สเปกตรัมเกิดได้อย่างไร

สถานะพื้น (ground state)      หมายถึงอะตอมที่อิเล็กตรอนซึ่งเคลื่อนที่อยู่รอบนิวเคลียสมีพลังงานเฉพาะตัวอยู่ในระดับพลังงานต่ำ  อะตอมในสถานะพื้นจะมีความเสถียรเนื่องจากมีพลังงานต่ำ สถานะกระตุ้น (excited state)      หมายถึงอะตอมที่ได้รับพลังงานเพิ่มขึ้น  ทำให้อิเล็กตรอนถูกกระตุ้นให้อยู่ในระดับพลังงานสูงขึ้น  ที่สถานะกระตุ้นอะตอมจะไม่เสถียร  เนื่องจากมีพลังงานสูง

      อะตอมที่ได้รับพลังงาน  เช่น  จากการเผา  หรือจากกระแสไฟฟ้า  อิเล็กตรอนจะเปลี่ยนจากสถานะพื้นไปสู่สถานะกระตุ้นซึ่งไม่เสถียร  จึงต้องคายพลังงานออกมา  ซึ่งพลังงานที่คายออกมาจะอยู่ในรูปพลังงานแสงหรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า  เมื่อผ่านปริซึมหรือสเปกโตรสโคปจะแยกแสงออกเป็นเส้นสเปกตรัม
      การที่ธาตุแต่ละชนิดให้เส้นสเปกตรัมออกมาหลายเส้น  แสดงว่าอิเล็กตรอนที่อยู่รอบนิวเคลียสมีหลายระดับพลังงาน  ระดับพลังงานที่อยู่ใกล้นิวเคลียสจะมีพลังงานต่ำ  ส่วนระดับพลังงานที่อยู่ห่างนิวเคลียสจะมีพลังงานสูง  เมื่ออิเล็กตรอนคายพลังงานอาจคายพลังงานได้หลายช่วงความยาวคลื่น  จึงมองเห็นเส้นสเปกตรัมได้หลายเส้น
      นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาสเปกตรัมของแก๊ส เพราะว่ามีอะตอมอยู่ห่างกัน และใช้อะตอมไฮโดรเจนเนื่องจากมี 1 อิเล็กตรอน พบว่ามีเส้นสเปกตรัมที่ปรากฏในช่วงความยาวคลื่นที่มองเห็นได้โดยมีความยาวคลื่น 410 , 434 , 486 และ 656 นาโนเมตร ตามลำดับ นอกจากนี้การศึกษาเส้นสเปกตรัมของอะตอมของธาตุอื่นๆ ก็พบว่าอิเล็กตรอนในอะตอมของแต่ละธาตุคายพลังงานได้บางค่า และมีเส้นสเปกตรัมเฉพาะตัวไม่ซ้ำกัน โดยเส้นสีแดงมีพลังงานต่ำสุด (3.02 x 10^–22 kJ)  และเส้นสีม่วงมีพลังงานสูงสุด (4.48 x 10^–22 kJ)

     เส้นสเปกตรัมของแก๊สไฮโดรเจน (H₂)