Hiện tượng huỳnh quang và một số ứng dụng

Trường đại học vinh Khoa vật lý ===  === VƯƠNG THỊ MAY HIỆN TƯỢNG HUỲNH QUANG VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG HUỲNH QUANG KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: QUANG HỌC-QUANG PHỔ Nghệ an - 2012 Trường đại học vinh Khoa vật lý ===  === HIỆN TƯỢNG HUỲNH QUANG VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG HUỲNH QUANG KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: QUANG HỌC-QUANG PHỔ Cán hướng dẫn: TS mai văn lưu Sinh viên thực hiện: vương thị may Lớp: 49B - Vật lý Nghệ an - 2012 MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU Chương HIỆN TƯỢNG HUỲNH QUANG 1.1 Khái niệm huỳnh quang Chất huỳnh quang [1,3] 1.2 Phân loại tượng huỳnh quang [1] 1.2.1 Phân loại theo tính động học trình xảy chất huỳnh quang 1.2.2 Phân loại theo tính chất hóa học 1.2.3 Phân loại theo thời gian phát quang kéo dài 1.2.4 Phân loại theo cách kích thích 1.3 Các tính chất tượng huỳnh quang [1, 2, 3] 1.3.1 Phổ hấp thụ 1.3.2 Phổ huỳnh quang 1.3.2.1 Cách xác định phổ huỳnh quang 1.3.2.2 Mở rộng đồng không đồng phổ huỳnh quang 1.3.2.3 Ảnh hưởng tái hấp thụ lên phổ huỳnh quang 1.3.3 Hiệu suất huỳnh quang 10 1.3.4 Sự phân cực ánh sáng huỳnh quang 10 1.3.5 Sự tắt dần ánh sáng huỳnh quang 11 Kết luận chương 12 Chương MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA HUỲNH QUANG 13 2.1 Trong nghiên cứu khoa học- kĩ thuật [1], [2] 13 2.1.1 Nghiên cứu bức xạ khơng nhìn thấy [2] 13 2.1.1.1 Phát tia hồng ngoại 13 2.1.1.2 Phát tia tử ngoại 14 2.1.1.3 Phát tia X 14 2.1.1.4 Phát hạt tia γ 15 2.1.2 Phát dịch chuyển ngầm [1] 17 2.1.2.1 Nghiên cứu dòng nước ngầm 17 2.1.2.2 Nghiên cứu dịng khơng khí 17 2.1.2.3 Nghiên cứu di chuyển chất động vật thực vật 17 2.1.2.4 Nghiên cứu di chuyển cát 18 2.2 Kỹ thuật phân tích huỳnh quang khoa học y sinh [2] 18 2.2.1 Phát sinh vật y học 18 2.2.1.1 Hiển vi huỳnh quang 18 2.2.1.2 Phương pháp dùng chất huỳnh quang sắc để nghiên cứu đối tượng hoạt động 19 2.2.1.3 Phương pháp huỳnh quang để chuẩn đoán bệnh 20 2.2.1.4 Phân tích huỳnh quang y học diều tra 21 2.2.2 Nghiên cứu huỳnh quang khảo cổ học 23 2.3 Ứng dụng kĩ nghệ, nông nghiệp, công nghiệp [1, 5, 6, 7, 8] 23 2.3.1 Trong kĩ nghệ [1] 23 2.3.2 Trong nông nghiệp[1] 25 2.3.2.1 Lựa chọn rau, hoa tươi 25 2.3.2.2 Phát bệnh vi khuẩn gây nông phẩm 26 2.3.2.3 Đánh giá chất lượng phát lương thực bị hỏng 26 2.3.2.4 Đánh giá chất lượng phân biệt tinh bột 27 2.3.2.5 Chọn giống 28 2.3.3 Trong công nghiệp [5, 6, 7, 8] 29 2.3.3.1 Đèn huỳnh quang [5] 29 2.3.3.2 Bảng huỳnh quang [8] 30 2.3.3.3 Cảm biến huỳnh quang [6] 31 2.3.3.4 Sensor DO (Dissolved Oxygen) huỳnh quang dùng q trình sục khí [7] 32 Kết luận chương 35 KẾT LUẬN CHUNG 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, nghiệp CNH - HĐH đất nước việc ứng dụng kĩ thuật cơng nghệ đại đóng vai trị quan trọng Một số thành tựu Vật lý học mà cụ thể Vật lý huỳnh quang Cùng với tiến mạnh mẽ lĩnh vực khoa học công nghệ làm cho lĩnh vực phát triển cách nhanh chóng mang lại hiệu cao Trong đó, việc nghiên cứu, tìm hiểu Hiện tượng huỳnh quang ứng dụng huỳnh quang có ý nghĩa hết sức quan trọng Nhờ vào việc nghiên cứu áp dụng Phương pháp huỳnh quang (ứng dụng Huỳnh quang vào kĩ thuật phân tích) mà người ta giải nhiều vấn đề mà phương pháp thơng thường khác khó khơng thể làm [1], [2] Với ưu điểm bật so với phương pháp khác đơn giản, nhanh chóng hiệu cao phương pháp huỳnh quang sử dụng rộng rãi lĩnh vực khác sống như: nông nghiệp, công nghiệp, y học điều tra, khảo cổ học, nghiên cứu phát bức xạ khơng nhìn thấy, … Với lí trên, chúng tơi lựa chọn đề tài “Hiện tượng huỳnh quang số ứng dụng tượng huỳnh quang’’ nhằm nghiên cứu tượng tìm hiểu số ứng dụng huỳnh quang Ngồi phần mở đầu, kết luận tài liệu tham khảo, nội dung khóa luận bao gồm hai chương: - Chương 1: Trình bày cách tổng quát tượng huỳnh quang, tính chất tượng huỳnh quang - Chương 2: Giới thiệu số ứng dụng tượng huỳnh quang lĩnh vực nghiên cứu khoa học - kĩ thuật, đời sống, sản xuất Mặc dù cố gắng hạn chế thời gian kiến thức nên luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót, mong nhận góp ý thầy giáo bạn đọc để luận văn hoàn thiện Qua đây, xin chân thành bày tỏ lịng biết ơn tới thầy, giáo khoa Vật lí – Trường Đại học Vinh giảng dạy giúp đỡ suốt thời gian học tập Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Thầy giáo - TS Mai Văn Lưu định hướng cho đề tài, trực tiếp hướng dẫn, tham gia giảng dạy giúp đỡ suốt trình nghiên cứu, hồn thiện đề tài khóa luận tốt nghiệp Chương HIỆN TƯỢNG HUỲNH QUANG 1.1 Khái niệm huỳnh quang Chất huỳnh quang [1,3] Ta biết, chất hấp thụ lượng bên dùng lượng hấp thụ để đưa phân tử từ trạng thái lên trạng thái kích thích, sau thời gian phân tử chuyển trạng thái bức xạ ánh sáng Hiện tượng gọi tượng huỳnh quang Định nghĩa Huỳnh quang Videman đưa lần vào năm 1888, sau Vavilôp bổ sung thêm tiêu chuẩn thời gian kéo dài Hiện nay, người ta sử dụng định nghĩa Vavilơp đưa : Huỳnh quang xạ cịn dư xạ nhiệt trường hợp xạ cịn dư kéo dài khoảng thời gian 10-10 s lớn Và chất có khả biến dạng lượng khác (quang năng, điện nhiệt năng,…) sang dạng quang gọi chất huỳnh quang Muốn cho hạt chất huỳnh quang chuyển từ trạng thái sang trạng thái kích thích, người ta rọi chúng bước sóng ngắn (ánh sáng nhìn thấy, ánh sáng tử ngoại, tia X,…) hay bức xạ hạt (tia âm cực, tia dương cực, tia γ,…) Sự bức xạ quang học chất huỳnh quang gọi tượng huỳnh quang Thông thường, huỳnh quang bức xạ nằm vùng quang học, nghĩa vùng từ tử ngoại gần đến vùng hồng ngoại Tuy nhiên, dùng bức xạ hạt để kích thích ánh sáng huỳnh quang bức xạ nằm vùng tử ngoại xa, ví dụ, vùng tia X kích thích bức xạ hạt Hiện tượng huỳnh quang số tính chất cuả biểu diễn qua sơ đồ sau : 4’ 3’ 2’ 1’ 0’ 4” 3” 2” 1” 0” Hình 1.1 Sơ đồ biểu diễn mức lượng phân tử Chúng ta biết rằng, lượng phân tử tổng hợp lượng điện tử, lượng dao động hạt nhân lượng quay:E = Edđ + Eđt + Eq, Eđt > Edđ > Eq Tất loại lượng bị lượng tử hóa lượng quay bé Trong hình vẽ, mức 0’’ 0’ mức dao động thấp trạng thái I trạng thái kích thích II phân tử Mỗi giá trị định lượng điện tử ứng với số giá trị khả dĩ lượng dao động Nếu bỏ qua lượng quay tương ứng với trạng thái I II, có số mức lượng 0’’, 1’’,2’’,3’’,4’’ 0’, 1’, 2’, 3’, 4’ Các giá trị lượng tổng số lượng điện tử với lượng dao động Vậy trình quang học tâm bao gồm chuyển dời kích thích bức xạ mô tả sơ đồ mức lượng (Hình vẽ 1.1) Nói chung, khoảng cách mức lượng khơng Ta kích thích điện tử vốn nằm mức (với giả định nhiệt độ đủ thấp) lên mức cao Sự phân bố phân tử nằm mức dao động trạng thái kích thích II trạng thái I xác định theo biểu thức Boltzman :  E  N i  N exp   i   kT  (1.1) Với : Ni: Số phân tử mức i N0: Tổng số phân tử Ei : Năng lượng dao động ứng với mức i k : Hằng số Boltzman T : Nhiệt độ tuyệt đối Các điện tử ln có khuynh hướng chuyển dời xuống mức lượng thấp Lúc xuất hai khả : + Nếu chuyển dời xảy mức lượng có khoảng cách đủ hẹp tâm trở trạng thái bản, không phát huỳnh quang mà phát phônon Ta gọi chuyển dời khơng phát xạ + Nếu chuyển dời xảy mức lượng có khoảng cách đủ lớn, cụ thể lớn ngưỡng (phụ thuộc vào chất vật liệu) q trình kèm theo phát phơton Ta gọi chuyển dời phát xạ Như vậy, để hiểu trình phát quang tâm, ta phải biết vị trí mức lượng điện tử, chất q trình kích thích phát xạ Con đường hiệu để đạt điều khảo sát q trình hấp thụ huỳnh quang vật liệu chứa tâm 1.2 Phân loại tượng huỳnh quang [1] Các tượng đa dạng huỳnh quang phân loại theo dấu hiệu khác Hiện nay, người ta dùng phương pháp sau : 1.2.1 Phân loại theo tính động học q trình xảy chất huỳnh quang Phương pháp có sở khoa học vững Tuy nhiên, việc áp dụng có khó khăn dùng cho trường hợp mà phát quang nghiên cứu đầy đủ, nghĩa nắm thực chất q trình phát quang 1.2.2 Phân loại theo tính chất hóa học Phương pháp chủ yếu nhà khoa học dùng để mơ tả tính chất phương pháp điều chế bột huỳnh quang 1.2.3 Phân loại theo thời gian phát quang kéo dài Từ lâu nghiên cứu chất huỳnh quang, người ta ý đến thời gian phát quang kéo dài lấy làm tiêu chuẩn để phân biệt dạng huỳnh quang Tất dạng huỳnh quang chia làm hai loại: - Dịch quang phát quang chất bị tắt sau thơi kích thích - Lân quang phát quang chất có khả kéo dài lâu sau kích thích cỡ ms vài phút chí vài Những chất dịch quang thường chất khí lỏng; cịn chất lân quang chất rắn Tuy nhiên, kĩ thuật thực nghiệm ngày phát triển nên người ta đo q trình xảy nhanh đó, xác định thời gian phát quang kéo dài ngắn cỡ nanô giây picô giây Như vậy, cách phân loại khơng cịn ý nghĩa tùy tiện lấy mốc thời gian phát quang kéo dài để phân biệt chất dịch quang chất lân quang Hiện nay, đa số nhà vật lý dùng danh từ dịch quang lân quang cách định tính chất có thời gian phát quang kéo dài nhìn mắt gọi lân quang cịn dịch quang chất mà thời gian phát quang kéo dài không đáng kể 1.2.4 Phân loại theo cách kích thích Các phương pháp kích thích khác nói chung khơng làm thay đổi chất phát quang trình xảy kích thích phương pháp khác có điểm đặc biệt làm sở để phân loại Hiện nay, người ta chủ yếu sử dụng phương pháp để phân loại tượng huỳnh quang Nếu dùng ánh sáng để kích thích người ta gọi quang - huỳnh quang, dùng điện trường để kích thích gọi điện - huỳnh quang, dùng tia X để kích thích gọi tia X - huỳnh quang, 1.3 Các tính chất tượng huỳnh quang [1, 2, 3] 1.3.1 Phổ hấp thụ Phổ hấp thụ chất tập hợp hệ số hấp thụ đặc trưng cho khả hấp thụ chất bước sóng hay tần số khác l  o  dl Hình 1.2 Độ giảm quang thơng qua lớp vật chất dày l Gọi d độ giảm quang thơng có tần số  qua đơn vị nguyên tố chiều dày dl chất hấp thụ, l độ dày toàn chất hấp thụ, K hệ hấp thụ ứng với tần số  ,  quang thơng có tần số  khỏi chất hấp thụ Thực nghiệm cho thấy độ giảm quang thông d phụ thuộc bậc vào  dl Ta có : d   K  dl (1.2) Chú ý chiều dày tăng (dl > 0) quang thơng khỏi chất hấp thụ giảm ( d < 0), đó, vế phải lấy dấu trừ Lấy tích phân phương trình (1.2), ta có : d  hay    K dl ln  + lnC = - K l Khi l =   =  o quang thông bắt đầu vào chất hấp thụ (1.3) ln  o + lnC = Ta có :  ln C = - ln  o Thay vào : ln  - ln  o = - K l  ln    K l o    o e  K l (1.4) Ta chuyển công thức (1.4) theo số 10 cách đặt :   o 10  K l ' Và xác định K' cách sau : e  K l  10  K l '  ln e  K l   K l  ln 10  K l   K' l ln 10  2,3.K' l ' Do : K'  K 2,3 -1 K' gọi hệ số tắt, thứ nguyên K K' cm Từ công thức (1.4) suy : K  2,3 o lg l  (1.5) Công thức sở để xác định hệ số hấp thụ K từ thực nghiệm cách đo tỉ số  o  Nếu chất hấp thụ dung dịch ta có ; d   K1 C dl (1.6) , C nồng độ dung dịch Tương tự trên, lấy tích phân phương trình (1.6), ta có cơng thức Beer :   o e  K  C.l (1.7)   o 10  K  C l (1.8) ' K 1 K 1' gọi hệ số hấp thụ hệ số tắt, chúng có thứ nguyên C.l Trong nhiều trường hợp, hệ số hấp thụ K 1 không phụ thuộc vào nồng độ C Tuy nhiên, có tương tác phân tử hấp thụ khả hấp thụ bị thay đổi tùy theo nồng độ khác Do đó, K 1 hàm số nồng độ Cuối cùng, người ta cịn dùng phương pháp huỳnh quang để xác định vết thương đạn súng gây ra, 2.2.2 Nghiên cứu huỳnh quang khảo cổ học Bằng phương pháp huỳnh quang, người ta đọc tài liệu cổ viết tay bị xóa bị mờ Thường muốn đọc nơi bị xóa, người ta dọi tài liệu ánh sáng tử ngoại Tuy nhiên, tài liệu viết mực có chứa anilin (C6H7N) phương pháp khơng sử dụng Trong trường hợp này, người ta kích thích ánh sáng vùng khả kiến chụp ảnh hồng ngoại tài liệu phát Phương pháp cho phép đọc tài liệu mà điều kiện thông thường khơng cịn thấy Phương pháp dùng để phát sớm tài liệu nấm mốc làm hỏng Để xác định niên đại vật cổ sành sứ, người ta dùng phương pháp nhiệt huỳnh quang Phương pháp có ưu điểm riêng so với phương pháp C14 dùng phổ biến xác định niên đại khảo cổ 2.3 Ứng dụng kĩ nghệ, nông nghiệp, công nghiệp [1, 5, 6, 7, 8] 2.3.1 Trong kĩ nghệ [1] Hiện nay, phương pháp huỳnh quang áp dụng rộng rãi kĩ nghệ để phát vết rạn nứt xây xát bề mặt sản phẩm cơng nghệ Việc phát có tầm quan trọng lớn số ngành chế tạo máy móc máy bay, chi tiết cánh quạt, tuabin, phụ tùng ôtô,… So với phương pháp phát khác phương pháp tia X, phương pháp siêu âm phương pháp từ phương pháp huỳnh quang có nhiều ưu nên phạm vi sử dụng rộng rãi Thật vậy, phương pháp thành phẩm cần kiểm tra làm bất cứ chất liệu (phương pháp từ dùng cho vật liệu có khả nhiễm từ mà áp dụng cho vật liệu làm kim loại màu), có hình dạng kích thước nhỏ Nội dung phương pháp sau: Trước tiên, thành phẩm muốn kiểm tra ngâm dung dịch huỳnh quang độ vài Sau đó, thành phẩm tẩy dịch huỳnh quang phương pháp đặc biệt Nếu mặt thành phẩm có vết rạn nứt dung dịch huỳnh quang ngấm vào khe nứt tẩy Bây giờ, dọi tia tử ngoại lên thành phẩm dung dịch huỳnh quang cịn sót lại khe nứt phát quang khiến dễ dàng 23 phát Nguyên tắc phương pháp rõ ràng đơn giản Tuy nhiên, thực trường hợp cụ thể hiệu thu phụ thuộc nhiều vào quy trình chọn vào hóa chất dùng Do đó, giới người ta đề nhiều quy trình khác Ví dụ, Anh người ta dùng quy trình sau đây: chi tiết cần kiểm tra ngâm dung dịch antraxen (C14H10) hòa tan têtcraclorua cacbon (CCl4) đun nóng đến 70 – 750C, sau dùng dung môi hữu để rửa dung dịch huỳnh quang Một biến thể khác phương pháp không dùng dung môi hữu để rửa mà dùng chất tắt huỳnh quang để dập tắt ánh sáng huỳnh quang dung dịch Chất tắt kịp ảnh hưởng đến dung dịch huỳnh quang dính bề mặt chi tiết Do chỗ dung dịch chuỳnh quang ngấm vết rạn nứt chưa kịp tác dụng với chất tắt nên nhìn ánh sáng tử ngoại dễ dàng phát chúng Ở Mỹ áp dụng quy trình sau: Bơi chất huỳnh quang gồm có dầu mỡ hịa tan dầu hỏa, sau để khơ khơng khí từ 5- 10 phút đơi đến tùy theo kích thước bề mặt chi tiết Thực nghiệm cho thấy, thời gian để khơ lớn dễ phát vết nứt có độ sâu bé Sau để khô xong, người ta rửa dung dịch huỳnh quang nước sấy khơ khí nóng Trong trường hợp này, tốt không nên dùng dung môi hữu để tẩy dung dịch huỳnh quang Sau sấy khô, người ta rắc bột oxit Manhê (MgO) chi tiết Bột hút dung dịch huỳnh quang từ vết rạn nứt nơi có vết rạn nứt phát quang mạnh dọi tia tử ngoại Ở Đức, dung dịch huỳnh quang dùng ête dầu hỏa trộn dầu nhờn dùng máy nén Ở Pháp, người ta lại dùng hỗn hợp têtralin xylen rượu để làm dung dịch huỳnh quang dùng bột Silicagel (SiO2.nH2O (n Điều cần phải ý trước quan sát ánh sáng huỳnh quang Nói chung, 26 màu sữa khơng bình thường thiết phải kiểm tra cẩn thận mặt vi trùng mặt vi khuẩn trước đem sử dụng - Đánh giá chất lượng Trứng: Người ta dùng phương pháp huỳnh quang để phát trứng hỏng loại vi khuẩn Pseudomonas flourescer gây Đầu tiên, vi khuẩn tập hợp phía vỏ trứng, sau từ – ngày chúng thâm nhập vào lòng trắng Lúc giờ, lòng trắng bắt đầu phát huỳnh quang kích thích tia tử ngoại Khi tồn lịng trắng trứng phát huỳnh quang số lượng vi khuẩn đạt tới 107 đơn vị 1g tăng đến 109 đơn vị tiếp tục giữ Người ta thấy rằng, trứng giữ sau đẻ 58 ngày nhiệt độ 160C độ ẩm tỉ đối 85- 870C dễ bị nhiễm trùng trứng tươi - Đánh giá chất lượng Thịt: Hai loại kí sinh trùng thường thấy thịt cysticercus cellulosae cysticercus bovi’s phát huỳnh quang màu đỏ Các loại kí sinh trùng khác khơng phát huỳnh quang Hai loại kí sinh trùng khơng thể phân biệt với màu sắc cường độ ánh sáng huỳnh quang mà chúng phát hồn tồn Thêm vào kí sinh trùng cysticercus cellulosae kí sinh trùng cysticercus bovi’s cịn sống hay chết phát huỳnh quang - Phát nấm mốc loại Aspergillus: Thường đồ hộp bị hỏng mặt chúng xuất nấm mốc Aspergillus Loại nấm khó nhận thấy phương pháp thơng thường Thí nghiệm cho thấy, dạng khác nấm mốc loại Aspergillus phát huỳnh quang khác sau dùng loại thuốc thử hóa học êtyl (C2H5), clorofom (CHCl3), benzen (C6H6), axêton (CH3COCH3), étxăng, dung dịch axit nitric (HNO3), axit axêtic (CH3COOH),… Trong ánh sáng tử ngoại, dạng nấm mốc khác có màu khác Dựa vào màu này, người ta phân biệt dạng sau nấm mốc Aspergillus: A.versicolor, A.fumigatus, A.citrosporus, A.sydowi, A.niger, A.galucus 2.3.2.4 Đánh giá chất lượng phân biệt tinh bột Người ta nhận thấy rằng, vỏ gạo phát huỳnh quang màu xanh mạnh lớp trong, đó, rõ ràng bột gạo nhiều cám huỳnh quang mạnh bột gạo Ngồi ra, người ta cịn thấy, mầm lúa huỳnh quang mạnh nhất, đó, bột có nhiều mầm màu huỳnh quang bột sáng Tuy nhiên, ánh sáng huỳnh quang bột phụ thuộc vào loại lúa mà phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác Thí dụ, tăng độ ẩm bột ánh sáng 27 huỳnh quang chuyển từ màu xanh sang màu xanh da trời Các loại nấm vi khuẩn bột làm ảnh hưởng đến ánh sáng huỳnh quang bột Trong thực tế, việc phân biệt loại bột khác quan trọng Muốn phân biệt loại bột, người ta dùng chất huỳnh quang sắc Thí dụ, muốn phân biệt lúa mì bột lúa mạch người ta nhuộm chúng dung dịch đimêtyl- naptalin ((CH3)2-C10H8) với nồng độ 0,01% Bột lúa mì phát quang màu da cam sáng cịn bột lúa mạch phát quang màu da cam xám Phương pháp huỳnh quang cịn dùng để phát loại gạo lúa bị sâu bệnh gây Thơng thường, sâu bệnh tiêm vào hạt thóc chất hóa học đặc biệt, đó, thành phần gạo có biến đổi khiến cho phát quang gạo thay đổi 2.3.2.5 Chọn giống Trong nông nghiệp, vấn đề tăng suất trồng liên quan chặt chẽ đến vấn đề giống Giống tốt, giống có suất cao, giống khơng bị ủ bệnh giữ vai trò hết sức quan trọng Tuy nhiên, thu hoạch nông nghiệp không cho phép thu hạt giống Bao có lẫn lộn giống giống Nếu khơng chọn lựa loại giống lúc đầu tốt qua nhiều hệ bị suy biến dần Phương pháp huỳnh quang có khả giúp cho vấn đề chọn giống dễ dàng xác Tuy nhiên, phương pháp chưa khai thác triệt để Một số kết nghiên cứu sơ cho thấy, giống đậu nành Phaseolus vulgaris vụ thu hoạch phát quang màu tím cịn vụ cũ khơng huỳnh quang Giống gai Linumustatisimum tùy theo vụ hay cũ mà ánh sáng huỳnh quang thay đổi từ màu xanh da trời sẫm sang màu vàng nhạt Hơn nữa, hạt giống có vi khuẩn nấm mốc thấy hạt giống phát quang khơng bình thường mà lốm đốm vết đen vàng Đối với ngô, việc chọn giống tiến hành sau: cắt hạt ngơ làm đơi dọc theo mầm của Mầm loại giống tốt phát quang màu tím pha xanh da trời Với độ ẩm bình thường nghĩa từ 14-15% , giống ngơ tốt cường độ phát quang mạnh Khi tăng độ ẩm, cường độ phát quang có giảm đơi chút Mầm giống ngô xấu phát quang màu vàng nhạt, màu nâu, màu xám màu lục pha vàng Những loại ngô đem gieo chắn không mọc có mọc cho ngơ yếu ớt, dễ bị nhiễm bệnh Các kết chọn giống ngô nhiều vụ khác nhau, nhiều năm liền chứng tỏ phương pháp huỳnh 28 quang có triển vọng để chọn giống ngô làm cho suất ngô tăng lên rõ rệt Đối với lúa, gai, đậu dùng phương pháp tương tự ngô 2.3.3 Trong công nghiệp [5, 6, 7, 8] Nhờ ứng dụng tượng huỳnh quang sử dụng chất huỳnh quang thích hợp, người ta chế tạo nhiều sản phẩm cơng nghiệp có tính ứng dụng cao đời sống sản xuất ngày việc nghiên cứu khoa học kĩ thuật như: đèn huỳnh quang, bảng huỳnh quang, cảm biến huỳnh quang… 2.3.3.1 Đèn huỳnh quang [5] Từ kỹ sư người Mỹ Peter Cooper Hewitt sáng chế vào năm 1902 phổ biến từ 1939 đến nay, đèn huỳnh quang cải tiến để sử dụng rộng rãi từ gia đình cửa hàng, văn phịng, đường phố, với vơ số kiểu dáng, màu sắc, kích thước, công suất tùy theo công dụng chúng - Cơ chế phát sáng đèn huỳnh quang : Đèn huỳnh quang có cấu tạo gồm hai phận ống tuýp đèn hai điện cực hai đầu Cơ chế phát sáng đèn huỳnh quang phức tạp, diễn bên ống thủy tinh hình trụ bịt kín Ống hút chân khơng, bên có chút thủy ngân bơm đầy khí trơ, thường khí Argon (Ar) hay Neon (Ne) Mặt bên ống tráng lớp lớp huỳnh quang tức bột phốtpho (P) Ống có hai điện cực hai đầu, nối với mạch điện xoay chiều Khi ta bật công tắc đèn xảy tượng hồ quang điện tức phóng điện khí trơ để kích thích tạo ánh sáng Hiện tượng sau: Khi dòng điện vào gây hiệu điện lớn điện cực dây tóc đầu điện cực nóng lên, phát xạ hạt electron di chuyển ống với vận tốc cao từ đầu đến đầu Trên đường đi, chúng va chạm vào phân tử khí trơ làm phóng nhiều hạt ion Hình 2.1 Các loại đèn huỳnh quang nhiều màu sắc, kiểu dáng 29 Quá trình tỏa nhiệt làm thủy ngân ống hóa Khi electron ion di chuyển ống, chúng va chạm vào nguyên tử khí thủy ngân Những va chạm làm nguyên tử thủy ngân phát xạ photon ánh sáng cực tím tức tia tử ngoại mà mắt thường không thấy Do đó, loại ánh sáng cần phải chuyển đổi thành ánh sáng nhìn thấy để thắp sáng bóng đèn nhiệm vụ lớp huỳnh quang ống Khi tia cực tím va chạm vào mặt bóng đèn, làm cho nguyên tử phốt giải phóng hạt photon dạng tia hồng ngoại với ánh sáng trắng mắt thường thấy mà khơng sinh nhiệt lượng lớn Các nhà sản xuất thay đổi màu sắc ánh sáng cách sử dụng hợp chất huỳnh quang khác 2.3.3.2 Bảng huỳnh quang [8] Cùng với phát triển đa dạng ngành nghề kinh doanh, nhu cầu tạo nên khác biệt quảng cáo ngày gia tăng nhằm mục đích thu hút khách hàng tối đa mà đảm bảo chi phí thấp, hiệu cao Sự có mặt bảng LED huỳnh quang (LED writing board) thị trường tạo bước đột phá công nghệ quảng cáo đại Hình 2.2 Một số hình ảnh bảng huỳnh quang Giống bảng LED truyền thống, bảng LED huỳnh quang thu hút khách hàng từ khoảng cách xa hệ thống đèn LED nhiều màu nhấp nháy liên tục sống động Hơn với chế hoạt động linh hoạt, ta dễ dàng thay đổi nội dung quảng cáo bất cứ mà tốn thêm chi phí, đơn giản vẽ (viết), xóa vẽ lại Thông điệp quảng cáo thực bật, mang đậm dấu ấn riêng, tạo nên khác biệt theo mong muốn người sử dụng 30 Mà biết rằng, ngày khác biệt yếu tố định tới 50% thành công quảng cáo Bảng LED huỳnh quang thiết kế đơn giản với kích thước 60x80cm độ dày chưa tới 1cm, dễ dàng trang trí, di chuyển bảng LED tới nhiều vị trí, treo tường bức tranh nhiều màu sắc, hay để lên chân đế nhà hay phố vô tiện lợi Bảng LED huỳnh quang sử dụng nguồn điện 12V nên tiết kiệm điện, an tồn, thân thiện với mơi trường tuổi thọ kéo dài tới 80.000 sử dụng Sản phẩm có remote điều khiển từ xa dễ cho việc sử dụng, dải đèn LED có 15 chế độ màu tĩnh chế độ nhấp nháy kết hợp với bút màu huỳnh quang thỏa sức cho việc sáng tạo thơng điệp Chính nhờ ưu điểm vượt trội, bảng LED huỳnh quang ứng dụng để làm biển quảng cáo sử dụng giảng dạy, thuyết trình… 2.3.3.3 Cảm biến huỳnh quang [6] Khi nhu cầu sản phẩm ngày tăng yêu cầu đặt quy trình điều khiển tự động phải có khả cung cấp sản phẩm, linh kiện với giá ngày thấp phải giữ chất lượng cao Một yếu tố đóng góp việc làm tăng suất sản xuất hệ thống cảm biến gắn dây chuyền để đánh giá thông số, đặc điểm sản phẩm tốc độ cao (tần số lên tới 100 sản phẩm/giây) Rõ ràng, có nhiều loại cảm biến bao gồm cảm biến màu, cảm biến dấu màu, cảm biến tương phản, cảm biến huỳnh quang, … Ở đây, xét ứng dụng cảm biến huỳnh quang Hình 2.3 Cảm biến huỳnh quang ứng dụng sản xuất dược phẩm 31 Cảm biến huỳnh quang đáp ứng với vật liệu sơn, mỡ, mực chất keo dính Những vật liệu thường chứa chất đánh dấu huỳng quang, phát ánh sáng vùng khả kiến bị nguồn cực tím kích thích Những cảm biến hữu dụng ứng dụng cần xác định có mặt vật liệu cách xác (Hình 2.3) Kỹ thuật áp dụng dấu huỳnh quang thường sử dụng ứng dụng có biến đổi đáng kể màu biến đổi bỏ qua (ví dụ ký tự hình ảnh in nhãn hàng) sử dụng kĩ thuật Một dấu huỳnh quang in loại mực tàng hình lên vị trí nhãn mà khơng làm ảnh hưởng tới tính thẩm mỹ nhãn cho phép cảm biến phát dấu quang (sự có mặt, định hướng vị trí nhãn) Nhiều vật liệu sản xuất đóng gói sử dụng chất đánh dấu lân quang để xác định lại có mặt dấu quang Các vật liệu gồm chất keo dính, gơm, màng mỏng, lực mỡ bơi trơn Vì nhiều số vật liệu suốt gần suốt nên sử dụng loại cảm biến khác khơng thích hợp Màu chất huỳnh quang cân nhắc quan trọng ứng dụng cảm biến huỳnh quang Khi sử dụng cảm biến cần phải kiểm tra để chắn chất huỳnh quang không tồn nền, điều ảnh hưởng tới tính ổn định phát dấu quang đo đạc Những vật liệu giấy, chất làm tăng quang có tính huỳnh quang mạnh Rất khó để tạo dấu huỳnh quang lớn cường độ tờ giấy chất lượng cao Trong trường hợp đó, mực huỳnh quang dải màu vàng xanh phù hợp cho phép phân biệt dấu quang trang giấy Nói cách khác, vật liệu gỗ có sẵn tính phát quang tự nhiên nên cần cường độ lớn điều kiện chiếu sáng để đảm độ tin cậy phép đo 2.3.3.4 Sensor DO (Dissolved Oxygen) huỳnh quang dùng trình sục khí [7] Nước thải xử lý khơng tốt, chất dinh dưỡng Nitơ Phospho không xử lý triệt để Tuy vậy, việc loại bỏ chất dinh dưỡng sinh học (Biological Nutrient Removal – BNR) chất thải làm ảnh hưởng đến nguồn tiếp nhận nước thải Trong trình BNR, hỗn hợp vi sinh vật tự nhiên sử dụng để loại bỏ Nitơ, Photpho (P) nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) 32 Hình 2.4 Đầu cảm biến huỳnh quang DO Hình 2.5 Sensor DO huỳnh quang Oxy cần thiết cho việc trì hệ vi sinh vật, để kiểm sốt nồng độ oxy hòa tan (DO) bước quan trọng trình BNR Về bản, để loại bỏ chất dinh dưỡng thành cơng khả kiểm soát nồng độ DO suốt giai đoạn khác q trình Giai đoạn hiếu khí, giai đoạn thiếu khí, giai đoạn kị khí để loại bỏ Nitơ Phospho nước thải Trong giai đoạn đầu trình BNR, gọi giai đoạn hiếu khí (hoặc giai đoạn oxic), khơng khí cung cấp vào trình xử lý, hợp chất hữu nitơ bị oxy hóa kết tạo hợp chất nitrate (NO3) Các vi khuẩn nitrate hấp thụ Phospho từ nước thải giai đoạn Đến giai đoạn (thiếu khí) giai đoạn khử nitơ, ngừng cung cấp khơng khí, thiếu oxy tự nên vi khuẩn sử dụng oxy hợp chất nitrate cho việc hô hấp Lúc Nitơ từ q trình dạng khí Giai đoạn cuối cùng, gọi giai đoạn kị khí, bắt đầu oxy hợp chất nitrate cạn kiệt Các vi khuẩn thiếu khí sử dụng Phospho nước thải để hoạt động Việc kiểm sốt lượng oxy hịa tan sở cho trình BNR, DO cần phải trì để đạt hiệu cao giai đoạn Mặt khác, kiểm soát DO đem lại lợi ích khác giảm đáng kể chi phí lượng cần cung cấp cho máy thổi khí, điều giúp giảm chi phí vận hành nhà máy Giảm tới 70% điện tiêu thụ sở xử lý nước thải cho q trình sục khí Các sở xử lý trung bình tiết kiệm đến 30% chi phí cách tự động kiểm sốt việc cung cấp khí cách chủ động xác lượng DO Tế bào cảm biến DO Clark (điện đồ thị cực) có cơng nghệ thống trị để đo DO sở xử lý nước thải hay gọi cảm biến điện hóa Các cảm biến sử dụng anot catot chứa chất điện phân cách ly với môi trường màng thấm oxy Do màng nhạy cảm chất điện phân dễ bị ô nhiễm nên cảm biến 33 địi hỏi phải có bảo trì thường xun liên tục Việc thường xun bảo trì gây khó chịu để lại nghi vấn lợi ích việc đo lường Cách khoảng năm, cảm biến sử dụng công nghệ huỳnh quang giới thiệu cho ngành công nghiệp xử lý nước thải Với hàng ngàn lắp đặt giới, hệ thống chứng minh đáng tin cậy làm giảm đáng kể mức độ bảo trì đo DO Cơng nghệ huỳnh quang thực khơng phải mới, sử dụng để đo DO lò phản ứng sinh học Vấn đề việc áp dụng cho ngành cơng nghiệp xử lý nước thải có khả thi hay khơng việc đảm bảo độ bền cảm biến kiểm soát chi phí cơng nghệ sản xuất Ngồi ra, hệ thống thiết kế gọn để dễ dàng sử dụng yêu cầu bảo trì ít, có phận phân tích cảm biến để xác định hồn thành công việc Không giống tế bào Clark truyền thống số loại đầu dò quang học, cảm biến có tuổi thọ lên đến 10 năm dựa thử nghiệm, khơng có vật tư tiêu hao, khơng có phận thay thế, khơng có sạc, khơng có phim thay khơng có màng hộp màng Hệ thống đo lường việc sản xuất bước sóng lượng cụ thể (475nm) cảm biến Bước sóng sau chuyển đến hợp chất Ruthenium (Ru) cố định ma trận sol-gel Ruthenium kim loại thuộc nhóm bạch kim, sử dụng thành phần hợp kim để làm phận liên lạc điện chịu mài mòn Nó có khả hấp thu lượng, kích thích electron hợp chất Ruthenium Các electron sau quay trở lại trạng thái ban đầu phát lượng bước sóng 609nm Đây nguyên tắc huỳnh quang, cường độ bước sóng truyền kiểm sốt chặt chẽ Ruthenium cố định lượng huỳnh quang phần đoán trước lặp lại Khi phân tử oxy xuất hiện, số lượng huỳnh quang giảm, điều gọi “huỳnh quang dập tắt” Bằng cách đo lượng huỳnh quang dập tắt, ta xác định nồng độ oxy tiếp xúc với phần tử cảm biến Việc sử dụng huỳnh quang giảm tần xuất bảo trì việc khơng vật tư tiêu hao mà giảm tần suất hiệu chỉnh thiết bị Với đầu dị truyền thống cần phải có hiệu chỉnh thường xuyên thay đổi màng catot, điều hoàn toàn loại bỏ đầu dò huỳnh quang Do ổn định thiết bị điện tử quang học, cảm biến sai lệch 1% năm đó, việc hiệu chuẩn lại độ xác cần thực lại hai năm lần 34 Ngoài ra, đầu thăm dị huỳnh quang DO có độ bền đầu dị tế bào Clark truyền thống, khơng bị hư hỏng làm bình thường Các cảm biến kèm với phận tự động làm khơng khí nước Bộ phận tự động phân tích tính tốn để đóng mở van mở máy nén khí đóng mở người sử dụng Cảm biến thiết kế chắn cho sở xử lý nước thải Trong vài trường hợp hoi mà bề mặt bị hư hỏng, thay Các cảm biến hốn đổi cho nhau, chúng khơng phân tích riêng biệt, vậy, cảm biến di chuyển phận cảm biến thay thêm vào có yêu cầu Về xử lý bên cảm biến nhận dạng cho phép thích ứng với hoạt động cảm biến Bằng việc sử dụng công nghệ huỳnh quang phép đo nồng độ oxy hòa tan, chuyên gia xử lý nước thải có cơng cụ đáng tin cậy cho phép tối ưu hóa q trình xử lý sinh học giảm chi phí lượng Một lợi ích khác giảm thời gian, tần suất trì hiệu chuẩn hệ thống đo lường Kết luận chương Trong chương 2, luận văn trình bày số ứng dụng huỳnh quang nghiên cứu Khoa học - Kĩ thuật, lĩnh vực gần gũi với sống nông nghiệp, cơng nghiệp, y học, Qua đó, ta thấy với tiến mạnh mẽ khoa học công nghệ thúc đẩy kĩ thuật ứng dụng huỳnh quang phát triển hết sức nhanh chóng đa dạng, mang lại hiệu cao mặt đời sống xã hội 35 KẾT LUẬN CHUNG Trong q trình nghiên cứu hồn thành đề tài khóa luận tốt nghiệp chúng tơi rút số kết luận sau đây: Hiện tượng huỳnh quang từ lâu nhà khoa học quan tâm nghiên cứu, định nghĩa tượng huỳnh quang Viderman phát biểu năm 1888 Tuy nhiên định nghĩa chưa thể yếu tố thời gian phát quang kéo dài tượng huỳnh quang Chính thế, định nghĩa Vavilơp bổ sung thêm tiêu chuẩn thời gian phát quang, qua hiểu huỳnh quang xạ dư xạ nhiệt trường hợp xạ cịn dư kéo dài khoảng thời gian 10-10 s lớn Trên sở định nghĩa tượng huỳnh quang trình bày, nội dung chương đề cập đến phương pháp phân loại huỳnh quang Ở đây, việc phân loại huỳnh quang dựa vào tính chất hóa học chất huỳnh quang, theo thời gian phát quang kéo dài hay phân loại theo cách kích thích Ngày nay, để đơn giản thường phân loại huỳnh quang theo cách kích thích, qua có quang – huỳnh quang, điện – huỳnh quang, tia X – huỳnh quang, Một số tính chất tượng huỳnh quang trình bày Ở đây, khóa luận đề cập đến phổ hấp thụ, phổ huỳnh quang, khóa luận quan tâm đến phân cực ánh sáng huỳnh quang tắt dần ánh sáng huỳnh quang Đây tính chất đặc trưng quan trọng tượng huỳnh quang Dựa vào tính chất quan trọng này, với phát triển công nghệ mà tượng huỳnh quang ứng dụng rộng rãi khoa học, kỹ thuật, đời sống xã hội Những nội dung trình bày khóa luận chưa phải sâu sắc nguồn tài liệu tham khảo hữu ích cho quan tâm, muốn tìm hiểu nghiên cứu tượng huỳnh quang ứng dụng huỳnh quang 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hiện tượng huỳnh quang kĩ thuật phân tích huỳnh quang Phan Văn Thích Đại học Tổng hợp Hà Nội (1973 ) [2] Huỳnh quang Phan Văn Thích Nguyễn Đại Hưng Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội ( 2004) [3] Sự phát quang Photpho tinh thể Hoàng Văn Dũng Luận văn tốt nghiệp đại học, Đại học Vinh (2003) [4] Luminescence of molecules and crystals M.D.Galanin(E.d) Institute of Physics P.N.Lebedev (1999 ) [5] http://www Khoahoc.baodatviet.vn [6] http://www Automantion.net.vn [7] http://www Giaiphapmoitruong.com [8] http://www Lamwebre.net 37 ... ===  === HIỆN TƯỢNG HUỲNH QUANG VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG HUỲNH QUANG KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: QUANG HỌC -QUANG PHỔ Cán hướng dẫn: TS mai văn lưu Sinh viên thực hiện: vương... văn: Một số ứng dụng tượng huỳnh quang 12 Chương MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA HUỲNH QUANG Hiện nay, với mục đích hướng nghiên cứu khác hỗ trợ thiết bị công nghệ mà phương pháp huỳnh quang ngày sử dụng. .. nghiên cứu, tìm hiểu Hiện tượng huỳnh quang ứng dụng huỳnh quang có ý nghĩa hết sức quan trọng Nhờ vào việc nghiên cứu áp dụng Phương pháp huỳnh quang (ứng dụng Huỳnh quang vào kĩ thuật phân