塞曼效应实验装置图

Ⅰ 塞曼效应加磁场前后实验现象有何不同

1896年荷兰物理学家塞曼研究电磁场对光的影响,他把钠光源置于强磁场中, 发现钠光谱线出现了加宽现象, 即谱线发生了分裂。著名物理学家洛仑兹用经典电子理论对这种现象进行了解释。他认为电子存在轨道磁矩,并且磁矩在空间的取向是量子化的,因此在磁场作用下能级发生了分裂,谱线分裂成间隔相等的三条谱线。用塞曼效应测出了电子的荷质比,与1897年汤姆逊测量阴极射线的结果相同。由于塞曼效应的发现,塞曼和洛仑兹分享1902年度的诺贝尔物理学奖。
塞曼效应实验是近代物理实验中一个著名的经典实验,它不仅证实了原子具有磁矩和空间量子化,而且通过它能测定电子的荷质比,至今仍是研究原子能级结构的重要方法之一[1]。在塞曼效应实验的教学中,因为塞曼效应理论在原子物理学的教学中已经涉及,实验指导教师一般都比较注重学生实验动手能力的培养,而对理论分析有所忽略。在本文中,我们对塞曼效应实验中出现的一些实验现象巧妙地利用理论公式进行了分析,注重了实验和理论的有机结合。这样不仅能提高学生探索实验的兴趣,而且能使学生更好地理解塞曼效应实验的现象和本质。

Ⅱ 塞曼效应的实验现象

对于Δm=+1，原子在磁场方向的角动量减少了一个，由于原子和光子的角动量之和守恒，光子具有与磁场方向相同的角动量，方向与电矢量旋转方向构成右手螺旋，称为σ+偏振，是左旋偏振光。反之，对于Δm=-1，原子在磁场方向的角动量增加了一个，光子具有与磁场方向相反的角动量，方向与电矢量旋转方向构成左手螺旋，称为σ-偏振，是右旋偏振光。对于Δm=0，原子在磁场方向的角动量不变，称为π偏振。如果沿磁场方向观察，只能观察到σ+和σ-谱线的左旋偏振光和右旋偏振光，观察不到π偏振的谱线。如果在垂直于磁场方向观察，能够观察到原谱线分裂成3条：中间一条是π谱线，是线偏振光，偏振方向与磁场方向平行，σ+和σ-线分居两侧，同样是线偏振光，偏振方向与磁场方向垂直。

Ⅲ 塞曼效应是什么

1实验简介（Introction）

1.1塞曼效应的简介

塞曼效应是属于原子物理范畴的一个著名实验，它是研究原子的光谱受磁场影响的一个基础性实验。

1.2塞曼效应的历史意义

塞曼效应是物理学史上一个著名的实验。荷兰物理学家塞曼在1896年发现把产生光谱的光源置于足够强的磁场中，磁场作用于发光体使光谱发生变化，一条谱线即会分裂成几条偏振化的谱线，这种现象称为塞曼效应。

塞曼效应是继法拉第磁致旋光效应之后发现的又一个磁光效应。这个现象的发现是对光的电磁理论的有力支持，证实了原子具有磁矩和空间取向量子化，使人们对物质光谱、原子、分子结构有更多了解，特别是由于及时得到洛仑兹的理论解释，更受到人们的重视，被誉为继X射线之后物理学最重要的发现之一。

1902年，塞曼与洛仑兹因发现塞曼效应而共同获得了诺贝尔物理学奖（以表彰他们研究磁场对光的效应所作的特殊贡献）。

2实验目的（Experimental purposes）

• 掌握法布里—珀罗标准具的原理和使用;

• 学习观察低压汞灯的谱线在磁场中塞曼分裂谱线,并测定它们的裂距和偏振态;

• 从谱线的塞曼裂距可确定原子能级的J值及相应的g值。如果原子遵从LS藕和，则可由g值判断该能级的L和S值。

3实验原理[1]（Experimental principles）

3.1原子的总磁矩与总角动量距的关系

塞曼效应的产生是由于原子的总磁矩（轨道磁矩和自旋磁矩）受外磁场作用的结果。在忽略核磁矩的情况下，原子中电子的轨道磁矩mL和自旋磁矩mS合成原子的总磁矩mJ，与电子的轨道角动量L，自旋角动量S合成总角动量J之间的关系，可用图2来计算。

具体的可以看一下这个链接，里面有详细的

塞曼效应实验的解答

Ⅳ 塞曼效应的原理

塞曼效应证实了原子具有磁距和空间取向量子化的现象，至今塞曼效应仍是研究能级结构的重要方法之一。正常塞曼效应可用经典理论给予很好的解释；而反常塞曼效应却不能用经典理论解释，只有用量子理论才能得到满意的解释。
塞曼效应是物理学史上一个著名的实验。荷兰物理学家塞曼在1896年发现：把产生光谱的光源置于足够强的磁场中，磁场作用于发光体使光谱由一条谱线分裂成几条偏振化谱线的现象称为塞曼效应。若一条谱线分裂成三条、裂距按波数计算正好等于一个洛仑兹单位（L0=eB/4πmc）的现象称为正常塞曼效应；而分裂成更多条且裂距大于或小于一个洛仑兹单位的现象称为反常塞曼效应。
塞曼效应的产生是原子磁矩和外加磁场作用的结果。根据原子理论，原子中的电子既作轨道运动又作自旋运动。原子的总轨道磁矩μL与总轨道角动量pL的关系为：
原子的总自旋磁矩μS与总自旋角动量PS的关系为：
其中：m为电子质量，L为轨道角动量量子数，S为自旋量子数，hbar为普朗克常数除以2π，即hbar=h/(2π)（hbar写法是在小写的h上半部分打一横杠）。
原子的轨道角动量和自旋角动量合成为原子的总角动量pJ，原子的轨道磁矩和自旋磁矩合成为原子的总磁矩μ（见图1）。由于μS/pS的值不同于μL/pL值，总磁矩矢量μ不在总角动量pJ的延长线上，而是绕pJ进动。由于总磁矩在垂直于pJ方向的分量μ┴与磁场的作用对时间的平均效果为零，所以只有平行于pJ的分量μJ是有效的。μJ称为原子的有效磁矩，大小由下式确定：
其中，J为总角动量量子数，g为朗德因子。对于LS耦合，存在
当原子处在外磁场中的时候，在力矩N=μ×B的作用下，原子总角动量pJ和磁矩μJ绕磁矩方向进动（见图2）。原子在磁场中的附加能量ΔE为：
其中，β为pJ与B的夹角。角动量在磁场中取向是量子化的，即：
其中，M为磁量子数。因此，
图1 原子磁矩与角动量的矢量模型 图2 μJ和pJ的进动
可见，附加能量不仅与外磁场B有关系，还与朗德因子g有关。磁量子数M共有2J+1个值，因此原子在外磁场中，原来的一个能级将分裂成2J+1个子能级。
未加磁场时，能级E2和E1之间的跃迁产生的光谱线频率ν为：
(1)外加磁场时，分裂后的谱线频率ν’为：
(2)分裂后的谱线与原来谱线的频率差Δν’为：
(3)定义为洛仑兹单位。
用波数间距Δγ表示为：
(4)能级之间的跃迁必须满足选择定则，磁量子数M的选择定则为ΔM=M2-M1=0, ±1；而且当J2=J1时，M2=0 à M1=0的跃迁除外。
当ΔM=0时，产生π线，沿垂直于磁场方向观察时，π线为光振动方向平行于磁场的线偏振光，沿平行于磁场方向观察时，光强度为零，观察不到（见图3）。
当ΔM=±1时，产生σ线，迎着磁场方向观察时，σ线为圆偏振光，ΔM=+1时为左旋圆偏振光，ΔM=-1时为右旋圆偏振光。沿垂直于磁场方向观察时，σ线为线偏振光，其电矢量与磁场垂直（见图3）。
图3 π线和σ线
只有自旋是单态，即总自旋为0谱线才表现出正常塞曼效应。非单态谱线在磁场中表现出反常塞曼效应，谱线分裂条数不一定是三条，间隔也不一定为一个洛仑兹单位。
例如钠原子的589.6nm和589.0nm的谱线，在外磁场中的分裂就是反常塞曼效应。589.6nm的谱线为2P1/2态向2S1/2态跃迁产生的谱线。当外磁场不太强的时候，在外磁场作用之下，2S1/2态能级分裂成2个子能级，2P1/2态也分裂成2个子能级，但由于两个态朗德因子不同，谱线分裂成4条，中间两条为π线，外侧两条分别是σ+线与σ-线。589.0nm的谱线为2P3/2态向2S1/2态跃迁产生的，2P3/2态能级在外磁场不太强时分裂成4个子能级，因此589.6nm的谱线分裂成六条。中间两条π线，外侧两边各2条σ线。

Ⅳ 塞曼效应是怎样的

塞曼(Pieter Zeeman)是荷兰著名的实验物理学家、“塞曼效应”的发现者，1865年5月25日出生于荷兰泽兰省斯科威岛的小村庄宗内迈尔—名路德教教长的家里。

1896年8月，塞曼在用半径为10英寸(1英寸=2.54厘米)的凹形罗兰光栅观察强磁场中钠火焰的光谱时，发现在垂直于磁场方向黄色D线变宽。10月，他在平行于磁场方向同样观察到这种现象，另外，吸收光谱的情况与此类似。尔后塞曼使用了比钠D线更细的由镉产生的深绿谱线，加大了磁场(由几千高斯到几万高斯)，提高了探测的精度，证实光谱线不是单纯地增宽，而是如洛伦兹所预言的分裂为两条或三条分线，且各分线是偏振的。这种光源在强磁场中谱线分裂成二、三条偏振化分线的现象，称为“塞曼效应”。

“塞曼效应”是探索原子内部精细结构和各组成部分性质的有用工具。利用它可算出电子的磁矩，可算出原子的角动量从而确定原子的能级。它对泡利不相容原理的提出和电子自旋的发现均起过重大作用。它与量子力学原理完全符合，成为量子力学的重要实验证明。它为研究电子顺磁共振现象和原子核性质(核能态、核磁矩等)提供了一种有效的手段。“塞曼效应”还可用来测量等离子体的磁场，并可将它与用磁探针法测得的结果相比较。在天文学中，应用它来测量太阳和其他恒星表面的磁场。

为表彰塞曼和他的老师——经典电子论的创立者——洛伦兹在研究磁场对光的效应领域所做出的卓越贡献，瑞典皇家科学院给他们颁发了1902年诺贝尔物理学奖。

Ⅵ 干扰效应及消除方法

原子吸收光谱法的主要干扰有物理干扰、化学干扰、电离干扰、光谱干扰和背景干扰等。

5.3.2.1 物理干扰

物理干扰是指试液与标准溶液物理性质之间有差异而产生的干扰。如黏度、表面张力或溶液的密度等的变化，影响样品的雾化或气溶胶到达火焰等引起原子吸收强度的变化而引起的干扰。为了消除物理干扰可采用配制与被测试样组成相近的标准溶液或采用标准加入法的办法。若试样溶液的浓度高，还可采用稀释法。

5.3.2.2 化学干扰

化学干扰是由于被测元素原子与共存组分发生化学反应生成稳定的化合物，因而影响被测元素的原子化而引起的干扰。消除化学干扰的方法有以下几种。

(1)选择合适的原子化方法

提高原子化温度，减小化学干扰。使用高温火焰或提高石墨炉原子化温度，可使难离解的化合物分解。采用还原性强的火焰与石墨炉原子化法，可使难离解的氧化物还原、分解。

(2)加入释放剂

释放剂与干扰物质能生成比被测元素更稳定的化合物，使被测元素释放出来。例如，磷酸根干扰钙的测定，可在试液中加入镧、锶盐，镧、锶与磷酸根首先生成比钙更稳定的磷酸盐，使得钙被释放出来。

(3)加入保护剂

保护剂可与被测元素生成易分解的或更稳定的配合物，防止被测元素与干扰组分生成难离解的化合物。保护剂一般是有机配合剂，如EDTA、8-羟基喹啉。

(4)加入基体改进剂

对于石墨炉原子化法，在试样中加入基体改进剂，使其在干燥或灰化阶段与试样发生化学变化，可以增加基体的挥发性或改变被测元素的挥发性，以消除干扰。

5.3.2.3 电离干扰

在高温条件下，原子会电离，使基态原子数减少，吸光度下降，这种干扰称为电离干扰。消除电离干扰的方法是加入过量的消电离剂。消电离剂是比被测元素电离电位低的元素，相同条件下消电离剂首先电离，产生大量的电子，抑制被测元素的电离。例如，测钙时可加入过量的KCl溶液，以消除电离干扰，钙的电离电位为6.1eV，钾的电离电位为4.3 eV，由于钾电离产生大量的电子，使得钙离子得到电子而生成原子。

5.3.2.4 光谱干扰

共存元素吸收线与被测元素分析线波长很接近时，两谱线重叠或部分重叠会使结果偏高。非吸收线可能是被测元素的其他共振线与非共振线，也可能是光源中杂质的谱线，一般通过减小狭缝宽度与灯电流或另选谱线消除非吸收线的干扰。

5.3.2.5 背景干扰

背景干扰也是一种光谱干扰。分子吸收与光散射是形成光谱背景的主要因素。

(1)分子吸收与光散射

分子吸收是指在原子化过程中生成的分子对辐射的吸收。分子吸收是带状光谱，会在一定的波长范围内形成干扰。例如，碱金属卤化物在紫外区有吸收；不同的无机酸会产生不同的影响，在波长小于250nm时，H₂SO₄和H₃PO₄有很强的吸收带，而HNO₃和HCl的吸收带很弱。因此，原子吸收光谱分析中多用HNO₃和HCl配制溶液。

光散射是指原子化过程中产生的微小的固体颗粒使光发生散射，导致透过光减小，吸收值增加。

(2)背景校正方法

A.邻近非共振线背景校正法

背景吸收是宽带吸收。分析线测量是原子吸收与背景吸收的总吸光度A_T，A_T在分析线邻近选一条非共振线，非共振线不会产生共振吸收，此时测出的吸收为背景吸收A_B。两次测量吸光度相减，所得吸光度值即为扣除背景后的原子吸收吸光度值A。

A_T=A+A_B

A=A_T-A_B=kc

本法适用于分析线附近背景吸收变化不大的情况，否则准确度较差。

B.连续光源背景校正法

目前原子吸收分光光度计上一般都配有连续光源自动扣除背景装置。连续光源在紫外区用氘灯；在可见区用碘钨灯、氙灯。

氘灯产生的连续光谱进入单色器狭缝，通常是原子吸收线宽度的100倍左右。氘灯对原子吸收的信号为空心阴极灯原子信号的0.5%。由此，可以认为氘灯测出的主要是背景吸收信号，空心阴极灯测的是原子吸收和背景信号，两者相减得到原子吸收值。氘灯校正法已广泛应用于原子吸收光谱仪器中，氘灯校正的波长和原子吸收波长相同，校正效果显然比非共振线法好。

氘灯校正背景是商品化仪器最普遍使用的技术，为了提高背景扣除能力，从电路和光路设计上都做了许多改进，自动化程度越来越高。

此法的缺点在于氘灯是一种气体放电灯，而空心阴极灯属于空心阴极溅射放电灯。两者放电性质不同，能量分布不同，光斑大小不同，再加上两个灯的光斑不易完全重叠，急剧的原子化又引起石墨炉中原子和分子浓度在时间和空间上的分布不均匀，因而造成背景扣除的误差。

C.塞曼效应背景校正法

1886年荷兰物理学家塞曼发现光源在强磁场作用下产生光谱线分裂的现象，这种现象称为塞曼效应。与磁场施加于光源产生的塞曼效应(称正向塞曼效应)相同，当磁场施加在吸收池时，同样可观测到吸收线的磁致分裂，即逆向塞曼效应，亦称吸收线塞曼效应。

塞曼效应按观察光谱线的方向不同又分为横向塞曼效应及纵向塞曼效应，垂直于磁场方向观察的是横向塞曼效应，平行于磁场方向观察的是纵向塞曼效应。横向塞曼效应得到三条具有线偏振的谱线，谱线的波数分别为ν-Δν、ν、ν+Δν，中间波数未变化的谱线，其电向量的振动方向平行于磁场方向，称为π成分；其他两条谱线的波数变化分别为-Δν及+Δν，其电向量的振动方向垂直于磁场方向，称为σ^±成分。而纵向塞曼效应则观察到波数分别为ν+Δν和ν-Δν的两条圆偏振光，前者为顺时针方向的圆偏振称左旋偏振光，后者为反时针方向的圆偏振称右旋偏振光，而中间频率不变的π成分消失。

塞曼效应应用于原子吸收进行背景校正可有多种方法。可将磁场施加于光源，也可将磁场施加于原子化器；可利用横向效应，也可利用纵向效应；可用恒定磁场，也可用交变磁场，交变磁场又分固定磁场强度和可变磁场强度。

由于条件限制，不是以上所有组合均可应用于原子吸收光谱仪。例如：纵向恒定磁场，由于没有π成分而无法测量样品的共振吸收；施加于光源的塞曼效应在前期的研究中做了大量的工作，但由于需要的特殊光源目前也不普及，只应用于某些专用装置中。如塞曼测汞仪，因为汞灯可以制作得很小，能够获得较高的磁场强度。光源调制的另一个缺点是很难保证基线的长期稳定。目前商品化仪器应用较广的多为施加于原子化器的塞曼效应背景校正装置，主要有3种调制形式，分别为横向恒定磁场、横向交变磁场和纵向交变磁场。图5.9为三种塞曼效应背景校正装置的示意图。

图5.9 塞曼效应背景校正装置

a—横向恒定磁场；b—横向交变磁场；c—纵向交变磁场

图5.9a为横向恒定磁场装置，利用永久磁铁产生强磁场，既可以应用于火焰原子化器，也可以应用于石墨炉原子化器。

图5.9b为横向交变磁场装置，利用电磁铁产生交变磁场。为产生高强度磁场，磁场尺寸一般制作得较小，因此在石墨炉原子化器应用较广。横向磁场施加于原子化器，当原子化器中有被测元素原子蒸气时，其吸收线轮廓发生分裂(逆向塞曼效应)，产生π成分及σ^±成分。

利用光的矢量特性(只有偏振特性相同的光才能产生相互作用)，引入旋转起偏器将光源发出的共振辐射变成线偏振光。假定磁场方向平行于纸面，当旋转起偏器转动到共振辐射偏振特性平行于纸面时，形成样品光，测量分析原子吸收及背景吸收，因为原子吸收线的π成分的偏振特性与其相同，产生分析原子吸收；当旋转起偏器转动到共振辐射偏振特性垂直于纸面时，形成参考光，测量背景吸收，因为原子吸收线的σ^±成分与参考光的波长不同，不产生吸收，π成分的偏振特性与参考光不同，也不产生样品吸收，而背景吸收通常是宽带的，不产生塞曼分裂，对样品及参考光束的吸收相同，两个光束产生的吸光度相减即得净分析原子吸收产生的吸光度，这是横向塞曼效应校正背景的原理。

由于旋转起偏器的加入，光源的光强至少减少50%，吸收线塞曼分裂的产生也对共振光的吸收减弱，因此这种背景校正装置的主要不足之处就是灵敏度损失。

图5.9c为纵向交变磁场装置，由于纵向塞曼效应没有π成分产生，也不需要旋转起偏器，因此很好地解决了校正背景与灵敏度损失的矛盾。

为实施纵向塞曼效应，美国Perkin-Elmer公司对石墨炉体结构进行了改造，改纵向加热石墨管为横向加热石墨管，改横向磁场为纵向磁场，生产了4100ZL型横向加热纵向塞曼效应原子吸收光谱仪，并在其最新的Aanalyst800及SIMAA6100等仪器上推广应用，取得了很好的效果。

背景校正装置的一个主要缺点是比常规仪器的线性动态范围小、灵敏度低。为克服线性动态范围小的缺点，德国Jena公司开发了一种3磁场塞曼效应背景校正技术，可使测量的线性动态范围扩充一个数量级。澳大利亚GBC科学仪器公司的Avanta UltraZ原子吸收分光光度计磁场强度为0.6～1.1 T(1T=1V·s·m^-2)，可以任意设定，对不同元素的不同背景干扰使用不同的磁场强度，可有效地提高仪器的灵敏度和测试精度。

Ⅶ 2. 塞曼效应 1). 什么叫塞曼效应、正常塞曼效应、反常塞曼效应 2). 试画出汞的435.8nm光谱线（3s1-3p1）

当发光的光源置于足够强的外磁场中时，由于磁场的作用，使每条光谱线分裂成波长很靠近的几条偏振化的谱线，分裂的条数随能级的类别而不同，这种现象称为塞曼效应。1、由于历史原因，当光源置于外磁场中，其一条谱线分裂成三条谱线，称为正常塞曼效应。出现此效应的有二种情况：外磁场虽然为弱磁场，原子体系的电子总自旋为零时（即电子的数目为偶数并形成独态的原子），一条谱线只分裂成三条谱线；另一种是外磁场是强磁场，已足以破坏电子耦合，耦合可以忽略，电子磁矩和轨道磁矩分别单独和外磁场作用，观察到一条谱线分裂成三条谱线，称为帕邢—巴克效应，其效果趋于正常塞曼效应。

2、外磁场为弱磁场，原子体系的电子总自旋不为零，一条谱线分裂成更多条，称为反常塞曼效应。本实验使用的汞绿光（，我们以式（1—5）及能级跃迁的选择定则来分析此反常塞曼效应。

Ⅷ 请问塞曼效应详细

所谓塞曼效应就是光源发射的谱线在一定强度的磁场中发生多重分裂的偏振分量的现象，塞曼调制方式主要有2种，一种是将磁场加与光源的，另一种是将磁场加于原子话器的，所谓的纵横向塞曼调制主要是指所加磁场方向与辐射光方向的关系，当成平行时为纵向，当成垂直时为横向，由于磁场又可以分为可变和固定的，有多种组合方式，因此扣背景方式也各有所不同。

塞曼效应
Zeeman effect

原子在磁场中能级和光谱发生分裂的现象。1896年D.塞曼发现原子在足够强的磁场中光谱线发生分裂，在垂直磁场方向观察到分裂为3条，裂距与磁场大小成正比。中间的谱线与不存在磁场时的波长相同，但它是线偏振光，振动方向与磁场平行；两边的两条谱线是振动方向与磁场垂直的线偏振光。在平行磁场方向观察，只能看到两边的两条谱线，它们是圆偏振光(见光的偏振)。H.A.洛伦兹用经典电磁理论作了解释。后来进一步研究发现许多原子的光谱线在磁场中分裂更为复杂。人们把塞曼原来发现的现象称为正常塞曼效应，更为复杂的称为反常塞曼效应。全面解释塞曼效应须用量子理论，并须考虑电子自旋，电子自旋磁矩与轨道磁矩耦合为总磁矩，它们是空间量子化的，在外磁场作用下引起的附加能量不同，造成能级分裂，从而导致光谱线的分裂。正常塞曼效应是总自旋为零时原子能级和光谱在磁场中的分裂；反常塞曼效应是总自旋不为零的原子能级和光谱线在磁场中的分裂。
塞曼效应是研究原子结构的重要途径之一。在天体物理中，塞曼效应被用来测量天体磁场及星际磁场。

Ⅸ 汞435.8nm谱线是由什么电子跃迁产生，计算它的塞曼分裂，并说明它的偏振状态

3． 如何由塞曼效应来确定原子能级量子数与g值？ 实验方法二： 实验仪器 直读式塞曼效应实验仪、特斯拉计. 图1—5—5 实验装置示意图 仪器结构如图1—5—6所示： 图1—5—6 仪器结构图 光从汞灯出发，先经过聚光镜，形成一系列平行光束