Quang phổ học là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong vật lý và hóa học, giúp chúng ta hiểu sâu hơn về cấu trúc và thành phần của các vật chất thông qua việc phân tích ánh sáng. Trong đó, quang phổ vạch hấp thụ và quang phổ vạch phát xạ là hai khái niệm cơ bản nhưng rất quan trọng. Quang phổ vạch hấp thụ xuất hiện khi một chất hấp thụ một số bước sóng cụ thể từ ánh sáng chiếu qua nó, tạo ra các vạch tối trên nền quang phổ liên tục. Ngược lại, quang phổ vạch phát xạ được hình thành khi một chất phát ra ánh sáng ở các bước sóng cụ thể, tạo nên các vạch sáng trên nền tối. Cả hai loại quang phổ này đều cung cấp những thông tin quý giá về tính chất hóa học và vật lý của chất phân tích, từ việc xác định thành phần hóa học đến việc nghiên cứu các quá trình năng lượng bên trong nguyên tử và phân tử. Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu chi tiết về quang phổ vạch hấp thụ và quang phổ vạch phát xạ, cách chúng được hình thành, cũng như các ứng dụng thực tiễn của chúng trong khoa học và công nghệ.
Quang phổ (spectrum) là sự phân tách ánh sáng hoặc các loại bức xạ khác thành các thành phần khác nhau dựa trên bước sóng hoặc tần số. Việc phân tích quang phổ cho phép quan sát và nghiên cứu các thuộc tính của các nguồn bức xạ.
Quang phổ vạch hấp thụ (absorption spectrum) là dạng quang phổ trong đó xuất hiện các vạch hoặc dải tối trên một quang phổ liên tục. Những vạch này biểu thị các bước sóng hoặc tần số của bức xạ bị hấp thụ bởi nguyên tử hoặc phân tử trong mẫu.
Quang phổ vạch phát xạ (emission spectrum) là dạng quang phổ trong đó xuất hiện các vạch sáng trên nền tối. Những vạch này biểu thị các bước sóng hoặc tần số của bức xạ được phát ra bởi nguyên tử hoặc phân tử khi chúng chuyển từ trạng thái kích thích sang trạng thái ổn định hơn.
Nguyên lý hoạt động của quang phổ dựa trên sự phân tách ánh sáng hoặc bức xạ thành các bước sóng thành phần. Khi một nguồn sáng như mặt trời hoặc đèn hồ quang phát ra ánh sáng, ánh sáng này thường chứa nhiều bước sóng khác nhau, tạo thành một phổ liên tục. Khi ánh sáng liên tục đi qua một chất khí hoặc chất lỏng, các nguyên tử hoặc phân tử trong chất đó có thể hấp thụ các photon có năng lượng phù hợp với mức năng lượng của chúng, dẫn đến sự hình thành các vạch tối trên phổ liên tục, gọi là quang phổ vạch hấp thụ. Ngược lại, khi các nguyên tử hoặc phân tử bị kích thích và sau đó phát ra ánh sáng khi chúng trở về trạng thái năng lượng thấp hơn, ánh sáng này có các bước sóng cụ thể, tạo ra các vạch sáng trên nền tối, gọi là quang phổ vạch phát xạ. Các dụng cụ như máy quang phổ và máy quang phổ kế được sử dụng để phân tách và đo cường độ ánh sáng ở các bước sóng khác nhau, cung cấp dữ liệu về phổ hấp thụ hoặc phát xạ.
Máy quang phổ là một thiết bị khoa học dùng để phân tích và tạo ra quang phổ của ánh sáng. Nó hoạt động bằng cách phân tách ánh sáng thành các bước sóng thành phần. Các thành phần chính của máy quang phổ bao gồm:
Nguồn sáng: Cung cấp ánh sáng để phân tích, có thể là nguồn sáng liên tục như đèn hồ quang hoặc nguồn phát ra ánh sáng với các bước sóng cụ thể.
Khe hẹp: Tạo ra một chùm ánh sáng hẹp và đồng đều, giúp việc phân tích ánh sáng chính xác hơn.
Phần phân tách: Chức năng phân tách ánh sáng thành các bước sóng khác nhau, thường sử dụng lăng kính hoặc cách tử nhiễu xạ.
Phần thu thập và ghi nhận dữ liệu: Gồm các thiết bị như máy ảnh hoặc máy quang phổ kế để ghi lại cường độ ánh sáng ở từng bước sóng, cho phép phân tích và đánh giá quang phổ được tạo ra.
