CHƢƠNG 1 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHỔ DAO ĐỘNG RAMAM
1.6 Ƣu và nhƣợc điểm của phƣơng pháp quang phổ Raman
1.6.1. Ưu điểm
Các phƣơng pháp phân tích thông thƣờng thƣờng hay đi đôi với việc chuẩn bị mẫu nhƣ nghiền, hòa tan, lắc siêu âm, lọc, chiết, tách… đôi khi rất mất công mà lại còn làm ảnh hƣởng đến bản chất của chất phân tích. Ví dụ nhƣ việc nghiền mẫu dẫn đến thay đổi một số trạng thái rắn nhƣ trạng thái ngậm nƣớc, dạng đa hình, và các liên kết hydro. Phƣơng pháp phân tích quang phổ Raman hầu nhƣ không yêu cầu việc chuẩn bị mẫu, vì vậy mà tiết kiệm về thời gian, không cần sử dụng thêm các dụng cụ bổ trợ khác, tiết kiệm công sức và tiết kiệm chi phí.
Có thể đo phổ Raman trực tiếp xuyên qua các bao bì đựng, các chai lọ thủy tinh, các vỏ bao film… mà không cần phải xâm lấn vào các cấu tạo bên trong mẫu, không làm hỏng cấu tạo của thành phẩm, ảnh hƣởng đến mẫu đo và vì vậy, không làm gián đoạn hoặc gây hao phí trong quá trình suẩn xuất. Điều này rất thuận tiện trong việc theo dõi và kiểm soát chất lƣợng sản phẩm trong các khâu của quá trình sản xuất dƣợc phẩm.
Phƣơng pháp quang phổ Raman có thể phân tích đƣợc chỉ với một lƣợng mẫu nhỏ. Điều này rất quan trọng trong việc đánh giá sự đồng nhất của mẫu đo, phân tích để phát hiện các chất chỉ với một lƣợng mẫu nhỏ. Ngoài ra, nó còn có ý nghĩa trong quá trình theo dõi các phản ứng hóa học, bởi vì ở giai đoạn đầu của phản ứng thì sản phẩm tạo ra là rất ít và khó để nhận biết đƣợc.
Phép phân tích vừa đơn giản, không phải chuẩn bị mẫu và vừa cho kết quả nhanh. Điều này giúp tiết kiệm thời gian phân tích, do đó chúng ta sẽ sớm có kết luận trong các phép phân tích định tính xác định mẫu đo.
Việc đo quang phổ Raman khá dễ dàng, vì vậy việc đào tạo để sử dụng đƣợc một thiết bị quang phổ Raman sẽ rất đơn giản, áp dụng đƣợc cho nhiều loại đối tƣợng phổ thông khác nhau mà không nhất thiết phải có kiến thức chuyên sâu. Việc sử dụng dễ dàng nhƣ vậy giúp máy quang phổ Raman ngày càng đƣợc phổ cập hơn, phƣơng pháp phân tích phổ Raman đƣợc ứng dụng trong nhiều ngành nghề khác nhau hơn, nhất là trong công tác Hải quan và Pháp y, những ngành cần phải cho kết quả sàng lọc nhanh, độ tin cậy cao.
Sự ra đời của thiết bị FT-Raman với độ lặp lại cao tạo điều kiện cho sự phát triển các đầu thu có khẩu độ lớn, cho phép tia laser tập trung đƣợc vào một lƣợng mẫu lớn hơn, tín hiệu Raman thu đƣợc nhiều hơn, và chúng ta phân tích đƣợc một lƣợng mẫu lớn hơn khi cần thiết.
Nƣớc hấp thu tán xạ Raman kém, vì vậy rất thuận tiện cho việc đo phổ của các chất ở dạng dung dịch trong nƣớc.
Đầu dò sợi quang sử dụng công nghệ của cáp quang giúp kích thích và thu tín hiệu Raman ở một khoảng cách xa, ở trong những điều kiện độc hại, đo mẫu trong lòng của bao bì đựng lớn, điều kiện môi trƣờng có nhiệt độ cao… Khi nói đến phổ dao động phân tử, quang phổ Raman và IR luôn có quan hệ mật thiết với nhau, có tính chất bổ sung cho nhau trong trong các phép phân tích xác định cấu trúc phân tử. So với phƣơng pháp quang phổ IR thì phƣơng pháp phân tích phổ Raman có một số lợi thế hơn nhƣ sau:
+ Đối với các hợp chất hút ẩm và các hợp chất nhạy trong không khí, cho vào ống thủy tinh nút kín rồi thu phổ Raman, trong phổ IR thì ống thủy tinh hấp thụ bức xạ IR.
+ Đo phổ trong dung dịch nƣớc trong Raman dễ hơn IR, vì nƣớc có tán xạ Raman rất yếu, trong khi nƣớc cho phổ hồng ngoại mạnh.
+ Các máy quang phổ Raman bộ phận kích thích thƣờng trang bị cùng thấu kính hiển vi, giúp phân tích tập trung hơn nên chỉ cần một mẫu diện tích nhỏ là có thể thu nhận đƣợc phổ, quang phổ hồng ngoại không có tính chất này.
+ Nhờ bƣớc sóng laser kích thích ngắn hơn là bƣớc sóng trong vùng hồng ngoại nên tia laser có khả năng đâm xuyên cao hơn, thu đƣợc tín hiệu từ sâu bên trong mẫu hơn, bên cạnh đó, cũng do nƣớc và thủy tinh không hấp thụ phổ Raman mà phƣơng pháp quang phổ Raman có thể dùng để định lƣợng chất rắn trong viên, chất lỏng trong dung dịch nƣớc. Phổ IR không có đƣợc điều này và nó chủ yếu là dùng để định tính.
1.6.2. Nhươc điểm và các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình đo phổ
Tuy đã đƣợc phát triển từ rất lâu, có rất nhiều ƣu điểm, nhƣng chi phí cho các thiết bị quang phổ Raman còn rất cao, nên nó rất khó để đƣợc sử dụng rộng rãi nhƣ một phép phân tích thông thƣờng. Những yếu tố quan trọng nhất ảnh hƣởng đến phép đo phổ Raman đó là hiện tƣợng huỳnh quang, sự nóng lên của mẫu đo, sự hấp thụ phổ Raman bởi nền mẫu hoặc mẫu và ảnh hƣởng của độ phân cực.
Nếu nền mẫu đo cho huỳnh quang, tín hiệu của phép đo sẽ có những thành phần huỳnh quang trong đó.
Tín hiệu huỳnh quang xuất hiện khi bƣớc sóng laser kích thích trùng lặp với một dải hấp thụ của mẫu đo. Huỳnh quang thƣờng phủ lên tín hiệu Raman, nó nhƣ là một nền dốc khá phẳng, có thể gây ra một đƣờng nền ảo với độ nhiễu thấp và làm giảm tỉ lệ S/N của các tín hiệu Raman. Dải bƣớc sóng và cƣờng độ huỳnh quang phụ thuộc vào thành phần hóa học của vật liệu phát huỳnh quang. Bởi vì tín hiệu huỳnh quang thƣờng mạnh hơn tín hiệu Raman nên chúng thƣờng bao phủ và làm suy giảm đáng kể tín hiệu Raman. Muốn triệt tiêu hoặc hạn chế huỳnh quang chúng ta thƣờng sử dụng các detector vùng NIR. Tuy nhiên, việc giảm tín hiệu huỳnh quang bằng cách sử dụng nguồn laser kích thích có bƣớc sóng dài một phần nào đó cũng làm giảm cƣờng độ của tín hiệu Raman. Chính vì vậy để tỷ lệ S/N của tín hiệu lớn nhất, chúng ta phải tính toán để cân bằng giữa các yếu tố: loại bỏ huỳnh quang, cƣờng độ phát hiện và sự đáp ứng của detector. Huỳnh quang chất rắn đôi khi đƣợc giảm thiểu bằng cách chiếu bức xạ laser vào mẫu đo một khoảng thời gian trƣớc khi đo. Quá trình này đƣợc gọi là photobleaching, nó là quá trình làm giảm các loại hấp thụ cao. Photobleaching kém hiệu quả hơn trong chất lỏng, nơi có các mẫu di động.
Quá trình chiếu laser kích thích, có thể làm nóng mẫu và gây ra một loạt các ảnh hƣởng nhƣ làm thay đổi trạng thái vật lý của mẫu (nóng chảy), chuyển đổi dạng thù hình, đốt cháy hoặc làm phân hủy mẫu. Nguy cơ làm nóng mẫu tăng khi công suất nguồn laser lớn hoặc kích thƣớc của nguồn laser càng nhỏ (độ tụ cao) trong trƣờng
hợp sử dụng thấu kính hội tụ. Vấn đề này thƣờng xảy ra với các chất màu, chất hấp thụ ánh sáng tốt hoặc các hạt nhỏ có khả năng truyền nhiệt kém. Những ảnh hƣởng của việc làm nóng mẫu lên quá trình thu phổ Raman có thể nhận ra khi quan sát trực tiếp mẫu đo hoặc qua quan sát phổ đồ. Một số cách đơn giản làm giảm sự nóng lên của mẫu đó là giảm thông lƣợng tia laser, di chuyển mẫu hoặc chùm laser trong quá trình đo, tăng tính truyền nhiệt của mẫu bằng cách cho tiếp xúc với các vật dẫn nhiệt tốt.
Sự hấp thụ các tín hiệu Raman bởi nền mẫu hoặc mẫu đo cũng có thể xảy ra. Tuy việc sử dụng laser NIR để kích thích cùng với hệ thống FT-Raman làm giảm hiện tƣợng huỳnh quang, nhƣng chính việc sử dụng laser NIR lại ảnh hƣởng lớn đến sự thu tín hiệu Raman. Các ảnh hƣởng này nhiều hay ít phụ thuộc vào hệ quang của máy quang phổ Raman và phụ thuộc vào bản chất của mẫu đo. Tuy nhiên, sự ảnh hƣởng này không quá nặng nề nhƣ trong việc đo phổ hấp thụ NIR bởi vì với bƣớc sóng dài thì độ xâm nhập vào bên trong mẫu đo của chùm laser là ít, tín hiệu Raman thu đƣợc chủ yếu là từ lớp mỏng ngoài cùng và vì lớp này mỏng nên độ hấp thụ tín hiệu Raman là không đáng kể.
Cuối cùng, chúng ta cần phải nhớ rằng bức xạ laser là phân cực, vì vậy phổ Raman của mẫu tinh thể cũng nhƣ các mẫu có cấu trúc định hƣớng có thể khác nhau phụ thuộc vào cách mà chúng đƣợc tạo thành. [19]
CHƢƠNG 2. ỨNG DỤNG CỦA PHỔ DAO ĐỘNG RAMAN TRONG ĐỜI SỐNG
2.1. Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất