Correlation Spectroscopy – FCS) xỏc định kớch thước hạt và hệ số khuếch tỏn
Bờn cạnh việc xỏc định kớch thước bằng ảnh TEM, SEM và đo DLS, phương phỏp tương quan huỳnh quang (Fluorescence Correlation Spectroscopy – FCS) cũng được sử dụng để xỏc định kớch thước hạt, đồng thời xỏc định hệ số khuếch tỏn của hạt trong dung mụi.
Nguyờn lý: Phương phỏp FCS dựa trờn nguyờn tắc quan sỏt phõn tớch sự thăng giỏng thống kờ theo thời gian của tớn hiệu huỳnh quang phỏt ra từ cỏc tõm màu được phõn bố tự do trong dung dịch hay đỏnh dấu trờn cỏc phõn tử sinh học bằng hàm tương quan. Sự thăng giỏng này là hệ quả của cỏc quỏ trỡnh ngẫu nhiờn như chuyển động Brown, khuếch tỏn, cỏc quỏ trỡnh vật lý và cỏc phản ứng hoỏ học, cỏc quỏ trỡnh kết tụ….
Hệ số khuếch tỏn, cỏc hằng số tốc độ của cỏc phản ứng quang lý hoặc quang hoỏ cú thể được xỏc định dựa vào phõn tớch tương quan của cỏc thăng giỏng này. Thăng giỏng được đo trong một thể tớch rất nhỏ, khoảng femto-lớt với chựm laser hội tụ cao. Do cú liờn quan đến thăng giỏng nờn kết quả tối ưu đạt được khi cỏc phõn tử riờng biệt đi vào hoặc đi ra khỏi thể tớch quan sỏt. Nếu cú quỏ nhiều phõn tử được khảo sỏt cựng lỳc, thăng giỏng là rất nhỏ so với tớn hiệu chung và cú thể khụng phõn tớch được.
Hàm tự tương quan chuẩn hoỏ a, G(τ), của thăng giỏng tớn hiệu huỳnh quang được tớnh từ cường độ huỳnh quang F(t), như sau:
( ) 2
<δF(t)δF(t+τ)> G τ =
<F(t) > (2.8)
Hàm tự tương quan cho quỏ trỡnh khuếch tỏn do chuyển động Brown được tớnh theo cụng thức (Riegler et al. 2005):
( ) 1/2 2 1 0 D D 0 r 1 τ τ G 1 1 N τ τ z τ − − = + + (2.9)
trong đú, N=cVeff là giỏ trị trung bỡnh của cỏc hạt trong thể tớch đo hiệu dụng,
3/ 2 2 2
eff 0 0
V = r zπ . Thời gian tương quan cho quỏ trỡnh khuếch tỏn τD được xỏc định
bằng: 2 0 D τ 4 r D = (2.10)
So sỏnh bỡnh phương tối thiểu phi tuyến giữa cỏc hàm lý thuyết với cỏc hàm tự tương quan thực nghiệm đo được, cho phộp ta xỏc định ba thụng số: N, τD và tỉ số
0 0
r / z
Ω = .
Thụng thường, cỏc giỏ trị hỡnh học r0 và Ω của thiết bị đo tương quan huỳnh quang được xỏc định bằng phộp chuẩn với cỏc hạt đó biết hệ số khuếch tỏn. Đường kớnh của cỏc hạt cú thể tớnh được bằng phương trỡnh Stokes-Einstein:
B
k T D=
6πηR (2.11)
trong đú D là hệ số khuếch tỏn, R là bỏn kớnh của cỏc hạt, kB là hằng số Boltzmann, T là nhiệt độ tuyệt đối và η là độ nhớt của dung mụi.
Cỏc mẫu thớ nghiệm trong luận ỏn được đo trờn hệ FCS của Viện Vật lý, Viện Hàn lõm Khoa học và Cụng nghệ Việt Nam.