Đang tải... (xem toàn văn)
Bài thuyết trình Quang phổ Raman: Quang phổ Raman phi tuyến và quang phổ Raman phân giải thời gian tập trung làm rõ về quang phổ Raman phi tuyến (hiệu ứng Raman tinh tế, hiệu ứng Raman kích thích, hiệu ứng Raman đảo ngược, phổ Raman đối Stokes kết hợp, phổ Raman âm quang)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG MÔN : QUANG PHỔ RAMAN QUANG PHỔ RAMAN PHI TUYẾN QUANG PHỔ RAMAN PHÂN GIẢI THỜI GIAN GVHD : TS Nguyễn Văn Định HVTH : Nguyễn Đăng Khoa QUANG PHỔ RAMAN PHI TUYẾN (Nonlinear Raman Spectroscopy) • Vectơ momen lưỡng cực cảm ứng: 1 P E E E • Khi mẫu chiếu xạ với xung laser cực mạnh (E ~ 109 V/cm, 10 – 100 MW) đóng góp thành phần , trở nên đáng kể → tượng quang phổ mới: HPS, SRS, IRS, CARS, PARS QUANG PHỔ RAMAN PHI TUYẾN Hiệu ứng Raman tinh tế (HPS) Hiệu ứng Raman kích thích (SRS) Hiệu ứng Raman đảo ngược (IRS) Phổ Raman đối Stokes kết hợp (CARS) Phổ Raman âm quang (PARS) Hiệu ứng Raman tinh tế • Tán xạ Raman gây photon tới (υ) • Khi chiếu vào mẫu xung khổng lồ (tần số υ) • → Bức xạ bị tán xạ 2υ ± υm (tán xạ Raman tinh tế Stokes đối Stokes kết hợp) • υm tần số dao động chuẩn phân tử Hiệu ứng Raman tinh tế • Nhiều dao động IR Raman trở thành Raman tinh tế (B1u, B2u, E2u) • Một số dao động Raman khơng Raman tinh tế (E1g, E2g) • Tất dao động IR Raman tinh tế (A2u, E1u) • Quan sát mode tĩnh (silent) mà phổ IR phổ Raman tuyến tính khơng quan sát Hiệu ứng Raman kích thích Hiệu ứng Raman kích thích • Nếu điện trường laser vượt q 109 V/cm • HPS → SRS: chùm kết hợp có cường độ mạnh tần số Stokes (υ - υm) • Khoảng 50% chùm ánh sáng tới chuyển đổi sang vạch Stokes (υ - υm) • (υ - υm) - υm = υ - υm lại hoạt động nguồn cho vạch Stokes thứ ba, thứ tư, v.v… • Những vòng màu đồng tâm tương ứng với tần số υ, υ - υm, υ - υm, υ - 3υm, υ - 4υm, v.v… Hiệu ứng Raman kích thích Hiệu ứng Raman đảo ngược • Máy laser phát tần số υ đồng thời với vùng tần số liên tục từ υ → υ + 3500 cm-1 • Hấp thụ υ + υm vùng tần số liên tục phát xạ υ • Năng lượng hấp thụ h(υ + υm) sử dụng cho kích thích (h υm) phát xạ lượng dư (hυ) • Dịch chuyển lên hiệu ứng Raman đảo ngược dịch chuyển đối Stokes phổ Raman tuyến tính xảy xuống Phổ Raman đối Stokes kết hợp • chùm laser lượng cao với tần số υ1 υ2 (υ1 > υ2) • Một cách kết hợp tạo ánh sáng tán xạ mạnh tần số 2υ1 – υ2 • Điều kiện cộng hưởng: υ2 = υ1 – υm với υm tần số mode hoạt động Raman mẫu • 2υ1 – υ2 = 2υ1 – (υ1 – υm ) = υ1 + υm • CARS (υ1 + υm) phát theo phương với góc khối nhỏ → phát dễ dàng hiệu mà không cần máy đơn sắc Nhiễu xạ huỳnh quang tránh nhờ tính chất định hướng • CARS (υ1 + υm) cao υ1 υ2, điều kiện phân biệt với huỳnh quang • Tín hiệu CARS mạnh nên hợp chất khí có nồng độ thấp phát • Nhiều mode IR, R IR, R CARS • Nhược điểm: giá thành cao • Hình 1.4 Thiết bị ban đầu cho việc đo lường phát xạ đối Stokes sử dụng laser Nd: YAG (tần số kép) để bơm laser màu có tần số kép L thấu kính có tiêu cự ngắn (3 – cm) I mống mắt để lọc chùm tia kích thích F lọc giao thoa dải rộng D detectơ (thường pin diode) M máy đơn sắc (thường không cần thiết) Phổ Raman âm quang • Chùm bơm (υp), chùm Stokes (υs) vào mẫu khí • Đkch (υp – υs = υm) υm mode hđ R • Chùm Stokes khuếch đại chùm bơm tắt dần • Sự thay đổi lượng chuyển động tịnh tiến làm thay đổi áp suất mẫu bên ô phát mirco QUANG PHỔ RAMAN PHI TUYẾN QUANG PHỔ RAMAN PHÂN GIẢI THỜI GIAN (Time-Resolved Raman Spectroscopy) Đối tượng phân tích Nguyên lí đo Thiết bị đo Ứng dụng Đối tượng phân tích • Các mẫu trạng thái chuyển tiếp có thời gian sống ngắn Vd: Phản ứng hóa học: A + C + D B X* Nếu X* dạng nguyên tử quan sát phổ Raman chúng Nếu X* dạng phân tử quan sát phổ Raman cộng hưởng để nhận biết có mặt Tuy nhiên phổ thu khơng rõ phân tử thực chuyển mức trước (thời gian tồn trạng thái kích thích 10-14 s) bị phân hủy (thời gian sống 10-12 s) sử dụng phương pháp quang phổ raman phân giải thời gian (trì hỗn thời gian truyền xung laser để phân giải vạch phổ) Nguyên lý đo Thiết bị đo Hệ đo phổ Raman phân giải thời gian Dallinger cộng Ứng dụng: Phổ Raman cộng hưởng canthaxanthin trạng thái S0 T1 ... bên ô phát mirco QUANG PHỔ RAMAN PHI TUYẾN QUANG PHỔ RAMAN PHÂN GIẢI THỜI GIAN (Time-Resolved Raman Spectroscopy) Đối tượng phân tích Nguyên lí đo Thiết bị đo Ứng dụng Đối tượng phân tích • Các... nhiên phổ thu khơng rõ phân tử thực chuyển mức trước (thời gian tồn trạng thái kích thích 10-14 s) bị phân hủy (thời gian sống 10-12 s) sử dụng phương pháp quang phổ raman phân giải thời gian. .. phân giải thời gian (trì hỗn thời gian truyền xung laser để phân giải vạch phổ) Nguyên lý đo Thiết bị đo Hệ đo phổ Raman phân giải thời gian Dallinger cộng Ứng dụng: Phổ Raman cộng hưởng canthaxanthin