Máy quang phổ, nguyên tắc hoạt động

Máy quang phổ là một thiết bị đo ngày càng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp từ nghiên cứu vật liệu, thực phẩm, điện tử, môi trường… Nó là một thiết bị gần như không thể thiếu trong các phòng thí nghiệm, giúp phân tích nhanh chóng dữ liệu, tìm ra những lỗi hoặc sai sót mà mắt thường không thể nhìn thấy được

Trong bài viết này, hãy cùng Thắng Lợi Victory tìm hiểu những thông tin bổ ích về máy đo quang phổ để có cái nhìn tổng quan nhất về chức năng, công dụng cũng như cấu tạo của loại thiết bị này nhé

Trước khi bước vào tìm hiểu về máy đo quang phổ, hãy cùng ôn lại một chút về khái niệm quang phổ, để có thể hiểu những kiến thức bên dưới dễ dàng hơn

Quang phổ là gì?

Phổ (spectrum) là một từ ngữ dùng để miêu tả một tập hợp những thuộc tính vật lý có tần số tăng dần và nằm liền kề nhau. Ví dụ như là phổ của điện, của nước nước, ánh sáng…

Vậy quang phổ (phổ của ánh sáng) sẽ là tập hợp những tia sáng có bước sóng (tần số ánh sáng) tăng dần nằm liền kề nhau. Ánh sáng ở mỗi bước sóng khác nhau sẽ có màu sắc khác nhau nên khi quan sát 1 quang phổ bạn sẽ thấy chúng có nhiều màu sắc

Một ví dụ đơn giản nhất về quang phổ đó chính là cầu vồng, như bạn đã thấy nó là một dải gồm nhiều màu sắc khác nhau

Máy quang phổ là dụng cụ dùng để làm gì?

Máy quang phổ (quang phổ kế) là một thiết bị chuyên dùng để tách, định lượng và phân tích dải phổ của ánh sáng, cụ thể là từ một dải phổ nhiều ánh sáng phức tạp nó sẽ phân tích thành những tia sáng đơn giản. Dựa vào cường độ, bước sóng của những ánh sáng đã được phân tách khi đi qua một vật mẫu (dung dịch hoặc rắn) các kỹ sư có thể sử dụng nghiên cứu về tính chất của của một vật thể này, xác định màu sắc, kiểm tra thành phần, cấu trúc vật liệu, xác định hàm lượng chất trong một dung dịch bất kỳ….

Vì máy đo quang phổ có thể được sử dụng trong rất nhiều mục đích khác nhau nên một loại máy không thể nào đảm nhiệm hết các công dụng. Do đó, mà các nhà phát triển đã tạo ra nhiều dòng máy khác nhau để đáp ứng cho các ứng dụng chuyên biệt.

Cấu tạo của máy quang phổ

Tùy vào từng loại quang phổ kế khác nhau chúng ta sẽ có những cấu tạo khác nhau nhưng nhìn chung sẽ bao gồm một số bộ phận chính dưới đây

a. Nguồn sáng (Light source): đóng vai trò cung cấp ánh sáng để thực hiện thí nghiệm phân tích quang phổ. Nguồn sáng được chọn phải đảm bảo đầy đủ các yếu tố như có dải bước sóng rộng, khả năng làm việc ổn định theo thời gian, tuổi thọ cao, giá thành rẻ. Hai loại nguồn sáng thường được sử dụng là đèn halogen và đèn deuterium

b. Ống chuẩn trực (Collimator): ống chuẩn trược thực tế là một thấu kính hội tụ, nó có tác dụng biến chùm tia sáng từ nguồn sáng thành những tia sáng song song với lăng kính

c. Hệ tán sắc (Monochromator): Hệ tán sẽ bao gồm hai lăng kính có tác dụng tách chùm sáng đa sắc thành những tia sáng đơn sắc. Tuy nhiên, các máy quang phổ hiện đại ngày nay thường dùng hệ tán sắc là cách tử nhiễu xạ (Diffraction Gratings) hơn là dùng lăng kính

d. Buồng tối của máy quang phổ (hoặc buồng chứa mẫu): bao gồm một vách ngăn có khe hở bên trên (được gọi là Wavelenght Selector), Khe hở này sẽ cho tia sáng đơn sắc sau khi ra khỏi hệ tán sắc đi xuyên qua và vào khu vực đặt mẫu. Đây cũng là khu vực mà bạn sẽ đặt mắt để quan sát kết quả phân tích cuối cùng khi ánh sáng đi xuyên qua mẫu nên còn được gọi là ống ngắm hoặc buồng ảnh

e. Bộ dò (Detector): - Với sự tích hợp của Detector thay vì đưa mắt vào quan sát buồng tối như trên những thiết bị cũ, ánh sáng đi qua mẫu sẽ chiếu vào bộ dò, qua bộ xử lý tín hiệu để hiển thị thông số phân tích trực tiếp lên màn của thiết bị - Các bộ dò quang và đi-ốt phát quang thường được sử dụng trong các máy quang phổ cho vùng cực tím hoặc vùng ánh sáng nhìn thấy được. Đối với phân tích các tia ở vùng hồng ngoại các bộ dò thường làm bằng linh kiện quang dẫn PbS hoặc điôt quang InGaAs

Nguyên tắc hoạt động

Sau khi đã đọc và hiểu được cấu tạo cơ bản của máy quang phổ và xem đoạn clip ngắn trên đây thì chắc nguyên lý hoạt động của loại máy này không còn quá khó với bạn nữa phải không. Thắng Lợi Victory sẽ tóm tắt ngắn gọn như sau

Bước 1: Khi khởi động thiết bị, nguồn sáng sẽ phát ánh sáng đa sắc đa sắc để cung cấp cho quá trình phân tích

Bước 2: Ánh sáng đa sắc sẽ đi từ nguồn sáng vào ống chuẩn trực. Tại đây, các tia sáng phân kỳ sẽ được chuyển thành chùm sáng song song

Bước 3: Chùm sáng song song sẽ tiếp tục đi đến hệ tán sắc có thể là lăng kính hoặc cách tử nhiễu xạ để tách ánh sáng trắng thành những một dải ánh sáng đơn sắc có màu sắc (bước sóng) khác nhau

Bước 4: Ánh sáng đơn sắc sau khi đi qua hệ tán sắc sẽ đến một vách ngăn để chọn lọc bước sóng (Wavelenght Selector). Bạn có thể chọn bước sóng mà bạn mong muốn bằng cách điều chỉnh hệ tán sắc (như clip)

Bước 5: Ánh sáng đơn sắc được chọn sẽ đi qua vách ngăn và đến buồng tối. Tại đây, ánh sáng sẽ chiếu xuyên qua mẫu cần phân tích và hiển thị lên màn chiếu để bạn có thể quan sát

Bước 6: với sự tích hợp của Detector trên các máy đo quang phổ hiện đại ngày nay, có lẽ bạn sẽ không cần đưa mắt vào quang sát như trên cách thiết bị cũ. Ánh sáng khi đi xuyên qua mẫu sẽ được đưa thẳng vào bộ dò, đi qua cách mạch xử lý dử liệu và hiển thị kết quả phân tích lên màn hình của thiết bị

Ứng dụng

Do cầu cầu sử dụng và phân tích ngày càng nhiều nên bạn có thể bắt gặp máy quang phổ trong rất nhiều ngành nghề và rất nhiều ứng dụng khác nhau. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến

- Xác định nồng độ của các chất hoàn tan không màu hoặc có màu trong dung dịch. - Xác định tốc độ phản ứng bằng cách đo tốc độ hình thành và biến mất. - Có thể được sử dụng trong khoa học pháp y - Ứng dụng trong sinh học phân tử, có thể sử dụng để kiểm tra sự phát triển của vi sinh vật như vi khuẩn mà bạn không thể nhìn thấy bằng mắt thường - Máy quang phổ UV được sử dụng trong ngành dược phẩm để xác định thành phần của thuốc. - Sử dụng trong ngành thực phẩm hoặc công nghiệp sơn. - Sử dụng để kiểm tra chất lượng nước, phân tích các tạp chất, cặn bẩn trong nước - Phân tích máu - Sử dụng trong chẩn đoán bệnh. - Dùng để phát hiện các tạp chất trong các hợp chất hữu cơ. - Máy quang phổ được ứng dụng để kiểm tra thành phần cấu trúc kim loại như vàng, thép, nhôm, đồng…. - Và nhiều ứng dụng khác

Các loại máy quang phổ

a. Máy quang phổ lăng kính

Đây là dạng máy quang phổ cơ bản nhất và được sử dụng phổ biến nhất trên thị trường hiện nay, thiết bị này được sử dụng để phân tích các ánh sáng nằm trong vùng có thể nhìn thấy được

Về mặt cấu tạo và chức năng của máy quang phổ lăng kính hầu như giống đến 80% cấu tạo chung mà Thắng Lợi Victory đã mô tả ở phần trên nên bạn có thể kéo lên và xem lại nhé

Cấu tạo

Xét về cấu tạo, máy quang phổ lăng kính sẽ bao gồm ba bộ phận chính đó là ống chuẩn trực, lăng kính và buồng tối

- Ống chuẩn trực: ống chuẩn trược thực tế là một thấu kính hội tụ, nó có tác dụng biến chùm tia sáng từ nguồn thành những tia sáng song song với lăng kính - Lăng kính: dạng máy quang phổ này sẽ sử dụng hệ tán xạ với 2 lăng kính thay vì sử dụng cách tử nhiễu xạ như ở những thiết bị loại máy khác. - Ống ngắm (buồng tối): là nơi đặt mắt để quan sát những tia sáng sau khi đã qua các giai đoạn khác để bắt đầu tiến hành phân tích và đọc kết quả

Trong máy quang phổ lăng kính lăng kính có tác dụng gì? - Công dụng của lăng kính là tán sắc chùm sáng đa sắc từ ống chuẩn trực thành những tia sáng đơn sáng để hiển thị trên buồng tối

b. Máy quang phổ UV/Vis (Máy UV VIS)

Máy UV VIS là tên gọi tắt của máy quang phổ UV/VIs là thiết bị với phép đo được sử dụng ở vùng phổ cực tím hoặc vùng ánh sáng nhìn thấy đây là loại máy xuất hiện rất nhiều trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu vật liệu, sinh học, thực phẩm, y dược, nông nghiệp.. được dùng để thu, phân li và ghi lại phổ của một vùng phổ quang học nhất định.

Ngoài ra, thiết bị này còn có những tên gọi khác như máy quang phổ tử ngoại khả kiến, máy quang phổ hấp thụ nguyên tử

Cấu tạo máy quang phổ uv vis

Xét về cấu tạo của máy quang phổ uv vis nó sẽ bao gồm đầy đủ các bộ phận như nguồn sáng, ống chuẩn trực, hệ tán sắc, màng ngăn, buồng chứa mẫu và đầu do (detector) như cấu tạo cơ bản của máy quang phổ đã được giới thiệu ở phần bên trên

c. Máy quang phổ cận hồng ngoại (Máy Nir)

Máy quang phổ cận hồng ngoại (Near Infrared Reflectance Spectroscopy - NIR) với phép đo được thực hiện ở vùng ánh sáng cận hồng ngoại. Đây là kỹ thuật dùng để xác định thành phần hóa học trong các mẫu sinh học, thực phẩm, dược phẩm, nguyên liệu, thức ăn chăn nuôi,…kỹ thuật dùng để kiểm soát chất lượng nông hóa.

d. Máy quang phổ hồng ngoại FTIR

Máy quang phổ hồng ngoại (gọi tắt là quang phổ IR) là thiết bị có phép đo được thực hiện ở vùng hồng ngoại của phổ bức xạ điện từ, ánh sáng vùng này có bước sóng dài hơn và tần số thấp hơn so với vùng ánh sáng nhìn thấy. Nhiều kỹ thuât về quang phổ hồng ngoại dựa trên tính chất này, mà hầu hết dựa trên cơ sở của sự hấp thụ quang phổ.

FTIR (Fourrier Transformation InfraRed) hoạt động dựa trên sự hấp thụ bức xạ hồng ngoại của vật chất cần nghiên cứu. Phương pháp này ghi nhận các dao động đặc trưng của các liên kết hóa học giữa các nguyên tử

e. Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS (Máy AAS)

Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) là loại thiết bị chuyên sử dụng để phân tích hàm lượng các kim loại nặng trong môi trường không khí, đất, nước, phân bón và các sản phẩm nông nghiệp. Máy có hai loại kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu :

- Nguyên tử hóa bằng ngọn lửa (áp dụng cho hầu hết các nguyên tố: Cu, Pb, Zn, Fe, ..) - Kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa

Mua máy quang phổ ở đâu?

Trên thị trường hiện nay có khá nhiều nhà cung cấp máy quang phổ. Tuy nhiên, nếu bạn muốn chọn một nơi uy tín để được hỗ trợ những chính sách ưu đãi, tư vấn kỹ thuật tận tình nhất bạn có thể liên hệ đến Công ty CP Thiết bị Thắng Lợi Victory. Chúng tôi có kinh nghiệm nhiều năm trong việc cung ứng, tư vấn kỹ thuật và lắp đặt các loại máy quang phổ cho nhiều phòng thí nghiệm tại các nhà máy và trường đại học trên toàn quốc

Liên hệ

Công Ty Cổ Phần Thiết Bị Thắng Lợi - Victory

• Địa chỉ: Số 6 phố Hoà Mã ,P.Phạm Đình Hổ, Q.Hai bà Bà Trưng, TP.Hà Nội
• Điện thoại: 024 3976 1588
• Email: [email protected]

VPĐD TP HỒ CHÍ MINH

• Địa chỉ: Số 91 Nguyễn Bỉnh Khiêm, Quận 1, Tp Hồ Chí Minh
• Điện thoại: 028 3910 4694

VPĐD TP Đà Nẵng

• Địa chỉ: 234 Hà Huy Tập, Q Thanh Khê, TP Đà Nẵng
• Điện Thoại: 0236 3811 646