Quang Pho Ke Raman

7/30/2019 Quang Pho Ke Raman

1/15

TR NG I H C KHOA H C T NHI N TP HCMKHOA V T L

B Mn V T L NG D NG

BI BO CO

Quang ph k Raman

HVTH: Nguy n Thanh T

Tp.HCMThng 3/2010


2/15

2

Ch ng 2: Thi t b v k thu t th c hnh

2.1 Nh ng b ph n ch y u c a quang ph k RamanQuang ph k Raman g m 5 b ph n ch y u: Ngu n kch thch ph Raman, th ng l Laser lin t c (CW). H th ng chi u m u v h th ng thu nh n cc nh sng tn x .

B ph n gi m u. My n s c ho c my quang ph .

H th ng o bao g m detector, my khu ch i v thi t b hi n th tnhi u.

Hnh 1 minh h a s l p t i n hnh c a cc thnh ph n trn. Hi n naynhi u quang ph k Raman c thi t k theo m hnh ny

Hnh 1: s m t h th ngRaman tn s c i n hnh

Trong nh ng nm g n y ng i ta l p thm my vi tnh i u khi n thi t b,x l s li u v a vo s d ng cc ngu n laser kch thch v ng t ngo i (UV) v

c n h ng ngo i (NIR)


3/15

3

2.2 Cc ngu n kch thchCc lo i laser lin t c (CW) ch ng h n nh :

Ar+ ( 351,1- 514,5nm) Kr+ ( 337,4- 676,4nm) He-Ne (632,8nm)th ng s d ng trong ph Raman

G n y cc laser xung ch ng h n nh Nd:YAG, diode, v laser excimer c s d ng cho ph Raman c ng h ng UV v ph Raman phn gi i theo th igian

* Nh ng u i m c a chm laserLaser l ngu n kch thch l t ng cho ph Raman ch y u do cc c tnh sau: Cng su t l n, cc v ch n c a laser CW c th d dng t cng su t 1-

2W cn laser xung c th cung c p dng i n c c i ln n 10-100W Chm laser c n s c cao. ( v d : r ng c a laser Ar+ l 0,1cm-1) Chm tia laser th c bn knh nh (1-2mm) v c th gi m xu ng cn

0,1mm b ng cch s d ng h th u knh n gi n. Do , ton b thng l ng b c xc a ngu n kch thch c th h i t l n m u kch th c nh , r t thu n l i trong vi c

nghin c u cc ch t l ng c th tch r t b ( c l) v cc tinh th (c 1mm3

)Trong quang ph micro-Raman ng i ta c th nghin c u cc m u nh c bn knhc 2 m

Chm tia laser th h u nh l phn c c hon ton, do n r t l t ng chovi c o t s phn c c

C th t o nh ng chm laser c kho ng thay i b c sng r ng b ng cchs d ng laser mu v cc thi t b khc

2.1 Laser kh sng lin t c* C u t o: g m cc b ph n chnh

Mi tr ng ho t tnh : l ch t kh v d nh kh Ar, Kr.. c ch a trong ng plasma

Bu ng c ng h ng: g m 2 g ng phn x , m t g ng c h s ph n xl n, m t g ng c h s ph n x th p h n cho chm tia laser thot rangoi

B ph n kch thch hay ngu n b m: c vai tr cung c p nng l ng t o m t o l n trong mi tr ng ho t tnh. i v i laser kh th i nt c gia t c trong i n tr ng v nng l ng c truy n cho ccnguyn t trong mi tr ng h at ch t thng qua qu trnh va ch m

Hai c a s Brewster nghing m t gc c xc nh nh b i tg =ntrong n l chi t su t c a v t li u lm c a s . i v i th ch anh trong


4/15

4

vng kh ki n th =55,60. gc Brewster chm ra c a laser h u nhphn c c hon ton theo m t ph ng c nh

* Ho t ngCho dng i n r t cao phng qua kh Ar v Kr ch a trong ng plasma. S

phng i n ny s lm ion ha ch t kh v lm tng m t tr ng thi kch thch pht laser

Cc photon pht x b ph n x b i hai g ng c a bu ng c ng h ng v t ngtc v i cc ion c k ch thch, s pht x do kch thch t o ra nh ng photon cnng l ng b ng nhau, c pha v ph ng dao ng nh nhau, qu trnh ti p di n cho n khi t c s cn b ng gi a kch thch v pht x , c hai g ng c m ph n x nh sng c b c sng mong mu n v cho truy n qua nh ng nh sng cb c sng khc

G ng ng ra cho truy n qua m t ph n b c x c tch tr trong bu ngc ng h ng v b c x ny chnh l chm laser

M t lng knh c t gi a hai g ng bu c laser ch ho t ng m t b csng mong mu n

D i y l hnh nh trong th c t c a m t s lo i laser kh

Hnh 3: m t c u t o c a laser kh ion Argon


5/15

5

Hnh 4: hnh nh laser kh He-Ne

B ng 1 li t k m t s laser kh v i cc b c sng ho t ng c a n


6/15

6

B ng 2: cc v ch plasma c a laser Argon -Ion khng i u h ng

B ng 3: cc v ch plasma c a laser Kryton -ion


7/15

7

B ng 4: cc v ch plasma c a He-Ne

2.2.2 Laser muLaser mu c dng m r ng kho ng b c sng kch thch Ramann.V c b n, c ba lo i laser mu:

Laser c b m b i laser kh lin t c (CW) laser c b m b ng laser xung. laser c b m b ng n flash.

Hnh 5 trnh by b c sng c a laser mu Spectra-physics, model 375 cb m b ng cc laser kh Ar v laser kh Kr

Hnh 5: B c sng c a cc lo i laser mu

Ch t mu l cc h p ch t h u c ph c t p g m m t h th ng lin h p cnhnh, c u trc ha h c c a chng c tr ng b i t h p cc vng benzen, vng


8/15

8

pyridinem, vng azine cc dung mi th ng c s d ng l n c, ethanol,toluene, glycerine

Vi c l a ch n h p l ch t mu, dung mi s i u chnh b c sng laser pht ra,cho n nay c kho ng 200 ch t mu khc nhau c s d ng lm ho t ch t lasermu, D i b c sng c a nh ng ch t mu ny trong mi n 300-1300nm

c th lm h p ph b c x laser ng th i c th tinh chnh b c sng phtng i ta th ng a vo bu ng c ng h ng cc y u t l c l a nh : l c sng, giaothao k song ph ng, lng knh tn s c, cch t nhi u x

Hnh 7: trnh by s laser mu c b c sng i u chnh c

2.2.3 Cc lo i laser khcTrong ph FT-Raman, laser Nd:YAG v i b c sng 1.064 nm (CW) c s

d ng lm ngu n kch thch. Laser Nd-YAG l laser r n, lm vi c d ng sng lint c. Ho t ch t c s d ng l Yttrium Aluminium Garnet (YAG_Y 3Al5O12 ) cpha t p thm 2-5% Neodym (Nd)

y l lo i laser cho ra b c x u, d n nhi t v chu nhi t t t, b n c h c caoth i gian ph c v cao. C th pht lin t c t i 100W ho c pht xung v i t n s1000-10000HzHnh bn d i l s c u t o c a laser Nd:YAG c kch thch b ng n flash

Hnh 8: s c u t o laser Nd:YAG

Trong ch xung, cc h a t n th hai (532 nm ), th ba (355 nm), th t(266nm) c s d ng cho ph Raman c ng h ng trong vng t ngo i v phRaman phn gi i theo th i gian.B ng vi c k t h p cc h a t n ny v i cc laser mu c th bao ph h t ton b vngph t 185 - 880 nm khng cn m t kho ng tr ng no.


9/15

9

B ng 5: li t k m t s c tr ng c a laserNd-YAG v c a m t vi lo i laser khc

2.3 Kch thch m uDo tn x Raman r t y u nn chm laser ph i c h i t chnh xc vom u v t v b c x tn x ph i thu nh n m t cch hi u qu nh t. Vi c h i tchm laser vo m u v t c th th c hi n m t cch d d ng b i ng knh c achm laser r t nh (c 1mm)

S kch thch v thu nh n b c x tn x t m u v t c th c th c hi ntheo m t vi c u hnh quang h c khc nhau, ch ng h n nh c u hnh b tr chotn x v i gc 900 v v i gc 1800

Hnh 9: c u hnh tn x 900

v 1800

C u hnh tn x ng c (1800) c s d ng ph bi n nh t v cc u i m sau Trnh c hi n t ng h p thu cc m u dung dch mu. C th o tn x Raman v h p thu trong vng UV kh ki n m t cch ng

th i. C th thu c ph Raman n tinh th c a cc tinh th nh m ch c n m t

m t t t trn tinh th cho m i h ng C th thu c ph nhi t th p v i m u r t nh .Tuy nhin tn x ng c c ng c nh ng h n ch , ch ng h n t i ng n do s tn xRaman do b n thn th y tinh c a l p b c hay cuvt ch a m u.


10/15

10

Hnh 10 m t m t c u hnh quang h c khng s d ng th u knh. N s r t thu nl i khi ti n hnh o trong vng t ngo i

Hnh 10: h quang h c dng thu b c x v i g ng thu d ng elip

(FL: th u knh h i t ; S: m u; ES: khe ng vo my n s c)

H th ng quang h c dng thu b c x tn x bao g m m t h th u knh ti u s c:m t th u knh dng thu b c x v m t th u knh dng h i t b c x

Kh nng h i t nh sng c c tr ng b i s F

(1)Trong f: l tiu c c a th u knh

D: l ng knh c a th u knh.F cng nh th kh nng h i t cng l n.Gi tr c a F ph i ph h p v i b n s c thu nh n c l ng nh sng nhi unh t v t n d ng c h t kh nng c a h cch t trong b n s c.Trong quang ph Raman hi n i ngy nay chm laser h i t vo m u m tcch chnh xc ng i ta s d ng m t c c u chnh vi c p 3 chi u i u khi n v

tr c a m u v t. Chng ta v a chnh v tr m u v a quan st tn hi u Raman ch n v tr t i u nh t ( tn hi u l n nh t)

2.4 My n s c* My n s c nD i y l s n gi n m t my n s c n. v tr D l cch t , C , E l cc g ng ph n xB c x sau khi i qua khe vo B (input) s n g ng r i n cch t D, chmb c x s b tch ra cc thnh ph n n s c. Cc nh sng n s c s c chnhh ng b i g ng E v i ra ngoi qua khe ng ra F(output)Thng th ng ng i ta k t h p m t mt b c lm quay cch t , vi c i uchnh gc quay c a cch t cho ta thu c b c sng ng ra theo mu n


11/15

11

Trong my n s c n kh c th lo i tr h t nh sng khng b nhi u x m tnx trn b m t cch t

*My n s c inh sng tn x Raman th ng y u nn s b nh sng nhi u ny che l p. gi iquy t v n ny ng i ta dng my n s c i nh hnh 12

Hnh 12: s my n s c i hi u Spex, model 1403/4

Trong h n s c i ng i ta ghp n i ti p hai h n s c gi ng h t nhau,ph l i ra c a my n s c th nh t c tn s c l n n a b i my n s c thhai. Vi c ghp n i ti p gip tng quang trnh, vi c tn s c trn 2 cch t s tng phn gi i.

V l thuy t n u lo i tr c quang sai , h n s c kp cho tn s cg p hai l n h n. ng th i v i cch b tr thch h p ta c th h n ch nhsng nhi u


12/15

12

*My n s c baMy n s c ba c kh nng kh nh sng nh i u m nh h n my n s c

i. N cho php quan st c cc d i Raman g n st v ch Rayleigh. Hnh 13m t my n s c ba hi u Spex

Hnh 13: s my tn s c ba Spex model 1877

Trong s trn m t my n s c i c k t n i v i m t quang ph k .S ny dng thu nh n cc tn hi u Raman m t lc nhi u knh. G n ycc h th ng Raman ch t l ng cao c thi t k b ng cch k t h p my quangph n t ng, detector CCD( charge-coupled divice) v m t vi lo i b l c ckh nng kh b c x Rayleigh v i hi u su t cao

Gi tr F c a quang ph k Raman c tnh b ng ph ng trnh (1) Trongtr ng h p ny tiu c f c a g ng chu n tr c v D th ng c tnh nh sau

Trong L l c nh c a cch t hnh vung . cho F nh th f ph i nh vD ph i l n

Tuy nhin phn gi i s gi m khi f nh . Do phn gi i t t nh t

th D l n, i u ny i h i s d ng cch t l n v t ti n. v nh ng l do trncc quang ph k Raman th ng c gi tr F kho ng t 5 n 10

V d my n s c i hi u Spex (1403/4) c F=7,8 v i f=0,85m v ccht c kch th c 110 x110mm

*Nh ng y u t nh h ng n phn gi i c a quang ph k

+ nng su t phn gi i c a cch tCch t xc nh phn gi i c a quang ph k . Cch t c s khe c ng

nhi u trn m t milimet th tn s c cng l n v do phn gi i cng caoTh t v y nng su t phn gi i c a cch t c tnh theo cng th c


13/15

13

hay

Nh v y nng su t phn gi i c a cch t t l thu n v i k: h ng s cch t ( s v ch trn m t n v chi u di, hay s v ch

kh c trn 1mm) m: s b c c a cch t , b c ph cng cao th phn gi i cng cao L: chi u di c a cch t

Do cc ph c b c cng cao th c ng cng nh (ph b c 1- vn nhi ux b c 1 th t p trung 70% nng l ng) nn thng th ng ng i ta dng phb c 1, ho c b c 2

phn gi i cao th ph i s d ng cch t c chi u d i L l n v h ng s

cch t k l n nh ng vi c tng chi u d i L c h gi i h n (di nh t l 15cm)Nh v y tng phn gi i th ph i tng h ng s k(t c l tng s v chtrn 1mm)

S m t mt tn hi u do tng phn gi i c th b l i b ng cch tng r ng khe.

V d : s d ng cch t v i 1800khe/mm, my n s c i Spex (1403) cth bao vng ph t 31000cm-1 n 11000cm-1. Tuy nhin n u dng cch t cm t khe cao h n (2400 v 3600 khe/mm) th kho ng ph ny b gi m i

+ nh h ng c a r ng khe v t c c a cch t r ng khe v t c c a cch t trong my n s c ( kho ng cch gi a

cc i m l y d li u) l r t quan tr ng thu c ph c phn gi i cao.S nh h ng c a s thay i r ng khe (SW) c minh h a nh hnhd i 14a). d i ph c qut cc d i qua ( bandpass BP) 1,2,3 v 4cm-1

Do c ng tn hi u t l thu n v i P0 x SW2

(Trong P0 - cng su t laser v SW - r ng khe)Nn khi tng r ng khe SW th c ng tng, v v y c ng tn hi u

s c i u chnh cho thch h p b ng cch h t t cng su t laser P0

S nh h ng c a t c cch t minh h a trong hnh 14b). T c qutqu nhanh s lm bi n i d ng ph . M t cch n gi n ki m ch ng i uny l ghi ph t c qut th p v i nh ng kho ng cch l y ph nh v xem

xt s thay i c a hnh d ng cc d i ph


14/15

14

Hnh 14: Ph Raman c a CCl4 (b c sng kch thch 488 nm) cc i u ki n khc

nhau b ng my n s c i Spex 1403 v i cch t 1800 khe/m m v nhn quang

Hamamatsu R 928

A ) nh h ng c a Bandpass (v i kho ng cch g i a cc i m l y d li u 0,2 cm-1

)

b) nh h ng c a kho ng cch gi a cc i m l y d li u (v i BP l 1 cm-1

)

Ngoi ra khe h c a cc bnh rng c a b ph n ghi b c sng c ng l m t v n khkhn khi ghi ph . V n cu i cng l nn gi nhi t my n s c khng i khi ghiph . V v tr d i ph c th thay i theo nhi t n 3cm -1


15/15

15

Ti li u tham kh o

1. Quang ph Raman, Hu nh Thnh t, NXB HQG TP HCM, 2004

2. Introductory Raman Spectroscopy , J.R.Ferraro,Kazuo Nakamoto, Academic Press

3. Quang ph h c th c nghi m, Nguy n Th Bnh, NXB GD, 2006

4. Quang ph phn t v ng d ng, D ng i Ph ng, NXB HQG TP HCM, 2002

5. Quang h c, Nguy n Tr n Trc, Di p Ng c Anh, NXB HQG TP HCM, 2005.

6. Modern Raman Spectroscopy , Ewen Smith, Geoffery Dent, Wile

Quang Pho Ke Raman

Documents

Transcript of Quang Pho Ke Raman