Phổ hấp thụ và phổ phát xạ

Phổ hấp thụ và phổ phát xạ


• Theo cơ học lượng tử, các nguyên tử chỉ tồn tại ở các mức thế
năng không liên tục. Thế năng của nguyên tử phụ thuộc vào
cấu hình điện tử và sự dịch chuyển của các điện tử lớp ngoài
giữa các mức năng lượng cố định để phát xạ hoặc hấp thụ
photon.
• Phổ nguyên tử chỉ liên quan đến sự dịch chuyển của điện tử
từ mức năng lượng này sang mức năng lượng khác. Mỗi sự
dịch chuyển đều ứng với một tần số riêng của cả phổ hấp thụ
và phát xạ. Tần số của các dạng bức xạ phỏt xạ hoặc hấp thụ
tỷ lệ thuận với sự thay đổi thế năng.
• Phổ phát xạ xuất hiện khi điện tử dịch chuyển từ mức năng
lượng cao về mức năng lượng thấp hơn.
• Phổ ứng với năng lượng dịch chuyển điện tử từ mức cơ bản
lên mức kích thích được gọi là phổ hấp thụ.


Các dụng cụ trong hệ phổ hấp thụ và
phổ phát xạ
Mẫu đo

Nguồn
tạo bức
xạ

Dụng cụ
bổ xung

Phổ kế

Tế bào
quang
điện

Thiết bị
đọc
đầu ra


• Nguồn tạo bức xạ: Cung cấp bức xạ có bước sóng phù hợp cho việc
nghiên cứu mẫu trong từng trường hợp cụ thể.
• Để phổ kế cho các bức xạ có tần số khác nhau, người ta sử dụng các
dụng cụ bổ xung như các dạng lăng kính, bộ lọc sắc hoặc các cách tử.
• Khi nguồn bức xạ chiếu vào mẫu, một phần sẽ bị hấp thụ, phần còn lại
sẽ truyền qua và rơi vào tế bào quang điện, dụng cụ này sẽ chuyển tín
hiệu quang thành điện. Tín hiệu, sau khi được khuếch đại sẽ được xử lý
tại phần đọc ở đầu ra dưới dạng đồ thị hoặc file kết quả.
• Phổ kế: Là dụng cụ bao gồm các linh kiện nhận bức xạ, phân chia và
đưa ra chùm tia có bước sóng lựa chọn trong vùng phổ xác định. Phổ
kế cho phép xác định sự phụ thuộc của công suất bức xạ vào bước
sóng.
• Quang-phổ kế: Là phổ kế cùng các thiết bị hỗ trợ để có thể xác định tỷ
phần công suất bức xạ của hai chùm tia như một hàm số của bước sóng
phổ. Hai chùm tia bức xạ có thể được phân biệt bởi không gian, thời
gian hoặc cả hai thông số trên.


Đèn hydrogen.
• Làm việc trong vùng cực tím (UV), trong điều kiện áp suất

thấp (0.2- 5 torr) và điện áp thấp (40V DC).
• Cathode được nung nóng là cơ chế chính để duy trì sự phát
bức xạ.
• Đặc điểm quan trọng nhất của loại đèn này là khẩu độ cơ
học giữa cathode và anode, dùng để nén chùm sáng đi qua
một lỗ hẹp (đường kính 0.6- 1.5mm ).
• Đèn hydrogen cung cấp bức xạ mạnh và liên tục trong vùng
phổ thấp hơn 360nm.
• Nếu được bảo vệ bởi SiO2 đèn có thể cho phổ bức xạ ở
vùng sóng 160nm.
• ở các bước sóng lớn hơn 380nm, đèn cho phổ phát xạ có
các vạch trùng nhau liên tục và tạo ra nhiễu.


Đèn sợi đốt phỏt sáng
• Dùng cho các hệ đo phổ trong vùng bước sóng từ 350nm đến
2.5µm.
• Sử dụng sợi đốt W nung nóng đến phát sáng bằng dòng điện.
Sợi đốt được đặt trong ống thủy tinh hàn kín, bên trong có
thể là khí trơ hoặc chân không. Sợi đốt được xoắn lại để tăng
cường độ phát xạ.
• Đèn Halogen- Wolfram là một dạng đặc biệt của đèn sợi đốt
nóng sáng. Đèn được bọc bằng thuỷ tinh thạch anh để tăng
nhiệt độ làm việc tới 3500K. Khí I2 được đưa vào bên trong
ống thuỷ tinh, trong quá trình phát sáng xảy ra phản ứng hóa
học tạo khí: I +W =WI2(khí), khí này bám vào sợi đốt W và
phục hồi sợi đốt, quá trình cứ diễn ra liên tục như vậy và đèn
luôn được làm sạch. Đèn loại này duy trì trên 90% ánh sáng
so với ban đầu trong suốt thời gian hoạt động.

ổn định bức xạ
• Dòng quang điện xuất hiện khi chiếu chùm bức xạ vào
Detector tỷ lệ thuận với điện áp đặt vào đèn. Để ổn định
dòng quang điện trong khoảng 0,2% (ứng với độ chính
xác của hệ phổ) thì nguồn điện áp cho sợi đốt cần phải
được điều chỉnh làm ổn định.
• Nguồn được ổn định bằng cách sử dụng các bộ pin nạp
hoặc các biến thế chuyển điện áp xoay chiều thành một
chiều.
• Bằng cách đặt một detector thứ 2 trên đường đi của chùm
sáng từ nguồn tới mẫu, có thể hiệu chỉnh được tín hiệu ở
đầu ra của đèn. Điều này được thực hiện do có sự hồi tiếp
tín hiệu đến nguồn điện áp đặt vào đèn nhằm mục đích
tăng hoặc giảm dòng đầu ra.


Chế độ điều biến hoặc xung của đèn
• Sử dụng nguồn điện áp hồi tiếp cho đèn cho phép nguồn làm
việc ở chế độ điều biến hoặc chế độ xung.
• ở chế độ điều biến, nguồn điện áp bên ngoài được điều biến
để tạo các tín hiệu hình sin, hình chữ nhật hoặc dạng răng cưa.
Sử dụng tín hiệu hồi tiếp quang và điều biến điện áp ngoài,
cho phép nhận các tín hiệu quang có mức méo thấp nhất.
• ở chế độ xung, đèn làm việc ở mức công suất cao hơn bình
thường, dòng hư kháng được thiết lập ở giá trị thấp và giá trị
dòng tăng trong thời gian phát xung. Dòng tăng mạnh nhất ở
vùng tia cực tím và yếu nhất ở vùng hồng ngoại. Thời gian
ngắn nhất của một xung là 300µs, thời gian dài nhất có thể vài
giây hoặc lâu hơn phụ thuộc vào loại đèn.

• Trong cả hai chế độ điều biến và xung thì tuổi thọ của đèn đều
bị giảm.