Câu hỏi: Cấu tạo của buồng tối trong máy quang phổ lăng kính gồm các bộ phận chính:
A.Một thấu kính hội tụvà một khe hẹp tại tiêu điểm chính.
B.Một [hoặc hai, ba] lăng kính làm nhiệm vụ tán sắc ánh sáng.
C.Một thấu kính hội tụ và một tấm phim đặt ở tiêu diện.
D.Một hay nhiều lăng kính đặt song song nhau.
Trả lời :
Đáp án đúng: C. Một thấu kính hội tụ và một tấm phim đặt ở tiêu diện.
Giải thích :
Máy quang phổ lăng kính dùng để phân tích một chùm sáng phức tạp thành các thành phần đơn sắc khác nhau.
Nó được cấu tạo gồm 3 bộ phận đơn giản là: ống chuẩn trực, hệ tán sắc và buồng ảnh[ buồng tối ]. Cụ thể cấu tạo và chức năng của từng phần như sau:
- Ống chuẩn trực:Một đầu là TKHT L1, đầu còn lại có 1 khe hẹp F nằm ở tiêu diện thấu kinh hội tụL1 để cho chùm tia ló song song.
-Hệ tán sắc: Gồm 1 hoặc vài lăng kính P để phân tích chùm ánh sáng song song thành các chùm ánh sáng đơn sắc song song.
-Buồng ảnh: Là một hộp kín, một đầu là thấu kính hội tụ L2 [nằm sau lăng kính] đầu còn lại là kính ảnh đặt tại tiêu diện của L2. Chùm ánh sáng đơn sắc song song khi vào buồng ảnh tạo thành nhiều ảnh của nguồn sáng, mỗi ảnh ứng với một bước sóng xác định gọi là vạch quang phổ.
Cùng Toploigiai tìm hiểu thêm về máy quang phổ lăng kính nhé
MÁY QUANG PHỔ LÀ GÌ?
Máy quang phổlà thiết bị hoạt động dựa trên sự phân tích quang phổ.Theo đó, thiết bị này sẽ phân tích chùm sáng phức tạp thành những chùm sáng đơn sắc khác nhau, từ đó sẽ thu được thông tin về thành phần, tính chất hay trạng thái của những khối vật chất liên quan đến chùm sáng đó.
Máy quang phổ xác định phân bố cường độ ánh sáng dựa trên bước sóng của ánh sáng do khối vật chất nào đó tự phát ra, hoặc phản xạ hay truyền qua nó. Những khối vật chất khác nhau sẽ có đặc tính phát quang hay hấp thụ ánh sáng với các bước sóng hoặc mức năng lượng của photon xác định và thường được gọi là vạch quang phổ.
Khi đo cường độ ánh sáng ở các bước sóng đặc trưng như thế sẽ giúp ta xác định tỉ lệ, hàm lượng của chất tương ứng trong vật cần nghiên cứu.
CẤU TẠO MÁY QUANG PHỔ
Cấu tạo của máy quang phổMáy quang phổ có cấu tạo gồm những bộ phận sau:
-Ổng chuẩn trực: bộ phận này có tác dụng biến chùm sáng đi vào khe hẹp F thành chùm tia song song nhờ vào thấu kính hội tụ.
-Hệ tán sắc:bộ phận này gồm hai lăng kính với tác dụng làm tán sắc chùm ánh sáng vừa ra khỏi ống chuẩn trực.
-Buồng ảnh: bộ phận này còn có tên gọi là ống ngắm hoặc buồng tối. Đây là nơi để đặt mắt vào quan sát quang phổ hoặc để thu được ảnh quang phổ của nguồn sáng cần nghiên cứu.
NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY QUANG PHỔ
Nguyên lí hoạt động
-Máy quang phổ hoạt động dựa trên hiện tượng tán sắc ánh sáng. Bộ phận chính thực hiện nhiệm vụ này là lăng kính.
-Hiện tượng tán sắc xảy ra là do chiết suất của một môi trường trong suốt đối với các ánh sáng đơn sắc khác nhau thì khác nhau và phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng.
CÁCH SỬ DỤNG MÁY QUANG PHỔ
-Trước tiên là chiếu vào khe F của ống chuẩn trực C một chùm ánh sáng phát ra từ một nguồn sáng J. Ta giả sử rằng nguồn sáng J phát ra hai bức xạ đơn sắc là đỏ và tím.
-Sau đó, ánh sáng phát ra từ nguồn sáng J sẽ được thấu kính L1 biến thành chùm tia song song.
-Ngay khi chùm sáng song song đi vào lăng kính thì chúng sẽ bị tách ra thành hai chùm sáng sóng song: một chùm màu đỏ và một chùm màu tím và chúng lệch theo hai phương khác nhau.
-Sau cùng, ta thu được hai vạch quang phổ là vạch S1 màu đỏ và vạch S2 màu tím trên màn M của buồng ảnh nhờ vào thấu kính hội tụ L2.
SƠ LƯỢC VỀ CÁC LOẠI QUANG PHỔ VÀ MỘT SỐ LOẠI MÁY QUANG PHỔ
Các loại quang phổ
Có 3 loại quang phổ cơ bản:
Quang phổ liên tục:
-Quang phổ này được hiểu là một dải sáng có màu biến đổi liên tục và không bị gián đoạn.
-Nguồn gốc của nó là do các chất rắn, chất lỏng hoặc chất khí có áp suất lớn khi bị nung nóng phát ra.
-Nó không phụ thuộc vào thành phần cấu tạo mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của nguồn sáng.
-Loại quang phổ này chủ yếu được dùng để xác định nhiệt độ của các vật phát sáng và đặc biệt là các vật ở xa.
Quang phổ vạch phát xạ
-Quang phổ này được định nghĩa là hệ thống các vạch sáng riêng lẻ trên nền tối.
-Loại quang phổ này phát ra do các chất khí áp suất thấp khi được nung nóng đến nhiệt độ cao hoặc được kích thích bằng điện đến phát sáng.
-Đặc điểm của loại quang phổ này là số lượng, vị trí các vạch của các quang phổ vạch phát xạ của nguyên tố khác nhau thì khác nhau và độ sáng tỉ đối của các vạch cũng khác nhau. Mỗi nguyên tố sẽ có một quang phổ vạch phát xạ đặc trưng.
-Quang phổ này dùng để xác định thành phần cấu tạo nên vật.
Quang phổ vạch hấp thụ
-Quang phổ này là hệ thống các vạch tối trên nền quang phổ liên tục.
-Nó phát sinh khi đặt một chất khí áp suất thấp trên đường đi của một chùm sáng trắng.
-Đặc điểm của quang phổ này là vị trí của các vạch tối trùng với vị trí các vạch màu của nguyên tố có trong chất khí đang xét trong điều kiện chất khí ấy được phát sáng.
-Loại quang phổ này dùng để xác định thành phần của hợp chất.
Một số loại máy quang phổ
1. Máy quang phổ lăng kính
-Máy quang phổ lăng kính dùng để phân tích một chùm sáng phức tạp thành các thành phần đơn sắc khác nhau.
-Nó được cấu tạo gồm 3 bộ phận đơn giản là: ống chuẩn trực, hệ tán sắc và buồng ảnh[ buồng tối ]. Cụ thể cấu tạo và chức năng của từng phần như sau:
+ Ống chuẩn trực:Một đầu là TKHT L1, đầu còn lại có 1 khe hẹp F nằm ở tiêu diện thấu kính hội tụ L1 để cho chùm tia ló song song.
+ Hệ tán sắc: Gồm 1 hoặc vài lăng kính P để phân tích chùm ánh sáng song song thành các chùm ánh sáng đơn sắc song song.
+ Buồng ảnh: Là một hộp kín, một đầu là thấu kính hội tụ L2 [nằm sau lăng kính] đầu còn lại là kính ảnh đặt tại tiêu diện của L2. Chùm ánh sáng đơn sắc song song khi vào buồng ảnh tạo thành nhiều ảnh của nguồn sáng, mỗi ảnh ứng với một bước sóng xác định gọi là vạch quang phổ.
* Máy này hoạt động như sau:
+ Khi chiếu vào khe F của ống chuẩn trực một chùm sáng phát ra từ nguồn sáng thì ánh sáng này sẽ được thấu kính hội tụ trong ống chuẩn trực biến thành chùm tia song song.
+ Chùm tia song song đó ngay khi đi vào lăng kính thì sẽ bị tách ra thành các chùm sáng đơn sắc song song và lệch theo 2 phương khác nhau.
+ Ở buồng ảnh ta sẽ thu được quang phổ của nguồn sáng.
* Ứng dụng của máy quang phổ
Ứng dụng của thiết bị này thường có ích cho các hoạt động nghiên cứu nhiều hơn. Ngoài ra, chúng cũng được sử dụng tại phòng thí nghiệm tại các trường học để học sinh thực hành quan sát các vật chất. Dưới đây là một số ứng dụng hiện nay:
- Dùng để xác định thành phần cấu tạo của vật chất. Những vật liệu nhỏ hoặc có cấu tạo phức tạp cần dụng đến loại máy này. Nó góp phần khá lớn trong các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học khi phân tích các mảnh kim loại nhỏ hay các nguyên tố cấu tạo.
- Kiểm tra và phát hiện các chất độc hại. Những chất này nếu có tồn tại trong vật được quan sát thì sẽ nhanh chóng được phát hiện ra. Và ta có thể loại bỏ kịp thời tránh gây nguy hiểm cho mọi người.
2. Máy quang phổ huỳnh quang tia X
-Loại máy này được dùng để phân tích thành phần nguyên tố trong vật liệu.
-Máy này hoạt động như sau:
+ Khi chiếu tia X vào vật thể thì một phần tia X bị hấp thụ bởi vật thể vàphần còn lại thì xuyên qua.
+ Mức độ hấp thụ và xuyên qua đó phụ thuộc vào thành phần hóa học tạo nên vật thể cũng như độ dày của chúng.
Trong bài này, chúng ta sẽ ôn lại những lý thuyết trọng tâm của chương sóng ánh sáng.
Định nghĩa: Tán sắc ánh sáng là sự phân tách một chùm sáng phức tạp tạo thành các chùm sáng đơn sắc.
Giải thích hiện tượng: Do bản chất ánh sáng trắng là tập hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc khác nhau. Mà chiết suất của lăng kính đối với mỗi ánh sáng đơn sắc khác nhau nên góc lệch sau lăng kính là khác nhau đối với mỗi ánh sáng đơn sắc.
Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không thể bị tán sắc.
Tần số của ánh sáng đơn sắc không đổi.
Công thức tính bước sóng của ánh sáng đơn sắc: λ=vf.
Bước sóng của ánh sáng đơn sắc trong chân không: λo= c/f => λ=λo/n [Trong đó: c: vận tốc ánh sáng trong chân không; v: vận tốc truyền ánh sáng trong môi trường có chiết suất n; chiết suất n tăng dần đối với ánh sáng đơn sắc từ đỏ tới tím].
Được dùng trong các máy quang phổ để phân tích một chùm sáng đa sắc, do các vật sáng phát ra, thành các thành phần đơn sắc.
Nhiều hiện tượng tự nhiên, chẳng hạn như cầu vồng, chính là sự tán sắc ánh sáng của các tia sáng mặt trời đã bị khúc xạ và phản xạ trong các giọt nước.
Nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng truyền sai lệch với sự truyền thẳng của ánh sáng khi đi qua lỗ nhỏ hoặc gặp vật cản. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng.
Hai chùm sáng kết hợp là hai chùm sáng phát ra ánh sáng có cùng tần số và cùng pha hoặc có độ lệch pha không đổi theo thời gian.
Khi hai chùm sáng kết hợp gặp nhau chúng sẽ giao thoa: Những chỗ 2 sóng gặp nhau mà cùng pha với nhau, chúng chồng lên nhau và tạo ra các vân sáng. Những chỗ hai sóng gặp nhau mà ngược pha, chúng triệt tiêu nhau tạo thành các vân tối.
Hiện tượng giao thoa ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng.
Là dụng cụ phân tích chùm sáng nhiều thành phần thành những thành phần đơn sắc khác nhau.
Nguyên tắc hoạt động: dựa trên hiện tượng tán sắc ánh sáng.
Gồm 3 bộ phận chính:
Ống chuẩn trực: Bộ phận tạo ra chùm sáng song song.
Hệ tán sắc: Phân tích chùm tia song song thành nhiều chùm tia đơn sắc song song.
Buồng ảnh: Quan sát hay chụp ảnh quang phổ.
Quang phổ liên tục là một dải màu liên tục từ đỏ đến tím.
Quang phổ liên tục do các chất rắn, lỏng ,khí có áp suất lớn phát ra khi bị nung nóng.
Quang phổ liên tục của các chất khác nhau ở cùng một nhiệt độ thì hoàn toàn giống nhau và chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của chúng.
Quang phổ vạch phát xạ là một hệ thống những vạch sáng riêng lẻ, ngăn cách nhau bởi những khoảng tối.
Quang phổ vạch phát xạ do các chất khí hay hơi ở áp suất thấp phát ra khi bị kích thích bằng điện hay bằng nhiệt.
Quang phổ vạch của các nguyên tố khác nhau thì khác nhau về số lượng vạch, vị trí và độ sáng tỉ đối giữa các vạch. Mỗi nguyên tố hóa học có một quang phổ vạch đặc trưng của nguyên tố đó. Ví dụ, quang phổ vạch đặc trưng của Hidro ở vùng ánh sáng nhìn thấy bao gồm: đỏ, lam, chàm, tím.
Quang phổ hấp thụ là các vạch tối trên nền của quang phổ liên tục.
Quang phổ hấp thụ của chất lỏng và chất rắn chứa các đám vạch, mỗi đám gồm nhiều vạch hấp thụ nối tiếp nhau một cách liên tục.
Quang phổ hấp thụ của chất khí chỉ chứa các vạch hấp thụ và là đặc trưng cho chất khí đó.
Quang phổ của ánh sáng mặt trời mà ta thu tại mặt đất là quang phổ vạch hấp thụ của khí quyển trái đất.
Bản chất: Sóng điện từ
Bước sóng: 7,6.10^-7 m -> 10^-3 m
Nguồn phát: Vật nhiệt độ cao hơn môi trường [> 0K]. Ví dụ: Bóng đèn dây tóc, bếp ga, bếp than, điốt hồng ngoại.
Tính chất:
- Tác dụng nhiệt.
- Gây ra một số phản ứng hóa học.
- Gây ra hiện tượng quang điện trong của chất bán dẫn.
Ứng dụng:
- Sưởi ấm, sấy khô.
- Làm bộ phận điều khiển từ xa.
- Chụp ảnh hồng ngoại.
- Được ứng dụng trong quân sự.
Bản chất: sóng điện từ
Bước sóng: 3,8. 10^-7 m -> 10^-8 m
Nguồn phát: Vật có nhiệt độ cao hơn 2000 độ C. Ví dụ: đèn huỳnh quang, đèn thủy ngân, màn hình TV.
Tính chất:
- Gây ra hiện tượng quang điện trong, ngoài.
- Làm phát quang một số chất, làm ion hóa chất khí, có tác dụng sinh lí, hủy hoại tế bào, diệt khuẩn.
- Bị nước và thủy tinh hấp thụ.
Ứng dụng:
- Tiệt trùng thực phẩm, dụng cụ y tế.
- Tìm vết nứt trên bề mặt sản phẩm, chữa bệnh còi xương.