2.2. Các phương pháp nghiên cứu chấm lượng tử Carbon
2.2.3. Phổ phát xạ huỳnh quang
Quang phổ huỳnh quang (hay còn gọi là fluorometry) là một loại quang phổ điện từ phân tích huỳnh quang từ một mẫu chất. Nó liên quan đến việc sử dụng một chùm ánh sáng, thường là ánh sáng cực tím, kích thích các electron trong các phân tử của một số hợp chất nhất định và làm cho chúng phát sáng, thường là ánh sáng trong vùng khả kiến. Các nguyên tử có trạng thái khác nhau được gọi là mức năng lượng. Quang phổ huỳnh quang chủ yếu liên quan đến trạng thái điện tử và các dao động. Trong mỗi trạng thái điện tử chứa nhiều trạng thái dao động khác nhau. Trong huỳnh quang, trạng thái này được kích thích bằng cách hấp thụ một photon từ trạng thái điện tử thấp tới một trong các trạng thái dao động khác nhau ở trạng thái điện tử kích thích. Sự va chạm tới các phân tử khác khiến chúng bị mất năng lượng dao động cho tới khi đạt tới trang thái dao động thấp nhất của trạng thái điện tử kích thích. Sau đó, phân tử này rơi xuống một trong những dao động khác nhau của trạng thái điện tử cơ bản, quá trình này phát ra một photon. Khi đó, các photon phát ra sẽ có năng lượng khác nhau, và do đó có tần số. Trên cơ sở trên, bằng cách phân tích các tần số ánh sáng khác nhau phát ra trong quang phổ huỳnh quang cùng với cường độ tương đối của chúng, cấu trúc của các mức dao động khác nhau có thể được xác định [7].
Đối với các nguyên tử, quá trình này xảy ra tương tư. Nhưng vì các nguyên tử không có mức năng lượng dao động nên các photon phát ra thường ở cùng bước sóng như bức xạ tới. Quá trình tái phát xạ photon này là đặc trưng cho huỳnh quang của nguyên tử. Trong điều kiện bình thường, các điện tử chuyển động trên các quỹ đạo ứng với mức năng lượng thấp nhất. Khi đó
nguyên tử ở trạng thái bền vững, trạng thái cơ bản, ở trạng thái này nguyên tử không thu và cũng không phát năng lượng. Trong phép đo huỳnh quang, bước sóng kích thích là cố định và bước sóng phát hiện thay đổi, điều này ngược lại khi đo kích thích huỳnh quang. Bản đồ phát xạ được đo bằng cách ghi lại phổ phát xạ phát sinh từ một loạt các bước sóng kích thích với nhau. Cường độ phát xạ thu được là một hàm của các bước sóng kích thích và phát xạ, thường được mô tả bằng một bản đồ đường.
Hình 11. Sơ đồ nguyên lý của phép đo phổ huỳnh quang
Một yếu tố quan trọng trong việc lựa chọn một thiết bị quang phổ huỳnh quang là nguồn sáng kích thích, loại được sử dụng nhiều hiện nay là đèn hồ quang xenon. Nguồn kích thích sau khi đi qua bộ đơn sắc ta có thể lựa chọn bước sóng kích thích mẫu vật. Ánh sáng phát xạ ra từ mẫu vật ban đầu được hội tụ và truyền vào hệ đơn sắc thứ hai. Tại đây khe hẹp sẽ di chuyển để đưa từng tia đơn sắc vào trong detector. Tại đây diễn ra quá trình xử lý bước sóng và cường độ của tia đơn sắc và đưa ra kết quả là phổ phát xạ của mẫu vật
ứng với bước sóng kích thích ban đầu đã lựa chọn. Máy tính kết nối với toàn hệ giúp ta có thể lựa chọn bước sóng kích thích, khe hẹp hay tia đơn sắc cho nguồn kích thích và phần phân tích tốc độ quét bước sóng. Sơ đồ nguyên lý của phép đo phổ huỳnh quang được trình bày trong hình 11.
Cách chuẩn bị mẫu đo:
Dung dịch CQDs và dung dịch Quynine sulfate (trong dung dịch H2SO4 0.5 M) (làm chất chuẩn) được đo UV-Vis tại điểm 325 nm trong khoảng từ 0.05 đến 0.2. Các mẫu khi đo được để trong một cuvet 4 mặt trong suốt.
Phép đo phổ huỳnh quang các QDs được đo trên hệ máy IHR-550 tại Viện Khoa Học Vật Liệu, thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.