Vạch quang phổ

Các vạch quang phổ là các vạch tối hoặc sáng trong một quang phổ liên tục và đồng dạng, do sự phát xạ hoặc hấp thụ ánh sáng trong một dải tần hẹp, so với các tần số lân cận. Quang phổ chứa các vạch quang phổ được gọi là quang phổ vạch.

Quang phổ liên tục

Các vạch quang phổ phát xạ

Quang phổ vạch hấp thụ

Các đường cho thấy sự hấp thụ không khí, dưới sự chiếu sáng gián tiếp, với nguồn sáng trực tiếp không nhìn thấy được, do đó khí không trực tiếp giữa nguồn và máy dò. Ở đây, các đường Fraunhofer trong ánh sáng mặt trời và sự tán xạ Rayleigh của ánh sáng mặt trời này là "nguồn". Đây là quang phổ của một bầu trời xanh gần với đường chân trời, chỉ về hướng đông khoảng 3 hoặc 4  chiều (tức là mặt trời hướng về phía tây) vào một ngày đẹp trời.

Các loại vạch phổ

 

Quang phổ liên tục của đèn sợi đốt (giữa) và các vạch phổ rời rạc của đèn huỳnh quang (phía dưới)

Các vạch quang phổ là kết quả của sự tương tác giữa một hệ lượng tử (thường là các nguyên tử, nhưng đôi khi là các phân tử hoặc hạt nhân nguyên tử) và một photon đơn lẻ. Khi một photon có đúng lượng năng lượng để cho phép một sự thay đổi trong trạng thái năng lượng của hệ thống (trong trường hợp của một nguyên tử này thường là một electron làm thay đổi quỹ đạo), các photon được hấp thụ. Sau đó, nó sẽ truyền lại một cách tự nhiên, ở cùng tần số với nguyên bản hoặc theo tầng, trong đó tổng năng lượng của các photon phát ra sẽ bằng năng lượng của năng lượng được hấp thụ (giả sử hệ thống trở về trạng thái ban đầu).

Một vạch quang phổ có thể được quan sát là vạch phát xạ hoặc vạch hấp thụ. Loại nào được quan sát đều phụ thuộc vào loại vật liệu và nhiệt độ của nó so với nguồn phát xạ khác. Một vạch hấp thụ được tạo ra khi các photon từ nguồn phổ rộng, nóng đi qua vật liệu lạnh. Cường độ ánh sáng, trên một dải tần số hẹp, bị giảm do sự hấp thụ của vật liệu và phát xạ lại theo các hướng ngẫu nhiên. Ngược lại, một vạch phát xạ sáng được tạo ra khi các photon từ vật liệu nóng được phát hiện với sự có mặt của phổ rộng từ nguồn lạnh. Cường độ ánh sáng, trên một dải tần số hẹp tăng lên do sự phát xạ của vật liệu.

Các vạch quang phổ có tính đặc hiệu nguyên tử cao và có thể được sử dụng để xác định thành phần hóa học của bất kỳ môi trường nào có khả năng cho ánh sáng đi qua nó. Một số nguyên tố được phát hiện bằng các quang phổ trung gian, bao gồm heli, thali và cesi. Các vạch quang phổ cũng phụ thuộc vào các điều kiện vật lý của chất khí, vì vậy chúng được sử dụng rộng rãi để xác định thành phần hóa học của các ngôi sao và các thiên thể khác không thể phân tích bằng các phương tiện khác, cũng như các điều kiện và tính chất vật lý của chúng.

Các cơ chế khác ngoài tương tác nguyên tử – photon có thể tạo ra các vạch quang phổ. Tùy thuộc vào tương tác vật lý chính xác (với các phân tử, các hạt đơn lẻ, v.v.), tần số của các photon có liên quan sẽ rất khác nhau và các vạch đó có thể được quan sát trên phổ điện từ, từ sóng vô tuyến đến tia gamma.

Đường quang phổ của các nguyên tố hóa học

Ánh sáng nhìn thấy được

Đối với mỗi phần tử, bảng dưới đây cho thấy các vạch quang phổ hiển thị trong phổ nhìn thấy được, từ khoảng 400 nm-700 nm. Bản mẫu:Vạch quang phổ của các nguyên tố hóa học

Vạch quang phổ của các nguyên tố hóa học
Nguyên tố	Z	Ký hiệu	Vạch quang phổ
Hydro	1	H
Heli	2	He
Lithi	3	Li
Beryli	4	Be
Bo	5	B
Carbon	6	C
Nitơ	7	N
Oxy	8	O
Flo	9	F
Neon	10	Ne
Natri	11	Na
Magnesi	12	Mg
Nhôm	13	Al
Silic	14	Si
Phốt pho	15	P
Lưu huỳnh	16	S
Chlor	17	Cl
Argon	18	Ar
Kali	19	K
Calci	20	Ca
Scandi	21	Sc
Titan	22	Ti
Vanadi	23	V
Chromi	24	Cr
Mangan	25	Mn
Sắt	26	Fe
Coban	27	Co
Nickel	28	Ni
Đồng	29	Cu
Kẽm	30	Zn
Galli	31	Ga
Germani	32	Ge
Arsenic	33	As
Seleni	34	Se
Brom	35	Br
Krypton	36	Kr
Rubidi	37	Rb
Stronti	38	Sr
Yttri	39	Y
Zirconi	40	Zr
Niobi	41	Nb
Molypden	42	Mo
Techneti	43	Tc
Rutheni	44	Ru
Rhodi	45	Rh
Palladi	46	Pd
Bạc	47	Ag
Cadmi	48	Cd
Indi	49	In
Thiếc	50	Sn
Antimon	51	Sb
Teluri	52	Te
Iod	53	I
Xenon	54	Xe
Caesi	55	Cs
Bari	56	Ba
Lanthan	57	La
Ceri	58	Ce
Praseodymi	59	Pr
Neodymi	60	Nd
Promethi	61	Pm
Samari	62	Sm
Europi	63	Eu
Gadolini	64	Gd
Terbi	65	Tb
Dysprosi	66	Dy
Holmi	67	Ho
Erbi	68	Er
Thuli	69	Tm
Ytterbi	70	Yb
Luteti	71	Lu
Hafni	72	Hf
Tantal	73	Ta
Volfram	74	W
Rheni	75	Re
Osmi	76	Os
Iridi	77	Ir
Bạch kim	78	Pt
Vàng	79	Au
Thủy ngân	80	Hg
Thalli	81	Tl
Chì	82	Pb
Bismuth	83	Bi
Poloni	84	Po
Radon	86	Rn
Radi	88	Ra
Actini	89	Ac
Thori	90	Th
Protactini	91	Pa
Urani	92	U
Neptuni	93	Np
Plutoni	94	Pu
Americi	95	Am
Curi	96	Cm
Berkeli	97	Bk
Californi	98	Cf
Einsteini	99	Es

Bước sóng khác

"Các vạch quang phổ" thường ngụ ý rằng người ta đang nói về các vạch có bước sóng rơi vào phạm vi của phổ nhìn thấy được. Tuy nhiên, cũng có nhiều vạch quang phổ xuất hiện ở bước sóng ngoài phạm vi này. Ở bước sóng ngắn hơn nhiều của tia X, chúng được gọi là tia X đặc trưng. Các tần số khác cũng có các vạch phổ nguyên tử, chẳng hạn như dãy Lyman, nằm trong dải cực tím.