Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nước lên phổ phát tần số tổng quang học (SFG) của d glucose

++ ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -  - QUÁCH TRUNG ĐÔNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG NƯỚC LÊN PHỔ PHÁT TẦN SỐ TỔNG QUANG HỌC (SFG) CỦA D-GLUCOSE LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội, 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -  - QUÁCH TRUNG ĐÔNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG NƯỚC LÊN PHỔ PHÁT TẦN SỐ TỔNG QUANG HỌC (SFG) CỦA D-GLUCOSE CHUYÊN NGÀNH : QUANG HỌC Mã số : 60440109 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS HOÀNG CHÍ HIẾU Hà Nội, 2014 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Hoàng Chí Hiếu người hướng dẫn trực tiếp tận tình giúp đỡ, bảo tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô toàn thể nghiên cứu sinh, học viên cao học sinh viên thuộc Bộ môn Quang lượng tử nhiệt tình giúp đỡ, tham gia nghiên cứu, trao đổi tài liệu, dụng cụ thí nghiệm đóng góp ý kiến suốt trình học tập, nghiên cứu Bộ môn Tôi xin trân trọng cảm ơn cán bộ, chuyên viên phòng ban nhà trường Khoa Vật lý hướng dẫn, tạo điều kiện để nhanh chóng hoàn thành thủ tục bảo vệ Cuối cùng, xin gửi lòng biết ơn đến gia đình người thân ủng hộ, tin tưởng động viên suốt trình học tập công tác Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2014 Học viên cao học Quách Trung Đông MỤC LỤC PHỤ LỤC 1: DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT i PHỤ LỤC 2: DANH MỤC HÌNH VẼ .ii PHỤ LỤC 3: DANH MỤC BẢNG BIỂU iv MỞ ĐẦU CHƯƠNG – CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Cơ sở quang học phi tuyến 1.1.1 Tương tác ánh sáng với vật chất 1.1.2 Độ phân cực phi tuyến độ cảm phi tuyến 1.2 Một số tượng quang học phi tuyến bậc hai 1.2.1 Hiện tượng chỉnh lưu quang học phát hoà ba bậc hai 1.2.2 Quá trình trộn ba sóng, điều kiện tương hợp pha .6 1.3 Phát tần số tổng quang học SFG 10 1.3.1 Phương trình Maxwell quang học phi tuyến 10 1.3.2 Cường độ sóng tần số tổng 13 1.3.3 Điều kiện gần tương hợp pha 15 1.3.4 Quang học phi tuyến bề mặt 17 1.4 Một số nghiên cứu quang phổ học dao động D-glucose 22 CHƯƠNG – THỰC NGHIỆM 29 2.1 Tổng quan D-glucose 29 2.1.1 Cấu trúc hoá học D-glucose .29 2.1.2 Các đặc trưng vật lý D-glucose 32 2.2 Chuẩn bị mẫu 32 2.3 Các thiết bị thí nghiệm 33 2.3.1 Hệ laser pico giây Nd:YAG .33 2.3.2 Laser Nd:YAG module PL2251A 34 2.3.3 Khối nhân đôi tần số H500 .35 2.3.4 Máy phát tham số quang học PG500/DFG 36 2.3.5 Giá mẫu 36 2.3.6 Máy đơn sắc MS3504 nhân quang điện PMT .37 2.3.7 Phần mềm SFG spectrometer 38 2.4 Sơ đồ đo phổ tần số tổng D-glucose 38 2.4.1 Bố trí hệ đo .38 2.4.2 Quy trình thí nghiệm đo phổ tần số tổng D-glucose 41 CHƯƠNG – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43 3.1 Phổ SFG mẫu D-glucose 0% H2O 44 3.2 Phổ SFG mẫu D-glucose với hàm lượng nước thêm vào khác 46 KẾT LUẬN 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 PHỤ LỤC 1: DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT SFG: Sum frequency generation FT – IR: Fourier transform infrared spectroscopy OFC: Optical frequency converter OPA: Optical parametric amplifier OPO: Optical parametric oscillator SPDC: Spontaneous parametric down-converter PMT: Photomultiplier tube CDS: Correlated double sample i PHỤ LỤC 2: DANH MỤC HÌNH VẼ CHƯƠNG – CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 1.1: Sự phụ thuộc độ phân cực môi trường vào điện trường dừng môi trường quang học tuyến tính phi tuyến Hình 1.2: Quá trình tương tác ba photon môi trường phi tuyến bậc hai Hình 1.3: Điều kiện tương hợp pha .8 Hình 1.4: Các thiết bị phát thông số OFC, OPA, OPO SPDC .9 Hình 1.5: Ảnh hưởng độ lệch vector sóng lên phát tần số tổng 15 Hình 1.6: Giản đồ biểu diễn vật liệu quang phi tuyến bậc hai dạng đơn tinh thể đồng (a) vật liệu cực tuần hoàn (b) với trục dương c đảo chiều theo chu kỳ Λ 16 Hình 1.7: So sánh biến đổi không gian biên độ trường sóng tạo thành tương tác phi tuyến với ba điều kiện tương hợp pha khác 16 Hình 1.8: Ví dụ phát hoà ba bậc hai phản xạ bề mặt vật liệu quang phi tuyến bậc hai (a) vật liệu quang phi tuyến đối xứng tâm (b) 17 Hình 1.9: Sự tạo thành sóng hòa ba bậc hai truyền qua phản xạ mặt phân cách (a) định nghĩa vector điện, từ trường cho trường hợp P vuông góc với mặt phẳng tới (b) 19 Hình 1.10: Phổ Raman dung dịch D-glucose với nồng độ 22% 50% theo Mathlouthi Luu .23 Hình 1.11: Phổ FT-Raman dung dịch α-D-glucose “khô” “ướt”theo Joanna Goral 24 Hình 1.12: Phổ FT-Raman dung dịch β-D-glucose “khô” “ướt”theo Joanna Goral 25 Hình 1.13: Phổ cường độ tần số tổng mode dao động hóa trị C-H theo Miyauchi cộng 26 Hình 1.14: Phổ FT-IR D-glucose khô vùng CH [2] 27 ii CHƯƠNG – THỰC NGHIỆM Hình 2.1: Cấu trúc Glucose 30 Hình 2.2: Các đồng phân tuần hoàn không đối ảnh D-glucose .31 Hình 2.3: Cơ chế tạo mẫu D-glucose ẩm 33 Hình 2.4: Hệ đo SFG hãng EKSPLA (Lithuania) đặt Bộ môn Quang lượng tử, Khoa Vật lý, Trường ĐH Khoa học Tự nhiên 34 Hình 2.5: Đầu phát laser Nd:YAG mã hiệu PL 2250 hãng EKSPLA 35 Hình 2.6: Thiết kế quang học bên khối nhân tần H500 36 Hình 2.7: Giá mẫu gắn với motor bước 37 Hình 2.8: Sự tạo thành tín hiệu SFG 39 Hình 2.9: Bố trí hệ đo SFG 40 Hình 2.10: Ảnh chụp thực tế hệ quang học bàn đặt mẫu phép đo tần số tổng D-glucose .41 CHƯƠNG – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Hình 3.1: Giản đồ miêu tả tổ hợp trạng thái phân cực khác chùm khả kiến (1), chùm hồng ngoại (2) tín hiệu SFG thu (3) 43 Hình 3.2: Phổ tần số tổng mẫu D-glucose khô theo bốn cấu hình phân cực khác 44 Hình 3.3: Phổ Raman α-D-glucose thu Corbett cộng [9] 45 Hình 3.4: Phổ SFG mẫu D-glucose ban đầu theo nồng độ nước thêm vào khác 46 Hình 3.5: Phổ Raman β-D-glucose thu Corbett cộng [9] .47 Hình 3.6: Tính biến đổi quay D-glucose tác dụng nước 47 Hình 3.7: Hình chiếu Newman α-D-glucose β-D-glucose nhìn từ C(6) đến C(5) dạng tinh thể Nhóm C(6)H2OH có cấu hình gt gg [13] .48 Hình 3.8: Đồ thị dựng lại phổ Raman α-D-glucose β-D-glucose từ kết nghiên cứu Corbett cộng [9] .49 Hình 3.9: Phổ SFG mẫu D-glucose thêm nước sau sấy khô 50 iii PHỤ LỤC 3: DANH MỤC BẢNG BIỂU CHƯƠNG – CƠ SỞ LÝ THUYẾT Bảng 1.1: Các đỉnh dao động D-glucose khô vùng CH [2] 28 CHƯƠNG – THỰC NGHIỆM Bảng 2.1: Các thông số đặc trưng PMT .37 CHƯƠNG – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Bảng 3.1: Các mode dao động D-glucose khô vùng CH 45 Bảng 3.2: Các mode dao động D-glucose ướt vùng CH 49 iv Luận văn thạc sĩ khoa học MỞ ĐẦU Ngày nay, phát triển không ngừng công nghệ sinh học khoa học vật liệu yêu cầu phải có công cụ thiết bị để sử dụng cho việc phân tích Trong bối cảnh đó, hiệu ứng phát tần số tổng (SFG) quang học bậc hai quan tâm nhiều ưu điểm vượt trội độ nhạy đơn lớp nguyên tử, tính định hướng cao so với phương pháp phổ dao động quang học bậc FT-IR Raman [3,4] SFG thực chất hiệu ứng quang học phi tuyến bậc hai có đặc điểm bị cấm vật liệu có cấu trúc đối xứng tâm phát mạnh cấu trúc đối xứng tâm bị phá vỡ bề mặt, giao diện vật liệu cấu trúc có tính chirality (đối xứng bàn tay) [3] Kỹ thuật SFG ứng dụng thành công để nghiên cứu cấu trúc dao động bề mặt động học bề mặt giao diện khác Các mode dao động hoạt động bề mặt phân tử mặt phân cách cộng hưởng với tín hiệu SFG định hướng phân cực tia laser bơm phù hợp với định hướng mode dao động phân tử Vì vậy, ta thu thông tin định hướng, xếp phân tử bề mặt giao diện [4] Các phân tử hữu thường có cấu trúc chirality, SFG công cụ hữu dụng việc nghiên cứu cấu trúc, tính chất quang phân tử hữu [3,4] Năm 2006, Miyauchi đồng nghiệp sử dụng kính hiển vi với kỹ thuật SFG để quan sát thủy sinh Chara fibrosa [6] Các tác giả so sánh phổ SFG Chara fibrosa với phổ SFG saccharide tinh khiết amylopectin, amylose, glucose β-cyclodextrin phát amylopectin thành phần nhụy Chara fibrosa Kết nghiên cứu chứng minh khả ứng dụng SFG việc nghiên cứu phân tử hữu Đối tượng nghiên cứu đề cập đến luận văn D-glucose Đây carbohydrate quan trọng bậc tự nhiên mặt sinh học, hấp thụ trực tiếp vào máu thông qua trình tiêu hoá Glucose sử dụng nguồn cung cấp lượng trung gian trao đổi chất cho tế bào sản phẩm trình quang hợp nhiên liệu cho trình hô hấp tế bào Do vai trò đặc biệt nên nhiều nghiên cứu Glucose thực Tuy Quách Trung Đông Chuyên ngành Quang học Luận văn thạc sĩ khoa học PL2250 PC Tối ưu hoá PG500-DFG Mẫu Hình 2.9: Bố trí hệ đo SFG M1 – M9: Gương phẳng F1, F2: Bộ lọc GP1, GP2: Kính phân cực L1: Thấu kính P1: Lăng kính HWP1, HWP2: Bản nửa bước sóng Bộ lọc F1 bao gồm phin lọc KS – 18 truyền qua xạ 1064 nm, chặn xạ 532 nm phin lọc SZS – 25 có tác dụng ngược lại Trong phép đo này, SZS – 25 sử dụng để truyền qua chùm 532 nm Do cường độ chùm khả kiến lớn nên cần phải đặt lọc F2 trước lối vào máy đơn sắc để loại trừ ánh sáng tán xạ không mong muốn nhằm bảo vệ ống nhân quang điện PMT Nhờ vậy, hoàn toàn tăng cường chùm khả kiến để thu tín hiệu SFG tốt mà không gây hại cho quang phổ kế Quách Trung Đông 40 Chuyên ngành Quang học Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 2.10: Ảnh chụp thực tế hệ quang học bàn đặt mẫu phép đo tần số tổng D-glucose Các kính phân cực GP1, GP2 sử dụng nhằm quan sát phụ thuộc cường độ SFG theo trạng thái phân cực chùm tia tới từ đánh giá kết cấu bề mặt mẫu cần đo Ngoài ra, nửa bước sóng sử dùng để tối ưu hoá chùm tia 2.4.2 Quy trình thí nghiệm đo phổ tần số tổng D-glucose B1 Sấy khô mẫu D-glucose với nhiệt độ ~900C thời gian ~24h B2 Khởi động làm nóng hệ đo theo quy trình tiêu chuẩn B3 Đo phổ tần số tổng mẫu D-glucose sấy khô theo bốn cấu hình phân cực khác nhau: SSP, PSP, PPP SPP Mẫu rắc lên đế thuỷ tinh đặt lên bàn mẫu Dải bước sóng hồng ngoại đặt từ 2800 cm-1 đến 3000 cm-1 (vùng CH) Thí nghiệm cài đặt để chọn lấy 100 điểm số liệu phép đo với bước nhảy B4 Làm ẩm mẫu D-glucose khô theo quy trình chuẩn bị mẫu trình bày Khối lượng đường nước xác định xác nhờ cân điện tử tuỳ theo thời gian làm ẩm khác thu mẫu ướt với nồng độ định Quách Trung Đông 41 Chuyên ngành Quang học Luận văn thạc sĩ khoa học B5 Mẫu ẩm rắc lên đế thuỷ tinh đo với cài đặt thí nghiệm tương tự mẫu khô B6 Lưu trữ xử lý kết phần mềm Origin … Quách Trung Đông 42 Chuyên ngành Quang học Luận văn thạc sĩ khoa học CHƯƠNG – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Để kiểm tra phụ thuộc tín hiệu SFG vào trạng thái phân cực chùm sáng tới, phổ SFG D-glucose thu theo bốn cấu hình khác SSP, PSP, PPP SPP Đây tổ hợp trạng thái phân cực chùm tới tín hiệu thu được: ký tự S P biểu thị cho trạng thái mà vector cường độ điện trường E vuông góc song song với mặt phẳng tới Trạng thái phân cực chùm hồng ngoại giữ không đổi P Giản đồ chi tiết bốn cấu hình đo hình 3.1 2 SSP PPP 3 SPP PSP Hình 3.1: Giản đồ miêu tả tổ hợp trạng thái phân cực khác chùm khả kiến (1), chùm hồng ngoại (2) tín hiệu SFG thu (3) Quách Trung Đông 43 Chuyên ngành Quang học Luận văn thạc sĩ khoa học Cường độ SFG (đ.v.t.đ.) 3.1 Phổ SFG mẫu D-glucose 0% H2O 2940 2885 Số sóng hồng ngoại (cm-1) Hình 3.2: Phổ tần số tổng mẫu D-glucose khô theo bốn cấu hình phân cực khác Hình 3.2 bốn phổ SFG mẫu D-glucose 0% H2O Về bản, phổ giống Chúng có dạng với hố lõm đặc trưng lân cận vị trí số sóng 2900 cm-1 có xu hướng tăng dần cường độ từ sau 2910 cm-1 Hai đỉnh mạnh đặc trưng 2885 cm-1 2940 cm-1 hiển thị rõ ràng Sự khác biệt lớn hai phổ SSP PSP có cường độ mạnh so với phổ PPP SPP khoảng lần Do mẫu đo chứa khoảng 96 – 97% anomer α nên đặc trưng phổ quy cho α-D-glucose So sánh với liệu Raman α-D-glucose cho thấy tương đồng rõ rệt hình dạng với hai đỉnh mạnh đặc trưng kẹp hố lõm xung quanh vị trí 2900 cm-1 (hình 3.3) Lượng nhỏ β-D-glucose mẫu mang đến đóng góp nhỏ vào phổ thu Quách Trung Đông 44 Chuyên ngành Quang học Cường độ Raman (đ.v.t.đ.) Luận văn thạc sĩ khoa học Sự dịch Raman (cm-1) Hình 3.3: Phổ Raman α-D-glucose thu Corbett cộng [9] Các mode dao động ứng với đỉnh liệt kê chi tiết bảng 3.1 dựa kết Raman Corbett cộng Bảng 3.1: Các mode dao động D-glucose khô vùng CH Vị trí đỉnh SFG (cm-1) Vị trí đỉnh Raman (cm-1) [9] 2885 2880 2910 2912 2940 2942 2955 2960 Mode dao động ߥሺ‫ ܪܥ‬ሻ ‫ݐ‬ạ݅ ‫ܥ‬ሺ6ሻ ߥሺ‫ ܪܥ‬ሻ ߥሺ‫ ܪܥ‬ሻ ߥ௔ ሺ‫ܪܥ‬ଶ ሻ Đỉnh 2855 cm-1 ứng với đỉnh Raman 2880 cm-1 quy cho mode dao động hóa trị CH C(6) đỉnh nhỏ 2910 cm-1 ứng với đỉnh Raman 2912 cm-1 quy cho mode hóa trị CH C(3) C(5) Đỉnh 2940 cm-1 ứng với đỉnh Raman 2942 cm-1 quy cho mode hóa trị CH C(1) đỉnh 2955 cm-1 ứng với đỉnh Raman 2960 cm-1 quy cho mode hóa trị CH2 bất đối xứng [9] Sai số vị trí đỉnh SFG Raman vào khoảng ±5 cm-1 thiết bị sử dụng chấp nhận Ngoài đỉnh SFG nêu xác định mode dao động cụ thể dựa liệu Raman đỉnh khác phổ Quách Trung Đông 45 Chuyên ngành Quang học Luận văn thạc sĩ khoa học SFG D-glucose 0% H2O Đây đỉnh không mong muốn thăng giáng không ổn định chùm tia hồng hệ quang phổ kế EKSPLA sử dụng đỉnh chưa xác định 3.2 Phổ SFG mẫu D-glucose với hàm lượng nước thêm vào khác Do phổ SFG D-glucose theo cấu hình phân cực chùm tới tín hiệu thu khác tương đối giống hình dạng, khác biệt cường độ nên phổ thu thực cấu hình SPP – cấu hình cho cường độ tín hiệu thấp ổn định Hình 3.4 thể phổ SFG theo cấu hình SPP mẫu D-glucose ban đầu làm ẩm với lượng nước thêm vào khác nhau, 1,19% 1,47% Phổ SFG mẫu 0% H2O dựng kèm để phục vụ cho việc quan sát thay đổi có thêm nước Cường độ SFG (đ.v.t.đ.) 2900 Số sóng hồng ngoại (cm-1) Hình 3.4: Phổ SFG mẫu D-glucose ban đầu theo nồng độ nước thêm vào khác Có thể thấy rõ ràng cường độ đỉnh tăng mạnh (từ – lần) theo hàm lượng nước thêm vào Đặc biệt xuất số đỉnh so với phổ mẫu Quách Trung Đông 46 Chuyên ngành Quang học Luận văn thạc sĩ khoa học 0% H2O Hố lõm vị trí xung quanh 2900 cm-1 thay đỉnh với cường độ mạnh với hàm lượng nước thêm vào So sánh với liệu Raman cho thấy phổ SFG mẫu D-glucose sau thêm nước có dạng gần Cường độ Raman (đ.v.t.đ.) giống với phổ Raman β-D-glucose (hình 3.5) Sự dịch Raman (cm-1) Hình 3.5: Phổ Raman β-D-glucose thu Corbett cộng [9] Hình 3.6: Tính biến đổi quay D-glucose tác dụng nước Theo Corbett cộng sự, thêm nước, tính biến đổi quay α-D-glucose bị chuyển thành α-D-glucose monohydrate (hình 3.6) Cấu hình nhóm C(6)H2OH phân tử D-glucose bị chuyển từ gt (gauche – trans) thành gg (gauche – gauche) cách tương ứng [9] Trong đó, cấu hình nhóm C(6)H2OH phân tử β-D-glucose có dạng gg Sự thay đổi thể rõ biểu diễn đồng phân D-glucose dạng hình chiếu Newman (hình 3.7) Quách Trung Đông 47 Chuyên ngành Quang học Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 3.7: Hình chiếu Newman α-D-glucose β-D-glucose nhìn từ C(6) đến C(5) dạng tinh thể Nhóm C(6)H2OH có cấu hình gt gg [13] Với α-D-glucose, góc xoắn liên quan đến liên kết C(5)-C(6) gauche cho tổ hợp O(5)-C(5)-C(6)-O(6) trans cho tổ hợp C(4)-C(5)-C(6)-O(6) Trong với βD-glucose, góc xoắn tương ứng cho hai tổ hợp gauche Corbett cộng xác định giá trị cụ thể góc xoắn ứng với α-D-glucose, α-Dglucose monohydrate β-D-glucose Giá trị chúng 109,30; 112,20 111,90 [9] Như giống α-D-glucose monohydrate β-D-glucose cấu hình nhóm C(6)H2OH rõ ràng Đây nguyên nhân phổ SFG mẫu D-glucose ban đầu phổ Raman α-D-glucose giống phổ SFG mẫu sau thêm nước lại giống với phổ Raman β-D-glucose Sự thay đổi cấu trúc α-D-glucose β-D-glucose tác dụng nước thể rõ ràng so sánh riêng rẽ phổ Raman mà đỉnh 2907 cm-1 hiển thị mạnh phổ β-D-glucose lại không xuất phổ αD-glucose (hình 3.8) Quách Trung Đông 48 Chuyên ngành Quang học Luận văn thạc sĩ khoa học Cường độ Raman (đ.v.t.đ.) 2907 Sự dịch Raman (cm-1) Hình 3.8: Đồ thị dựng lại phổ Raman α-D-glucose β-D-glucose từ kết nghiên cứu Corbett cộng [9] Dựa lý giải này, mode dao động ứng với đỉnh phổ SFG α-D-glucose thêm nước dưa liệu Raman (bảng 3.2) Các đỉnh 2900 cm-1 2935 cm-1 đặc trưng cho β-D-glucose quy cho dao động bất đối xứng C(6)-H-C(5)-H dao động đối xứng nhóm CH C(2)-H-C(4)-H Trong đỉnh 2885 cm-1 2955 cm-1 quy cho dao động đối xứng C(6)-H-C(5)-H dao động bất đối xứng nhóm CHଶ Bảng 3.2: Các mode dao động D-glucose ướt vùng CH Vị trí đỉnh SFG (cm-1) Mode dao động 2885 Đối xứng C(6)-H-C(5)-H 2900 Bất đối xứng C(6)-H-C(5)-H ߥ ሺ‫ ܪܥ‬ሻ 2935 ߥ௔ ሺ‫ܪܥ‬ଶ ሻ 2955 Để kiểm chứng thay đổi cấu trúc D-glucose ảnh hưởng nước, mẫu D-glucose thêm nước sấy khô thu phổ SFG (hình 3.9.) Kết cho thấy phổ SFG lại quay trở dạng phổ mẫu D-glucose 0% H2O ban đầu tức Quách Trung Đông 49 Chuyên ngành Quang học Luận văn thạc sĩ khoa học α-D-glucose monohydrate sau bị sấy khô lại chuyển thành α-D-glucose Sự tăng lên cường độ đỉnh phổ mẫu thêm nước ảnh hưởng liên kết hydro làm tăng khả dịch chuyển điện tích Cường độ SFG (đ.v.t.đ.) phân tử Glucose -1 Số sóng hồng ngoại (cm ) Hình 3.9: Phổ SFG mẫu D-glucose thêm nước sau sấy khô Quách Trung Đông 50 Chuyên ngành Quang học Luận văn thạc sĩ khoa học KẾT LUẬN Kỹ thuật phát tần số tổng quang học (SFG) công cụ hữu ích cho việc thăm dò bề mặt với độ xác cỡ đơn lớp nguyên tử, nghiên cứu cấu trúc vật liệu với độ phân giải cao khả ứng dụng tốt cho việc quan sát thể sống (in vivo) Phổ phát tần số tổng quang học (SFG) mẫu D-glucose thu thành công vùng số sóng hồng ngoại từ 2800 cm-1 đến 3000 cm-1 thông qua việc sử dụng hệ quang phổ kế tần số tổng EKSPLA Bộ môn Quang lượng tử, Khoa Vật lý, Trường ĐH KHTN – ĐH QGHN Đây hệ quang phổ kế đại Việt Nam Các phổ so sánh với kết nghiên cứu sử dụng kỹ thuật Raman cho thấy phù hợp tốt Phổ mẫu D-glucose 0% H2O theo bốn cấu hình phân cực chùm sáng tới tín hiệu thu khác tương đồng hình dạng vị trí đỉnh đặc trưng Các phổ quy cho αD-glucose Sự ảnh hưởng nước lên phổ SFG D-glucose khảo sát Cường độ hầu hết đỉnh tăng lên đáng kể theo hàm lượng nước thêm vào Hình dạng phổ SFG mẫu thêm nước có dạng tương tự phổ Raman β-D-glucose Thay đổi rõ ràng xuất đỉnh 2900 cm-1 với hàm lượng nước thêm vào giải thích tác dụng nước chuyển α-Dglucose thành α-D-glucose monohydrate có cấu hình nhóm hydroxyl methyl tương tự β-D-glucose Việc tăng lên cường độ đỉnh mẫu thêm nước giả thiết tác động liên kết hydro Các kết thu dùng làm sở liệu tần số tổng D-glucose nghiên cứu glucose nói riêng phân tử sinh học nói chung Các hướng nghiên cứu dự kiến sau hoàn thành Luận văn thạc sĩ: - Tính toán mô DFT thay đổi cấu trúc D-glucose tác dụng nước nhằm giải thích lại kết nghiên cứu quan điểm lượng tử Quách Trung Đông 51 Chuyên ngành Quang học Luận văn thạc sĩ khoa học - Nghiên cứu mô thực nghiệm thu phổ SFG D-glucose dung dịch khác - Nghiên cứu phổ SFG saccharide khác sucrose, fructose, cellulose Quách Trung Đông 52 Chuyên ngành Quang học Luận văn thạc sĩ khoa học TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Thế Bình (2008), Quang học đại, Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Phạm Thị Hương (2013), Nghiên cứu phổ dao động FT – IR số chất saccharides, Luận văn tốt nghiệp đại học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Tiếng Anh Aaron Lewis, Artium Khatchatouriants (1999), “Second harmonic generation of biological interfaces: probing the membrane protein bacteriorhodopsin and imaging membrane potential around GFP molecules at specific sites in neuronal cells of C Elegans”, Chemical Physics, 245 (1), pp 133-144 Hoang Chi Hieu, Nguyen Anh Tuan, Hongyan li, Yoshihiro Miyauchi (2011), “Sum frequency generation microscopy study of cellulose fibers”, Applied Spectroscopy, 65(11), pp 1254 Robert W Boyd (2008), Nonlinear optics, Academic press, London Yoshihiro Miyauchi, Haruyuki Sano, and Goro Mirzutani (2006), “Selective observation of starch in a water plant using optical sum-frequency microscopy”, Journal of Optical Society of America., 23 (7), pp 1687 – 1690 Mohamed Mathlouthi, Dang Vinh Luu (1980), “Laser-Raman spectra of Dglucose and sucrose in aqueous solution”, Carbohydrate Research, 81, pp 203 – 212 James H Wiley, Rajai J Atalla (1986), “Band assignments in the Raman spectra of celluloses”, Carbohydrate Research, 160, pp 113 – 129 E C Corbett, V Zichy, J Goral, C Passingham (1991), “Fourier transform Raman studies of material and compounds of biological importance – The effect of moisture on the molecular structure of the alpha and beta anomers of D-glucose”, Spectrochimeca Acta, 47A (9/10), pp 1399 – 1411 10 Joanna Góral (1990), “Fourier-transform Raman spectroscopy of carbohydrates”, Biophysics, 16(1), pp 33 – 47 Quách Trung Đông 53 Chuyên ngành Quang học Luận văn thạc sĩ khoa học 11 Medhat Ibrahim, Moussa Alaam, Hanan El-Haes, Abraham F Jalbout, Aned de Leon (2006), “Analysis of the structure and vibrational spectra of glucose and fructose”, Eclética Quimica, 31(3), pp 15 – 21 12 C Araujo-Andrade, Facundo Ruiz, J.R Martinez-Mendoza, H Terrones (2005), “Infrared and Raman spectra, conformational stability, ab initio calculations of structure, and vibrational assignment of α and β glucose”, Journal of molecular structure: THEOCHEM, 714, pp 143 – 146 13 Giovana Longhi, Giuseppe Zerbi, Germana Paterlini, Laure Ricard, Sergio Abbte (1987), “Conformatonal dependence of CH(CD)-stretchings in D-glucose and some deuterated derivatives as revealed by infrared and raman spectroscopy”, Carbohydrate research, 161, pp – 22 14 L M J Kroon-Batenburg, J A Kantens (1983), “Influence of hydrogen bonds on molecular conformation Molecular mechanics calculations on α-Dglucose”, Acta Cryst., B39, pp 749 – 754 15 A.L Barnette, L.C Bradley, B.D Veres, E.P Schreiner, Y.B Park, J Park, S Park, S.H Kim, Biomacromolecules 12 (2011) 2434–2439 Quách Trung Đông 54 Chuyên ngành Quang học [...]... sĩ khoa học nhiên các d liệu về phổ dao động của Glucose trong vùng CH, đặc biệt là các nghiên cứu về sự thay đổi cấu trúc của Glucose d ới ảnh hưởng của nước bằng phương pháp quang phổ học dao động tần số tổng còn rất hạn chế Với mục đích xác định lại phổ dao động tần số tổng SFG của D- glucose và nghiên cứu ảnh hưởng của nước lên sự thay đổi cấu trúc của D- glucose d a trên việc Bộ môn Quang lượng tử,... học Khoa học Tự nhiên – ĐH QGHN hiện đang sở hữu một hệ quang phổ kế tần số tổng duy nhất tại Việt Nam và rất hiện đại trong khu vực, tôi đã quyết định thực hiện luận văn thạc sĩ khoa học Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nước lên phổ tần số tổng quang học (SFG) của D- glucose d ới sự hướng d n của TS Hoàng Chí Hiếu Các kết quả trong luận văn này có thể sẽ được d ng để bổ sung cho cơ sở d liệu quang. .. ngành Quang học Luận văn thạc sĩ khoa học Longhi và các cộng sự đã xử lý phổ Raman và IR của α và β -D- glucose và một vài d n xuất deuterium hoá như α -D- glucose- 1 -d1 , α -D- glucose- 6,6 -d2 , α -D- glucose5 ,6,6 -d3 , α -D- glucose- 3 -d1 và α -D- glucose- 2 -d1 trong vùng CH từ 2800 cm-1 đến 3000 cm-1 [13] Sự khác nhau giữa các phổ đã hỗ trợ việc xác định các d i trong phổ của D- glucose Ảnh hưởng của độ ẩm lên phổ Raman... noãn của cây Chara fibrosa (c): phổ của amylopectin (d) : phổ của amylose (e): phổ của glucose (f): phổ của β-cyclodextrin Gần đây, nhờ sự phát triển của công nghệ laser và các kỹ thuật quang học phi tuyến, một số nghiên cứu sử d ng phương pháp quang phổ học tần số tổng (SFG) trên các vật liệu saccharide đã được thực hiện Miyauchi và đồng nghiệp đã sử d ng kính hiển Quách Trung Đông 26 Chuyên ngành Quang. .. được nghiên cứu bởi nhóm của Corbett [9] Họ đã nhận ra rằng phổ Raman của β -D- glucose đã không thay đổi khi nước được thêm vào trong khi phổ Raman của anomer α đã bị thay đổi sang các đặc trưng của anomer β Đây là bằng chứng của sự biến đổi từ anomer α thành Cường độ SFG anomer β Số sóng (cm-1) Hình 1.13: Phổ cường độ tần số tổng của mode dao động hóa trị C-H theo Miyauchi và cộng sự (a), (b): phổ của. .. thông số như trên được d ng để khuếch đại ánh sáng kết hợp hoặc phát ánh sáng kết hợp trong miền tần số mà các laser không có hoặc được d ng để d các sóng ánh sáng yếu ở bước sóng không nhạy với các thiết bị đo có sẵn 1.3 Phát tần số tổng quang học SFG 1.3.1 Phương trình Maxwell trong quang học phi tuyến Để hiểu rõ hơn sự phát tần số tổng quang học trên cơ sở lý thuyết sóng điện từ, ta xuất phát từ... d i trong phổ đã không được thảo luận đầy đủ (hình 1.11, 1.12) Quách Trung Đông 23 Chuyên ngành Quang học Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 1.11: Phổ FT-Raman của dung d ch α -D- glucose “khô” và “ướt”theo Joanna Goral Quách Trung Đông 24 Chuyên ngành Quang học Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 1.12: Phổ FT-Raman của dung d ch β -D- glucose “khô” và “ướt”theo Joanna Goral - Quách Trung Đông 25 Chuyên ngành Quang. .. rằng, ảnh hưởng của độ lệch vector sóng được bao hàm đầy đủ trong hệ số ‫ ܿ݊݅ݏ‬ଶ ሾ−ሺ݇ଵ + ݇ଶ − ݇ଷ ሻ‫ܮ‬⁄2ሿ Số hạng này được gọi là hệ số lệch pha Hình 1.5 biểu diễn ảnh hưởng của độ lệch vector sóng lên hiệu năng của sự phát tần số tổng Cũng cần phải chú ý rằng, hiệu suất của quá trình trộn ba sóng sẽ giảm khi |∆݇ |‫ܮ‬ tăng Nguyên nhân của hiện tượng này là do nếu ‫ ܮ‬lớn hơn khoảng 1⁄∆݇ , năng lượng. .. Ta có biến đổi lượng giác: Do đó, trong biểu thức của độ phân cực (2.5) sẽ xuất hiện thành phần: Thành phần này chính là nguồn gốc gây ra sự phát tần số tổng ߱ = ߱ଵ + ߱ଶ hoặc tần số hiệu ߱ = ߱ଵ − ߱ଶ Có thể d d ng nhận thấy rằng, sự phát hoà ba bậc hai chính là một trường hợp riêng của phát tần số tổng khi ߱ଵ = ߱ଶ Thực tế khi môi trường xảy ra sự trộn hai sóng để tạo nên sóng tần số tổng ߱ଷ = ߱ଵ +... saccharide nói chung Số sóng (cm-1) Hình 1.14: Phổ FT-IR của D- glucose khô trong vùng CH [2] Sinh viên Phạm Thị Hương K55 Sư phạm Vật lý d ới sự hướng d n của TS Hoàng Chí Hiếu – Chủ nhiệm Bộ môn Quang lượng tử, Khoa Vật lý, Trường ĐH KHTN – ĐH QGHN, đã thực hiện khoá luận tốt nghiệp với đề tài nghiên cứu phổ dao động hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) của một số chất saccharide sử d ng máy phổ kế ...ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -  - QUÁCH TRUNG ĐÔNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG NƯỚC LÊN PHỔ PHÁT TẦN SỐ TỔNG QUANG HỌC (SFG) CỦA D-GLUCOSE CHUYÊN NGÀNH : QUANG. .. khoa học Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng nước lên phổ tần số tổng quang học (SFG) D-glucose hướng dẫn TS Hoàng Chí Hiếu Các kết luận văn dùng để bổ sung cho sở liệu quang phổ học dao động D-glucose. .. biệt nghiên cứu thay đổi cấu trúc Glucose ảnh hưởng nước phương pháp quang phổ học dao động tần số tổng hạn chế Với mục đích xác định lại phổ dao động tần số tổng SFG D-glucose nghiên cứu ảnh hưởng