Nghiên cứu đơn lớp langmuir arachidic acid trên các dung dịch muối halogen có nồng độ thay đổi bằng kỹ thuật quang phổ học dao động tần số tổng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Vũ Thị Thanh Tam NGHIÊN CỨU ĐƠN LỚP LANGMUIR ARACHIDIC ACID TRÊN CÁC DUNG DỊCH MUỐI HALOGEN CÓ NỒNG ĐỘ THAY ĐỔI BẰNG KỸ THUẬT QUANG PHỔ HỌC DAO ĐỘNG TẦN SỐ TỔNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội - 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Vũ Thị Thanh Tam NGHIÊN CỨU ĐƠN LỚP LANGMUIR ARACHIDIC ACID TRÊN CÁC DUNG DỊCH MUỐI HALOGEN CÓ NỒNG ĐỘ THAY ĐỔI BẰNG KỸ THUẬT QUANG PHỔ HỌC DAO ĐỘNG TẦN SỐ TỔNG Chuyên ngành Mã số : Quang học : 60440109 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Anh Tuấn Hà Nội - 2016 LỜI CẢM ƠN Luận văn khoa học hoàn thành môn Quang lượng tử thuộc khoa Vật lý trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Anh Tuấn Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc thầy giáo hướng dẫn, người tận tình dẫn dạy bảo học viên suốt trình học tập thực luận văn Học viên xin cảm ơn Ban lãnh đạo trường, thầy cô Khoa Vật lý, thầy cô môn Quang lượng tử, phòng Sau đại học trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN tạo điều kiện thuận lợi để học viên tham gia nghiên cứu thực luận văn Học viên xin gửi lời cảm ơn tới Trung tâm Khoa học Vật liệu giúp đỡ thiết bị tạo điều kiện cho học viên trình thực thí nghiệm, đặc biệt phòng hệ đo quang phổ tần số tổng SF41 Học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành tới chị Nguyễn Thị Huệ - Nghiên cứu sinh môn Quang lượng tử, anh Phan Đình Thắng - Học viên cao học môn Quang lượng tử, bạn bè, người thân cổ vũ tinh thần, khích lệ học viên trình học tập nghiên cứu Mặc dù học viên cố gắng để hoàn thành luận văn, hạn chế kiến thức, kinh nghiệm, thời gian nên không tránh khỏi thiếu sót Học viên mong nhận thông cảm ý kiến đóng góp thầy cô, anh chị bạn để học viên hiểu sâu sắc vấn đề nghiên cứu Học viên xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, Tháng 12 năm 2016 Học viên Vũ Thị Thanh Tam i MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU iv CÁC KÝ HIỆU & TỪ VIẾT TẮT viii MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐƠN LỚP LANGMUIR VÀ KỸ THUẬT QUANG PHỔ HỌC DAO ĐỘNG TẦN SỐ TỔNG .3 1.1 Tổng quan đơn lớp Langmuir 1.1.1 Đơn lớp Langmuir 1.1.2 Tính chất nhiệt động lực học đơn lớp Langmuir 1.1.3 Vật liệu tạo đơn lớp Langmuir 1.1.4 Ứng dụng đơn lớp Langmuir 1.2 Cơ sở quang học phi tuyến bậc hai 10 1.2.1 Hiện tượng quang học phi tuyến 10 1.2.2 Một số hiệu ứng quang học phi tuyến bậc hai 12 1.2.3 Phương trình Maxwell môi trường phi tuyến bậc hai 17 1.2.4 Quang học phi tuyến bề mặt 20 1.2.5 Kỹ thuật quang phổ học dao động tần số tổng SFG 21 1.2.6 Quang phổ học dao động hồng ngoại 25 1.2.7 Quang phổ học dao động Raman 28 CHƢƠNG 2: QUY TRÌNH TẠO MẪU VÀ HỆ ĐO TÍN HIỆU SFG .32 2.1 Chế tạo mẫu đơn lớp Langmuir AA 32 2.1.1 Hóa chất dụng cụ thí nghiệm 32 2.1.2 Quy trình tạo mẫu đơn lớp Langmuir Axit Arachidic 34 2.1.3 Phép đo áp suất bề mặt xác định đường đẳng nhiệt  - A 35 2.2 Hệ đo tín hiệu tần số tổng EKSPLA - SF41 37 2.2 Laser Nd:YAG loại PL2251A 39 2.2.2 Bộ phát họa ba H500 42 2.2.3 Bộ phát tham số quang học PG501/DFG 44 2.2.4 Giá đỡ mẫu phân tích 45 2.2.5 Máy đơn sắc MS3504 46 2.2.6 Phần mềm SFG spectrometer 47 2.2.7 Sơ đồ kích thích thu tín hiệu SFG 47 ii CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 50 3.1 Pha chuyển pha đơn lớp Langmuir AA bề mặt nước nguyên chất 50 3.2 Khảo sát mode dao động đơn lớp AA bề mặt nước nguyên chất 54 3.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ dung dịch muối Halogen lên cấu trúc đơn lớp Langmuir AA 57 3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ muối NaI, NaCl lên cấu trúc đơn lớp Langmuir AA 57 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ muối NaF lên cấu trúc đơn lớp Langmuir AA 62 3.3.3 So sánh ảnh hưởng anion halogen lên cấu trúc đơn lớp Langmuir AA 65 KẾT LUẬN 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 iii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các mode dao động tương ứng với số sóng nhóm phân tử Bảng 2.1 Hóa chất dụng cụ thí nghiệm Bảng 2.2 Các bước sóng sử dụng ống nhân quang điện PMT1 PMT2 Bảng 3.1 Các mode dao động đơn lớp Langmuir AA bề mặt nước nguyên chất iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mô hình đơn lớp Langmuir mặt phân cách không khí/nước Hình 1.2 Mô hình lực tác dụng phân tử nằm (A) (B) bề mặt chất lỏng Hình 1.3 Đường đẳng nhiệt thể liên hệ áp suất bề mặt (Π) diện tích phân tử (A) Hình 1.4 Sơ đồ thí nghiệm phát hòa ba bậc hai Hình 1.5 Sự phụ thuộc độ phân cực môi trường vào điện trường dừng môi trường quang học tuyến tính phi tuyến Hình 1.6 Quá trình tương tác ba photon môi trường phi tuyến bậc hai Hình 1.7 Điều kiện tương hợp pha Hình 1.8 Các thiết bị phát thông số OFC, OPA, OPO SPDC Hình 1.9 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) Hình 1.10 Sơ đồ bố trí phép đo SFG Hình 1.11 Chuyển dời xạ tần số tổng Hình 1.12 Các mode dao động nhóm -CH2 -CH3 Hình 1.13 Phổ hồng ngoại nhóm chức, nhóm nguyên tử Hình 1.14 Sự khác chế phổ Raman phổ hồng ngoại Hình 2.1 Công thức cấu tạo mô hình Axit Arachidic Hình 2.2 Minh họa thí nghiệm sức căng bề mặt Hình 2.3 Hệ đo SFG hãng EKSPLA Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Hình 2.4 Sơ đồ quang học laser PL2251A Hình 2.5 Bảng điều khiển từ xa laser Hình 2.6 Sơ đồ quang học phát họa ba H500 Hình 2.7 Sơ đồ quang học PG501/DFG Hình 2.8 Sơ đồ khối giá đỡ mẫu phân tích Hình 2.9 Sự tạo thành tín hiệu SFG v Hình 2.10 Sơ đồ khối hệ đo tần số tổng EKSPLA - SF41 Hình 3.1 Đường đẳng nhiệt thực nghiệm π – A đơn lớp Langmuir AA/bề mặt nước Hình 3.2 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA/nước nguyên chất với thay đổi diện tích bề mặt/phân tử từ 34→17Å2/phân tử Hình 3.3 Đường đẳng nhiệt áp suất bề mặt theo diện tích/ phân tử đơn lớp axit Pentadecanoic Hình 3.4 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA bề mặt nước nguyên chất Tần số hồng ngoại từ 2800 cm-1 đến 3600 cm-1 Hình 3.5 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaI với nồng độ 1M đến 2M Tần số hồng ngoại từ 2800 cm-1 đến 3600 cm-1 Hình 3.6 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaI với nồng độ 1M đến 2M Tần số hồng ngoại từ 2800 cm-1 đến 3000 cm-1 Hình 3.7 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaI với nồng độ 1M đến 2M Tần số hồng ngoại từ 3000 cm-1 đến 3600 cm-1 Hình 3.8 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaCl với nồng độ 1M 2M Tần số hồng ngoại từ 2800 cm-1 đến 3600 cm-1 Hình 3.9 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaCl với nồng độ 1M 2M Tần số hồng ngoại từ 2800 cm-1 đến 3000 cm-1 Hình 3.10 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaCl với nồng độ 1M 2M Tần số hồng ngoại từ 3000 cm-1 đến 3600 cm-1 Hình 3.11 Mô MD bề mặt phân cách không khí/dung dịch muối NaCl (bên trái) NaI (bên phải) với nồng độ 1,2 M Hình 3.12 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaF với nồng độ 0,4M 0,8M Tần số hồng ngoại từ 2800 cm-1 đến 3600 cm-1 Hình 3.13 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaF với nồng độ 0,4M 0,8M Tần số hồng ngoại từ 2800 cm-1 đến 3000 cm-1 Hình 3.14 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaF với nồng độ 0,4M 0,8M Tần số hồng ngoại từ 3000 cm-1 đến 3600 cm-1 Hình 3.15 Mô MD bề mặt phân cách không khí/dung dịch muối NaF vi Hình 3.16 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaCl NaI nồng độ 1M Tần số hồng ngoại từ 2800 cm-1 đến 3600 cm-1 Hình 3.17 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaCl NaI nồng độ 1M Tần số hồng ngoại từ 2800 cm-1 đến 3000 cm-1 Hình 3.18 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaCl NaI nồng độ 1M Tần số hồng ngoại từ 3000 cm-1 đến 3600 cm-1 Hình 3.19 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaCl NaI nồng độ 2M Tần số hồng ngoại từ 2800 cm-1 đến 3600 cm-1 Hình 3.20 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaCl NaI nồng độ 2M Tần số hồng ngoại từ 2800 cm-1 đến 3600 cm-1 Hình 3.21 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaCl NaI nồng độ 2M Tần số hồng ngoại từ 3000 cm-1 đến 3600 cm-1 vii CÁC KÝ HIỆU & TỪ VIẾT TẮT AA Arachidic Acid DFG Difference frequency Generation – Sự phát tần số hiệu IR Infrared – Hồng ngoại KD*P Deuterated Potasssium Dedeuterium Phosphate LE Liquid Expand – Lỏng –mở rộng LC Liquid Condensed – Lỏng –xếp chặt MD Molecular dynamics – Động học phân tử OPO Optical Parametric Osccillator – Dao động tham số quang OPA Optical Parametric Amplifier – Khuếch đại tham số quang OPG Optical Parametric Generation – Sự phát tham số quang SFG Sum Frequency Generation – Sự phát tần số tổng SHG Second Harmonics Generation – Sự phát họa ba bậc hai SF Sum Frequency – Tín hiệu tần số tổng TC Tilted Condensed – Pha xếp chặt nghiêng UC Untilted Condensed – Pha xếp chặt không nghiêng VSFG VIS Vibrational Sum Frequency Generation Visible – Khả kiến viii Trên hình 3.5 hình 3.8 thấy vùng có số sóng từ 2800 cm-1 đến 3600 cm-1 quan sát thấy năm mode dao động, mode dao động CHx gồm: CH2ss CH3ss; CH2AS; CH3Fr vùng dao động yếu OH Trên hình 3.6 hình 3.9, quan sát vùng có số sóng từ 2800 cm-1 đến 3000 cm-1 nhận thấy cường độ tín hiệu SFG mode dao động CHx đơn lớp Langmuir AA/ muối giảm so với cường độ mode dao động CHx đơn lớp Langmuir AA /nước Theo nghiên cứu nhóm tác giả Heather C Allen nghiên cứu bề mặt dung dịch muối chứng minh ion Na+, Cl¯, I¯ ion liên kết phân cực phân tử NaI, NaCl ion Na+ dung dịch có xu hướng bị đẩy lui từ bề mặt dung dịch vào sâu khối anion I- anion Cl- phần bị hấp thụ bề mặt lớp bề mặt [19] Phép đo thực nghiệm bề mặt dung dịch NaCl, NaI kết luận anion gần bề mặt so với cations [18] Ngoài ra, theo nghiên cứu nhóm tác giả Y Ron Shen [21] sử dụng mô động học phân tử (MD) [25, 26] kết tương tự Hình 3.11 Mô MD bề mặt phân cách không khí/dung dịch muối NaCl (bên trái) NaI (bên phải) 1,2 M Sơ đồ màu: anion clorua -vàng ; anion iodide- đỏ tươi; cation natri- màu xanh cây; oxy nước- màu xanh da trời ; hydro nước- màu trắng xám [26] Như cường độ tín hiệu SFG mode dao động CHx đơn lớp Langmuir AA/ muối NaCl, NaI giảm so với cường độ mode dao động CHx đơn lớp Langmuir AA /nước giải thích sau: có mặt anion Cl¯, I¯có mặt vùng phân cách làm phá vỡ cấu trúc mạng liên kết mặt phân cách, 61 đơn lớp Langmuir AA bị trật tự hơn, đuôi CHx bị uốn cong làm cường độ tín hiệu SFG CHx giảm Ngoài ra, nồng độ dung dịch muối NaI, NaCl tăng cao dẫn đến số lượng anion I¯, Cl¯ xuất bề mặt tăng lên làm cường độ tín hiệu SFG giảm mạnh đuôi CHx gãy gập nồng độ muối cao Trên hình 3.7 hình 3.10, quan sát vùng có số sóng từ 3000 cm-1 đến 3600 cm-1 nhận thấy xu hướng giảm cường độ SFG mode dao động OH tương tự giảm cường độ SFG mode dao động CHx Với kết lần chứng minh caion Na+ dung dịch có xu hướng bị đẩy lui từ bề mặt dung dịch vào sâu khối, anion Cl¯, I¯ phần bị hấp thụ bề mặt lớp bề mặt Ngoài ra, vùng dao động 3000 cm-1 đến 3600 cm-1 quan sát thấy dải ice-like dung dịch muối NaCl, NaI 1M tăng cường so với dải ice-like dung dịch muối NaCl, NaI 2M Điều cho thấy nước đơn lớp Langmuir AA nồng độ thấp xếp ổn định có trật tự tốt nồng độ cao 3.3.2 Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ muối NaF lên cấu trúc đơn lớp Langmuir AA Hình 3.12 phổ SF đơn lớp AA bề mặt dung dịch muối NaF nồng độ 0.4M 0,8M Tách riêng phổ SFG mode dao động CHx đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaF vùng có số sóng từ 2800 cm-1 đến 3000 cm-1 để quan sát (hình 3.13) Phổ SFG mode dao động OH đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaF vùng có số sóng từ 3000 cm-1 đến 3600 cm-1 ( hình 3.14) 62 Cường độ tín hiệu SFG (a.u.) 600 AA_H20 AA_NaF_0.4M AA_NaF_0.8M 2880 500 400 2945 300 200 100 2800 3000 3200 3400 3600 -1 Số sóng (cm ) Hình 3.12 Phổ SFG đơn lớp AA dung dịch muối NaF với nồng độ 0,4M 0,8M Tần số hồng ngoại từ 2800 cm-1 đến 3600 cm-1 600 Cường độ tín hiệu SFG (a.u.) AA_H20 AA_NaF_0.4M AA_NaF_0.8M 2880 500 400 2945 300 200 100 2800 2850 2900 2950 3000 -1 Số sóng (cm ) Hình 3.13 Phổ SFG đơn lớp AA dung dịch muối NaF với nồng độ 0,4M 0,8M Tần số hồng ngoại từ 2800 cm-1 đến 3000 cm-1 63 70 AA_H20 AA_NaF_0.4M AA_NaF_0.8M Cường độ tín hiệu SFG (a.u.) 60 50 40 30 20 10 3000 3100 3200 3300 3400 3500 3600 -1 Số sóng (cm ) Hình 3.14 Phổ SFG đơn lớp AA dung dịch muối NaF với nồng độ 0,4M 0,8M Tần số hồng ngoại từ 3000 cm-1 đến 3600 cm-1 Trên hình 3.12 thấy vùng có số sóng từ 2800 cm-1 đến 3600 cm-1 quan sát thấy năm mode dao động, muối halogen kể Trên hình 3.13 quan sát vùng có số sóng từ 2800 cm-1 đến 3000 cm-1 nhận thấy cường độ tín hiệu SFG mode dao động CHx đơn lớp Langmuir AA/ muối NaF gần không đổi so với cường độ mode dao động CHx đơn lớp Langmuir AA /nước Trên hình 3.14 quan sát vùng có số sóng từ 3000 cm-1 đến 3600 cm-1 thấy cường độ tín hiệu SFG vùng dao động OH-icelike đơn lớp Langmuir AA/ muối NaF tăng cường so với cường độ vùng dao động OH đơn lớp Langmuir AA /nước Kết cho thấy có mặt anion F¯ làm tăng cường mạng liên kết nước, làm đơn lớp Langmuir AA ổn định Kết phù hợp với kết nhóm Richmond, họ sử dụng SFG nghiên cứu cấu trúc liên kết phân tử bề mặt dung dịch muối, kết cho biết anion F¯có lớp sát cùng, không bề mặt có đặc trưng kiến tạo cấu trúc “structure-making” có nghĩa anion F¯ làm tăng cường mạng liên kết nước vùng phân cách [18] Ngoài ra, anion F¯ không phân cực, mà anion phân 64 cực biểu cho tập trung cao khu vực bề mặt [18] Khi nhóm Pavel Jungwirth sử dụng mô động học phân tử (MD) cho thấy anion F¯ bề mặt, mà chúng có lớp sát cùng, điều hình 3.15 [26] Kết tương tự nhóm Ran-Ran Feng đưa [28] Hình 3.15 Mô MD bề mặt phân cách không khí/dung dịch muối NaF Sơ đồ màu: ion florua –đen; cation natri- màu xanh cây; oxy nước- màu xanh da trời; hydro nước- màu trắng xám [26] 3.3.3 So sánh ảnh hƣởng anion halogen lên cấu trúc đơn lớp Langmuir AA Tiếp theo, so sánh phổ SFG đơn lớp AA bề mặt dung dịch muối NaCl, NaI với nồng độ để xét ảnh hưởng anion Cl¯ I¯ Trên hình 3.16 phổ SFG đơn lớp AA dung dịch muối NaCl NaI nồng độ 1M Để có nhìn khả quan hơn, phổ SFG đơn lớp AA dung dịch muối NaCl NaI nồng độ 2M thể hình 3.19 Tách riêng phổ SFG mode dao động CHx đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaI, NaCl nồng độ 1M (hình 3.17) nồng độ 2M (hình 3.20) vùng có số sóng từ 2800 cm-1 đến 3000 cm-1 để quan sát Phổ SFG mode dao động OH đơn lớp Langmuir AA dung dịch muối NaI, NaCl nồng độ 1M (hình 3.18) nồng độ 2M (hình 3.21) vùng có số sóng từ 2800 cm-1 đến 3000 cm-1 65 (a.u.) SFG (a.u.) SFG hiệu tínIntensity độ độ Cường (a.u.) SFG hiệu tín Cường 1000 AA_H20 AA_1M NaCl AA_1M NaI 800 600 400 200 2800 3000 3200 3400 3600 Số sóng (cm-1)(cm-1) Wavenumber Hình 3.16 Phổ SFG đơn lớp AA dung dịch muối NaCl NaI nồng độ 1M Tần số hồng ngoại từ 2800 cm-1 đến 3600 cm-1 1000 SFG Intensity (a.u.) Cường độ tín hiệu SFG (a.u.) 2880 AA_H20 AA_1M NaCl AA_1M NaI 800 600 2945 400 200 2800 2900 3000 Số sóng (cm (cm ) ) Wavenumber -1 -1 Hình 3.17 Phổ SFG đơn lớp AA dung dịch muối NaCl NaI nồng độ 1M Tần số hồng ngoại từ 2800 cm-1 đến 3000 cm-1 66 100 AA_H20 AA_1M NaCl AA_1M NaI (a.u.) hiệu SFG(a.u.) độ tínIntensity CườngSFG 80 60 40 20 3000 3100 3200 3300 3400 3500 3600 Wavenumber Số sóng (cm ) (cm ) -1 -1 Hình 3.18 Phổ SFG đơn lớp AA dung dịch muối NaCl NaI nồng độ 1M Tần số hồng ngoại từ 3000 cm-1 đến 3600 cm-1 Cường độ tín hiệu SFG (a.u.) SFG Intensity (a.u.) 1000 800 AA_H20 AA_2M NaCl AA_2M NaI 600 400 200 2800 3000 3200 3400 3600 Số sóng (cm (cm ) ) Wavenumber -1 -1 Hình 3.19 Phổ SFG đơn lớp AA dung dịch muối NaCl NaI nồng độ 2M Tần số hồng ngoại từ 2800 cm-1 đến 3600 cm-1 67 Cường độ tín hiệu SFG (a.u.) SFG Intensity (a.u.) 1000 AA_H20 AA_2M NaCl AA_2M NaI 800 600 400 200 2800 2850 2900 2950 3000 Wavenumber-1(cm-1) Số sóng (cm ) Hình 3.20 Phổ SFG đơn lớp AA dung dịch muối NaCl NaI nồng độ 2M Tần số hồng ngoại từ 2800 cm-1 đến 3600 cm-1 Cường độ tín hiệu SFG (a.u.) SFG Intensity (a.u.) 100 AA_H20 AA_2M NaCl AA_2M NaI 80 60 40 20 3000 3100 3200 3300 3400 -1 3500 3600 Số sóng (cm (cm ) Wavenumber ) -1 Hình 3.21 Phổ SFG đơn lớp AA dung dịch muối NaCl NaI nồng độ 2M Tần số hồng ngoại từ 3000 cm-1 đến 3600 cm-1 68 Hình 3.13 hình 3.16, ta thấy nồng độ xác định hai dung dịch muối NaCl NaI, cường độ đỉnh CHx có thay đổi đáng kể Cụ thể, cường độ đỉnh CHx dung dịch muối NaCl lớn cường độ dung dịch muối NaI Vì giữ cố định cation Na+ nên ảnh hưởng giải thích anion I¯ có kích thước độ phân cực lớn Cl¯ I¯ có xu hướng lên bề mặt Cl¯ làm số lượng anion I¯ xuất bề mặt nhiều số lượng anion Cl¯ Điều hoàn toàn phù hợp với mô MD bề mặt dung dịch muối NaCl, NaI thể hình 3.13 Ngoài ra, phép đo bề mặt thực nghiệm dung dịch NaCl, NaI cho thấy bề mặt âm tăng kích thước anion, nghĩa anion I¯ có kích thước lớn lên bề mặt nhiều anion Cl¯ [18] Như vậy, nồng độ muối, anion I¯ ảnh hưởng lên cấu trúc mặt phân cách mạnh anion Cl¯ nghĩa anion I¯ làm nhiễu loạn trật tự mạng liên kết đơn lớp Langmuir AA so với anion Cl¯ Hình 3.18 hình 3.21, vùng có số sóng 3000 cm-1 đến 3600 cm-1 ta thấy nồng độ xác định hai dung dịch muối NaCl NaI cường độ tín hiệu dải OH ice-like NaI lớn so với NaCl, điều ngược với xu hướng thay đổi vùng CHx nói Với kết này, đưa đề xuất giải thích sau: anion I¯ có xu hướng lên bề mặt anion Cl¯, nên số anion I¯ có xu hướng bứt hẳn lên bề mặt số anion Cl ¯ không hẳn lên bề mặt Vì thế, số anion Cl ¯ không hẳn lên bề mặt làm ảnh hưởng trật tự lớp nước bên dưới, gây nhiễu loạn mạng tinh thể Dẫn đến cường độ tín hiệu dải OH ice-like đơn lớp Langmuir AA/ dung dịch muối NaCl nhỏ so với dung dịch muối NaI 69 KẾT LUẬN Sau thời gian thực luận văn tốt nghiệp môn Quang Lượng Tử Trường Đại học Khoa học Tự nhiên với đề tài: “ Nghiên cứu đơn lớp Langmuir Arachidic Acid (AA) dung dịch muối halogen có nồng độ thay đổi kỹ thuật quang phổ học dao động tần số tổng ”, thu số kết sau:  Về lý thuyết tổng quan: Tôi tìm hiểu vấn đề liên quan nhằm hỗ trợ tốt cho phần nghiên cứu thực nghiệm, cụ thể sau: - Tìm hiểu tính chất đơn lớp Langmuir - Tìm hiểu lý thuyết sức căng bề mặt áp suất bề mặt - Tìm hiểu lý thuyết kĩ thuật quang phổ học dao động tần số tổng bề mặt phổ dao động hồng ngoại, phổ dao động Raman phân tử  Về thực nghiệm kết thu đƣợc: - Trong đề tài này, tìm hiểu đặc điểm, cấu tạo, hoạt động hệ đo laser ESKPLA - SF41 làm chủ trình đo đạc hệ đo laser - Chế tạo thành công đơn lớp Langmuir tiến hành đo tín hiệu tần số tổng đơn lớp Langmuir AA/ nước tinh khiết Tôi thấy CH3 đóng góp chủ yếu phổ SFG với mode dao động: CH3ss 2880cm-1, CH3Fr 2945 cm-1, đóng góp nhóm CH2 không đáng kể Điều chứng tỏ phân tử AA xếp theo trật tự có định hướng gần vuông góc với bề mặt đơn lớp gần dịch chuyển pha LC – LE - Tiến hành khảo sát thực nghiệm sử dụng kỹ thuật quang phổ dao động tần số tổng để nghiên cứu đơn lớp Langmuir Arachidic Acid dung dịch muối halogen có nồng độ thay đổi Phổ SF từ bề mặt nồng độ ion hòa tan ảnh hưởng đến trật tự đơn lớp, gây ảnh hưởng tới xếp có định hướng phân tử nước bên đơn lớp ảnh hưởng tới đuôi kỵ nước đơn lớp, làm biến đổi tương tác nước đơn lớp Cụ thể, anion halogen (F¯, I¯ Cl¯ ) có anion F¯ làm tăng cường cấu trúc liên kết vùng 70 phân cách Hai anion lại ( I¯ Cl¯) làm phá vỡ cấu trúc liên kết, ảnh hưởng anion I¯ lớn ảnh hưởng anion Cl¯ lên bề mặt phân cách Trong phạm vi tra cứu chúng tôi, nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng ion halogen lên bề mặt đơn lớp Langmuir AA chưa có Vì thế, kết thực nghiệm luận văn giúp hiểu rõ khẳng định chế tương tác lên bề mặt phân cách anion F¯, I¯ Cl¯ tương tác với đơn lớp Langmuir AA Ngoài kết luận văn thực nghiệm để củng cố kết mô động học phân tử nhóm P Jungwirth năm 2002 [26] Những kết cho thấy kỹ thuật SFG kỹ thuật độc đáo mà cung cấp thông tin cấu trúc mặt phân cách đơn lớp Đây phương pháp hữu hiệu để khảo sát mô hình màng sinh học tương tác với bề mặt nước Ngoài ra, kết nghiên cứu đơn lớp Langmuir nước với thay đổi nồng độ muối Đây kết mẻ lĩnh vực nghiên cứu này, chế lên bề mặt anion halogen hòa tan nước muối tác nhân sinh chất khí bề mặt đại dương ảnh hưởng đến tầng Ô-zôn tự nhiên gây ấm nóng toàn cầu Để hiểu chế ảnh hưởng anion halogen F¯, I¯ Cl¯ đến cấu trúc đơn lớp, nên thực thêm nghiên cứu đơn lớp dung dịch muối kim loại kiềm khác cần nghiên cứu thêm phổ dao động nhóm chức để cung cấp kiến thức nhóm chức tương tác với nhau, với nước bên đơn lớp với ion nước 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Hồ Trung Thông, Lê Văn An (2006), Hoá học lipid, Đại học Huế Nguyễn Thế Bình (2008), Quang học đại, Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Phạm Văn Bền (2011), Quang phổ phân tử hai nguyên tử, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Trần Thị Hồng (2015), Nghiên cứu đơn lớp Langmuir Arachidic acid dung dịch thay đổi độ pH kĩ thuật quang phổ học dao động tần số tổng (SFG) từ đơn lớp Langmuir, luận văn tốt nghiệp, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN, Hà Nội Nguyễn Thị Nga (2013), Nguyên lý hoạt động trình vật lý hệ đo quang phổ tần số tổng sử dụng laser xung cực ngắn pico giây (SF41), khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN, Hà Nội Nguyễn Thị Thủy (2015), Tính toán phổ dao động D-Glucose phương pháp DFT, luận văn tốt nghiệp, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN, Hà Nội Đoàn Bộ (2001), Hóa học biển, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội Tiếng Anh Robert W Boyd (2008), Nonlinear optics, Academic press, London Ekspla Corp.(2011), SFG spectrometer, Technical description and user’s manual, Lithinua 10 P.Guyot – Sionnest, J.H.Hunt, Y.R.Shen (1987), “Sum – Frequency Vibrational Spectroscopy of a Langmuir Film: Study of Molecular Orientation 72 of a Two Dimensional System”, Physical Review Letters, VOL 59, 1597 1600 11 G.A Sefler, Q Du, P.B Miranda, Y.R Shen(1995), “Surface crystallization of liquid n – ankanes and alcohol monolayers studied by surface vibrational spectroscopy”,Chemical Physics Letters 235 347-354 12 Antonella Badia (2009), Langmuir and Langmuir-Blodgett Film Assemblies, McGill University, Canada 13 G.G.Robert, C.W.Pitts (1982), Langmuir – Blodgett Films, Elsevier Science Publishing Company 14 Woongmo Sung, Doseok Kim, Y.R Shen (2013), “Sum-frequency vibrational spectroscopic studies of Langmuir monolayers”, Current Applied Physics, 13, 619 – 632 15 Rong Lu, Wei Gan, Bao-hua Wu, Hua Chen, and Hong-fei Wang (2004), “Vibrational Polarization Spectroscopy of CH Stretching Modes of the Methylene Group at the Vapor/Liquid Interfaces with Sum Frequency Generation”, J Phys Chem B, 108, 7297-7306 16 Aryeh Feder (1997), Optical Studies of Monolayers at the Air/water Interface, Harvard University 17 Dennis K Hore, Daniel K Beaman, and Geraldine L Richmond ( 2005), “Surfactant Headgroup Orientation at the Air/Water Interface”, J Am Chem Soc 2005Jul;127(26):9356-7 18 Elizabeth A Raymond and Geraldine L Richmond (2004), Probing the Molecular Structure and Bonding of the Surface of Aqueous Salt Solutions, J Phys Chem B, 108, 5051-5059 19 Martin Mucha, Tomaso Frigato, Lori M Levering, Heather C Allen(2005), “Unified Molecular Picture of the Surfaces of Aqueous Acid, Base, and Salt Solutions”,J Phys Chem B, 109 (16), pp 7617–7623 73 20 Wei Chen, Xifan Wu, Roberto Car(2009),“ X-ray absorption and infrared spectra of water and ice: a rst-principles electronic structure study” , Physics Review Letters,105, 017802 21 Chuanshan Tian, Steven J Byrnes,Hui-Ling Han, and Y Ron Shen ( 2011), Surface Propensities of Atmospherically Relevant Ions in SaltSolutions Revealed by Phase-Sensitive Sum Frequency VibrationalSpectroscopy, J Phys Chem Lett., 2, 1946–1949 22 P B Miranda, Q Du, Y R Shen, Chem Phys Lett., Vol 286, 1998, pp 1-8 23 Medders GR, Paesani F.( 2016), Dissecting the Molecular Structure of the Air/Water Interface from Quantum Simulations of the Sum-Frequency Generation Spectrum J Am Chem Soc.; 138(11):3912-9 24 Lars Gunnar Moody Pettersson, Richard Humfry Henchman, Anders Nilsson (2016), Water – the most anomal liquid , Chem Rev , 116 (13), pp 7698– 7726 25 Jungwirth P.; Tobias D J, Molecular Structure of Salt Solutions: A New View of the Interface with Implications for Heterogeneous Atmospheric , Chemistry J Phys Chem B 2001, 105, 10468–10472 26 Pavel Jungwirth and Douglas J Tobia (2002), Ions at the Air/Water Interface ,J Phys Chem B 2002, 106, 6361-6373 27 Khoi Tan Nguyen (2014), Interactions between halide anions and interfacial water molecules in relation to the Jones–Ray effect, physical chemistry chemical physics september 2014 28 Ran-Ran Feng, Yuan Guo, and Hong-Fei Wang (2014), Reorientation of the “free OH” group in the top-most layer of air/water interface of sodium fluoride aqueous solution probed with sum-frequency generation spectroscopy,J Chem Phys 141, 18C507 (2014) 74 vibrational Trang web 29 http://www.chemicalland21.com/lifescience/foco/ARACHIDICACID.htm 30 http ://vi.wikipedia.org/wiki/Sức_căng_bề_mặt 31 http://www.cscscientific.com/csc-cientific-blog/bid/85407/What-are-thePrimary-Conditions-Affecting-Surface-Tension 75 ... trường nước bên đơn lớp Chính vậy, thực đề tài: Nghiên cứu đơn lớp Langmuir Arachidic Acid (AA) dung dịch muối halogen có nồng độ thay đổi kỹ thuật quang phổ học dao động tần số tổng Ngoài phần... QUAN VỀ ĐƠN LỚP LANGMUIR VÀ KỸ THUẬT QUANG PHỔ HỌC DAO ĐỘNG TẦN SỐ TỔNG 1.1 Tổng quan đơn lớp Langmuir 1.1.1 Đơn lớp Langmuir Đơn lớp Langmuir đơn lớp đơn phân tử hình thành mặt phân cách không khí/chất... HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Vũ Thị Thanh Tam NGHIÊN CỨU ĐƠN LỚP LANGMUIR ARACHIDIC ACID TRÊN CÁC DUNG DỊCH MUỐI HALOGEN CÓ NỒNG ĐỘ THAY ĐỔI BẰNG KỸ THUẬT QUANG