1. 3 Định nghĩa và cấu tạo của đơn lớp Langmuir
2.2.1 Hệ đo quang phổ tần số tổng EKSPLA SF41
Máy quang phổ phát tần số tổng dao động pico giây là một công cụ hữu hiệu và linh hoạt để nghiên cứu tại chỗ các bề mặt và mặt phân cách giữa hai môi trường với các ưu điểm:
• Đặc trưng bề mặt về bản chất.
• Có chọn lọc đối với từng loại hấp thụ. • Nhạy với đơn lớp phân tử.
• Áp dụng cho tất cả các mặt phân cách hay bề mặt nào ánh sáng có thể tới được.
Hóa chất
DD axeton DD BuOH 0,76mg/ml
Pipet + đầu hút Nước cất, Nước siêu sạch
Dụng cụ
Máy sấy
Khay pha mẫu, cốc thủy tinh Găng tay, 2 bình phun, giấy cotton
• Độ phân giải phổ lớn hơn 6 cm-1. • Điều khiển hoàn toàn bằng PC.
• Góc phương vị có thể thay đổi được, thiết lập tùy chọn đối với trục XY của mẫu.
• Có tốc độ lặp lại xung cao: 50 Hz.
a) Một số ứng dụng:
• Dùng để nghiên cứu bề mặt và mặt phân cách hai môi trường của chất rắn, lỏng, polyme, màng sinh học và nhiều hệ khác.
• Tìm hiểu cấu trúc bề mặt: thành phần hóa học và định hướng của phân tử bề mặt.
• Nghiên cứu các tương tác bề mặt trong điều kiện thực và trong điều kiện có xúc tác, và nghiên cứu động học bề mặt.
• Nghiên cứu các vấn đề liên quan đến phát triển của epitaxy, điện hóa học, vật chất và môi trường.
b) Nguyên lý hoạt động cơ bản
Trong thí nghiệm SFG, một tia laser hồng ngoại IR (tần sốωIR) có thể điều chỉnh xung trên một phạm vi bước sóng và tia khả kiến VIS (tần số ωVIS) chồng chập trên bề mặt mẫu để tạo ra tín hiệu đầu ra với tần số tổng của hai tia trên (ωSF = ωIR +ωVIS).
SFG là một quá trình quang học phi tuyến bậc hai, chỉ cho phép xảy ra đối với môi trường không có nghịch đảo đối xứng. Tại mặt phân cách hai môi trường hoặc bề mặt, sự nghịch đảo đối xứng bị phá vỡ, chính điều này làm cho SFG có tính đặc trưng bề mặt khá cao.
SFG là một quá trình quang học kết hợp trong đó mỗi sự dịch chuyển bị ảnh hưởng bởi trường quang học, ánh sáng khả kiến (VIS) và hồng ngoại (IR) truyền đi đồng thời và tín hiệu SFG được tạo ra theo một hướng xác định với sự kết hợp pha trực tiếp.
Cường độ của tín hiệu tần số tổng cho bởi phương trình [17]:
(2.1) Với:
(2.2)
là véc tơ đơn vị trong hướng phân cực của ánh sáng và là hệ số Fresnel ở tần số Ω.
Quá trình SFG phải thỏa mãn định luật bảo toàn mô men xung lượng và năng lượng. Từ đó ta có các phương trình sau:
ω SF =ωVIS +ωIR (2.3) (2.4) Phương trình (2.3) có thể viết lại dưới dạng sau:
(2.5) Trong đó , và là các số sóng lần lượt tương ứng với tia tần số tổng, tia VIS và tia IR, , là các góc tới bề mặt mẫu tương ứng với tia nhìn thấy và tia hồng ngoại, và là góc của tia tần số tổng. Từ phương trình (2.4)
cách tạo ra một sự đóng góp cộng hưởng với tín hiệu SFG. Sự tăng cường cộng hưởng cung cấp thông tin phổ về các dịch chuyển dao động đặc trưng bề mặt. Các tổ hợp phân cực của các tia đầu vào và đầu ra cho phép xác định sự đối xứng bề mặt hoặc định hướng của phân tử. SFG phát hiện ra các mode dao động định xứ của các nhóm nguyên đặc trưng bên trong các phân tử. Ta có thể thu được thông tin về sự định hướng tương đối của các nhóm khác nhau trong cùng một phân tử, và vì thế có thể thu được cấu trúc của phân tử. Thông qua phép đo pha tín hiệu SFG, ta có thể thu được thông tin về sự định hướng của các phân tử trên bề mặt.
