《光谱学与光谱技术》课程总结
第一章 氢原子光谱的基础
1. 氢原子的旧量子理论是由玻尔创立的，玻尔并成功地解释了氢原子光谱。

2. 在光谱学中波数定义为波长的倒数，即 。

3光谱图强度曲线中横坐标可用波长表示，也可用波数表示，还可用频率表示。

4. 当原子被激发到电离限之下时其光谱线为分立谱；当原子被激发到接近或高
于电离限的位置时其光谱线为连续谱。

原子光谱是原子的结构的体现。

5. 针对H 原子的Pfund 系光谱, 22115R n ν⎛⎫=- ⎪⎝⎭
H ， R H =109677.6cm -1 为已知常数。

请计算该线系的最长波长和最短波长。

221115R n νλ⎛⎫==- ⎪⎝⎭H n =6, 22115R n ⎛⎫- ⎪⎝⎭
H 最小，λ最大 n →∞，221115R n νλ⎛⎫=
=- ⎪⎝⎭H 最大，λ最短 6. 激光作为光谱学研究的光源有优势
（1）单色性好：普通光源发射的光包含各种不相同的频率，含有多种颜色；而激光发射的光频宽极窄, 是最好的单色光源。

（2）相干性好：由于激光是受激辐射的光放大，具有很好的相干性；而普通光 源的光由自发辐射产生是非相干光。

（3）方向性好:激光束的发散角很小,几乎是一平行的光线，便于调整光路；而普 通光源发出的光是发散的，不便于调整光路。

（4）高亮度:激光的亮度可比普通光源高出1012-1019倍，便于做各种实验。

7. 使H 原子解除简并的两种效应及其异同。

部分解除简并是由相对论（速度）效应和LS 耦合（自旋与轨道作用）作用共同
导致的，要想完全解除简并, 则需加磁场（与原子磁矩相互作用产生附加能导致 1λ
能级的分裂）或电场（与平均电偶极矩作用产生附加能导致能级的分裂）。

因为关于磁量子数m的(2j+1)度的简并依然存在。

m=j, j-1,……-j
第二章碱金属原子光谱基础
1. 碱金属原子包括6种元素：Li(3)、Na(11)、K(19)、Rb(37)铷、Cs(55)铯、Fr(87钫)
2.类碱离子：原子实外具有与碱金属原子同样数目的电子的那些离子。

比如：碱土金属失掉一个电子后的离子Be+,Mg+,Ca+,Sr+和Ba+ 。

3.文献中表示中性原子的光谱，用罗马数字I表示，如锂原子光谱LiI，用II 和III分别表示一次电离和二次电离产生的光谱，如：MgII 和BaIII 等。

相应地，BeII, MgII, CaII, SrII和BaII表示类碱离子，而He II不是类碱离子，因为He II没有原子实。

4.光谱的精细结构是指由于电子的自旋与轨道角动量之间的相互作用所导致的
光谱分裂现象。

5. 量子亏损对原子光谱的影响和特点。

碱金属原子的光谱项T=R/n＊2，形式虽与Ｈ原子相同，但其含义却与Ｈ原子不同。

n＊不再是整数，n*=n-δl称为有效主量子数，而δl称为量子亏损。

δl是能量的慢变化函数，即近似与n无关，与轨道量子数l 有关，且随l 增大而迅速减小。

6. H原子与碱金属原子在光谱上的异同及其原因
碱金属原子和H原子的光谱都只有双重线系，但H原子的光谱主要与n相关,
而碱金属原子的光谱还与l相关。

原因在于H原子没有原子实，碱金属原子有原子实而产生量子亏损。

第三章碱土金属原子光谱
1. 碱土族元素包括：Be铍、Mg、Ca、Sr锶、Ba钡、Ra镭
2. (1) 偶数定则：对于两个同科电子有一种简单的方法，从非同科电子组态的诸原子态中挑选出量子数L+S 为偶数的态就是同科电子组态对应的原子态。

(2) 用L-S耦合证明：Ba原子的6p7p电子组态可以构成10种原子态
1S
（L=0,S=0), 1P1 (L=1,S=0), 1D2 (L=2,S=0), 3S0(L=0,S=1)，3P0,1,2(L=1,S=1)，0
3D
(L=2,S=1)
1,2,3
(3) 根据偶数定则证明：Ba原子的6p6p电子组态只可以构成5种原子态
1S
（L=0,S=0), 1D2 (L=2,S=0), 3P0,1,2(L=1,S=1)
3亚稳态的特点及其怎样才能回到基态
亚稳态由于受到选择定则之限制，是不能以辐射跃迁的形式回到基态的激发态。

如：He原子第１激发态23S1和21S0均为亚稳态。

处于亚稳态的电子只有通过
碰撞等方式回到基态。

第四章多价电子原子光谱
1.≥3价电子, 多价电子原子
2. 有心力场近似
对多电子原子系统，设每个电子都处在一个由原子核和其余电子所提供的球对称的势场Ｕ(r i)（有心力场）中，称为有心力场近似。

3. 惰性气体的原子光谱
(1) 谱线在可见波段很丰富, 谱线强度大，线宽窄, 故常用来制作惰性气体空心阴极灯（ＨＣＬ），在现代光谱学中用作波长标定等用途。

(2) 能级特征: 能级结构很特殊，处于亚稳态上的原子，很易通过碰撞传递能量而形成上能级的粒子数反转，产生激光辐射，如He-Ne激光。

第五章原子光谱的超精细结构和同位素位移
1.原子核的自旋与电子的相互作用导致原子光谱的超精细结构。

2. 原子核的质量效应和体积效应是产生同位素位移的原因。

质量效应指同位素的核质量不同所导致的同位素位移。

体积效应指对于较重的元素，同位素位移不再可用质量效应来解释，△T ~ V/Z，即同位素位移的值与原子的体积成正比。

3.激光光谱技术来分离同位素：是在第一代扩撒法（过滤器）和第二代离心法（离心机）基础上发展起来的第三代同位素分离技术。

它的理论根据量子论先进于以前的经典理论指导。

实验上，用激光照射同位素可做到选择性电离同位素，然后加电场取出，光的一次照射使同位素杂质基本被滤掉，自然比扩散或离心法优越，特别是无需级联。

第六章磁场中的原子光谱
1. 简单（正常）Zeeman效应
实验发现在强磁场中，沿不同方向观察同一条谱线时，会得到不同的结果。

2. 复杂（反常）的Zeeman效应
在较弱磁场中，出现一条谱线分裂为多于三条谱线的现象。

即某一偏振成分（π或σ）中含有多个频率成分，这称为复杂的Zeeman效应，此现象仅发生在多重
谱线上。

3. Zeeman效应解释
Zeeman效应可用磁场与原子磁矩相互作用而产生附加能导致能级的分裂得到
解释
第七章电场中的光谱―Stark效应
1. Stark效应
原子的光谱线在电场中发生偏移呈现分裂状态，而且是非对称分布，这种现象称为Stark效应
2.
(1)一次Stark效应（线性）：谱线分裂之大小与电场强度成正比（仅发生在H原子中）
(2) 二次Stark效应：在强电场中表现出分裂大小与E的二次成正比的现象。

(3)高次Stark效应：在强电场中表现出分裂大小与E的高次幂成正比的现象。

第八章谱线宽度及线型
1. 谱线的自然宽度是由海森堡不确定关系导致的能级加宽引起的。

ΔEΔt＝ħ
2.光谱线的FWHM宽度（Full Width at Half Maximun半高宽度）
指一条光谱线分布曲线中，处于光强极大值的一半处的全宽度。

3.Doppler展宽是由于原子的热运动速度的Bohrtzman连续分布引起光谱线的无
数个红移和兰移，即产生了一个频率分布。

从而产生了一个光谱宽度ΔυD。

4.碰撞展宽是由于较大的密度导致原子发生碰撞而发生碰撞跃迁，使原子寿命
缩短，从而使谱线展宽。

5. 例题：一条波长为500 nm的光谱线，已知其线宽为1M Hz，请采用两种单位
nm和cm-1表达其线宽值。

6222926
8
7214
22
14
16716
2292
16
110,500 ,(50010)10(1) 2.9910(510)25102.9910 2.9910108.4108.4102.994
18.410(2)(50010)8.4102510
MHz Hz nm
c
c
c v v v c m nm v λλλ
λλλλλλλλλλ----------===∆=-∆=∆∆⨯⨯∆==⨯⨯⨯==⨯⨯==⨯=⨯∆=⨯∆∆⨯∆=-==⨯⨯=⨯1
1433.6/0.336m cm -== 第九章分子光谱
1. 分子的振动和转动光谱的产生机制：分子的运动状态包括三部分：(i)电子的运动，(ii)分子的平动和转动（围绕垂直原子核连线通过质心的轴）(iii)各个原子核彼此间的相对振动。

其波函数可分离为电子波函数、转动波函数和分子的振动波函数，从而形成电子能级、振动能级和转动能级的分裂能级，并按各自的跃迁定则跃迁，产生分子的振动和转动光谱。

2. 分子光谱与原子光谱的异同：1.不同：分子光谱包括振动、转动和电子光谱，而原子的光谱只有电子的光谱。

2. 相同：都是电子能级之间的跃迁谱线。

3. 拉曼光谱的特点是从垂直于入射光方向观察，除了观察到与原入射光同频率的很强的瑞利散射光外，通常还能两条很弱的频率分别略大于和略小于原频率的散射光。