1.5.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
Giản đồ nhiễu xạ tia X (X-ray difraction – XRD) dựa trên hiệu ứng tương tác từ tán xạ bởi các vị trí khác nhau của các nguyên tử trong vật liệu.
Phương pháp XRD là một kỹ thuật để phân tích cấu trúc, xác định pha, nhận dạng thành phần và đo lường kích thước trung bình của nhiều loại vật liệu khác nhau.
Giản đồ XRD dựa vào sự phụ thuộc của cường độ nhiễu xạ tia X vào góc nhiễu xạ. Những đặc trưng quan trọng nhất của giản đồ nhiễu xạ là vị trí và cường độ của các vạch nhiễu xạ. Từ giản đồ XRD có thể tính được hằng số mạng và ước tính kích thước. Nguyên tắc của XRD dựa trên hiện tượng nhiễu xạ của tia X khi phản xạ trên mạng tinh thể nếu thỏa mãn:
Trên cơ sở lý thuyết đối xứng của cấu trúc tinh thể người ta đã tìm ta các biểu thức liên hệ giữa các tham số tế bào mạng và chỉ số Miller. Ví dụ:
đối với tế bào tinh thể thuộc hệ lục phương (hexagonal) là:
1
𝑑2=4
3+h2+ℎ𝑘+𝑘2
a2 +12
𝑐2 (1.10) Bề rộng đỉnh của đỉnh nhiễu xạ có thể cho chúng ta các thông tin về kích thước tinh thể trung bình thông qua công thức Scherrer:
D = 0,9λ
∆(2θ)cosθ (1.11) Trong đó: D: kích thước tinh thể trung bình.
λ bước sóng của tia X, λ = 1.54056 A0.
∆(2θ) = FWHM : độ rộng nửa vạch nhiễu xạ.
Hình 1. 2. Sơ đồ nguyên tắc của phép đo nhiễu xạ tia
1.5.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
Kính hiển vi điện tử quét (Scanning electron microscopy - SEM) là là phương pháp sử dụng loại kính hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao của bề mặt mẫu vật bằng cách dùng một chùm tia electron có năng lượng cao gọi là điện tử sơ cấp chiếu lên mẫu (mẫu bột). Sau đó, ghi nhận và phân tích các tín hiệu được phát ra do tương tác của điện tử sơ cấp với các nguyên tử của mẫu, gọi là tín hiệu thứ cấp, để thu thập các thông tin về mẫu dạng ảnh. Kết quả SEM xác định về hình thái (hình dạng và kích thước hạt cấu trúc), diện mạo (cấu trúc bề mặt và độ cứng) và tinh thể (cách sắp xếp của các nguyên tử trong vật thể) của vật liệu.
Hình 1. 3. Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử quét 1.5.3. Phương pháp quang phổ hồng ngoại (IR)
Phổ hồng ngoại được sử dụng hiệu quả trong phân tích cấu tạo các hợp chất. Những số liệu từ phổ hồng ngoại cho phép xác định sự có mặt của các nhóm chức trong phân tử hợp chất hữu cơ, nhận biết các liên kết trong việc nghiên cứu cấu trúc của hợp chất vô cơ (đặc biệt là phức chất), cấu trúc vật liệu (vật liệu mao quản, zeolite, polymer…).
Phương pháp quang phổ hồng ngoại dựa trên cơ sở của sự tương tác giữa chất cần phân tích với các tia đơn sắc có bước sóng nằm trong vùng hồng ngoại (4000 400 cm-1). Kết quả của sự tương tác là chất nghiên cứu sẽ hấp phụ một phần năng lượng và làm giảm cường độ của tia tới. Lúc này phân tử sẽ thực hiện dao động làm thay đổi góc liên kết và độ dài liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử. Sự hấp thụ bức xạ điện tử của phân tử tuân theo định luật Lambert-Beer:
𝐷 = log𝐼0
𝐼 = 𝜀𝑙𝐶 (1.12)
Trong đó: D: mật độ quang.
I0, I: cường độ ánh sáng trước và sau khi đi qua chất phân tích.
Ꜫ: hệ số hấp thụ; l: độ dày cuvet; C: nồng độ chất cần phân tích.
Khi hấp thụ năng lượng trong vùng hồng ngoại sẽ xảy ra dao động của các nguyên tử trong phân tử. Các nguyên tử trong phân tử dao động theo ba hướng trong không gian gọi là dao động riêng của phân tử. Mỗi dao động riêng ứng với một mức năng lượng nhất định. Tuy nhiên, không phải bất cứ phân tử nào cũng có khả năng hấp thụ bức xạ hồng ngoại để có hiệu ứng phổ
dao động mà chỉ có những phân tử khi dao động gây ra sự thay đổi momen lưỡng cực điện mới có khả năng hấp thụ bức xạ hồng ngoại. Những dao động này làm thay đổi mômen lưỡng cực điện của liên kết sẽ làm xuất hiện tín hiệu hồng ngoại.
1.5.3. Phương pháp đo diện tích bề mặt (BET)
Phương pháp đo diện tích bề mặt (Brunauer-Emmett-Teller – BET) là quá trình đo đạc lại thực nghiệm hấp phụ nitrogen của mẫu nghiên cứu trong dải áp suất rộng được ứng dụng rất phổ biến để xác định bề mặt riêng và kích thước mao quản của chất hấp phụ rắn. Diện tích bề mặt riêng (diện tích bề mặt trên một đơn vị khối lượng) của một vật liệu sẽ tăng lên khi có mặt các lỗ rỗng trong lòng vật liệu hoặc khi chúng ta giảm kích thước của vật liệu.
Diện tích bề mặt riêng SBET (m2/g) được tính theo phương trình sau:
SBET = VmNωo (1.13)
Trong trường hợp chất bị hấp phụ là N2 ở 77K = -196oC:
ωo = 0,162.10-20 m2, N = 6,023.1023 → SBET = 4,35.Vm
(1.14)
Trong đó: Vm là thể tích hấp phụ cực đại của một lớp (cm3/g) ở áp suất cân bằng P và được tính toán dựa trên phương trình hấp phụ đẳng nhiệt BET bằng phương pháp đồ thị trên:
Hình 1. 4. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của P/V(Po-P) vào P/Po
Từ đồ thị, Vm được tính như sau:
𝑂𝐴 = 1
𝐶.𝑉𝑚; 𝑡𝑎𝑛𝛼 = 𝐶−1
𝐶.𝑉𝑚 (1.15) Trong đó: C là hằng số phụ thuộc vào nhiệt hấp phụ, Po là áp suất hơi bão hòa của chất bị hấp phụ, V là thể tích chất bị hấp phụ tính cho một gam chất rắn.
Trong bài báo cáo này, phép đo này thực hiện trên thiết bị máy đo BET Tri Start 3000, Micromeritics tại Trường Đại học Sư phạm 1 Hà Nội.
1.5.4. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis
Phương pháp quang phổ UV-Vis là một kỹ thuật phân tích đo lượng bước sóng rời rạc của tia UV hoặc ánh sáng khả kiến được hấp thụ hoặc truyền qua mẫu so với mẫu chuẩn hoặc mẫu trắng. Kết quả thu được từ phổ UV-Vis của các mẫu chất rắn có thể xác định bước sóng có sự dịch chuyển từ vùng hấp thụ ánh sáng mạnh sang vùng không hấp thụ ánh sáng.
Nguyên tắc của phương pháp là một cấu tử X nào đó, chuyển X thành hợp chất có khả năng hấp thụ ánh sáng rồi đo sự hấp thụ ánh sáng của nó rồi suy ra hàm lượng chất cần xác định. Sự hấp thu này tuân theo định luật Lambert-Beer:
𝐴 = log𝐼0
𝐼 = 𝜀𝑙𝐶 (1.16)
Trong đó: Io, I: cường độ ánh sáng đi vào và ra khỏi dung dịch.
Ꜫ: hệ số hấp thụ quang phân tử, phụ thuộc vào nồng độ chất hấp thụ
l: độ dày của dung dịch ánh sáng đi qua.
C: nồng độ chất hấp thụ ánh sáng trong dung dịch.
Nếu đo A tại một bước sóng nhất định với cuvet có bề dày l xác định thì đường biểu diễn A = f(C) có dạng đường thẳng, nhưng do có những yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch (bước sóng của ánh sáng tới, pha loãng dung dịch, nồng độ H+, sự có mặt của các ion lạ) nên đồ thị không có dạng đường thẳng với mọi giá trị của nồng độ. Khi đó biểu thức có dạng:
𝐴 = 𝑘. 𝜀. 𝑙. (𝐶𝑥)𝑏 (1.17) Trong đó: Cx: nồng độ chất hấp thụ ánh sáng trong dung dịch.
k: hằng số thực nghiệm
b: hằng số có giá trị 0 < b 1, một hệ số gắn iền với nồng độ Cx
Đối với chất phân tích trong dung môi xác định, cuvet có bề dày xác định thì , l là const. Đặt K = k..l, ta có:
𝐴 = 𝐾. 𝐶𝑏 (1.18)
Phương trình (1.18) là cơ sở để định lượng các chất theo phép đo phổ hấp thụ phân tử UV-Vis. Trong phân tích, vùng nồng độ tuyến tính giữa A và C được sử dụng, vùng tuyến tính này rộng hay hẹp phụ thuộc vào bản chất hấp thụ quang của mỗi chất và điều kiện thực nghiệm, các chất có phổ hấp thụ UV-Vis càng nhạy tức giá trị càng lớn thì giá trị nồng độ giới hạn Co càng nhỏ và vùng nồng độ tuyến tính giữa A và C càng hẹp.
1.5.5. Định lượng kháng sinh AMO trong dung dịch bằng phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-Vis theo phương pháp đường chuẩn
Xác định khoảng tuyến tính và xây dựng đường chuẩn của phép đo xác định hàm lượng kháng sinh AMO bằng phương pháp phổ hấp thụ UV-Vis.
Nguyên tắc của phương pháp là xác định điểm giao của hai tiếp tuyến với hai phần đồ thị biểu diễn độ hấp thu ánh sáng của chất phân tích trong vùng hấp thu mạnh sang vùng không hấp thu ánh sáng. Từ kết quả xác định bước sóng, có thể xác định năng lượng vùng cấm Eg của chất phân tích theo công thức:
𝐸𝑔 = 1239,9
Trong đó: : là bước sóng chuyển vùng hấp thụ của chất phân tích.