Xây dựng hệ thu phổ raman kích thích bằng laser argon và nghiên cứu ứng dụng phân tích cấu trúc phân tử

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN #p kỉ« «£» ii« *L> » ị* » p * Ị * *(» ĐỀ TÀI XÂY DựNG HỆ THU PHổ RAMAN KÍCH THÍCH BẰNG LASER ARGON VÀ NGHIÊN u ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH CẤU TRÚC PHÂN TỬ MÃ SỐ: QG.04.04 CHÚ TRÌ ĐỂ TÀI: T s NGUYỄN THẾ BÌNH CÁC C Á N BỘ THAM GIA: T s PHẠM VÁN BỂN KS ĐÀO KIM CHI THS HỒNG CHÍ HIỂU HVCH NGUYỄN HUY BÌNH HVCH NG UYỄN ANH TUẤN HVCH NGUYỄN TRỌNG THÀNH PGS TS LÊ HỒNG HÀ PGS.TS TẠ ĐÌNH CẢNH TH.S VÕ LÝ THANH HÀ TS LÊ MẠNH QUYẾT HÀ NỘI - 2005 BÁO CÁO TÓM TẮT a.Tên đề tài : X ây dựng hệ thu p h ổ Raman kích thích laser Argon nghiên cứu ứng dụng phân tích cấu trúc phân tử b.Mã s ố : QG.04.04 c.Chủ trì đề tài Các cán tham gia : TS Nguyễn Thê Bình T.s Phạm Văn Bền K.s Đào Kim Chi Ths Hồng chí Hiếu Hv CH Nguyễn huy Bình Hv CH Nguyễn Anh Tuấn Hv CH Nguyễn Trọng Thành PGS TS Lê Hồng Hà PGS.TS Tạ Đình cảnh Th.s Võ Lý Thanh Hà TS Lê Mạnh Quyết d Mục tiêu nội dung nghiên cứu +Xây dựng hệ thu phổ Raman kích thích bàng laser Argon, ghép nối xử lí SỐ liệu máy tính có chất lượng cao phụ vụ nhu cầu nghiên cứu cấu trúc phổ phân tử, nghiên cứu cấu trúc vật liệu, nghiên cứu thành phần dẩu khí, môi trường +Phát triển hướng nghiên cứu cấu trúc phổ Ra man laser Mục tiêu vấn đề cấp bách Bộ môn Quang lượng tử nhằm đẩy mạnh nghiên cứu ứng dụng , phát huy nội lực để đại hoá nâng cao khả đào tạo Tóm tắt kết đạt để tài: +Đã xây dựng thành cổng hệ thu phổ có độ nhạy nâng suất phân giải cao, shép nối với máy tính , dựa việc cải tiến nâng cấp máy quang phổ cách tử GDM 1000 lắp đặt hộ khuếch đại lock-in (DSP lock-in amplifier Model SR830, Stanford) + Lặp đặt thành công hệ môtơ bước để quay cách tử , ghép nối với máy tính thay cho hệ tự ghi cũ + Viết chương trình máy tính đê điều khiên quy trinh thu va thu nhận sô liệu +Thay nhân quang điện với nguồn nuổi ôn định, mớ rộng vùng phô thu từ 400 đến 900nm +Thiết kế xây dựng thành cơng hệ kích thích phổ Raman Laser Argon laser He-Ne + Đã tiến hành chuẩn hoá hệ máy quang phổ sở tiên hành thu phô Raman ,huỳnh quang nhiều mẫu chuẩn + Thành công việc thu phổ Raman chiết phẩm dầu mỏ Việt nam kích thích laser He-Ne Việc thu được phổ Raman với laser He-Ne thay cho Arrgon mang lại lợi ích rõ rệt hạn chế phổ huỳnh quang tránh việc làm lạnh laser phức tạp, kéo dài thời gian làm việc Hệ máy quang phổ phục vụ nhiều mục đíchnghiên cứu quạng phổ khác có phổ huỳnh quang, Raman.,.đang nhiều đơn vị nghiên cứu vật liệu , mơi trường, dầu khí quan tâm Đây giải pháp có hiệu cao, phát huy khả phối hợp nhiều cán liên ngành Khoa vàTrường e.Tiến độ kết đề tài đạt TT Sản phẩm khoa học Hoạt động kết nghiên cứu Thời gian thực a-Thu thập đầy đủ tài liệu kỹ thuật khuếch đại Lock-in Kỹ thuật ghép nối máy tính với hệ máy quang phổ b-Thu tập tài liệu tìm hiểu nghiên cứu kích thích phổ Raman bằnơ laser Từ tháng đến tháng 4/ 04 02 chuyên đề khoa học Tháng đến tháng 8/04 -Lắp xong hệ môtơ bước điều khiển cách tử máy quang phổ -Viết 01 chương trình phần mền máy tính điều hành chế độ thu phổ ■> Khảo sát xác định tình trạng kĩ thuật máy quang phổ GDM1000 (cũ), Tiến hành thực nghiệm cải tiến, gia công số chi tiết kĩ thuật ghép nối máy tính với máy quang phổ G D M 1000 Thiết kế Lắp đặt xong hệ máy quang phổ sở máy quang phổ cách tử kép GDM-1000 sử dụng kĩ thuật Lock-in 13 Nghiên cứu xây dựng thành cơng hệ kích thích phổ Raman laser Argon Kháo sat hệ đo phổ Raman với mẫu chuẩn khác nhau, lấy chuẩn máy quang phổ Tháng 910/2004 01 hệ máy quang phổ ghép nối máy tính Tháng 12/05 01 hệ thu phổ Raman kích thích laser Arrgon 02 báo KH Tháng 1/05 01 Seminar KH Từ tháng đến tháng 3/05 01 báo KH Hơi thảo kì Tiến hành nghiên cứu thu phổ Raman số mẫu chiết phẩm dầu mỏ VN Tháng / 10 Tiến hành nghiên cứu thu phổ huỳnh quang vật liệu rắn (ZnO, ZnS, Zn Se ) Nghiên cứu thay hệ nhân quang điện nâng cao độ nhạy phổ máy Nghiên cứu xây dựng thành cơng hệ thu phổ Raman kích thích laser He-Ne , mở rộng khả ứng dụng thiết bị Hoàn chỉnh kết thu được, Tổng kết số liêu chuẩn bi báo cáo Tháng 5/05 Tháng 6/05 01 hệ thu phổ Raman kích thích laser He-Ne 01 báoK H Tháng7/05 Sô báo KH công bố 04 1/ Nguyen The Binh, Nguyen anh Tuan, Nguyen Trong Thanh Building a high resolution spectrometry system with lock-in detection technique VNU, Journal of Science, Mathematics-Physics, T.XX,N0 3AP, 2004 2/ Nguyen The Binh, Pham Van Ben, Nguyen Huy Binh Design and construction o f a Laser Raman spectrometer to study Hydrocarbon extracts from petroleum o f Vietnam VNƯ, Journal of Science, Mathematics-Physics, T.XI,N0 3AP, 2004 3/ Nguyen The Binh Hyper-Rayleigh scattering in solution o f organic molecules Communications in Physics-Viet nam Vol 14, N0 4, 215-220 (2004) 4/ Nguyen The Binh, Nguyen anh Tuan, Nguyen Huy Binh Development o f a spectrometry system using lock-in amplification technique VNƯ, Journal of Science, Mathematics-Physics, TXXI ,N0 2, 2005 Kết đào tạo '01 tài liệu hướng dẫn thực tập chuyên đề quang phổ học laser -01 giáo trình phương pháp quang phổ học thực nghiệm -Đào tạo cử nhân : - Đào tạo thạc sĩ : 03 1- Nguyễn Huy Bình Học viên cao học khóa 2003-2005, Khoa Vật lý, Đại học KHTN Hà nội, chuyên ngành Quang lượng tử mã số 1.02.18 Tên đề tài luận văn: Nghiên cứu xây dựng hệ thu p hổ Raman laser sở kỹ thuật lock-in Nguyễn Trọng Thành Học viên cao học khóa 2003-2005, Khoa Vật lý, Đại học KHTN Hà nội, chuyên ngành Quang lượng tử mã số 1.02.18 Tên đề tài luận văn: Nghiên cứu s ố tính chất quang hệ dẫn sống phẳng T i0 2:Eiij Nguyễn Anh Tuấn Học viên cao học khóa 2004-2006, Khoa Vật lý, Đại học KHTN Hà nội, Chuyên ngành Quang lượng tử mã số 1.02.18 Đề tài: Nghiên cím xây dựng hệ thu p h ổ sở kỹ thuật lock-in Boxca f Phản bổ kinh phí T/T Nội dung Kinh phí năm Kinh phí năm Xây dựng đề cương chi tiết 500 000 Thu thập viết tổng quan tài liệu 500 000 Điều tra ,khảo sát, thí nghiệm, thu thập số liệu nghiên cứu Chi phí cơng tác phí, th mướn 16 000 000 15 000 000 Chi phí hoạt động chuyên môn Thuê, mua sắm trang thiết b ị , nguyên vật liệu 15 000 000 000 000 Viết báo cáo khoa học ,nghiệm thu 500 000 000 000 Chi khác:Văn phòng phấm.In ấn , photocopy 500 000 000 000 Tổng kinh phí năm 35 000 000 25 000 000 Tổng kinh phí năm 60 triệu KHOA QUẢN LÝ (Ký ghi rõ họ tên) CHỦ TRÌ ĐỂ TÀI (Ký ghi rõ họ tên) hu ị / ^ TS Nguyễn Thế Bình % f i/w c Q U A N CH Ủ TR Ì Đ Ể TÀI BRIEF REPORT Title : DEVELOPMENT OF LASER- RAMAN SPECTROSCOPY SYSTEM AND APPLICATIONS IN MOLECULAR STRUCTURE ANALYSIS Code: QG 04.04 Coordinator: Nguyen The Binh Key implementers: Pham Van Ben Đao Kim Chi Hoang Chi Hieu Nguyen Huy Binh Nguyen Anh Tuan Nguyen Trong Thanh Le Thanh Binh Lê Hong Ha Ta Đinh Canh Vo Ly Thanh Ha Lê Manh Quyet Objective and matter of the study: The Raman spectroscopy has a very important role in studies of optical properties of materials Our goal is to build a spectrometry system to measure weak optical signals such as Raman scattering, fluorescence and surface SH signals We -Studied to improve an old Double Grating Spectrograph GDM-1000 (Carl Zeiss, Jena, Germany) for wider range of wavelengths and transformed it into a spectrometry system coupling with computer using Lock-in amplification technique The Double Grating Spectrograph GDM-1000 (Carl Zeiss Jena Germany) of our laboratory has a high resolution but it operates with an old self-recorder and a head-on type photomultiplier M12FC which is sensitive to the ultraviolet region (400-550nm) It is suitable only for studying Raman Scattering excited by 5W Ion-Argon laser or high-pressure Hg lamps Furthermore, the recorded spectra could not be treated by computer We studied to improve this spectrograph for higher sensitivity in wider range of wavelengths and coupling with computer to treat data We replaced the M12FC PMT by a side-on R-928 PMT (Hamamatsu) and detected PMT signals by a digital signal processor (DSP) lock-in amplifier (Model SR830, Stanford) A stepper motor with suitable design and construction was connected A compatible control and data- acquisition program was written for the new spectrometry system *We have also designed and constructed a Laser Raman excitation system in our laboratory The band intensities in Raman spectrum may range from 0,01 to 10'6 % of the excitation laser beam intensity on the sample Therefore, powerful excitation sources, sensitive detection systems and effective excitation arrangement are necessary to obtain a Raman spectrum An optical system is set up to secure optimal conditions for sample illumination and to focus the scattered radiation on the monochromator entrance slit *We carried out several spectrum measurements to determine the operation regime and calibration of the improved spectrometry system, for examples, fluorescence spectra of Mn-doped ZnS, Stokes and Anti-Stokes Raman scattering spectra of some typical Hydrocarbons excited by Argon laser and He-Ne laser Our new spectrometry system shows high sensitivity and resolution and many advantages for studying Raman and Fluorescence spectra as well as weak optical signal spectra in general Main results: +Results in science and technology: We improved an old Double Grating Spectrograph GDM-1000 (Carl Zeiss, Jena, Germany) for high sensitivity in wider range of wavelengths and transformed it successfully into a high resolution spectrometry system coupling with computer using Lock-in amplification technique This is an economic solution and very suitable for teaching and research in Universities By this spectrometry system we can now obtain weak optical signals, for example, Raman Spectra of Vietnam petrol extracts excited by a 30mW He-Ne laser instead o f Ion Argon laser The Raman excitation by He-Ne laser showed many advantages in comparison with Argon laser excitation + Results in practical application This Laser-Raman spectroscopy system is the main instrument in our Department for teaching and research Our improved spectrometry system can be used to measure the weak optical signals such as Raman scattering , Fluorescence and surface optical second-harmonic (SH) signals It takes a very important role in studies of optical properties of materials, in particular, to study Raman spectra of petroleum extracts in Vietnam as wetl as Raman spectra of photo-electronic materials + R esults in training 06 B.Sc students 03 M.Sc students + Publications: 04 1/ Nguyen The Binh, Nguyen anh Tuan, Nguyen Trong Thanh Building a high resolution spectrometry system with lock-in detection technique VNƯ, Journal of Science, Mathematics-Physics, T.XX,N0 3AP, 2004 2/ Nguyen The Binh, Pham Van Ben, Nguyen Huy Binh Design and construction o f a Laser Raman spectrometer to study Hydrocarbon extracts from petroleum o f Vietnam VNƯ, Journal of Science, Mathematics-Physics, T.XI,N0 3AP, 2004 / Nguyen The Binh Hyper-Rayleigh scattering in solution o f organic molecules Communications in Physics-Viet nam Vol 14, N0 4, 215-220 (2004) / Nguyen The Binh, Nguyen anh Tuan, Nguyen Huy Binh Development o f a spectrometry system using lock-in amplification technique VNU, Journal of Science, Mathematics-Physics, T ,N0 , 2005 10 MỤC LỤC Lời mở đầu I- NGHIÊN c ú u X Â Y DỤNG HỆ M ÁY QUANG P H ố NĂNG SUẤT PHÂN GIẢI CAO DÙNG K ĩ THUẬT KHƯÊCH ĐẠI LOCK-IN VÀ GHÉP N ố i VỚI M ÁY TÍNH 1- Máy quang phổ cách tử kép GDM -1000 ( Carl Zeiss, Germany) 2- Nghiên cứu tiến nâng cấp hệ máy quang phổ G DM -1000 2.1 Lắp đặt môtơ bước(Step Motor) 2.2 Sơ đổ hệ quang phổ ghép nối với máy tính dùng khuếch đại lock-in 2.3 Bộ khuếch đại DSP Lock-in SR-830 (Stanford,USA) 2.4 Thiết đặt chuán RS830 II- THIẾT KẾ X Â Y DỤNG HỆ THU P H ổ RA M AN KÍCH THÍCH BẰNG LASER ARGON 1-Lựa chọn sơ đổ kích thích phổ Raman 2-Thu phổ Raman số mẫu lỏng III-XÂY DỤNG HỆ THU P H ổ RAM AN KÍCH THÍCH BANG LASER HE-NE 1-Nghiẽn cứu mớ rộng vùng nhạy phổ máy quang phổ 2-Nghiên cứu thu phổ Raman kích thích laser He-Ne IV- KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC 11 Đ Ạ I HỌC Q U Ố C G IA HÀ NỘI T R U Ồ N G Đ Ạ I HỌC K H O A HỌC T ự N H I Ẽ N NGUYỄN HUY BÌNH NGHIÊN CỨU XÂY DỤNG MỘT HỆ THU PHỔ RAMAN LASER TRÊN c SỞ Kĩ THUẬT LOCK-IN LUẬN VĂN THẠC s ĩ KHOA HỌC NGÀNH: QUANG HỌC MẢ SỐ: 1.02.18 Cán hướng dẫn : TS N G U Y Ẻ N t h ế b ì n h HÀ N Ô I - 0 đ i h ọ c q u ố c g ia h n ô i TR Ư Ờ N G Đ Ạ I HOC K H O A HỌC T ự N H I Ê N iN G U Y Ề N T R Ọ N G T H À N H NGHIÊN CỨU MỘT s ố TÍNH CHẤT QUANG CỦA HỆ DẨN SĨNG PHANG T ì0 2:Eu3 LUẬN VÃN THẠC s ĩ KHOA HỌC NGÀNH: QUANG HỌC MÃ SO: 1.02.18 Cán hướng dẫn : T S N G U Y Ễ N H À N Ộ I - 2005 t h ế b ìn h QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TựNHIÊN KHOA VẬT LY — *** )C NGUYỄN THỊ HẰNG N G H IÊ N CỨU THU PHỔ TÁN XẠ RAM AN K ÍC H THÍCH BẰNG LASER KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY CHUYÊN NGÀNH : QUANG LƯỢNG TỬ Cán hướng dẫn : TS : NGUYỄN THẾ BÌNH HÀ NỘI - 2005 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HẢ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN KHOA VẬT LÝ NGƯYẾN ĐỨC DŨNG HỒN THIỆN HỆ KÍCH THÍCH PHỔ TÁN XẠ LASER RAMAN VÀ CHỌN CÁC ĐlỂư KIỆN TỐI ƯU ĐỂ GHI PHỔ K H O Á LUẬN TỐ T NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY C huyên ngành: Q uang lượng tử Thầy giáo hướng đẫn: TS PHẠM VÃN BỂN Thầy giáo phản biện: TS NGUYỄN THẾ BÌNH HÀ NỘI - 2004 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA KỌC T ự NHIÊN KHOA VẬT LÝ ĐỖ Thị Thu Hạnh KHẢO SÁT PHÂN B ố CHÙM GAUSS VÀ ĐO ĐỘ PHÂN KỲ CỦA CHÙM TIA LASER KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY Ngành: Quang lượng tử Cán hướng dẫn: TS Nguyễn T h ế Bình H N ội - 2005 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ựN H IÊ N KHOA VẬT LÝ DƯƠNG VŨ TRƯỜNG TÌM HIỂU VÀ XÂY DựNG HỆ THU PHỔ DÙNG Kĩ THUẠT LOCK-IN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY NGÀNH: QUANG LƯỢNG TỬ Cán hướng dẫn : TS NGUYÊN THÊ BÌNH HÀ NỘI - 2005 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN KHOA SưP H Ạ M “é 5* Q n (1 V _s ' X s ĐHQGHN / / y KIỂU BÁ CHIẾN ĐỂ TẢI: XÂY DỰNG BỘ NGUỔN NUÔI CHO ĐÈN THUỶ NGÂN ÁP SUẤT SIÊU CAO ỊịPW -250 KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA ĐÈN VÀ TÌM HIỂU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA NĨ TRONG KÍCH THÍCH PHỔ HUỲNH QUANG VÀ LÂN QUANG KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY Chuyên ngành : Quang lượng tử CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS PHẠM VẢN BỂN HÀ NỘI, - 2005 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KH OA S PHẠM BÙI HỒNG VÂN S ự PH Á T Q UAN G CỦA BÁN DAN vùng câm rộng Z nSe K HI KÍCH THÍCH BANG ĐÈN XENO N VÀ LASER KHÍ ARGON KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY CHUYÊN NGÀNH : QUANG LƯỢNG TỬ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS PHẠM VĂN BỀN HÀ NỘI, - 2005 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN KHOA VẬT LÝ _* * * s ự PHÁT QUANG CỦA BÁN DAN v ù n g RỘNG ZnS KHI PHA TẠP Mn • * K H O Á LU ẬN TỐ T NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CH ÍNH Q UY Chuyên ngành :Quang Lượng tử Sinh viên : Hoàng Văn Hán Hướng dẫn khoa học TS Phạm Văn Bền Hà nội - 2005 câm ĐẠI HỌC.QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN KHO A VẬT LÝ Lê Thị Ngọc Dung TÌM HIỂU MẪU FABRY- PEROT VÀ ỨNG DỤNG TRONG KỸ THUẬT LASER K H O Á LUẬN T Ố T N G H IỆ P HỆ ĐẠI H Ọ C C H ÍN H QUY Chuyên ngành: Quang Lượng tử Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thế Bình Hà Nội - 2005 TĨ M TẮT C Á C C Ơ N G TRÌNH NCKH CỦA C Á NHÂN Ngành Vật lý Chuyên ngành Quang ỉưựng tứ 1/ Nguyen The Binh, Ngụyen anh Tuan, Nguyên Trong Thanh Building a high resolution speciromeiryjiystem with lock-in Jetcdion VNU, Journal o f Science, Mathematics-Physics, T x x N„ 3AP ^004 A bstract Icchim/Itc A h i gh -r e s ol ut i on s p ec t r o m e t i y s y s t e m has been buill at I he dcpi.11 1m e m III Ụu.miLim ( ) p i K v faculty of Physics, HUS based on a Double Grating Monochromator GDMI00U and a DSP Lock-in Amplifier SR830 Several works concerning with couplin° processing iliitii and spectrum calibiation were studied and resolved With hit’ll resolution of the spcclioiirnph CiD.M — 1000 and high sensitivity of the Lock-in amplifier SR830 this instrument is very helpful tor analysis of molecular spectra and research in material science field / Nguyen The Binh, Pham Van Ben, Nguyen Huy Binh Design and construction o f a Laser Raman spectrometer to study Hydrocarbon extracts from petroleum o f Vietnam VNU, Journal of Science, Mathematics-Physics, T.XI.N,, 3AP, 2004 A b stract: We studied to design and construct a laser Raman spectrometer usin° an Argon laser and