自蝕現象

自蝕現象是嚴重的自吸現象。在不等溫的條件下，處於高能級的原子的輻射能，既可被外圍溫度較低的處於低能級的同類原子所吸收；又可通過二者相碰撞，使輻射能轉化為機械能而消失，這種現象叫自蝕。自蝕不僅使譜線強度隨著含量的增加二者偏離線性關係，而且使得譜線強度（中心頻率處）隨著含量的進一步增大反而降低，甚至降為零。

基本介紹

• 中文名：自蝕現象
• 外文名：The corrosion phenomenon
• 所屬學科：物理、化學
• 定義：光譜嚴重的自吸現象
• 影響因素：譜線強度、試樣蒸發速度等
• 譜線特點：譜線中央消失

簡介

嚴重的自吸現象就是自蝕現象。處於基態的原子，當受 外界能量激發時，能產生一定波長的特徵 譜線，同樣，它也能吸收這些特徵譜線。當 譜線由光源發光區域的中心軸向外輻射 時，將通過周圍空間一段路程，因發光層四 周的溫度較中心溫度低，外圍原子多數處 於基態或低能態，產生自吸，使譜線中心強 度減弱，當自吸嚴重時，則譜線中央消失， 形成雙線就是自蝕現象。

產生機理

自蝕機理

實際上光源各部分溫度是不相等的。光源中心溫度較高，外圍溫度較低。當光源中心高能級原子的光輻射通過外圍溫度較低的蒸氣層時，會被處於低能級的同類原子所吸收。圖表示了由於這種吸收而使譜線強度降低的現象。圖（a）表示由光源中心發出的譜線輪廓，圖（b）表示冷蒸氣雲的吸收線輪廓，圖（c）表示冷蒸氣雲的螢光發射（是指低能級原子吸收光輻射後變成的高能級原子所發出的二次光），由於冷蒸氣雲的發射圖（c）很弱，不能補償其吸收圖（b），加之冷蒸氣雲的熱變寬較小，吸收線寬度較窄，所以最後出射的譜線在中心頻率附近出現了強度反轉的現象圖（d）。

圖（a）

上所述是比較公認的自蝕的發生機理。它與自吸的機理基本相同，都是低能級原子對高能級原子的輻射所產生吸收所致。但是這僅僅是自蝕發生的原因之一，產生自蝕的另外一種原因是，光源中心的高能級原子與外圍低能級的冷原子互相碰撞，使高能級原子的輻射能轉化為熱能而消失，從而產生了碎滅效應。這種碎滅效應使得譜線強度大大降低。不難發現，此處的碎滅效應是由第二類碰撞所致。在討論自吸的光源中同樣也存在這種碰撞，但它不能對自吸產生貢獻而成為自吸的一種機理。因為自吸發生在等溫光源中。而在等溫光源中，當第一類碰撞與第二類碰撞達到平衡時，高能級原子的數目服從波耳茨曼分布。即高能級原子的數目（決定譜線強度）只取決於溫度，而與第二類碰撞無直接關係。但在討論自蝕的光源中,是熱的高能級原子與冷的低能級原子相碰撞，由於不等溫，此時高能級原子的數目不服從波耳茨曼分布，而是偏離了波茨曼分布。隨著這種第二類碰撞趨勢的增大（含量增大時），碎滅效應愈來愈嚴重，使得高能級原子的數目逐漸降低，譜線強度隨之下降。從而發生了自蝕。這也是為什麼從影響譜線強度來看，自蝕較自吸更為嚴重的原因之一。

圖（b）

自吸機理

圖（d）

熱輻射光源，既是一個發射體，又是一個吸收體，在同一溫度下，隨若光源中粒子的濃度和厚度愈來愈大時，輻射度愈來愈大，按理說譜線強度亦應愈來愈大。但根據基爾霍夫定律，光源的吸收率也會隨之愈來愈大，直至吸收率趨於最大，光源的輻射度幾亦達到最大值，趨於飽和。此時不論濃度怎樣增大，譜線強度都不會隨之增大。這種對於自吸的機理從理論上的解釋是無懈可擊的。但是既然低能級粒子可以吸收高能級粒子的輻射能，使得輻射度削弱，那此時的低能級粒子吸收輻射後，本身不又變成了高能級粒子，它若發射光子，不就可使削弱的輻射度又得到了補償。，這是因為吸收輻射能後而變成的高能級粒子，它只能發射二次光子，即螢光。假設每一個這樣的高能級粒子都能發射螢光，顯然輻射度不會由於自吸而削躬。但是發生螢光是需要一些特殊條件的，在一般情況下螢光效率僅為1%左右。而在普通的火焰、電弧、火花等光源中，這種吸收光子後而變成的高能級粒子一般通過碎滅碰撞而失去其輻射能。亦即被吸收的光子最後轉變為熱而消失，它對譜線強度幾乎沒有貢獻。因此，也可以把這種光子的消失稱為自吸。

影響因素

粒子數及粒子狀態

粒子數愈多，據波耳茨曼方程，基態原子數亦愈多，對激發態原子的輻射能產生吸收的幾率亦愈大。另外粒子數愈多、輻射強度愈大，據基爾霍夫定律，吸收率亦愈大，自吸與自蝕亦愈嚴重。再者，由於粒子數愈多，光源外圍的基態（或低能態）冷原子亦愈多，發生碎滅碰撞的幾率亦愈大，自蝕亦愈嚴重。故此，隨著含量的增大，自吸與自蝕嚴重。又因光源中基態原子占優勢，故自吸與自蝕多出現在共振線。但不能說非共振線就無自吸與自蝕。

譜線強度

因為強度大的譜線其吸收率也大（據基爾霍夫定律），因此，那些主共振線、靈敏線、最後線等譜線的自吸與自蝕比較明顯。

試樣蒸發速度

試樣的蒸發速度愈快，待測原子在光源燕氣雲中濃度愈大，分布範圍愈寬。自吸與自蝕則愈明顯。由於直流電弧的電極溫度最高，試樣的蒸發速度最快，故自吸與自蝕最嚴重。其次是交流電弧、再次是火花。