Kết thúc phản ứng thu được dung dịch có màu đỏ, giữ ở 4oC trước khi sử
dụng. Để chứng minh thực tể có xảy ra phản ứng cộng NED với DCL, dung dịch màu đỏ sau phản ứng được sử dụng để đo phổ hấp thụ và phổ hồng ngoại để nghiên cứu cấu trúc của tổ hợp chất nhận (DCL-NED). Phản ứng cộng NED vào DCL phụ thuộc vào hai yếu tố chính là pH và tỉ lệ NED, trong nghiên cứu này do dư NED không ảnh hưởng tới kết quả nghiên cứu do vậy tôi đã tiến hành khảo sát và tìm điều kiện pH tối ưu tiến hành phản ứng.
2.2.3. Sensor huỳnh quang phát hiện CLB sử dụng Qds CdTe
Với mỗi dung dịch sensor, 1 µmol Qds CdTe và 10 mmol NED được cho
vào một lọ và khuấy nhẹ trong 30 phút ở nhiệt độ 25oC để cố định phân tử NED lên
trên bề mặt Qds. Qds CdTe tích điện âm do có nhóm COO-
71
Hình 3.14. So sánh phổ UV-Vis của CLB, DCL và NDCL
So sánh phổ hấp thụ của CLB, DCL và tổ hợp DCL-NED (Hình 3.14) nhận thấy, CLB có cực đại hấp thụ tại bước sóng 291 nm. Sau khi biến tính CLB bằng phản ứng diazo, hợp chất DCL có thêm một đỉnh hấp thụ tại bước sóng 345 nm và phân tử DCL-NED có phổ hấp thụ từ 400-550 nm, cực đại hấp thụ tại 464 nm đóng vai trò là chất nhận. kết hợp với các kết quả khảo sát tính chất quang của các Qds đã khảo sát có thể nhận thấy rằng, với khoảng hấp thụ của NED-DCL từ 400-550 nm, sẽ cho một phần trùng chập với phổ phát xạ của các Qds đây là điều kiện quan trọng xảy ra hiệu ứng FRET.
Như vậy bằng cách tiến hành phản ứng diazo hóa CLB sử dụng NaNO2, pH = 3,
phản ứng tiến hành trong điều kiện nhiệt độ thấp, rồi sau đó sử dụng NaOH điều chỉnh pH = 4 rồi tiến hành cộng hợp với lượng dư NED, tôi đã tạo thành công tổ hợp chất nhận với bước sóng hấp thụ cực đại tại 464 nm. Đây là bước quang trọng trong việc chế tạo sensor từ các Qds sử dụng hiệu ứng FRET xác định CLB.
3.2.3 Đánh giá khả năng liên kết của NED với Qds
Một trong những điều kiện quan trọng của việc ứng dụng hiệu ứng FRET trong phép phân tích quang học là khả năng tạo cầu nối giữa chất cho và tổ hợp chất nhận, đảm bảo duy trì khoảng cách giữa chúng từ 1-10 nm. Trong nghiên cứu này
72
NED một mặt có khả năng liên kết tĩnh điện với các Qds mặt khác có khả năng tạo liên kết chìa khóa với CLB đã được diazo hóa. Tôi đã tiến hành khảo sát khả năng tạo liên kết của NED với Qds bằng cách ủ dung dịch sensor Qds với NED, rồi sau đo tiến hành đo phổ phát xạ của sensor sau khi ủ. Nếu cường độ phát xạ cực đại không thay đổi điều đó cho thấy kích thước của Qds hay nói một cách khác không gian giam giữ lượng tử không tăng, chứng tỏ NED không tạo liên kết với sensor Qds. Nếu phổ phát xạ của sensor đã được ủ với NED có sự dịch chuyển cực đại hấp thụ về phía sóng dài, chứng tỏ NED đã tạo liên kết với sensor Qds. Phổ hấp thụ cũng như cực đại hấp thụ của dung dịch sensor dịch chuyển về phía sóng dài là do, khi NED liên kết với Qds làm bán kính giam giữ năng lượng lượng tử hóa tăng lên, điều này có nghĩa là năng lượng bị giảm đi trước khi phát xạ, do năng lượng giảm dẫn đến bước sóng phát xạ tăng lên.
3.2.3.1 Đánh giá khả năng tạo liên kết của NED với Qds CdTe
Sensor được chế tạo từ Qds CdTe sau khi liên kết với NED được xác cấu trúc hình thái học như hình 3.15.
Hình 3.15. Ảnh TEM của Qds CdTe (trái); CdTe-NED (phải)
Từ ảnh TEM (Hình 3.15) có thể nhận thấy sự tăng kích thước của sensor sau khi được biến tính bằng NED. Chứng tỏ sự hình thành liên kết giữa phân tử NED và Qds. Các liên kết này đảm bảo cho khoảng cách giữa chất cho và nhận huỳnh quang ở mức độ nhỏ nhất có thể để xảy ra hiệu ứng FRET trong sensor.
Phổ phát xạ của Sensor được chế tạo từ Qds CdTe trước khi thêm NED và sau khi được biến tính bởi NED như hình 3.16.
73
Hình 3.16. Phổ phát xạ của Qds CdTe và Qds CdTe sau khi gắn ligand NED
Dung dịch Qds CdTe ban đầu có bước sóng phát xạ là 530 nm, còn sau khi biến tính với NED thì bước sóng phát xạ đã dịch chuyển 7 nm về phía bước sóng dài (Hình 3.16), chứng tỏ các phân tử NED đã được gắn thành công trên bề mặt Qds là tăng kích thước hạt của Qds do đó bước sóng phát xạ tăng. Tuy có sự dịch chuyển nhẹ bước sóng phát xạ nhưng có thể khẳng định rằng NED không làm thay đổi cường độ phát xạ và tính chất quang của Qds ban đầu.
Phân tử NED có khả năng tạo liên kết với Qds CdTe, đây là một điều kiện quan trọng đảm bảo khoảng cách giữa chất cho và tổ hợp chất nhận trong hiệu ứng FRET.
3.2.3.2 Đánh giá khả năng tạo liên kết của NED với Qds CdS
Sensor được chế tạo từ Qds CdS sau khi liên kết với NED được xác cấu trúc hình thái học như hình 3.17.
74
Từ ảnh TEM (Hình 3.17) có thể nhận thấy sự tăng kích thước của sensor sau khi được biến tính bằng NED. Chứng tỏ sự hình thành liên kết giữa phân tử NED và Qds. Các liên kết này đảm bảo cho khoảng cách giữa chất cho và nhận huỳnh quang ở mức độ nhỏ nhất có thể để xảy ra hiệu ứng FRET trong sensor.
Dung dịch Qds CdS được đo phổ phát xạ trước khi thêm NED và sau khi được biến tính bởi NED (Hình 3.18).
Hình 3.18. Phổ phát xạ của Qds CdS và Qds CdS sau khi gắn ligand NED
Dung dịch Qds CdS ban đầu có bước sóng phát xạ là 490 nm, sau khi được biến tính với NED, bước sóng phát xạ đã dịch chuyển 6 nm về phía bước sóng dài, chứng tỏ các phân tử NED được gắn thành công trên bề mặt Qds là tăng kích thước hạt của Qds do đó bước sóng phát xạ tăng. Kết quả này phù hợp với kết quả ảnh TEM trên hình 3.18. Tuy có sự dịch chuyển nhẹ bước sóng phát xạ nhưng có thể khẳng định rằng NED không làm thay đổi cường độ phát xạ và tính chất quang của Qds ban đầu.
Phân tử NED có khả năng tạo liên kết với Qds CdS, đây là một điều kiện quan trọng đảm bảo khoảng cách giữa chất cho và tổ hợp chất nhận r trong hiệu ứng FRET.
3.2.3.3 Đánh giá khả năng tạo liên kết của NED với GQds
Sensor được chế tạo từ GQds sau khi liên kết với NED được xác định cấu trúc hình thái học như hình 3.19.
75
Hình 3.19. Ảnh TEM của GQds (trái); GQds-NED (phải)
Từ ảnh TEM (Hình 3.19) có thể nhận thấy sự tăng kích thước của sensor sau khi được biến tính bằng NED. Chứng tỏ sự hình thành liên kết giữa phân tử NED và Qds. Các liên kết này đảm bảo cho khoảng cách giữa chất cho và nhận huỳnh quang ở mức độ nhỏ nhất có thể để xảy ra hiệu ứng FRET trong sensor.
Dung dịch GQds trước và sau khi đã được biến tính với NED được đo phổ phát xạ như hình 3.20.
76
Sensor được chế tạo từ GQds có đỉnh phát xạ cực đại ở bước sóng 445 nm, sau khi biến tính với NED bước sóng phát xạ đã dịch chuyển 6 nm về phía bước sóng dài, có đỉnh phát xạ cực đại ở bước sóng 451 nm, chứng tỏ các phân tử NED đã được gắn thành công trên bề mặt GQds.
Sự cố định NED trên bề mặt GQds có thể được chứng minh bằng cách so sánh phổ FTIR của GQds và hỗn hợp GQds – NED (Hình 3.21).
Hình 3.21. Phổ FTIR của GQds (a), hỗn hợp GQds – NED (b); hỗn hợp GQds, NED và DCL (c)
GQds được điều chế từ axit L-glutamic vẫn chứa các nhóm cacboxyl trên bề mặt. Sự hiện diện của các nhóm cacboxyl trên bề mặt của GQds được xác nhận bởi
các đỉnh rộng tại 3400 cm-1 (đường a). Hỗn hợp GQds và NED xuất hiện một đỉnh
cao ở 3000–2800 cm-1
, các đỉnh này là do sự tương tác tĩnh điện giữa các nhóm cacboxyl của GQds và nhóm amin của NED (đường b). So sánh với phổ FTIR của hỗn hợp GQds và NED với phổ FTIR của hỗn hợp tạo bởi GQds, NED và DCL
(Hình 21c) xuất hiện các đỉnh ở 1576 cm-1 chứng minh cho sự hình thành của nhóm
azo (-N = N-) bằng phản ứng kết nối giữa NED và DCL.
Phân tử NED có khả năng tạo liên kết với GQds, đây là một điều kiện quan trọng đảm bảo khoảng cách giữa chất cho và tổ hợp chất nhận trong hiệu ứng FRET.
3.3. Nghiên cứu hiệu ứng FRET của sensor chế tạo từ Qds khác nhau
Để đánh giá khả năng xảy ra hiệu ứng FRET của sensor được chế tạo từ các Qds khác nhau, tôi đã tiến hành so sánh phổ phát xạ của chất cho (Qds) và phổ hấp thụ của chất nhận (NDCL). Nếu hai phổ này không có vùng trùng chập nên nhau,
77
kết luận ngay không xảy ra hiệu ứng FRET trong trường hợp này. Nếu hai phổ này có sự trùng chập nên nhau có thể khẳng định trong trường hợp này có thể xảy ra hiệu ứng FRET. Sau đó tiến hành kiểm tra xem hiệu ứng FRET xảy ra hay không bằng cách xác định cường độ huỳnh quang của dung dịch sensor trước khi được cho tổ hợp chất nhận (DCL-NED) vào, sau đó tiến hành cho một nồng độ xác định tổ hợp chất nhận vào dung dịch sensor vào rồi tiến hành đo cường độ phát quang của dung dịch sensor. Nếu không xảy ra sự giảm cường độ phát quang của Qds điều đó cho thấy Qds sử dụng chế tạo sensor huỳnh quang không có khả năng xảy ra hiệu ứng FRET. Nếu kết quả đo cho thấy có sự giảm cường độ quang của Qds sử dụng chế tạo dung dịch sensor huỳnh quang, chứng tỏ đã xảy ra hiệu ứng FRET giữa Qds sử dụng chế tạo sensor và tổ hợp chât nhận có chứa chất cần phân tích CLB.
3.3.1 Nghiên cứu hiệu ứng FRET của sensor được chế tạo từ Qds CdTe
So sánh độ trùng chập giữa phổ phát xạ của sensor được chế tạo từ Qds CdTe với phổ hấp thụ của tổ hợp chất nhận (Hình 3.22).
Hình 3.22. Phổ trùng chập của chất cho và chất nhận
Dễ dàng nhận thấy phổ hấp thụ của tổ hợp chất nhận trùng chập với phổ phát xạ của sensor được chế tạo từ Qds CdTe, thỏa mãn điều kiện có thể xảy ra hiệu ứng FRET.
78
Để khẳng định hiệu ứng FRET có xảy ra khi sử dụng sensor được chế tạo từ Qds CdTe nhằm xác định CLB với chìa khóa là phản ứng diazo và cầu nối là phân tử NED, tôi đã tiến hành so sánh phổ phát xạ của sensor khi không có và không có tổ hợp chất nhận hình 3.23.
Hình 3.23. Phổ phát xạ của sensor được chế tạo từ Qds CdTe khi có và không có tổ
hợp chất nhận với nồng dộ CLB 10-5M
Có thể dễ dàng nhận thấy cường độ phát xạ của sensor được chế tạo từ Qds
CdTe giảm mạnh khi có tổ hợp chất nhận với hàm lượng CLB 10-5 M. điều này cho
thấy hiệu ứng FRET đã xảy ra.
Như vậy có thể sử dụng Qds CdTe chế tạo sensor huỳnh quang và ứng dụng hiệu ứng FRET để xác định CLB bằng phương pháp quang học.
3.3.2 Nghiên cứu hiệu ứng FRET của sensor được chế tạo từ Qds CdS
So sánh sự trùng chập giữa phổ phát xạ của sensor được chế tạo từ Qds CdS với phổ hấp thụ của tổ hợp chất nhận như hình 3.24.
79
Hình 3.24. Sự trùng chập giữa phổ hấp thụ UV-vis của chất nhận và phổ phát xạ của chất cho Qds CdS
Chúng ta có thể nhận thấy có sự trùng chập giữa phổ hấp thụ của chất nhận và phổ phát xạ của chất cho. So với kết quả nghiên cứu trước đây sử dụng Qds CdTe có bước sóng phát xạ 530 nm thì khi sử dụng chấm lượng tử CdS có bước sóng phát xạ 490 nm, diện tích trùng chập tăng lên. Sự chùng chập giữa phổ hấp thụ của chất nhận và phổ phát xạ của chất cho càng lớn thì hiệu ứng FRET xảy ra càng mạnh.
Thời gian sống của phát xạ huỳnh quang của Qds CdS và dung dịch sensor ở
các tỷ lệ CLB khác nhau được xác định như trong hình3.25.
Hình 3.25. Phổ thời gian sống huỳnh quang của chấm lượng tử CdS (1) và sensor
với CLB ở các nồng độ 10-8 g/mL (2); 10-6 g/mL (3) Thời gian (ns) Số ph oton 0 50 100 150 200 250 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 (1) (2) (3)
80
Kết quả thu được cho thấy thời gian sống của phát xạ huỳnh quang của Qds
CdS là 118 ns. Tuy nhiên, ở nồng độ CLB 10-8 g/mL thời gian sống của sensor này
giảm mạnh xuống còn 3,6 ns và ở nồng độ CLB 10-6 g/mL xuống 0,8 ns. Sự dập tắt
phát xạ huỳnh quang của Qds CdS cho thấy đã xảy ra hiệu ứng FRET trong sensor và hiệu ứng FRET càng xảy ra mạnh ở nồng độ CLB cao.
Để khẳng định hiệu ứng FRET có xảy ra khi sử dụng sensor được chế tạo từ Qds CdS nhằm xác định CLB với chìa khóa là phản ứng diazo và cầu nối là phân tử NED, tôi đã tiến hành so sánh phổ phát xạ của sensor khi không có tổ hợp chất nhận và khi có tổ hợp chất nhận như trên hình 3.26.
Hình 3.26. Phổ phát xạ của sensor được chế tạo từ Qds CdS khi có và không có tổ
hợp chất nhận với nồng độ CLB 10-5 M
Có thể dễ dàng nhận thấy cường độ phát xạ của sensor được chế tạo từ Qds
CdS giảm mạnh khi có tổ hợp chất nhận với hàm lượng CLB 10-5 M, điều này cho
thấy hiệu ứng FRET đã xảy ra.
Như vậy có thể sử dụng Qds CdS chế tạo sensor huỳnh quang và ứng dụng hiệu ứng FRET để xác định CLB bằng phương pháp quang học.
3.3.3 Nghiên cứu hiệu ứng FRET của sensor được chế tạo từ GQds
So sánh sự trùng chập giữa phổ phát xạ của sensor được chế tạo từ GQds với phổ hấp thụ của tổ hợp chất nhận như hình 3.27.
Từ kết quả so sánh phổ phát xạ của sensor huỳnh quang được chế tạo từ GQds với tổ hợp chất nhận có diện tích trùng chập khá lớn, do GQds cho đỉnh phát xạ mạnh ở 445 nm trong khi đó đỉnh hấp thụ của chất nhận là 464 nm. Như vậy, thỏa mãn điều kiện có thể xảy ra hiệu ứng FRET.
81
Hình 3.27. Sự chồng chập giữa phổ hấp thụ của chất nhận (1) và phổ phát xạ của chất cho GQds (2)
Để khẳng định hiệu ứng FRET có xảy ra khi sử dụng sensor huỳnh quang chế tạo từ GQds xác định CLB, tôi tiến hành so sánh cường độ phổ phát xạ của sensor khi có và không có tổ hợp chất nhận như hình 3.28.
Hình 3.28. Phổ phát xạ của sensor được chế tạo từ GQds khi có và không có tổ hợp
82
Có thể dễ dàng nhận thấy cường độ phát xạ của sensor huỳnh quang được
chế tạo từ GQds giảm mạnh khi có mặt tổ hợp chất nhận với nồng độ CLB 10-5 M,
điều này chứng tỏ hiệu ứng FRET đã xảy ra.
Như vậy có thể sử dụng GQds chế tạo sensor huỳnh quang và ứng dụng hiệu ứng FRET để xác định CLB bằng phương pháp quang học.
3.4 Nghiên cứu khả năng xác định CLB của sensor huỳnh quang đƣợc chế tạo từ Qds CdTe, CdS, GQds sử dụng hiệu ứng FRET
Để đánh giá khả năng xác định CLB của sensor huỳnh quang được chế tạo từ các Qds khác nhau, tôi tiến hành chuẩn bị các nồng độ CLB chuẩn với các nồng độ như bảng 3.2.
Bảng 3.2. Nồng độ CLB trong các mẫu sensor phát xạ huỳnh quang
Mẫu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
CLB (g/mL) 0 10-12 10-11 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4