Kỹ thuật phổ và ứng dụng của nó được mô tả ngắn gọn

Sóng ánh sáng được tạo ra bởi các electron di chuyển trong các nguyên tử. Các electron trong các nguyên tử của các chất khác nhau di chuyển khác nhau, do đó chúng phát ra các sóng ánh sáng khác nhau. Nó có ý nghĩa lý thuyết và thực tiễn tuyệt vời để nghiên cứu sự phát quang và hấp thụ các chất khác nhau, và đã trở thành một chủ đề đặc biệt - quang phổ.

Quang phổ được tạo ra trực tiếp bởi sự phát xạ ánh sáng từ một vật thể được gọi là phổ phát xạ. Có hai loại phổ phát xạ: phổ liên tục và phổ mở.

Một phổ liên tục của ánh sáng màu, từ đỏ đến tím, được gọi là phổ liên tục. Phổ phát xạ của các chất khí nóng, lỏng và áp suất cao là phổ liên tục. Ví dụ, ánh sáng từ dây tóc điện và ánh sáng từ nước thép nóng tạo thành một phổ liên tục.

Một phổ chứa các đường sáng không liên tục được gọi là phổ vạch sáng. Các đường sáng trong phổ vạch mở được gọi là các vạch phổ và mỗi dòng tương ứng với một bước sóng ánh sáng khác nhau. Phổ phát xạ của khí hiếm hoặc hơi kim loại là phổ vạch mở. Phổ vạch mở được phát ra bởi các nguyên tử trong trạng thái tự do, vì vậy nó còn được gọi là phổ nguyên tử. Khi bạn nhìn vào quang phổ nguyên tử của khí, bạn có thể sử dụng ống phổ, đó là một ống thủy tinh mỏng, kín với một khí áp suất thấp bên trong và hai điện cực ở cả hai đầu của ống. Khi hai điện cực được nối với nguồn điện cao thế, khí mỏng trong ống phát sáng, tạo ra một màu ánh sáng nhất định.

Phổ nguyên tử của vật liệu rắn hoặc lỏng, có thể đặt chúng trong ngọn lửa đốt Bunsen hoặc hồ quang điện để đốt cháy, làm cho chúng phát sáng sau khi khí hoá, bạn có thể nhìn thấy từ quang phổ của phổ mở của chúng.

Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng các nguyên tử khác nhau phát ra các phổ vạch mở khác nhau, và mỗi phần tử có một phổ vạch mở nhất định. Mỗi nguyên tử chỉ có thể phát ra một số bước sóng ánh sáng có đặc điểm riêng của chúng. Do đó, đường phổ của phổ vạch mở được gọi là đường phổ đặc trưng của nguyên tử. Các đường phổ đặc trưng của các nguyên tử có thể được sử dụng để xác định các chất và nghiên cứu cấu trúc của các nguyên tử.

Phổ hấp thụ phát ra bởi các vật thể trong ánh sáng trắng nhiệt độ cao (chứa tất cả các bước sóng ánh sáng) phân bố liên tục qua vật liệu, sau một số bước sóng ánh sáng được hấp thụ bởi vật liệu phổ, gọi là phổ hấp thụ. Hãy để đèn hồ quang phát ra ánh sáng trắng, ví dụ, thông qua khí nhiệt độ với natri thấp (trên đèn cồn tự chui một chút muối, phân hủy nhiệt natri muối có thể tạo ra khí), và sau đó quan sát bằng quang phổ, bạn sẽ thấy trong nền của liên tục phổ có hai nhận được rất gần với bóng tối, đây là phổ hấp thụ nguyên tử natri. Cần lưu ý rằng mỗi vạch tối trong phổ hấp thụ của các nguyên tử khác nhau tương ứng với một vạch sáng trong phổ phát xạ của nguyên tử đó. Và điều này cho thấy rằng ánh sáng mà các nguyên tử của khí lạnh hấp thụ chính xác là ánh sáng mà các nguyên tử phát ra ở nhiệt độ cao. Do đó, các vạch phổ (đường tối) trong phổ hấp thụ cũng là các đường quang phổ đặc trưng của các nguyên tử, nhưng chúng thường thấy ít trong phổ hấp thụ hơn trong phổ mở.

Phân tích quang phổ vì mỗi nguyên tử có các đường phổ đặc trưng riêng của nó, các chất có thể được xác định và thành phần hóa học của chúng được xác định theo quang phổ. Phương pháp này được gọi là phân tích quang phổ. Trong phân tích quang phổ, có thể sử dụng cả phổ phát xạ và hấp thụ. Ưu điểm của phương pháp này là nó rất nhạy cảm và nhanh chóng. Một phần tử có hàm lượng từ 10 đến 10 gam trong một chất có thể được phát hiện từ đường phổ đặc trưng của nó và có thể được phát hiện. Phân tích quang phổ đã được sử dụng rộng rãi trong khoa học và công nghệ:

Phân tích quang phổ là cần thiết khi kiểm tra xem liệu các vật liệu bán dẫn silicon và germanium có đáp ứng các yêu cầu về độ tinh khiết cao hay không.

Trong lịch sử, phân tích quang phổ cũng đã giúp xác định nhiều yếu tố mới. Ví dụ, rubidi và xêzi được phát hiện bằng cách nhìn vào các đường phổ đặc trưng chưa biết trước đó trong quang phổ.

Phân tích quang phổ cũng hữu ích cho việc nghiên cứu thành phần hóa học của các thiên thể. Vào đầu thế kỷ XIX, khi nghiên cứu quang phổ mặt trời, nó đã được tìm thấy rằng có nhiều đường tối trong phổ liên tục của nó. Ban đầu không biết những gì các đường tối được hình thành, sau đó mọi người hiểu được nguyên nhân của quang phổ hấp thụ, chỉ biết điều này là từ bên trong ánh sáng mặt trời chói sau khi nhiệt độ thấp của bầu không khí mặt trời của quang phổ hấp thụ. Cẩn thận phân tích các hệ thống dây điện này, so sánh nó với quang phổ của nguyên tử, người ta biết rằng bầu không khí của mặt trời chứa hydrogen, heli, nitơ, cacbon, oxy, sắt, magiê, silic, canxi, natri và hàng chục nguyên tố.

Các mẫu được sắp xếp theo trình tự theo bước sóng sau khi tách ánh sáng trong hệ phân tán, chẳng hạn như phổ màu của tia nắng mặt trời trong phân bố liên tục theo thứ tự của màu đỏ, cam, vàng, xanh lá cây, chàm và tím. Cấu trúc, cơ chế, tính chất và ứng dụng của quang phổ trong nghiên cứu khoa học và thực hành sản xuất đã tích lũy kiến thức phong phú và tạo thành một chủ đề rất quan trọng - quang phổ. Quang phổ được sử dụng rộng rãi đến nỗi mỗi nguyên tử có phổ độc đáo riêng của nó, giống như dấu vân tay. Chúng tạo thành một số đường phổ theo các quy tắc nhất định. Các thuộc tính của các đường phổ nguyên tử liên quan chặt chẽ đến các cấu trúc nguyên tử, là cơ sở quan trọng để nghiên cứu các cấu trúc nguyên tử. Nguyên lý ứng dụng quang phổ và phương pháp thực nghiệm phân tích phổ có thể được thực hiện, mỗi phần tử có đường phân định duy nhất của nó, đưa một số chất phổ mở và nhận dạng các nguyên tố đã biết bằng cách so sánh đường phổ có thể biết được. , sử dụng phổ không chỉ có thể xác định thành phần hóa học vật chất định lượng và có thể xác định được bao nhiêu phần tử. Phương pháp phân tích quang phổ có độ nhạy và độ chính xác cao. Trong thăm dò địa chất, phân tích quang phổ có thể được sử dụng để phát hiện lượng vết của kim loại quý, các nguyên tố quý hiếm hoặc các nguyên tố phóng xạ trong quặng. Tốc độ phân tích quang phổ rất nhanh và hiệu suất làm việc được cải thiện rất nhiều. Thành phần hóa học của các thiên thể và các tổ tiên tiêu chuẩn để điều chỉnh độ dài cũng có thể được nghiên cứu bằng phân tích quang phổ.

Một mẫu được sắp xếp theo thứ tự bước sóng (hoặc tần số) sau khi hệ thống phân tán (như lăng kính hoặc lưới) chia ánh sáng. Ví dụ, ánh sáng mặt trời đi qua lăng kính và tạo thành một phổ màu được phân bố liên tục theo thứ tự đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm và tím. Màu đỏ sang màu tím, tương ứng với chiều dài sóng từ 7.700-3.900 angstrom, là phần nhìn thấy được của mắt người. Ngoài kết thúc màu đỏ là bước sóng dài hơn của ánh sáng hồng ngoại, và vượt ra ngoài đầu màu tím là bước sóng ngắn hơn của ánh sáng tử ngoại, không thể phát hiện bằng mắt thường, nhưng có thể được ghi lại bằng các dụng cụ.

Do đó, phổ có thể được chia thành phổ hồng ngoại, phổ khả kiến và phổ tia cực tím theo vùng bước sóng. Theo bản chất của sản xuất, nó có thể được chia thành phổ nguyên tử và phổ phân tử. Nó có thể được chia thành phổ phát xạ, phổ hấp thụ và phổ tán xạ. Nó có thể được chia thành phổ đường, phổ băng tần và phổ liên tục.

Quang phổ được chia thành các dạng sau

Và đây là phổ tuyến tính.

Một phổ bao gồm các đường quang phổ hẹp. Các sóng ánh sáng tạo ra bởi khí nguyên tử hoặc hơi kim loại đơn có phổ tuyến tính, vì vậy phổ tuyến tính cũng được gọi là phổ nguyên tử. Khi năng lượng của một nguyên tử nhảy từ mức năng lượng cao hơn đến mức năng lượng thấp hơn, nó phát ra sóng ánh sáng của một bước sóng đơn. Nói đúng ra điều này không có thứ gì như bước sóng đơn của ánh sáng đơn sắc, do bản thân mức năng lượng có độ rộng nhất định và hiệu ứng doppler, bức xạ nguyên tử bởi các đường phổ sẽ luôn có độ rộng nhất định (xem mở rộng); Ngay cả trong một phạm vi hẹp các bước sóng, vẫn còn các thành phần bước sóng khác nhau. Quang phổ nguyên tử phản ánh cấu trúc bên trong của các nguyên tử theo quy tắc phân bố của bước sóng. Mỗi nguyên tử có loạt quang phổ đặc biệt của riêng nó. Bằng cách nghiên cứu phổ nguyên tử, chúng ta có thể hiểu cấu trúc bên trong của nguyên tử, hoặc phân tích định tính và định lượng thành phần của mẫu.