Phổ tán xạ raman

Phổ học (Spectroscopy) là phương pháp đo và phân tích bức x ạ đi ện từ đ ược hấp thụ hoặc phát xạ khi các điện tử, phân tử, nguyên tử, ion ...trong mẫu do dịch chuyển từ một mức năng lượng cho phép này đên này đến một mức năng lượng cho phép khác Bức xạ điện tử sẽ tạo ra lưỡng cực dao động với tần số f0 trong phân tử. Lưỡng cực sẽ phát hoặc tán xạ bức xạ có tần số f0. Đây là hiệu ứng tán xạ Rayleigh. Trong phổ Raman, bức xạ này bị...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phổ tán xạ ramanNgô Hồng Băng – VLĐT – VLKTK51  Phổ tán xạ raman 1Viện VLKT - ĐHBK Hà nộiNgô Hồng Băng – VLĐT – VLKTK51 A . Mở đầu Phổ học (Spectroscopy) là phương pháp đo và phân tích bức x ạ đi ện từ đ ượchấp thụ hoặc phát xạ khi các điện tử, phân tử, nguyên tử, ion ... trong mẫu đodịch chuyển từ một mức năng lượng cho phép này đến một mức năng lượng chophép khác. Việc xác định thành phần hoá học, cấu trúc, và các tính chất vật lý, hóa h ọccũng như hình thái học trên bề mặt, và trong lòng khối có ý nghĩa r ất quan tr ọngtrong nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ thuật như công ngh ệ vi điện tử, quang đi ệntử, công nghệ vật liệu mới ... Không chỉ ứng dụng trong các phòng thí nghiệm,ngày nay các phương pháp cũng như các thiết bị đã có rất nhiều cải tiến đáng kểvà chúng dần dần được sử dụng rộng rãi trong cả các lĩnh vực công nghiệp đểkiểm tra, đánh giá chất lượng sản phẩm, xác định các tính chất quan trọng trongchế tạo vật liệu mới. Có thể nói các phương pháp phân tích ngày càng có nhi ềuứng dụng rộng rãi và cơ bản trong rất nhiều lĩnh vực. Các phương pháp phân tích, kiểm tra rất phong phú và đa dạng. Căn cứ vàonhững hướng nghiên cứu cụ thể, người sử dụng có thể lựa ch ọn một hoặc m ộtvài phương pháp để áp dụng. Tuy nhiên trong phổ học, không có một phươngpháp nào là vạn năng cho nên người nghiên cứu đôi khi ph ải sử dụng rất nhi ềuphương pháp khác nhau để tìm thông tin mong muốn từ vật li ệu. Đó chính là lýdo tại sao các nhà khoa học cũng như các nhà công nghệ phải biết nhiều phươngpháp khác nhau. Trong phạm vi tiểu luận này, tôi xin trình bày ngắn gọn v ề nh ững nguyêntắc, lý thuyết, cấu tạo, hoạt động và một số ứng dụng của phổ kế tán xạRaman. Do trình độ hạn chế cũng như thời gian có hạn nên bài ti ểu lu ận không 2Viện VLKT - ĐHBK Hà nộiNgô Hồng Băng – VLĐT – VLKTK51thể tránh khỏi thiếu sót, tuy vậy tôi cố gắng trình bày vấn đề m ột cách logic,đầy đủ, cung cấp thông tin cơ bản, logic vấn đề và ngu ồn thông tin đ ể b ạn đ ọccó thể tìm hiểu thêm. Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Ngọc Trung đã tận tình h ướng dẫn,cung cấp tài liệu và giúp đỡ tôi hoàn thành bài tiểu luận này. 3Viện VLKT - ĐHBK Hà nộiNgô Hồng Băng – VLĐT – VLKTK51 B.Cơ sở lý thuyết Hiệu ứng Raman được nhà vật lý học Ấn Độ C. V. Raman tìm ranăm 1928. Nguyên nhân chính của hiệu ứng này là do các dao độngrung, xoay của phân tử làm thay đổi mức năng lượng của chúng, dođó ánh sáng tới sẽ tán xạ các tần số khác với tần số của ánh sángkích thích. Với hiệu ứng này, Raman đã được nhận giả Nobel vật lýnăm 1930 Hiệu ứng Raman dựa trên cơ sở tán xạ không đàn h ồi của ánh sáng khi chi ếuvào mội trường vật chất. Trong trường hợp pho ton ánh sáng t ới có năng l ượngnhỏ (không đủ để kích thích điện tử) thì nó có thể bị tán xạ theo các cách sau: + Tán xạ đàn hồi + Tán xạ không đàn hồi: Truyền năng lượng cho hạt khác. - Lấy năng lượng từ phân tử. - Dưới đây chúng ta sẽ xét kỳ hơn về các loại tán x ạ này, cũng nh ư ứng d ụngcủa chúng để chế tạo phổ kế tán xạ Raman 4Viện VLKT - ĐHBK Hà nộiNgô Hồng Băng – VLĐT – VLKTK51 Hình 1: Tán xạ Raman thu được khi kích thích phân tử bằng Laser I. Lý thuyết cổ điển: Theo lý thuyết cổ điển, khi các phân tử nằm trong điện trường, các điệntử sẽ bị dịch chuyển tương đối so với hạt nhân và tạo ra lưỡng cực điện. Nếucường độ điện trường nhỏ, momen lưỡng cực tạo thành tỉ lệ thuận với cườngđộ điện trường: µi = α E Trong đó: α là hệ số tỉ lệ đặc trưng cho sự phân cực của phân tử. - E là cường độ điện trường cân bằng - f 0 l à t ầ n s ố bứ c xạ - Trong phân tử phân cực, đám mây điện tử dễ bị lệch, điện trường daođộng sẽ tạo nên momen lưỡng cực dao động cùng tần số. Bức xạ sinh ra đượcbiểu diễn như sau: E = E0 cos(2π tf 0 ) 5Viện VLKT - ĐHBK Hà nộiNgô Hồng Băng – VLĐT – VLKTK51 Bức xạ điện tử sẽ tạo ra lưỡng cực dao động với tần s ố f 0 trong phân tử.Lưỡng cực sẽ phát hoặc tán xạ bức xạ có tần s ố f 0. Đây là hiệu ứng tán xạRayleigh. Trong phổ Raman, bức xạ này bị loại bỏ. Xây dựng công thức tán xạ cho trường hợp phân tử hai nguyên tử. To ạ đ ộdọc theo trục dao động tại thời điểm t là: qv = q0 cos(2π tf 0 ) Nếu sự phân cực thay đổi trong quá trình dao động, biên độ dao động sẽđược tính theo công thức: �α � α = α 0 + � �qν ...