L I NịI Đ U
Vật lý là một trong những bộ phận quan trọng của khoa học vật liệu, giúp chúng ta hiểu biết sâu sắc về các hiện tượng tự nhiên Nó cung cấp cái nhìn tổng quan về bản chất của vật chất và các tương tác giữa chúng Qua đó, vật lý không chỉ góp phần vào sự phát triển của khoa học kỹ thuật mà còn nâng cao tri thức của con người, giúp chúng ta ứng dụng vào đời sống hàng ngày.
Quang phổ học ngoài (bức xạ hồng ngoại) là một trong những thành phần cốt lõi của bức xạ điện từ, với dải bước sóng từ 0,75 đến 1000 nm Hiện nay, phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong các kỹ thuật phân tích nhờ vào khả năng cung cấp thông tin về cấu trúc phân tử nhanh chóng mà không yêu cầu các phương pháp tính toán phức tạp Một trong những ưu điểm quan trọng của quang phổ học ngoài là khả năng phân tích các hợp chất hóa học có khả năng hấp thụ bức xạ hồng ngoại Sau khi hấp thụ bức xạ, các phân tử của các hợp chất hóa học dao động với nhiều vận tốc khác nhau, dẫn đến việc phân tích và xác định cấu trúc của chúng.
Chúng ta sẽ khám phá kiến thức vững chắc liên quan đến quang phổ học, không chỉ nhằm mở rộng tri thức mà còn mang lại lợi ích cho nhân loại Điều này thúc đẩy khoa học và công nghệ phát triển, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống của con người.
N I DUNG
NGU N G C C A B C X H NG NGO I
Vào năm 1800, William Hershel đã phát hiện ra bức xạ hồng ngoại (Infrared - IR) trong vùng phổ của ánh sáng mà mắt thường không nhìn thấy Ông đã đặt tên cho loại bức xạ này và chứng minh rằng nó tuân theo các quy luật của ánh sáng nhìn thấy, với bước sóng từ 0,75 đến 1000 nm Kể từ đó, lĩnh vực nghiên cứu về bức xạ hồng ngoại đã có những phát triển đáng kể.
Về nguồn phát xạ: VƠo n a đ u th k 19 đư tìm ra nh ng đ nh lu t đ u tiên v b c x nhi t, đ u th k 20 đư hoƠn thƠnh các qui lu t c a b c x không k t h p Trong nh ng năm
Trong giai đoạn 1920-1930, các nguồn phát quang đã được phát triển, dẫn đến việc phát hiện ra hiện tượng phát quang, làm cơ sở cho việc tạo ra các nguồn phát xạ hồng ngoại, bao gồm các diode phát quang Mọi vật có nhiệt độ trên 0 K đều phát ra tia hồng ngoại, ví dụ như
- Mặt Tr i: các nhƠ khoa h c c tính rằng h ng ngo i chi m h n 50% năng l ng trong ánh sáng mặt tr i phát ra.
Nhiệt độ cơ thể người có thể đạt đến 37 độ C và các bác sĩ đã xác định rằng nhiệt độ này có thể ảnh hưởng đến lưu thông máu Nghiên cứu cho thấy rằng nhiệt độ cơ thể không đồng nhất, với các vùng như vùng kín, nách, và đầu có nhiệt độ cao hơn, trong khi các vùng xa tim như bàn chân và bàn tay có nhiệt độ thấp hơn.
- L than, lò đi n, đèn đi n dơy tóc,ầ
Các detector hồng ngoại (IR) đã có sự phát triển đáng kể từ những năm 1830, khi các detector đầu tiên dựa trên nguyên lý cặp nhiệt điện (thermopile) ra đời Đến năm 1880, sự ra đời của quang trở đã làm tăng khả năng phát hiện IR Từ năm 1870 đến 1920, các detector đầu tiên dựa trên nguyên lý tương tác bức xạ với vật liệu đã được phát triển, cho phép chuyển đổi trực tiếp tín hiệu điện mà không cần thông qua hiệu ứng nhiệt Từ năm 1930 đến 1944, các detector sulfure chì (PbS) được phát triển, phục vụ cho các nhu cầu quang học.
1950 khai thác vùng IR từ 3 đ n 5 mm bằng các detectors Antimonium d Indium (InSb) vƠ từ 1960 bắt đ u khai thác vùng IR từ 8 đ n 14 mm bằng các detectors Tellure de Cadmium Mercure (HgTeCd)
Hình 1 : Bộ phận máy dò hồng ngoại
Công nghệ hồng ngoại (IR) đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như đo lường, kiểm tra thực phẩm, chẩn đoán và điều trị y tế, truyền thông, thiên văn học, và điều khiển thiết bị vũ trụ Đặc biệt, IR có vai trò quan trọng trong quan sát môi trường và thăm dò tài nguyên thiên nhiên Các ứng dụng của IR trong quân sự yêu cầu các detector có độ nhạy cao và đáp ứng nhanh, nhằm đảm bảo hiệu quả trong việc truyền tải thông tin qua các vật liệu quang học Sau Chiến tranh thế giới thứ hai, nhiều hệ thống điều khiển và thiết bị nhìn đêm đã được phát triển, bao gồm bom quang điện và các hệ thống tên lửa không đối không Hiện nay, lĩnh vực này đang được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ, với sự tham gia của nhiều tổ chức khoa học, đặc biệt là Viện nghiên cứu công nghệ.
Đ I C NG V PH H NG NGO I
Khi một bức xạ đi qua một nguyên tử, các bức sóng nhất định có thể bị hấp thụ Những bức sóng bị hấp thụ này sẽ dẫn đến sự thiếu hụt trong ánh sáng truyền đi Quang phổ được thu nhận theo cách này tạo thành một chuỗi những vạch đặc trưng, gọi là quang phổ hấp thụ Bức sóng của các vật chất tương ứng với bức sóng của các vạch sáng trong quang phổ phát xạ Quang phổ hấp thụ của nguyên tử là hình ảnh đặc trưng của quang phổ phát xạ của nguyên tử đó.
Bởi vì quang phổ nguyên tử được tạo ra bởi sự phát xạ hoặc hấp thụ năng lượng của các electron trong cấu trúc bên trong của nguyên tử, nên mỗi nguyên tử có một quang phổ đặc trưng riêng của nó Ngày nay, phân tích quang phổ đã trở thành một phương pháp đắc lực để phát hiện các nguyên tố, dù là chúng có mặt với hàm lượng cực kỳ nhỏ.
Phương pháp ngoại có được do dao động các nội khí phận hợp thu tia hồng ngoại từ 2.5 đến 25 âm (4000 đến 400 cm-1) Khi hợp thu bức xạ hồng ngoại, phương pháp hợp thu năng lượng và biên độ dao động tăng khi phương pháp phóng thích năng lượng dưới dạng nhiệt năng, giúp nó trở lại trạng thái cân bằng.
Ph h p thu h ng ngo i lƠ ph dao đ ng quay khi h p thu b c x h ng ngo i, gây ra chuyển đ ng dao đ ng vƠ chuyển đ ng quay đ u b kích thích B c x h ng ngo i có đ dƠi súng từ 0,8 đ n 1000 àm vƠ chia thành ba vựng.
1- C n h ng ngo i ( near infrared)λ= 0,8 ậ 2,5àm
2- Trung h ng ngo i ( medium infrared) λ = 2,5 ậ 50àm
3- Vi n h ng ngo i ( far infrared) λ = 50 - 100àm
Trong th c t , ph h ng ngo i th ng đ c ghi v i tr c tung biểu di n T%, tr c hoành biểu di n s sóng v i tr s gi m d n ( 4000 ậ 400 cm-1)
Không phải bất kỳ phần tử nào cũng có khả năng hấp thụ bức xạ ngoại Mặt khác, bản thân các phần tử hấp thụ đó cũng có tính chất riêng biệt Để một phần tử có thể hấp thụ bức xạ ngoại, phần tử đó phải đáp ứng các yêu cầu nhất định.
* Đ ếài sựnỂ Ếhính ồáẾ Ế a bứẾ ồ
M t phơn t h p th b c x h ng ngo i ch khi nƠo t n s dao đ ng t nhiên c a m t ph n phơn t (t c lƠ các nguyên t hay các nhóm nguyên t t o thƠnh phân t đó) dao đ ng cùng t n s c a b c x t i
Ví d : T n s dao đ ng t nhiên c a phân t HCl là 8,7.1013s-1 ng v i : � ̅ = × × − = � −
Khi cho các bức xạ ngoài chiếu qua mẫu HCl và phân tích bức xạ truyền qua bằng một quang phổ kế, người ta nhận thấy rằng phân bức xạ có tần số 8,7 x 10^13 s^-1 được hấp thụ, trong khi các tần số khác được truyền qua.
HCl có hằng số động học 8,7.10^13 s^-1, cho thấy sự hấp thụ năng lượng bức xạ ngoại vi Sau khi hấp thụ bức xạ, phân tử HCl chuyển động dao động với biên độ tăng lên Điều kiện này cho phép phân tử thực hiện chuyển động dao động điều hòa một cách chặt chẽ.
Mặt phẳng tách hợp thành bậc xếp hạng ngoài khi nó hợp thành đó gây nên sự biến thiên momen lực của chúng Mặt phẳng này được gọi là có lực cản khi các nguyên tố thành phần của nó có điện tích (+) và điện tích (-) rõ rệt.
Khi phơn t lưỡng cực được giới thiệu trong một điện trường, điện trường đó sẽ tác động lên các điện tích trong phơn t Các điện tích ngược chiều sẽ chịu các lực theo hướng ngược nhau, dẫn đến sự tách biệt hai cực tăng hoặc giảm Vì điện trường có bậc xã hội ngoại lực thay đổi, điện tích của phơn t cũng sẽ thay đổi một cách tương ứng, không cách xa giữa các nguyên tử tích điện của phơn t.
Khi các nguyên tử tích điện di chuyển, chúng hấp thụ bức xạ ngoài Nếu vận tốc của các nguyên tử tích điện trong phơn tỏa lẫn, sẽ hấp thụ bức xạ mạnh mẽ và gây ra hiện tượng hấp thụ ánh sáng Theo điều kiện này, các phân tử có hai nguyên tử giống nhau sẽ không xuất hiện phô dạo động, ví dụ như O2, N2, và không xuất hiện hấp thụ bức xạ ngoài Điều này rất may mắn, vì nếu không, người ta sẽ phải đuổi hết không khí ra khỏi máy quang phổ Tuy nhiên, trong không khí có CO2 và hơi nước (H2O) có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại, nhưng điều này có thể được bù trừ bằng thiết bị thích hợp.
2.2 S quay c a phơn t vƠ ph quay
Xét phơn t AB được tạo thành từ hai nguyên tử A và B có khối lượng m1 và m2, với khoảng cách giữa hai nguyên tử là r0 Hai nguyên tử này được xem là nằm cạnh nhau và được gán một “quay tịnh tiến” Khi quay tịnh tiến, phơn t có khả năng quay xung quanh những trục đi qua trọng tâm của hệ, cách các trọng tâm hệ thống một khoảng r1 và r2.
Hình 2: Mô hình quay tử cứng phân tử hai nguyên tử
Momen quán tính I c a quay t đ c xác đ nh:
I= � + � = � +� � � � � = �� à đ c g i là kh i l ng rỳt g n c a phõn t :
S quay c a quay t c ng đ c xem t ng đ ng v i s quay c a kh i l ng rỳt g n à đặt cách tr c quay m t kho ng r 0 Theo c h c l ng t, năng l ng chuyển đ ng quay c a phơn t hai nguyên t đ c xác đ nh bằng biểu th c.
J lƠ là mô men spin đặc trưng cho chuyển động nội tại của hạt nhân, có giá trị bằng không hoặc nguyên dương (J= 0, 1, 2, 3, ) Định luật (h/8π²I) được gọi là hằng số quay và được ký hiệu là B Biểu thức này thể hiện mối quan hệ giữa mô men spin và các yếu tố khác trong cơ học lượng tử.
H th c (4) cho th y năng l ng quay t l ngh ch v i momen quán tính I vƠ các m c năng l ng quay ng v i J cƠng l n thì cƠng cách xa nhau:
E q =h J(J+1) 0 2hB 6hB 12hB 20hB 30hB
B n g 1: Năng lượng quay của phân tử ở các mức
M t s m c năng l ng quay th p c a phơn t hai nguyên t vƠ các chuyển d ch cho phép đ c trình bƠy trong hình 2a sau:
Hình 3: a Một số mức quay thấp của phân tử hai nguyên tử và các chuyển dịch được phép giữa chúng b Sơ đồ phổ quay với chuyển mức 0-> 1
Phân tán của phân tử phát sinh từ sự chuyển động của các mức năng lượng quay Đối với quang phổ quay thuần túy của phân tử hai nguyên tử, sự chuyển động tuân theo quy tắc chọn lọc: ∆J = ±1, trong đó +1 tương ứng với quá trình hấp thụ và -1 tương ứng với quá trình phát xạ.
2.3 Ph dao đ ng quay c a phơn t hai nguyên t
2.3.1 S ồu t hi n Ế a quanỂ ịh ếaỊ đ nỂ
Động cơ của phản ứng hóa học giữa hai nguyên tố là dao động giữ và nén, được gọi là dao động giãn (stretching) hoặc dao động hóa trị Kết quả của dao động này là làm thay đổi vị trí liên kết giữa các nguyên tố trong phân tử.
Tr c h t,chúng ta cũng xét tr ng h p phơn t AB đ c t o thƠnh từ hai nguyên t A vƠ
K THU T TH C NGHI M VẨ NG D NG PH NG PHÁP QUANG PH
Trạng thái khí và các phơn t chuyển động tự do, không tương tác với nhau, nên phản ánh khá trung thực cấu trúc của phơn t Tuy nhiên, việc phơn tích phản ánh ngoại cảnh đôi khi rất phức tạp, đặc biệt là trong các tình huống có sự quay gơy ra Chính vì vậy, người ta thường đo mực hứng ngoại dạng rắn, dạng lỏng hoặc dạng khí trong các điều kiện thường gặp.
2.6 C ng đ vƠ hình d ng c a vơn ph h ng ngo i
Khi phân tích phản hồi ngoại, vị trí sóng của vườn hợp thu cần chú ý đến hình dạng của vườn phản Sự hợp thu của các nhóm nguyên tử có thể hiện bày qua các vườn phản với các định phí sóng thích hợp.
Việc xác định lượng đường bằng phương pháp hàng ngoại có độ chính xác không cao do hàm lượng thu mẫu ít và lặp lại các lần đo khác nhau Độ chính xác kém còn do khó khăn trong việc xác định chính xác bề mặt khi mẫu dày đặc Hiện tại, người ta thường đánh giá lượng đường bằng cách phân loại đơn giản: mạnh, trung bình hoặc yếu, nhưng phương pháp này ít được sử dụng vì khó khăn trong thực hiện và độ chính xác vẫn không cao.
Những nguyên tử trong phân tử có mômen lưỡng cực sẽ thay đổi khi có sự tác động từ các yếu tố bên ngoài Điều này có nghĩa là không phải mọi phân tử đều có khả năng tương tác với môi trường xung quanh chỉ khi chúng có mômen lưỡng cực Đối với các phân tử hai nguyên tố như H2, O2, N2, sự kết nối giữa hai nguyên tử trong phân tử không gây ra sự biến đổi mômen lưỡng cực, vì vậy chúng không có khả năng tương tác trong vùng phi polar.
Các vơn ph h ng ngo i, dù th ng m nh vƠ nh n, cũng có những vơn ph tr i ra trong m t kho ng t n s khá r ng Chẳng hạn, vơn O-H liên k t hydro thường là một vơn tù kéo dƠi vƠi trăm cm-1, đôi khi có t i vƠi đ nh c c đ i vƠ không thể ch ch n m t c c đ i nƠo đó, đặc tr ng cho s h p thu cu nhóm OH.
III KỸ THU T TH C NGHI M VẨ NG D NG PH NG PHÁP QUANG
Phương pháp ghi nhận hoạt động của chùm tia hồng ngoại hiện nay diễn ra theo nguyên tắc như sau: Chùm tia hồng ngoại phát ra từ nguồn được tách thành hai phần, một phần đi qua mẫu và một phần đi qua môi trường đo Sau đó, các chùm tia này được phân tách thành từng bước sóng khác nhau và chuyển đến detector Detector sẽ so sánh cường độ hai chùm tia và chuyển thành tín hiệu điện có cường độ tỉ lệ với phần bức xạ thu được từ mẫu Dòng điện này có cường độ rất nhỏ, vì vậy cần được khuếch đại nhiều lần trước khi chuyển sang bộ phận ghi và lên bảng hoặc đưa vào máy tính để xử lý số liệu và in ra kết quả.
Hình 5: Sơ đồ nguyên lý máy phổ hồng ngoại hai chùm tia
Các máy ph h ng ngo i th h m i đ c ch t o theo kiểu bi n đ i Fourier (Fourier
Transformation Infrared Spectrometer-FTIR Spectrometer) Trong các máy nƠy, ng i ta dùng b giao thoa (giao thi t k ) Michelson thay cho b t o đ n sắc.
Hình 6: Máy quang phổ FTIR
Giao thoa kế Michelson hoạt động bằng cách tách chùm sáng thành hai thành phần có cùng độ dài, sau đó kết hợp lại để tạo thành chùm sáng có độ dài thay đổi theo thời gian Sự thay đổi độ dài này xảy ra do quang đường đi của hai chùm sáng tách ra không giống nhau Giá trị I(t) là hàm của hiệu số hai quang đường đi này Giao thoa kế được thiết kế với gương cố định M1 và gương di động M2, mà có thể di chuyển trên một mặt phẳng nằm ngang và vuông góc với nhau, phân chia chùm sáng.
Chùm bức xạ từ nguồn đi qua bộ phận tách S chia thành hai chùm bức xạ vuông góc, một chùm đi đến ngõ cố định Mố và một chùm đi đến ngõ cố định M2 Khi gặp gương, chúng phản xạ lại bộ phận tách S Đến đây, mỗi chùm lại chia thành đôi, một nhánh đi về nguồn còn một nhánh đi qua mấu đo đạc detector Như vậy, chùm bức xạ đến mấu đo gợi ý hai bức xạ nhấp nháy có thời gian trễ khác nhau, nên cường độ bức xạ thay đổi theo thời gian, phụ thuộc vào quang đường đi của bức xạ đến ngõ cố định M2.
Hình 7 Cấu tạo giao thoa kế Michelson
Máy phát hiện ghi nhận tín hiệu biên độ cường động theo quãng đường di chuyển tín hiệu điện Tín hiệu đầu tiên thu được từ dải tần số theo quãng đường V=f(d) Máy tính sử dụng phép biến đổi Fourier để chuyển đổi hàm của cường độ theo hướng đo được của quãng đường d (tức là d-1 hay sóng v): V = f(d) → I = f(v).
Máy ảnh ngoài trời cũ, đặc biệt là máy ảnh Fourier, có nhiều ưu điểm nổi bật Việc sử dụng giao thoa kế cho phép khe sáng rộng hơn, giúp tăng cường độ nhạy của detector Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (S/N) cũng được cải thiện, mang lại chất lượng hình ảnh cao hơn Nhờ vào sự phát triển của máy tính, việc đo đạc được tự động hóa với độ chính xác cao, và dữ liệu có thể được lưu trữ và xử lý dễ dàng trong các chuẩn mực hiện đại.
Hình 8 : Sơ đồ nguyên lý máy phổ hồng ngoại biến đổi Fourier
Trong quá trình lƠm vi c, khung s sóng c a máy ph h ng ngo i có thể b l ch Để kiểm tra, ng i ta th ng s d ng các ch t chu n nh polystirene, ammonia hoặc h i n c.
Hình 9: Các vùng phổ của một số hợp chất
Carbon-Hydrogen Stretching sp 3 C-H, just below 3000 cm -1 (to the right) sp2 C-H, just above 3000 cm-1 (to the left) sp C-H, at 3300 cm -1
B nỂ2: S sựnỂ (Ồaốenumber) đ Ế tr nỂ trỊnỂ ịh h nỂ nỂỊ i
Các s li u ghi nh n đ c từ ph h ng ngo i cung c p r t nhi u thông tin v ch t nghiên c u D i đơy lƠ m t s ng d ng c a ph ng pháp quang ph h ng ngo i
Phương pháp phân tích theo phương hướng ngoài là một trong những kỹ thuật phân tích rất hiệu quả Một trong những ưu điểm quan trọng nhất của phương pháp này so với các phương pháp phân tích cấu trúc khác như nhiễu xạ X hay cộng hưởng từ điển tử là nó cung cấp thông tin về cấu trúc phân tử nhanh chóng, mà không yêu cầu các phương pháp tính toán phức tạp.
Kết hợp các hợp chất hóa học có khả năng hấp thụ chất lỏng bên ngoài là một phương pháp hiệu quả Sau khi hấp thụ các chất lỏng này, các phân tử của các hợp chất hóa học sẽ dao động và tương tác với nhiều vật chất khác, tạo ra những phản ứng hóa học phức tạp và đa dạng.
Các đám ph khác nhau trong ph h ng ngo i t ng ng v i các nhóm ch c đặc tr ng vƠ các liên k t có trong phơn t h p ch t hoá h c B i v y ph h ng ngo i c a m t h p ch t hoá h c được coi là "d u vơn tay", và có thể căn c vƠo đó để nh n d ng chúng.
3.3.1 D ĐOÁN Kả NĂNẢ ả P PảỤ ẤON KẤM LO Ấ N NẢ TậONẢ DẰNẢ D Cả
Ô nhiễm kim loại nặng trong nguồn nước đang trở thành vấn đề nghiêm trọng tại Việt Nam, chủ yếu do các khu công nghiệp và làng nghề không được xử lý chất thải đúng cách Việc sử dụng nguồn nước ô nhiễm kim loại nặng có thể gây ra những ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe cộng đồng Để giảm thiểu ô nhiễm, cần có các phương pháp xử lý hiệu quả nhằm loại bỏ kim loại nặng trước khi thải ra môi trường Hiện nay, một số phương pháp như hấp phụ, kết tủa và lọc màng đang được áp dụng, trong đó phương pháp hấp phụ được xem là hiệu quả nhất về kinh tế Vật liệu hấp phụ sinh học từ thực vật, đặc biệt là lá cây, đang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi Lá cây có khả năng hấp phụ ion kim loại nặng nhờ chứa các hợp chất như cellulose, hemicellulose, pectins, lignin, chlorophyll, carotene, anthocyanin và tannin Những hợp chất này có nhóm chức như carboxylic, phenolic và hydroxyl có khả năng liên kết với ion kim loại thông qua cơ chế proton hóa Để giải quyết vấn đề ô nhiễm, người ta sử dụng phương pháp phân tích quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) để xác định các nhóm chức trong các loại lá như chè, bàng, cây vú sữa, lục bình và sợi đậu.
Sphagneticola là một loại cây có khả năng hấp phụ ion kim loại, đặc biệt là cadmium (Cd), thông qua các nhóm chức trong lá của nó Phân tích FTIR cho thấy các nhóm chức này có khả năng liên kết với ion kim loại Để đánh giá khả năng hấp phụ của cây, nghiên cứu đã tập trung vào quá trình hấp phụ ion Cd2+, một chất gây ung thư và có thể dẫn đến tử vong Hiện tại, chưa có phương pháp điều trị hiệu quả nào được xác định, do đó, nghiên cứu này nhằm xác định dung lượng hấp phụ tối đa (Qmax) thông qua mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir.
NG D NG PH H NG NGO I TRONG TH C PH M: PHÂN TệCH THẨNH
Quang phổ hồng ngoại (IR) là một kỹ thuật phân tích được ứng dụng rộng rãi trong phân tích thực phẩm Ưu điểm của kỹ thuật này là không sử dụng hóa chất, không có vấn đề về sức khỏe và an toàn.
Phân tích thành phần axit amin trong protein và đánh giá chất lượng của chất béo, protein trong các sản phẩm sữa và thực phẩm là rất quan trọng Các loại bột như bột cá, bột thịt, và bột đậu nành thường có mặt trong nhiều món ăn Bên cạnh đó, việc phân tích thành phần hóa học của các sản phẩm thực phẩm như phomat, ngũ cốc, bánh kẹo, và thịt bò cũng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng dinh dưỡng.
Phương pháp quang phổ hồng ngoại (IR) là công cụ hữu ích trong việc phân tích các nguyên liệu và sản phẩm thực phẩm mà không làm thay đổi chất lượng Phân tích các thành phần chính như nước, protein, chất béo hoặc đường giúp đánh giá chất lượng và thành phần dinh dưỡng của thực phẩm một cách chính xác.
Vi c đo đ m có thể lƠ m t trong nh ng ng d ng chính c a pp NIR.
Năng lượng ánh sáng có dải hấp thụ mạnh nhất ở các bước sóng 970, 1190, 1440 và 1940 nm Sóng dao động mạnh nhất xảy ra tại 1940 nm, thể hiện sự kết hợp của các sóng có tần số cao và thấp khác nhau Các bước sóng từ 970 đến 760 nm tương ứng với các dao động thứ hai và thứ ba của các rung động kéo dài.
Vị trí và hình dạng của các di vật phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ, áp suất và kích thước của mẫu Tính chất của liên kết hydro có tác động đến hình dạng của quang phổ trong khu vực khoảng 1400-1500 nm.
Trong b t mì, lúa mì, hƠm l ng n c t l v i s khác bi t gi a h p th 940 vƠ t i
Phương pháp đo đạc bằng hồng ngoại (IR) tại bước sóng 2310 nm (Osborne et al 1993) có thể đạt độ chính xác cao, đặc biệt khi áp dụng cho các sản phẩm thực phẩm Tuy nhiên, việc sử dụng phương pháp này cần được điều chỉnh phù hợp với từng loại sản phẩm cụ thể, vì độ chính xác có thể thay đổi tùy thuộc vào sự khác biệt giữa các mẫu nghiên cứu.
Các k t qu khi đo từng nguyên li u riêng chính xác h n so v i h n h p ph c t p Đ m đo đ c có thể b sai l ch 0,15-0,8% tùy thu c vƠo th c ph m đem phơn tích.
Ph ng pháp IR th ng xác đ nh đ c các giá tr dinh d ỡng tiêu chu n c a th c ph m nh tiêu hóa ch t h u c hoặc năng l ng
D đoán các hƠm l ng s d ng lƠ tuy n tính vƠ đ c d a trên ph ng trình có d ng: Giá tr dinh d ỡng = hằng s + α [protein] + β [lipid] + δ [carbohydrates] +
Các phương pháp phân tích dựa trên phổ hồng ngoại (IR) được sử dụng để xác định các thành phần dinh dưỡng riêng lẻ trong nguyên vật liệu hoặc sản phẩm nghiên cứu Một số nghiên cứu đã được công bố nhằm dự đoán các thành phần này và áp dụng mô hình tuyến tính mới để xác định giá trị dinh dưỡng của thực phẩm Ngoài ra, việc dự đoán trực tiếp giá trị dinh dưỡng từ phương pháp NIR cũng được thực hiện Tuy nhiên, phương pháp này còn gặp khó khăn trong việc đo lường chính xác giá trị dinh dưỡng thực phẩm do yêu cầu khắt khe về số lượng mẫu phân tích.
K T LU N
Các mẫu lá cơy đực nhiên có khả năng hấp phụ ion kim loại nặng, đặc biệt là ion Cd²⁺, trong khoảng pH từ 5.0-6.5 Dung lượng hấp phụ của các mẫu lá cơy khác nhau phản ánh vai trò quan trọng của các nhóm chức, đặc biệt là nhóm hydroxyl Phương pháp phân tích FTIR là một công cụ hiệu quả, cho phép đánh giá nhanh khả năng hấp phụ ion kim loại nặng của các vật liệu hấp phụ sinh học.
Phương pháp ngoại vi được sử dụng để xác định đặc tính quang học của các chất Khi thích hợp với chất không tinh khiết, thường sẽ thấy rõ nét của đám phức riêng biệt, nhưng sẽ xuất hiện thêm các đám phức "nhoè" khác Khi tập hợp chất có sự hấp thụ mạnh trong vùng hồng ngoại, thành phần chính không hấp thụ hoặc hấp thụ yếu thì việc xác định trở nên rất thuận lợi.
Ví dụ có thể nhận ra mặt lưỡng nh xeton trong hidrocacbon vì hidrocacbon thực tế không hấp thụ vùng phổ 1720 cm-1, là sóng đặc trưng cho nhóm C=O Phương pháp này thường được sử dụng để kiểm tra sản xuất rất nhiều loại hóa chất quy mô công nghiệp.
N c tinh khi t có d i h p th m nh t i 970, 1190, 1440 vƠ 1940 nm Sóng dao đ ng mưnh li t, cao nh t t i 1940 nm Nó lƠ s k t h p rung đ ng c a các sóng có t n s cao th p khác nhau
Hình 14: Máy đo độ ẩm dựa theo nguyên tắc quang phổ hồng ngoại
IV NG D NG PH H NG NGO I TRONG TH C PH M: PHÂN TÍCH THẨNH PH N CHệNH
Quang phổ hồng ngoại (IR) được coi là kỹ thuật phân tích hữu ích trong phân tích thực phẩm Kỹ thuật này được đánh giá cao vì không sử dụng hóa chất, không gây vấn đề về sức khỏe và an toàn.
Phân tích thành phần axit amin trong protein và đánh giá chất lượng của chất béo và protein trong các sản phẩm sữa và thực phẩm là rất quan trọng Cần chú ý đến sự khác biệt giữa bột cá, bột thịt, và bột đậu nành có trong mẫu Ngoài ra, việc phân tích thành phần hóa học của các sản phẩm thực phẩm như phomat, ngũ cốc, bánh kẹo và thịt bò cũng cần được thực hiện để đảm bảo chất lượng và an toàn thực phẩm.
Phương pháp quang phổ hồng ngoại (IR) là công cụ hữu ích trong việc phân tích các nguyên liệu và sản phẩm thực phẩm, giúp mô tả thành phần mà không cần tách chất lỏng Phân tích các ứng dụng của IR bao gồm việc xác định các thành phần chính như nước, protein, chất béo và đường.
Vi c đo đ m có thể lƠ m t trong nh ng ng d ng chính c a pp NIR.
Năng lượng ánh sáng có tần số nằm trong khoảng 970, 1190, 1440 và 1940 nm Sóng dao động mạnh nhất xuất hiện tại 1940 nm Đây là sự kết hợp của các sóng có tần số cao và thấp khác nhau Các sóng trong khoảng 970 đến 760 nm liên quan đến các dao động thứ hai và thứ ba của các rung động kéo dài.
Vị trí và hình dạng của các dị hợp thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như nhiệt độ, áp suất và kích thước của mẫu Tính chất của liên kết hydro có một tác động đáng kể đến hình dạng quang phổ trong khoảng 1400-1500 nm.
Trong b t mì, lúa mì, hƠm l ng n c t l v i s khác bi t gi a h p th 940 vƠ t i
Nghiên cứu của Osborne et al (1993) chỉ ra rằng việc áp dụng phương trình hồi quy chính xác trong đo lường hàm lượng chất dinh dưỡng trong thực phẩm là cần thiết Phương pháp đo bằng hồng ngoại (IR) có thể đạt độ chính xác cao hơn so với các phương pháp tham chiếu khác Tuy nhiên, độ chính xác này có thể thay đổi tùy thuộc vào tính đồng nhất của sản phẩm được nghiên cứu.
Các k t qu khi đo từng nguyên li u riêng chính xác h n so v i h n h p ph c t p Đ m đo đ c có thể b sai l ch 0,15-0,8% tùy thu c vƠo th c ph m đem phơn tích.
Ph ng pháp IR th ng xác đ nh đ c các giá tr dinh d ỡng tiêu chu n c a th c ph m nh tiêu hóa ch t h u c hoặc năng l ng
D đoán các hƠm l ng s d ng lƠ tuy n tính vƠ đ c d a trên ph ng trình có d ng: Giá tr dinh d ỡng = hằng s + α [protein] + β [lipid] + δ [carbohydrates] +
Các thành phần dinh dưỡng của nguyên vật liệu hoặc mẫu nghiên cứu có thể được xác định thông qua phương pháp phân tích IR Nhiều nghiên cứu đã được công bố để dự đoán thành phần dinh dưỡng, áp dụng mô hình tuyến tính để xác định giá trị dinh dưỡng của thực phẩm Một phương pháp khác là dự đoán trực tiếp giá trị dinh dưỡng từ phương pháp NIR Tuy nhiên, phương pháp này vẫn gặp khó khăn trong việc đo lường giá trị dinh dưỡng thực phẩm một cách chính xác, đặc biệt là khi số lượng mẫu phân tích không đủ để đảm bảo độ tin cậy của kết quả.
V NH NG LO I MÁY QUANG PH TRÊN TH TR NG HI N NAY
5.2 Máy quang ph h ng ngo i bi n đ i Fourier
Máy quang ph h ng ngo i bi n đ i Fourier (FT-IR) Model: Nicolet 6700 - ThermoNicolet (M ) Đặt tính k thu t:
- Đ tuy n tính theo tieue chu n: ASTM:
