1-N ghièn cứu mở rộng vùng nhạy phổ của máy quang phổ
Như chúng ta đã biết để thu phổ tán xạ Raman tốt việc lựa chọn nguồn sáng Laser với bước sóng và công suất phù hợp là việc rất cần thiết.
Từ các kết quả thu được từ phổ tán xạ Raman kích bằng Ar ta có thể thấy ưu thế vượt trội cúa Ar vì nó là Laser với bước sóng X = 4886A" có độ đơn sắc cao, phát công suất lớn, cho phổ Raman rơi hầu hết vào vùng nhậy của các nhân quang điện. Tuy nhiên, với việc dùng bước sóng ngắn 4886A" của Ar để nghiên cứu những chất thực như các mẫu dầu (dễ bị lẫn bẩn) sẽ làm mẫu không chi phát Raman mà còn phát cả huỳnh quang. Do đó mà phổ Raman thu được ở trẽn nền huỳnh quang, ảnh hướng đến tín hiệu cần đo. Mặt khác, khi làm thực nghiệm Laser Ar luôn cần được làm lạnh, quá trình này ánh hướng nhiều đến tiến trình đo. Để hạn chế nhược điếm này, chúng tôi tiến hành kích Raman bằng Laser He- Ne có bước sóng dài (X - 6328A"), vùng ít làm mẫu phát huỳnh quang. Tuy nhiên, lại cần phải chọn nhân quang có độ nhạy phù hợp ớ vùng đỏ và hổng ngoại gần.Trên cơ sở đó, chúng tôi sử dụng nhân quang R928 có độ nhạy ở vùng sóng dài (từ 280nm ->900nm ) để xây dựng một hệ thu phổ mới thu tán xạ Raman kích bằng Laser He- Ne.
Nhân quang điện R928.
R928 là nhân quang cửa sổ mặt bẽn (side-on tube) do hãng Hamamatsu sản xuất. Đây là loại nhân quang có vùng hoạt động rộng: từ 185 đến 900 nm. Dưới đây là một số đặc điểm kĩ thuật: Photocathode được làm bằng Multialkali, cửa sổ Cathode làm bằng kính tử ngoại.
+ Độ nhạy sáng của Cathode: 250 1-iA/lm.
+ Độ nhạy sáng của Anode tại hiệu điện thế 1000V: 2500 A/lm .
+ Dynode có 9 tầng có bề mặt phát xạ là Multiakali. í '°
+ Dòng tối 3 H- 50 nA. Ị Ịj
+ Công suất ngang ổn 1.3*10'lfiw . "fc ,
+ Thời gian hổi đáp: ậ I
-thời gian tăng xung Anode 2.2 ns. ọ ■' -thời gian chuyên tiếp electron 22ns. "
C C I
I X "CO ;-:e 4CO 5:ằ: ớ c o 700 s : : ; c o tcoD
■#7 A E L E N G f-rr.;
H ình 19: Đ ỏ thị dường đặc trưng và hiệu suất lượng tử của nhân quang R928
N guồn nuôi nhản R928.
Nguồn nuôi nhân quang R928 bao gồm bộ chuyển thế từ điện xoay chiều 220V sang 15 V một chiều. Chốt cắm ống nhân quang chuyển 15 V một chiều sang thế cao áp đạt giữa các Dynode của nhân quang,
Một sô' thông số của chốt cắm C6270:
-Điện áp vào: +15 ± 1 V DC
-D òng vào ứng với điện áp max: 45 mA.
-Điện áp lối ra: 0 -7- 1250 V DC -Dòng một chiểu lối ra PTM:
-tại 1000 V là 100 |.tA.
-tại 500 V ià 50 |iA.
-Thế nhiễu lối ra :0.008 % p-p -Thòi gian hổi đáp điện áp :80 ms.
-Hệ số thay đổi thế vào theo nhiệt độ :± 0.01 %/'C.
-Nhiệt độ hoạt động :0 -í- 50 "c.
-Nhiệt độ bảo quản :-20 H- 60 " c . Q Y0
DY5 Co) r 7 ) ^ 7 Hình 20. Chân cám nhãn quang R928
DY4 /7 \ DY3 (3
/g> DY8
D Y 9
Div' TP R
POVVCP O P P I Y I
ị_ * . - 1 5 V đ ? K i.R F D j ' - V n r Iằ>/ n i I IHI
Ị _ - U
DIRECTION OF LIGHT
vr?r i : v o u iB L U t HV C 0 N T 3 Ũ L Ị .\H T ã )
GRiXKOtFLir.Ki
w;ior\A. :*UI f:5Wi
Hình 2 1. Sơ đ ồ chối cắm C 6270 và vị tri các chán D ynode của nhàn quang R928
2-Nghièn cứu thu phổ R a m a n kích thích bàng laser He-Ne
C h ế đỏ ghi phổ:
Thế nuôi nhãn quang: 600V Độ rộng khe máy: 120|-im Độ rộng khe máy: lOOmm Tốc độ trải phổ: 10cm /u
Sò sóny bậc 1 (cm '}
H ình 22: P h ổ S to k es của m ẫu dầu 5B 110 kích bằng H e-N e d ù n g R 928.
Bâng 5: Đ ộ dịcli chuyển sô'sóng của p liổ Stokes cùa mẫu dầu 5BỈIŨ kích bằng H e-N e dùng nhân quang R928.
Vạch kích Vạch Stokes Độ dich chuyển số
sóng Bước sóng (A") Số sóng (em '1) Số sóng bậc 1 (em '1) Sv (em '1)
6328 15802 12884 ± 2 2918 ± 0 .0 8 %
6328 15802 12950 ± 2 2852 ± 0 .1 7 %
6328 15802 13261 ± 1.5 2541 ± 0 .1 2 %
6328 15802 13735 ± 2 2067 ± 0 .1 9 %
6328 15802 13795 ± 1.8 2007 ± 0 .1 8 %
6328 15802 14158 ± 2 .2 1644 ± 0 .2 5 %
6328 15802 14360 ± 2 1442 ± 0.29%
Phi) Stokes cua mủu (lủu 5ltl 15 kith liiiii" He-No dim" R9’8
2,5x10*
_ 2 ,0 x 1 0 '
a
54 1.5x10"*
t.O x lO 4
5 .0 x 1 0 '
12500 13000 13500 H 0 0 0 14500 15000
Sỏ.sóng hilt Hem l)
H ình 23; P h ổ Stokes cùa mail dầu 5B115 kích bang H e-N e dừng R928.
Báng 6: Đ ộ dịcli chuyển sô sóng của phò Stokes của mẫu dâu 5 B I15 kích bằng H e-N e dùng nhân quang R928.
Vạch kích Vạch Stokes Dịch chuvển số sóng
Bước sóng (A°) Số sóng (em '1) Số sóng bậc 1 (em ') ỗv (em '1)
6328 15802 12885 ± 1.3 2917 ± 0 .0 5 %
6328 15802 12951 ± 1.5 2851 ± 0 .0 5 3 %
6328 15802 13261 ± 2 2 5 4 1 ± 0 .0 8 %
6328 15802 13362 ± 3 2 4 4 0 ± 0 .1 2 5 %
6328 15802 13725 ± 1 .5 2 0 7 7 ± 0.075%
6328 15802 13806 ± 1.2 1 9 9 6 ± 0.0 6 4 %
6328 15802 14148 ± 3 1 6 5 4 ± 0 .1 8 %
6328 15802 14358 ± 2 1444 ± 0.14%
* Nhản xét kết quả:
Từ các kết quả thực nghiệm cho thấy:
12885 12951
- I ---1---1--- I . I . I
C h ế đỏ ghi phổ:
Thế nuôi nhân quang: 600V Độ rộng khe máy: 120).tm Độ rộng khe máy: lOOmm Tốc độ trài phổ: lOcm /ư
Tuy Laser H e-N e với bước sóng 6328A" và công suất nhỏ (30mW ) song bằng việc bỏ trí hệ kích thích và hệ thu phổ hợp lý, bước đầu chúng tòi đã thu được phổ cùa mầu Benzen, CC14.
các mảu dầu.
Pho thu được cua các chât chuẩn cũng cho độ dịch chuyển đúng so với Atlat chuẩn. Phổ thu ơ vùng phò bậc một nên có cường độ lớn, độ rộng vạch cũng lớn hơn so với vùng phổ bậc hai.
Đặc biệt, khi thu phổ của mẫu dầu chúng tỏi không thây phông huvnh quang như khi thu phổ kích bàng Ar đồng thời thu được một số vạch mà trong quá trình thu với Laser Ar đã bị phông huỳnh quang phủ mất { quan sát trên hình 22, hình 23). Đẽ chứng minh, chúng tôi đã tiến hành khảo sát lại phổ của vạch kích thích trong vùng thu phổ của mẫu dầu và khảng định nguyên nhân của vạch mới đó không phải do nauồn kích thích. Đổng thời tính toán chỉ ra đây cũng không phái là những dịch chuyển Raman bậc 2 hay bậc 3. Tuy nhiên, việc khắng định chính xác hơn nguyên nhân sự có mặt của các vạch này không đơn giản là chi dựa vào kết quả tán xạ Raman mà cần phải có những thông tin về phổ hấp thụ hồng ngoại cũng như nguồn gốc của mẫu...
Trong thời gian tới chúng tôi sẽ tiếp tục tìm cách điều chỉnh hệ kích thích để có thể thu được tín hiệu tốt hơn nữa.
IV- K Ế T L U Ậ N
*Trước hết, so với hệ thu p h ổ trước đ â y dùng hệ tự ghi tlù với hệ thu p h ổ Ramcm - Laser sử dụng k ỹ thuật Lock-in có được những dặc tinh vượt trội như :
-Đ ộ nhạy phổ cao hơn, thời gian thu phổ nhanh hơn
- Tín hiệu thu được ở dạng số hoá và được lưu trong các File số nên rất tiện cho việc xừ lý phổ và tính toán số liệu chính xác
- Phổ thu được có profile vạch phổ rõ ràng, nhiễu được loại bỏ đáng kể khi qua bộ khuếch đại Lock-in.
- V iệc lấy chuẩn phổ thuận lợi và chính xác hơn. Độ dịch chuyển và vị trí vạch là hoàn toàn phù hợp với Atlat chuẩn của mẫu kèm theo.
*V iệc thay nhân quang đ ã m ang lại nhiều ưu điểm rõ rệt :
+ Với nhân quang M 12FC15 tín hiệu vẫn còn nhiễu ờ chân vạch, phổ thu được có độ ổn định không cao so với thu phổ bằng nhân quang R928.
+ Với nhân quang R928 chúng tôi thấy tín hiệu thu được có độ ổn định cao, phông nhiễu rất thấp ~ 1 0 '* -1 0'7 trong khi với M 12FC15 nhiễu cỡ 10'6 - 10 \ Nguyên nhân chính là do nhiễu nhiêt cúa nhân quang R928 nhó và tín hiệu thu được nhạy và phù hợp với đẩu thu cùa bộ khuếch đại Lock-in. Vậy nên có thể thu được tín hiệu có cường độ nhỏ như vạch đối Stokes của Benzen, điểu này thì với nhân quang M I2FC 15 và bộ tự ghi không thu được.
Hơn nữa, do nhãn quang R928 rất nhạy nên háu hết phổ thu dược từ nhãn quang R928 đêu mơ khe râl nhò cỡ 30 f.im đẽn 50 /um điều dó là rất tót trong thu phổ Raman vì nó hạn chẽ dáng kê phông nhiễu từ mòi trường vào khe làm chất lượng phổ tốt hơn rất nhiều.
+ sử dụng nhãn quang R928 đã cho phép kích thích phổ Raman bang Laser He-Ne có bước sóng dài , hạn chê phông huỳnh quang trong phổ Raman, đặc biệt là quá trình thu phổ không cần làm lạnh Laser.
*Có thề nói mục tiêu đ ặ t ra cùa dê tài d ã diíợc hoàn tliảnli ừ mức cao hơn dự kiến:
+M ột hệ thu phổ có độ nhạy và năng suất phân giái cao, sứ dụng kỹ thuất Lock-in có ghép nối với máy tính đã được xây dựng thành cõng.
+ Một hệ quang học chiếu sáng kích thích phổ Raman thích hợp d l được thiết kế và xây dựng
+V iệc nâng cấp máy đã cho phép dùng laser He-Ne kích thích và thu được phổ Raman của các chiết phẩm dầu mó với chất lượng cao hơn đã mờ ra khả năng Ihuận lợi để nghiên cứu các hợp chất hữu cơ như dầu mỏ ,môi trường nước...
+M ột hệ kích thích và thu phổ Raman hoàn chỉnh đã đi vào hoạt động, cho phép phân tích phổ Raman của các thành phần hợp chất dầu mỏ nói riêng và các vật liệu khác nói chung.
+ Hệ máy quang phổ với độ nhay cao này còn rất thích hợp đề nghiên cứu quang phổ huỳnh quang của các vật liệu khác nhau, cấu trúc phổ laser của các microlaser và thu phổ phản xạ của tín hiệu SH bề mặt...mớ ra những hướng nghiên cứu mới trong giai đoạn tới.
TẢI LIỆU TH AM KHẢO 1- Bernhard Schrader
Infrared and Raman Spectroscopy -M ethods and applications VCH W einheim -N ew York-Basel-Cambridge- Tokyo. 1997 2- H.Baratiska, A.Labudzinska, J.Terpinski
- Laser Raman Spectrometry - Ellis Howood J.Wiley&Sons 1987.
3- Bhaskar Gupta,
Understanding various types of Stepper Motors And Controlling it through Parallel Port, Homepage: http://collection.sharewith.us (2004).
4- Stanford Research Systems, Model SR830 DSP Lock-in Amplifier, (1993), 5.1 - 5.34 5- Halina Baranska, Anna Labudzinska
Laser Raman Speclrosmetry- Analyical applications Ellis Horwood Limited 1987
6- Sune Svanberg
Atomic and Moleculai Spectroscopy Spinger Series on Atom and Plasma 1990 7- F.R D ollish,W ,G . Faleley
Characteristic Raman Frequencies of Organic compounds W illey-Interscience, N ew York 1974
8-B.E.A Saleh .M .C T eich Fundamentals o f Photonics
W iley Series in Pure and Applied o p tics- J .w Goodman Edition 9-Evgeny M Dianov, A.M . Prokhorovv
Medium -Power c w Raman Fiber Lasers IEEE Journal V ol. 6, No. 6- 2000
10-Nguyen The Binh, Nguyen anh Tuan, Nguyen Trong Thanh
Building a high resolution spectrometry system with lock-in detection technique VNU, Journal o f Science, M athematics-Physics, T.XX,N„ 3AP, 2004
11- Nguyen The Binh, Pham Van Ben, Nguyen Huy Binh
Design ancl construction o f a Laser Raman spectrometer to study H ydrocarbon extracts from petroleum o f Vietnam
VNU, Journal o f Science, M athematics-Physics, T.XI,N„ 3AP, 2004 12- Nauyen The Binh, Nguyen anh Tuan, Nguyen Huy Binh
Development o f a spectrom etry system using lock-in amplification technique VNU, Journal o f Science, M athem atics-Physics, T ,N„ , 200