Quang phổ hay còn gọi là phân quang học là một khái niệm khá phổ biến trong vật lý nhưng định nghĩa này không phải ai cũng hiểu rõ. Cùng tìm hiểu quang phổ là gì và một số kiến thức liên quan đến quang phổ vạch phát xạ, quang phổ liên tục và quang phổ hấp thụ,… trong bài viết dưới đây.
Contents
Khái niệm quang phổ là gì?
Hiểu một cách đơn giản, quang phổ là dải màu nhiều màu sắc từ màu đỏ tới màu tím giống như màu của cầu vồng, gồm các vạch tối hoặc vạch sáng đồng dạng và liên tục trong quang phổ.
Quang phổ là kết quả của hiện tượng tán sắc ánh sáng và bạn có thể hứng nó trên màn ảnh để có thể quan sát được nó; được tạo ra bởi sự phát xạ hoặc là sự hấp thụ ánh sáng trong dải tần hẹp hơn so với những tần số lân cận khác.
Trong thiên văn học, để có thể chia ánh sáng thu được bằng kính viễn vọng thành các bước sóng hoặc các màu khác nhau, người ta đã ứng dụng quang phổ là một thiết bị để thực hiện được điều này.
Phân tích quang phổ bằng phương pháp nào?
Trong hóa học và các quan sát từ xa, các phương pháp phân tích quang phổ rất được quan tâm bởi không cần thực hiện đo đạc trực tiếp trên vật mà khi đó các máy thu chỉ nhận photon đến từ vật chất.
Một ví dụ trong hóa học, dựa trên sự hấp thụ bức xạ điện từ bởi các dung dịch của chất phân tích mà người ta có thể xác định nồng độ của một chất trong dung dịch thông qua việc quan sát phổ hệ của nó bằng cách tạo ra phức màu của chất cần xác định.
Ở cùng một điều kiện thì nồng độ của chất hấp thụ sẽ tỷ lệ thuận với độ hấp thu hay mật độ quang phổ. Điều kiện để làm thuốc thử tạo phức là phức tạo thành bền, cho các phức chiết tốt có cường độ mạnh, đặc biệt là chiết trong môi trường có tính axit mạnh.
Dưới đây là một số kỹ thuật phân tích quang phổ tiêu biểu bạn có thể tham khảo:
- Quang phổ huỳnh quang XRF
- Quang phổ tử ngoại – khả kiến UV-VIS
- Quang phổ phát xạ hồ quang OES
- Quang phổ phát xạ nguyên tử ICP-OES
- Quang phổ hồng ngoại
- Quang phổ RAMAN
Các loại quang phổ ánh sáng thông dụng
Quang phổ liên tục
Quang phổ liên tục là gì? Quang phổ liên tục chỉ là dải màu bắt đầu từ màu đỏ đến màu tím biến thiên liên tục, không bị đứt đoạn mà không phải dải sáng có vạch quang phổ.
Bằng việc chiếu ánh sáng trắng qua lăng kính là chúng ta có thể thu được quang phổ liên tục. Ví dụ về quang phổ liên tục như: ánh sáng mặt trời, ánh sáng của đèn dây tóc,…
Nguồn phát:
- Quang phổ liên tục phụ thuộc vào nhiều nguồn phát khác nhau như: Vật rắn (dây tóc bóng đèn), chất lỏng (kim loại nóng chảy), chất khí áp suất thấp (mặt trời),… Tuy nhiên tất cả các nguồn này đều phải đáp ứng điều kiện được nung nóng, đốt nóng hay dùng tia lửa điện để kích thích đến mức phát sáng.
Nguyên lý hoạt động: Thông qua sự phân bố cường độ ánh sáng theo bước sóng để đo nhiệt độ các vật.
Đặc điểm:
- Tất cả các chất khác nhau khi ở cùng một nhiệt độ thì đều có Quang phổ liên tục giống nhau.
- Quang phổ liên tục phụ thuộc vào nhiệt độ của vật phát sáng, cụ thể: quang phổ liên tục bị mờ dần về phía màu tím nhưng càng mở rộng về phía miền sáng màu đỏ.
Ứng dụng: Quang phổ liên tục được ứng dụng trong nghiên cứu để đo nhiệt độ của các vật ở rất xa như thiên thể, hành tinh khác hay các vật thể có nhiệt độ cao nhue trong lò luyện kim,… những nơi mà ta không thể trực tiếp thực hiện được.
Quang phổ hấp thụ
Quang phổ hấp thụ là gì? Quang phổ hấp thụ là chính là các vạch phổ màu tối mà ta thu được trên nền của quang phổ liên tục. Hay nói đơn giản hơn, quang phổ hấp thụ là quang phổ có dạng những vạch tối trên nền của quang phổ liên tục.
Nguồn phát: Quang phổ hấp thụ có nguồn phát là ánh sáng trắng khi chiếu qua chất khí hoặc hơi nung nóng. Chất khí hay hơi là nguồn phát của quang phổ hấp thụ phải đáp ứng điều kiện nhỏ hơn nhiệt độ nguồn ánh sáng trắng ban đầu.
Nguyên lý hoạt động:
- Đầu tiên chúng ta cần tạo ra các dải hoặc bước sóng hay nói một cách chính xác hơn là tạo ra một phổ liên tục bằng cách cho các vật phát ra ánh sáng từ một nguồn nóng. Sau đó, ta cho chúng đi qua một khí lạnh. Cuối cùng chúng ta sẽ thu được kết quả là một dải màu biến thiên cùng với các vạch tối chen vào.
- Các nhà khoa học sẽ phát hiện được các nguyên tố hóa học nhờ vào việc phân tích chính các vị trí vạch tối chen vào đó.
Đặc điểm:
- Quang phổ vạch là quang phổ chứa các vạch quang phổ.
- Tại một nhiệt độ nhất định, bất kỳ đám khí hoặc hơi nào cũng sẽ có khả năng hấp thụ những loại ánh sáng đơn sắc được tạo ra bởi chính khả năng phát xạ ra những loại ánh sáng đơn sắc của chúng trong môi trường này.
- Các chất khí khác nhau sẽ có bước sóng cũng như số vạch khác nhau do đó mỗi nguyên tố hóa học đều có đặc trưng về quang phổ vạch hấp thụ riêng của chính nguyên tố đó.
- Phần bức xạ điện từ tới được vật liệu hấp thụ hay không là dựa vào các phổ hấp thụ của vật liệu đó phải qua một dải tần số cố định.
- Các vạch quang phổ có thể xuất hiện hiện tượng đảo sắc khi: Nguồn sáng trắng bị tắt thì nền của quang phổ liên tục sẽ bị biến mất đồng thời những vạch đen của quang phổ vạch hấp thụ (quang phổ hấp thụ) sẽ trở thành những vạch màu của quang phổ vạch phát xạ của chính đám khí, đám hơi đó.
- Quang phổ vạch hấp thụ chỉ phụ thuộc vào bản chất hóa học của nguyên tố hóa học mà thôi. Đây là đặc điểm quan trọng không thể bỏ qua của Quang phổ hấp thụ.
Ứng dụng:
- Cách xác định các thành phần có trong khí hoặc chất lỏng trên nguyên tắc xác định các vạch hấp thụ là phương pháp được sử dụng để suy luận sự hiện diện của các nguyên tố trong các vật thể khí không thể đo trực tiếp hoặc là trong các ngôi sao.
- Ngoài ra, người ta còn ứng dụng Quang phổ hấp thụ vào các trường hợp nguyên tố hóa học ở dạng chất hoặc hỗn hợp.
Quang phổ phát xạ
Quang phổ vạch phát xạ là gì? Quang phổ phát xạ hay quang phổ vạch phát xạ là một khái niệm dùng để chỉ những vạch màu sáng riêng lẻ hay bị đứt quãng được hứng trên nền tối.
Nguồn phát:
- Các chất khí, hơi ở áp suất thấp bị kích thích phát sáng bằng cách phóng tia lửa điện hay nung nóng.
- Những kim loại nóng chảy, bay hơi.
Nguyên lý hoạt động:
- Quang phổ vạch phát xạ cũng giống như quang phổ hấp thụ, việc xác định các nguyên tố hóa học cần dựa trên việc phân tích vị trí của các vạch màu của quang phổ phát xạ mà ta hứng được trên nền.
- Ngoài ra, Quang phổ vạch phát xạ còn có thể được ứng dụng trong y học dựa trên việc xác định độ sáng của nó.
Đặc điểm:
- Mỗi nguyên tố đều có đặc điểm quang phổ đặc trưng riêng và màu sắc của các vạch sáng của quang phổ vạch phát xạ là duy nhất. Dựa vào điều này mà các chất hóa học có trong hợp chất ta cũng có thể nhận biết được.
Ứng dụng:
- Trong hóa học, người ra ứng dụng quang phổ vạch phát xạ để phát hiện nguyên tố hóa học mới hoặc đơn giản là để xác định được các nguyên tố hóa học đã có sẵn.
- Trong thiên văn học, một số ngôi sao, tinh vân hoặc hành tinh bất kỳ bào khác khi xác định được đều cần dựa vào quang phổ vạch phát xạ.
- Hơn nữa, quang phổ vạch phát xạ còn được ứng dụng trong y khoa.
Kết luận
Trên đây, mayruaxegiadinh.com.vn đã giúp bạn hiểu quang phổ là gì? cũng như phương pháp phân tích quang phổ và các loại quang phổ thông dụng. Hy vọng quý bạn đọc có thể tìm kiếm được những thông tin cần thiết cho mình trong bài viết này. Theo dõi website của chúng tôi để cập nhật nhiều hơn những kiến mức mới nhất, thú vị nhất nhé!