Quang phổ là gì? Tất tần tật những kiến thức liên quan đến quang phổ

Tất tần tật những kiến thức liên quan đến quang phổ

1.Quang phổ là gì?

Quang phổ hay còn được gọi là phân quang học, đây là một danh từ chỉ một dải màu giống như cầu vồng khi có hiện tượng tán sắc ánh sáng, hứng được trên màn ảnh. Thuật ngữ này cũng thường được dùng để nói về việc đo lường cường độ bức xạ như một hàm của bước sóng. Bên cạnh đó, đây cũng là cụm từ dùng để miêu tả những phương pháp phổ thực nghiệm.

Quang phổ thường được ứng dụng khi chia ánh sáng thu được bằng lăng kính hoặc lưới nhiễu xạ thành các màu khác nhau của nó, hoặc bước sóng.

2. Máy quang phổ là gì?

Đây là một dụng cụ thường được sử dụng để phân tích những chùm sáng với nhiều thành phần phức tạp chuyển thành những ánh sáng có tính đơn sắc khác nhau.

Nhằm thu được các thông tin về trạng thái, thành phần hoặc tính chất của những khối vật chất liên quan đến chùm ánh sáng đó.

3.Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của quang phổ như sau:

• Khi ánh sáng được truyền từ kính thiên văn qua một lỗ nhỏ trong máy phân quang học đến 1 chiếc gương thu thập đường thẳng lên tất cả các tia sáng song song với nhau. Và được đặt tới 1 tấm thủy tinh ghi độ mịn – độ nhiễu xạ.

• Ánh sáng khi đi xuống gương và bật ra, nhiều bước sóng thành phần của nó từng thay đổi hướng và tốc độ theo màu của chúng

• Phần lưỡi uốn cong ánh sáng đỏ theo cách khác với ánh sáng vàng, cam,…trải rộng nhiều bước sóng của phân quang học.

• Bằng cách tiến hành xoay điều khiển nhiễu xạ các bước sóng ánh sáng chiếu tới 1 gương khác, các bước sóng tập trung vào 1 bộ tách sóng phản quang.

• Để đo chỉ số này, người ta thường sử dụng máy quang phổ UV-VIS.

4.Các loại quang phổ

Hiện nay, quang phổ chủ yếu được chia thành 3 loại phổ biến với những đặc điểm khác nhau.

Các loại quang phổ phổ biến hiện nay

4.1.Quang phổ liên tục

Định nghĩa: 

• Quang phổ liên tục là một dải sáng chỉ có dải màu biến thiên liên tục từ màu đỏ đến tím mà không có vạch quang phổ, không bị đứt đoạn.

• Có thể thu được từ việc chiếu ánh sáng trắng qua lăng kính, chẳng hạn như ánh sáng của dây đèn, ánh sáng mặt trời.

Quang phổ liên tục với những đặc điểm nổi bật

Nguồn phát:

• Nguồn từ các chất rắn, chất lỏng, hoặc chất khí có áp suất thấp bị nung nóng tạo thành.

• Với điều kiện tất cả phải được đun nóng, nung nóng, dùng tia lửa điện kích thích đến phát sáng.

Đặc điểm: 

• Khi quang phổ liên tục của các chất khác nhau ở cùng một nhiệt độ thì chắc chắn sẽ cho ra kết quả như nhau.

• Loại quang phổ này chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của vật phát sáng mà không bị phụ thuộc vào cấu tạo vật chất.

• Vật phát sáng có nhiệt độ càng cao thì quang phổ càng bị mờ dần về phía màu tím và mở rộng về phía miền sáng màu đỏ

Ứng dụng:

• Sử dụng để xác định nguồn sáng, áp suất nguồn sáng, đặc biệt là những nguồn sáng xa như sao, mặt trời,...

4.2.Quang phổ vạch phát xạ

Định nghĩa: 

• Quang phổ vạch phát xạ là một hệ thống những vạch sáng có tính chất riêng lẻ, ngắt quãng bởi khoảng tối. 

• Loại quang phổ này thường mô tả các bước sóng của phổ điện từ phát ra từ một vật thể chứa nhiều năng lượng.

Nguồn phát: 

• Những chất khí bị kích thích bằng điện hoặc nhiệt ở áp suất thấp phát ra. 

• Kim loại nóng chảy và bay hơi.

Đặc điểm: 

• Mỗi nguyên tố đều sở hữu những đặc điểm quang phổ đặc trưng riêng. Đồng thời, màu sắc của các vạch sáng của quang phổ vạch phát xạ của mỗi nguyên tố đều là duy nhất.

• Các nguyên tố và các chất khác nhau thì số lượng vạch, vị trí và cường độ ánh sáng của vạch sẽ khác nhau.

Ứng dụng: 

• Trong hóa học, quang phổ vạch phát xạ được sử dụng để xác định các nguyên tố hóa học có sẵn hoặc phát hiện nguyên tố hóa học mới.

• Trong thiên văn học, loại quang phổ này thường được đề cập đến quang phổ của tinh vân, ngôi sao hoặc bất kỳ hành tinh nào.

4.3.Quang phổ vạch hấp thụ

Quang phổ vạch hấp thụ- loại quang phổ đặc biệt nhất

Định nghĩa: 

• Quang phổ vạch hấp thụ là loại quang phổ đặc biệt nhất bởi đây là một hệ thống cách vạch tối nằm trên quang phổ liên tục.

Nguồn phát:

• Nhiệt độ hơi hoặc khí phải nhỏ hơn nhiệt độ nguồn sáng trắng.

• Chiếu ánh sáng trắng qua hơi nung nóng hoặc chất khí. 

Đặc điểm: 

• Khi quang phổ chứa các vạch quang phổ sẽ được gọi là quang phổ vạch.

• Khi ở một nhiệt độ nhất định, khí hoặc hơi có khả năng phát xạ ra những ánh sáng đơn sắc nào thì chúng cũng có khả năng hấp thụ những loại ánh sáng đơn sắc đó.

• Loại quang phổ này chỉ phụ thuộc vào bản chất hóa học của nguyên tố hóa học.

• Những chất khác nhau sẽ có bước sóng và số vạch khác nhau nên mỗi nguyên tố hóa học đều có quang phổ vạch hấp thụ riêng.

• Các quang phổ hấp thụ biểu thị phần bức xạ điện từ tới được vật liệu hấp thụ qua một dải tần số.

• Xuất hiện hiện tượng đảo sắc, khi có quang phổ hấp thụ của đám khí hoặc hơi, trong trường hợp tắt nguồn sáng trắng thì nền của quang phổ liên tục sẽ biến mất, đồng thời những vạch đen của quang phổ hấp thụ trở thành vạch màu của quang phổ phát xạ của chính đám khí hoặc hơi đó.

Ứng dụng:

• Quang phổ vạch hấp thụ được dùng để xác định nguyên tố hóa học trong các hỗn hợp hoặc cá hợp chất.

• Đồng thời, chúng cũng được sử dụng để xác định thành phần có trong chất lỏng hoặc khí trên nguyên tắc xác định các vạch hấp thụ.

5.Phân tích quang phổ

Để phân tích quang phổ, người ta thường áp dụng một số phương pháp sau:

Phân tích định tính: 

• Phương pháp định tính có khả năng xác định những nguyên tố cấu tạo nên mẫu vạch hoặc hợp chất bằng cách sử dụng quang phổ vạch.

Phân tích định lượng:

• Bằng việc sử dụng quang phổ liên tục để xác định nhiệt độ của mẫu nghiên cứu.

• Phương pháp định lượng giúp xác định được nồng độ từng thành phần cấu tạo nên mẫu nghiên cứu nhờ sử dụng cường độ sáng của các vạch quang phổ. Khi thực hiện thí nghiệm, có thể phát hiện được nồng độ rất nhỏ của chất có trong mẫu vật (khoảng 0.002%)

Những kỹ thuật phân tích quang phổ tiêu biểu:

• Kỹ thuật quang phổ huỳnh quang XRF.

• Kỹ thuật quang phổ tử ngoại – khả kiến UV-VIS.

• Kỹ thuật phân tích quang phổ phát xạ hồ quang OES

• Kỹ thuật phát xạ nguyên tử ICP-OES

• Kỹ thuật quang phổ hồng ngoại

• Kỹ thuật quang phổ RAMAN

Lợi ích:

• Đưa ra kết quả nhanh hơn, chính xác hơn, nhạy hơn phép phân tích hóa học.

• Cho biết nhiệt độ, thành phần hóa học và khả năng phân tích từ xa.

6.Quang phổ có vai trò như thế nào trong cuộc sống?

Hiện nay, quang phổ được ứng dụng vô cùng rộng rãi, đặc biệt là được dùng trong hóa lý và phân tích để xác định, phát hiện, định lượng cấu trúc của mẫu hoặc thành phần phân tử. 

Mỗi loại nguyên tử, phân tử sẽ hấp thụ, phản xạ hoặc phát ra bức xạ điện từ theo cách đặc trưng riêng của nó.

Quang phổ đóng vai trò quan trọng trong những ứng dụng sau: 

• Xác định cấu trúc nguyên tử của một mẫu.

• Xác định cấu trúc trao đổi chất của cơ.

• Giám sát hàm lượng oxy hòa tan trong các hệ sinh thái biển và nước ngọt.

• Nghiên cứu vạch phát xạ của các thiên hà xa xôi.

• Thay đổi cấu trúc của thuốc để nâng cao hiệu quả.

• Đặc tính của protein.

• Thám hiểm không gian.

Trên đây là những kiến thức quan trọng liên quan đến quang phổ mà Đông Á đã tổng hợp lại, hy vọng với những thông tin này, bạn đọc sẽ tự có cho mình câu trả lời cho câu hỏi Quang phổ là gì? Phân loại và ứng dụng như thế nào trong đời sống.