Máy phân tích quang phổ, các loại quang phổ ánh sáng
Chương V: Ánh sáng tia hồng ngoại, tia tử ngoại, tia cực tím
Máy phân tích quang phổ là dụng cụ quang học có tác dụng phân tách chùm sáng phức tạp thành các thành phần đơn sắc dựa trên hiện tượng tán sắc ánh sáng.
Máy phân tích quang phổ, các loại quang phổ ánh sáng
1/ Máy phân tích quang phổ lăng kính:
Hình minh họa máy phân tích quang phổ lăng kính
Hình minh họa cách quan sát quang phổ của một vật phát quang qua máy phân tích quang phổ lăng kính.
2/ Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của máy phân tích quang phổ lăng kính
Cấu tạo cơ bản của máy phân tích quang phổ lăng kính
a/ Ống chuẩn trực:
- là một ống hình trụ, một đầu có thấu kính hội tụ L1, đầu còn lại có một khe hẹp đặt tại tiêu điểm chính của thấu kính hội tụ L1.
- Chiếu sáng khe hẹp F bằng nguồn S mà ta khảo sát thì F tác dụng như một nguồn sáng. Ánh sáng đi từ F sau khi qua L1 sẽ là một chùm tia song song.
b/ Hệ tán sắc:
- Gồm hệ lăng kính P có tác dụng phân tích chùm tia sáng song song đi ra từ lăng kính thành nhiều chùm tia đơn sắc.
c/ Buồng tối (hay còn gọi là buồng ảnh):
- Là một hộp kín ngăn cản ánh sáng từ bên ngoài lọt vào, một đầu là thấu kính hội tụ L2, đầu kia có một tấm màn để thu ảnh đặt ở mặt phẳng tiêu diện của thấu kính L2.
- Các chùm đơn sắc sau khi đi qua thấu kính L2 sẽ hội tụ tại màn quan sát. Trên màn quan sát có tấm phim K chụp lại ảnh của tất cả các chùm tia sáng đã được phân tích đi qua khe F,
Cách hoạt động của máy phân tích quang phổ lăng kính
3/ Các loại quang phổ của ánh sáng
a/ Quang phổ phát xạ: là quang phổ do chất rắn, lỏng, khí ở nhiệt độ cao phát ra. Quang phổ phát xạ chia làm quang phổ liên tục và quang phổ vạch (quang phổ vạch phát xạ)
Quang phổ liên tục: Là dải màu từ đỏ đến tím nối liền nhau một cách liên tục do chất rắn, lỏng, khí ở áp suất lớn phát ra khi bị nung nóng. Quang phổ liên tục của các chất khác nhau ở cùng nhiệt độ thì hoàn toàn giống nhau => Quang phổ liên tục phụ của một nguồn phát sáng thuộc vào nhiệt độ của nguồn phát sáng mà không phụ thuộc vào cấu tạo vật chất của nguồn sáng (bóng đèn sợi đốt và mặt trời có cấu tạo vật chất khác nhau nhưng cùng phát ra quang phổ liên tục).
Ảnh minh họa quang phổ liên tục do các nguồn sáng có nhiệt độ cao như mặt trời, bóng đèn dây tóc phát ra
Quang phổ vạch phát xạ: là một hệ thống những vạch sáng riêng lẻ ngăn cách nhau bằng những khoảng tối do chất khí ở áp suất thấp phát ra khi bị kích thích bằng nhiệt, hay bằng điện. Quang phổ vạch của những nguyên tố khác nhau thì khác nhau về số lượng vạch
Hình minh họa quang phổ vạch của một số chất
b/ Quang phổ hấp thụ (vạch hấp thụ): Là hệ thống các vạch tối trên nền quang phổ liên tục.
Ảnh minh họa quang phổ vạch hấp thụ (là những vạch tối)
Điều kiện phát sinh quang phổ vạch hấp thụ: Đặt một chất khí áp suất thấp trên đường đi của một chùm ánh sáng trắng. Khi đó Vị trí của các vạch tối trùng với vị trí các vạch màu của nguyên tố có trong chất khí đang xét ở điều kiện chất khí ấy được phát sáng.
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.
Hình minh họa phân biệt giữa quang phổ liên tục và quang phổ vạch
4/ Ứng dụng của máy phân tích quang phổ:
Trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học ta đã có tên các chất khác nhau, người ta kích thích (nung nóng) cho các chất đó phát sáng chùm sáng đó đi qua máy phân tích quang phổ sẽ thu được quang phổ vạch phát xạ (vạch mẫu) ứng với từng chất.
Khi đưa một chất không biết vào kiểm nghiệm người ta cũng kích thích cho chất đó phát sáng rồi so sánh với quang phổ mẫu của các chất đã biết từ đó suy ra các thành phần (nguyên tố) vật chất cấu tạo nên nguồn sáng.
Trong thực tế, các tiệm vàng uy tín trong nước đều sử dụng phương pháp phân tích quang phổ để tìm hiểu xem vàng mang đến bán có phải nguyên chất (vàng mười, vàng 9999 – 99,99% là vàng còn lại 0,01% là tạp chất).
Ngày xưa khi công nghệ chưa phát triển người ta thử vàng bằng lửa (nung nóng) miếng vàng sẽ bị nóng chạy dưới nhiệt độ cao, nếu có tạp chất phần vàng nóng chảy sẽ có cặn đen xuất hiện, tuy nhiên ngày nay công nghệ đã phát triển rất cao việc làm giả vàng bằng pha thêm các tạp chất khác vào khiến việc kiểm định thủ công như thế không còn chính xác nữa => phải sử dụng phương pháp phân tích quang phổ.
Cũng nhờ phương pháp phân tích quang phổ mà các nhà vật lý khoa học vũ trụ có thể phát hiện ra ngôi sao ở cách xa chúng ta (mặt trời) có nhiệt độ là bao nhiêu