5. BỐ CỤC LUẬN VĂN
2.2.5. Xác định đặc trƣng của vật liệu
Sau khi tổng hợp đƣợc hạt nano oxit sắt từ, chúng tôi nghiên cứu các đặc trƣng của hạt nano oxit sắt từ trƣớc và sau khi đính chitosan bằng các phƣơng pháp đo TEM, SEM, XRD, IR.
a. Phương pháp đo hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
Kính hiển vi điện tử truyền qua (transmission electron microscopy) là một thiết bị nghiên cứu vi cấu trúc vật rắn, sử dụng chùm điện tử có năng lƣợng cao chiếu xuyên qua mẫu vật rắn mỏng và sử dụng các thấu kính từ để tạo ảnh với độ phóng đại lớn (có thể tới hàng triệu lần), ảnh có thể tạo ra trên màn huỳnh quang, hay trên film quang học, hay ghi nhận bằng các máy chụp kỹ thuật số.
TEM hoạt động trên nguyên tắc giống thấu kính quang học, chỉ khác là sử dụng sóng điện tử thay cho bƣớc sóng ánh sáng nên có bƣớc sóng rất ngắn) và sử dụng các thấu kính điện từ – magnetic lens thay cho thấu kính quang học [16].
Hình 2.6. Mô Hình nguyên lý của TEM so với kính hiển vi quang học b. Phương pháp đo hiển vi điện tử quét (SEM)
Kỹ thuật chụp Hình ảnh hiện đại với độ phân giải lớn bằng kính hiển vi điện tử (SEM) là một công cụ hiệu quả cho việc nghiên cứu về mẫu thậm chí ở cấp độ phân tử. Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope), là một loại kính hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao của bề mặt mẫu vật bằng cách sử dụng một chùm điện tử (chùm các electron) hẹp quét trên bề mặt mẫu. Việc tạo ảnh của mẫu vật đƣợc thực hiện thông qua việc ghi nhận và phân tích các bức xạ phát ra từ tƣơng tác của chùm điện tử với bề mặt mẫu vật [16].
Nguyên lý hoạt động và sự tạo ảnh trong SEM:
Điện tử đƣợc phát ra từ súng phóng điện tử (có thể là phát xạ nhiệt, hay phát xạ trƣờng... ), sau đó đƣợc tăng tốc (thế tăng tốc của SEM thƣờng từ 10 kV đến 50 kV và hội tụ thành một chùm điện tử hẹp (cỡ vài trăm Å đến vài nm) nhờ hệ thống thấu kính từ, sau đó quét trên bề mặt mẫu nhờ các cuộn quét tĩnh điện.
Độ phân giải của SEM phụ thuộc vào tƣơng tác giữa vật liệu tại bề mặt mẫu vật và điện tử. Khi điện tử tƣơng tác với bề mặt mẫu vật, sẽ có các bức xạ phát ra, sự tạo ảnh trong SEM và các phép phân tích đƣợc thực hiện thông qua việc phân tích các bức xạ này [16].
c. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD)
Nhiễu xạ tia X là hiện tƣợng các chùm tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể của chất rắn do tính tuần hoàn của cấu trúc tinh thể tạo nên các cực đại và cực tiểu nhiễu xạ. Kỹ thuật nhiễu xạ tia X đƣợc sử dụng để phân tích cấu trúc chất rắn, vật liệu... Xét về bản chất vật lý, nhiễu xạ tia X cũng gần giống với nhiễu xạ điện tử, sự khác nhau trong tính chất phổ nhiễu xạ là do sự khác nhau về tƣơng tác giữa tia X với nguyên tử và sự tƣơng tác giữa điện tử và nguyên tử [16].
Chiếu một chùm tia X đơn sắc có bƣớc sóng λ tới một tinh thể chất rắn. Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể đƣợc xây dựng từ các nguyên tử hay ion, phân bố đều đặn trong không gian theo một trật tự nhất định, các mặt tinh thể sẽ cách nhau một khoảng đều đặn d. Khi chùm tia X tới bề mặt tinh thể và đi sâu vào bên trong mạng lƣới thì tinh thể mạng lƣới này giống nhƣ một cách tử nhiễu xạ đặc biệt tạo ra hiện tƣợng nhiễu xạ của các tia X .
Mối quan hệ của khoảng cách giữa hai mặt phẳng tinh thể song song (d), góc giữa phƣơng tia X tới và mặt phẳng tinh thể (θ) và bƣớc sóng tia X (λ) đƣợc biểu diễn bởi phƣơng trình Vulf - Bragg :
2dsinθ = nλ (2.1) Trong đó: n là bậc nhiễu xạ (n = 1, 2, 3, …).
Từ định luật Bragg có thể xác định khoảng cách giữa các mặt mạng dhkl khi đã biết λ và góc nhiễu xạ θ tƣơng ứng với vạch nhiễu xạ thu đƣợc. Mỗi một chất tinh thể khác nhau sẽ đƣợc đặc trƣng bằng các giá trị dhkl khác nhau.
So sánh giá trị dhkl thu đƣợc với giá trị dhkl của mẫu chuẩn cho phép ta xác định đƣợc mẫu nghiên cứu có chứa các loại khoáng vật nào. Do vậy, phƣơng pháp nhiễu xạ tia X có thể xác định đƣợc thành phần pha tinh thể của vật liệu. Kiểm tra sự đơn pha (độ tinh khiết) của vật liệu, xác định đƣợc kích thƣớc tinh thể, cấu trúc tinh thể,… [16].
d. Phương pháp phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourie (FTIR)
Phổ hồng ngoại là phép phân tích phổ biến cho biết các liên kết và các nhóm chức trong vật liệu phân tích. Phƣơng pháp IR dựa trên sự tƣơng tác của các bức xạ điện từ trong miền hồng ngoại (400 - 4000 cm-1
) với các phân tử nghiên cứu. Quá trình tƣơng tác đó có thể dẫn đến sự hấp thụ năng lƣợng, có liên quan chặt chẽ đến cấu trúc của các phân tử.
Nguyên lý cơ bản của phổ hồng ngoại là thu nhập thông tin về sự hấp thụ và phân tích các phổ, tần số hấp thụ bức xạ hồng ngoại có thể liên quan trực tiếp các liên kết trong hợp chất [12], [13], [16], [18].
Kỹ thuật thực nghiệm: Khi chiếu một chùm ánh sáng (bức xạ điện từ) có cƣờng độ I0 đi qua vật chất, nó có thể tƣơng tác với phân tử vật chất đó. Bức xạ điện từ là năng lƣợng vì vậy phân tử có thể hấp thụ bức xạ và thu đƣợc năng lƣợng, khi đó nó chuyển dịch từ trạng thái năng lƣợng (E1) tới (E2). Tần số bức xạ hấp thụ liên quan tới năng lƣợng của sự chuyển dịch bởi định luật của Plank:
Hình 2.8. Phổ kế IR
Khi ta chiếu một chùm bức xạ điện từ tác động lên khối vật chất thì sự hấp thụ của khối vật chất đó phụ thuộc vào bản chất của nó, nhƣ vậy đo lƣợng tia bức xạ bị hấp thụ ta có thể xác định đƣợc tính chất của vật liệu.
Một thông số quan trọng khi nghiên cứu phổ hồng ngoại là thứ tự liên kết và loại nguyên tử tham gia liên kết sẽ đƣợc xác định khi liên kết hoá học đó hấp thụ bức xạ hồng ngoại. Sự liên kết các nguyên tử gần nhau sẽ cho dịch chuyển tần số ở mức nhỏ. Do đó, nhóm các nguyên tử giống nhau hoặc tƣơng tự nhau trong các phân tử khác nhau thƣờng hấp thụ các dải tần xác định, giống nhau. Bảng kết quả hấp thụ hồng ngoại đƣợc sắp xếp bằng các nhóm chức, và có thể chia nhỏ hơn để tăng độ chính xác [12], [13], [16], [18].
Phổ hồng ngoại đƣợc ứng dụng phổ biến trong hoá học. Các thông tin chi tiết về hấp thụ hồng ngoại quan sát đƣợc thể hiện sự liên kết gữa các phân tử, nguyên tử.
Phổ hấp thụ UV – VIS là phổ hấp thụ của chất phân tích ở trạng thái dung dịch đồng thể với một trong các dung môi nhƣ nƣớc, methanol, ben zen, CCl4,… Đây là phƣơng pháp phân tích dựa trên sự so sánh độ hấp thụ bức xạ đơn sắc (mật độ quang) của dung dịch nghiên cứu với độ hấp thụ bức xạ đơn sắc của dung dịch tiêu chuẩn có nồng độ xác định.
Phƣơng pháp này đƣợc dùng chủ yếu để xác định lƣợng nhỏ các chất, tốn ít thời gian so với phƣơng pháp khác; dùng để định tính, định lƣợng, ngoài ra nó còn cho phép nghiên cứu mối quan hệ giữa cấu trúc phân tử và sự hấp thụ bức xạ do đó dẫn tới làm sáng tỏ mối quan hệ giữa cấu tạo và màu sắc của các chất [9], [18].
Để phát bức xạ tử ngoại ta dùng đèn đơteri còn để phát bức xạ khả kiến ngƣời ta dùng đèn W/I2. Bộ phận tạo đơn sắc thƣờng dùng lăng kính thạch anh có nhiệm vụ tách riêng từng dải sóng hẹp (đơn sắc). Bộ phận chia chùm sáng sẽ hƣớng chùm tia đơn sắc luân phiên đi tới cuvet đựng dung dịch mẫu và cuvet đựng dung môi. Bộ phân phân tích (detector) sẽ so sánh cƣờng độ chùm sáng đi qua dung dịch (I) và đi qua dung môi (I0). Tín hiệu quang đƣợc truyền thành tín hiệu điện. Sau khi đƣợc phóng đại, tín hiệu sẽ chuyển sang bộ phận tự ghi để vẽ đƣờng cong sự phụ thuộc của log(I/I0) vào bƣớc sóng. Nhờ máy vi tính, bộ tự ghi còn có thể chia ra cho ta những số liệu cần thiết nhƣ λmax cùng với giá trị độ hấp thụ A (D) [9], [18].
Nguyên tắc của phép đo phổ UV – VIS : Hòa tan chất phân tích trong dung môi phù hợp nếu chất đó có phổ hấp thụ UV – VIS nhạy. Chiếu vào dung dịch phân tích một chùm sáng có bƣớc song phù hợp để chất phân tích (hay sản phẩm của chất phân tích) hấp thụ bức xạ để tạo ra phổ hấp thụ UV – VIS của nó.
Sự hấp thụ tuân theo định luật Lambert-Beer.
0 log I A lC I (2.3) Trong đó:
A: độ hấp thụ hay mật độ quang của vật liệu
ε: hệ số hấp thụ l: chiều dày cuvet
C: nồng độ chất nghiên cứu (mol/L).
Đƣờng cong biểu diễn sự phụ thuộc mật độ quang và chiều dài bƣớc sóng kích thích gọi là phổ hấp thụ.
2.2.6. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ curcumin lên trên bề mặt vật liệu Fe3O4NP-CS