BÀI GIẢNG QUANG PHỔ RAMAN - CHƯƠNG 2 Thiết Bị Và Kĩ Thuật Thực Hành.

1 1 GVHD : PGS. TS. Dương Ái Phương TS. Nguyễn Văn Định HVTH : Nguyễn Thị Hà Trang CHƯƠNG II : Trường ĐH KHTN TPHCM Bộ môn VẬT LÍ ỨNG DỤNG Chuyên ngành QUANG HỌC 2 NỘI DUNG 2.1 – Các bộ phận chính của quang phổ kế Raman 2.2 – Nguồn kích thích 2.3 – Kích thích mẫu 2.4 – Máy đơn sắc 3 2.1 – Các bộ phận chính của quang phổ kế Raman  Nguồn kích thích  Hệ chiếu sáng mẫu và thu ánh sáng tán xạ  Giá đỡ mẫu  Máy đơn sắc hay quang phổ kế  Hệ thống đo 4 2.2 – Nguồn kích thích  Thường dùng laser sóng liên tục : Ar + (351.1nm – 514.5nm) , Kr + (337.4nm – 676.4nm) , He – Ne (632.8nm)  Laser xung : Nd:YAG, diode, laser excimer ( dùng cho phổ Raman cộng hưởng UV và phổ Raman phân giải theo thời gian. Tại sao laser là nguồn kích thích lý tưởng của phổ Raman ? Do chùm laser có : 1. Công suất lớn. 2. Độ đơn sắc cao. 3. Đường kính tia nhỏ. 4. Là ánh sáng phân cực thẳng 5. Có thể tạo ra những chùm laser có khoảng cách thay đổi bước sóng rộng bằng cách sử dụng laser màu và các thiết bị khác. 5 2.2 – Nguồn kích thích 2.2.1 – Laser khí liên tục Sơ đồ của một laser khí hiếm điển hình - Laser khí chủ yếu hoạt động trong vùng phổ khả kiến. - Các vạch phổ của laser khí rất nét ( độ rộng vạch rất hẹp : ) và nằm khá tách biệt nhau. 7 6 10 10 m µ − − − 6 2.2 – Nguồn kích thích 2.2.1 – Laser khí liên tục Tác dụng của cửa sổ Brewster :  Khi đo tỷ số phân cực ta cần một nguồn kích thích được phân cực hoàn toàn.  Ở góc Brewster, chùm ra của laser hầu như được phân cực hoàn toàn theo một phương cố định. 7 Tại sao dùng cửa sổ Brewster ?  Hệ số phản xạ của bức xạ phân cực phẳng sẽ lớn nhất khi mặt phân cực vuông góc với mặt tới :  Hệ số phản xạ của bức xạ phân cực phẳng sẽ nhỏ nhất khi mặt phân cực trùng với mặt tới  . ( ) ( ) 2 sin ' sin ' i i R i i ⊥   − =   +     ( ) ( ) 2 / / tan ' tan ' i i R i i   − =   +     ( ) ' ' / / ' ' 0 tan 2 sin cos sin sin sin tan cos o o o o o o o o o o o R i i i i i i i n i i i n i π → ⇔ + → ∞ ⇒ + = ⇒ = = ⇒ = = 8 Các laser khí trong vùng khả kiến 9 2.2 – Nguồn kích thích 2.2.2 – Laser màu  Môi trường hoạt chất là dung dịch của chất màu hữu cơ (có đặc trưng là tổ hợp vòng benzen, vòng pyridine, vòng azine ) trong dung môi như nước hay rượu etyl và rượu metyl.  Tính chất của laser màu : tần số biến đổi được, hệ số khuếch đại lớn.  Độ rộng vạch phát khá lớn .  Sử dụng bơm quang học để tạo mật độ đảo lộn.  Hiện nay có tới 200 chất màu dùng làm hoạt chất và dải bước sóng của những chất màu năm trong miền 300 -1300nm. Bằng cách chọn chất màu thích hợp ta có thể thay đổi liên tục bước sóng phát ra trong vùng này. 2 10 m λ µ − ∆ ≈ 10 2.2 – Nguồn kích thích 2.2.2 – Laser màu  Laser màu dùng để mở rộng vùng bước sóng cho sự kích thích tán xạ Raman.  Về cơ bản có ba loại laser màu điển hình : o Laser màu được bơm bằng laser khí liên tục. o Laser màu được bơm bằng laser xung. o Laser màu được bơm bằng đèn flash. Sơ đồ laser màu có bước sóng điều chỉnh được [...]... kích thích trong hệ FT – Raman Trong chế độ xung , các họa tần thứ hai 532nm, thứ ba 355nm, thứ tư 26 6nm được sử dụng cho phổ Raman cộng hưởng trong vùng tử ngoại và phổ Raman phân giải theo thời gian - Các laser khác : laser diode, laser excimer, laser Nitơ… 12 2 .2 – Nguồn kích thích 2. 2.3 – Các loại laser khác Một số đặc trưng của laser ND:YAG và của một vài laser khác 13 2. 3 – Hệ chiếu sáng mẫu .. .2. 2 – Nguồn kích thích 2. 2 .2 – Laser màu Công suất và bước sóng của laser màu Spectra – Physics Model 11 375 được bơm bằng laser ion Argon và laser ion Krypton 2. 2 – Nguồn kích thích 2. 2.3 – Các loại laser khác - Laser rắn Nd:YAG (Neodymium-doped yttrium aluminum garnet)     Có thể làm việc ở chế độ xung hoặc liên tục... qua BP 1, 2, 3, 4 cm-1 - Khi tăng BP thì hình dạng phổ bị thay đổi - Cường độ tín hiệu tăng khi SW tăng nên cường độ được điều chỉnh cho thích hợp bằng cách hạ từ từ Po  23 2. 4 – Máy đơn sắc  Tốc độ cách tử Giữ BP không đổi Tốc độ quét có ảnh hưởng đến hình dạng phổ Tốc độ quét quá nhanh sẽ làm biến đổi dạng phổ 24 Tài liệu tham khảo 1 2 3 4 5 6 7 8 Huỳnh Thành Đạt, ‘ Quang phổ Raman ’’ NXB đại học... tử) 21 2. 4 – Máy đơn sắc  Một số yếu tố ảnh hưởng đến độ phân giải phổ : • Độ rộng khe của cách tử • Tốc độ của cách tử (khoảng cách giữa các điểm lấy dữ liệu ) • Hằng số cách tử • Khe hở của các bánh răng của bộ phận ghi phổ • Nhiệt độ của máy đơn sắc 22 2. 4 – Máy đơn sắc Ảnh hưởng của độ rộng khe (SW) Giữ khoảng cách giữa các điểm lấy dữ liệu không đổi, phổ được quét ở các dải qua BP 1, 2, 3, 4 cm-1... lớn 16 2. 4 – Máy đơn sắc  Máy đơn sắc đơn Máy đơn sắc Czerny-Turner Nhược điểm : Khó có thể loại trừ hết ánh sáng nhiễu có nguồn gốc từ ánh sáng không bị nhiễu xạ mà tán xạ trên bề mặt cách tử 17 Ánh sáng tán xạ Raman rất yếu bị ánh sáng nhiễu che lấp 2. 4 – Máy đơn sắc  Máy đơn sắc đôi 18 2. 4 – Máy đơn sắc  Máy đơn sắc ba 19 2. 4 – Máy đơn sắc 1 D là bán kính gương chuẩn trực : π D 2 = L2 4 ( L... chiếu sáng mẫu  Tại sao phải cần có hệ kích thích và thu nhận ánh sáng từ mẫu ? Do tán xạ Raman yếu Yêu cầu : 1 Chùm laser phải được hội tụ chính xác vào mẫu 2 Thu nhận có hiệu quả nhất bức xạ tán xạ 14 2. 3 – Hệ chiếu sáng mẫu  Giới thiệu một vài cấu hình quang học của hệ kích thích và thu nhận bức xạ tán xạ * Cấu hình tán xạ ngược (135o, 180o) được dùng phổ biến nhất vì : + Tránh được hiện tượng hấp... đồng thời tán 0xạ Raman và hấp thu Cấu hình tán xạ– khả kiến trong vùng UV 90 + Có thể thu được phổ Raman đơn tinh thể của các tinh thể nhỏ mà chỉ cần một mặt tốt trên tinh thể cho mỗi hướng + Có thể thu được phổ ở nhiệt độ thấp với mẫu rất nhỏ Hạn chế: Tiếng ồn do sự tán xạ Raman do bản thân thủy tinh của lớp bọc hay cuvét chứa mẫu Cấu hình tán xạ 1800 Cấu hình tán xạ dùng gương 15 2. 3 – Hệ chiếu sáng... học quốc gia Thành Phố Hồ Chí Minh, 20 04 John R Ferraro, Kazuo Nakamoto, ‘‘Introductory Raman Spectroscopy Vật lý Laser ’’ Nguyễn Hữu Chí, Trần Tuấn, ‘‘Vật lý Laser’’ NXB đại học quốc gia Thành Phố Hồ Chí Minh, 20 02 Trần Đức Hân (chủ biên), Nguyễn Minh Hiển, “Cơ sở kỹ thuật laser ” Tái bản lần thứ nhất Nhà xuất bản giáo dục 20 05 http://mientayvn.com/ http://www.rp-photonics.com/brewster_windows.html... L là cạnh của cách tử hình vuông )   Để F nhỏ  f nhỏ  độ phân giải của quang phổ kế giảm D lớn  cách tử lớn, đắt tiền λ  Năng suất phân giải R của cách tử : R = hay R = m.k L dλ k : hằng số cách tử ( số vạch trên một đơn vị chiều dài, hay số vạch khắc trên 1mm) m : bậc của quang phổ 20 * Cách tử :    Cấu tạo : gồm đế quang học với một số lớn các rãnh song song cách đều nhau Có cách tử nhiễu... bản lần thứ nhất Nhà xuất bản giáo dục 20 05 http://mientayvn.com/ http://www.rp-photonics.com/brewster_windows.html http://en.wikipedia.org/wiki/Monochromator http://www.analyticalspectroscopy.net/ap 4 -2 .htm 25 . 11 2. 2 – Nguồn kích thích 2. 2 .2 – Laser màu Công suất và bước sóng của laser màu Spectra – Physics Model 375 được bơm bằng laser ion Argon và laser ion Krypton 12 2 .2 – Nguồn kích thích 2. 2.3. Trang CHƯƠNG II : Trường ĐH KHTN TPHCM Bộ môn VẬT LÍ ỨNG DỤNG Chuyên ngành QUANG HỌC 2 NỘI DUNG 2. 1 – Các bộ phận chính của quang phổ kế Raman 2. 2 – Nguồn kích thích 2. 3 – Kích thích mẫu 2. 4 –. các thiết bị khác. 5 2. 2 – Nguồn kích thích 2. 2.1 – Laser khí liên tục Sơ đồ của một laser khí hiếm điển hình - Laser khí chủ yếu hoạt động trong vùng phổ khả kiến. - Các vạch phổ của laser