Que représente l’axe y y dans le spectre atomique et quelle est sa signification?

Rajesh Dachiraju

Que représente l’axe y y dans le spectre atomique et quelle est sa signification?


entrez la description de l'image ici

L’image est un spectre d’émission d’hélium. Le spectre présente des raies pointues (pics) à certaines longueurs d’onde le caractérisant comme l’hélium. Convenu qu’il caractérise l’hélium comme la ligne spectrale atomique caractérise les gaz et ils sont basés sur les états énergétiques autorisés des électrons dans un atome.

Bien et bien, mais ce que je ne sais pas c’est

y une X je s

. Qu’est-ce que cela représente? Il est montré sous forme d’intensité (compte) mais je veux savoir ce que c’est et comment varie-t-il d’un élément à l’autre. Ce décompte caractérise-t-il également les éléments ou est-il le même pour tous les éléments? Appréciez si vous pouviez y jeter un peu de lumière.

Question: Je veux dire si je garde la position des lignes (impulsions) mais change leurs amplitudes relatives, que se passe-t-il? représente-t-il un gaz différent?

Photo prise sur Internet.

dmckee ♦

Ce type de figure est souvent appelé « histogramme » car il montre le nombre de hits enregistrés dans un compteur (ce qui fait un histogramme approprié au sens statistique), mais le mot est souvent utilisé pour des tracés d’autres mesures d’intensité également.

Réponses


 Anna v

Voici le spectre pris en photo:

spectre d'hélium

Notez la différence d’intensité visible des raies enregistrées. Dans votre spectre, au lieu d’un film, il y a un compteur qui mesure le nombre de coups à cette longueur d’onde de l’hélium excité.

L’emplacement des excitations sur l’axe des longueurs d’onde identifie l’atome de manière unique, comme une empreinte digitale d’une personne à la police. L’intensité / dénombrements est secondaire à l’identification, bien qu’elle soit caractéristique, elle peut dépendre du milieu intervenant (verre, air, poussière spatiale pour les observations astronomiques).

Rajesh Dachiraju

Les amplitudes relatives (non absolues) des impulsions dans le spectre dépendent-elles du milieu?

Anna v

La détection peut dépendre du milieu intervenant, si elle est plus absorbante à certaines parties de l’axe de longueur d’onde, alors la détection changera le rapport des intensités des émissions d’origine

Rajesh Dachiraju

Peut-on dire théoriquement dans un milieu idéal, ou sous vide, que les comptes / amplitudes devraient être les mêmes pour tous les pics / raies spectraux?

Anna v

Non. La force sur chaque ligne dépend de la probabilité que cette ligne soit excitée et de la probabilité de retomber et d’émettre un photon de longueur d’onde distincte. Pour un atome donné, la force est calculable pour chaque ligne à partir des solutions des équations qui décrivent les orbitales des électrons autour du noyau d’hélium. C’est différent pour chaque ligne. Bien qu’il soit caractéristique, il n’est pas aussi affecté par le milieu intermédiaire et les conditions du détecteur que l’emplacement sur l’échelle de longueur d’onde.

Rajesh Dachiraju

Dans la figure, il y a de petits pics de rosée qui n’étaient pas marqués par la longueur d’onde, en supposant qu’ils ne sont pas considérés comme des lignes spectrales, donc y a-t-il un seuil spécifique sur l’amplitude tge du pic pour qu’il soit considéré comme une ligne spectrale?


 Rob

C’est ce qu’elle prétend être: l’intensité de la lumière à cette longueur d’onde.

Cependant, il existe de nombreuses façons de mesurer l’intensité. La «bonne» manière pourrait être de mesurer la puissance émise en watts dans un casier de longueurs d’onde particulier, mais cela demande beaucoup d’algèbre et d’étalonnage pour bien faire les choses. Si votre photomètre est une lecture CCD numérisée, cependant, il a probablement une mesure d’intensité gratuite qui a été calibrée en usine: chaque pixel sur le CCD rapporte un nombre 1 , où 0 signifie « aucune lumière n’a frappé ce pixel » et certains nombre maximum 2 ce qui signifie « ce pixel a reçu plus de lumière qu’il n’a pu en enregistrer »). Si vous ne vous souciez que de ces nombres sur une seule dimension, vous pouvez en faire un tracé au lieu d’une image en deux dimensions.

Pour vous montrer à quel point c’est vraiment simple, voici l’exemple de spectre de la réponse d’ Anna V. J’ai pris une rangée de pixels près du milieu de l’image (la ligne 60, en fait, marquée par les flèches) et tracé leurs composants rouge, vert et bleu sur un graphique. Vous pouvez voir que les lignes bleues ont plus de bleu que les autres couleurs, que les lignes rouges ont plus de rouge que les autres couleurs et que la ligne jaune près du pixel 160 est la plus lumineuse et est en fait saturée (notez le sommet plat et l’artefact où les « épaules » bleues sont plus sombres que l’arrière-plan). Vous pouvez imaginer que je pourrais obtenir un graphique de spectre plus détaillé si je additionnais simplement les nombres des 120 rangées de pixels de l’image.

D’autres types de détecteurs peuvent en fait compter les photons un à la fois, dans lequel un axe étiqueté «compte» peut en fait signifier «nous avons compté autant de photons dans cette longueur d’onde». Vous devez lire attentivement pour trouver ce que les auteurs veulent dire parfois.

image spectrale et graphique

1 En fait, un CCD couleur affichera trois nombres, un pour les capteurs rouge, bleu et vert le plus proche d’un pixel donné. Vous pouvez penser que cela vous donne trois images avec la même géométrie.
2 Si le convertisseur analogique-numérique a

n

bits de précision, la valeur maximale est

2 n 1

. Pour les ADC 8, 12 et 16 bits, vous obtenez des nombres compris entre zéro et 255, 4095, 16327.

Quant au contenu physique de votre question, chaque ligne spectrale a idéalement trois paramètres: un emplacement, une hauteur et une largeur.

  • L’emplacement des lignes vous renseigne sur l’énergie de la transition impliquée. Chaque espèce d’atome a un ensemble particulier d’énergies que les électrons sont autorisés à avoir, et auront donc des raies spectrales dont les longueurs d’onde correspondent aux différences entre ces énergies (comme vous l’avez indiqué que vous connaissez déjà).

  • L’ intensité de chaque ligne (qui est mieux représentée par l’ aire sous chaque pic, plutôt que par la hauteur du pic) vous indique la fréquence d’ une transition donnée. Voici un outil qui vous permet d’examiner et de tracer certaines données spectrales solaires; vous verrez que les lignes d’absorption de l’hydrogène et de l’hélium sont très profondes, tandis que les lignes d’absorption des autres éléments sont beaucoup moins profondes. Cela vous indique que la plupart du soleil est composé d’hydrogène et d’hélium.

  • Si vous savez qu’il existe une relation entre certains ensembles de raies spectrales, vous pourrez peut-être apprendre d’autres informations à partir de leurs intensités. Par exemple, les séries de lignes d’hydrogène Lyman, Balmer et Paschen sont dues à l’absorption de lumière par les atomes d’hydrogène dans leur état fondamental, leur premier état excité et leur deuxième état excité, respectivement. Si vous trouvez des lignes d’absorption dans la série Balmer ou Paschen, cela signifie que la température de l’hydrogène gazeux est si chaude qu’une partie du gaz est excitée par son état fondamental, puis excitée au moins une deuxième fois avant d’avoir une chance pour revenir à l’état fondamental. En comparant (soigneusement) les intensités relatives de ces séries de lignes connexes, vous pourrez peut-être déterminer la température du gaz. C’est ainsi que nous savons, par exemple, que certaines parties de la couronne solaire sont plus chaudes que sa photosphère .

  • Enfin, chaque « ligne » spectrale a en fait une largeur finie. Une partie de cette largeur est toujours intrinsèque à la résolution du spectromètre, mais une partie est également due au mouvement thermique des émetteurs et des absorbeurs .

celtschk

« En fait, un CCD couleur rapportera trois nombres » – il n’y a pas de CCD couleur. Plutôt pour déterminer la couleur avec les CCD, vous placez un filtre de couleur devant lui. Pour un analyseur spectral, vous ne voudriez pas faire cela parce que la position vous dit déjà tout sur la fréquence, donc aucun filtre n’ajoutera aucune information.

voler ♦

@celtschk Puisque mon exemple de spectre a été tiré d’une photo couleur, j’ai pensé qu’il valait la peine de mentionner ce qui s’y passait. Excellent point, cependant.


 Rob Jeffries

Vous posez essentiellement des questions sur l’astrophysique nébulaire!

Vous avez raison de dire que les positions des lignes d’émission sont caractéristiques des éléments chimiques présents dans le gaz (un tube à décharge dans ce cas, je suppose) et dans quel (s) état (s) d’ionisation l’élément se trouve. Il est également bien sûr possible de obtenir des lignes d’émission qui sont caractéristiques des molécules – bien que généralement dans l’infrarouge.

Les intensités de chaque ligne individuelle (et par là je veux dire intégrées sur le profil de la ligne), sont proportionnelles au nombre de transitions radiatives dans le gaz ayant lieu entre deux niveaux d’énergie particuliers dans l’atome / la molécule / l’ion et ont une dépendance complexe sur (a) la température du gaz, (b) la densité du gaz, (c) la mécanique quantique des molécules / atomes / ions qui déterminent la probabilité que des transitions entre les niveaux d’énergie aient lieu (souvent caractérisées par forces de l’oscillateur ou « coefficients d’Einstein »), (d) les sections efficaces des molécules / atomes / ions à (dé) excitation collisionnelle et (e) quelles hypothèses peuvent ou ne peuvent pas être faites sur l’équilibre thermodynamique (c’est-à-dire si les populations de chaque état d’énergie est constant dans le temps), ou si le gaz est effectivement transparent à son propre rayonnement.

Si cela semble compliqué – c’est le cas. Souvent, la seule approche pour interpréter un tel spectre est de construire un modèle numérique en utilisant ce qui précède comme entrée, souvent dans le but d’estimer la température et la densité du gaz. Parfois cependant, des hypothèses simplificatrices peuvent être faites de telle sorte que de simples rapports d’intensités de ligne puissent être utilisés pour estimer ces quantités.

Donc, pour répondre plus directement à votre question – chaque élément a son propre motif de lignes et la force relative de ces lignes dépendra de la pression et de la température du gaz et des détails de la structure atomique de l’élément en question. Il n’y a pas de relation simple entre la longueur d’onde de la ligne et son intensité.

 

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