MÁY QUANG PHỔ. CÁC LOẠI QUANG PHỔ

I. MÁY QUANG PHỔ LĂNG KÍNH : (The Classical Prism Spectrograph)

• ỐNG CHUẨN TRỰC : 
  
     +) Cấu tạo : gồm khe hẹp F nằm ở tiêu diện của thấu kính HỘI TỤ L1.
      +) Chức năng : tạo ra chùm tia sáng SONG SONG.
• HỆ TÁN SÁC :
      +) Cấu tạo : gồm 1 hoặc nhiều lăng kính P.
  
      +) Chức năng : phân tích chùm tia phức tạp thành nhiều chùm tia đơn sắc SONG SONG.
• BUỒNG TỐI (BUỒNG ẢNH) :
  
      +) Cấu tạo : gồm 1 hộp kính, màn ảnh nằm ở tiêu diện của thấu kính HỘI TỤ L2.
      +) Chức năng : để chụp ảnh hoặc quan sát quang phổ.
• NGUYÊN TẮC HOẠT ĐÔNG :
      +) Dựa trên hiện tượng tán sắc ánh sáng :

Sơ đồ cấu tạo của máy quang phổ lăng kính

Máy quang phổ của Kirchhoff and Bunsen (1860s)

• CÁCH SỬ DỤNG MÁY QUANG PHỔ LĂNG KÍNH :
  Các bạn có thể tham khảo các video clip dưới đây :
      +) Spectrometer hoặc Prism with Spectrometer và các video tương tự, ...
• ỨNG DỤNG NÓI CHUNG CỦA MÁY QUANG PHỔ:
      +) Mỗi loại nguyên tố khác nhau sẽ cho ra những quang phổ khác nhau tương ứng với nguyên tố đó. Nhờ phép phân tích quang phổ, người ta biết được sự có mặt của nhiều loại nguyên tố khác nhau trong mẫu vật nghiên cứu, thậm chí, người ta có thể biết được cả hàm lượng của các thành phần có trong mẫu bằng cách đo các cường độ vạch sáng quang phổ phát xạ, hoặc hấp thụ của nguyên tố ấy, kể cả một hàm lượng rất nhỏ của chất trong mẫu cũng phát hiện được.
      +) Các bạn tham khảo video của một chuyên gia trong quá trình kiểm định VÀNG bằng máy quang phổ rất nhanh và chính xác.
• SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY QUANG PHỔ :
  Ngày nay, dưới sự phát triển không ngừng của KH-KT, nhiều loại máy quang phổ khác nhau được ra đời để phù hợp với các lĩnh vực nghiên cứu chuyên biệt hơn :
      +) Máy quang phổ UV-VIS :
  - Xác định nhanh thành phần vi lượng cũng như các chỉ tiêu an toàn thực phẩm, ...
  - Dùng trong công nghiệp sản xuất bia (đo độ đạm amin, độ đường khử, ...)
  - Phương pháp so màu phân tích các kim loại năng như Cr, As, Zn, Al, Hg, ...
      +) Máy quang phổ hồng ngoại (IR):
  - Nhận biết các chất, đồng nhất các chất, ..
  - Xác định độ tinh khiết của mẫu vật, cấu trúc phân tử, ...
  - Nghiên cứu động học phản ứng
      +) Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS
      +) Máy quang phổ phát xạ nguyên tử
      +) Máy quang phổ phát xạ khối phổ (phát xạ Plasma)
      +) Máy quang phổ huỳnh quang tia X:
  - Thường dùng để đo tuổi vàng; xác định, phân tích kim loại, thành phần hợp kim, đặc biệt là trong quá trình kiểm định vàng...
      +) ...

II. CÁC LOẠI QUANG PHỔ :

Cái nhìn tổng quan về sự hình thành các loại quang phổ

• QUANG PHỔ LIÊN TỤC (QPLT) :
  (CONTINUUM SPECTRUM)
      +) Định nghĩa : là quang phổ gồm nhiều dải màu nối liền nhau liên tục và KHÔNG bắt buộc dải màu phải từ đỏ đến tím.

  

  Quang phổ liên tục

      +) Nguồn phát : Các chất rắn, lỏng và chất khí có áp suất lớn khi bị nung nóng như
  - Ánh sáng trắng của Mặt Trời
  - Ánh sắng từ bóng đèn dây tóc
  - Ánh sáng từ chiếc nhẫn nung đỏ
      +) Tính chất :
  - KHÔNG phụ thuộc vào bản chất của vật, CHỈ phụ thuộc vào nhiệt độ của vật.
  - Ở mọi nhiệt độ, vật đều bức xạ. Khi nhiệt độ tăng dần, cường độ bức xạ càng mạnh và miền quang phổ lan dần từ đỏ đến tím.
  - Độ sáng của các vùng màu trong QPLT phụ thuộc nhiệt độ, nhiệt độ càng cao thì vùng sáng nhất trên quang phổ là vùng có bước sóng càng ngắn. 
      Ví dụ :
      a/ Ánh sáng từ cục sắt nung đỏ : khi nung cục sắt đến khi nó phát ra bức xạ nhìn thấy, người ta thu được các kết quả sau :
  - Ở 500 độ C : QP chỉ có màu đỏ, tối
  - Ở 800 độ C : QP lan sang màu cam, màu đỏ sáng thêm
  - Ở 1000 độ C : QP có thêm màu vàng, màu cam sáng thêm, ...
  - Ở 1200 độ C : QP đã lan đến tận màu tím, nhưng lúc này, vùng màu lam, chàm, tím còn rất tối nên cục sắt vẫn hơi đỏ.
  - Nung đến 1500 độ C : cục sắt gần như sáng trắng
      b/ Ánh sáng từ bóng đèn dây tóc : dây tóc có nhiệt độ trên 2500 độ K (~ 2200 độ C) phát ra ánh sáng trắng và quang phổ của nó chứa đủ tất cả các màu như ta đã biết.
      c/ Ánh sáng từ Mặt Trời : Nhiệt độ bề mặt của Mặt Trời vào khoảng 5780 độ K (~5500 độ C), tương ứng vùng ánh sáng lục - lam trên quang phổ là sáng nhất. Ở đây, các bạn cần phân biệt vùng sáng nhất trên QPLT của mặt trời và màu do ánh sáng mặt trời phát ra. Bên trên, ta đã biết, ở 1500 độ C, miền quang phổ đã lan dần hết từ đỏ đến tím, tức ánh sáng do nó phát ra đã có đủ 7 gam màu nên có màu trắng. Vậy ánh sáng Mặt Trời có màu trắng, hơn nữa vào các buổi khác nhau thì thưởng có màu đỏ, cam, vàng khi nhìn từ bế mặt Trái đất do sự tán xạ các tia sáng khi đi qua bầu khí quyển Trái Đất.
  

  Vùng sáng nhất trên QPLT ứng với một số nhiệt độ

      +) Ứng dụng : 
  - Đo nhiệt độ vật, đặc biệt là các ngôi sao ngoài vũ trụ. Các nhà khoa học đã sắp xếp các màu của sao theo thứ tự nhiệt độ tăng dần như sau : đỏ, cam, vàng, trắng, xanh lam. Như vậy, ngôi sao nóng nhất được các nhả khoa học phát hiện có màu xanh lam chứ không phải màu trắng, thường được gọi là Blue main-sequence stars.

Bảng màu sắc và nhiệt độ tương ứng của các sao

Ngôi sao nóng sáng và lớn nhất từng được các nhà KH ghi nhận

• QUANG PHỔ VẠCH PHÁT XẠ (QPVPX) :
  (EMISSION LINE SPECTRUM)
      +) Định nghĩa : là QP gồm các vạch màu riêng lẻ, ngăn cách nhau bằng những khoảng tối.
      +) Nguồn phát : Các chất khí hay hơi ở áp suất thấp bị kích thích (khi nóng sáng hoặc khi có dòng điện phóng qua) như :
  - Ánh sáng của hơi Natri (2 vạch màu vàng).
  - Ánh sáng của hơi H2: xem như gồm 4 vạch: Đỏ (Hα); Lam (Hβ); Chàm (Hγ); Tím (Hδ).

  

  Quang phổ vạch phát xạ của một số chất

  - Ánh sáng của đèn bút thử điện : trong đèn bút thử điện có khí xêôn và được kích thích phát sáng khi có dòng điện chạy qua.
      +) Tính chất :
  - Mỗi chất cho một QPVPX riêng đặc trưng cho nguyên tố đó.
  - QPVPX của mỗi nguyên tố khác nhau về :
  SỐ VẠCH - MÀU SẮC - CƯỜNG ĐỘ SÁNG - BƯỚC SÓNG (VỊ TRÍ)
      +) Ứng dụng :
  - Xác định nguyên tố trong hỗn hợp.
  - Xác định thành phần phần trăm, nồng độ mol của nguyên tố trong nguồn phát.

• QUANG PHỔ VẠCH HẤP THỤ (QPVHT) : (ABSROPTION LINE SPECTRUM)
      +) Định nghĩa : là quang phổ gồm các vạch đen trên nền quang phổ liên tục.
      +) Nguồn phát : Khí hay hơi được chiếu sáng bằng nguồn phát QPLT, với điều kiện :

  - Nhiệt độ của đám khi hay hơi phải NHỎ HƠN nhiệt độ của nguồn phát QPLT.

  

  Quang phổ vạch hấp thụ

      +) Tính chất :
  - Có sự đảo vạch với QPVPX
  - Định luật Kirchoff : Nguyên tố chỉ hấp thụ những bức xạ mà nó có khả năng phát xạ và phát xạ những bức xạ mà nó có khả năng hấp thụ.

  

  So sánh QPVPX (trên) và QPVHT (dưới) của Hidro 

      +) Ứng dụng :
  - Xác định nguyên tố.