Trong Hình 1.6, ánh sáng từ một laser điốt (1) truyền qua bản phân cực (2) cho ánh sáng phân cực P và chiếu xuống bề mặt, khi đó ánh sáng phản xạ đi qua vật kính (4) và cuối cùng đƣợc thu bởi máy ảnh CCD (3).
Đối với chất lỏng là nƣớc, góc tới Brewster ~ 53.1°, ánh sáng phân cực P sẽ không phản xạ trên bề mặt phân cách nƣớc/khơng khí. Khi có đơn lớp trên bề mặt nƣớc, sẽ xuất hiện chùm tia phản xạ, để thu đƣợc hình ảnh của mẫu đơn lớp, cần phải xoay máy phân tích cho phép điều chỉnh độ tƣơng phản của hình ảnh bằng cách thay đổi phân cực phản xạ đi qua máy ảnh. Các hình ảnh BAM đã đƣợc số hóa, đƣợc lọc để giảm nhiễu, từ đó thu đƣợc những hình ảnh chất lƣợng tốt nhất [72].
Năm 2012, P. Toimil và đồng nghiệp [89] áp dụng BAM nghiên cứu các tính chất động học của các đơn lớp hỗn hợp Albumin huyết thanh ngƣời (HSA: Human serum albumin) và Dipalmitoyl phosphatidyl choline (DPPC), bằng cách nhỏ các lƣợng DPPC khác nhau lan truyền trên mặt phân cách đơn lớp Langmuir HSA - nƣớc. Kết quả chỉ ra đặc trƣng cấu trúc và độ dày của hỗn hợp các đơn lớp trong khoảng 0,34 nm đến 4,21 nm tính từ đầu đến cuối q trình nén đẳng nhiệt. Các ảnh
chụp bằng BAM của đơn lớp HSA và hỗn hợp đơn lớp HSA-DPPC đƣợc chỉ ra trong Hình 1.7.
a) b)
Hình 1.7. Ảnh chụp BAM của đơn lớp HSA trong pha xếp chặt (a) và đơn lớp hỗn hợp HSA - DPPC tỷ lệ khối lượng XDPPC = 0,5 (b) [89].
Tuy nhiên, các đối tƣợng đƣợc chụp ảnh bằng BAM phải không đƣợc di chuyển trong quá trình chụp, vì vậy, đơn lớp phải đặt trong mơi trƣờng chân không để các phân tử của đơn lớp không dao động. Đây là một hạn chế của phƣơng pháp này khi áp dụng nghiên cứu chế tạo màng Langmuir tại mặt phân cách nƣớc – khơng khí. Mặt khác, BAM cung cấp hình ảnh ở phạm vi micro của các đơn lớp trong các pha khác nhau và quan sát đƣợc sự tách pha vi mô trong miền đồng tồn tại hai pha [32] mà không thể cung cấp thông tin cấu trúc ở mức độ phân tử. Do đó, kỹ thuật này khơng thích hợp cho việc phân tích định lƣợng để xác định chi tiết cấu trúc của màng trong các pha cụ thể, đặc biệt là pha sụp đổ đơn lớp.
Gần đây, phƣơng pháp đo phân cực ellip (Ellipsometry) là phƣơng pháp đo quang rất nhạy để xác định các đại lƣợng quang học nhƣ chiết suất, độ hấp phụ, hằng số điện môi và độ dày của màng. Năm 2009, Seok [74] đã sử dụng phƣơng pháp này để giám sát tại chỗ hình thái học của đơn lớp Langmuir axit arachidic bị sụp đổ trên bề mặt nƣớc tinh khiết và trên dung dịch CaCl2. Ảnh chụp màng đơn lớp sau khi sụp đổ đƣợc thể hiện trên Hình 1.8. Seok đã phân tích hình ảnh đơn lớp
20 µm
sụp đổ và cho biết độ dày của các miền, từ đó chỉ ra sự tồn tại các miền đa lớp trên bề mặt nƣớc tinh khiết chủ yếu là ba lớp, trong khi đó, trên bề mặt dung dịch CaCl2 chủ yếu là hai lớp.
Hình 1.8. Hình ảnh đơn lớp axit arachidic sau khi bị sụp đổ trên bề mặt nước (a) và trên bề mặt dung dịch CaCl2 (b) [74].
1.2.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X
Mục đích của phƣơng pháp nhiễu xạ là giải mã cấu trúc tinh thể của một hợp chất đã cho. Trong các hệ tinh thể, khoảng cách giữa các nguyên tử lân cận là 0,1 - 1,0 nm, vào cỡ bƣớc sóng của các tia Rơnghen (tia X), tạo ra ảnh nhiễu xạ khi rọi tia X vào hợp chất hố học, do đó ảnh này đƣợc sử dụng để nghiên cứu cấu trúc của hợp chất. Bằng cách đo góc và cƣờng độ của các chùm nhiễu xạ, chúng ta có thể tạo ra một bức tranh ba chiều về mật độ electron trong tinh thể. Từ mật độ electron này, có thể xác định đƣợc vị trí trung bình của các ngun tử trong tinh thể, cũng nhƣ các liên kết hóa học và các thông tin khác. Trong các kỹ thuật nhiễu xạ tia X, kỹ thuật ―nhiễu xạ tia X góc là‖ (GIXD: Grazing incidence X-ray diffraction) là kỹ thuật nhạy với bề mặt. Vì vậy, GIXD đƣợc sử dụng để nghiên cứu màng mỏng do sự xuyên thấu của bức xạ rất hạn chế khi góc tới là là trên bề mặt đơn lớp.
Năm 2004, Alonso và đồng nghiệp [1] đã phát hiện cấu trúc chi tiết của màng chất hoạt động bề mặt phổi đang bị phá vỡ bằng kỹ thuật GIXD kết hợp với khảo sát phép đo đƣờng đẳng nhiệt π - A. Khi nén đẳng nhiệt màng chuyển từ pha
lỏng sang pha rắn, tại giá trị áp suất bề mặt của đơn lớp ~ 40 mN/m trên đƣờng đẳng nhiệt, màng tồn tại trong pha rắn với cấu trúc màng xếp chặt không nghiêng. Tại trạng thái này, độ nhớt cũng thay đổi, điều này có ý nghĩa quan trọng trong ngành Y học bởi vì, độ nhớt cao dẫn đến áp suất sụp đổ đơn lớp cao giúp ngăn ngừa chứng xẹp phổi và giảm thiểu chất hoạt động bề mặt phổi chảy ra khỏi phế nang do gradient sức căng bề mặt. Gần đây, các màng axit béo bị phá vỡ đã đƣợc nghiên cứu bằng phản xạ và nhiễu xạ tia X [7, 92], các tác giả báo cáo rằng, cấu trúc của màng đơn lớp axit béo bị phá vỡ phụ thuộc nhạy vào sự có mặt của muối trong nƣớc bên dƣới đơn lớp. Đối với các đơn lớp Langmuir trên nƣớc tinh khiết, các miền sụp đổ đơn lớp do chồng lên nhau chủ yếu là hình thành cấu trúc ba lớp, trong khi đó, các miền có cấu trúc hai lớp chiếm ƣu thế trong trƣờng hợp đơn lớp axit Behenic (C21H43COOH) trên dung dịch muối CaCl2.
Năm 2011, Wenjie Wang và đồng nghiệp [99, 100] sử dụng kỹ thuật quang phổ và tán xạ tia X để nghiên cứu tính đặc trƣng của các cation Fe3+
và La3+ liên kết với nhóm chức của đơn lớp axit arachidic trên bề mặt các dung dịch FeCl3 và LaCl3. Kết quả chỉ ra rằng, ion La3+
đƣợc phân bố bên cạnh đơn lớp axit arachidic tích điện âm do
nhƣờng H+ của nhóm
cacboxylic bằng tƣơng tác tĩnh điện. Trong khi đó cation Fe3+ có cùng số ơxi hóa và bán kính rất giống với La3+ nhƣng lại cung cấp một trƣờng hợp đặc biệt đó là, phần khơng tan
Fe(OH)3 cũng nhƣ ion
Fe(OH)2+ liên kết tạo phức với nhóm chức cacboxylic của đơn lớp Langmuir axit arachidic. Các kết quả này đƣợc minh họa nhƣ Hình 1.9 [99]. Tuy nhiên, kỹ thuật quang phổ và tán xạ tia X dựa vào các mơ hình đơn giản để giải thích số liệu và