Das Emissionsspektrum eines chemischen Elements oder chemischer Zusammensetzung ist das Spektrum von Frequenzen der elektromagnetischen Radiation, die durch die Atome des Elements oder die Moleküle der Zusammensetzung ausgestrahlt ist, wenn sie in einen niedrigeren Energiestaat zurückgegeben werden.

Das Emissionsspektrum jedes Elements ist einzigartig. Deshalb kann Spektroskopie verwendet werden, um die Elemente in der Sache der unbekannten Zusammensetzung zu identifizieren. Ähnlich können die Emissionsspektren von Molekülen in der chemischen Analyse von Substanzen verwendet werden.

Emission

In der Physik ist Emission der Prozess, durch den ein höheres Energiequant der mechanische Staat einer Partikel umgewandelt zu einer niedrigeren durch die Emission eines Fotons wird, auf die Produktion des Lichtes hinauslaufend. Die Frequenz des ausgestrahlten Lichtes ist eine Funktion der Energie des Übergangs. Da Energie erhalten werden muss, kommt der Energieunterschied zwischen den zwei Staaten der durch das Foton fortgetragenen Energie gleich. Die Energiestaaten der Übergänge können zu Emissionen über eine sehr große Reihe von Frequenzen führen. Zum Beispiel wird sichtbares Licht durch die Kopplung von elektronischen Staaten in Atomen und Molekülen ausgestrahlt (dann das Phänomen wird Fluoreszenz oder Phosphoreszenz genannt). Andererseits können Kernschale-Übergänge hohe Energiegammastrahlung ausstrahlen, während Kerndrehungsübergänge niedrige Energiefunkwellen ausstrahlen.

Die Ausstrahlung eines Gegenstands misst, wie viel Licht dadurch ausgestrahlt wird. Das kann mit anderen Eigenschaften des Gegenstands durch das Gesetz von Stefan-Boltzmann verbunden sein.

Für die meisten Substanzen ändert sich der Betrag der Emission mit der Temperatur und der spektroskopischen Zusammensetzung des Gegenstands, zum Äußeren der Farbtemperatur und Emissionslinien führend. Genaue Maße an vielen Wellenlängen erlauben die Identifizierung einer Substanz über die Emissionsspektroskopie.

Die Emission der Radiation wird normalerweise mit der halbklassischen Quant-Mechanik beschrieben: Die Energieniveaus und Abstand der Partikel werden von der Quant-Mechanik bestimmt, und Licht wird als ein schwingendes elektrisches Feld behandelt, das einen Übergang steuern kann, wenn es in der Klangfülle mit der natürlichen Frequenz des Systems ist. Das Quant-Mechanik-Problem wird mit der zeitabhängigen Unruhe-Theorie behandelt und führt zum allgemeinen als die goldene Regel von Fermi bekannten Ergebnis. Die Beschreibung ist durch die Quant-Elektrodynamik ersetzt worden, obwohl die halbklassische Version fortsetzt, in den meisten Fällen nützlicher zu sein.

Ursprünge

Wenn die Elektronen im Atom zum Beispiel aufgeregt sind, indem sie geheizt wird, stößt die zusätzliche Energie die Elektronen zur höheren Energie orbitals. Wenn die Elektronen unten zurückweichen und den aufgeregten Staat verlassen, wird Energie in der Form eines Fotons wiederausgestrahlt. Die Wellenlänge (oder gleichwertig, Frequenz) des Fotons wird durch den Unterschied in der Energie zwischen den zwei Staaten bestimmt. Diese ausgestrahlten Fotonen bilden das Emissionsspektrum des Elements.

Die Tatsache, dass nur bestimmte Farben in einem Atomemissionsspektrum eines Elements erscheinen, bedeutet, dass nur bestimmte Frequenzen des Lichtes ausgestrahlt werden. Jede dieser Frequenzen ist mit der Energie durch die Formel verbunden:

wo E die Energie des Fotons ist, ist ν seine Frequenz, und h ist die Konstante von Planck.

Das beschließt, dass nur Fotonen, die bestimmte Energien haben, durch das Atom ausgestrahlt werden. Der Grundsatz des Atomemissionsspektrums erklärt die verschiedenen Farben in Neonzeichen, sowie chemischen Flamme-Testergebnisse (beschrieben unten).

Die Frequenzen des Lichtes, das ein Atom ausstrahlen kann, sind von Staaten abhängig, in denen die Elektronen sein können. Wenn aufgeregt, bewegt sich ein Elektron zu einem höheren Energieniveau / Augenhöhlen-. Wenn das Elektron zu seinem Boden-Niveau zurückweicht, wird das Licht ausgestrahlt.

Radiation von Molekülen

Sowie die elektronischen Übergänge haben oben besprochen, die Energie eines Moleküls kann sich auch über den Rotations-, Schwing-ändern, und vibronic (hat sich Schwing- und elektronisch verbunden) Übergänge. Diese Energieübergänge führen häufig zu nah Gruppen unter Drogeneinfluss von vielen verschiedenen geisterhaften Linien, die als geisterhafte Bänder bekannt sind. Ungelöste Band-Spektren können als ein geisterhaftes Kontinuum erscheinen.

Emissionsspektroskopie

Licht besteht aus der elektromagnetischen Radiation von verschiedenen Wellenlängen. Deshalb, wenn die Elemente oder ihre Zusammensetzungen entweder auf einer Flamme geheizt werden oder durch einen elektrischen Kreisbogen sie Energie in der Form des Lichtes ausstrahlen. Die Analyse dieses Lichtes, mit der Hilfe eines Spektroskops gibt uns ein diskontinuierliches Spektrum. Ein Spektroskop oder ein Spektrometer sind ein Instrument, das verwendet wird, für die Bestandteile des Lichtes zu trennen, die verschiedene Wellenlängen haben. Das Spektrum erscheint in einer Reihe von Linien genannt das Linienspektrum. Dieses Linienspektrum wird auch das Atomspektrum genannt, weil es im Element entsteht. Jedes Element hat ein verschiedenes Atomspektrum. Die Produktion von Linienspektren durch die Atome eines Elements zeigt an, dass ein Atom nur einen bestimmten Betrag der Energie ausstrahlen kann. Das führt zum Beschluss, dass Elektronen gerade keinen Betrag der Energie, aber nur einen bestimmten Betrag der Energie haben können.

Das Emissionsspektrum kann verwendet werden, um die Zusammensetzung eines Materials zu bestimmen, da es für jedes Element des Periodensystems verschieden ist. Ein Beispiel ist astronomische Spektroskopie: das Identifizieren der Zusammensetzung von Sternen durch das Analysieren des erhaltenen Lichtes.

Die Emissionsspektrum-Eigenschaften von einigen Elementen sind zum nackten Auge einfach sichtbar, wenn diese Elemente geheizt werden. Zum Beispiel, wenn Platin-Leitung in eine Strontium-Nitrat-Lösung getaucht und dann in eine Flamme eingefügt wird, strahlen die Strontium-Atome eine rote Farbe aus. Ähnlich, wenn Kupfer in eine Flamme eingefügt wird, wird die Flamme grün. Diese bestimmten Eigenschaften erlauben Elementen, durch ihr Atomemissionsspektrum identifiziert zu werden. Nicht alle durch das Spektrum ausgestrahlten Lichter sind viewable zum nackten Auge, es schließt auch extreme violette Strahlen und infra rote Beleuchtung, ein

eine Emission wird gebildet, wenn ein aufgeregtes Benzin direkt durch ein Spektroskop angesehen wird.

Emissionsspektroskopie ist eine spektroskopische Technik, die die Wellenlängen von Fotonen untersucht, die durch Atome oder Moleküle während ihres Übergangs von einem aufgeregten Staat bis einen niedrigeren Energiestaat ausgestrahlt sind. Jedes Element strahlt einen charakteristischen Satz von getrennten Wellenlängen gemäß seiner elektronischen Struktur, durch das Beobachten dieser Wellenlängen aus die elementare Zusammensetzung der Probe kann bestimmt werden. Emissionsspektroskopie entwickelt gegen Ende des 19. Jahrhunderts und der Anstrengungen in der theoretischen Erklärung von Atomemissionsspektren hat schließlich zu Quant-Mechanik geführt.

Es gibt viele Wege, auf die Atome zu einem aufgeregten Staat gebracht werden können. Die Wechselwirkung mit der elektromagnetischen Radiation wird in der Fluoreszenz-Spektroskopie, den Protonen oder den anderen schwereren Partikeln in der Partikel-veranlassten Röntgenstrahl-Emission und den Elektronen oder den Röntgenstrahl-Fotonen in der Energie-Dispersive Röntgenstrahl-Spektroskopie oder Röntgenstrahl-Fluoreszenz verwendet. Die einfachste Methode ist, die Probe zu einer hohen Temperatur zu heizen, nach der die Erregung durch Kollisionen zwischen den Beispielatomen erzeugt werden. Diese Methode wird in der Flamme-Emissionsspektroskopie verwendet, und es war auch die von Anders Jonas Ångström verwendete Methode, als er das Phänomen von getrennten Emissionslinien in den 1850er Jahren entdeckt hat.

Obwohl die Emissionslinien durch einen Übergang zwischen gequantelten Energiestaaten verursacht werden und am ersten sehr scharfen Blick kann, haben sie wirklich eine begrenzte Breite, d. h. sie werden aus mehr als einer Wellenlänge des Lichtes zusammengesetzt. Dieses geisterhafte Linienerweitern hat viele verschiedene Ursachen.

Emissionsspektroskopie wird häufig optische Emissionsspektroskopie, wegen der leichten Natur dessen genannt, was ausgestrahlt wird.

Geschichte

Emissionslinien von heißem Benzin wurden zuerst von Ångström entdeckt, und die Technik wurde weiter von David Alter, Gustav Kirchhoff und Robert Bunsen entwickelt.

Sieh Spektrum-Analyse für Details.

Experimentelle Technik in der Flamme-Emissionsspektroskopie

Die Lösung, die die relevante zu analysierende Substanz enthält, wird in den Brenner gezogen und in die Flamme als ein feiner Spray verstreut. Das Lösungsmittel verdampft zuerst, das Verlassen hat fein feste Partikeln geteilt, die sich zum heißesten Gebiet der Flamme bewegen, wo gasartige Atome und Ionen erzeugt werden. Hier sind Elektronen, wie beschrieben, oben aufgeregt. Es ist für einen monochromator üblich, verwendet zu werden, um leichte Entdeckung zu berücksichtigen.

Auf einem einfachen Niveau kann Flamme-Emissionsspektroskopie mit gerade eine Flamme und Proben von Metallsalzen beobachtet werden. Diese Methode der qualitativen Analyse wird einen Flamme-Test genannt. Zum Beispiel werden in die Flamme gelegte Natriumssalze gelb von Natriumsionen glühen, während Strontium (verwendet in Straßenaufflackern) Ionen sie rot färbt. Kupferleitung wird eine blaue Flamme schaffen, jedoch in Gegenwart vom Chlorid gibt grün (molekularer Beitrag durch CuCl).

Emissionskoeffizient

Emissionskoeffizient ist ein Koeffizient in der Macht-Produktion pro Einheitszeit einer elektromagnetischen Quelle, eines berechneten Werts in der Physik. Der Emissionskoeffizient eines Benzins ändert sich mit der Wellenlänge des Lichtes. Es hat Einheiten von mssr. Es wird auch als ein Maß von Umweltemissionen (durch die Masse) pro MWh der erzeugten Elektrizität verwendet, sieh: Emissionsfaktor.

Lichtstreuung

In Thomson, der eine beladene Partikel streut, strahlt Radiation unter dem Ereignis-Licht aus. Die Partikel kann ein gewöhnliches Atomelektron sein, so haben Emissionskoeffizienten praktische Anwendungen.

Wenn X dV DΩ dλ die Energie sind, die durch ein Volumen-Element dV in den Raumwinkel dΩ zwischen Wellenlängen λ und λ + dλ pro Einheitszeit dann gestreut ist, ist der Emissionskoeffizient X.

Die Werte von X in Thomson, der sich zerstreut, können vom Ereignis-Fluss, der Dichte der beladenen Partikeln und ihrer Differenzialkreuz-Abteilung von Thomson (Gebiet/Raumwinkel) vorausgesagt werden.

Spontane Emission

Ein warmes Körperausstrahlen Fotonen hat einen monochromatischen Emissionskoeffizienten in Zusammenhang mit seiner Temperatur- und Gesamtmacht-Radiation. Das wird manchmal den zweiten "Koeffizienten von Einstein" genannt, und kann aus dem Quant mechanische Theorie abgeleitet werden.

Energiespektrum

Ein Energiespektrum ist eine Vertriebsenergie unter einem großen Zusammenbau von Partikeln. Es ist eine statistische Darstellung der Welle-Energie als eine Funktion der Welle-Frequenz und ein empirischer Vorkalkulator der geisterhaften Funktion. Für jeden gegebenen Wert der Energie bestimmt es, wie viele der Partikeln so viel Energie haben.

Die Partikeln können Atome, Fotonen oder ein Fluss von elementaren Partikeln sein.

Die Gleichung von Schrödinger und eine Reihe von Grenzbedingungen bilden ein eigenvalue Problem. Ein möglicher Wert (E) wird einen eigenenergy genannt. Eine Nichtnulllösung der Welle-Funktion wird einen Eigenenergy-Staat oder einfach einen eigenstate genannt. Der Satz von eigenvalues {E} wird das Energiespektrum der Partikel genannt.

Das elektromagnetische Spektrum kann auch als der Vertrieb der elektromagnetischen Radiation gemäß der Energie vertreten werden. Die Beziehung unter der Wellenlänge (gewöhnlich angezeigt von Griechisch""), die Frequenz (gewöhnlich angezeigt von Griechisch""), und die Energie E ist:

wo c die Geschwindigkeit des Lichtes ist und h die Konstante von Planck ist.

Ein Beispiel eines Energiespektrums im physischen Gebiet ist Ozeanwellen, die an der Küste brechen. Für jeden gegebenen Zwischenraum der Zeit kann es bemerkt werden, dass einige der Wellen größer sind als andere. Das Plotten der Zahl von Wellen gegen den Umfang (Höhe) für den Zwischenraum wird das Energiespektrum des Satzes nachgeben.

Optische Spektroskopie- und Astrophysik-Anwendung

Energiespektren werden häufig in der astrophysical Spektroskopie verwendet.

Die Menge hat sich, Energieeinheiten verschworen, ist die Wellenlänge-Zeiten die Energie pro Einheitswellenlänge und vertritt so genau den Betrag der Energie an jeder Wellenlänge. Die Energie pro Einheitswellenlänge und die Energie pro Einheitsfrequenz kulminieren an bedeutsam verschiedenen Wellenlängen erwartet die gegenseitige Beziehung zwischen Frequenz und Wellenlänge. Das Verwenden von Energieeinheiten vermeidet dieses Problem, seitdem (Wellenlänge * Fluss pro Einheitswellenlänge) = (Frequenz * Fluss pro Einheitsfrequenz).

Einige moderne spectrophotometers, wie der Perkin Elmer 950, schließen eine Energieansehen-Auswahl ein. Das ist in Fällen zusätzlich nützlich, wo eine Bezugszelle nicht praktisch ist, oder wenn Absorptionsvermögen / Durchlässigkeitsgrad außer Skala ist.

Siehe auch

• Geisterhafte Atomlinie
• Formel von Rydberg
• Linien von Fraunhofer
• Isotopic wechseln aus
• Isomere Verschiebung

Verbindungen haben sich auf die Emissionsspektroskopie bezogen

• Elektromagnetische Spektroskopie
• Absorptionsspektroskopie
• Astronomische Spektroskopie

Verbindungen haben sich auf den Emissionskoeffizienten bezogen

• Die Diode-Gleichung schließt den Emissionskoeffizienten ein
• Plasmaphysik
• Ein Emissionskoeffizient wird auch für die ballistische sekundäre Elektronemission gegeben.
• Leuchtkoeffizient

Außenverbindungen

• Emissionsspektren von atmosphärischem Benzin
• NIST physische Bezugsdaten — Atomspektroskopie-Daten
• Farbensimulation des Element-Emissionsspektrums, das auf NIST Daten basiert

• Wasserstoffemissionsspektrum
• Emissionsspektrum Java Applet
• Astrophysik-Vortrag gleitet auf dem Emissionskoeffizienten von der Universität Chicagos.