- Rhodamine B:
2.2.2. Một số phƣơng pháp xác định cấu trúc đặc trƣng của vật liệu
2.2.2.1. Phƣơng pháp tán xạ năng lƣợng tia X (EDX – Energy dispersive X-ray spectroscopy)
Phổ tán sắc năng lƣợng tia X là kỹ thuật phân tích thành phần hóa học của vật rắn dựa vào việc ghi lại phổ tia X phát ra từ vật rắn do tƣơng tác với các bức xạ (mà chủ yếu là chùm điện tử có năng lƣợng cao trong các kính hiển vi điện tử). Khi chùm điện tử có năng lƣợng lớn đƣợc chiếu vào vật rắn, nó sẽ đâm xuyên vào nguyên tử vật rắn và tƣơng tác với các lớp điện tử bên trong của nguyên tử. Tƣơng tác này dẫn đến việc tạo ra các tia X có bƣớc sóng đặc trƣng tỷ lệ với nguyên tử số (Z) của nguyên tử theo định luật Mosley:
𝑓 = 𝜈 = 𝑚𝑒𝑞𝑒4
8ℎ3𝜖02
3
4 𝑍 −1 2 = 2,48. 1015 𝐻𝑧 𝑍 −1 2
Có nghĩa là tần số tia X phát ra đặc trƣng với nguyên tử của mỗi chất có mặt trong chất rắn. Việc ghi nhận phổ tia X phát ra từ vật rắn sẽ cho thông tin về nguyên tố hóa học có mặt trong mẫu đồng thời cho các thông tin về tỉ phần các nguyên tố này.
Tuy nhiên EDX tỏ ra không hiệu quả đối với nguyên tố nhẹ (nhƣ B, C…) và thƣờng xuyên xuất hiện hiệu ứng chồng chập các đỉnh tia X của các nguyên tố khác nhau ( một nguyên tố thƣờng phát ra nhiều đỉnh đặc trƣng và các đỉnh của các nguyên tố khác nhau có thể chồng chập lên nhau gây khó khăn cho phân tích).
2.2.2.2. Phƣơng pháp nhiễu xa ̣ Rơnghen (XRD – X - Rays Diffraction)
Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X cung cấp các thông tin về thành phần pha và cấu trúc của vật liệu. Nó cịn cho phép phân tích bán định lƣợng đối với kích thƣớc và hàm lƣợng các chất có trong vật liệu.
Tia X dùng trong nghiên cứu cấu trúc có bƣớc sóng lAo-50Ao. Khi chiếu một chùm tia X đơn sắc lên hạt tinh thể, ứng với một bƣớc sóng, tia X sẽ phản xạ từ hai mặt mạng cạnh nhau. Ví dụ, chùm tia X chiếu vào tinh thể, tạo với mặt tinh thể một góc, khoảng cách giữa các mặt là d.
Hình 2.3: Nhiễu xạ tia X theo mơ hình Bragg
Các tia X phản xạ từ hai mặt mạng cạnh nhau có hiệu quang trình Δ = 2AC= 2dsinθ
Khi các tia này giao thoa với nhau ta sẽ thu đƣợc cực đại nhiễu xạ thỏa mãn phƣơng trình Vulf-Bragg: Δ = nλ = 2dsin θ
Trong đó :
d: Khoảng cách giữa hai mặt mạng song song. : Góc giữa tia X và mặt phẳng pháp tuyến.
n: Số bậc phản xạ (n = 1,2,3,4,...) λ: Độ dài bƣớc sóng tia X.
Kích thƣớc hạt tinh thể ở dạng nanomet thu đƣợc từ nhiễu xạ tia X đƣợc tính theo cơng thức Scherrer:
Trong đó :
λ( ): Độ dài bƣớc sóng tia X K: 0.89 khi dùng anot Cu
r: là kích thƣớc hạt tinh thể ( )
Bsize(radian): bề rộng tại một nửa chiều cao của pic cực đại θB: là góc Bragg
Phƣơng pháp XRD cũng có một số nhƣợc điểm:
- Khơng phát hiện đƣợc các chất có hàm lƣợng nhỏ.
- Tùy theo bản chất và mạng lƣới không gian mà độ nhạy phân tích định tính dao động trong khoảng 1 - 30%. [5].
Trần Thị Tâm- K23 Cao học hóa 28 Ngành Hóa mơi trường
2.2.2.3 Phƣơng pháp phổ phản xạ khuếch tán UV – VIS (Ultra Violet – Visible Diffuse Reflectance Spectrocospy)
Phƣơng pháp phổ phản xạ khuếch tán UV - VIS còn đƣợc gọi là phƣơng pháp quang phổ hấp thụ điện tử, là một trong những phƣơng pháp phân tích dựa trên sự hấp thụ điện từ. Phƣơng pháp này dựa trên bƣớc nhảy của electron từ obitan có mức năng lƣợng thấp lên obitan có mức năng lƣợng cao khi bị kích thích bằng các tia bức xạ trong vùng quang phổ tử ngoại và khả kiến có dải bƣớc sóng nằm trong khoảng 200 – 800 nm.
Trong một số phân tử hay nguyên tử, các photon của ánh sáng UV - VIS có đủ năng lƣợng gây ra sự chuyển dịch của các electron giữa các mức năng lƣợng. Bƣớc sóng của ánh sáng hấp thụ là bƣớc sóng có đủ năng lƣợng địi hỏi để tạo ra bƣớc nhảy của một điện tử từ mức năng lƣợng thấp đến mức năng lƣợng cao hơn. Các bƣớc nhảy này tạo ra dải hấp thụ tại các bƣớc sóng đặc trƣng ở các mức năng lƣợng của các dạng hấp thụ.
Trong đề tài, mẫu vật liệu đƣợc đem chụp phổ UV-Vis để xác định khoảng bƣớc sóng đƣợc hấp thụ cực đại bởi vật liệu tại Viện Khoa học Vật liệu- Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam.
2.2.2.4 Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope - SEM)
Phƣơng pháp SEM đƣợc sử dụng để xác định hình dạng và cấu trúc bề mặt của vật liệu. Ƣu điểm của nó là có thể thu đƣợc những bức ảnh ba chiều chất lƣợng cao và khơng địi hỏi phức tạp trong khâu chuẩn bị mẫu, không cần phá hủy mẫu. Đây là phƣơng pháp đặc biệt hữu hiệu, bởi vì nó cho độ phóng đại có thể thay đổi từ 10 đến 100000 lần với hình ảnh rõ nét, hiển thị ba chiều phù hợp cho việc phân tích hình dạng và cấu trúc bề mặt vật liệu.
Các bƣớc ghi đƣợc ảnh SEM nhƣ sau: chùm electron hẹp sau khi đi ra khỏi thấu kính hội tụ sẽ đƣợc quét lên bề mặt mẫu. Các electron đập vào bề mặt mẫu, bị phản xạ tạo thành một tập hợp các hạt thứ cấp đi tới detector. Tại đây các electron sẽ đƣợc chuyển thành tín hiệu điện. Các tín hiệu điện sau khi đã đƣợc khuếch đại đi tới ống tia catot và đƣợc quét lên ảnh. Các vùng tối và sáng trên ảnh phụ thuộc vào số các hạt thứ cấp đập
vào ống tia catot tức là phụ thuộc vào góc nảy ra của các electron sau khi tƣơng tác với bề mặt mẫu. Chính vì thế mà ảnh SEM thu đƣợc phản ánh hình dạng, cấu trúc bề mặt vật liệu.