Chương 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VÀ CÁC KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM
2.4. Các phương pháp thực nghiệm khảo sát đặc tính và tính chất của vật liệu
2.4.1. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao
Các tính chất hóa lý của các hạt có thể ảnh hưởng đáng kể đến đến tính chất sinh học của chúng. Để có thể sử dụng vật liệu nano trong các lĩnh vực phục vụ con người như y sinh, chăm sóc sức khỏe thì vấn đề an toàn của vật liệu được đặt lên hàng đầu. Do đó việc xác định các đặc trƣng của vật liệu là rất cần thiết. Hình thái, kích thước, sự phân bố kích thước của vật liệu là một trong những đặc trưng cần phải xác định đầu tiên. Tuy nhiên do độ tương phản giữa các chấm carbon và lưới đồng đƣợc phủ carbon rất thấp nên chúng tôi đã tiến hành chụp ảnh hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao (HRTEM) của các chấm LCdots. Thiết bị chúng tôi đã sử dụng để chụp HRTEM là kính hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao TecnaiG2 2- s=twin tại khoa địa chất Trường Đại học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội (hình 2.2a).
Hình 2.2 Ảnh chụp thiết bị đo (a) HR-TEM; (b) phổ tán xạ Raman.
2.4.2. Phổ tán xạ Raman
Quang phổ Raman là một kỹ thuật quang phổ dựa trên sự tán xạ không đàn hồi của ánh sáng đơn sắc thường là từ một nguồn laser. Sự tán xạ không đàn hồi có nghĩa là tần số của các photon trong ánh sáng đơn sắc thay đổi khi tương tác với một mẫu. Photon của ánh sáng laser đƣợc hấp thụ bởi mẫu và sau đó đƣợc phát xạ lại.
Sự dịch chuyển tần số của các photon đƣợc phát xạ lại so với tần số đơn sắc ban đầu, đƣợc gọi là hiệu ứng Raman. Sự dịch chuyển này cung cấp thông tin về các chuyển động rung, quay và các dịch chuyển tần số thấp khác trong phân tử. Quang phổ Raman có thể đƣợc sử dụng để nghiên cứu các mẫu rắn, lỏng và khí. Phổ Raman của LCdots được ghi lại nhờ thiết bị Renisshaw ở Viện Vật lý kỹ thuật, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội (hình 2.2b).
2.4.3. Phương pháp ảnh nhiễu xạ tia X
Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) là một kỹ thuật phân tích phổ biến đã đƣợc sử dụng để đo lường mức độ kết tinh, kích thước của các hạt. Khi tia X phản xạ lên bất kỳ tinh thể nào sẽ dẫn đến hình thành nhiều ảnh nhiễu xạ. Các ảnh này sẽ phản ánh các đặc tính hóa lý của các cấu trúc tinh thể. Cơ sở dữ liệu tham chiếu của các mẫu vật liệu được lưu trữ trong thư viện của Ủy ban tiêu chuẩn bột nhiễu xạ (JCPDS).
Giản đồ nhiễu xạ XRD của LCdots đã thu đƣợc nhờ sử dụng thiết bị D8 Advance, Bruker, Germany ở Viện vật lý kỹ thuật, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
2.4.4. Phổ quang điện tử tia X
Phổ quang điện tử tia X (XPS) đƣợc sử dụng để xác định các thành phần cơ bản, trạng thái hóa học, trạng thái điện tử của các nguyên tố có trên bề mặt vật liệu.
Một lợi thế của XPS so với các kỹ thuật khác là chùm tia sử dụng là tia X chứ không phải chùm điện tử. Khi chùm điện tử đƣợc sử dụng thì chúng có thể phá hủy các đặc tính nhạy cảm của bề mặt. XPS thường được thực hiện bằng cách kích thích bề mặt mẫu bằng các tia X Al kα đơn năng lƣợng làm cho các quang điện tử đƣợc phát ra từ bề mặt mẫu. Máy phân tích năng lƣợng điện tử đƣợc sử dụng để đo năng lượng của các quang điện tử phát ra. Từ năng lượng liên kết và cường độ của một đỉnh quang điện tử, có thể xác định nguyên tố, trạng thái hóa học và số lƣợng của một nguyên tố. Phổ XPS của LCdots đƣợc đo bởi thiết bị XPS, Multilab 2000, Thermo Fisher Scientific, USA (Đại học quốc gia Andong Hàn Quốc).
2.4.5. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier
Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) là một kỹ thuật đƣợc sử dụng để phân tích định tính và định lƣợng các hợp chất hữu cơ, cung cấp thông tin cụ thể về cấu trúc phân tử, liên kết hóa học và môi trường phân tử. Khi các phân tử hấp thụ năng lƣợng từ bên ngoài có thể dẫn đến quá trình quay, dao động xung quanh vị trí
cân bằng của nó. Tùy theo năng lƣợng kích thích lớn hay nhỏ có thể xảy ra quá trình quay, dao động hay cả quay và dao động đồng thời. Trong phổ hồng ngoại để kích thích các quá trình trên sử dụng tia sáng vùng hồng ngoại. Bức xạ hồng ngoại liên quan đến phần phổ điện từ nằm giữa vùng khả kiến và vùng vi sóng có bước sóng nằm trong vùng: vùng hồng ngoại gần: 14290 – 4000 cm-1 và hồng ngoại xa:
700 – 200 cm-1 . Vùng phổ có ý nghĩa quan trọng nhất là vùng giữa 4000 và 400 cm-1. Để kích thích phân tử quay, người ta thường dùng tia sáng vùng hồng ngoại xa cho nên quang phổ quay đƣợc gọi là quang phổ hồng ngoại xa. Từ tần số của các vân trong phổ FTIR cho phép xác định sự có mặt của các nhóm chức trong phân tử.
Phổ FTIR của LCdots đƣợc ghi lại nhờ thiết bị Perkin-Elmer ( Đại học bách khoa Hà Nội).
2.4.6. Phổ hấp thụ tử ngoại – nhìn thấy
Phương pháp quang phổ tử ngoại – nhìn thấy (UV-Vis) hay còn gọi là phương pháp phổ hấp thụ hay phương pháp đo quang dựa trên khả năng hấp thụ chọn lọc các bức xạ rọi vào dung dịch của chất nghiên cứu trong một dung môi nhất định. Vùng tử ngoại có bước sóng nằm trong khoảng từ 200 đến 400 nm, vùng khả kiến: 400 – 800 nm. Phương pháp phổ tử ngoại và khả kiến có ý nghĩa quan trọng trong lĩnh vực phân tích định tính và định lượng. Ưu điểm của phương pháp quang phổ tử ngoại và khả kiến trong phân tích định lƣợng là có độ nhạy cao, có thể phát hiện được một lượng nhỏ chất hữu cơ hoặc ion vô cơ trong dung dịch, sai số tương đối nhỏ (chỉ 1 đến 3%). Phổ tử ngoại và khả kiến của các chất hữu cơ gắn liền với bước chuyển electron giữa mức năng lượng electron trong phân tử khi các electron chuyển từ các obitan liên kết hoặc không liên kết lên các obitan phản liên kết có mức năng lƣợng cao hơn, đòi hỏi phải hấp thụ năng lƣợng từ bên ngoài. Phổ tử ngoại và khả kiến liên quan chặt chẽ đến cấu tạo, nối đôi liên hợp và vòng thơm.
Ở điều kiện bình thường, các electron trong phân tử nằm ở trạng thái cơ bản, khi có ánh sáng kích thích với tần số thích hợp thì các electron này sẽ hấp thụ năng lượng và chuyển lên các trạng thái kích thích có mức năng lượng cao hơn. Các bước sóng hấp thụ cực đại đặc trƣng cho từng chất. Trong luận án này phần lớn phép đo UV-Vis đƣợc thực hiện với dung dịch MB. Các phép đo này đƣợc thực hiện bởi máy đo Alignet 8453 tại Viện hóa học,Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội (hình 2.3a)
2.4.7. Phổ phát xạ huỳnh quang
Huỳnh quang là sự phát xạ ánh sáng bởi một chất đã hấp thụ ánh sáng hoặc bức xạ điện từ khác. Cả từ hai quan điểm cơ bản và theo định hướng ứng dụng thì huỳnh quang là một trong những tính chất hấp dẫn nhất của Cdots. Tính chất huỳnh quang của các loại Cdots đƣợc chế tạo từ các tiền chất khác nhau cũng rất khác nhau. Có những loại Cdots có tính chất huỳnh quang phụ thuộc vào bước sóng, những loại khác thì không. Xung quanh tính chất quang của Cdots có nhiều vấn đề cần nghiên cứu. Ở đây chúng tôi đã tiến hành đo phổ phát xạ huỳnh quang của LCdots nhờ sử dụng máy NANO LOG tại Viện tiên tiến khoa học và công nghệ, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội (hình 2.3b).
Hình 2.3 Ảnh chụp thiết bị đo phổ tử ngoại – nhìn thấy và phổ huỳnh quang