BÀI GIẢNG QUANG PHỔ RAMAN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG GVHD GVHD : TS. Nguyễn Văn Định : TS. Nguyễn Văn Định HVTH HVTH : Phan Trung Vĩnh : Phan Trung Vĩnh 1.7 Các nguyên tắc chọn lọc cho phổ Hồng 1.7 Các nguyên tắc chọn lọc cho phổ Hồng ngoại (IR) và phổ Raman ngoại (IR) và phổ Raman Trạng thái dao động Trạng thái dao động phân tử phân tử Trạng thái dao động riêng lẻ: Trạng thái dao động riêng lẻ: dao động chuẩn tắc (mode) dao động chuẩn tắc (mode) Quy tắc chọn lọc Quy tắc chọn lọc Phổ Phổ Raman Raman Phổ Phổ IR IR Cơ lượng tử Cơ lượng tử Moment lưỡng cực Moment lưỡng cực (dipole moment) thay đổi (dipole moment) thay đổi Độ phân cực (Polarizability) Độ phân cực (Polarizability) thay đổi thay đổi   Lưỡng cực (dipole): Lưỡng cực (dipole): Đặc trưng cho t/c điện dipole Đặc trưng cho t/c điện dipole   moment dipole: moment dipole: lqP e = +q -q l   Độ phân cực (Polarizability) Độ phân cực (Polarizability) Đặc trưng cho sự phân bố Đặc trưng cho sự phân bố đám mây e trong phân tử (hay đám mây e trong phân tử (hay nguyên tử) nguyên tử)   Phân tử phân cực Phân tử phân cực  Mode: Mẫu hình của một sóng lan truyền hay một dao động Trong suốt quá trình dao động Trong suốt quá trình dao động a) Khảo sát hoạt động Hồng ngoại (IR) Khảo sát hoạt động Hồng ngoại (IR) Phân tử CO Phân tử CO 2 2 Dao động của phân tử gồm 2 nguyên tử đồng cực là Dao động của phân tử gồm 2 nguyên tử đồng cực là không hoạt động hồng ngoại, còn dao động của phân không hoạt động hồng ngoại, còn dao động của phân tử gồm 2 nguyên tử dị cực là hoạt động hồng ngoại tử gồm 2 nguyên tử dị cực là hoạt động hồng ngoại 4 dao động chuẩn tắc với tần số riêng 4 dao động chuẩn tắc với tần số riêng v v 1 1 v v 3 3 v v 2a 2a Không hoạt động IR Không hoạt động IR Hoạt động IR Hoạt động IR 1C & 2O thẳng 1C & 2O thẳng hàng, liên kết đôi hàng, liên kết đôi v v 2b 2b ν 2a = ν 2b khác phương Dao động suy biến bậc 2 v v 1 1 v v 2 2 Dao động của 2 Dao động của 2 nguyên tử đồng cực nguyên tử đồng cực Moment lưỡng cực Moment lưỡng cực không thay đổi không thay đổi Dao động của 2 Dao động của 2 nguyên tử dị cực nguyên tử dị cực Moment lưỡng cực Moment lưỡng cực thay đổi thay đổi Không Không hoạt hoạt động động IR IR Hoạt Hoạt động động IR IR v v 1 1 v v 2a 2a + + + + . . 0 21 =+= PPP e 21 ,PP thay đổi 21 PP −= 0 21 ≠+= PPP thay đổi 21 ,PP v v 2b 2b v v 3 3 Phân tử H Phân tử H 2 2 O O 3 dao động chuẩn tắc với tần số riêng 3 dao động chuẩn tắc với tần số riêng v v 1 1 v v 3 3 v v 2 2 Dao động của Dao động của 2 nguyên tử 2 nguyên tử dị cực dị cực Moment Moment lưỡng cực lưỡng cực thay đổi thay đổi Hoạt động IR Hoạt động IR 21 , PP thay đổi 0 21 ≠+= PPP b) Khảo sát hoạt động Raman Khảo sát hoạt động Raman Xét bản chất của độ phân cực Xét bản chất của độ phân cực h h v v Phân tử 2 nguyên tử Phân tử 2 nguyên tử + + + + _ _ _ _ + + δ δ + + δ δ - - δ δ - - δ δ Moment lưỡng cực Moment lưỡng cực cảm ứng: cảm ứng: EP α = Trong không gian Trong không gian 3 chiều: 3 chiều: zzzyzyxzxz zyzyyyxyxy zxzyxyxxxx EEEP EEEP EEEP ααα ααα ααα ++= ++= ++=                     =           z y x zzzyzx yzyyyx xzxyxx z y x E E E P P P ααα ααα ααα Nếu viết dưới dạng ma trận: Nếu viết dưới dạng ma trận: Ma trận tensor phân cực Ma trận tensor phân cực Tán xạ Raman thường: Tán xạ Raman thường:           zzzyzx yzyyyx xzxyxx ααα ααα ααα Cơ lượng tử: Cơ lượng tử: Raman Raman ↔ ↔ α α ij ij thay đổi thay đổi α α xy xy = = α α yx yx α α zx zx = = α α xz xz α α zy zy = = α α yz yz Phân tử CO Phân tử CO 2 2 Đám mây điện tử của phân tử có hình Đám mây điện tử của phân tử có hình quả dưa bị giãn 2 đầu và có tiết diện tròn. quả dưa bị giãn 2 đầu và có tiết diện tròn. Ví dụ: Xét dao động chuẩn tắc tần số Ví dụ: Xét dao động chuẩn tắc tần số ν ν 1 1 α 1 Biểu diễn Biểu diễn α α theo các phương (x, y, z). theo các phương (x, y, z). Nếu biểu diễn Nếu biểu diễn theo các phương (x, y, z) theo các phương (x, y, z)   ellipsoid phân cực ellipsoid phân cực Sự thay đổi các ellipsoid phân cực trong suốt quá trình Sự thay đổi các ellipsoid phân cực trong suốt quá trình dao động của phân tử CO dao động của phân tử CO 2 2 v v 1 1 v v 3 3 v v 2 2 Phân tử H Phân tử H 2 2 O O v v 1 1 v v 2 2 v v 3 3 1.8 So sánh phổ Raman và phổ Hồng ngoại 1.8 So sánh phổ Raman và phổ Hồng ngoại Đặc điểm chung: Áp dụng Đặc điểm chung: Áp dụng Rắn Rắn Lỏng Lỏng Khí Khí Dung dịch Dung dịch * Nguyên tắc loại trừ lẫn nhau: Những dao động chuẩn tắc có tâm * Nguyên tắc loại trừ lẫn nhau: Những dao động chuẩn tắc có tâm đối xứng là hoạt động Raman, không hoạt động IR và ngược lại đối xứng là hoạt động Raman, không hoạt động IR và ngược lại   Dao động hoàn toàn đối Dao động hoàn toàn đối xứng luôn luôn là Raman* xứng luôn luôn là Raman* Phổ Raman Phổ Raman Phổ IR Phổ IR Khác nhau Khác nhau [...]... hưởng bởi phổ dao động của H2O Phổ IR  Phổ IR bị ảnh hưởng nhiều bởi sự hấp thu mạnh của H2O  Thu được phổ Raman của các hợp chất hút ẩm, nhạy khí khi đặt trong ống thủy tinh  Không thu được phổ IR do ống thủy tinh hấp thụ mạnh bức xạ IR  Ghi hết vùng phổ mà không cần thay đổi chi tiết quang học  Vùng phổ IR rất rộng, muốn ghi hết phải thay đổi chi tiết quang học Hạn chế của phổ Raman ... quang học Hạn chế của phổ Raman  Để quan sát tán xạ Raman, phải dùng nguồn laser công suất lớn  gây sự nung nóng cục bộ và quang phân ly  Một số hợp chất phát huỳnh quang khi chiếu chùm laser  Thu phổ quay và phổ dao động quay với độ phân giải cao trong phổ Raman khó hơn trong phổ IR  Thiết bị Raman hiện đại đắt tiền hơn nhiều so với thiết bị FT -Raman 1.9 Tỷ số khử phân cực (Depolarization Ratio)...Khác nhau Phổ Raman Phổ IR  Dao động Raman mạnh nếu là liên kết hóa trị  Dao động IR mạnh nếu là liên kết ion  Tỷ số khử phân cực  Sự đối xứng của d.đ trong dung dịch  Tăng cường độ dao động của các nhóm mang màu (Raman cộng hưởng)  Chỉ cần một lượng nhỏ mẫu  Không xác định được sự đối xứng trong dung dịch (phân tử định hướng ngẫu nhiên) Khác nhau Phổ Raman  Phổ Raman của mẫu /dd... khử phân cực CÁM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN ĐÃ QUAN TÂM THEO DÕI Các mức ảo 3 2 1 v = 0 E1 Các mức ảo v0 v0 IR: Infrared (Hồng ngoại) R: Rayleigh S: Stokes A: AntiStokes v0 IR R S A Raman thường R S 3 2 1 v = 0 E0 A Raman cộng hưởng Huỳnh quang ... ) + ( α zz − α xx )     3 2 2 1 2 + ( α xy + α yx ) + ( α yz + α zy ) + ( α xz + α zx )     2 2 2 1 2 g a = ( α xy − α yz ) + ( α xz − α zx ) + ( α yz − α zy )     2 g0 = Trong tán xạ Raman thường: tensor phân cực đối xứng  ga = 0  3g s ρp = 10 g 0 + 4 g s  Dao độngs đối xứng hoàn toàn g0 > 0, g ≥ 0  0 ≤ ρp ≤ ¾  bị phân cực P.tử đẳng hướng (dđ || E): ρp = 0  Dao động đ.x không... (Ez↑↓)  Quan sát theo phương x và đo Iz; Iy (kính phân tích)  Tỷ số khử phân cực: I y I⊥ ρp = = I z I||  Tỷ số khử phân cực cung cấp thông tin quan trọng về sự đối xứng của dao động  Giải đoán các dải phổ Từ kết quả tính toán lý thuyết: 3g s + 5 g a ρp = 10 g 0 + 4 g s Trong đó: α xx α xy α xz    α yx α yy α yz  α zx α zy α zz    2 1 Ma trận tensor phân cực α xx + α yy + α zz ) ( 3 2 2 1 2 . Raman* xứng luôn luôn là Raman* Phổ Raman Phổ Raman Phổ IR Phổ IR Khác nhau Khác nhau Phổ Raman Phổ Raman Phổ IR Phổ IR   Dao động Raman mạnh Dao động Raman mạnh nếu là liên. nhau Khác nhau Phổ Raman Phổ Raman Phổ IR Phổ IR   Phổ Raman của mẫu Phổ Raman của mẫu /dd H /dd H 2 2 O ít bị ảnh hưởng O ít bị ảnh hưởng bởi phổ dao động của H bởi phổ dao động. Hạn chế của phổ Raman Hạn chế của phổ Raman  Để quan sát tán xạ Raman, phải dùng nguồn laser công suất lớn  gây sự nung nóng cục bộ và quang phân ly  Một số hợp chất phát huỳnh quang khi chiếu