Bài viết sử dụng kỹ thuật quang phổ học dao động tần số tổng để nghiên cứu cấu trúc và dao động của phân tử bề mặt đơn lớp Langmuir axit béo Arachidic (CH3(CH2)18COOH) trên mặt nước siêu sạch với cấu hình phân cực SSP. Sử dụng tia laser khả kiến bước sóng λ=532 nm và tia laser hồng ngoại có bước sóng λIR thay đổi được với số sóng từ 2800 cm-1 đến 3700cm-1.
Khoa học - Công nghệ KHẢO SÁT TÍN HIỆU TẦN SỐ TỔNG CỦA ĐƠN LỚP LANGMUIR AXIT ARACHIDIC TRÊN MẶT NƯỚC Nguyễn Thị Huệ, Nguyễn Thanh Đình, Phạm Thị Kim Huệ1, Trần Thị Hồng2 Trường Đại học Hùng Vương TÓM TẮT Chúng sử dụng kỹ thuật quang phổ học dao động tần số tổng để nghiên cứu cấu trúc dao động phân tử bề mặt đơn lớp Langmuir axit béo Arachidic (CH3(CH2)18COOH) mặt nước siêu với cấu hình phân cực SSP Sử dụng tia laser khả kiến bước sóng λ=532 nm tia laser hồng ngoại có bước sóng λIR thay đổi với số sóng từ 2800 cm-1 đến 3700cm-1 Chúng tơi thu phổ cường độ tín hiệu tần số tổng thơng tin dao động nhóm methylene nhóm methyl phân tử axit béo Arachidic thuộc đơn lớp Langmuir Từ khóa: hiệu ứng phát tần số tổng, Langmuir Mở đầu Gần nghiên cứu bề mặt đem lại nhiều hứa hẹn để tìm hiểu mặt phân cách khơng khí/chất lỏng chất lỏng/chất lỏng [1, 3], đặc biệt đơn lớp Langmuir bề mặt nước Năm 1998, Y R Shen cộng nghiên cứu tương tác đơn lớp Langmuir axit béo nước kĩ thuật quang phổ học dao động tần số tổng (SFG - Sum Frequency Generation) thay đổi độ pH nước thu nhiều thơng tin bổ ích dao động phân tử thuộc đơn lớp [4] SFG kĩ thuật quang học phi tuyến hữu hiệu để nghiên cứu phân tử bề mặt đơn lớp phân tử bề bề mặt nước Các mode dao động hoạt động bề mặt phân tử mặt phân cách đóng góp cộng hưởng với tín hiệu SFG Vì vậy, thu thông tin định hướng, xếp phân tử Kĩ thuật quang phổ SFG có tính chất đặc trưng bề mặt cao, nhạy với đơn lớp nghiên cứu định hướng cao Vì thế, công cụ lý tưởng để nghiên cứu bề mặt chất lỏng Ngoài nghiên cứu SFG mặt phân cách khơng khí/chất lỏng, đơn lớp Langmuir tìm nhiều tính chất đáng quan tâm mà phương pháp khác quang phổ học hồng ngoại, quang phổ học Raman,… thu [5] Hiện nay, số tạp chí nước có nghiên cứu cấu trúc vật liệu công bố nghiên cứu cộng hưởng plasmon bề mặt, nghiên cứu hiệu ứng tán xạ Raman tăng cường bề mặt,… chưa có 16 Đại học Hùng Vương - K hoa học Công nghệ công bố hiệu ứng phát tần số tổng đơn lớp Langmuir mặt nước Vì vấn đề chưa quan tâm nước Vật liệu phương pháp nghiên cứu 2.1 Vật liệu Đơn lớp Langmuir hay gọi màng Langmuir đơn lớp phân tử không tan trải mặt phân cách khơng khí nước Đơn lớp Langmuir gồm có phân tử có hoạt tính bề mặt, phân tử bao gồm nhóm chức phân cực (đầu ưa nước) đuôi không phân cực chủ yếu dãy hidrocacbon (đầu kị nước) hình [1]: 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp chế tạo đơn lớp Langmuir Nguyên liệu sử dụng để tạo đơn lớp Langmuir 10μl dung dịch Axit Archidic (AA) hay gọi Axit Ecosanoic nước siêu Đổ nước siêu với lượng phù hợp khay, dùng xylanh lấy 10μl dung dịch AA nhỏ giọt lan bề mặt nước 2.2.2 Phương pháp đo đạc thực nghiệm Sau chế tạo đơn lớp Langmuir, đậy nắp đợi 20 phút cho mẫu ổn định tiến hành đo tín hiệu tần số tổng máy quang phổ phát tần số tổng EKSPLA - SF41 có tốc độ lặp lại xung cao (50Hz) Nguyên lý hoạt động thí nghiệm SFG tia laser hồng ngoại IR (tần số ωIR) điều chỉnh xung phạm vi bước sóng tia khả kiến VIS (tần số ωVIS) chồng chập bề mặt mẫu để tạo tín hiệu đầu với tần số tổng Khoa hoïc - Công nghệ khả kiến bước sóng λ=532 nm, tia hồng ngoại có bước sóng λIR thay đổi với số sóng từ 2800cm-1 đến 3700cm-1 Chúng tơi thu số liệu cường độ tín hiệu SFG phụ thuộc vào số sóng hồng ngoại Sử dụng phần mềm Matlab 7.0 vẽ đồ thị phổ SFG đơn lớp AA hình Từ hình ta thấy phổ SFG vùng dao động kéo căng C-H liên quan trực tiếp đến vị trí phân tử đơn lớp Hình 1: Đơn lớp Langmuir bề mặt nước AA Có mode dao động: mode kéo căng đối xứng hai tia (ωSF = ωIR +ωVIS) Xây dựng sơ đồ -s nhóm methylene (vs bố trí quang học đo tín hiệu phát tần số tổng CH2) 2850cm-1 ứng với thay đổi momen đơn lớp Langmuir hình lưỡng cực điện dọc theo trục đối xứng z nhóm Kết thảo luận CH2 [3], mode kéo căng đối xứng s (s symmetry Tiến hành khảo sát đơn lớp Axit Arachidic stretching) nhóm methyl (vs CH3) (AA) bề mặt nước siêu với cấu hình phân 2875,5cm-1 ứng với thay đổi momen lưỡng cực SSP (lần lượt tương ứng với độ phân cực cực điện dọc theo trục đối xứng z nhóm CH3 tia SF, tia VIS, tia IR), sử dụng hai tia laser tới: tia mode cộng hưởng Fermi mode kéo căng PL 2251A M1 1064 nm Máy tính 532 nm M2 H50 PG501/DFG 1064 nm M8 M3 532 nm 2.3-10µm F1 HWP1 HWP2 HWP1’ HWP2’ M5 siêu Hình 3: Phổ SFG đơn lớp AA trênBộmặt nước lọc khơng với cấu hình phân cực SSP M4 GP1 Delayline gian M6 M7 P1 F2 L1 M9 GP2 MS3504 IR VIS M1-M9: GươngGP1; F1, F2: Bộ lọc; Mẫu GP2: Lăng kính Glan; P1: Lăng kính; L1: Thấu kính HWP1, HWP2 – Bản λ/2 Hìnhxứng 2: Bố trí thí nghiệm tín hiệu phátCH tần số tổng đơn lớp Langmuir Hình 4: Mode đối kéo căng sđocủa nhóm Đại học Hùng Vương - Khoa học Công nghệ 17 Khoa học - Công nghệ Hình Hình1:1:Đơn Đơnlớp lớpLangmuir Langmuirtrên trênbề bềmặt mặtnước nước đối xứng s với mode uốn cong nhóm methyl 2940cm-1[3,4,5] Đối với đỉnh vsCH2 2850cm-1, cường độ yếu Trong xấp xỉ lưỡng cực điện bản, SFG không cho phép xảy môi trường đối xứng tâm Nhóm CH2 vị trí nhóm CH3 nhóm –COOH, tạo đối xứng tâm nhóm CH2 liền kề phân tử dịch chuyển dao động Sự khác hoạt động nhóm CH3 mode kéo căng định hướng khác phân tử bề mặt Đối với nhóm CH3, có đối xứng C3v nghĩa trục nhóm CH3 dọc theo pháp Hình Hình3:3:Phổ PhổSFG SFGcủa củađơn đơnlớp lớpAA AAtrên trênmặt mặtnước nướcsiêu siêusạch tuyến bề mặt, đỉnh mode với cấu hình phân cực SSP với cấu hình phân cực SSP kéo căng s (theo hướng pháp tuyến) xuất hiện, đỉnh ứng với mode kéo căng d (mode kéo căng dx, dy nằm mặt phẳng chuỗi ankan) không thấy Nếu trục đối xứng nhóm CH3 chủ yếu dọc theo mặt phẳng bề mặt, điều ngược lại xảy Nếu Hình Hình4: 4:Mode Modeđối đốixứng xứngkéo kéocăng căngsscủa củanhóm nhómCH CH33 nhóm CH3 nghiêng góc Kết luận so với pháp tuyến bề mặt mode kéo căng s Chúng chế tạo thành công đơn lớp mode kéo căng d có phổ Trong phổ xuất đỉnh mode kéo căng Langmuir Axit Arachidic (AA) CH3(CH2)18COOH s số sóng 2875,5cm-1 ứng với mô men chuyển bề mặt nước siêu thu tín hiệu tần số dời theo trục z không xuất bất đối xứng tổng bề mặt Từ phổ tín hiệu vas nhóm CH3(~2960cm-1), điều phân tử AA bề mặt có dao động kéo căng đối -1 nhóm CH3 định hướng gần vng góc xứng s nhóm methylene 2850cm kéo căng đối xứng s nhóm methyl 2875,5cm-1 với mặt phân cách Cộng hưởng Fermi mode đối xứng kéo Cộng hưởng Fermi khảo sát phổ -1 căng s với mode uốn cong nhóm methyl xuất SFG (2940cm ) Kết đạt đỉnh 2940cm-1 Từ hình ta thấy, cường tương đối phù hợp với báo cáo trước độ tín hiệu mode kéo căng s trội hẳn so với nhóm Y R Shen, xuất thêm đỉnh hai mode cịn lại Ngồi ra, phổ không xuất phổ yếu 2850cm-1 mode dao động đối xứng đỉnh cộng hưởng nhóm O - H, CH2 [4] Từ cho thấy, đơn lớp Langmuir hình C - O, hay COO- vùng hồng ngoại khảo sát (Xem tiếp trang 28) 18 Đại học Hùng Vương - K hoa học Công nghệ ... nghiệm tín hiệu phátCH tần số tổng đơn lớp Langmuir Hình 4: Mode đối kéo căng sđocủa nhóm Đại học Hùng Vương - Khoa học Công nghệ 17 Khoa học - Công nghệ Hình Hình1:1 :Đơn Đơnlớp lớpLangmuir Langmuirtrên... phân tử bề mặt Đối với nhóm CH3, có đối xứng C3v nghĩa trục nhóm CH3 dọc theo pháp Hình Hình3:3:Phổ PhổSFG SFGcủa của? ?ơn đơnlớp lớpAA AAtrên trênmặt mặtnước nướcsiêu siêusạch tuyến bề mặt, đỉnh... đơn lớp Hình 1: Đơn lớp Langmuir bề mặt nước AA Có mode dao động: mode kéo căng đối xứng hai tia (ωSF = ωIR +ωVIS) Xây dựng sơ đồ -s nhóm methylene (vs bố trí quang học đo tín hiệu phát tần số