CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.5.1. Phương pháp phân tích phổ Raman
Phương pháp phổ tán xạ Raman là một công cụ hỗ trợ hữu hiệu để nghiên cứu, xác định thành phần cũng như tính chất vật lý và cấu trúc hóa học của vật liệu, chất phân tích. Phương pháp đo phổ tán xạRaman được xây dựng trên hiệu ứng Raman, hiệu ứng được mô tả là các dao động rung và xoay của phân tử làm thay đổi mức năng lượng của chúng, nguyên nhân là do sự tán xạkhông đàn hồi của photon lên vật chất (phân tử, nguyên tử, ion...). Trong quá trình tương tác của bức xạ với phân tử, trường điện từ của photon tới làm biến dạng đám mây electron xung quanh hạt nhân và tạo ra trạng thái có thời gian sống rất ngắn gọi là “trạng thái giảkích thích”. Trong trường hợp photon tới có năng lượng nhỏkhông đủđểkích thích điện tử lên mức năng lượng cao hơn thì nó có thể bị tán xạ thành hai loại là tán xạđàn hồi (tán xạ Rayleigh) và
43
tán xạ không đàn hồi. Chính những tán xạ không đàn hồi này đã tạo nên hiệu ứng Raman. Các tán xạkhông đàn hồi của điện tử với photon có thể giải thích đơn giản như sau, phân tửở trạng thái dao động cơ bản (υ = 0) có thể hấp thụ năng lượng và chuyển lên trạng thái dao động giảkích thích, sau đó phát xạ photon và chuyển xuống mức có năng lượng cao hơn (υ = 1), đó là tán xạ Stokes. Tuy nhiên, một số phân tử có thểđang chiếm trạng thái kích thích do năng lượng nhiệt, và khi tham gia quá trình tán xạ các phân tử này có thể chuyển từ trạng thái kích thích (υ = 1) lên trạng thái giả kích thích và phát xạ photon trở về trạng thái cơ bản (υ = 0), tán xạ này gọi là tán xạ anti-Stoke (hình 2.10).
Hình 2.10. Mô hình tán xạ Rayleigh, Stoke và anti-Stoke.
Chức năng cơ bản của một phổ kế Raman là loại bỏ tán xạđàn hồi Rayleigh và phát hiện các thành phần phổ tán xạ không đàn hồi Raman có cường độ thấp, vì vậy nguồn bức xạ của phổ kế phải là một nguồn đơn sắc, độ nhạy của phổ kếcao để có thểthu được các tín hiệu tán xạkhông đàn hồi với cường độ rất nhỏ, hiệu suất hội tụ lớn. Bên cạnh các hệ đo tán xạ Raman thông thường, khoa học đã phát triển thêm nhiều hệđo khác như cộng hưởng Raman, hiển vi Raman, và FT-Raman, nhằm tăng cường độ tín hiệu Raman thu được cũng như khắc phục vấn đềảnh hưởng do huỳnh quang. Theo phân bố Maxwell-Boltzmann, ở nhiệt độ phòng, có thể coi hầu hết các dao động phân tửđều ở trạng thái cơ bản, vì vậy các tán xạ anti-Stokes có cường độ yếu hơn rất nhiều so với các tán xạ Stokes, dẫn đến cường độ vạch phổ Stoke lớn hơn nhiều so với vạch phổ anti-Stokes. Trong các hệ đo thực tế, phổ Raman thu được thường chỉ gồm các vạch phổứng với tán xạ Stokes.