Quang phổ tận dụng lợi thế của thực tế là tất cả các nguyên tử và phân tử hấp thụ và phát ra ánh sáng ở các bước sóng nhất định. Để hiểu tại sao, bạn phải hiểu nguyên tử được cấu tạo như thế nào. Bạn có thể đọc về cấu trúc nguyên tử trong Cách nguyên tử hoạt động , nhưng bản tóm tắt nhanh ở đây sẽ hữu ích. Năm 1913, một nhà khoa học Đan Mạch tên là Niels Bohr đã lấy mô hình nguyên tử của Ernest Rutherford - một hạt nhân dày đặc được bao quanh bởi một đám mâycủa các điện tử - và đã thực hiện một số cải tiến nhỏ để phù hợp hơn với dữ liệu thực nghiệm. Trong mô hình của Bohr, các electron bao quanh hạt nhân tồn tại trong các quỹ đạo rời rạc, giống như các hành tinh quay quanh mặt trời. Trên thực tế, hình ảnh trực quan cổ điển mà tất cả chúng ta có về nguyên tử, chẳng hạn như hình bên phải, được mô phỏng theo khái niệm của Bohr. (Các nhà khoa học kể từ đó đã loại bỏ một số kết luận của Bohr, bao gồm cả ý tưởng về các electron chuyển động xung quanh hạt nhân theo những con đường cố định, thay vào đó hình dung các electron tụ tập xung quanh hạt nhân trong một đám mây.)
Trong nguyên tử Bohr , một electron trong một quỹ đạo cụ thể được liên kết với một lượng năng lượng cụ thể. Không giống như các hành tinh, vẫn cố định trong quỹ đạo của chúng, các electron có thể nhảy từ quỹ đạo này sang quỹ đạo khác. Một electron trong quỹ đạo mặc định của nó là ở trạng thái cơ bản . Để chuyển từ trạng thái cơ bản lên quỹ đạo xa hạt nhân hơn, êlectron phải hấp thụ năng lượng. Khi điều này xảy ra, các nhà hóa học nói rằng electron ở trạng thái kích thích . Các electron nói chung không thể ở trạng thái kích thích vô thời hạn. Thay vào đó, họ nhảy trở lại trạng thái cơ bản, một động tác yêu cầu giải phóng cùng một năng lượng giúp họ trở nên phấn khích ngay từ đầu. Năng lượng này có dạng một photon- hạt ánh sáng nhỏ nhất - ở một bước sóng nhất định và vì bước sóng và màu sắc có liên quan với nhau nên ở một màu nhất định.
Mỗi nguyên tố trong bảng tuần hoàn có một tập hợp quỹ đạo Bohr duy nhất mà không nguyên tố nào khác chia sẻ. Nói cách khác, các electron của một nguyên tố tồn tại trong các quỹ đạo hơi khác so với các electron của nguyên tố khác. Bởi vì cấu trúc bên trong của các nguyên tố là duy nhất, chúng phát ra các bước sóng ánh sáng khác nhau khi các electron của chúng bị kích thích. Về bản chất, mọi nguyên tố đều có một " dấu vân tay " nguyên tử duy nhất có dạng một tập hợp các bước sóng, hoặc một quang phổ .
William Wollaston và Joseph von Fraunhofer đã phát triển quang phổ kế đầu tiên để xem phổ dấu vân tay của các nguyên tố. Quang phổ kế là một công cụ vừa phát tán ánh sáng vừa hiển thị nó để nghiên cứu. Ánh sáng đi vào một khe hẹp và đi qua thấu kính tạo ra chùm tia song song. Các tia này truyền qua một lăng kính, làm cong ánh sáng. Mỗi bước sóng bị bẻ cong một lượng nhỏ khác nhau, do đó, một loạt các dải màu được tạo ra. Thấu kính thứ hai tập trung ánh sáng vào một khe thoát, cho phép một màu của ánh sáng đi qua tại một thời điểm. Các nhà khoa học thường sử dụng một kính thiên văn nhỏ, gắn trên bàn xoay, để quan sát màu thoát ra qua khe dễ dàng hơn. Sau đó, nhà khoa học xoay kính thiên văn hoặc lăng kính để đưa màu sắc khác vào tầm nhìn. Bằng cách ghi nhận góc của lăng kính hoặckính thiên văn , bước sóng của ánh sáng thoát ra có thể được xác định. Sử dụng kính quang phổ để phân tích một mẫu có thể mất vài phút, nhưng nó có thể tiết lộ nhiều điều về nguồn sáng. Một số máy quang phổ, được gọi là máy quang phổ , được thiết lập để chụp ảnh quang phổ.
Như bạn mong đợi, quang phổ kế là một công cụ cần thiết cho các nhà hóa học tiến hành quang phổ laze. Tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét ngắn gọn một số loại quang phổ laser quan trọng nhất.
