Quang phổ là gì? Phân loại và đặc điểm của từng loại quang phổ

Quang phổ có lẽ là một thuật ngữ dùng trong vật lý hay các môn khoa học tự nhiên mà chúng ta thường xuyên bắt gặp. Chính những chiếc cầu vồng 7 màu mà chúng ta hay thấy sau những cơn mưa cũng là một hiện tượng quang phổ. Vậy quang phổ là gì? Có những loại quang phổ nào và ứng dụng của chúng ra sao? Hãy cùng ShopLab đi tìm hiểu kĩ hơn qua bài viết sau đây nhé!

Quang phổ là gì?

• Quang phổ là một dải màu giống như sắc cầu vồng hứng được trên màn ảnh khi có hiện tượng tán sắc ánh sáng. Người ta thường sử dụng thuật ngữ quang phổ để chỉ việc đo cường độ bức xạ như là một hàm của bước sóng và thường dùng để mô tả các phương pháp phổ thực nghiệm.
• Vạch quang phổ là các vạch sáng hoặc tối trong một quang phổ liên tục và đồng dạng, được hình thành do sự phát xạ hoặc hấp thụ ánh sáng trong một dải tần hẹp so với các tần số lân cận. Trong một số trường hợp, các vạch quang phổ được phân tách và phân biệt tốt, nhưng cũng có trường hợp các vạch quang phổ cũng bị trùng nhau và nó là kết quả của sự chuyển tiếp duy nhất nếu mật độ của các trạng thái năng lượng đủ cao. 
• Thiết bị đo quang phổ được gọi là máy quang phổ, máy đo quang phổ hoặc máy phân tích quang phổ.

Quang phổ là một dải màu giống như sắc cầu vồng

• Quang phổ của các nguyên tử và phân tử thường bao gồm một loạt các vạch quang phổ và mỗi vạch sẽ đại diện cho sự cộng hưởng giữa hai trạng thái lượng tử khác nhau.

Các loại quang phổ

Các loại quang phổ hiện nay

1. Quang phổ liên tục

• Định nghĩa

Quang phổ liên tục là một dải sáng có màu thay đổi liên tục từ đỏ đến tím. Theo wikipedia, quang phổ liên tục là một tập hợp các giá trị có thể đạt được đối với một số đại lượng vật lý như năng lượng, bước sóng,… được mô tả tốt nhất là một khoảng các số thực, trái ngược hoàn toàn với quang phổ rời rạc, một tập hợp các giá trị có thể đạt được rời rạc theo nghĩa của toán học, nơi có một khoảng cách rõ ràng giữa mỗi giá trị và giá trị tiếp theo.

Thông thường, quang phổ liên tục có thể chỉ là một mô hình thuận tiện cho một quang phổ rời rạc mà các giá trị của nó quá gần để có thể phân biệt, ví dụ như trong các phonon của một tinh thể.

Trong hệ lượng tử, quang phổ liên tục thường có liên quan đến các hạt tự do như các nguyên tử trong khí, electron trong chùm electron, hoặc cũng có thể là electron dải dẫn điện trong kim loại. Nói cách khác, vị trí và động lượng của hạt tự do có quang phổ liên tục nhưng nếu các hạt này bị giới hạn trong một không gian bị hạn chế, quang phổ của nó sẽ bị rời rạc.

• Nguồn phát: Các vật phát ra ánh sáng trắng hoặc các vật rắn, lỏng, khí có  tỷ khối lớn bị nung nóng ở nhiệt độ cao.

• Đặc điểm

  • Không chịu tác động của thành phần cấu tạo nên nguồn sáng.
  • Phụ thuộc vào nhiệt độ của nguồn sáng. Nguồn sáng có nhiệt càng cao thù quang phổ càng mở rộng về miền sáng có bước sống ngắn và ngượ lại.
  • Các chất khác nhau khi ở cùng một nhiệt độ thì sẽ có quang phổ liên tục hoàn toàn giống nhau.

• Ứng dụng: Dùng xác định nhiệt độ, áp suất của nguồn sáng, nhất là những nguồn sáng ở xa như mặt trời, các vì sao,…

2. Quang phổ vạch phát xạ

• Định nghĩa: Quang phổ vạch phát xạ là hệ thống các vạch màu riêng rẽ nằm trên một nền tối.

• Nguồn phát: Các khối khí, hơi ở áp suất thấp bị kích thích phát sáng bằng cách đốt nóng hoặc phóng tia lửa điện.

• Đặc điểm: Mỗi nguyên tố hóa học đều có quang phổ vạch đặc trưng về số lượng, vị trí, màu sắc và độ sáng tỷ đối của các vạch. Quang phổ vạch phát xạ của các nguyên tố khác nhau thì số lượng các vạch, vị trí các vạch, độ sáng tỉ đối của các vạch cũng rất khác nhau, hay nói cách khác chính là màu sắc các vạch cũng khác nhau.

• Ứng dụng: Thông qua vạch quang phổ đặc trưng của nguyên tố để nhận biết sự có mặt của các nguyên tố hóa học trong hỗn hợp chất khí.

3. Quang phổ vạch hấp thụ

• Định nghĩa: Quang phổ vạch hấp thụ là quang phổ liên tục bị thiếu các vạch màu do bị chất khí hoặc hơi kim loại hấp thụ.

• Nguồn phát: Chiếu ánh sáng của đèn dây tóc vào máy quang phổ, ta có thể thu được quang phổ liên tục. Sau đó đặt vào giữa đèn và máy quang phổ một chất khí hoặc hơi kim loại để nó hấp thụ vạch màu tối, ta sẽ thu được quang phổ vạch hấp thụ. Điều kiện để có quang phổ vạch hấp thụ là nhiệt độ của hơi hay khí phải nhỏ hơn nhiệt độ của nguồn phát ra ánh sáng trắng.

• Đặc điểm: Các vạch tối nằm tại đúng vị trí các vạch màu trong quang phổ phát xạ của nguyên tố hóa học đó. Nếu đặt trên đường đi của chùm ánh sáng trắng một chất rắn hoặc lỏng thì trên nền quang phổ liên tục của nguồn sáng trắng, bạn sẽ nhìn thấy sự xuất hiện của những đám vạch tối. Nguyên nhân hiện tượng này là do các nguyên tố của chất rắn và chất lỏng hấp thụ rất nhiều bức xạ đơn sắc kề nhau.

• Ứng dụng:

  • Xác định thành phần cấu tạo của mặt trời và các vì sao vì quang phổ của mặt trời là quang phổ vạch hấp thụ.
  • Xác định sự có mặt của các nguyên tố hóa học có trong một hỗn hợp.

Các phép phân tích quang phổ và lợi ích của phép phân tích quang phổ

Phép phân tích quang phổ là phép phân tích thành phần cấu tạo của các chất dựa trên cơ sở nghiên cứu quang phổ của chất đó.

1. Các phép phân tích quang phổ được sử dụng hiện nay

Phân tích quang phổ là những phương pháp được sử dụng phổ biến để phân tích các khoáng vật, giúp xác định ra thành phần hóa học của khoáng vật qua việc xem xét màu nào đậm nhất trong vạch quang phổ. Việc phân tích quang phổ giúp tạo điều kiện cho việc tinh chế đơn chấ từ khoáng chất thuận lợi hơn.

Một số phương pháp phân tích quang phổ được sử dụng phổ biến hiện nay:

- Phương pháp phân tích định tính: Phương pháp phân tích này sẽ sử dụng quang phổ vạch để xác định nhưng nguyên tố cấu tạo nên hợp chất hau mẫu vạch.

- Phương pháp phân tích định lượng:

• Phương pháp phân tích này xác định nhiệt độ của mẫu nghiên cứu bằng cách sử dụng quang phổ liên tục.
• Phân tích định lượng giúp xác định nồng độ của từng thành phần cấu tạo nên mẫu nghiên cứu bằng cách sử dụng cường độ ánh sáng của  vạch quang phổ. Người tiến hành thí nghiệm có thể phát hiện được nồng độ rất nhỏ (khoảng 0.002%) của chất có trong vật mẫu.

Một số kỹ thuật phân tích quang phổ phổ biến hiện nay:

• 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

Thiết bị đo quang phổ hiện đại

2. Lợi ích của các phép phân tích quang phổ

• Cho kết quả phân tích nhanh chóng, chính xác hơn phép phân tích hóa học.
• Có khả năng phân tích từ xa mà vẫn cung cấp được thông tin về các thành phần hóa học, nhiệt độ.

Trên đây là kiến thức thú vị về quang phổ mà chúng tôi muốn cung cấp tới bạn đọc, hy vọng với bài viết đã giúp bạn hiểu rõ hơn quang phổ là gì, các phép phân tích quang phổ phổ biến hiện nay. Nếu còn thắc mắc hay muốn chia sẻ thêm bất cứ vấn để nào liên quan, hãy liên hệ ngay với ShopLab qua hotline 0856 663 669 hoặc nhắn tin tại website ShopLab.vn để chúng tôi có thể hỗ trợ giải đáp sớm nhất cho bạn nhé!