Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu đơn lớp Langmuir của Arachidic Acid (AA) trong dung dịch thay đổi độ pH bằng kĩ thuật quang phổ học dao động tần số tổng (SFG)

Nghiên cứu các lý thuyết liên quan đến đơn lớp Langmuir và kĩ thuật quang phổ dao động tần số tổng hồng ngoại - khả kiến. Khảo sát thực nghiệm các mode dao động của đơn lớp Langmuir AA và sự ảnh hưởng của độ pH của môi trường nước bên dưới đơn lớp lên cấu trúc của đơn lớp Langmuir sử dụng kĩ thuật quang phổ dao động tần số tổng hồng ngoại - khả kiến.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Trần Thị Hồng NGHIÊN CỨU ĐƠN LỚP LANGMUIR CỦA ARACHIDIC ACID (AA) TRONG DUNG DỊCH THAY ĐỔI ĐỘ PH BẰNG KĨ THUẬT QUANG PHỔ HỌC DAO ĐỘNG TẦN SỐ TỔNG (SFG) LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Trần Thị Hồng NGHIÊN CỨU ĐƠN LỚP LANGMUIR CỦA ARACHIDIC ACID (AA) TRONG DUNG DỊCH THAY ĐỔI ĐỘ PH BẰNG KĨ THUẬT QUANG PHỔ HỌC DAO ĐỘNG TẦN SỐ TỔNG (SFG) Chuyên ngành: Quang học Mã số: 60440109 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN ANH TUẤN Hà Nội – Năm 2014 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới TS Nguyễn Anh Tuấn, người thầy trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ, đưa ý kiến đóng góp q báu ln tạo điều kiện tốt cho em suốt trình thực hoàn thành luận văn Em xin gửi lời cảm ơn Th.S Nguyễn Duy Thiện – Trung tâm Khoa học Vật liệu TS Đỗ Minh Hà – Khoa sinh học, người giúp đỡ em hóa chất dụng cụ phục vụ cho chế tạo mẫu thí nghiệm Em xin cảm ơn tới tất thầy cô, tập thể cán bộ môn Quang lượng tử, thầy cô Khoa Vật Lý, thầy cô Trường Đại học Khoa học Tự nhiên tận tình giảng dạy trang bị cho em kiến thức chuyên môn suốt trình học tập trường Chân thành cảm ơn chị Bùi Thị Hoa – giảng viên Khoa sinh học, chị Nguyễn Thị Huệ - Nghiên cứu sinh môn Quang lượng tử chị Trần Quỳnh Hương – Học viên cao học môn Quang lượng tử, người giúp đỡ em trình thực nghiệm Xin chân thành cảm ơn phòng Sau đại học Trường Đại học Khoa học Tự nhiên tổ chức đào tạo tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt thời gian học tập trường Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân tồn thể bạn bè ln sát cánh, động viên giúp đỡ em vượt qua khó khăn suốt thời gian qua Xin chân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng Học viên Trần Thị Hồng năm 201 MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU .iii DANH MỤC HÌNH VẼ iv CÁC KÝ HIỆU & TỪ VIẾT TẮT vii MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ ĐƠN LỚP LANGMUIR VÀ KỸ THUẬT QUANG PHỔ HỌC DAO ĐỘNG TẦN SỐ TỔNG BỀ MẶT 1.1 Tổng quan đơn lớp Langmuir .3 1.1.1 Đơn lớp Langmuir tảng lịch sử đơn lớp Langmuir .3 1.1.1.1 Đơn lớp Langmuir .3 1.1.1.2 Nền tảng lịch sử đơn lớp Langmuir 1.1.2 Sức căng bề mặt, áp suất bề mặt sơ đồ trạng thái đơn lớp Langmuir 1.1.3 Sự phá vỡ đơn lớp Langmuir 11 1.1.4 Vật liệu hình thành đơn lớp Langmuir 12 1.2 Cơ sở quang học phi tuyến bậc hai 13 1.2.1 Nguồn gốc tượng quang học phi tuyến bậc hai 13 1.2.2 Phương trình Maxwell mơi trường phi tuyến bậc hai 14 1.2.3 Kỹ thuật quang phổ học dao động tần số tổng hồng ngoại - khả kiến 17 1.2.3.1 Giới thiệu trình phi tuyến bậc hai 17 1.2.3.2 Sự đối xứng tinh thể 19 1.2.3.3 Sự phát tần số tổng từ bề mặt .20 1.3 Quang phổ dao động hồng ngoại phân tử 24 Chương QUY TRÌNH TẠO MẪU VÀ HỆ ĐO TÍN HIỆU SFG TỪ ĐƠN LỚP LANGMUIR 28 2.1 Chế tạo mẫu đơn lớp Langmuir AA 28 2.1.1 Hóa chất dụng cụ thí nghiệm 28 2.1.2 Quy trình tạo mẫu 28 i 2.2 Hệ đo tín hiệu tần số tổng EKSPLA - SF41 29 2.2.1 Laser Nd: YAG pico giây loại PL2251A 30 2.2.1.1 Cấu tạo .31 2.2.1.2 Nguyên tắc hoạt động đầu phát laser PL2251A 31 2.2.2 Bộ phát họa ba H500 37 2.2.2.1 Cấu tạo .38 2.2.2.2 Nguyên tắc hoạt động 38 2.2.3 Bộ phát tham số quang học PG501/DFG 39 2.2.3.1 Cấu tạo: 40 2.2.3.2 Nguyên tắc hoạt động 40 2.2.4 Giá đỡ mẫu phân tích 46 2.2.5 Máy đơn sắc MS3504 47 2.2.6 Sơ đồ kích thích thu tín hiệu SFG .48 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 53 3.1 Khảo sát mode dao động phân tử đơn lớp AA/ nước tinh khiết 53 3.2 Khảo sát ảnh hưởng độ pH môi trường nước bên đơn lớp lên cấu trúc đơn lớp Langmuir ……… ………………………………… …….56 KẾT LUẬN 68 ii 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 Thông số kĩ thuật tiêu chuẩn laser PL2251A Bảng 2.3 Thông số kĩ thuật xạ lối vào phát họa ba H500 Bảng 2.4 Thông số kĩ thuật lối phát họa ba H500 Bảng 2.5 Thông số kĩ thuật xung laser bơm cho PG 501/DFG Bảng 2.6 Thông số kĩ thuật lối PG501/DFG Bảng 2.7 Các dải bước sóng tương ứng với tinh thể PG501/DFG Bảng 2.8 Các bước sóng sử dụng ống nhân quang điện PMT1 PMT2 Bảng 2.9 Thông số kỹ thuật thực nghiệm xung bơm khả kiến hồng ngoại iii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Đơn lớp Langmuir mặt phân cách khơng khí/nước Hình 1.2 Sự tương tác phân tử mặt phân cách khơng khí/nước ảnh hưởng đến sức căng bề mặt Hình 1.3 Đường đẳng nhiệt thể liên hệ áp suất bề mặt (Π) diện tích bề mặt (A), [22] Hình 1.4 Hướng nghiêng NN (bên trái) NNN (bên phải) chuỗi alkyl phân tử hoạt tính bề mặt Các đường thẳng chuỗi hidrocacbon phân tử Mỗi hình cầu nhóm chức Hình 1.5 Các chế sụp đổ đơn lớp Langmuir Hình 1.6 Cơng thức cấu tạo mơ hình AA Hình 1.7 Giản đồ Feynman cho trình phi tuyến bậc hai: (a) phát tần số tổng, (b) phát họa ba bậc hai, (c) trình chuyển đổi phía tần số thấp (down conversion) Hình 1.8 Sơ đồ bố trí phép đo SFG, ω1 tần số chùm khả kiến cố định, ω2 tần số chùm hồng ngoại có bước sóng điều chỉnh được, ωSFG tần số tín hiệu tần số tổng, phân cực P song song với mặt phẳng tới, phân cực S vng góc với mặt phẳng tới Hình 1.9 Chuyển dời xạ tần số tổng Hình 1.10 Các mode dao động nhóm -CH2 -CH3 Hình 1.11 Phổ hồng ngoại nhóm chức, nhóm ngun tử Hình 2.1 Sơ đồ quang học laser PL2251A Hình 2.2 Giản đồ thời gian hoạt động laser PL2251 Hình 2.3 Bảng điều khiển từ xa laser Hình 2.4 Sơ đồ quang học nhân tần H500 iv Hình 2.5 Sơ đồ quang học PG 501/DFG Hình 2.6 Sơ đồ dao động tham số tinh thể BBO1 Hình 2.7 Sơ đồ khuếch đại tham số tinh thể BBO2 Hình 2.8 Bảng điều khiển từ xa PG501/DFG Hình 2.9 Sơ đồ khối giá đỡ mẫu phân tích Hình 2.10 Sơ đồ quang học hệ phát tần số tổng Hình 3.1 Phổ SFG đơn lớp AA /nước tinh khiết với cách kết hợp PPP, PSP, SSP Hình 3.2 Đường đẳng nhiệt áp suất bề mặt theo diện tích/số phân tử đơn lớp axit pentadecanoic [18] Hình 3.3 Phổ SFG axit pentadecanoic với cấu hình phân cực khác nhau: (a) S - VIS, P – IR, (b) P – VIS, S – IR, (c) P – VIS, P – IR, [18] Hình 3.4 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA/ nước (pH = ÷ 12) với số sóng từ 2800 cm-1 ÷ 3600 cm-1, cách kết hợp phân cực SSP Hình 3.5 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA/ nước (pH = ÷ 12)với số sóng từ 1300 cm-1 ÷ 1900 cm-1, cách kết hợp phân cực SSP Hình 3.6 Phổ SFG đơn lớp Langmuir AA/ nước (pH