Bài thuyết trình Quang học Chương 2: Thiết bị và kỹ thuật thực hành

Bài thuyết trình Quang học Chương 2: Thiết bị và kỹ thuật thực hành bao gồm những nội dung chính về các bộ phận chính của quang phổ kế Raman, nguồn kích thích, kích thích mẫu, máy đơn sắc. Mời các bạn tham khảo bài thuyết trình để nắm bắt nội dung chi tiết.

Trường ĐH KHTN TPHCM Bộ mơn VẬT LÍ ỨNG DỤNG Chuyên ngành QUANG HỌC CHƢƠNG II : HVTH : Nguyễn Thị Hà Trang NỘI DUNG 2.1 – Các phận quang phổ kế Raman 2.2 – Nguồn kích thích 2.3 – Kích thích mẫu 2.4 – Máy đơn sắc 2.1 – Các phận quang phổ kế Raman      Nguồn kích thích Hệ chiếu sáng mẫu thu ánh sáng tán xạ Giá đỡ mẫu Máy đơn sắc hay quang phổ kế Hệ thống đo 2.2 – Nguồn kích thích   Thường dùng laser sóng liên tục : Ar+ (351.1nm – 514.5nm) , Kr+ (337.4nm – 676.4nm) , He – Ne (632.8nm) Laser xung : Nd:YAG, diode, laser excimer ( dùng cho phổ Raman cộng hưởng UV phổ Raman phân giải theo thời gian Tại laser nguồn kích thích lý tưởng phổ Raman ? Do chùm laser có : Cơng suất lớn Độ đơn sắc cao Đường kính tia nhỏ Là ánh sáng phân cực thẳng Có thể tạo chùm laser có khoảng cách thay đổi bước sóng rộng cách sử dụng laser màu thiết bị khác 2.2 – Nguồn kích thích 2.2.1 – Laser khí liên tục - Laser khí chủ yếu hoạt động vùng phổ khả kiến - Các vạch phổ laser khí nét ( độ rộng vạch hẹp : 107  10 6  m ) nằm tách biệt Sơ đồ laser khí điển hình 2.2 – Nguồn kích thích 2.2.1 – Laser khí liên tục Tác dụng cửa sổ Brewster :  Khi đo tỷ số phân cực ta cần nguồn kích thích phân cực hồn tồn  Ở góc Brewster, chùm laser phân cực hoàn toàn theo phương cố định Tại dùng cửa sổ Brewster ?    Hệ số phản xạ xạ phân cực phẳng lớn mặt phân cực vng góc với mặt tới :  sin  i  i '  R     sin  i  i '  Hệ số phản xạ xạ phân cực phẳng nhỏ mặt phân cực trùng với mặt tới  tan  i  i '  R/ /     tan  i  i '     ' ' R   tan i  i    i  i o o o o  //  sin io  cos io' sin io n o sin i' sin io   tan io  n cos i Các laser khí vùng khả kiến 2.2 – Nguồn kích thích 2.2.2 – Laser màu  Mơi trường hoạt chất dung dịch chất màu hữu (có đặc trưng tổ hợp vịng benzen, vịng pyridine, vịng azine ) dung mơi nước hay rượu etyl rượu metyl  Tính chất laser màu : tần số biến đổi được, hệ số khuếch đại lớn 2  Độ rộng vạch phát lớn   10  m  Sử dụng bơm quang học để tạo mật độ đảo lộn  Hiện có tới 200 chất màu dùng làm hoạt chất dải bước sóng chất màu năm miền 300 1300nm Bằng cách chọn chất màu thích hợp ta thay đổi liên tục bước sóng phát vùng 2.2 – Nguồn kích thích 2.2.2 – Laser màu  Laser màu dùng để mở rộng vùng bước sóng cho kích thích tán xạ Raman  Về có ba loại laser màu điển hình : o Laser màu bơm laser khí liên tục o Laser màu bơm laser xung o Laser màu bơm đèn flash Sơ đồ laser màu có bƣớc sóng điều chỉnh đƣợc 10 2.2 – Nguồn kích thích 2.2.2 – Laser màu Cơng suất bước sóng laser màu Spectra – Physics Model 375 11 bơm laser ion Argon laser ion Krypton 2.2 – Nguồn kích thích 2.2.3 – Các loại laser khác - Laser rắn Nd:YAG (Neodymium-doped yttrium aluminum garnet)     Có thể làm việc chế độ xung liên tục Ở nhiệt độ phòng (300K), với cơng suất ngưỡng bơm 1370W laser cho công suất phát xạ 1064nm 10W Với bước sóng 1064nm hoạt động chế độ liên tục sử dụng làm nguồn kích thích hệ FT – Raman Trong chế độ xung , họa tần thứ hai 532nm, thứ ba 355nm, thứ tư 266nm sử dụng cho phổ Raman cộng hưởng vùng tử ngoại phổ Raman phân giải theo thời gian - Các laser khác : laser diode, laser excimer, laser Nitơ… 12 2.2 – Nguồn kích thích 2.2.3 – Các loại laser khác Một số đặc trưng laser ND:YAG vài laser khác 13 2.3 – Hệ chiếu sáng mẫu  Tại phải cần có hệ kích thích thu nhận ánh sáng từ mẫu ? Do tán xạ Raman yếu Yêu cầu : Chùm laser phải hội tụ xác vào mẫu Thu nhận có hiệu xạ tán xạ 14 2.3 – Hệ chiếu sáng mẫu  Giới thiệu vài cấu hình quang học hệ kích thích thu nhận xạ tán xạ * Cấu hình tán xạ ngược (135o, 180o) dùng phổ biến : + Tránh tượng hấp thu mẫu dung dịch màu + Có thể đo đồng thời tán xạ Raman Cấu hình tán xạ 90 hấp thu vùng UV – khả kiến + Có thể thu phổ Raman đơn tinh thể tinh thể nhỏ mà cần mặt tốt tinh thể cho hướng + Có thể thu phổ nhiệt độ thấp với mẫu nhỏ Hạn chế: Tiếng ồn tán xạ Raman thân thủy tinh lớp bọc hay cuvét chứa mẫu Cấu hình tán xạ 1800 Cấu hình tán xạ dùng gƣơng 15 2.3 – Hệ chiếu sáng mẫu * Hệ thu nhận xạ tán xạ : dùng hệ thống thấu kính tiêu sắc  Khả hội tụ ánh sáng thấu kính đặc trưng số F : f F D  f : tiêu cự thấu kính D : đường kính thấu kính F nhỏ khả hội tụ thấu kính lớn 16 2.4 – Máy đơn sắc  Máy đơn sắc đơn Máy đơn sắc Czerny-Turner Nhược điểm : Khó loại trừ hết ánh sáng nhiễu có nguồn gốc từ ánh sáng khơng bị nhiễu xạ mà tán xạ bề mặt cách tử Ánh sáng tán xạ Raman yếu bị ánh sáng nhiễu che lấp.17 2.4 – Máy đơn sắc  Máy đơn sắc đôi 18 2.4 – Máy đơn sắc  Máy đơn sắc ba 19 2.4 – Máy đơn sắc  D bán kính gương chuẩn trực : ( L cạnh cách tử hình vng )  Để F nhỏ   D2  L2 f nhỏ  độ phân giải quang phổ kế giảm D lớn  cách tử lớn, đắt tiền   Năng suất phân giải R cách tử : R  hay R  m.k.L d k : số cách tử ( số vạch đơn vị chiều dài, hay số vạch khắc 1mm) m : bậc quang phổ 20 * Cách tử :    Cấu tạo : gồm đế quang học với số lớn rãnh song song cách Có cách tử nhiễu xạ, cách tử truyền qua m  sin   sin  Phương trình cách tử nhiễu xạ : d (d : chu kỳ cách tử khoảng cách hai vạch liên tiếp cách tử) 21 2.4 – Máy đơn sắc  Một số yếu tố ảnh hưởng đến độ phân giải phổ : • Độ rộng khe cách tử • Tốc độ cách tử (khoảng cách điểm lấy liệu ) • Hằng số cách tử • Khe hở bánh phận ghi phổ • Nhiệt độ máy đơn sắc 22 2.4 – Máy đơn sắc Ảnh hưởng độ rộng khe (SW) Giữ khoảng cách điểm lấy liệu không đổi, phổ quét dải qua BP 1, 2, 3, cm-1 - Khi tăng BP hình dạng phổ bị thay đổi - Cường độ tín hiệu tăng SW tăng nên cường độ điều chỉnh cho thích hợp cách hạ từ từ Po  23 2.4 – Máy đơn sắc  Tốc độ cách tử Giữ BP khơng đổi Tốc độ qt có ảnh hưởng đến hình dạng phổ Tốc độ quét nhanh làm biến đổi dạng phổ 24 Tài liệu tham khảo Huỳnh Thành Đạt, „„Quang phổ Raman ‟‟ NXB đại học quốc gia Thành Phố Hồ Chí Minh, 2004 John R Ferraro, Kazuo Nakamoto, „„Introductory Raman Spectroscopy Vật lý Laser ‟‟ Nguyễn Hữu Chí, Trần Tuấn, „„Vật lý Laser‟‟ NXB đại học quốc gia Thành Phố Hồ Chí Minh, 2002 Trần Đức Hân (chủ biên), Nguyễn Minh Hiển, “Cơ sở kỹ thuật laser ” Tái lần thứ Nhà xuất giáo dục 2005 http://mientayvn.com/ http://www.rp-photonics.com/brewster_windows.html http://en.wikipedia.org/wiki/Monochromator http://www.analyticalspectroscopy.net/ap4-2.htm 25 ... Tốc độ quét nhanh làm biến đổi dạng phổ 24 Tài liệu tham khảo Huỳnh Thành Đạt, „? ?Quang phổ Raman ‟‟ NXB đại học quốc gia Thành Phố Hồ Chí Minh, 2004 John R Ferraro, Kazuo Nakamoto, „„Introductory... Nguyễn Hữu Chí, Trần Tuấn, „„Vật lý Laser‟‟ NXB đại học quốc gia Thành Phố Hồ Chí Minh, 2002 Trần Đức Hân (chủ biên), Nguyễn Minh Hiển, “Cơ sở kỹ thuật laser ” Tái lần thứ Nhà xuất giáo dục 2005... hội tụ xác vào mẫu Thu nhận có hiệu xạ tán xạ 14 2.3 – Hệ chiếu sáng mẫu  Giới thiệu vài cấu hình quang học hệ kích thích thu nhận xạ tán xạ * Cấu hình tán xạ ngược (135o, 180o) dùng phổ biến