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

Quang phổ là gì? Mặc dù khái niệm quang phổ vẫn còn khá xa lạ với nhiều người nhưng chúng được ứng dụng trong các phương pháp phân tích thường dùng trong nghiên cứu, cũng như được ứng dụng trong nhiều ứng dụng thực tế. Nếu bạn đọc muốn tìm hiểu thêm về quang phổ học, hãy để Đông Á giúp bạn giải đáp những câu hỏi này.

Tất cả kiến ​​thức liên quan đến quang phổ

1. Quang phổ là gì?

Spectrum hay còn gọi là quang phổ quang học là danh từ dùng để chỉ dải màu sắc giống như cầu vồng khi có hiện tượng tán sắc ánh sáng thu được trên màn hình. Thuật ngữ này cũng thường được sử dụng để chỉ việc đo cường độ bức xạ như là một hàm của bước sóng. Ngoài ra, đây còn là cụm từ dùng để mô tả các phương pháp quang phổ thực nghiệm.

Quang phổ thường được áp dụng khi phân chia ánh sáng được thu thập bởi lăng kính hoặc lưới nhiễu xạ thành các màu hoặc bước sóng khác nhau.

2. Máy quang phổ là gì?

Đây là thiết bị thường được sử dụng để phân tích các chùm ánh sáng có nhiều thành phần phức tạp được chuyển hóa thành ánh sáng có tính chất đơn sắc khác nhau.

Để có được thông tin về trạng thái, thành phần hoặc tính chất của các khối vật chất có liên quan đến chùm tia sáng đó.

3. Nguyên tắc hoạt động

Nguyên lý hoạt động của quang phổ như sau:

Khi ánh sáng truyền từ kính thiên văn qua một lỗ nhỏ trên máy phân tích quang học tới gương thu các đường thẳng thì tất cả các tia sáng đều song song với nhau. Và đặt trên một tấm kính để ghi lại độ mịn – nhiễu xạ.

Khi ánh sáng truyền xuống gương và bật ra ngoài, nhiều bước sóng thành phần của nó sẽ thay đổi hướng và tốc độ tùy theo màu sắc của chúng.

Lưỡi dao bẻ cong ánh sáng đỏ theo một cách khác với ánh sáng vàng, cam, v.v., trải rộng trên nhiều bước sóng phân chia quang học.

Bằng cách xoay điều khiển nhiễu xạ, các bước sóng ánh sáng chiếu vào một tấm gương khác, các bước sóng được tập trung vào máy dò phản xạ.

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 ba loại phổ biến với những đặc điểm khác nhau.

Các loại quang phổ phổ biến hiện nay

4.1. Phổ liên tục

Định nghĩa:

Quang phổ liên tục là một dải ánh sáng chỉ có dải màu thay đổi liên tục từ đỏ đến tím mà không có bất kỳ vạch quang phổ hoặc sự gián đoạn nào.

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

Quang phổ liên tục với những tính năng vượt trội

Nguồn:

Nguồn từ chất rắn, chất lỏng hoặc chất khí ở áp suất thấp được nung nóng.

Với điều kiện mọi thứ đều phải được đun nóng, nung nóng và kích thích bằng tia lửa điện cho đến khi phát sáng.

Đặc điểm:

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

Loại quang phổ này chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của vật phát sáng và không phụ thuộc vào cấu trúc vật liệu.

Nhiệt độ của vật phát sáng càng cao thì quang phổ càng mờ dần về phía màu tím và mở rộng về phía vùng màu đỏ tươi.

Ứng dụng:

Dùng để xác định các nguồn sáng, áp suất nguồn sáng, đặc biệt là các nguồn sáng ở xa như ngôi sao, mặt trời,…

4.2. Phổ vạch phát xạ

Định nghĩa:

Phổ vạch phát xạ là một hệ thống các vạch sáng có tính chất riêng biệt, bị gián đoạn bởi các khoảng tối.

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

Nguồn:

Khí bị kích thích bởi điện hoặc nhiệt ở áp suất thấp được phát ra.

Kim loại nóng chảy và bay hơi.

Đặc điểm:

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

Các nguyên tố và chất khác nhau có số vạch, vị trí và cường độ ánh sáng khác nhau.

Ứng dụng:

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

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

4.3. Phổ vạch hấp thụ

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

Định nghĩa:

Nguồn:

Đặc điểm:

Khi quang phổ chứa các vạch quang phổ thì gọi là quang phổ vạch.

Khi ở nhiệt độ nhất định, chất khí hoặc hơi có khả năng phát ra ánh sáng đơn sắc thì chúng cũng có khả năng hấp thụ ánh sáng đơn sắc đó.

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

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

Phổ hấp thụ biểu thị phần bức xạ điện từ tới được vật liệu hấp thụ trên một dải tần số.

Hiện tượng đảo màu xảy ra khi có phổ hấp thụ của đám mây khí hoặc hơi. Trong trường hợp tắt nguồn sáng trắng, nền của quang phổ liên tục sẽ biến mất, đồng thời các vạch đen của quang phổ hấp thụ trở thành vạch. màu của quang phổ phát xạ của khí hoặc hơi.

Ứng dụng:

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

Đồng thời, chúng còn được dùng để xác định thành phần của chất lỏng hoặc chất khí theo nguyên tắc xác định vạch hấp thụ.

5. Phân tích quang phổ

Để phân tích quang phổ người ta thường áp dụng các phương pháp sau:

Phân tích định tính:

Phân tích định lượng:

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

Phương pháp định lượng giúp xác định nồng độ của từng thành phần tạo nên mẫu nghiên cứu bằng cách sử dụng cường độ ánh sáng của các vạch quang phổ. Khi thực hiện thí nghiệm, có thể phát hiện được nồng độ rất nhỏ của chất trong mẫu (khoảng 0,002%).

Kỹ thuật phân tích phổ điển hình:

Kỹ thuật quang phổ huỳnh quang XRF.

Kỹ thuật quang phổ tử ngoại nhìn thấy 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:

Cung cấp kết quả nhanh hơn, chính xác hơn, nhạy hơn so với 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 gì trong cuộc sống?

Hiện nay, quang phổ được sử dụng rộng rãi, đặc biệt là trong hóa lý và phân tích để xác định, phát hiện và định lượng cấu trúc của một 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 một vai trò quan trọng trong các ứng dụng sau:

Xác định cấu trúc nguyên tử của mẫu.

Xác định hồ sơ trao đổi chất của cơ bắp.

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

Nghiên cứu các đường phát xạ của các thiên hà xa xôi.

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

Tính chất của protein.

Khám phá không gian.

Trên đây là những kiến ​​thức quan trọng liên quan đến phổ tần mà Đông Á đã biên soạn. Hy vọng với những thông tin này, bạn đọc sẽ có câu trả lời cho riêng mình cho câu hỏi Quang phổ là gì? Cách phân loại và ứng dụng trong cuộc sống.