Quang phổ ánh sáng là gì?
Quang phổ hay còn gọi là phân quang học. Quang phổ được hiểu đơn giản là một dải màu giống như sắc cầu vồng hứng được trên màn ảnh khi có hiện tượng tán sắc ánh sáng.
– Quang phổ được các nhà khoa học nghiên cứu 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. Thông thường một lăng kính hoặc lưới nhiễu xạ được sử dụng cho mục đích này. Kết quả là màu sắc cầu vồng được ghi lại trên phim hoặc bằng điện tử. Các đường thẳng (sáng hoặc tối) chắc chắn xuất hiện trong quang phổ như vậy cho biết thành phần của khí ở các vùng bên ngoài của các ngôi sao hoặc các hành tinh đang được kiểm tra.
Nguyên lý hoạt động của quang phổ
Một quang phổ tách ánh sáng thành các bước sóng thành phần của nó.
Thứ nhất, ánh sáng truyền từ kính thiên văn qua một lỗ nhỏ trong máy quang phổ tới một chiếc gương thu thập đường thẳng lên tất cả các tia sáng song song với nhau. Sau đó chúng được đặt tới một tấm thủy tinh ghi độ mịn được gọi là độ nhiễu xạ.
Khi ánh sáng đi qua hoặc bật ra khỏi lưới thuỷ tinh này, nhiều bước sóng thành phần của nó từng thay đổi tốc độ và hướng theo màu quang phổ của chúng.
Lưới uốn cong ánh sáng đỏ theo một cách khác với ánh sáng màu da cam, ánh sáng vàng…, trải rộng nhiều bước sóng thành phổ cầu vồng. Xoay các điều khiển nhiễu xạ mà các bước sóng ánh sáng chiếu tới một gương khác. Nên nó tập trung các bước sóng này vào một bộ tách sóng quang, chẳng hạn như một thiết bị ghép điện tích.
Trong phòng thí nghiệm hoặc trung tâm nghiên cứu nhỏ các nhà khoa học thường sử dụng máy quang phổ uv-vis để đo chỉ số quang phổ này.
Các loại quang phổ
1. Quang phổ liên tục
Là dải sáng có màu biến đổi liên tục (liền nhau, không bị đứt đoạn) bắt đầu từ màu đỏ sang tím.
+ Nguồn phát:
Quang phổ liên tục do các chất rắn, chất lỏng hoặc chất khi áp suất cao (chất khí có tỉ khối lớn) được nung nóng đến phát sáng phát ra.
+ Đặc điểm:
Quang phổ liên tục chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của vật phát sáng, không phụ thuộc vào cấu tạo chất của vật.
Nhiệt độ càng cao, quang phổ liên tục càng mở rộng dần về phía tím.
+ Ứng dụng
Dùng để đo nhiệt độ của các vật ở rất xa (nhiệt độ các thiên thể) hoặc các vật có nhiệt độ rất cao (nhiệt độ của lò luyện kim)
2. Quang phổ vạch phát xạ
Là hệ thống các vạch sáng (vạch màu) riêng lẻ trên nền tối.
+ Nguồn phát:
Các chất khí áp suất thấp khi được nung đến nhiệt độ cao hoặc được kích thích bằng điện đến phát sáng phát ra quang phổ vạch phát xạ.
+ Đặc điểm:
Quang phổ vạch phát xạ của các nguyên tố khác nhau thì rất khác nhau về số lượng các vạch, vị trí các vạch (cũng đồng nghĩa với sự khác nhau về màu sắc các vạch) và độ sáng tỉ đối của các vạch.
Mỗi nguyên tố hóa học có một quang phổ vạch đặc trưng cho nguyên tố đó.
+ Ứng dụng:
Dùng để xác định thành phần nguyên tố cấu tạo nên vật.
3. Quang phổ vạch hấp thụ
Là hệ thống các vạch tối trên nền quang phổ liên tục.
+ Điều kiện phát sinh:
Đặt một chất khí áp suất thấp trên đường đi của một chùm ánh sáng trắng.
+ Đặc điểm:
Vị trí của các vạch tối trùng với vị trí các vạch màu của nguyên tố có trong chất khí đang xét trong điều kiện chất khí ấy được phát sáng
Trong hình dưới đây, natri phát ra hai vạch màu vàng kề nhau khi hơi natri áp suất thấp được kích thích phát sáng.
Nếu đặt một bình chứa hơi natri này trên đường đi của chùm ánh sáng trắng thì trên nền quang phổ liên tục xuất hiện hai vạch tối trùng với vị trí của hai vạch vàng nói trên.
+Ứng dụng
Dùng để nhận biết thành phần cấu tạo chất của các vật.
Nhờ nghiên cứu quang phổ của ánh sáng Mặt Trời mà người ta tìm được khí hêli trong khí quyển của Mặt Trời trước khi tìm được nguyên tố hêli trên Trái Đất. Quang phổ của ánh sáng Mặt Trời mà ta thu được trên Trái Đất là quang phổ vạch hấp thụ. (Với các máy quang phổ có độ phân giải thấp ta không thấy được các vạch đen này nên có đôi khi người ta nói không chính xác lắm là: “Quang phổ của ánh sáng Mặt Trời là quang phổ liên tục”)
4. Quang phổ điện từ
Phép phân tích quang phổ và tiện lợi của phép phân tích quang phổ
-Phép phân tích quang phổ và tiện lợi của phép phân tích quang phổ :
Phép phân tích quang phổ là phép phân tích thành phần cấu tạo của các chất trên cơ sở nghiên cứu quang phổ của chất đó.
-Các phép phân tích quang phổ và tiện lợi:
Phép phân tích định tính: Xác định các nguyên tố cấu tạo của một mẫu vật bằng quang phổ vạch.
-Phép phân tích định lượng:
Xác định nhiệt độ của mẫu vật bằng quang phổ liên tục.
Xác định nồng độ các thành phần cấu tạo bằng cường độ sáng của các vạch quang phổ. Có thể phát hiện nồng độ rất nhỏ của chất trong mẫu cần phân tích (thường cỡ 0,002%).
-Ưu điểm:
Cho kết quả nhanh hơn, nhạy hơn, chính xác hơn phép phân tích hóa học.
Khả năng phân tích từ xa, cho biết thành phần hóa học, nhiệt độ .