Máy quang phổ là gì?
Máy quang phổ là dụng cụ dùng để phân tích những chùm ánh sáng từ phức tạp biến hóa thành đơn sắc. Chúng hoạt động dựa trên những sự biến đổi của ánh sáng.
Có thể nói, đây là một loại thiết bị đo màu được dùng để chụp, đánh giá màu sắc trên hầu hết tất cả các loại vật liệu, từ chất lỏng, nhựa, cho đến giấy, kim loại, vải,...
Tuy nhiên, chúng chủ yếu được áp dụng cho các loại đồ vật hoạt động thông qua ánh sáng. Trong quá trình phân tích, người dùng sẽ nhanh chóng tìm ra được tính chất, thành phần và trạng thái của khối vật chất.
Nhờ giúp con người tiết kiệm được nhiều thời gian hơn trước đây, máy quang phổ đã trở thành một loại thiết bị quen thuộc và phổ biến tại các phòng thí nghiệm, nhà máy, xí nghiệp,...
Cấu tạo của máy quang phổ
Cấu tạo máy quang phổ bao gồm có những bộ phận sau đây:
- Ống chuẩn trực: đây là bộ phận có tác dụng biến đổi chùm ánh sáng đi vào khe hẹp F trở thành chùm tia song song nhờ vào sự hỗ trợ của thấu kính hội tụ.
- Hệ tán sắc: đây là một bộ phận bao gồm có hai lăng kính. Chúng có tác dụng làm tán sắc chùm ánh sáng khi mới vừa ra khỏi ống chuẩn trực. Lăng kính cũng chính là bộ phận quan trọng nhất của máy quang phổ.
- Buồng ảnh: bộ phận này còn được biết đến bằng những cái tên gọi khác như ống ngắm, buồng tối,... Chúng chính là vị trí người dùng sẽ đặt mắt vào và quan sát cũng như thu lại hình ảnh của quang phổ sẽ dùng để nghiên cứu.
Nguyên lý hoạt động của máy quang phổ
Nguyên lý máy quang phổ hoạt động dựa trên sự phân tích chùm ánh sáng phức tạp thành những chùm ánh sáng đơn sắc khác nhau.
Đây chính là hiện tượng tán sắc. Hiện tượng này chỉ xảy ra với điều kiện chiết suất của môi trường trong suốt đối với ánh sáng đơn khác nhau sẽ dẫn đến sự khác nhau và phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng.
Quá trình này sẽ đưa ra những thông tin chính xác về thành phần, tính chất và trạng thái của những khối vật chất có liên quan.
Ứng dụng của máy quang phổ
Xác định các hàm lượng thành phần có bên trong khối vật chất
Máy quang phổ giúp xác định các hàm lượng thành phần có bên trong khối vật chất. Chúng giúp quá trình này đỡ mất nhiều thời gian và công sức hơn trước đây.
Có thể nói, đây chính là ứng dụng quan trọng nhất của máy quang phổ. Ứng dụng này đặc biệt rất phù hợp với các ngành nghiên cứu và khảo sát.
Phát hiện và hỗ trợ loại bỏ những thành phần độc hại
Máy quang phổ có khả năng dễ dàng xác định được hàm lượng các thành phần có bên trong mẫu xét nghiệm.
Nhờ đó, những thành phần độc hại sẽ được phát hiện ra. Ứng dụng này thường được nhiều nhà quản lý chất lượng chọn lựa vào quy trình kiểm tra chất lượng cho những chiếc bao bì được dùng để đóng gói thực phẩm.
Được ứng dụng rộng rãi trong các ngành khoa học
Trong những ứng dụng nghiên cứu khoa học, máy quang phổ là dụng cụ quang học dùng để giúp các nhà khoa học tìm ra được nguyên tố Heli trên bề mặt của mặt trời ngay cả trước khi phát hiện ra sự có mặt trên trái đất.
Qua đó, con người chúng ta cũng biết được rằng loại quang phổ thu được từ ánh sáng mặt trời chính là một loại quang phổ vạch hấp thụ.
Sử dụng phổ biến trong các nền công nghiệp
Ngoài ra, máy quang phổ còn được ứng dụng trong các nền công nghiệp chế tạo máy bay, ô tô, tàu hỏa. Bên cạnh đó, dòng máy này còn được sử dụng trong quá trình phân tích nhanh các loại hợp kim hoặc những mảnh kim loại có kích cỡ nhỏ.
Các loại quang phổ
Có ba loại quang phổ cơ bản:
- Quang phổ liên tục
- Quang phổ vạch phát xạ
- Quang phổ vạch hấp thụ
Quang phổ liên tục
Quang phổ liên tục (hay Continuous Spectrum) là một dải sáng có màu thay đổi liên tục từ đỏ đến tím.
Theo Wikipedia, quang phổ liên tục là một tập hợp các giá trị có thể đạt được đối với một số đại lượng vật lý như năng lượng, bước sóng được mô tả tốt nhất là một khoảng các số thực, trái ngược hoàn toàn với quang phổ rời rạc, một tập hợp các giá trị có thể đạt được rời rạc theo nghĩa của toán học, nơi có một khoảng cách rõ ràng giữa mỗi giá trị và giá trị tiếp theo.
Thông thường, quang phổ liên tục có thể chỉ là một mô hình thuận tiện cho một quang phổ rời rạc mà các giá trị của nó quá gần để có thể phân biệt, ví dụ như trong các phonon của một tinh thể.
Trong hệ lượng tử, quang phổ liên tục thường có liên quan đến các hạt tự do như các nguyên tử trong khí, electron trong chùm electron, hoặc cũng có thể là electron dải dẫn điện trong kim loại.
Nói cách khác, vị trí và động lượng của hạt tự do có quang phổ liên tục nhưng nếu các hạt này bị giới hạn trong một không gian bị hạn chế, quang phổ của nó sẽ bị rời rạc.
Quang phổ vạch phát xạ
Quang phổ vạch phát xạ (hay Emission Spectrum) là hệ thống các vạch màu riêng rẽ nằm trên một nền tối
Đặc điểm của 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.
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.
Quang phổ hấp thụ
Quang phổ hấp thụ (hay Absorbtion Spectrum) là quang phổ thu được trên nền của quang phổ liên tục với cách thể hiện chính là các vạch phổ màu tối.
Đơn giản hơn, quang phổ hấp thụ sẽ có dạng các vạch tối trên nền của quang phổ liên tục.
Điều kiện phát sinh của loại quang phổ này là khi chúng ta chiếu một loại ánh sáng trắng qua bất kỳ một khối khí hoặc hơi đã bị nung nóng ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ của nguồn sáng trắng sẽ tạo ra chúng.
Điểm danh các loại máy quang phổ
Máy quang phổ lăng kính
Đây là dòng sản phẩm thường được sử dụng với mục đích phân tích một chùm ánh sáng phức tạp thành những thành phần đơn sắc khác nhau.
Cấu tạo máy quang phổ lăng kính khá đơn giản, chúng bao gồm có ba bộ phận chính:
- Ống chuẩn trực
- Hệ tán sắc
- Buồng ảnh
Nguyên tắc hoạt động của máy quang phổ lăng kính dựa trên những bước sau đây:
- Chiếu vào khe hẹp F của máy quang phổ lăng kính một chùm ánh sáng.
- Nhờ thấu kính L1, chùm ánh sáng đó sẽ được biến thành chùm tia song song.
- Sau khi đi vào lăng kính, chùm tia song song sẽ được tách ra thành hai chùm sáng song song có màu sắc và lệch sang hai phương hoàn toàn khác nhau.
Nhờ vào thấu kính hội tụ L2, chúng ta sẽ thu được hai vạch quang phổ trên màn M của bộ phận buồng ảnh.
Máy quang phổ huỳnh quang tia X (XRF)
Đây là dòng sản phẩm thường được ứng dụng để phân tích các thành phần nguyên tố có trong vật liệu.
Nguyên tắc hoạt động của máy quang phổ huỳnh quang tia X tuân thủ theo trình tự như sau:
- Chiếu tia X vào vật thể.
- Một phần tia X sẽ bị hấp thu, trong khi đó, phần còn lại sẽ xuyên qua vật thể.
- Tùy vào thành phần hóa học và độ dày của vật thể, mỗi vật thể sẽ có mức độ hấp thu và xuyên qua.
Máy quang phổ phân huỷ bằng laser (LIBS)
Công nghệ LIBS sử dụng một nguồn laser để làm bốc hơi vật liệu mẫu, trong quá trình này, các nguyên tử bên trong vật liệu bị kích thích dẫn đến một nguồn sáng đặc trưng được phát ra bởi các nguyên tố trong vật liệu.
Cảm biến nhận dạng các dấu hiệu ánh sáng và chuyển dữ liệu đến máy phân tích. Máy phân tích xác định tính chất hóa học và cấu tạo của kim loại.
Cuối cùng, máy phân tích so sánh phần trăm nguyên tố, hóa học và thành phần với thư viện cấp để xác nhận nhanh hợp kim.
Để biết thêm thông tin chi tiết sản phẩm, bạn có thể liên lạc trực tiếp với chúng tôi để được hỗ trợ tốt nhất.
