Quang phổ ánh sáng – ứng dụng quang phổ trong đời sống

1. Quang phổ ánh sáng là gì?

Quang phổ hay còn gọi là phân quang học. Quang phổ được hiểu đơn giản là một dải màu giống như sắc cầu vồng hứng được trên màn ảnh khi có hiện tượng tán sắc ánh sáng.

Quang phổ được các nhà khoa học nghiên cứu ứng dụng khi chia ánh sáng thu được bằng lăng kính hoặc lưới nhiễu xạ thành các màu khác nhau của nó, hoặc bước sóng. Thông thường một lăng kính hoặc lưới nhiễu xạ được sử dụng cho mục đích này. Kết quả là màu sắc cầu vồng được ghi lại trên phim hoặc bằng điện tử. Các đường thẳng (sáng hoặc tối) chắc chắn xuất hiện trong quang phổ như vậy cho biết thành phần của khí ở các vùng bên ngoài của các ngôi sao hoặc các hành tinh đang được kiểm tra.

2. Lịch sử về quang phổ ánh sáng

Vào thế kỉ 13, Roger Bacon đã đưa ra giả thuyết rằng cầu vồng được tạo ra bằng một quá trình tương tự khi ánh sáng đi qua thủy tinh.

Vào thế kỉ 17, Isaac Newton đã phát hiện ra rằng các lăng kính có thể tách và gộp ánh sáng trắng, và đã mô tả hiện tượng này trong quyển sách của ông có tên Opticks. Ông đã sử dụng thuật ngữ spectrum (Latin là quang phổ cho sự xuất hiện) trong bối cảnh này, được xuất bản năm 1671 khi mô tả các thí nghiệm quang học. Newton đã quan sát rằng, khi một chùm ánh sáng mặt trời hẹp va chạm vào một bề mặt lăng kính thủy tinh với một góc nhất định, một vài tia phản xạ và một vài tia xuyên vào bên trong và thoát ra khỏi lăng kính tạo thành nhiều kênh màu khác nhau. Newton đã giả thiết rằng ánh sáng được cấu tạo bởi nhiều hạt với nhiều màu sắc khác nhau. Do sự khác biệt về màu sắc ánh sáng di chuyển với tốc độ khác nhau trong vật chất trong suốt, ánh sáng đỏ di chuyển nhanh hơn ánh sáng tím trong thủy tinh. Kết quả là ánh sáng đỏ bị bẻ cong (khúc xạ) ít hơn so với ánh sáng tím khi xuyên qua lăng kính tạo ra quang phổ nhiều màu sắc.

Ban đầu, Newton đã chia quang phổ thành 6 màu có tên là:đỏ, cam , vàng, lục, lam và tím . Sau đó, ông thêm màu chàm là màu thứ 7 vì ông tin rằng số 7 là một số hoàn hảo có nguồn gốc từ các giáo sĩ Hy Lạp cổ đại , thể hiện sự liên hệ giữa màu sắc với 7 nốt nhạc, 7 thiên thể đã được biết đến trong hệ mặt trời lúc đó, và 7 ngày trong tuần. Mắt người tương đối không nhạy cảm với tần số của màu chàm, và một vài người có tầm nhìn tốt không thể phân biệt được màu chàm với các lam và tím. Vì lý do này, một vài nhà bình luận sau đó, bao gồm cả Isaac Asimov đã đề nghị rằng màu chàm không nên xem là một màu riêng mà là một phần giữa lam hoặc tím. Bằng chứng cho thấy rằng những gì Newton đề cập về “chàm” và “xanh” không khớp với những ý nghĩa hiện đại về màu sắc. Khi so ssa1h quan sát của Newton trên lăng kính màu với hình ảnh màu của quang phổ nhìn thấy cho thấy rằng “màu chàm” tương ứng với màu mà ngày nay gọi là xanh lam, trong khi đó màu “xanh lam” ông mô tả tương ứng với màu xanh lơ.

Đến thế kỉ 18, Johann Wolfgang von Goethe đã viết về phổ quang học trong quyển sách của ông có tên Lý thuyết về màu sắc. Goethe sử dụng từ quang phổ (Spektrum) để ám chỉ dư ảnh quang học ma thuật, như Schopenhauer trong quyển On Vision and Colors. Goethe cho rằng quang phổ liên tục là một hiện tượng tổng hợp. Trong khi đó, Newton đã thu hẹp chùm ánh sáng để cô lập hiện tượng, Goethe đã quan sát rằng khẩu độ rộng hơn không tạo ra một quang phổ mà tạo ra rìa của màu vàng-đỏ và xanh lơ-lam có màu trắng ở giữa. Quang phổ chỉ hiển thị khi rìa của các màu này đủ gần để chồng lên nhau.

Vào thế kỉ 19, khái niệm về quang phổ nhìn thấy trở nên rõ ràng hơn, khi ánh sáng ở ngoài vùng nhìn thấy được phát hiện và được đặc trưng hóa bởi William Herschel với hồng ngoại và Johann Wilhelm Ritter với cực tím, Thomas Young, Thomas Johann Seebeck, và những người khác. Young đã đo đạc được các bước sóng của những màu khác nhau năm 1802.

3. Nguyên lý hoạt động của quang phổ

Một quang phổ tách ánh sáng thành các bước sóng thành phần của nó.

Thứ nhất, ánh sáng truyền từ kính thiên văn qua một lỗ nhỏ trong máy quang phổ tới một chiếc gương thu thập đường thẳng lên tất cả các tia sáng song song với nhau. Sau đó chúng được đặt tới một tấm thủy tinh ghi độ mịn được gọi là độ nhiễu xạ.

Khi ánh sáng đi qua hoặc bật ra khỏi lưới thuỷ tinh này, nhiều bước sóng thành phần của nó từng thay đổi tốc độ và hướng theo màu quang phổ của chúng.

Lưới uốn cong ánh sáng đỏ theo một cách khác với ánh sáng màu da cam, ánh sáng vàng…, trải rộng nhiều bước sóng thành phổ cầu vồng. Xoay các điều khiển nhiễu xạ mà các bước sóng ánh sáng chiếu tới một gương khác. Nên nó tập trung các bước sóng này vào một bộ tách sóng quang, chẳng hạn như một thiết bị ghép điện tích.

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

4. Các loại quang phổ thông dụng

4.1. Quang phổ liên tục

• Quang phổ liên tục là dải sáng có màu biến đổi liên tục từ đỏ, cam , vàng, lục, lam, chàm , tím.

⭐ nguồn phát của quang phổ liên tục:

• Các vật phát ra ánh sáng trắng.
• Các chất rắn, lỏng, khí có tỉ khối lớn (áp suất cao) bị nung nóng.

⭐ Đặc điểm:

• Không phụ thuộc cấu tạo của nguồn sáng, mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của nguồn sáng.
• Nhiệt độ nguồn sáng càng cao, quang phổ càng mở rộng về miền sáng có bước sóng ngắn.
• Ví dụ: Ở 5000C các vật phát tia đỏ yếu, đến 8000C vật đỏ tươi trên quang phổ có màu đỏ và cam, đến 15000C quang phổ có đủ 7 màu nhưng màu tím rất yếu, đến 22000C vật sáng trắng quang phổ gồm đủ 7 màu với màu tím mạnh hơn nhiều.

⭐ Ứng dụng: Khảo sát quang phổ liên tục của 1 vật sáng, ta có thể xác định:

– Nhiệt độ và áp suất của vật đó, do đó quang phổ liên tục dùng để đo các nhiệt độ cao.

– Đo được nhiệt độ nguồn sáng ở rất xa như mặt trời, các vì sao. . .

4.2. Quang phổ hấp thụ

⭐Quang phổ hấp thụ là phổ của các đường hấp thụ hoặc các dải , được tạo ra khi ánh sáng từ một nguồn nóng, chính nó tạo ra một phổ liên tục, đi qua một khí lạnh. Phổ hấp thụ của vật liệu cho thấy phần bức xạ điện từ tới được vật liệu hấp thụ qua một dải tần số. Một phổ hấp thụ có cơ chế ngược lại với phổ phát xạ.

⭐Nguyên lý hoạt động của quang phổ hấp thụ

• Đầu tiên chúng ta cho các vật phát ra ánh sáng từ một nguồn nóng để tạo thành các dải hoặc bước sóng hay nói chính xác hơn là tạo ra một phổ liên tục. Sau đó ta cho đi qua một khí lạnh. Kết quả chúng ta sẽ thu được một dải màu biến thiên cùng với các vạch tối chen vào.
• Bằng việc phân tích chính các vị trí vạch tối các nhà khoa học sẽ phát hiện được các nguyên tố hóa học.

⭐Nguồn phát ra quang phổ hấp thụ

• Chiếu ánh sáng trắng qua chất khí hay hơi nung nóng.
• Nhiệt độ khí hay hơi phải nhỏ hơn nhiệt độ nguồn sáng trắng.

⭐Đặc điểm của quang phổ hấp thụ

• Quang phổ chứa các vạch quang phổ thì được gọi là quang phổ vạch.
• Ở một nhiệt độ nhất định, một đám khí hoặc hơi có khả năng phát xạ ra những loại ánh sáng đơn sắc nào thì nó cũng sẽ có khả năng hấp thụ những loại ánh sáng đơn sắc đó.

• Với những chất khác nhau thì sẽ có bước sóng và số vạch khác nhau. Vì vậy, mỗi nguyên tố hóa học đều có quang phổ vạch hấp thụ riêng đặc trưng cho chính nguyên tố
• Các Phổ hấp thụ của vật liệu cho thấy phần bức xạ điện từ tới được vật liệu hấp thụ qua một dải tần số. Một phổ hấp thụ có cơ chế ngược lại với phổ phát xạ.
• Xuất hiện hiện tượng đảo sắc của các vạch quang phổ: Khi có quang phổ vạch hấp thụ (quang phổ hấp thụ) của một đám khí hay hơi, nếu tắt nguồn sáng trắng thì nền của quang phổ liên tục sẽ biến mất và những vạch đen của quang phổ vạch hấp thụ sẽ trở thành những vạch màu của quang phổ vạch phát xạ của chính đám khí hay hơi đó.
• Và một đặc điểm quan trọng nữa đó chính là Quang phổ hấp thụ chỉ phụ thuộc vào bản chất hóa học của nguyên tố hóa học.

⭐Ứng dụng của quang phổ hấp thụ

• Quang phổ hấp thụ có thể được sử dụng để xác định các thành phần có trong khí hoặc chất lỏng trên nguyên tắc xác định các vạch hấp thụ. Phương pháp này được sử dụng để suy luận sự hiện diện của các nguyên tố trong các ngôi sao và các vật thể khí khác không thể đo trực tiếp.
• Ngoài ra, Nó còn được dùng để xác định nguyên tố hóa học trong các hợp chất hoặc hỗn hợp.

4.3. Quang phổ vạch phát xạ

• Quang phổ vạch phát xạ mô tả các bước sóng của phổ điện từ phát ra bởi một vật thể chứa nhiều năng lượng.
• Quang phổ vạch phát xạ là một khái niệm dùng để chỉ những vạch màu sáng liên rẻ, ngắt quãng hứng được trên nền tối.

⭐ Nguồn phát :

• Chất khí,hơi ở áp suất thấp bị kích thích phát sáng bằng nung nóng hay phóng tia lửa điện.
• Kim loại nóng chảy, bay hơi

⭐ Nguyên lý hoạt động của quang phổ vạch phát xạ

• Cũng giống như quang phổ hấp thụ, quang phổ vạch phát xạ cũng dựa trên việc phân tích vị trí của các vạch màu để xác định các nguyên tố hóa học.
• Ngoài ra, Quang phổ vạch phát xạ còn dựa trên việc sáng định độ sáng để có thể ứng dụng trong y học.

⭐ Đặc điểm của quang phổ vạch phát xạ:

• Quang phổ vạch phát xạ đó là mỗi nguyên tố có đặc điểm quang phổ đặc trưng riêng.Màu sắc của các vạch sáng của quang phổ vạch phát xạ của mỗi nguyên tố cũng là duy nhất.
• Mỗi nguyên tố hóa học sẽ có quang phổ đặc trưng riêng cho nguyên tố đó. Dựa vào đặc điểm này, ta cũng có thể nhận biết các chất hóa học có trong hợp chất.

⭐ Ứng dụng của quang phổ phát xạ

• Trong thiên văn học, quang phổ vạch phát xạ thường đề cập đến quang phổ của một ngôi sao, tinh vân, hoặc hành tinh bất kỳ nào khác.
• Trong hóa học. quang phổ vạch dùng để xác định các nguyên tố hóa học đã có sẵn hoặc phát hiện nguyên tố hóa học mới.
• Ngoài ra, nó còn được ứng dụng trong y khoa.

4. 4. Quang phổ điện từ

5. Phép phân tích quang phổ và tiện lợi của phép phân tích quang phổ

Phép phân tích quang phổ và tiện lợi của phép phân tích quang phổ :

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

Các phép phân tích quang phổ và tiện lợi:

1. Phép phân tích định tính: Xác định các nguyên tố cấu tạo của một mẫu vật bằng quang phổ vạch.
2. Phép phân tích định lượng:

• Xác định nhiệt độ của mẫu vật bằng quang phổ liên tục.
• Xác định nồng độ các thành phần cấu tạo bằng cường độ sáng của các vạch quang phổ. Có thể phát hiện nồng độ rất nhỏ của chất trong mẫu cần phân tích (thường cỡ 0,002%).

1. Ưu điểm:

• Cho kết quả nhanh hơn, nhạy hơn, chính xác hơn phép phân tích hóa học.
• Khả năng phân tích từ xa, cho biết thành phần hóa học, nhiệt độ .

6. Ứng dụng quang phổ (Máy quang phổ)

Khái niệm máy đo quang phổ

Một trong những thiết bị dùng để phân tích và thử nghiệm hóa chất được ứng dụng rộng rãi trong giáo dục, phòng thí nghiệm, công nghiệp, môi trường, dược phẩm… Đó là máy đo quang phổ.

Máy quang phổ là dụng cụ dùng để phân tích chùm sáng có nhiều thành phần phức tạp thành những ánh sáng mang tính đơn sắc khác nhau. Với mục đích đó là nhằm thu được các thông tin về thành phần, tính chất hay trạng thái của những khối vật chất liên quan đến chùm ánh sáng đó.

Nguyên lý hoạt động của máy đo quang phổ

Nguyên lý máy đo màu quang phổ là do hiện tượng phản xạ ánh sáng, nguồn sáng tới là ánh sáng trắng bao gồm các tia sáng đơn sắc với những bước sóng khác nhau từ đỏ đến tím chiều vào vật thể cần quan sát. Sau đó tia sáng phản xạ lại mắt người là tia sáng có màu nào thì người quan sát sẽ nhìn ra vậy có màu sắc như thế.

Ứng dụng của máy quang phổ

Máy đo quang phổ có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống. Ta có thể xem một vài ứng dụng của máy phổ quang thông qua những lợi ích mà nó mang lại như sau:

• Tái chế tài nguyên: Để tái chế tài nguyên có hiệu quả, điều quan trọng là phân loại phế thải đã thu gom.
• Phục hồi tác phẩm nghệ thuật : Do là phương pháp phân tích nhanh và không phá hủy nên máy quang phổ huỳnh quang tia X được sử dụng tiến hành hoạt động này.
• Kiểm tra những nguyên tố độc hại: Để đảm bảo vật liệu sử dụng trong các thiết bị điện, điện tử và ôtô hoặc đồ chơi trẻ em không chứa những nguyên tố độc hại với hàm lượng vượt quá tiêu chuẩn cho phép.
• Đồng nhất các chất: Từ sự đồng nhất về phổ quang hồng ngoại của hai mẫu hợp chất có thể kết luận sự đồng nhất về bản chất của hai mẫu hồng ngoại với mức độ chính xác khá cao
• Xác định cấu trúc phân tử: Từ tần số của các vạch phổ hấp thụ ta có thể biết sự có mặt của các nhóm chức trong phân tử.
• Nhận biết các chất: Hiện nay người ta đã công bố một số tuyển tập phổ hồng ngoại của các chất và các tần số nhóm đặc trưng
• Phân tích định lượng: Máy đo quang phổ cho phép sự tăng tỷ lệ tín hiệu/nhiễu làm cho việc phân tích định lượng càng thêm chính xác và do đó mở rộng được phạm vi phân tích định lượng.

Tham khảo những mẫu đèn năng lượng mặt trời mới nhất phù hợp lắp đặt cổng, sân, vườn, đường làng,…Chiếu sáng suốt đêm mà không tốn tiền điện.

Có thể bạn cũng quan tâm:

• Bước sóng ánh sáng và những điều cần biết
• Quang thông là gì? Quang thông quan trọng như thế nào trong lựa chọn đèn chiếu sáng
• Lux là gì? Lux, Lumen và Cadenla khác nhau như thế nào?
• Hiệu suất phát quang là gì? 5 điều cần biết về hiệu suất phát sáng
• Độ chói là gì? Công thức tính độ chói
• Cường độ ánh sáng là gì? cách tính cường độ ánh sáng
• Nhiệt độ màu Kelvin là gì? Ý nghĩa của nhiệt độ màu trong đời sống
• Nên sử dụng đèn ánh sáng trắng hay đèn ánh sáng vàng?
• Đèn Led năng lượng mặt trời giải – Giải pháp tiết kiệm điện cho các hộ gia đình

Kingsolar Việt Nam