Quang phổ là gì? Các nghiên cứu khoa học về Quang phổ
Quang phổ là sự phân bổ ánh sáng thành các bước sóng hoặc tần số khác nhau, quan trọng trong các lĩnh vực như vật lý, hóa học và thiên văn học. Khái niệm này bắt đầu từ thế kỷ 17 với Isaac Newton, sau đó phát triển nhờ các công cụ quang học như máy quang phổ. Có ba loại quang phổ chính: liên tục, phát xạ và hấp thụ. Quang phổ có ứng dụng rộng rãi trong thiên văn học, hóa phân tích và y học, giúp nghiên cứu và phân tích đặc tính, thành phần của vật liệu và thiên thể.
Quang Phổ Là Gì?
Quang phổ là sự phân bổ ánh sáng thành các bước sóng hoặc tần số khác nhau. Đây là một lĩnh vực quan trọng trong nhiều môn khoa học, bao gồm vật lý, hóa học và thiên văn học. Quang phổ cho phép các nhà khoa học nghiên cứu và hiểu rõ hơn về các đặc tính của ánh sáng và các vật liệu phát ra hoặc hấp thụ ánh sáng.
Lịch Sử Phát Triển Của Quang Phổ
Khái niệm quang phổ được bắt đầu nghiên cứu từ thế kỷ 17 khi Isaac Newton tiến hành thí nghiệm với lăng kính để phân tích ánh sáng mặt trời thành các màu cơ bản. Công trình của Newton đã đánh dấu bước đầu trong việc hiểu biết về quang phổ. Sau đó, vào thế kỷ 19, việc phát minh và cải tiến những công cụ quang học như máy quang phổ đã giúp mở rộng khả năng nghiên cứu sâu hơn vào sự phân tích ánh sáng và phát triển quang phổ học.
Các Loại Quang Phổ
Quang phổ có thể được phân loại dựa trên cách thức ánh sáng tương tác với vật chất. Có ba loại chính của quang phổ:
Quang Phổ Liên Tục
Quang phổ liên tục bao gồm mọi bước sóng hoặc tần số trong một dải liên tục. Nguồn phát ra quang phổ liên tục thường là các vật thể nóng rực (như mặt trời hoặc bóng đèn dây tóc). Đặc điểm của quang phổ này là không có sự ngắt quãng giữa các màu.
Quang Phổ Phát Xạ
Quang phổ phát xạ được tạo ra bởi các chất khi chúng hấp thụ năng lượng và sau đó phát ra ánh sáng. Quang phổ phát xạ xuất hiện dưới dạng các vạch màu sắc riêng biệt đặc trưng cho từng nguyên tố hoặc hợp chất, nhờ đó, chúng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định thành phần hóa học của vật liệu.
Quang Phổ Hấp Thụ
Quang phổ hấp thụ hình thành khi ánh sáng trắng đi qua một chất và một số bước sóng của ánh sáng bị hấp thụ. Kết quả là quang phổ hấp thụ có các vạch đen trong dải màu liên tục, tương ứng với bước sóng bị hấp thụ. Từ đó, quang phổ hấp thụ được sử dụng để phân tích thành phần và tính chất của chất khí và dung dịch.
Ứng Dụng Của Quang Phổ
Quang phổ có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau:
- Thiên Văn Học: Quang phổ học được sử dụng để xác định thành phần hóa học, nhiệt độ, mật độ và vận tốc của các thiên thể như sao, hành tinh và tinh vân.
- Hóa Phân Tích: Quang phổ được sử dụng trong nhiều kỹ thuật phân tích hóa học để định lượng và nhận diện các nguyên tố và hợp chất.
- Y Học: Các kỹ thuật hình ảnh quang phổ như cộng hưởng từ hạt nhân (MRI) và phổ cộng hưởng từ (MRS) được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc và chức năng của cơ thể người.
Kết Luận
Quang phổ là một công cụ mạnh mẽ và linh hoạt trong khoa học và nghiên cứu. Từ việc phân tích các dải sáng trong thiên văn học đến việc xác định thành phần hóa học trong phòng thí nghiệm, quang phổ đã và đang đóng góp quan trọng vào sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và công nghệ.
Danh sách công bố khoa học về chủ đề "quang phổ":
Để sử dụng hiệu quả bức xạ ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng trong nhà, chúng tôi đã tìm kiếm một quang xúc tác có độ phản ứng cao dưới ánh sáng nhìn thấy. Các màng và bột của TiO2-
Việc phát hiện quang học và phân tích quang phổ của các phân tử đơn lẻ và các hạt nano đơn đã được thực hiện ở nhiệt độ phòng thông qua việc sử dụng tán xạ Raman cường cường độ bề mặt. Các hạt nano colloidal bạc đơn lẻ đã được sàng lọc từ một quần thể lớn không đồng nhất dựa trên các đặc tính phụ thuộc kích thước đặc biệt và sau đó được sử dụng để khuếch đại các dấu hiệu quang phổ của các phân tử hấp phụ. Đối với các phân tử đơn lẻ rhodamine 6G hấp phụ trên các hạt nano đã chọn, các hệ số khuếch đại Raman nội tại đạt mức từ 1014 đến 1015, lớn hơn nhiều so với các giá trị trung bình của quần thể thu được từ các phép đo thông thường. Sự khuếch đại to lớn này dẫn tới các tín hiệu dao động Raman có cường độ mạnh hơn và ổn định hơn so với huỳnh quang của phân tử đơn.
Các hằng số quang học của germanium vô định hình được xác định cho các năng lượng photon từ 0.08 đến 1.6 eV. Từ 0.08 đến 0.5 eV, sự hấp thụ là do các chuyển tiếp bảo toàn
Một phương pháp kiểm tra đất DTPA đã được phát triển để nhận diện các loại đất gần trung tính và đất vôi có hàm lượng Zn, Fe, Mn, hoặc Cu không đủ cho năng suất cây trồng tối đa. Chất triết suất gồm 0.005
Phương pháp kiểm tra đất đã phân biệt thành công 77 loại đất ở Colorado dựa trên sự phản ứng của cây trồng với phân bón kẽm, sắt và mangan. Mức độ dinh dưỡng quan trọng phải được xác định riêng biệt cho từng loại cây trồng sử dụng quy trình tiêu chuẩn hóa cho việc chuẩn bị đất, nghiền và triết suất. Các mức độ quan trọng cho ngô sử dụng quy trình báo cáo trong nghiên cứu này là: 0.8 ppm cho Zn, 4.5 ppm cho Fe, tạm thời 1.0 ppm cho Mn, và 0.2 ppm cho Cu.
Việc phát triển phương pháp kiểm tra đất một phần dựa trên các cân nhắc lý thuyết. Chất triết suất được đệm tại pH 7.30 và chứa CaCl2 để cân bằng với CaCO3 tại mức CO2 cao hơn khoảng 10 lần so với mức trong không khí. Nhờ đó, chất triết suất tránh việc hòa tan CaCO3 và phát thải các dưỡng chất bị mắc kẹt thường không có sẵn cho cây trồng. DTPA được chọn làm chất tạo phức vì có khả năng hiệu quả chiết xuất cả bốn kim loại vi lượng. Các yếu tố như pH, nồng độ chất tạo phức, thời gian lắc, và nhiệt độ triết suất ảnh hưởng đến lượng vi lượng được chiết xuất và được điều chỉnh để đạt hiệu quả tối đa.
Một lớp bề mặt vô định hình trên các hạt nano titanium dioxide tạo ra các trạng thái điện tử cho phép kích thích quang với bước sóng dài hơn.
Trong 57 chủ thể bình thường (tuổi từ 20-60 tuổi), chúng tôi đã phân tích sự dao động tự phát theo nhịp giữa các khoảng R-R trong tư thế nằm kiểm soát, nghiêng đứng 90 độ, thở có kiểm soát (n = 16) và ức chế thụ thể beta-adrenergic cấp tính (n = 10) và mạn tính (n = 12). Phân tích tự động bằng máy tính đã cung cấp mật độ quang phổ công suất tự hồi quy, cũng như số lượng và công suất tương đối của các thành phần riêng lẻ. Mật độ quang phổ công suất của độ biến thiên khoảng R-R chứa hai thành phần chính: một tần số cao khoảng 0,25 Hz và một tần số thấp khoảng 0,1 Hz, với tỷ lệ tần số thấp: cao được chuẩn hóa là 3,6 +/- 0,7. Khi nghiêng, thành phần tần số thấp trở nên chiếm ưu thế (90 +/- 1%) với tỷ lệ tần số thấp: cao là 21 +/- 4. Ức chế thụ thể beta-adrenergic cấp tính (0,2 mg/kg propranolol IV) đã làm tăng độ biến thiên ở trạng thái nghỉ và làm giảm đáng kể sự gia tăng của tần số thấp và tỷ lệ tần số thấp: cao do nghiêng gây ra. Ức chế thụ thể beta-adrenergic mạn tính (0,6 mg/kg propranolol bằng đường uống, ba lần/ngày) đã giảm tần số thấp và tăng tần số cao ở trạng thái nghỉ, đồng thời hạn chế sự gia tăng tỷ lệ tần số thấp: cao do nghiêng gây ra. Thở có kiểm soát đã khiến tăng rõ rệt thành phần tần số cao ở trạng thái nghỉ, với sự giảm của thành phần tần số thấp và tỷ lệ tần số thấp: cao (0,7 +/- 0,1); trong quá trình nghiêng, sự gia tăng tỷ lệ tần số thấp: cao (8,3 +/- 1,6) nhỏ hơn đáng kể. Trong bảy chủ thể bổ sung mà áp lực động mạch có độ chính xác cao được ghi lại, sự biến thiên của khoảng R-R và áp lực động mạch đã được kiểm tra ở trạng thái nghỉ và trong quá trình nghiêng. Hơn nữa, mật độ quang phổ công suất của độ biến thiên áp lực động mạch chứa hai thành phần chính, với tỷ lệ tần số thấp: cao ở trạng thái nghỉ là 2,8 +/- 0,7, tỷ lệ này trở thành 17 +/- 5 khi nghiêng. Các thành phần mật độ quang phổ công suất này tương tự về mặt số học với những gì quan sát thấy ở độ biến thiên R-R. Do đó, các nghiên cứu xâm lấn và không xâm lấn đã cung cấp kết quả tương tự. Thông tin trực tiếp hơn về vai trò của các dây thần kinh giao cảm trên độ biến thiên R-R và áp lực động mạch được thu được từ một nhóm thí nghiệm trên chó tỉnh trước và sau khi thực hiện phẫu thuật đoạn bỏ tĩnh mạch hai bên. Trong điều kiện kiểm soát, tần số cao là thành phần chủ yếu và tần số thấp rất nhỏ hoặc không có, do sự chiếm ưu thế của giai điệu phó giao cảm. Trong một sự giảm 9% áp lực động mạch đạt được bằng nitroglycerin IV, có một sự gia tăng đáng kể của tần số thấp, là kết quả của sự kích hoạt giao cảm phản xạ. (TÓM TẮT ĐÃ BỊ CẮT NGẮT TẠI 400 TỪ)
Việc sử dụng huỳnh quang diệp lục để giám sát hiệu suất quang hợp trong tảo và thực vật hiện đã trở nên phổ biến. Bài đánh giá này xem xét cách các thông số huỳnh quang có thể được sử dụng để đánh giá những thay đổi trong hóa học quang học của hệ quang hợp II (PSII), dòng điện tử tuyến tính và sự đồng hóa CO2 trong vivo, đồng thời đưa ra cơ sở lý thuyết cho việc sử dụng các thông số huỳnh quang cụ thể. Mặc dù các thông số huỳnh quang có thể được đo dễ dàng, nhưng có thể gặp nhiều vấn đề tiềm ẩn khi ứng dụng chúng để dự đoán sự thay đổi trong hiệu suất quang hợp. Đặc biệt, việc xem xét các vấn đề liên quan đến ước tính chính xác hiệu suất hoạt động của PSII được đo bằng huỳnh quang và mối quan hệ của nó với tốc độ dòng điện tử tuyến tính và sự đồng hóa CO2 được đề cập. Các vai trò của sự dập tắt quang hóa và phi quang hóa trong xác định sự thay đổi hiệu suất hoạt động của PSII cũng được khám phá. Cuối cùng, ứng dụng của chụp ảnh huỳnh quang vào nghiên cứu độ không đồng đều của quang hợp và sàng lọc nhanh số lượng lớn thực vật gây xáo trộn quang hợp và trao đổi chất liên quan cũng được xem xét.
Các vật liệu cacbon nitride graphitic polymeric (để đơn giản: g‐C3N4) đã thu hút rất nhiều sự chú ý trong những năm gần đây do sự tương đồng với graphene. Chúng chỉ bao gồm C, N và một chút hàm lượng H. Trái ngược với graphene, g‐C3N4 là một chất bán dẫn băng trung bình và trong vai trò đó là một chất xúc tác quang và hóa học hiệu quả cho nhiều loại phản ứng. Trong bài tổng quan này, chúng tôi mô tả "hóa học polymer" của cấu trúc này, cách vị trí băng và khoảng băng có thể thay đổi thông qua việc pha tạp và đồng trùng hợp, và cách chất rắn hữu cơ có thể được kết cấu để trở thành một chất xúc tác dị thể hiệu quả. g‐C3N4 và các sửa đổi của nó có độ ổn định nhiệt và hóa học cao và có thể xúc tác cho một số "phản ứng đáng mơ ước", như quang hóa phân tách nước, các phản ứng oxi hóa nhẹ và chọn lọc, và - với vai trò là một giá đỡ xúc tác đồng tác động - các phản ứng hiđro hóa siêu hoạt. Do cacbon nitride không chứa kim loại, nó cũng chịu được các nhóm chức năng và do đó phù hợp cho các ứng dụng đa mục đích trong chuyển đổi sinh khối và hóa học bền vững.
Trong bài tổng quan này, chúng tôi thảo luận về các nguyên lý vật lý cơ bản liên quan đến hoạt động của các tế bào quang điện heterojunction đơn và đa, được chế tạo bằng cách bay hơi chân không từ các màng mỏng hữu cơ trọng lượng phân tử nhỏ. Đối với các tế bào heterojunction đơn, chúng tôi nhận thấy rằng nhu cầu tiếp xúc trực tiếp giữa điện cực đã bám và các hợp chất hữu cơ hoạt động dẫn đến sự tiêu tán của các exciton. Một kiến trúc thiết bị cải tiến, heterojunction đôi, được chứng minh là có khả năng giới hạn các exciton trong các lớp hoạt tính, cho phép đạt được hiệu suất nội bộ cao hơn đáng kể. Một phân tích quang học và điện đầy đủ về kiến trúc heterostructure đôi dẫn đến thiết kế tế bào tối ưu dựa trên các đặc tính quang học và chiều dài khuếch tán exciton của các vật liệu quang hoạt. Khi kết hợp heterostructure đôi với các sơ đồ bắt sáng mới, các thiết bị có hiệu suất bên ngoài gần đạt được hiệu suất nội bộ của chúng. Khi áp dụng cho một tế bào quang điện hữu cơ với hiệu suất chuyển đổi năng lượng là 1,0%±0,1% dưới ánh sáng 1 mặt trời AM1.5, các thiết bị đã được báo cáo có hiệu suất chuyển đổi năng lượng bên ngoài là 2,4%±0,3%. Hơn nữa, chúng tôi cho thấy rằng bằng cách sử dụng các vật liệu có chiều dài khuếch tán exciton mở rộng LD, các tế bào quang điện heterojunction đôi có hiệu suất cao được thu được, ngay cả khi không có hình học bắt sáng. Khi sử dụng C60 làm vật liệu chấp nhận, hiệu suất chuyển đổi năng lượng bên ngoài của heterostructure đôi đạt 3,6%±0,4% dưới ánh sáng 1 mặt trời AM1.5. Việc xếp chồng các thiết bị heterojunction đơn dẫn đến các cấu trúc quang điện và cảm biến quang học heterojunction mỏng nhiều lớp. Các tế bào quang điện mỏng hai lớp có thể được xếp chồng với các lớp Ag siêu mỏng (∼5 Å), ngắt quãng giữa các tế bào liền kề phục vụ như các vị trí tái kết hợp hiệu quả cho electron và lỗ tạo ra trong các tế bào lân cận. Các tế bào xếp chồng như vậy có điện áp mạch hở gấp n lần điện áp của một tế bào đơn lẻ, trong đó n là số lượng tế bào trong chồng. Trong các cấu trúc tối ưu, dòng photocurrent ngắn mạch vẫn gần như không đổi khi xếp chồng các tế bào mỏng, dẫn đến các hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao hơn có thể đạt được, như được xác nhận bởi mô hình hóa các hiệu ứng giao thoa quang học và di chuyển exciton. Hiệu suất năng lượng 2,5%±0,3% dưới điều kiện ánh sáng 100 mW/cm2 AM1.5 đạt được bằng cách xếp chồng hai thiết bị có hiệu suất khoảng 1%. Ngoài ra, khi các lớp tiếp xúc giữa các tế bào chồng được loại bỏ, một cấu trúc đa lớp bao gồm các màng vật liệu cho và chấp nhận được thu được. Do độ dày của các lớp riêng lẻ (∼5 Å) nhỏ hơn đáng kể so với chiều dài khuếch tán exciton, gần như 100% exciton phát quang được phân tán, và các điện tích tự do thu được được phát hiện. Hơn nữa, các lớp hữu cơ siêu mỏng tạo điều kiện cho sự vận chuyển electron và lỗ qua chồng đa lớp nhờ vào hiện tượng đường hầm. Khi những thiết bị này được hoạt động như cảm biến quang trong các trường điện áp lớn hơn >106 V/cm, hiệu suất thu thập bề mặt đạt tới 80%, dẫn đến các hiệu suất lượng tử bên ngoài đạt 75%±1% trong toàn bộ phổ nhìn thấy ở các tế bào chứa các lớp mỏng nhất. Chúng tôi nhận thấy rằng do quá trình đường hầm của các mang tải nhanh, phản ứng tạm thời của các cảm biến đa lớp này là một phép đo trực tiếp về động lực học exciton. Thời gian phản ứng đạt 720±50 ps, dẫn đến băng thông 3 dB đạt 430±30 MHz. Một tóm tắt các kết quả đại diện thu được cho cả tế bào quang điện polymer và phân tử nhỏ cùng các cảm biến quang cũng được bao gồm trong tổng quan này. Triển vọng cho những cải tiến thêm trong các tế bào quang điện hữu cơ và cảm biến quang được xem xét.
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 10