ナトリウム炎色反応のスペクトル（二つのD線）

高圧ナトリウムランプやメタルハライドランプのスペクトルを観察するとD線（吸収線）がなんとなく二つに分かれているようにも見えます。この二つのD線D2、D1は589.0nm、589.6nmと0.6nmしか離れておらず簡易分光器の観察対象としては相当に難しい部類になります。

吸収線が二つに分かれて見えるのなら輝線だって二つに分かれて見えるように思えます。
低圧ナトリウムランプの光を見てみればすぐにわかるのですが、その低圧ナトリウムランプが近所に見当たりません。高圧ナトリウムランプだったらいくらでもあるのですが。

そこで炎色反応を利用してナトリウムD線を見てみることにしました。

まず次のような配置でネオン管のスペクトルを調べます。

　

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次に光源にナトリウムの炎色反応を追加します。



なぜわざわざこういうことをするのかというと二つ理由があります。

一つはナトリウムのスペクトルはD線のみが強く他の輝線は露出によっては写らず、ナトリウムの炎色反応だけだと撮影されたものが確かにナトリウムのD線であることを示すには説得力不足だからです。

もう一つの理由は輝線が二つに分かれて見えたときそれが間違いなく二つの輝線であることを確認するためです。
ピントが合っていないとき一つの輝線が二つに分かれて見える場合がありますし、さらに「簡易分光器にDVD-ROMを使うとゴーストが出る理由」にあるように存在しない輝線が見えてしまうということもあります。。

幸いD線はネオン管の輝線が密集しているあたりにあります。ネオン管の輝線が正常に撮影されていてD線が二つに分離して見えればそれはD1、D2に間違いないはずです。

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結果です。


ネオン管の588.2nmのスペクトルのすぐとなりに炎色反応による輝線が見えます。間違いなくD線ですし、しかも確かに二つに分かれています。

上の画像は（クリックして表示される状態で）ピクセル等倍なのですが、これを４倍に拡大してみます。


D1とD2に間隔は５ピクセルしかありません。間の黒い部分は１ピクセルか２ピクセルというギリギリのところで写っています。ここにはわずか1.4nmの幅のところに３本の輝線があります。分光器の色解像度よりカメラの空間解像度の方が心配になってきます。

この画像は一発で撮れたわけではありません。ピントが合ってない、露出が過大、さらに炎色反応とシャッターのタイミングが合わなかった、とかいろいろあって何度も繰り返す中でやっと撮れた奇跡の一枚です。

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上の画像をグラフにして波長を書き入れたものです。


「DVDで作る簡易分光器の校正のために - ネオン管のスペクトル」の頃から考えるとずいぶん進歩したものです。それぞれの輝線はとてもシャープです。

なおナトリウムD線の吸収線が二つに分離している例は「ナトリウムランプのスペクトルの詳細 - 改良版DVD簡易分光器」にあります。


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まとめ記事
　　「DVD簡易分光器の自作とトラブルシューティング」　（この記事）
　　「光源別スペクトル（分光分布）一覧表 - DVD簡易分光器による」

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　　「DVDで作る簡易分光器の校正のために - ネオン管のスペクトル」

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　　「過去記事の一覧（測定、電子工作、天文計算）」

参考
　　「国立科学博物館 - 理工学研究部 - 若林文高 - DVD分光器の回折条件」
　　「Welcome to my homepage. - DVD分光器」
　　「星は空の彼方、月よりも遠く
　　　　- 光害除去フィルター（3）透過特性の観察（2016/03/05）
　　　　- 光害除去フィルター（４）－脱線（簡易分光器の直線性）（2016/03/18）」

　　「ラジオペンチ - DVDのメディアで簡易分光器を作る-その1」

　　「廊下のむし探検 - 手作り分光器」 （記事一覧）
　　「ブログ「廊下のむし探検」付録 - 手作り分光器の作り方」

　　「Web Page of T.Nomoto - スペクトル色々」　（「ネオンランプと水銀ランプ」）
　　「国立天文台 - 分光宇宙アルバム」
　　「国立天文台岡山天体物理観測所 - ☆スペクトル物語☆～デジタルアトラス～」
　　「原子スペクトルの観察と波長の測定 - リュードベリ定数の測定及び原子のエネルギー準位」
　　「資源エネルギー庁 - 太陽エネルギーの基礎知識」
　　「岩崎電気 - ランプ光源情報」
　　「ライトエッジ - 放電ランプ - メタルハライドランプ」

　　国立天文台編 「理科年表 第88冊」 丸善出版、2014