5. Phương pháp nghiên cứu
3.5. KẾT QUẢ KHẢO SÁT PIPERINE BẰNG PHƯƠNG PHÁP TLC
KẾT HỢP VỚI SERS
Kết quả khảo sát piperine bằng sắc kí bản mỏng:
Ứng với dung môi trong bình triển khai sắc ký Toluene: ethyl acetate theo tỉ lệ 7:3
Hình 3.11. Mẫu sắc ký bản mỏng
Đối Với Lo = 8,43 cm, L = 4,3 cm thì hệ số Rf đối piperine được xác định như sau:
Rf =
L
L0 = 0,51
Sau khi khảo sát Piperine bằng phương pháp TLC, chúng tôi tiến hành đo phổ tán xạ Raman với bước sóng laser kích thích là 785 nm, thời gian 10s, kết quả đo Raman trên vết piperine trên bản mỏng TLC sau khi nhỏ dung dịch các hạt nano Ag đã được tổng hợp như trên được thể hiện như trong hình 3.12. Ở đây chúng tôi lựa chọn sử dụng laser 785 nm vì với bước sóng này thì năng lượng không quá lớn (như laser xanh lá 532 nm hoặc laser đỏ 633 nm) nhằm không phá hỏng mẫu trong quá trình ghi tín hiệu Raman.
Hình 3.12. Phổ Raman của phân tử piperine nguyên chất
Dao động thường xảy ra trong phạm vi phổ khoảng từ 1000 đến 1630 cm-1; dao động -C=C- nhân benzene (aromatic) cũng như dao động kéo của O=C-N nằm trong khoảng 1580 đến 1635 cm-1; dao động uốn của -CH2- được quan sát ở bước sóng 1445 cm-1. Trong dải bước sóng từ 1100 and 1400 cm-1:
dao động tại tần số 1152 cm-1 là do dao động kéo –C-C-, dao động –CH2
twisting và –CH2 rocking quan sát tại 1291 and 1256 cm-1. Dao động tại 1020 cm-1 là dao động kéo C-O-C, dao động uốn ngoài mặt phẳng CH3, dao động uốn đồng phẳng của vòng thơm CCH. Đây là một số đỉnh tiêu biểu hoạt động Raman rất mạnh của phân tử piperine trong tiêu đen. [44]
Bảng 3.3 cho thấy vị trí các đỉnh Raman, diện tích, chiều cao đỉnh phổ và bề rộng đỉnh phổ tương ứng với 13 đỉnh dao động của piperine được model sử dụng hàm Gaussian. Kết quả cho thấy một số đỉnh cường độ mạnh, diện tích đỉnh phổ và chiều cao phổ tương đối lớn tại bước sóng 1626; 1581; 1445; 1291; 1152; 1133 cm-1. Tất cả các đỉnh phổ này rất hẹp dao động từ 6-16cm-1.
Bảng 3.3. Các đỉnh dao động Raman thu được từ hình 3.11
STT Loại đỉnh Vị trí
đỉnh Diện tích Chiều cao
Bề rộng đỉnh (FWHM) 1 Gaussian 1020 1033 152 6 2 Gaussian 1104 29310 1154 24 3 Gaussian 1133 16833 1765 9 4 Gaussian 1152 21817 1880 11 5 Gaussian 1201 7315 624 11 6 Gaussian 1256 16115 944 16 7 Gaussian 1291 15299 1305 11 8 Gaussian 1348 2889 206 13 9 Gaussian 1366 8323 717 11 10 Gaussian 1445 30164 2132 13 11 Gaussian 1581 32121 2440 12 12 Gaussian 1598 23886 1757 13 13 Gaussian 1626 52676 3027 16
Quan sát hình 3.13, phổ Raman của piperine trên bản mỏng TLC khi chưa đính hạt nano Ag thì không xuất hiện các đỉnh phổ dao động tương ứng với các liên kết trong phân tử piperine (Hình 3.13b). Tuy nhiên khi được đính các hạt nano Ag thì xuất hiện các đỉnh phổ Raman của piperine như quan sát ở hình 3.13a. Điều này có thể giải thích là do piperine được pha loãng ở nồng độ thấp thì không thấy xuất hiện đỉnh phổ Raman như trên đồ thị hình 3.13b. Nhờ có hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt của các hạt nano Ag, khi gắn các hạt nano Ag vào piperine tín hiệu Raman của Piperine được tăng cường
Đáng chú ý là lượng mẫu piperine được sử dụng trên bản mỏng TLC cỡ khoảng 1/100-1/1000 lượng piperine nguyên chất (rắn) được sử dụng để trong phép đo Raman như thể hiện hình 3.12.
Hình 3.13. Phổ SERS của Piperine trên bản sắc kí trước và sau khi đính các hạt nano Ag
Hình 3.14. Phổ Raman của piperine trên bản sắc kí được đính các hạt nano Ag
Từ hình 3.14 ta thấy các đỉnh dao động phổ SERS của piperine (model bằng hàm Gausian) cho thấy các đỉnh phổ tại 1073 cm-1do dao động uốn -C- H; dao động tại tần số 1169 cm-1 là do dao động giãn –C-C-; tại 1262 cm-1do dao động giãn bất đối xứng =C-O-C , –CH2 twisting và –CH2 rocking; dao động tại 1380 cm-1 được cho là do dao động giãn đối xứng C=C, skeletal CCC và dao động uốn đồng phẳng nhóm CH, dao động tại 1585 cm-1 là do dao động giãn C=C của vòng thơm và dao động giãn của O=C-N[45].
Hình 3.15 cho thấy 05 phổ Raman tại vết piperine trên bản mỏng TLC sau khi đính các hạt nano Ag. Kết quả cho thấy cả 05 vị trí này đều cho tín hiệu Raman của piperine, tuy nhiên cường độ và độ phân giải của các đỉnh phổ lân là khác nhau. Có 03 vị trí cho cường độ Raman rất mạnh và ổn định nhất là tại các tần số 1073; 1380 và 1585 cm-1. Các đỉnh này là do dao động uốn C-H; dao động giãn đối xứng C=C, skeletal CCC; dao động giãn C=C của vòng thơm[40], [45]. Kết quả phổ SERS cho thấy các hạt nano Ag đã đính
trên các phân tử piperine đang nằm phẳng trên bản mỏng TLC như Hình 3.16, nghĩa là các liên kết này luôn nằm gần bề mặt các hạt nano Ag nhất và do đó tín hiệu dao động từ các liên kết này được khuếch đại và luôn được quan sát trên trên phổ SERS với cường độ lớn và ổn định. Còn các đỉnh phổ khác lúc thì được khuếch đại, lúc thì không được quan sát thấy trên phổ, điều này được giải thích do các dao động hoặc liên kết này có thể nằm gần hoặc xa bề mặt Ag tùy theo vị trí trên bản mỏng TLC do sự sắp xếp ngẫu nhiên của các hạt nano Ag.
Hình 3.15. Phổ SERS của piperine tại 5 vị trí khác nhau tại vệt piperine trên bản mỏng TLC
Hình 3.17 so sánh phổ hồng ngoại (hình 3.17a), phổ Raman thuần (hình 3.17b) của bột rắn piperine nguyên chất và phổ SERS (hình 3.17c) của piperine trên bản mỏng TLC. Kết quả cho thấy:
- Về mật độ số lượng mẫu cần thiết khi phân tích : khi đo phổ IR và phổ Raman thì cần một lượng lớn các phân tử piperine (thường dùng piperine rắn và nguyên chất, không pha loãng), còn đo phổ SERS thì piperine được pha loãng và ở nồng độ thấp hơn từ 1/100-1/1000 lần so với đo IR hoặc Raman.
- Về số đỉnh phổ: số đỉnh phổ khi đo phổ SERS ít hơn và đỉnh phổ mở rộng hơn so với phổ Raman của piperine nguyên chất hay phổ IR. Điều này được giải thích là do khi đo IR hay Raman thì cần thiết phải dùng một lượng mẫu lớn, do đó rất nhiều các phân tử sắp xếp một cách ngẫu nhiên, do vậy hầu như xuất hiện tất cả các dao động có thể có. Còn đối với phổ SERS thì lý thuyết và thực nghiệm đã chứng minh chỉ các phân tử (hay các liên kết phân tử) nằm gần bề mặt các hạt nano Ag thì tín hiệu mới được tăng cường dựa trên hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt. Do vậy số dao động có tín hiệu Raman được khuếch đại ít đi và đỉnh phổ mở rộng hơn.
So sánh hình 3.17a và 3.17b ta thấy nhiều đỉnh phổ Raman và hồng ngoại trùng nhau, tuy nhiên cũng có một số đỉnh phổ có cường độ lớn ở phổ IR nhưng lại bé ở phổ Raman và ngược lại. Tương tư như vậy, hình 3.17 cũng cho thấy có một số đỉnh xuất hiện ở phổ IR nhưng lại không xuất hiện ở phổ Raman và ngược lại. Điều này được giải thích dựa trên quy luật chọn lọc (selection rule). So sánh 3 hình 3.17a, b và c cho thấy các đỉnh phổ SERS của piperine (trong vùng màu xanh thì có thể quan sát trên cả phổ Raman và SERS), tuy nhiên các đỉnh (trong vùng màu đỏ) thì chỉ quan sát ở phổ SERS mà không được nhìn thấy trên phổ Raman nhưng lại xuất hiện trên phổ IR, điều này có thể giải thích do tín hiệu IR thường mạnh hơn tín hiệu Raman, và các dao động này có thể nằm gần bề mặt hạt nano Ag hoặc khe hẹp (nanogap) giữa các hạt Ag nên tin hiệu được tăng cường.