Bir spektral çizgi bir karanlık veya parlak çizgisi uniform ve sürekli elektromanyetik spektrumun . Spektral çizgiler, bir kuantum sistemi (genellikle atomlar , bazen de moleküller veya atom çekirdeği) ile elektromanyetik radyasyon arasındaki etkileşimin sonucudur .
Spektral çizgi, ışığın bozunması üzerine prizmalar ile yapılan ilk çalışmalara kadar şüphe duyulmayan bir olgudur . Spektral çizginin ilk gözlemi, 1752'de Thomas Melvill tarafından gerçekleştirilen sodyum emisyon çizgisidir . Bir prizma kullanarak, bir alevle ısıtılan tuzların ışığını gözlemler ve yoğun bir çizgi keşfeder. , sarı.
İçin geri kalma soğurma çizgilerinin keşif XIX inci yüzyılda , içinde 1802 ne zaman, William Hyde Wollaston prizma üzerine yaptığı araştırmalarda, siyah şeritler gözlenen spektrumunda ışık genellikle sürekli çürümüş. Bu çizgiler prizma ve malzemesi ne olursa olsun konum değiştirmeme özelliğine sahiptir. Joseph von Fraunhofer bu gözlemi, bu çizgileri referans alarak dalga boylarını ölçmenin bir yolunu geliştirmek için kullanır. Gustav Robert Kirchhoff böylece güneş spektrumundaki en görünür çizgileri kullanarak ve onları numaralandırarak bir referans sistemi geliştirir. Bu referans çizgileri daha sonra ölçüm ve spektroskopi cihazlarını kalibre etmek için kullanılır.
Fraunhofer bazı spektral çizgilerin dalga boyunu ölçerken , 1869'da Fraunhofer çizgi sisteminin ve Kirchhoff numaralandırmasının yerini alarak 1869'da kırınım ızgaralarını kullanarak yaklaşık bin absorpsiyon çizgisinin dalga boylarını belirleyen Anders Jonas Ångström'dür .
İlk olarak spektral analiz olarak adlandırılan, bir spektrumun çizgileri ve dalga boylarının incelenmesi, 1880'lerde yavaş yavaş “spektroskopi” haline geldi.
Kuantum sisteminde enerji keyfi değerler alamaz: sadece belirli çok kesin enerji seviyeleri mümkündür. Sistemin enerjisinin kuantize olduğunu söylüyoruz. Hal değişiklikleri, bu nedenle, son seviye ile orijinal seviye arasındaki enerji farkını belirleyen çok kesin enerji değerlerine de karşılık gelir.
Sistemin enerjisi Δ E miktarı kadar azalırsa , foton adı verilen bir kuantum elektromanyetik radyasyon, Planck-Einstein ilişkisi tarafından verilen ν frekansında yayılır : Δ E = hν, burada h , Planck sabitidir . Tersine, sistem ν frekansında bir fotonu emerse , enerjisi hν miktarı kadar artar . Sistemin enerjisi nicelleştirildikçe, sistem tarafından yayılan veya emilen fotonların frekansı da nicelenir. Bu, bir kuantum sisteminin spektrumunun, tüm frekansların değişen miktarlarda mevcut olduğu sürekli bir spektrum yerine neden bir dizi ayrı çizgiden oluştuğunu açıklar.
Bir sıcak gaz fotonları yayarak soğutur; bu nedenle gözlenen spektrum, koyu bir arka plan üzerinde bir dizi açık çizgiden oluşur. Daha sonra emisyon çizgilerinden bahsederiz (örnek ters). Tersine, gaz soğuksa ancak sürekli bir kaynak tarafından aydınlatılıyorsa, gaz fotonları emer ve spektrum parlak bir arka plan üzerinde bir dizi koyu çizgiden oluşur: o zaman absorpsiyon çizgilerinden bahsederiz .
Absorpsiyon ve emisyon çizgileri her bir maddeye özeldir ve ışığı geçirebilen (genellikle gaz) herhangi bir ortamın kimyasal bileşimini kolayca belirlemek için kullanılabilir. Ayrıca gazın fiziksel koşullarına da bağlıdırlar, bu nedenle yıldızların ve başka yollarla analiz edilemeyen diğer gök cisimlerinin kimyasal bileşiminin yanı sıra fiziksel durumlarını belirlemek için yaygın olarak kullanılırlar .
Atom-foton etkileşimi dışındaki mekanizmalar spektral çizgiler üretebilir. Den: önemli değişiklik dahil foton sıklığı ve hatlar (molekülleri, tek parçacıklar, vs. ile birlikte) tam fiziksel etkileşime bağlı olarak, elektromanyetik spektrum boyunca gözlemlenebilir radyo dalgaları için gama ışınlarının .
Pratikte, hatlar mükemmel bir şekilde belirlenmiş bir frekansa sahip olmayıp bir frekans bandına yayılmıştır. Bu genişlemenin birçok nedeni var:
Deşarj lambaları kullanılan gaz emisyon çizgilerini üretmek.