Vật thể được cấu tạo bởi các phân tử. Các phân tử luôn luôn chuyển động, bao gồm: chuyển động quay của phân tử, chuyển động dao động của nhóm nguyên tử và chuyển động của các electron.
Sự hấp thụ năng lượng mang đặc tính lượng tử nên vật thể sẽ chỉ hấp thụ năng lượng bức xạ điện từ tương ứng với những chuyển động của nó, tức là bức xạ có năng lượng tương ứng với năng lượng của dạng chuyển động nào thì bức xạ đó sẽ bị hấp thụ ứng với dạng chuyển động đó.
Năng lượng photon của một bức xạ điện từ được xác định theo biểu thức:
hc E=hf =
(2.2)
trong đó là bước sóng của bức xạ f là tần số của bức xạ h là hằng số Planck
c là tốc độ ánh sáng trong chân không.
Khi phân tử bị kích thích bằng các bức xạ thì có thể xảy ra các hiện tượng: nếu năng lượng photon của bức xạ đủ lớn thì nguyên tử hấp thụ năng lượng và electron chuyển lên mức năng lượng cao hơn, nếu năng lượng photon của bức xạ thấp hơn thì phân tử hấp thụ năng lượng để xuất hiện dao động của nguyên tử, nhóm nguyên tử hoặc chuyển động quay của nó.
Khi đo quang phổ hấp thụ của các electron ta có quang phổ hấp thụ chủ yếu trong vùng bước sóng 200 nm đến 800 nm là vùng bức xạ tử ngoại và khả kiến (UV-Vis).
Định luật Bouger-Lambert-Beer:
Khi chiếu một chùm tia đơn sắc có bước sóng và cường độ I0 qua một chất hấp thụ có chiều dày l, sau khi bị hấp thụ, cường độ chùm tia còn lại là I, độ truyền qua T được tính dưới dạng % theo công thức:
0 I
T .100(%)
I
= (2.3)
và độ hấp thụ A được tính bằng công thức sau:
0 1 I A lg lg lC T I = = = (2.4) trong đó:
: hệ số hấp thụ, hệ số này phụ thuộc bản chất của chất hấp thụ và bước sóng của bức xạ hấp thụ.
A: độ hấp thụ quang tại bước sóng
l: độ dày truyền quang
C: nồng độ chất hấp thụ.
Như vậy định luật Bouger-Lambert-Beer có thể được phát biểu như sau: Độ hấp thụ quang của chất hấp thụ tỉ lệ thuận với chiều dày hấp thụ và nồng độ chất hấp thụ.
Từ công thức trên ta có thể xây dựng một đường chuẩn của một mẫu chất hấp thụ dạng tuyến tính A=f(C) theo một bước sóng đã chọn, muốn đo nồng độ của chất thử (cùng bản chất với chất được xây dựng đường chuẩn và
ở cùng điều kiện) người ta đo độ hấp thụ A rồi so sánh với đường chuẩn và từ đó xác định được nồng độ chất thử.
Dựa vào phổ hấp thụ của một chất hấp thụ (độ hấp thụ - bước sóng) ta xác định được bước sóng ứng với độ hấp thụ lớn nhất (đỉnh hấp thụ) từ đó suy ra bản chất hóa học của chất hấp thụ vì mỗi chất khác nhau sẽ hấp thụ mạnh một số bước sóng đặc trưng khác nhau.
2.2.6. Hệ đo tính chất điện và tính chất nhạy hơi methanol
Phép đo tính chất điện và tính chất nhạy khí được thực hiện tại phòng Vật lý chất rắn, khoa Vật lý, trường Đại học Quy Nhơn.
Hệ đo tính chất điện và tính chất nhạy khí được thiết kế theo phương pháp đo động như được mô tả trên Hình 2.13 và Hình 2.14. Hệ gồm bình khí khô chứa O2 và N2 theo tỉ lệ ¼ đóng vai trò là khí mang, bộ điều khiển lưu lượng MFC, thiết bị tạo bọt bằng thủy tinh, buồng đặt mẫu, mẫu được gia nhiệt bằng một biến thế, nguồn ampe kế/điện áp (Keithley 2601B, Hình 2.15) và máy tính.
Trước khi tiến hành đo đặc tính cảm biến khí, cho khí mang đến buồng đo thông qua MFC1 đồng thời gia nhiệt cảm biến đến 320C để loại bỏ các phần tử nước hấp phụ trên bề mặt mẫu, ổn định lớp vật liệu cảm biến, sau đó điều chỉnh về nhiệt độ làm việc mong muốn để khảo sát. Ở mỗi nhiệt độ làm việc nhất định, chúng tôi tiến hành đo tính chất điện của cảm biến, điện áp của cảm biến trong không khí khô được thay đổi từ -2V đến 2V để xác định đặc tính tiếp xúc giữa điện cực vàng và vật liệu cảm biến. Trong phép đo tính chất nhạy hơi của cảm biến, điện áp của cảm biến được giữ cố định 2V, khảo sát sự thay đổi điện trở/độ dẫn theo thời gian khi có và không có khí mục tiêu. Khí mang được xả vào buồng đo qua MFC1 với tốc độ thổi F (sccm). Sau đó, khí khô qua MFC2 với tốc độ thổi f (sccm) đến thiết bị tạo bọt chứa dung dịch
methanol, hơi methanol qua đường ống dẫn đến buồng đo khi đó nồng độ methanol được pha loãng trong không khí khô được xác định bởi công thức:
i
P f
C = .
P F + f (2.5)
Trong đó: P là áp suất không khí vào, Pi là áp suất riêng phần bão hòa của methanol xác định theo phương trình Antoine:
i
B LgP = A -
C + T (2.6)
Với A, B, C là hằng số Antoine và T là nhiệt độ Celsius.
Sau khi điện trở của cảm biến đạt giá trị bão hòa, tiến hành đóng đường khí dẫn hơi methanol để cảm biến hồi phục về trạng thái ban đầu. Sự thay đổi của điện trở/độ dẫn được ghi lại bởi Keithley 2601B hiển thị trên màn hình máy tính.
Hình 2.14. Hệ khảo sát tính chất nhạy hơi VOCs của cảm biến tại phòng thí nghiệm vật lí chất rắn trường ĐH Quy Nhơn.
CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN