Các thuật ngữ khoa học thường được sử dụng thay thế cho nhau và các mô tả được khoa học chấp nhận liên tục được tinh chỉnh và diễn giải lại, điều này có thể dẫn đến sai sót trong hiểu biết khoa học. Mặc dù không thể loại bỏ hoàn toàn những lỗi như vậy, nhưng chúng có thể được giảm thiểu bằng cách làm cho chúng ta biết về chúng, hiểu rõ hơn về thuật ngữ và sử dụng các phương pháp khoa học cẩn thận và chu đáo. Điều này chắc chắn đúng khi hiểu về quang phổ và phép đo phổ, mặc dù giống nhau nhưng không giống nhau. Với suy nghĩ này, chúng ta hãy xem xét sâu hơn các thuật ngữ này.
SPECTROSCOPY
Quang phổ là nghiên cứu về sự hấp thụ và phát xạ ánh sáng và các bức xạ khác của vật chất. Nó liên quan đến việc phân tách ánh sáng (hay chính xác hơn là bức xạ điện từ) thành các bước sóng cấu thành của nó (quang phổ), được thực hiện giống như cách một lăng kính phân tách ánh sáng thành một cầu vồng màu sắc. Thực tế, phương pháp quang phổ kiểu cũ được thực hiện bằng lăng kính và các tấm ảnh.
Quang phổ là nghiên cứu về sự hấp thụ và phát xạ ánh sáng và các bức xạ khác của vật chất. Nó liên quan đến việc phân tách ánh sáng (hay chính xác hơn là bức xạ điện từ) thành các bước sóng cấu thành của nó (quang phổ), được thực hiện giống như cách một lăng kính phân tách ánh sáng thành một cầu vồng màu sắc. Thực tế, phương pháp quang phổ kiểu cũ được thực hiện bằng lăng kính và các tấm ảnh.
Gần đây, định nghĩa về quang phổ đã được mở rộng để bao gồm cả việc nghiên cứu tương tác giữa các hạt như electron, proton và ion, cũng như tương tác của chúng với các hạt khác như một hàm của năng lượng va chạm của chúng.
SPECTROSCOPY được sử dụng như thế nào
Không chỉ là một lĩnh vực chuyên biệt, duy nhất, quang phổ không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong khi nó cung cấp một nền tảng lý thuyết hỗ trợ cho nghiên cứu lượng tử ban đầu trong bức xạ và cấu trúc nguyên tử, nó cũng có một số ứng dụng đáng kinh ngạc khác; Máy chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI) và tia X sử dụng một dạng quang phổ tần số vô tuyến, chúng tôi đo cấu trúc và đặc tính vật lý độc đáo của các thiên thể ở xa thông qua quang phổ và bước sóng của chúng, thậm chí nó còn được sử dụng để kiểm tra doping trong thể thao.
Các loại quang phổ khác nhau được phân biệt bởi loại năng lượng bức xạ tham gia vào tương tác. Trong nhiều ứng dụng, quang phổ được xác định bằng cách đo những thay đổi về cường độ hoặc tần số của năng lượng bức xạ này. Các loại quang phổ cũng có thể được phân biệt bằng bản chất của sự tương tác giữa năng lượng và vật liệu. Những ví dụ bao gồm:
ASTRONOMICAL SPECTROSCOPY
Loại quang phổ này chủ yếu quan tâm đến việc phân tích các vật thể trong không gian. Từ phân tích quang phổ đơn giản của một đối tượng thiên văn, chúng ta có thể đo phổ của bức xạ điện từ và xác định bước sóng của nó. Điều này có thể cho chúng ta biết về thành phần hóa học của vật thể (như một yếu tố của quang phổ và khối lượng của chúng), nhiệt độ, khoảng cách và tốc độ (sử dụng hàm của bước sóng và tốc độ ánh sáng).
ABSORPTION SPECTROSCOPY
Quang phổ hấp thụ liên quan đến việc sử dụng các kỹ thuật quang phổ đo sự hấp thụ bức xạ trong vật chất. Chúng ta có thể xác định cấu tạo nguyên tử của một mẫu bằng cách thử nghiệm sự hấp thụ của các nguyên tố cụ thể trên phổ điện từ.
BIOMEDICAL SPECTROSCOPY
Quang phổ y sinh là một loại quang phổ được sử dụng trong khoa học y sinh. Ví dụ, quang phổ cộng hưởng từ (một kỹ thuật chuyên biệt kết hợp với chụp cộng hưởng từ) thường được sử dụng để chẩn đoán và nghiên cứu những thay đổi hóa học trong não có thể gây ra bất cứ điều gì từ trầm cảm đến các khối u vật lý, cũng như phân tích cấu trúc trao đổi chất của cơ. Điều này hoạt động bằng cách lập bản đồ phổ của các bước sóng trong não tương ứng với quang phổ đã biết và phân tích cẩn thận các mẫu và quang sai trong các mẫu đó.
ENERGY-DISPERSIVE X-RAY SPECTROSCOPY
Quang phổ tia X phân tán năng lượng (hay còn gọi là EDS / EDX) được sử dụng để xác định và định lượng các nguyên tố được tìm thấy trong mẫu. Kỹ thuật này được sử dụng bởi Phenom ProX Desktop SEM. Nó cũng có thể được sử dụng kết hợp với Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và Kính hiển vi điện tử truyền quét (STEM) để tạo ra phân tích nguyên tố được phân giải theo không gian ở những khu vực có đường kính nhỏ đến vài nanomet.
SPECTROMETRY
Phép đo phổ là phép đo tương tác giữa ánh sáng và vật chất, các phản ứng và phép đo cường độ và bước sóng bức xạ. Nói cách khác, phép đo phổ là một phương pháp nghiên cứu và đo một phổ cụ thể và nó được sử dụng rộng rãi để phân tích quang phổ của các vật liệu mẫu.
Khối phổ là một ví dụ về một loại phép đo phổ và nó đo khối lượng trong một mẫu hóa học thông qua tỷ lệ khối lượng trên điện tích của chúng. Điều này thường được thực hiện bằng cách ion hóa các hạt bằng một cơn mưa electron, sau đó đưa chúng qua từ trường để tách chúng thành các giai đoạn lệch hướng khác nhau. Khi các hạt được tách ra, chúng sẽ được đo bằng hệ số nhân điện tử và chúng tôi có thể xác định thành phần của mẫu thông qua trọng lượng của mỗi ion. Thông thường, kính hiển vi điện tử quét cung cấp các tùy chọn cho phép đo phổ dựa trên ứng dụng.
Các ứng dụng thực tế của phổ khối bao gồm xác định tuổi đồng vị và xác định đặc tính của protein. Các robot thám hiểm không gian lưu động độc lập như Mars Phoenix Lander cũng mang theo khối phổ để phân tích đất ngoại lai.
Lịch sử của SPECTROMETRY
Nghiên cứu về phép đo phổ bắt nguồn từ những năm 1600 khi Isaac Newton lần đầu tiên phát hiện ra rằng ánh sáng hội tụ qua thủy tinh phân tách nó thành các màu sắc khác nhau của cầu vồng (được gọi là quang phổ của ánh sáng nhìn thấy). Bản thân quang phổ là một hiện tượng có thể nhìn thấy rõ ràng (nó tạo nên màu sắc của cầu vồng và tạo ra ánh sáng mà bạn nhìn thấy trên bề mặt của một vũng nước), nhưng phải mất hàng thế kỷ nghiên cứu để phát triển nghiên cứu về hiện tượng này thành một lĩnh vực thống nhất. có thể được sử dụng để rút ra kết luận hữu ích.
Nhiều thế hệ nghiên cứu của các nhà khoa học, chẳng hạn như William Hyde Wollaston, dẫn đến việc phát hiện ra các vạch tối dường như được đặt ngẫu nhiên dọc theo quang phổ này. Cuối cùng, người ta xác định rằng đây là hậu quả của việc hấp thụ các chất hóa học trong bầu khí quyển của trái đất.
Nói một cách đơn giản, vì ánh sáng tự nhiên lọc từ các thiên thể trong không gian như mặt trời, nó trải qua nhiều phản ứng khác nhau trong bầu khí quyển của chúng ta. Mỗi nguyên tố hóa học phản ứng hơi khác nhau trong quá trình này, một số phản ứng rõ ràng (những nguyên tố trên bước sóng 390-700mm có thể phát hiện được bằng mắt người) và một số vô hình (như sóng hồng ngoại hoặc tia cực tím, nằm ngoài quang phổ nhìn thấy được).
Vì mỗi nguyên tử tương ứng và có thể được biểu diễn bằng một quang phổ riêng lẻ, chúng ta có thể sử dụng phân tích các bước sóng trong quang phổ ánh sáng để xác định chúng, định lượng các tính chất vật lý và phân tích các chuỗi và phản ứng hóa học từ trong khuôn khổ của chúng.
Một số cách thực tế chúng tôi sử dụng quang phổ bao gồm:
- Chúng ta có thể sử dụng quang phổ duy nhất để xác định cấu tạo hóa học, nhiệt độ và vận tốc của các vật thể trong không gian.
- Để sàng lọc và phân tích chất chuyển hóa, và cải thiện cấu trúc của thuốc.
- Để đo các hóa chất hoặc hạt nano được lấy mẫu thông qua tỷ lệ khối lượng trên điện tích của chúng bằng cách sử dụng khối phổ kế.
DIFFERENCES BETWEEN SPECTROMETRY AND SPECTROSCOPY
Quang phổ là khoa học nghiên cứu sự tương tác giữa vật chất và năng lượng bức xạ. Đó là nghiên cứu về các đặc điểm hấp thụ của vật chất, hoặc hành vi hấp thụ của vật chất, khi chịu bức xạ điện từ. Quang phổ không tạo ra bất kỳ kết quả nào, nó chỉ đơn giản là cách tiếp cận lý thuyết đối với khoa học.
Mặt khác, phép đo phổ là phương pháp được sử dụng để có được một phép đo định lượng của phổ. Đây là ứng dụng thực tế trong đó các kết quả được tạo ra, giúp định lượng, ví dụ, độ hấp thụ, mật độ quang học hoặc độ truyền qua.
Tóm lại, quang phổ là khoa học lý thuyết, và phổ là phép đo thực tế trong việc cân bằng vật chất ở mức độ nguyên tử và phân tử.
SPECTROMETERS
Máy đo phổ là bất kỳ công cụ nào được sử dụng để đo sự biến đổi của một đặc tính vật lý trong một phạm vi nhất định, tức là một phổ. Đây có thể là phổ tỷ lệ khối lượng trên điện tích trong máy khối phổ, sự biến đổi của tần số cộng hưởng hạt nhân trong máy quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), hoặc sự thay đổi sự hấp thụ và phát xạ ánh sáng có bước sóng trong máy quang phổ. Khối phổ kế, phổ kế NMR và quang phổ kế là ba loại phổ kế phổ biến nhất được tìm thấy trong các phòng nghiên cứu trên khắp thế giới.
Máy đo phổ đo bước sóng và tần số của ánh sáng, đồng thời cho phép chúng ta xác định và phân tích các nguyên tử trong một mẫu mà chúng ta đặt bên trong nó. Ở dạng đơn giản nhất, quang phổ kế hoạt động giống như một dạng nhiễu xạ tinh vi, hơi giống với trò chơi ánh sáng xảy ra khi ánh sáng trắng chiếu vào các lỗ nhỏ của đĩa DVD hoặc đĩa compact khác.
Ánh sáng được truyền từ một nguồn (đã được làm nóng sáng bằng cách đốt nóng) đến cách tử nhiễu xạ (giống như đường Fraunhofer nhân tạo) và lên gương. Vì ánh sáng phát ra từ nguồn ban đầu là đặc trưng của sự tiếp xúc nguyên tử của nó, nên trước tiên, nhiễu xạ và phản chiếu sẽ phân tán, sau đó phản xạ, bước sóng thành một định dạng mà chúng ta có thể phát hiện và định lượng.
