长是准确的就可以了，而对理论值是否给出谱线的强度，以及理论值的完备性都没有很高的要求。

不足：

这种方法对于波长间隔较小的谱线是比较束手无策的，如钠原子414.98nm到455.59nm 的谱线对应关系难以确定，因此我没有给出。

来源：/db/ 附录2：实验值与理论值比较

注：从谱线414.98nm到455.59nm之间的实验值波长间隔比较小且混乱，因此较难定出比较确切的对应关系。

附录4：实验值波长对应的理论值波长及所属的组态