Quang phổ hấp thụ là gì? Nguyên lý, phân loại, cách đo

Quang phổ hấp thụ là một trong những khái niệm nền tảng của lĩnh vực vật lý và hóa học nhờ khả năng phân tích các chất ở mức độ phân tử. Trong bài viết này, TKTECH sẽ trình bày khái niệm quang phổ hấp thụ là gì, nguyên lý hoạt động, các loại quang phổ hấp thụ và ứng dụng thực tiễn của nó trong cuộc sống hàng ngày.

Các loại quang phổ
Các loại quang phổ

Quang phổ hấp thụ là gì?

Trước khi tìm hiểu về quang phổ hấp thụ, bạn cần biết được khái niệm quang phổ là gì? Đó là một dải màu giống như cầu vồng hứng được trên màn ảnh khi có hiện tượng tán sắc ánh sáng. Quang phổ vạch hấp thụ là quang phổ gồm những vạch ánh sáng hoặc bức xạ điện từ bị giảm cường độ khi nó đi qua một chất. 

Hiện tượng này xảy ra khi các nguyên tử, phân tử hoặc ion trong chất hấp thụ năng lượng từ bức xạ điện từ. Sau đó làm cho chúng chuyển từ trạng thái năng lượng thấp lên trạng thái năng lượng cao hơn.

Quang phổ vạch hấp thụ là gì?
Quang phổ vạch hấp thụ là gì?

Nguồn phát quang phổ hấp thụ thường là một nguồn sáng phát ra bức xạ điện từ với một phổ liên tục hoặc gần như liên tục, bao gồm một dải rộng các bước sóng. Khi ánh sáng từ nguồn này đi qua một mẫu chất, các hạt trong chất sẽ hấp thụ các photon có năng lượng cụ thể phù hợp với khoảng cách giữa các mức năng lượng của chúng, dẫn đến việc tạo ra một quang phổ hấp thụ đặc trưng.

Các đặc điểm nổi bật của quang phổ hấp thụ

Quang phổ vạch hấp thụ phụ thuộc vào bản chất hóa học của các loại nguyên tố hóa học. Những chất khác nhau sẽ có bước sóng và số vạch khác nhau, do đó mỗi nguyên tố đều có quang phổ vạch hấp thụ riêng. Sau đây sẽ là những đặc điểm quang phổ hấp thụ mà bạn cần nắm rõ để tìm hiểu chính xác nhất về loại quang phổ này:

Điều kiện để có quang phổ vạch hấp thụ là gì?

Điều kiện để thu được quang phổ vạch hấp thụ là khi ánh sáng trắng (chứa tất cả các bước sóng) đi qua một chất khí hoặc chất lỏng. Các nguyên tử hoặc phân tử của chất khí hoặc chất lỏng này sẽ hấp thụ một số bước sóng cụ thể của ánh sáng, khiến cho ánh sáng đi qua đó bị thiếu những bước sóng này. 

Đặc điểm của quang phổ hấp thụ
Đặc điểm của quang phổ hấp thụ

Khi tất cả các điều kiện này được đáp ứng, quang phổ thu được sẽ xuất hiện dưới dạng một dải liên tục với các vạch tối ở những vị trí bước sóng tương ứng với các năng lượng bị hấp thụ bởi chất hấp thụ.

Khám phá nguyên lý của quang phổ hấp thụ là gì? 

Khi ánh sáng hoặc bức xạ điện từ với một phổ liên tục (chứa tất cả các bước sóng) chiếu qua một mẫu vật chất, một phần năng lượng của bức xạ này sẽ bị hấp thụ bởi các hạt trong mẫu. Các hạt này sẽ hấp thụ các photon có năng lượng cụ thể phù hợp với khoảng cách giữa các mức năng lượng của chúng. 

Kết quả là cường độ ánh sáng tại những bước sóng cụ thể sẽ giảm đi, tạo ra các vạch hấp thụ đặc trưng trong phổ liên tục. Những vạch này chính là dấu hiệu nhận biết các chất có mặt trong mẫu đó.

Nguyên lý của quang phổ hấp thụ
Nguyên lý của quang phổ hấp thụ

Quang phổ hấp thụ cung cấp thông tin chi tiết về thành phần và cấu trúc của vật chất. Bằng cách phân tích các vạch hấp thụ đặc trưng, các nhà khoa học có thể hiểu rõ hơn về tính chất của các chất và áp dụng kiến thức này vào nhiều ứng dụng thực tiễn khác nhau.

Các loại quang phổ hấp thụ phổ biến

Hiện nay, quang phổ vạch hấp thụ được chia thành 3 loại chính bao gồm:

  • Quang phổ hấp thụ tử ngoại và khả kiến (UV-Vis): Liên quan đến việc hấp thụ ánh sáng trong vùng tử ngoại (UV) và vùng khả kiến (Vis) của phổ điện từ. UV-Vis thường được sử dụng để phân tích các hợp chất hữu cơ và vô cơ.
  • Quang phổ hấp thụ hồng ngoại (IR): Liên quan đến việc hấp thụ ánh sáng trong vùng hồng ngoại của phổ điện từ. Quang phổ IR thường được sử dụng để nghiên cứu các liên kết hóa học và cấu trúc phân tử.
  • Quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS): Sử dụng để xác định nồng độ của các nguyên tố kim loại trong mẫu bằng cách đo lượng ánh sáng hấp thụ của các nguyên tử tự do.
Các dạng quang phổ vạch hấp thụ
Các dạng quang phổ vạch hấp thụ

Ứng dụng của quang phổ hấp thụ là gì?

Quang phổ hấp thụ được sử dụng để xác định các thành phần của một khí hoặc một chất lỏng, dựa trên nguyên tắc xác định các vạch hấp thụ. Phương pháp này chủ yếu được ứng dụng nghiên cứu về sự hiện diện của những nguyên tố trong ngôi sao, vật thể khí không thể đo trực tiếp. Nó có thể được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc và tính chất của phân tử, bao gồm các liên kết hóa học và sự phân bố điện tử.

Ngoài ra, quang phổ hấp thụ cũng được dùng để xác định các nguyên tố hoá học trong hợp chất hoặc hỗn hợp. Trong lĩnh vực môi trường, loại quang phổ này được sử dụng để phát hiện và đo lường nồng độ của các chất gây ô nhiễm trong nước, không khí và đất.

Đặc biệt trong lĩnh vực y sinh học, kỹ thuật này giúp phân tích các mẫu sinh học, xác định nồng độ của các chất trong máu và các dịch cơ thể khác.

Cách tạo thành quang phổ trong các thiết bị
Quang phổ hấp thụ xác định các thành phần của một khí

So sánh quang phổ vạch hấp thụ và quang phổ vạch phát xạ

Đây là hai yếu tố quan trọng trong máy đo quang phổ, một thiết bị sử dụng nguyên lý hấp thụ ánh sáng để phân tích thành phần và nồng độ của các chất trong mẫu. 

Quang phổ vạch hấp thụ Quang phổ vạch phát xạ
Khái niệm Là quang phổ thu được trên nền của quang phổ liên tục, biểu thị bằng những vạch phổ màu tối. Nó mô tả các bước sóng của phổ điện từ được phát ra bởi một vật thể có nhiều năng lượng.
Nguyên lý hoạt động Cho các vật phát ra ánh sáng từ một nguồn nóng để tạo ra một phổ liên tục. Sau đó, cho chúng đi qua một khí lạnh sẽ thu được một dải màu biến thiên có các vạch tối chen vào.  Hoạt động dựa trên việc phân tích vị trí của các vạch màu để xác định các nguyên tố hóa học.
Nguồn phát Chiếu ánh sáng trắng qua chất khí, hơi (nhiệt độ khí/hơi phải nhỏ hơn nhiệt độ nguồn sáng trắng). Chất khí, hơi ở áp suất thấp bị kích thích phát sáng khi nung nóng hay phóng tia lửa điện.

Kim loại nóng chảy, bay hơi.

Máy đo quang phổ hấp thụ là gì?

Máy quang phổ là thiết bị được dùng để đo lường và phân tích quang phổ của các loại ánh sáng, vật liệu khác nhau. Máy có thể ghi lại các thành phần chủ yếu có trong quang phổ, bao gồm các bước sóng và cường độ ánh sáng tương ứng. 

Máy đo quang phổ là gì
Máy đo quang phổ là gì

Dữ liệu thu được từ máy đo quang phổ được sử dụng để xác định thành phần có trong một vật mẫu, hoặc dùng để nghiên cứu quá trình tương tác giữa ánh sáng và các chất. Đây là thiết bị không thể thiếu trong công việc  nhiều phòng thí nghiệm. Vì vậy, nếu có nhu cầu tư vấn và mua máy đo quang phổ, bạn có thể liên hệ với TKTECH qua hotline 028 668 357 66 để được hỗ trợ tận tình nhất.

Hy vọng qua nội dung trên, bạn đọc đã nắm rõ khái niệm quang phổ hấp thụ là gì? Sự hiểu biết về quang phổ hấp thụ không chỉ giúp chúng ta nắm bắt được những kiến thức cơ bản về cấu trúc và tính chất của các chất mà còn mở ra những cơ hội mới cho nghiên cứu và phát triển công nghệ.