Quang phổ vạch hấp thụ và các vấn đề liên quan đến quang phổ hấp thụ

Quang phổ vạch hấp thụ là một thuật ngữ quen thuộc trong lĩnh vực vật lý học. Nó dùng để chỉ những loại quang phổ có chứa những vạch tối trên nền quang phổ liên tục. Để hiểu rõ hơn các vấn đề liên quan đến quang phổ vạch hấp thụ, các bạn hãy dành ra ít phút để theo dõi nội dung bài viết dưới đây với chúng tôi nhé.

Quang phổ vạch hấp thụ là gì?

Khái niệm quang phổ vạch hấp thụ

Trước khi tìm hiểu khái niệm quang phổ vạch hấp thụ, các bạn cần phải nắm được định nghĩa về quang phổ và trả lời được câu hỏi quang phổ là gì?

Định nghĩa quang phổ

Quang phổ (phân quang học) là các vạch sáng/ tối được hình thành do sự phát xạ hoặc sự hấp thụ ánh sáng. Những vạch sáng/tối này xuất hiện và tạo thành một quang phổ đồng dạng, liên tục trong một dải tần hẹp so với những tần số lân cận khác. Hiểu một cách đơn giản thì quang phổ là một dải chứa những màu sắc giống như sắc cầu vồng, từ màu đỏ đến tím

Quang phổ được hứng trên màn ảnh và quan sát được khi xảy ra hiện tượng tán sắc ánh sáng. Nó được các nhà nghiên cứu khoa học ứng dụng khi chia ánh sáng thu được bằng lăng kính hoặc lưới nhiễu xạ thành những màu sắc hoặc bước sóng khác nhau.

Quang phổ hoạt động theo nguyên lý là tách ánh sáng thành các bước sóng thành phần của nó.

Quang phổ hoạt động theo nguyên lý là tách ánh sáng thành các bước sóng thành phần

Ban đầu, ánh sáng truyền từ kính thiên văn qua một lỗ nhỏ trong máy quang phổ đến một chiếc gương thu thập đường thẳng lên tất cả các tia sáng song song với nhau, sau đó đặt chúng trên một tấm thủy tinh ghi độ mịn, hay còn gọi là độ nhiễu xạ. Khi ánh sáng đi qua hoặc bị bật ra khỏi lưới thuỷ tinh, nhiều bước sóng thành phần của nó sẽ bị thay đổi tốc độ và hướng theo màu quang phổ của chúng.

Lưới thủy tinh sẽ uốn cong ánh sáng màu đỏ theo một cách khác với ánh sáng da cam, ánh sáng tím hay ánh sáng vàng… và trải rộng nhiều bước sóng thành phổ cầu vồng. Khi xoay các điều khiển nhiễu xạ để các bước sóng ánh sáng chiếu tới một một chiếc gương khác, nó sẽ tập trung các bước sóng này vào một bộ tách sóng quang, ví dụ như một thiết bị ghép điện tích.

Trong phòng thí nghiệm hoặc trung tâm nghiên cứu nhỏ, các nhà nghiên cứu khoa học thường dùng máy quang phổ uv-vis để đo chỉ số quang phổ này.

Khái niệm quang phổ liên tục

Quang phổ liên tục là một dải sáng với màu liền nhau, không bị đứt đoạn mà biến đổi (biến thiên) liên tục từ màu đỏ tới màu tím.

Quang phổ liên tục

Quang phổ vạch hấp thụ là gì

Định nghĩa quang phổ vạch hấp thụ hay còn gọi là quang phổ hấp thụ được dùng để chỉ những loại quang phổ có chứa các vạch tối có trên nền của quang phổ liên tục. Quang phổ chứa các vạch quang phổ trong nó được gọi là quang phổ vạch.

Cách tạo ra quang phổ vạch hấp thụ

Trước tiên chúng ta cho các vật phát ra ánh sáng từ một nguồn nóng để tạo nên các dải hoặc bước sóng, tức là tạo nên một phổ liên tục, sau đó cho chúng đi qua khí lạnh. Kết quả là chúng ta sẽ thu được một dải màu biến thiên cùng với các vạch tối chen vào, hay chính là quang phổ vạch hấp thụ. Thông qua việc phân tích các vị trí vạch tối mà các nhà khoa học có thể phát hiện được ra tên của các nguyên tố hóa học.

Cách tạo ra quang phổ vạch hấp thụ

Điều kiện để hình thành sinh quang phổ vạch hấp thụ

Điều kiện phát sinh quang phổ vạch hấp thụ là có ánh sáng trắng đi qua một khối khí hoặc hơi bất kỳ bị nung nóng trong điều kiện nhiệt độ của khối khí/hơi đó thấp hơn nhiệt độ của ánh sáng trắng tạo ra chúng. Dựa vào điều kiện phát sinh của quang phổ vạch hấp thụ mà các nhà nghiên cứu có thể tạo ra loại quang phổ vạch hấp thụ để nhận biết các nguyên tố có trong một hỗn hợp nào đó.

Điều kiện phát sinh quang phổ vạch hấp thụ

Quang phổ vạch hấp thụ có những đặc điểm nào?

Giống như các loại quang phổ khác, quang phổ vạch hấp thụ cũng có những đặc điểm, tính chất riêng, cụ thể là:

- Vị trí các vạch tối trùng với vị trí các vạch màu của nguyên tố có trong chất khí đang xét với điều kiện là chất khí ấy được phát sáng.

- 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 đó sẽ xuất hiện những đám vạch tối. Nguyên nhân của hiện tượng này là do các nguyên tố của chất rắn và chất lỏng đã hấp thụ rất nhiều bức xạ đơn sắc kề nhau.

- Hiện tượng đảo sắc của các vạch quang phổ: Trong những trường hợp đã xuất hiện một quang phổ vạch hấp thụ của đám khí hoặc hơi nào đó mà nguồn sáng trắng bị tắt thì nền quang phổ liên tục của quang phổ hấp thụ trên sẽ biến mất. Đồng thời các vạch đen của quang phổ này sẽ bị đảo sắc và biến thành các vạch màu trong quang phổ phát xạ của đám hơi hoặc khí trên.

Hiện tượng đảo sắc của các vạch quang phổ

- Khả năng phát xạ và hấp thụ tương ứng của đám khí hoặc hơi: Ở một nhiệt độ không đổi cụ thể, một đám khí hoặc hơi có thể phát xạ các ánh sáng đơn sắc nào thì cũng có thể hấp thụ chính các ánh sáng đơn sắc đó.

- Tính riêng biệt: Mỗi một nguyên tố hóa học sẽ có một quang phổ hấp thụ riêng biệt và đặc trưng cho chính nguyên tố đó. Dựa vào đặc điểm này mà các nhà nghiên cứu có thể xác định được các nguyên tố có trong một hợp chất hoặc hỗn hợp nào đó.

Ứng dụng của quang phổ vạch hấp thụ trong nghiên cứu khoa học

Dựa vào tính chất mỗi nguyên tố hóa học lại phát ra một quang phổ vạch hấp thụ riêng biệt mà chúng ta có thể xác định được thành phần các nguyên tố của chất nào bất kỳ thông qua việc phân tích vị trí của các vạch, ví dụ như quang phổ hấp thụ của nguyên tố Hidro đó là 4 vạch tối trên nền dải quang phổ liên tục. Đây là một ứng dụng có vai trò rất quan trọng trong vật lý và đời sống hàng ngày.

Hơn nữa, dựa vào quang phổ vạch hấp thụ mà các nhà nghiên khoa học có thể phân tích các nguyên tố hóa học có trong vật chất ở rất vị trí rất xa, ví dụ như nhờ dùng quang phổ vạch hấp thụ mà các nhà khoa học đã phát hiện ra là Mặt Trời có chứa khí Hidro và Heli để tạo ra phản ứng nhiệt hạch,..

Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

Trong hóa phân tích, quang phổ hấp thụ nguyên tử là một trong những phương pháp quang phổ được sử dụng chủ yếu hiện nay với mục đích định tính và định lượng.

Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (Atomic Absorbtion Spectrometric - AAS) là một loại phương pháp phân tích quang phổ dựa trên nguyên lý hấp thu của hơi nguyên tử, được sử dụng để phân tích một lượng nhỏ (lượng vết) của các kim loại có trong các vật mẫu khác nhau của các chất vô cơ  và hữu cơ. Với phương pháp phổ này, chúng ta có thể định lượng được khoảng 65 nguyên tố kim loại và một số loại á kim ở giới hạn nồng độ cỡ ppm (µg) đến ppb (ng).

Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử sẽ thực hiện việc đo nồng độ nguyên tử ở mức phần triệu trong tất cả các mẫu dựa vào khả năng hấp thụ ánh sáng của chúng ở một bước sóng nhất định. Phổ hấp thu nguyên tử dựa vào khả năng hấp thu có chọn lọc các bức xạ cộng hưởng của nguyên tử khi ở trạng thái tự do. Có thể nói vạch cộng hưởng của mỗi nguyên tố thường là vạch quang phổ nhạy nhất của phổ phát xạ nguyên tử của nguyên tử đó.

Các nguyên tử tự do được tạo ra nhờ vào tác dụng của nguồn nhiệt biến đổi các chất từ trạng thái tập hợp bất kỳ thành trạng thái nguyên tử do xảy ra quá trình nguyên tử hóa. Quá trình này có thể được thực hiện bằng phương cách ngọn lửa (phun dung dịch cần phân tích vào ngọn đèn khí) hoặc không ngọn lửa (lò graphit).

Trong điều kiện nhiệt độ không quá cao, hầu hết các nguyên tử sẽ ở trạng thái cơ bản. Lúc này nếu hướng vào nó một chùm bức xạ điện từ có tần số bằng tần số cộng hưởng các nguyên tử ở trạng thái tự do thì có thể hấp thụ các bức xạ cộng hưởng này và làm giảm cường độ.

Quá trình thực hiện phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

Đa phần các mẫu phân tích bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử đều là các mẫu chất lỏng. Đối với mẫu chất rắn cần được hóa lỏng để phân tích, tuy nhiên kết quả lại nhưng không chính xác bằng.

Quá trình thực hiện phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

Quá trình thực hiện phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử diễn ra như sau:

- Chọn điều kiện và các loại trang bị phù hợp để chuyển hóa mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn hay lỏng) sang trạng thái hơi của các nguyên tử tự do. Quá trình này được gọi là quá trình hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu.

- Tiếp đó chiếu chùm tia sáng bức xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích vào đám hơi nguyên tử vừa được tạo ra ở trên. Các nguyên tử ở trạng thái hơi sẽ hấp thụ những tia bức xạ nhất định, sau đó tạo ra phổ hấp thụ của chúng. Phần cường độ của chùm tia sáng đã bị nguyên tử hấp thụ phụ thuộc vào nồng độ của chính nó trong môi trường hấp thụ. Nguồn cấp chùm tia sáng phát xạ của nguyên tố cần nghiên cứu được gọi là nguồn bức xạ cộng hưởng hoặc bức xạ đơn sắc.

- Nhờ vào hệ thống máy quang phổ mà chúng ta sẽ thu được toàn bộ chùm sáng, phân ly và chọn một vạch hấp thụ của nguyên tố cần nghiên cứu để đo cường độ của nó. Cường độ đo được chính là tín hiệu hấp thụ của vạch phổ hấp thụ nguyên tử. Trong một khoảng thời gian nhất định của nồng độ C, giá trị cường độ này phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ C của nguyên tố trong mẫu cần nghiên cứu.

Các thành phần quan trọng của hệ thống quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS

Hệ thống các thiết bị của phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử bao gồm các phần chính là:

- Nguồn phát ra tia cộng hưởng: Bao gồm hệ thống các đèn catot rỗng (HCL), các đèn phóng điện không điện cực hoặc nguồn phát bức xạ liên tục đã được biến điện.

- Hệ thống nguyên tử hóa mẫu: Là hệ thống được chế tạo theo 2 loại kỹ thuật, đó là kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa (Lò Graphite) và kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn lửa đèn khí.

- Máy quang phổ: Là bộ phận đơn sắc được dùng để thu, phân ly và chọn tia sáng (vạch phổ) cần đo hướng vào nhân quang điện nhằm phát hiện tín hiệu hấp thụ AAS của vạch phổ.

- Hệ thống chỉ thị tín hiệu hấp thụ của vạch phổ hay chính là cường độ của vạch phổ hấp thụ hoặc nồng độ nguyên tố phân tích.

Hệ thống các thiết bị của phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

Các ưu, nhược điểm của phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS là gì?

Ưu điểm của phương pháp AAS

Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS có độ chính xác cao và phân tích được rất nhiều nguyên tố trong một khoảng thời gian ngắn.

Độ chính xác của máy quang phổ hấp thụ nguyên tử cao (RSD < 2%) và độ lặp lại cũng rất tốt (RSD < 1%). Hơn nữa, độ nhạy của máy cũng rất cao, có thể đo được hàm lượng tới ppb (microgam/ kg).

Nhược điểm của phương pháp AAS

- Tốn nhiều chi phí đầu tư để hệ thống thiết bị cao AAS.

- Là phương pháp cần sử dụng những máy móc phức tạp, đòi hỏi người phân tích phải có trình độ và có chuyên môn cao.

- Khi phân tích hàm lượng vết bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử quá trình nhiễm bẩn có thể xảy ra

Máy đo quang phổ là gì?

Máy quang phổ là một trong những thiết bị được sử dụng để phân tích và tiến hành các thử nghiệm hóa chất tại phòng thí nghiệm của các trường học, nhà máy sản xuất công nghiệp, dược phẩm,…Cụ thể hơn thì máy đo quang phổ là dụng cụ dùng để phân tích các chùm sáng có nhiều thành phần phức tạp thành những ánh sáng có tính đơn sắc khác nhau nhằm thu thập các thông tin về thành phần, tính chất hoặc trạng thái của những khối vật chất có liên quan đến chùm ánh sáng đó.

Máy đo quang phổ

Máy quang phổ là một thiết bị đo màu được sử dụng để chụp và đánh giá màu sắc trên mọi loại vật liệu, bao gồm cả chất lỏng, kim loại, nhựa, giấy và vải.

Nguyên lý hoạt động của máy đo quang phổ

Nguyên lý hoạt động của máy đo màu quang phổ dựa trên hiện tượng phản xạ ánh sáng với nguồn sáng tới là ánh sáng trắng bao gồm những tia sáng đơn sắc với các bước sóng khác nhau từ đỏ đến tím đến chiếu vào vật thể cần quan sát. Các tia sáng này sau đó sẽ phản xạ lại mắt và tia sáng có màu nào thì người quan sát sẽ nhìn ra vật thể có màu sắc như thế.

Tia sáng phản xạ có màu nào thì người quan sát sẽ nhìn ra vật thể có màu sắc đó

Ứng dụng của máy quang phổ là gì?

Trong cuộc sống, máy đo quang phổ có rất nhiều ứng dụng, điển hình là:

- Tái chế tài nguyên: Để việc tái chế các nguồn tài nguyên có hiệu quả, việc quan trọng đầu tiên là phải phân loại phế thải đã thu gom.

- Phục hồi các tác phẩm nghệ thuật: Máy quang phổ huỳnh quang tia X thường được sử dụng tiến hành phục hồi các tác phẩm nghệ thuật do nó là máy phân tích tích nhanh và không gây phá hiểu vật liệu.

- Kiểm tra các nguyên tố độc hại: Nhằm đảm bảo những vật liệu được sử dụng trong các thiết bị điện, điện tử, đồ chơi trẻ em,…. không chứa các nguyên tố độc hại với hàm lượng vượt quá tiêu chuẩn an toàn cho phép.

Kiểm tra các nguyên tố độc hại có trong đồ chơi trẻ em

- Đồng nhất các chất: Thông qua sự đồng nhất về phổ quang hồng ngoại của 2 mẫu hợp chất, chúng ta có thể kết luận sự đồng nhất về bản chất của 2 mẫu hồng ngoại này với mức độ chính xác khá cao.

- Xác định cấu trúc phân tử: Thông qua tần số của các vạch phổ hấp thụ mà chúng ta có thể biết được sự có mặt của các nhóm chức trong phân tử.

- Nhận biết các chất: Hiện nay đã có một số tuyển tập phổ hồng ngoại của các chất và các tần số nhóm đặc trưng được công bố.

- Phân tích định lượng: Máy quang phổ cho phép tăng tỷ lệ tín hiệu/nhiễu giúp cho việc phân tích định lượng tăng thêm độ chính xác, từ đó mở rộng được phạm vi phân tích định lượng.

LabVIETCHEM – Địa chỉ bán máy quang phổ chất lượng, giá tốt

Trên thị trường máy quang phổ hiện nay, công ty LabVIETCHEM được đánh giá là địa chỉ bán máy quang phổ uy tín, chất lượng nhất với các sản phẩm đa dạng mẫu mã đến từ nhiều thương hiệu nổi tiếng trên thế giới như Labtron - Anh, Klab – Hàn Quốc, Hanna – Ý,…

Máy đo quang phổ chỉ tiêu Iris HI801 Hanna

Với nhiều năm hoạt động trong lĩnh vực nhập khẩu và phân phối các loại dụng cụ, thiết bị khoa học kỹ thuật nói chung và máy quang phổ nói riêng, LabVIETCHEM cam kết tất cả các sản phẩm đều có chất lượng chính hãng, đầy đủ chính sách bảo hành và được bán với giá cạnh tranh nhất thị trường. Ngoài ra, khi mua hàng tại công ty, mọi quý khách hàng đều được hỗ trợ giao hàng toàn quốc với mức phí ship rẻ nhất.

Hy vọng rằng với những thông tin mà chúng tôi đã chia sẻ ở trên, quý khách đã nắm được các thông tin quan trọng về quang phổ vạch hấp thụ và nếu quý khách nào có nhu cầu sử dụng máy quang phổ, hãy liên hệ ngay với LabVIETCHEM theo số HOTLINE 0826 020 020 để nhận tư vấn và báo giá chi tiết nhất nhé.