sự hấp thụ ánh sáng trong môi trường dung dịch và thuỷ tinh dân dụng

LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
LỜI CẢM ƠN
Luận văn được hoàn thành với sự giúp đỡ của các Thầy, Cô trong khoa đặc
biệt là sự hướng dẫn tận tình của Thầy Mai Xuân Dương và sự giúp đỡ của nhóm
thí nghiệm trong suốt quá trình làm thí nghiệm cũng như hoàn thành luận văn. Em
xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy các cô cùng toàn thể các bạn sinh
viên đã giúp đỡ em hoàn thành luận văn này.
Sinh viên
Nguyễn Thị Hồng Tâm
- 1 -
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
LỜI NÓI ĐẦU
Vật lý học thực chất là một khoa học thực nghiệm. Vì vậy trong quá trình
học tập, nghiên cứu môn vật lý, thí nghiệm đóng một vai trò rất quan trọng. Nó
không chỉ khẳng định những cơ sở lý thuyết mà nó còn tăng tính hấp dẫn của môn
học. Nó giúp người học hiểu sâu sắc các kiến thức lý thuyết đã học và rèn luyện
được khả năng thực nghiệm và đặc biệt quan trọng là nó từng bước tạo cho người
học một trực giác nhạy bén đối với các hiện tượng vật lý.
Vật lý đại cương bao gồm 4 phần: Cơ , Nhiệt, Điện, Quang. Quang học là
nghiên cứu sự kỳ diệu của ánh sáng với dung lượng lớn cùng các hiện tượng đa
sắc màu được chia ra làm hai mảng lớn đó là nghiên cứu về tính chất sóng và tính
chất hạt của ánh sáng.
Xuất phát từ những lý do trên, Vì vậy trong quá trình làm khoá luận tốt
nghiệp. Em đã chọn đề tài" Sự hấp thụ ánh sáng trong môi trường dung dịch và
thuỷ tinh dân dụng " để hiểu sâu sắc hơn tính chất hạt của ánh sáng cũng như một
số hiện tượng xung quanh tính chất này. Để gắn kết quả nghiên cứu với thực tế
cuốc sống nên đối tượng nghiên cứu đã được chọn là môi trường thuỷ tinh dân
dụng và dung dịch CuS0
4
.
Hồi phục và hoàn thiện máy quang phổ nhất là bộ phận phân tích tín hiệu đã

được xác định là một nhiệm vụ quan trọng để dẫn đến các kết quả thực nghiệm.
- 2 -
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
MỤC LỤC
Chương I. Sự hấp thụ ánh sáng
1.1. Sự hấp thụ ánh sáng
1.2. Sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch
1.3. Sự hấp thụ ánh sáng của màng mỏng
1.4. Sự tương tác của bức xạ hồng ngoại với các môi trường.
Chương II. Một số vấn đề về kỹ thuật hồng ngoại
2.1. Bức xạ hồng ngoại của các vật
2.2. Các nguồn bức xạ hồng ngoại
2.3. Các đại lượng trắc quang
Chương III. Máy phân tích quang phổ Sfectrocolerimeter
3.1. Máy phân tích quang phổ
3.2. Cấu tạo chung của máy phân tích quang phổ.
3.3. Khả năng tán sắc của cách tử và thấu kính.
3.4. Năng suất phân giải của máy quang phổ cách tử.
3.5. Máy phân tích quang phổ Sfectrocolerimeter
Chương IV. Đối tượng, phương pháp nghiên cứu và thảo luận kết quả.
4.1. Chuẩn bị mẫu nghiên cứu.
4.2. Chuẩn bị máy phân tích quang phổ.
4.3. Kết quả thí nghiệmvà thảo luận
- 3 -
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
CHƯƠNG I. SỰ HẤP THỤ ÁNH SÁNG
1.1. Sự hấp thụ ánh sáng.
a. Định luật Bouger.
Giả sử một chùm sáng đơn sắc song song rọi vuông góc vào một lớp môi
trường giới hạn bởi hai mặt phẳng song song, cách nhau một khoảng l.

dx
i
x i- di
I

0
I

l
Hình 1. Sự hấp thụ ánh sáng của môi trường.
Một phần năng lượng của ánh sáng bị phản xạ ở hai mặt giới hạn. Một phần
năng lượng truyền qua môi trường, phần còn lại bị môi trường hấp thụ và chuyển
sang dạng khác thường là nhiệt năng. Như vậy bất kỳ một môi trường nào cũng Ýt
nhiều hấp thụ ánh sáng.
Để mô tả định lượng hiện tượng hấp thụ ánh sáng chúng ta xét một lớp môi
trường có độ dày dx, cách mặt vào của ánh sáng một khoảng là x.
Gọi i là cường độ chùm sáng khi vào lớp dx và i- dx là cường độ sáng
khi ra khái dx.
Ta có độ giảm cường độ sáng di của cường độ chùm sáng là tỉ lệ với i
và với độ dày dx của lớp môi trường mà ánh sáng truyền qua.
- 4 -
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
- dx= kidx ( k: hệ số tỉ lệ – hệ số hấp thụ)
Bá qua phần ánh sáng phản xạ và tán xạ. Gọi I
0
và I là cường độ chùm
sáng trước và sau khi qua toàn bộ môi trường ta có.

Vậy độ dày của lớp môi trường tăng theo cấp số cộng, cường độ sáng giảm
theo cấp số nhân.

b. Sự hấp thụ lọc lựa.
Một sè Ýt chất có hệ số hấp thụ k Ýt thay đổi theo bước sóng ánh sáng. Đó
là các chất hấp thụ không lọc lựa.
Phần lớn chất trong suốt gặp trong thực tế có hệ số k biến thiên theo bước
sóng. Ta có nhóm các chất hấp thụ lọc lựa. Muốn khảo sát sự biến thiên của k theo
bước sóng có thể dùng máy quang phổ.
1.2. Sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch và chất rắn.
Phổ hấp thụ của chất rắn và chất lỏng bao giờ cũng chứa những dải hấp thụ
rộng.
Bức xạ bị hấp thụ rộng có bước sóng biến thiên một cách liên tục trong cả một
miền quang phổ từ λ
1
→ λ
2
và trong khoảng Êy hệ số k biến thiên một cách liên
tục.
∆λ = λ
2
- λ
1
: độ rộng của dải hấp thô.
Sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch phụ thuộc vào các yếu tố sau.
Nồng độ dung dịch
Bề dày dung dịch
Cường độ chùm sáng chiếu tới
Định luật Bouger- Beer.
- 5 -
di
= - kdx
i

0
∫
I
di
= -
o
∫
l
kdx ⇒ I= I
0
e
- kl
( 1)
i
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
Khi hoà tan một chất hấp thụ trong một chất lỏng trong suốt, thì dung dịch
trở thành môi trường hấp thụ định luật Bouger vẫn được nghiệm đúng.
Tuy nhiên, trong trường hợp môi trường là dung dịch, hệ số hấp thụ tăng
theo nồng độ C của dung dịch.
Đặt k= α c (2)
( α là hệ số tỷ lệ đặc trưng cho chất hoà tan, không phụ thuộc vào nồng độ dung
dịch)
Thay (2) vào (1) ta có.
I= I
0
e
-
α
cl
(3)

Định luật này chứng tỏ rằng độ hấp thụ của một chất tỉ lệ với khối lượng
môi trường mà ánh sáng đi qua, tức là tỉ lệ với số phân tử hấp thụ trên đơn vị độ
dài đường truyền ánh sáng. Khả năng hấp thụ của một phân tử không phụ thuộc
vào các phần tử xung quanh( Điều này chỉ đúng cho dung dịch loãng) khi nồng độ
dung dịch tăng, khoảng cách giữa các phân tử giảm, tương tác giữa các phần tử
càng mạnh và ta thấy có nhiều sai lệch đối với định luật. Ngoài ra hệ số α không
những phụ thuộc vào chất hoà tan, mà còn phụ thuộc vào tính chất của dung môi
( chứng tỏ tương tác giữa các phân tử của dung môi và chất hoà tan cũng ảnh
hưởng tới độ hấp thụ của chất hoà tan), cường độ bức xạ chiếu tới.
1.3. Sự hấp thụ ánh sáng của chất khí.
Phổ hấp thụ của chất khí chứa những dải hẹp hơn nhiều, nhiệt độ và áp suất
chất khí càng thấp thì dải hấp thụ càng hẹp. Có thể xem như chỉ chứa một bức xạ
đơn sắc. Do đó với chất khí người ta thường gọi những dải hẹp Êy là vạch hấp thụ,
khi tăng áp suất chất khí, vạch hấp thụ rộng dần, hai mép nhoè dần và dần dần có
dáng như dải hấp thụ của chất lỏng.
1.4. Sự tương tác của bức xạ hồng ngoại với các môi trường.
Ta xét sự tương tác của bức xạ hồng ngoại đối với dung dịch.
- 6 -
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
Ở trạng thái bão hoà các phần tử được liên kết chặt chẽ với nhau và chúng
đều ở mức năng lượng là E
0.
Khi bị kích thích bằng năng lượng của bức xạ hồng ngoại. Các phần tử tách
khỏi nhau và chuyển động theo dòng. Các phần tử này từ mức năng lượng E
0
nhận
năng lượng của bức xạ hồng ngoại nhảy lên mức năng lượng E
1,
E
2

E
n
xảy ra
hiện tượng hấp thụ ánh sáng của dung dịch.
Ta xét sự tương tác của bức xạ hồng ngoại đối với màng mỏng: Ở trạng
thái cân bằng các điển tử dao động xung quanh nút mạng và được liên kết chặt chẽ
với nhau, các điện tử này đều ở mức năng lượng E
0
. Khi chiếu ánh sáng kích thích
vào thì các điện tử dao động mạnh và tách ra khỏi mối liên kết để trở thành các
điện tử tự do. Như vậy các điện tử từ mức năng lượng E
0
đã nhận năng lượng kích
thích của bức xạ hồng ngoại để nhảy lên mức năng lượng E
1
, E
2
E
n
. xảy ra hiện
tượng hấp thụ ánh sáng
- 7 -
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
CHƯƠNG II: MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ KỸ THUẬT HỒNG NGOẠI.
2.1: Bức xạ hồng ngoại của các vật.
Các nguồn bức xạ hồng ngoại thường gắp như: Mặt trời, hồ quang điện cực
than, đèn đốt nóng, thanh silic( bét cacbua silic được nén chặt và đốt nóng đến
1400k bởi dòng điện), ống bằng gốm (đốt nóng đến 700k), các vật có nhiệt độ
dưới 500
0

C hầu như đều có bức xạ hồng ngoại, thân thể người( 36,7
0
C) phát ra
bức xạ hồng ngoại tập hợp nhiều tần số.
Máy thu bức xạ hồng ngoại như pin nhiệt điện, tế bào quang điện, quang
trở, kính ảnh. Máy thu nhiệt( là máy phân tích chúng nghi chép lại toàn bộ năng
lượng bị hấp thụ) thường thì chúng có tính lọc lựa.
Cơ chế của sự tạo thành bức xạ hồng ngoại có thể được giải thích như sau:
Khi vật được nung nóng, năng lượng của chuyển động nhiệt sẽ biến thành nội
năng khi các hạt va chạm với nhau năng lượng của chúng tăng chủ yếu là nhờ
năng lượng của chuyển động quay và chuyển động kiểu dao động. Nghĩa là các
hạt bị kích thích. Các nguyên tử và phân tử bị kích thích chúng phát ra năng lượng
dưới dạng sóng điện từ trước khi chúng chuyển về trạng thái không kích thích.
Muốn cho vật tiếp tục phát xạ với cường độ như trước cấn phải cung cấp
cho nó từ một nguồn bên ngoài( ví dụ trực tiếp như nung nóng bằng truyền nhiệt)
khi đó các nguyên tử và phân tử sau khi hấp thụ năng lượng của chuyển động
nhiệt lại chuyển lên trạng thái kích thích, để rồi lại quay về trạng thái bình thường
và phát ra sóng điện từ.
Nếu độ giảm năng lượng của một vật vì bức xạ sóng điện từ trong đơn vị
thời gian bằng năng lượng hấp thụ từ bên ngoài trong thời gian đó thì nhiệt độ của
- 8 -
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
vật giữ không thay đổi. Bức xạ trên là bức xạ nhiệt và bản chất của nó là sóng điện
từ. Bức xạ này xảy ra ở một nhiệt độ của vật khác với độ không tuyệt đối.
2.2. Các đại lượng trắc quang.
2.2.1: Hàm độ nhạy: V
λ
1
và V
λ

2
của mắt người đối với hai chùm sáng( hầu như đơn
sắc nằm trong cùng một khoảng nhỏ dλ lân cận hai bước sóng tương đương nhau
là λ
1
và λ
2
) tỉ lệ nghịch với công suất dw
1
và dw
2
. Để gây lên cùng một cảm giác
sáng như nhau phải thoả mãn điều kiện:
Vλ
1
=
dw
λ
1
Vλ
2
dw
λ
2
Đối với mỗi ánh sáng đơn sắc khác nhau, mắt người nhạy bén với mỗi ánh
sáng khác nhau là khác nhau. Thường thì mắt người nhạy bén với ánh sáng màu
lục hơn màu đỏ.
Đối với một người: sự nhạy bén phụ thuộc vào điều kiện trong đó người Êy
nhìn ánh sáng.

lam
tím chàm lam lục vàng lục vàng
Da cam
Hình 2. Đường cong biểu diễn độ nhạy của mắt người
đối với ánh sáng đơn sắc.
2.2.2. Quang thông: Là đại lượng vật lý được biểu diễn dưới hai dạng.
1. Quang thông toàn phần của nguồn
2. Quang thông do nguồn gửi đến một diện tích nào đó.
- 9 -
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
Quang thông toàn phần của nguồn: là đại lượng vật lý về trị số bằng năng
lượng toàn bộ ánh sáng thấy được do nguồn phát ra trong một đơn vị thời gian và
được mắt người đánh giá.
φ: Quang thông
A: Năng lượng của toàn bộ ánh sáng do nguồn phát ra trong thời gian T
T: Thời gian.
Quang thông toàn phần càng lớn nguồn phát càng mạnh.
Quang thông đặc trưng cho khả năng phát sóng của nguồn.
Quang thông của một nguồn do tính chất và nhiệt độ của nguồn quyết định.
Các dông cụ quang học không thể làm thay đổi quang thông toàn phần
được, nó chỉ làm cho quang thông của nguồn phát ra theo phương này thì tăng lên,
theo phương kia thì giảm xuống mà thôi.
Quang thông của một nguồn gửi tới một diện tích dδ: là đại lượng vật lý về
trị số năng lượng ánh sáng thấy được do nguồn gửi tới diện tích đó trong một đơn
vị thời gian và được mắt người đánh giá.
dA: năng lượng của phần ánh sáng gửi tới diện tích đó
T: Thời gian


- 10 -

φ =
A
T
dφ =
dA
T
ds
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
2.2.3. Cường độ sáng: Cường độ sáng của một nguồn theo một phương nào đó là
đại lượng vật lý về trị số bằng quang thông của nguồn gửi đi trong một đơn vị góc
khối nằm theo phương Êy.
I: Cường độ sáng ( cd)
dφ: Quang thông
dΩ: Góc khối
2.2.4. Độ trưng:
Độ trưng của nguồn khối là đại lượng vật lý về trị số bằng quang thông toàn
phần do một đơn vị diện tích của nguồn đó phát ra.



Độ trưng càng mạnh thì mặt ds phát sáng càng mạnh.
2.2.5. Độ chãi:
Độ chói của diện tích phát sáng ds theo phương AM là đại lượng vật lý về
trị số bằng cường độ sáng do nó phát ra theo phương đó ứng với một đơn vị diện
tích của mặt nhìn thấy được ds
n
của nó:

ds A
A'

dΩ ϕ

ds
n
n
Hình 3. Định nghĩa độ chói của một phân tử diện tích ds theo phương phát sáng
trung bình AM
- 11 -
I =
dφ
dΩ
R =
dφ
ds
dσ
M
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
B: Độ chói
dI: cường độ ánh sáng do diện tích ds phát ra theo một phương
ds
n
: là hình chiếu của diện tích
ds: trên mặt phẳng vuông góc với phương xét đơn vị độ chói:
cd(cađele)
2.2.6. Độ Dọi.
Độ dọi E của bề mặt nào đó là đại lượng vật lý về trị số bằng quang thông
toàn phần gửi tới một đơn vị diện tích của bề mặt Êy
đơn vị của độ dọi là Lx (Lux)
CHƯƠNG III. MÁY PHÂN TÍCH QUANG PHỔ.
3.1. Máy phân tích quang phổ.

Máy phân tích quang phổ là dụng cụ để phan tán một chùm ánh sáng phức
tạp thành nhiều chùm tia đơn sắc( tức là thành quang phổ, đồng thời để ghi lại
quang phổ Êy)
Có rất nhiều loại máy, có tới vài chục loại, từ những cái lớn dài hàng 3-4m,
nặng 1-2 tấn, đến những cái nhỏ, chỉ nặng vài kilogam, thậm chí có cái chỉ hơi lớn
hơn bao thuốc lá, bỏ túi được. Tuy khác nhau chỉ về kích thước nhưng chúng vẫn
hoạt động theo một nguyên lý chung.
3.2. Cấu tạo chung của máy quang phổ.
Máy quang phổ gồm có 3 bộ phận chính.
- 12 -
B =
dI
ds
n
E =
dφ
dΩ
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
ống chuẩn trực: gồm một thấu kính hội tụ có khe hẹp F đặt tại hai tiêu điểm của
thấu kính( khe hẹp F được chế tạo với độ chính xác rất cao, để có độ rộng thay đôỉ
được từng phần nghìn milimet mét). Èng chuẩn trực có nhiệm vụ tạo ra một chùm
sáng song song. Ngoài ra người ta có thể thay thấu kính chuẩn trực bằng một
gương cầu lõm.
Một hệ tán sắc Pi gồm một, hai hoặc ba lăng kính cùng đặt ở độ lệch cực
tiểu. Chùm sáng song song ra khỏi ống chuẩn trực, sau khi qua các lăng kính bị
phân tích thành nhiều chùm tia đơn sắc song song, đi theo các phương khác nhau.
Lăng kính được làm bằng thuỷ tinh, thạch anh hoặc tính thể một số muối
kim loại. Tuỳ theo miền quang phổ mà ta sử dụng. Số lăng kính càng lớn các
chùm sáng đơn sắc càng cách xa nhau việc khảo sát càng thuận lợi.
Buồng tối k: là một hộp kín ánh sáng, một đầu là một thấu kính hội tụ tiêu

sắc 0. ở đầu kia có một tấm kính ảnh (hoặc phim ảnh) A. Đặt đúng đến mặt phẳng
tiêu diện ảnh của 0. Các chùm sáng đơn sắc song song ở P đi ra sau khi qua 0 sẽ
hội tụ tại các điểm khác nhau trên A. Mỗi chùm cho ta một ảnh thật và đơn sắc
qua khe F. Vậy trên kính ảnh ta chụp được một dãy ảnh phân biệt của F. Mỗi ảnh
là một vạch quang phổ. Trong quang học sóng người ta chứng minh được rằng
mỗi vạch quang phổ ứng với một bước sóng hoàn toàn có thể đo được.
Trong thực tế ngoài 3 bộ phận chính trên, máy quang phổ còn có thêm một
số bộ phận phụ nhằm giúp cho việc ứng dụng đựơc thuận tiện. Khi sử dụng máy
quang phổ điều rất quan trọng là phải điều chỉnh ống chuẩn trực cho tâm khe F
trùng đúng với tiêu điểm vật của thấu kính chuẩn trực và điều chỉnh buồng tối sao
cho kÝnh ảnh nằm đúng trên mặt phẳng tiêu của thấu kính buồng tối. Máy nào
cũng có bộ phận thích hợp giúp ta thực hiện điều đó với độ chính xác đến 1/10
mm
Ngoài ra để phân tích với độ nhạy cao, cần tận dụng triệt để năng lượng
sóng của nguồn. Do đó, máy còn phải có thêm một hệ thống thấu kính đặt trước
khe để hội tụ được nhiều ánh sáng qua khe vào các lăng kính và thấu kính.
3.3.Khả năng tán sắc của cách tử và của lăng kính.
Một cách tử có bước sóng a được chiếu sáng vuông góc bằng một ánh sáng
đa sắc. D(λ) là góc lệch ứng với bước sóng λ, hãy xác định năng suất tán sắc
- 13 -
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
ở lân cận bước sóng λ theo bậc p và bước a.
Một lăng kính có góc đỉnh là α=45
0
được làm từ thuỷ tinh có chiết suất n
phụ thuộc vào bước sóng λ theo đinh luật CAUCHY.
Với A= 1,500 và B= 0,004µm.
Ánh sáng tới là ánh sáng đa sắc, tới vuông góc lên mặt lối vào của lăng
kính. Hãy tính góc lệch D(λ) và năng suất tán sắc của lăng kính.
Hãy xác định số vạch trên một mm của cách tử có năng suất tán sắc ở bậc 1

cùng cỡ với năng suất tán sắc của lăng kính ở lân cận λ
0
= 0.5µm.
Vì θ
i
= 0 nên D=θ
p
với

Với những kí hiệu trên hình sau, đối với lăng kính có chiết suất n, ta có
D= θ
r
- θ
i
với θ
i
= α và sinθ
r
= nsinα
α
dD = dD dn = -
dθ
r
2B
- 14 -
dD
dλ
n(λ)= A+
B
λ

2
sinθ
p
=p
λ
a
cosθ
p
dD
=
p
và do đó
dD
=
1 1
dλ
a
dλ
λ w(a/ pλ)
2
- 1

θ
i
n


nnn
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
dλ

dn
d
λ
dn
λ
3
Và
Sự lệch của tia sáng qua lăng kính chiết suất
n.
Từ đó suy ra, năng suất tán sắc.
Từ đó suy ra
Bằng cách cân bằng hai biểu thức đối với năng suất tán sắc, ta được:
a≈40λ, a≈20µm, hay 50 vạch.mm
-1
Để ý đến cỡ độ lớn của số vạch trên một đơn vị độ dài của cách tử, ta thấy
cách tử là tán sắc hơn so với lăng kính. Các máy quang phổ loại tốt thường sử
dụng hoặc cách tử phản xạ có số vạch trên một đơn vị độ dài lớn hoặc những cách
tử phản xạ có số vạch trên một đơn vị độ dài nhỏ hơn nhưng làm việc ở bậc cao
hơn.
3.4. Năng suất phân giải của máy quang phổ cách tử.
a. Định nghĩa năng suất phân giải.
Năng suất phân giải của máy quang phổ đặc trưng cho khả năng phân biệt
hai vạch có bước sóng gần nhau. Nếu ∆λ là khoảng cách phổ nhỏ nhất giữa hai
vạch phân biệt được,có bước sóng sấp xỉ λ
0
thì năng suất phân giải được định
nghĩa như sau;
- 15 -
cos
θ

r
dθ
r
= sinα
dn
1
w(1/sin
2
α)- n
2
dD
=
2
B
dλ λ
3
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
Ta thay thế cách tử 100 vạch/mm bằng một cách tử có bước sóng nhỏ hơn
và do đó tán sắc hơn( 500 hoặc 1000 vạch/mm) và quan sát phổ bậc 1.
Khi đó vạch vàng được tách thành hai vạch. Các bảng bước sóng biết rằng
hai thành phần của vạch kép này có bước sóng là 577 nm và 579 nm.
Phổ kế của ta có thể phân giải vạch kép này lên phải có năng suất phân giải
lớn hơn. 580/2.1≈300.
Năng suất phân giải phụ thuộc vào cách tử và độ rộng của khe vào. chỉ cần
mở rộng khe vào thì hai vạch ban đầu phân biệt được và không sáng lắm sẽ hoà
vào nhau thành một vạch sáng hơn.
Nếu
∆λ
là khoảng cách phổ nhỏ nhất giữa hai bức xạ có bước sóng
≈λ

0
, đo
được bởi máy quang phổ thì theo định nghĩa năng suất phân giải của máy sẽ là:
Với một máy quang phổ cho trước, sự mở rộng khe vào làm tăng đô sáng
của các vạch phổ nhưng làm giảm độ phân giải.
Người sử dụng máy quang phổ cần phải tìm cách nhân nhượng tốt nhất
giữa hai yêu cầu mâu thuẫn nhau: phổ đủ sáng và có độ phân giải cao. Các loại
máy quang phổ khác dựa trên nguyên lý phân tích giao thoa đều tránh được sự
mâu thuẫn này.
b. Năng suất phân giải lý thuyết.
Định nghĩa năng suất phân giải lý thuyết: Ta xét bài toán như sau. Nếu ta có
một nguồn sáng rất mạnh thì có thể chỉ cần dùng một khe rất hẹp. Khi đó, giới
hạn tận cùng của năng suất phân giải với một khe có độ rộng tiến tới không là bao
nhiêu?
- 16 -
R=
λ
0
∆λ
R=
λ
0
∆λ
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
Muốn vậy, ta cần phải xác định độ rộng ∆θ của chùm tia nã trong bậc phổ
cho trước đối với một sóng tới hoàn toàn phẳng và đơn sắc.
Biểu thức của năng suất phân giải lý thuyết:
Giả sử θ
i
và λ là hoàn toàn xác định. Vết bậc p trên màn quan sát của chùm

tia nó sẽ càng mảnh khi số vạch N của cách tử càng nhiều. Nói chính xác hơn,
nếu cường độ chùm tia nó cực đại đối với θ= θ
p
thì nó sẽ triệt tiêu với hai giá trị
rất gần θ sao cho:
sinθ= sinθ
p
± ∆(sin θ) với
Hệ thức này được suy ra trực tiếp từ cường độ nhiễu xạ qua cách tử.
Tiếp theo, ta giả sử rằng θ
i
là hoàn toàn xác định( khe vào vô cùng hẹp) và
cách tử được chiếu sáng bởi hai bức xạ có bước sóng gần nhau:
λ
1
=λ
0
+
∆λ
và λ
2
=λ
0
-
∆λ
2
2
- 17 -
∆(sinθ)=
λ

N
a


1
0.9
0.8 A
1
A
2
0.7
0.6
0.5 θ
2
- θ
1
0.4
0.3
0.2 ∆θ
0.1 B
1

33.6 33.8 34 34.2 34.4 34.6 3 4.8 35 35.2 θ
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
Cường độ sáng khi đó sẽ là tổng hai hàm của θ được biểu diễn trên hình 4:
Hình 4; tiêu chuẩn phân giải N=100, L=1cm,λ
1
=595nm,λ
2
=605nm. Hai vạch là

phân giải vì θ
2
- θ
1
>∆θ.
Hai vạch này là hầu như có cùng một độ rộng.
∆(sinθ)=
p
2λ
0
Na
Các đỉnh của chúng nằm tại θ
1
và θ
2
sao cho;
sinθ
1
- sinθ
2
=p
λ
1
-λ
2
=p
∆λ
a a
Theo quy ước, ta sẽ thừa nhận rằng hai vạch là phân biệt được( hay phân
giải đựơc)nếu như khoảng cách giữa các tâm của chúng lớn hơn độ rộng nửa chiều

cao của mỗi vạch, nghĩa là nếu ∆(sinθ)<|sinθ
2
- sinθ
1
|. Điều kiện này được nghiệm
đúng nếu như;
λ
0
<p
∆λ
hay
λ
0
pN
Na a
∆λ
Giá trị giới hạn tương ứng với năng suất phân giải lý thuyết R=pN.
Các đường cong trên hình 23 cho ta thấy hai cường độ I
λ
1
(θ) và I
λ
2
(θ) cũng
như tổng của chúng đối với các giá trị khác nhau của ∆λ. Chúng có thể xem là
phân giải được nếu như :
- 18 -
λ
0
<R

∆λ
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m


Hình 5:a)

b)

- 19 -
b) I/I
0

1.2
1.0
.08
0.6
0.4
0.2 θ.10
-2
0
33.6 34 34.4 34.8 35.2
a) I/I
0

1.2
1.0
.08
0.6
0.4
0.2 θ.10

-2
0
33.6 34 34.4 34.8 35.2
c) I/I
0

1.2
1.0
.08
0.6
0.4
0.2 θ.10
-2
0
33.6 34 34.4 34.8 35.2
λ
0
=0.9R
λ
λ
0
=R
λ
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m

c)

3.5. Máy phân tích quang phổ Sfectrocolerimeter.
Để đo độ hấp thụ của một chất đối với từng bước sóng một, người ta dùng
một máy quang phổ hấp thô

Máy quang phổ hấp thụ có cấu tạo giống như máy quang phổ chung nhưng
các bộ phận được bố trí hơi khác một chút để việc đo cường độ ánh sáng và việc
thay đổi bước sóng được thuận tiện hơn.
- 20 -
λ
0
=1.1R
∆λ
Nguồn nuôi
Nguồn sáng
C¸c tö nhiÔu x¹
g¾n víi trèng lÊy
sãng

cds

cds
M¹ch thu tÝn hiÖu
CdS
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
Hình 6. Sơ đồ nguyên lý máy Sfectrocolerimeter
CHƯƠNG IV: ĐỐI TƯỢNG- PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
VÀ THẢO LUẬN KẾT QUẢ.
4.1 . Đối tượng nghiên cứu.
- Dung dịch CuS0
4
- Các loại kính nhả ở cơ bản trên thị trường.
4.2. Chuẩn bị mẫu nghiên cứu và các thiết bị cần thiết.
Đo sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch CuS0
4

- Dung dịch CuS0
4
bão hoà 100 ml
- Nước cất
- Kui vet, hai thấu kính hội tụ 50 đp
- Kính lọc sắc: vàng, xanh lục, đỏ
- 21 -
Trèng
lÊy
s¸ng
Nguån s¸ng
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
- Thiết bị thu tín hiệu ánh sáng truyền qua.
Đo sự hấp thụ ánh sáng của quang trở.
- Quang trở
- Máy quang phổ sfectrocolerimeter
- Một thấu kính hội tu 50 đp
Đo sự hấp thụ ánh sáng của các loại kính nhà ở cơ bản trên thị trường.
( Gọi d là bề dày của kính)
Kính trắng d = 4.2 cm, kính trắng d = 5.85 cm
Kính xanh đen: d = 5.225 cm
Kính lục ( mạ): d = 3.85 cm
Kính nâu: d = 4.50 cm
Kính mê: d = 4.87 cm
Quang trở trên cơ sở CdS
Máy quang phổ Sfectrocolerimeter
2 thấu kính hội tụ 50 đp
4.3. Chuẩn định máy quang phổ
Trống lấy sáng của máy quang phổ được chuẩn định nhờ máy phát laser
hồng ngoại. Bước sóng của máy laser hồng ngoại λ

l
= 0.6993 µm được điều chỉnh
so với vạch của trống lấy sáng sai số không quá 10%.
Dải phổ làm việc của máy được lấy dựa vào phổ thông quang của quang trở
CdS. Tín hiệu lầy từ quang trở được đưa vào mạch khuyếch đại( hệ số khưyếch
đại cỡ 40 lần) trước khi đưa đến điện kế.
Sơ đồ thí nghiệm được bố trí như sau:

Bộ khuyếch đại
- 22 -
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
L1 L2
Kính (dung dịch)
Máy thu tín hiệu
Máy quang phổ
Hình 7. Sơ đồ thực nghiệm đo phổ hấp thụ của dung dịch và kính dân dụng.
Do độ nhạy và tính ổn định của máy thu tín hiệu quang trở CdS thấp nên khi
làm thực nghiệm còn dùng(tương đương) quang trở trên cơ sở CdS
e
diện tích nhạy
quang 2.0mm
2
, λmax= 0.64µm, R
tối
= 2.0µΩ độ nhạy suất 20,00µΑ
KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM- THẢO LUẬN
1. Phổ thông quang của quang trở CdS.
Bảng 1. Sự phụ thuộc của độ thông quang của quang trở CdS vào bước sóng
ánh sáng tới
- 23 -

LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
- 24 -
λ
∆I
I
0Max
465 0
470 0.019
480 0.085
490 0.14
500 0.228
510 0.30
520 0.4
530 0.47
540 0.56
550 0.62
560 0.676
570 0.77
580 0.84
590 0.92
600 0.975
605 1
610 0.971
620 0.92
630 0.866
640 0.77
650 0.68
660 0.66
670 0.62
680 0.55

690 0.53
700 0.48
710 0.43
720 0.38
730 0.3
740 0.23
750 0.13
760 0
LuËn v¨n tèt nghiÖp NguyÔn ThÞ Hång T©m
Hình 8. Phổ thông quang của quang trở SdS
Nhận xét:
Dải quang thông đựơc lấy trong khoảng (535- 700A
0
)
2.1. Phổ thông quang của Kuivet khi chưa có dung dịch.
Bảng 2. Sự phụ thuộc của độ thông quang của Kuivet khi chưa có dung dịch và
bước sóng ánh sáng tới.
λ 310 320 330 340 350 360 370
∆I
0.12 0.13 0.14 0.15 0.17 0.18 0.195
I
0 Max
λ 380 390 400 410 420 430 440
- 25 -
∆I/I
0Max
1

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4
0.3
0.2

0.1

400 500 600 700 800 λ(mm)