2.2.1. Phương pháp phổ hồng ngoại khả kiến (Uv-Vis)
Phổ UV-Vis là loại phổ electron, ứng với mỗi electron chuyển mức năng lượng ta thu được một vân phổ rộng, là một phương pháp định lượng xác định nồng độ của các chất thông qua độ hấp thụ ánh sáng của dung dịch.
Nguyên tắc: Cho chùm ánh sáng có độ dài bước sóng xác định trong vùng khả kiến (Vis) hay trong vùng tử ngoại gần (UV) đi qua vật thể hấp thụ (thường ở dạng dung dịch). Dựa vào lƣợng ánh sáng đã bị hấp thụ bởi dung dịch mà suy ra nồng độ (hàm lượng) của dung dịch đó. Cường độ tia tới:
Io = IA + Ir + I
Trong đó: Io là cường độ ban đầu của nguồn sáng; I là cường độ ánh sáng sau khi đi qua dung dịch; IA là cường độ ánh sáng bị hấp thụ bởi dung dịch và Ir là cường độ ánh sáng phản xạ bởi thành cuvet và dung dịch, giá trị này được loại bỏ bằng cách lặp lại 2 lần đo.
Cường độ hấp thụ bức xạ của 1 chất được xác định dựa trên sự giảm cường độ chùm bức xạ khi chiếu qua dung dịch chứa chất khảo sát và đƣợc chứng minh bởi định luật hấp thụ ánh sáng của Bouguer-Lambert-Beer.
lgI0
A lC
I
Trong đó: A là độ hấp thụ hoặc mật độ quang; C là nồng độ mol chất ban đầu (mol/L); l là bề dày lớp dung dịch mà ánh sáng đi qua (cm); là hệ số hấp thụ (nếu C = 1 mol/L, l = 1 cm thì đƣợc gọi là hệ số hấp thụ phân tử gam; nếu C = 1%
(v/v), l = 1 cm thì đƣợc gọi là hệ số hấp thụ riêng (E)).
Nhƣ vậy, độ hấp thụ của dung dịch tỷ lệ với nồng độ (C) và bề dày (l) của lớp chất khảo sát
Sử dụng phổ UV-Vis để xác định bước sóng hấp thụ cực đại của vàng nano.
Vàng nano có tính chất cộng hưởng plasmon bề mặt, nhờ đó nó có thể hấp thụ các tia bức xạ thích hợp.
2.2.2. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
Kính hiển vi điện tử truyền qua 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 đƣợc tạo ra trên màn huỳnh quang, hay trên màng quang học, hay đƣợc ghi nhận bằng các máy chụp kỹ thuật số.
Phương pháp TEM cho bức ảnh chân thực về kích thước hạt của vật liệu. Nhờ cách tạo ảnh nhiễu xạ, vi nhiễu xạ và nano nhiễu xạ, kỹ thuật hiển vi điện tử truyền qua còn cho biết nhiều thông tin chính xác về cách sắp xếp các nguyên tử trong mẫu, theo dõi đƣợc cách sắp xếp đó trong chi tiết từng hạt, từng diện tích cỡ
micromet vuông và nhỏ hơn. Nguyên lý hoạt động của phương pháp đo TEM được trình bày trên Hình 2.1.
Hình 2.1. Nguyên lí hoạt động của phương pháp đo TEM
Sử dụng phương pháp TEM cho bức ảnh chân thực về kích thước hạt nano vàng tổng hợp đƣợc
2.2.3. Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) [2], [3], [5]
Phổ tán xạ năng lượng tia X (thường được ký hiệu là EDX, EDS hoặc XEDS) 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 tương tác với chùm điện tử có năng lượng cao.
Nguyên tắc của phương pháp EDX là dựa trên sự tương tác giữa nguồn tia X kích thích và mẫu cần phân tích. Mỗi nguyên tố hoá học có một thành phần nguyên tử xác định tạo ra các vạch phổ đặc trƣng cho nguyên tố đó. Để tạo bức xạ đặc trƣng từ mẫu, một dòng năng lƣợng cao của các hạt tích điện nhƣ điện tử, photon, hay chùm tia X đƣợc chiếu vào mẫu cần phân tích.
Thông thường, các điện tử trong mẫu ở các trạng thái cơ bản (chưa bị kích thích) và chúng xoay quanh hạt nhân ở các mức năng lƣợng khác nhau. Khi kích thích bằng một chùm tia X, điện tử sẽ nhảy lên một mức năng lƣợng cao hơn, tạo nên một lỗ trống điện tử, một điện tử khác từ lớp bên ngoài có năng lƣợng cao hơn nhảy vào để điền vào lỗ trống đó. Bước nhảy này giải phóng năng lượng dưới dạng năng lƣợng tia X tán xạ.
Hình 2.2. Nguyên tắc tán xạ tia X dùng trong phổ EDX 2.2.4. Phương pháp phân tích quang phổ hồng ngoại (IR)
Quang phổ hồng ngoại (gọi tắt là quang phổ IR) là quang phổ đƣợc thực hiện ở vùng hồng ngoại của phổ bức xạ điện từ, ánh sáng vùng này có bước sóng dài hơn và tần số thấp hơn so với vùng ánh sáng nhìn thấy. Nhiều kỹ thuật về quang phổ hồng ngoại dựa trên tính chất này, mà hầu hết dựa trên cơ sở của sự hấp thụ quang phổ. Cũng giống như tất cả phương pháp quang phổ khác, quang phổ hồng ngoại có thể đƣợc sử dụng trong công tác xác định và nghiên cứu các hợp chất hóa học.
Phương pháp phân tích theo quang phổ hồng ngoại là một trong những kỹ thuật phân tích rất hiệu quả. Một trong những ưu điểm của phương pháp phổ hồng ngoại vượt hơn những phương pháp phân tích cấu trúc khác (nhiễu xạ tia X, cộng hưởng từ điện tử…) đó là cung cấp thông tin về cấu trúc phân tử nhanh, không đòi hỏi nhiều phương pháp tính toán phức tạp. Các số liệu ghi nhận được từ quang phổ hồng ngoại cung cấp rất nhiều thông tin về chất nghiên cứu, chẳng hạn nhƣ nhận biết và đồng nhất các chất, xác định cấu trúc phân tử, nghiên cứu động học phản ứng, xác định độ tinh khiết, suy đoán về tính đối xứng của phân tử, phân tích định lƣợng.
Hình 2.3. Nguyên tắc phân tích quang phổ hồng ngoại IR
Phương pháp đo phổ IR hoạt động dựa trên sự hấp thụ bức xạ hồng ngoại của vật chất cần nghiên cứu. Phương pháp này ghi nhận các dao động đặc trưng của các liên kết hóa học giữa các nguyên tử, cho phép phân tích với hàm lƣợng chất mẫu rất thấp và có thể phân tích cấu trúc, định tính và cả định lƣợng, với độ nhạy rất cao, ngay cả khi mẫu chỉ có bề dày cỡ 50 nm.