giới thiệu sơ lược vài mẫu quang phổ raman tự chế, Schemes and Mind Maps of Optics

Download giới thiệu sơ lược vài mẫu quang phổ raman tự chế and more Schemes and Mind Maps Optics in PDF only on Docsity!

Máy quang phổ Raman tự chế và

một mẫu máy

N G U Y Ễ N H OÀ N G K I Ệ T

Nội dung trình bày

Lí do trình bày I. Giới thiệu quang phổ Raman

1. Lịch sử
2. Cơ sở lý thuyết ◦ (^) 2.1. Quan điểm cổ điển ◦ (^) 2.2. Quan điểm lượng tử ◦ (^) Sơ lược qua về dụng cụ và cách đo II. Fabricating a Low-Cost Raman Spectrometer to Introduce Students to Spectroscopy Basics and Applied Instrument Design
   1. Cấu hình quang học
   2. Nguồn kích thích
   3. Probe optics
   4. Kết quả và thảo luận

I. Giới thiệu quang phổ Raman

1. Lịch sử

Vào năm 1928, khi Sir Chandrasekhra Venkata Raman phát hiện ra hiện tượng mang tên ông, chỉ có các thiết bị thô sơ có sẵn. Sir Raman đã sử dụng ánh sáng mặt trời làm nguồn sáng và kính thiên văn làm bộ thu; mắt của ông là detector. Việc có thể phát hiện ra một hiện tượng yếu ớt như tán xạ Raman thực sự là điều đáng chú ý. Dần dần, các cải tiến trong các thành phần khác nhau của thiết bị Raman đã diễn ra. Nghiên cứu ban đầu tập trung vào việc phát triển các nguồn kích thích tốt hơn. Nhiều loại đèn chứa các nguyên tố khác nhau đã được phát triển (ví dụ như đèn heli, bismut, chì, kẽm). Tuy nhiên, chúng tỏ ra không hiệu quả do cường độ ánh sáng yếu Năm 1962, các nguồn laser đã được phát triển để sử dụng trong phổ Raman. Cuối cùng, các laser Ar^ (351,1-514,5 nm) và Kr^ (337,4-676,4 nm) trở nên phổ biến, và gần đây hơn, laser Nd(1.064 nm) đã được sử dụng trong phổ Raman. Vào đầu những năm 1960, đã có những phát triển trong hệ quang học của thiết bị Raman. Người ta phát hiện ra rằng double monochromator loại bỏ ánh sáng lạc hướng hiệu quả hơn so với single monochromator. Sau đó, triple monochromator bộ lọc đơn sắc ba lớp đã được giới thiệu, giúp loại bỏ ánh sáng lạc hướng hiệu quả hơn nữa. Các vạch nhiễu xạ holographic xuất hiện vào năm 1968, giúp tăng hiệu quả thu thập tán xạ Raman trong các thiết bị Raman thương mại.

2. Cơ sở lí thuyết 2.1. Quan điểm cổ điển Trong quang phổ Raman, mẫu vật được chiếu xạ bởi tia Laser cường độ cao trong vùng UV-Vis (. Có hai loại: tán xạ đàn hồi Rayleigh mạnh và cùng tần số với ánh sáng tới và tán xạ Raman, rất yếu, khoảng xấp xỉ , và có tần số là tần số dao động của phân tử. Vạch lần lượt được gọi là vạch tán xạ Stokes và đối Stokes. Theo quan điểm cổ điển, sóng ánh sang với tần số được đặc trưng bởi cường độ điện trường Trong đó là biên độ hay giá trị cực đại của điện trường

2.2. Quan điểm lượng tử

Theo quan điểm lượng tử có thẻ giải thích một cách định tính hiện tượng tán xạ Raman như sau: photon của ánh sang tới(excitation source) với năng lượng khi vào môi trường tán xạ sẽ xảy ra va chạm đàn hồi hoặc không đàn hồi với các phân tử của môi trường này. Nếu va chạm là đàn hồi thì năng lượng của photon được bảo toàn, ánh sang có tần số đúng bằng tần số của ánh sang tới, đó là tán xạ Rayleigh. Nếu va chạm không đàn hồi thì xảy ra hai khả năng: -Photon của ánh sang tới cung cấp cho phân tử một nặng lượng nào đó, khi đó năng lượng của photon ánh sang tán xạ sẽ là: -=> Trong đó Với trường hợp này tần số ánh sang tán xạ nhỏ hơn tần số của ánh sang tới, đó là tán xạ Stokes Photon ánh sang tới nhận từ phân tử một năng lượng nào đó khi đó năng lượng của photon ánh sang tán xạ sẽ là: Với trường hợp này tần số ánh sang tán xạ lớn hơn tần số của ánh sang tới, đó là tán xạ đối Stokes

Sơ lược qua dụng cụ và kĩ thuật

A. Nguồn kích thích

Laser khí

Laser rắn Nd: YAG

Laser Diode

Dye lasers

B. Chiếu sang mẫu

C. Lựa chọn bước sóng

Sử dụng hệ nhiều monochromator

để lọc stray light

Lựa chọn bước song ít dính đến phổ

huỳnh quang(nằm trong khoảng UV-

Vis)

Làm cho chất có độ thuần khiết cao

II. Fabricating a Low-Cost Raman Spectrometer to Introduce Students to Spectroscopy Basics and Applied Instrument Design

1. Cấu hình quang học

Probe optics

i.Tối đa hóa hiệu quả của bức xạ yếu do tán xạ Raman

Ii.Chặn bức xạ của tán xạ Rayleigh khỏi detecection unit

Đạt được thông qua việc sửa dụng focusing lenses, beam splitter và Long-pass filter(Notch)

Thay vì sử dụng beam splitter: dử dụng một tấm microscopic được cắt theo hình vuông, R/T =

Detector

Thiết bị phát hiện được sử dụng là loại của Science-Surplus có dải quang phổ khoảng 450−700 nm. Tuy nhiên, thiết kế hiện tại không hạn chế người đọc sử dụng bất kỳ máy quang phổ nào khác có sẵn trên thị trường (ví dụ: Ocean Optics, Research India, Thunder Optics, v.v.) hoặc máy quang phổ tự chế. Máy quang phổ Science-Surplus chủ yếu bao gồm một khe vào 50 μm, gương lồi làm các yếu tố hội tụ, một lưới nhiễu xạ 1800 đường/mm và một cảm biến CCD silicon tuyến tính Sony ILX511. Máy quang phổ có độ phân giải khoảng 1 nm, hạn chế độ phân giải quang phổ Raman tối đa có thể đạt được khoảng 35 cm−1 ở 100 cm− và khoảng 25 cm−1 ở 3000 cm−1 cho nguồn kích thích 532 nm. Máy quang phổ đã được hiệu chuẩn sẵn tại nhà máy, và mô-đun phần mềm có chức năng tích hợp để ghi lại quang phổ trong chế độ dịch Raman.

Khử nhiễu

Nhiễu cùng lẫn và xuất hiện với phổ raman là:

I, Nhiễu tần số cao do mạch điện tử và nhiễu

dòng tối từ detector

Ii. Nhiễu tần số thấp do phổ phát quang và

ánh sang lạc vào

Thuật toán khử nhiễu có them ở: Range-

independent background subtraction

algorithm for recovery of Raman spectra of

biological tissue

Results and discussion