離子光譜

離子光譜，即離子的電子運動狀態發生變化時發射或吸收的光譜。在光譜學上，通常在元素符號後面標上羅馬數字Ⅰ表示中性原子HⅠ、HeⅠ…。 在元素符號後面標上羅馬數字Ⅱ表示一次電離的離子 HeⅡ、LiⅡ、BeⅡ、…。在元素符號後面標上羅馬數字Ⅲ表示二次電離的離子LiⅢ、BeⅢ、…依次類推。

重原子的核外電子大量剝離形成高離化態原子，其光譜特徵與電離後剩下的核外電子的行為有關，是近代原子物理學研究的熱點之一。

原子核外電子被剝離後形成的離子的光譜。下面主要介紹類氫離子光譜和高離化態原子光譜。

類氫離子光譜：氦原子被剝離掉一個核外電子就成為一次電離的氦離子He+,與氫原子類似,它的核外也只有一個電子，稱為類氫離子；鋰、鈹、硼等許多元素也能形成類氫離子。這些離子的光譜特徵與氫原子光譜類似。

1897年天文學家W.H.皮克林在星體光譜中發現了一個與氫巴耳末系相似的光譜線系，後來被稱為皮克林線系。這兩個線系的對照如圖1所示。實驗證實皮克林線係為 皮克林線系相當於n₁=4 和n₂=5,6,7,…時的情況。式中的R_He是He的裏德伯常數。

二次電離的Li²⁺(Z=3)光譜可表示為 其中n₁=1和n₂=2,3,4,…的線系處在真空紫外區，已在1930年被觀察到。

三次電離的Be³⁺(Z=4)光譜可表示為 其中n₁=1和 n₂=2,3,4,…的線系落在真空紫外區，也在1930年觀察到了。

在光譜學上，通常在元素符號後面標上羅馬數字Ⅰ表示中性原子HⅠ、HeⅠ、LiⅠ、…。 在元素符號後面標上羅馬數字Ⅱ表示一次電離的離子 HeⅡ、LiⅡ、BeⅡ、…。在元素符號後面標上羅馬數字Ⅲ表示二次電離的離子LiⅢ、BeⅢ、BⅢ、…依次類推。類氫離子光譜即HeⅡ、LiⅢ、BⅣ、BⅤ、CⅥ、NⅦ、OⅧ、FⅨ、NeⅩ、…NaⅪ、…等離子的光譜，原子核外電子數相同，而原子核所帶正電荷不同的原子和離子的光譜稱為等電子數序光譜。例如氫原子和類氫離子的光譜。

高離化態原子光譜：當帶電粒子(電子、離子等)或強光與原子相互作用時，可以將較重原子核外的電子大量剝離，產生高次離化的原子，稱為高離化態原子。高離化態原子的光譜特徵，主要與它們電離後剩下的核外電子的行為有關。

高離化態原子光譜主要處在真空紫外光譜區與軟X射線光譜區。同步輻射加速器、高功率的激光器、高分辨率真空紫外光譜儀、X射線譜儀的研製和應用對研究高離化態原子光譜十分重要。

在天體上存在着高離化態原子，在等離子體、核聚變過程中，在空間飛行體運行過程中，在強激光同物質相互作用過程中都產生大量的高離化態原子。因此，研究和分析高離化態原子的光譜特徵和變化規律是十分重要的。

可利用束－箔光譜學技術對元素的離子光譜作大量的研究,圖2和圖3是NaX和NaⅪ的能級圖。從圖3可以看出，NaⅪ能級的精細結構間距比氫原子有很大的增加。