Спектр излучения  – относительная интенсивность электромагнитного излучения объекта исследования по шкале частот. Обычно изучается излучение в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазоне от сильно нагретого вещества. Спектр излучения вещества представляют либо в виде горизонтальной цветовой полосы, либо в виде графика относительной интенсивности, либо в виде таблицы.

Нагретое вещество излучает электромагнитные волны (фотоны). Спектр этого излучения на фоне спектра излучения абсолютно чёрного тела, при достаточной температуре, на определённых частотах имеет ярко выраженные увеличения интенсивности. Причина повышения интенсивности излучения в электронах, находящихся в условиях квантования энергии. Такие условия возникают внутри атома, в молекулах и кристалла. Возбуждённые электроны переходят из состояния большей энергии в состояние меньшей энергии с испусканием фотона. Разница энергий уровней определяет энергию испущенного фотона, и, следовательно, его частоту. Квантование на энергетические уровни зависит от магнитного поля, поэтому от него также зависит спектр излучения.

В общем все спектpы излучения (и поглощения) света объясняются единой фоpмулой:

Стало быть, хаpактеp pасположения линий в оптическом спектpе излучения pазличных атомов объясняется pасположением их энеpгетических уpовней. Рассмотрим атом водоpода.

В видимой и близкой ультрафиолетовой части спектра водорода располагается весьма характерная серия линий. Она носит название серии Бальмера по имени швейцарского физика, открывшего, что длины волн линий этой серии могут быть представлены простой формулой:

где λ_∞—некоторая постоянная, а n = 3,4.5..... то есть принимает значения последовательного ряда целых чисел. Выражая через частоту формула Бальмера ринимает вид

где А и R — постоянные, а n — по-прежнему равно 3,4.5, ... Из формулы видно, что по мере увеличения n линии располагаются все теснее и теснее друг к другу, как бы сбегаясь к некоторому пределу.

Вскоре после Бальмера шведский физик Ридберг заметил, что между постоянными А и R имеется простое но вполне точное равенство

Таким образом, волновые числа линий бальмеровской серии водорода охватываются формулой с одной только постоянной:

Постоянная R носит название постоянной Ридберга и имеет значение R= 109678,76±0.01 1/см.

Далее Ридбергу удалось показать, что не только в спектре водорода, но и в спектрах некоторых других элементов прежде всего щелочных металлов, линии образуют закономерные серии. Разбирая расположение линий в сериях Ридберг сделал открытие, что частоты (или волновые числа) линий могут быть представлены в виде разности двух функций от целых чисел n₁ и n₂:

Для каждой данной серии Т₁(n₁) имеет постоянное значение, Т₂(n₂)—переменное. Значения функций Т₁(n₁) и Т₂(n₂) носят название спектральных
термов.

 

Спектральный анализ - метод определения химического состава вещества по его спектру. С помощью спектрального анализа можно обнаружить данный элемент в составе сложного вещества если даже его масса не превышает 10^-10 кг. Это очень чувствительный метод.Количественный анализ состава вещества по его спектру затруднен, так как яркость спектральных линий зависит не только от массы вещества, но и от способа возбуждения свечения. Так, при низких температурах многие спектральные линии вообще не появляются. Однако при соблюдении стандартных условий возбуждения свечения можно проводить и количественный спектральный анализ.
В настоящее время определены спектры всех атомов и составлены таблицы спектров. С помощью спектрального анализа были открыты многие новые элементы: рубидий, цезий . Элементам часто давали названия в соответствии с цветом наиболее интенсивных линий спектра. Рубидий дает темно-красные, рубиновые линии. Слово цезий означает «небесно-голубой». Это цвет основных линий спектра цезия.
Именно с помощью спектрального анализа узнали химический состав Солнца и звезд. Другие методы анализа здесь вообще невозможны. Оказалось, что звезды состоят из тех же самых химических элементов, что и на Земле. Любопытно, что гелий первоначально открыли на Солнце и лишь затем нашли в атмосфере Земли.
Благодаря сравнительной простоте и универсальности спектральный анализ является основным методом контроля состава вещества в металлургии, машиностроении, атомной индустрии. С помощью спектрального анализа определяют химический состав руд и минералов. Состав сложных, главным образом органических, смесей анализируется по их молекулярным спектрам. В астрофизике под спектральным анализом понимают не только определение химического состава звезд, газовых облаков, но и нахождение по спектрам многих других физических характеристик этих объектов: температуры, давления, скорости движения, магнитной индукции.

 

Так называется прибор для фотографической регистрации спектра. Простейшая схема спектрографа показана на рис. 7. Его основные элементы: щель S, диспергирующая система D, фокусирующая оптика L₁ и L₂ и кассета с фотослоем Р, который совмещается с фокальной поверхностью, определяемой оптикой прибора.

Щель обычно помещается в фокусе объектива L₁, называемого коллиматорным. Объектив L₂ — камерный — строит монохроматические изображения щели на фокальной поверхности прибора. Фокусирующая оптика может быть как линзовой, так и зеркальной. Широко распространены автоколлимационные приборы, в которых один и тот же объектив является одновременно и коллиматорным и камерным (рис. 8).

При широкой щели инструментальный контур спектрографа — прямоугольный. У больших спектрографов при узких щелях инструментальный контур определяется только явлением дифракции.

В настоящее время выпускается большое число спектрографов, предназначенных для разных целей и разных областей спектра. Самые малые модели характеризуются общей длиной спектра 5—10 мм, у больших приборов длина спектра доходит до нескольких метров.
 

До недавнего времени все призменные спектрографы для ультрафиолета делались с оптикой из кристаллического кварца. Однако вследствие оптической анизотропии кварца (двойное лучепреломление и вращение плоскости поляризации) построение многопризменных приборов было невозможно. Призма Корню и эквивалентная ей 30 -градусная автоколлимационная призма сводят к нулю влияние анизотропии кварца лишь для лучей, идущих строго в минимуме отклонения. Этому условию в спектрографе удовлетворяет лишь узкий участок в середине спектра и на краях спектра линии оказываются расщепленными. При прохождении второй призмы расщепление линий усиливается и в результате инструментальный контур линии не только не сужается, но даже уширяется, что делает введение второй призмы бессмысленным.

Основным прибором для исследования области 2200—4000 А является спектрограф ИСП-22 и его модификации ИСП-28 и ИСП-30. Приборы построены по оригинальной зеркально-линзовой схеме, благодаря применению которой, а также вследствие малых размеров призмы достигается практически плоская фокальная поверхность на протяжении всей рабочей области спектра (от 2000 до 6000 А). Схема прибора показана на рис, 9.