TIỂU LUẬN PHÂN TÍCH THỰC PHẨM PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HUỲNH QUANG VÀ ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM

Sự phát quang xảy ra trong dung dịch và trong các chất khí là sựphát quang do những trung tâm rời rạc, nhưng sự phát quang xảy ra ở cácchất rắn tinh thể là sự phát quang do toàn bộ chất

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thời đại ngày nay, hóa học phân tích đóng vai trò rất quantrọng đối với sự phát triển của các ngành công nghệ kỹ thuật Bất cứ mộtngành khoa học kỹ thuật công nghệ nào cũng cần đến hóa học phân tích.Tuy nhiên để phân tích một đối tượng ta có thể dùng nhiều phương phápkhác nhau để đạt được độ chính xác cao Một trong những phương phápphân tích được sử dụng khá rộng rãi để xác định vết tạp chất khác nhautrong hợp chất vô cơ và hữu cơ hiện nay là phương pháp quang phổ huỳnhquang Đây là phương pháp đã được biết đến từ rất lâu nhưng việc xâydựng lý thuyết cũng như ứng dụng vào thực tế chỉ mới được thực hiện gầnđây

Chính vì thế, dưới sự hướng dẫn của thầy Lê Nhất Tâm cùng vớinhững kiến thức đã học trên ghế nhà trường, chúng em quyết định tìm hiểusâu hơn về phương pháp quang phổ huỳnh quang và ứng dụng trong thựcphẩm Trong quá trình tìm hiểu không thể tránh khỏi những thiếu sót, vì vậynhóm chúng em mong nhận được ý kiến quý báo từ thầy và các bạn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP HUỲNH QUANG

Một chất khi hấp thụ một năng lượng nào đó thì hệ electron trongphân tử bị kích thích, ta nói phân tử ở trạng thái kích thích Trạng thái kíchthích là trạng thái không bền, nó chỉ tồn tại trong khoảng 10-8 giây; có xuhướng trở về trạng thái ban đầu; khi trở về trạng thái ban đầu nó lại phải tỏa

ra phần năng lượng đã hấp thụ Năng lượng giải tỏa đó dưới dạng ánhsáng nên được gọi là hiện tượng huỳnh quang

Hiện tượng huỳnh quang đã biết từ lâu Song việc xây dựng lý thuyếtcủa hiện tượng và ứng dụng nó vào thực tiễn thì mới chỉ bắt đầu từ khi pháthiện ra tính chất lượng tử của ánh sáng

Sự phát quang xảy ra trong dung dịch và trong các chất khí là sựphát quang do những trung tâm rời rạc, nhưng sự phát quang xảy ra ở cácchất rắn (tinh thể) là sự phát quang do toàn bộ chất tham gia vào sự biếnđổi năng lượng hấp thụ được thành ánh sáng

Phương pháp huỳnh quang có những nét đặc trưng quan trọng sau:Một phần năng lượng hấp thụ (gọi là năng lượng kích thích) tất yếu phảichuyển thành dạng nhiệt, do đó phần năng lượng còn lại giải tỏa ra dướidạng ánh sáng (Epq) phải nhỏ hơn năng lượng hấp thụ (Eht) Như vậy trongphát quang thường có hệ thức:

Để đo cường độ của dòng ánh sáng huỳnh quang (Ipq) ta chỉ đo ởphương tạo với tia tới (tia kích thích) một góc 45o hay 90o hoặc 135o … Đểtránh ảnh hưởng của các tia truyền qua.

Cường độ của dòng sáng phát quang bị ảnh hưởng bởi các yếu tốsau:

1 Ảnh hưởng của bước sóng ánh sáng kích thích

Bức xạ huỳnh quang chỉ phát ra khi chất hấp thụ một năng lượng (hν)

đủ lớn (thường là các tia sáng trong vùng tử ngoại) để chuyển hệ electrontrong phân tử lên trạng thái kích thích Nếu dùng ánh sáng kích thích cónăng lượng lớn (λ ngắn) thì cũng chuyển hệ electron của phân tử lên trạngthái kích thích, năng lượng biến thành bức xạ huỳnh quang sẽ không đổi,năng lượng còn dư sẽ biến thành nhiệt Nếu tăng λ của ánh sáng kích thíchlên mà cường độ dòng huỳnh quang không đổi tức là hiệu suất huỳnhquang (B = Epq / Eht) sẽ tăng lên Song nếu tăng λht đến giới hạn vừa đủ đểchuyển hệ electron trong phân tử lên trạng thái kích thích mà tăng lên nữathì năng lượng của ánh sáng hấp thụ sẽ không đủ để kích thích phân tửnên sự phát quang sẽ tắt

Hiện tượng trên đã được Vavilop nghiên cứu và phát biểu thành địnhluật sau: Khi tăng bước sóng của ánh sáng kích thích thì hiệu suất huỳnhquang sẽ tăng lên, nhưng tăng đến một giới hạn nào đó thì nó giảm xuốngrất nhanh và bằng không khi bước sóng ánh sáng kích thích tiếp tục tăng

2 Ảnh hưởng của nồng độ

Cường độ của bức xạ huỳnh quang tỷ lệ với lượng chất huỳnh quang

và cường độ của dòng sáng kích thích

Ipq = K Io CbTrong đó Ipq – cường độ dòng bức xạ huỳnh quang

Biểu thức trên cho thấy Ipq tăng tỉ lệ thuận với nồng độ chất phátquang (C) Song sự tỷ lệ đó chỉ tuân theo trong một giới hạn nồng độ nhỏ(10-7 – 10-4 mol/l)

Nếu nồng độ C tăng vượt quá giới hạn đó, thì cường độ phát quangtăng rất ít và dần dần tắt hẳn, sự tắt bức xạ huỳnh quang do sự tăng nồng

độ gọi là sự tắt huỳnh quang nồng độ Điều đó có thể do khi nồng độ lớn có

sự hình thành các tập hợp phần tử là những trung tâm không hấp thụ ánhsáng kích thích nên không phát quang Cũng có thể do ở nồng độ lớnkhoảng cách giữa các trung tâm phát quang trong dung dịch giảm dẫn tớicác phần tử hấp thụ ánh sáng kích thích và truyền một phần năng lượnghấp thụ được cho các phần tử khác có trong dung dịch chứ không chuyểnlên trạng thái kích thích nên không phát quang được

Như vậy phương pháp phân tích huỳnh quang chỉ dùng để phân tíchnhững hàm lượng rất nhỏ

3 Ảnh hưởng của nồng độ ion H+ và dung môi

Dung môi và pH của dung dịch có ảnh hưởng rất lớn tới khả năngphát huỳnh quang của các chất huỳnh quang, đặc biệt là các hợp chất nộiphức tạo nên từ các ion kim loại với các phối tử hữu cơ bởi vì thay đổi dungmôi có thể dẫn tới sự thay đổi độ bền liên kết của phức hoặc tạo thành cáchợp chất phức sonvat Thay đổi pH dung dịch có thể dẫn tới sự phá hủyphức hay tạo thành phức có thành phần khác không phát quang

Vì vậy khi phân tích bằng phương pháp huỳnh quang cần phải nghiêncứu để chọn dung môi và giá trị pH tối ưu cho quá trình xác định

4 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Thông thường khi nhiệt độ tăng thì khả năng phát huỳnh quang củacác chất phát quang giảm

Khi tăng nhiệt độ thì độ nhớt của dung dịch giảm dẫn tới làm tăng độdao động nội phân tử do đó làm yếu liên kết trong phân tử, có thể làm biếndạng phân tử hay phân li phân tử Những biến chuyển đó sẽ làm thay đổitính chất huỳnh quang của phân tử Ngược lại ở nhiệt độ thấp thì dao độngtrong phân tử giảm và thực tế không có sự chuyển hóa dao động nhiệt, do

đó hiệu suất và cường độ huỳnh quang của chất tăng lên, đặc biệt là cácchất hữu cơ và phức của kim loại với phối tử hữu cơ thì sự phát quang tănglên rất nhiều khi giảm nhiệt độ Có nhiều chất ở nhiệt độ thường thì khôngphát huỳnh quang, nhưng ở nhiệt độ thấp lại phát huỳnh quang mạnh.

5 Ảnh hưởng của ion lạ

Các chất lạ có mặt trong dung dịch gây ảnh hưởng lớn đến việc phântích huỳnh quang Nhiều chất lạ làm tắt huỳnh quang; chẳng hạn Na2SO3,

Na2S2O3, KMnO4…, làm tắt huỳnh quang của rezorafin Song lại có chất lạlàm tăng khả năng huỳnh quang, chẳng hạn ion SO42- làm tăng tình huỳnhquang của quinine…

Các chất lạ có thể gây những ảnh hưởng hóa học hay vật lý khácnhau đối với chất huỳnh quang

Do đó khi nghiên cứu hiện tượng huỳnh quang, nhất là nghiên cứuphân tích định lượng cần phải nghiên cứu chặt chẽ ảnh hưởng của các ion

lạ có trong dung dịch phân tích, đối với ion lạ có tác dụng làm tăng khảnăng phát quang thì cần tìm điều kiện lợi dụng tính chất này của nó để tăng

độ nhạy của phép phân tích Còn với các ion lạ có tác dụng làm giảm khảnăng phát huỳnh quang của chất phát quang thì cần tìm cách loại trừchúng

CHƯƠNG 2 PHỔ HUỲNH QUANG VÀ SỰ PHÁT QUANG HÓA

HỌC

Nhiều hợp chất vô cơ và hữu cơ ở trạng thái lỏng hoặc ở trạng tháirắn, ở dạng phân tử hay dạng ion, dạng nguyên chất hay dung dịch đềuphát ra ánh sáng khi chúng bị kích thích bởi những photon nằm trong vùngkhả kiến hoặc trong vùng tử ngoại gần Ứng dụng phân tích cho hiện tượngnày là sự phát huỳnh quang Đây là phương pháp có sự chọn lọc và độnhạy cao cho nhiều đại lượng đo Cường độ huỳnh quang tỉ lệ với nồng độcủa chất cần phân tích Thiết bị đo huỳnh quang là quang phổ kế hay huỳnhquang kế Cường độ ánh sáng suy giảm rất nhanh khi dừng kích thích lênđối tượng phân tích nhưng ngược lại hiện tượng tượng lân quang thì giảm

từ từ theo thời gian Huỳnh quang được sử dùng cùng với detector đã đượcứng dụng trong phương pháp sắc ký lỏng

Mặt dù khác nhau về nguồn gốc, nhưng phát quang hóa học, baogồm sự phát xạ của ánh sáng trong các phản ứng hóa học, củng đã cónhiều ứng dụng trong hóa học phân tích

2.1 Huỳnh quang và hiện tượng lân quang

Nhiều hợp chất khi đã kích thích bởi một nguồn ánh sáng trong vùngkhả kiến hoặc trong vùng tử ngoại gần sẽ hấp thu năng lượng ngay lập tứcnhưng không phát ra theo hình thức tia bức xạ Căn cứ vào định luậtStokes, dãy phát xạ phổ lớn nhất được đặt tại chổ có chiều dài bước sốngdài hơn chiều dài bước sống của ánh sáng kích thích ban đầu Hình 2.1 và2.2 là những hợp chất huỳnh quang Sau kích thích, cường độ ánh sángphân rã cực kỳ nhanh theo theo định luật hàm mũ:

It =I0 exp[-kt] (2.1)

Trong đó : It : Cường độ huỳnh quang

t : Thời gian trôi qua tính từ lúc kích thích

Phát xạ này có thể được phân loại thành huỳnh quang có cường độgiảm rất nhanh và lân quang có sự phân rã bức xạ chậm hơn nhiều Sựkhác biệt này được đặc trưng bởi hằng số k Hằng số k của huỳnh quanglớn hơn nhiều so với hằng số k của lân quang Thời gian phát huỳnh quang

t0 thì được xác định thông qua biểu thức:

Tại thời điểm t0 , cường độ I1 sẽ tăng lên dựa vào biểu thức (2.1) tăng36,8% so với cường độ ban đầu I0 Từ những hợp chất huỳnh quang tươngứng có thể rất nhỏ phải nhìn trên kính hiển vi đến tổng thể những loại khácnhau thì có 63,2% đã suy yếu đến trạng thái không phát xạ sau một thờigian ngắn

Thời gian sống huỳnh quang t0 chỉ khoảng vài nano giây thôi Để đohuỳnh quang dễ dàng người ta dùng dụng cụ đo cường độ có tác dụng

Hình 2.1 Biểu diễn chiều dài bước sống của phổ thu bức xạ và phổ

huỳnh quang của hợp chất ethylen

t0 =1/k

độ sáng mặt dù có sự phân biệt giữa ánh sáng do nguồn phát ra và ánhsáng do huỳnh quang Hình 2.1 minh họa cho ví dụ, biểu hiện của hấp thubức xạ qua gương và phổ huỳnh quang là duy nhất đối với nhiều hợp chất.

2.2 Nguồn gốc của huỳnh quang

Đối tượng để kích thích là ánh sáng, một phân tử (phân tử ,ban đầu

ở trạng thái cơ bản S0 ), thì ngay lập tức nhảy lên trạng thái kích thích điện

tử đầu tiên của nó S1 (hình 2.2).Những điện tử và những phân tử của chấthòa tan lân cận bị mất cân bằng rất nhanh, tuy nhiên chổ nhân nguyên tửvẩn đồng nhất để giữ chúng ở trạng thái cơ bản (Điều này tuân theonguyên tắc Franck-Condon) Hệ thống khung cấu tạo của dung môi khi mấtcân bằng sẽ nhận được hình thể ổn định hơn liên quan đến trạng thái kíchthích điện tử S1 Sau đó bằng phương pháp biến đổi bên trong phân tử sẽnối lại (10-12s) mà không cần phát ra photon để chuyển từ trạng thái V0 lêntrạng thái S1 Nếu trạng thái này thích hợp với trạng thái cơ bản thì khungdung môi sẽ yếu dần thông qua bậc huỳnh quang (10-11 đến 10-8s) Ngaysau đó phân tử trở lại một trong những trạng thái dao động và trạng tháiđiện tử cơ bản S0 cùng với sự phát ra photon được gọi là huỳnh quang

S0

Non-radiative deactivation

Absorption Fluorescence Phosphorescence

Những dãy huỳnh quang sau sẽ trở lại trạng thái ban đầu , phân tử

có thể giữ lại một phần năng lượng đã hấp thu được trong trạng thái nănglượng dao động Năng lượng dao động thừa này bị tán xạ thông qua sự vađập hoặc bằng một cách thức khác mà không sinh ra bức xạ như thiết bịlàm giảm dao động Sự phát xạ của photon có mức năng lượng thấp có thể

sẽ bị kéo dài hoặc trở về huỳnh quang ban đầu trong vùng giữa hồng ngoại

Lân quang tương ứng với phương pháp làm giảm năng lượng khác.Sau giai đoạn hấp thu, tương ứng với sự chuyển một điện tử lên mức S1(trạng thái đơn) ,một spin điện tử đảo ngược có thể xảy ra nếu sự giảm daođộng này đủ thấp dẫn đến trạng thái T1 Từ trạng thái này, chúng trở vềtrạng thái điện tử cơ bản là chậm hơn khi nó đòi hòi một spin đảo ngượcmới cho điện tử này.Thời gian tồn tại của bức xạ này có thể tăng lênkhoảng thời gian vài phút

Độ nhạy của huỳnh quang thường cao hơn 1000 lần so với phổ hấpthu của vùng UV/Vis Tuy nhiên muốn sử dụng đúng những kĩ thuật này đòihòi người sử dụng phải có những kiến thức vững chắc về hiện tượng này

để tránh sai số có thể xảy ra

OH

NOHBiphenyl(0.2)

Huỳnh quang được mạnh thêm bởi sự hiện diện của các nhóm donođiện tử khi chúng đang bị khử bởi nhóm rút điên tử (hình 2.3) nhưng có sự

lệ thuộc vào pH của dung môi Ngược lại những phân tử không bền sẽ mấtdần năng lượng đã hấp thu của chúng thông qua sự phân rã và sự giảmdao động

Tương tự, hiện tượng này có thể được so sánh với những ảnhhưởng đã gây ra khi một cái búa đập vào một khối cao su chẳng hạn hoặcngược lại trên môt thứ gì đó cứng chẳng hạn một cái đe Với cao su, nănglượng bị tán xạ thành những khối như nhiệt và âm thanh không được phát

ra Trên đe thì một phần năng lượng cơ học truyền đi ra bên ngoài nhưsóng âm thanh và điều này có thể được so sánh với hiện tượng huỳnhquang của những phân tử bền hoặc không bền

2.3 Mối quan hệ giữa huỳnh quang và nồng độ

Tại mỗi điểm của dung môi cường độ huỳnh quang là khác nhau vìmột phần bức xạ kích thích được hấp thụ trước khi tương tác với điểmđược xem xét và vì một phần ánh sáng bức xạ phát ra tìm thấy trong bảnthân nó bị tắt trước khi nó có thể ra khỏi tế bào Tổng thể huỳnh quangnhận được bởi detector tương ứng tới tổng của huỳnh quang xuất hiện từtoàn bộ những thể tích nhỏ riêng lẻ cấu thành khoảng trống được giới hạnbởi khe vào và khe ra (hình 2.4) Đây là sự tính toán cường độ huỳnhquang tuyệt đối (sự phát xạ If) cho mẫu khó

Hiện tượng của bức xạ tắt dần gọi là sự dập tắt bên trong là sự che

khuất một phần của phổ hấp thụ và phổ phát xạ (sự dập tắt màu), và được

làm tăng bởi những dịch chuyển năng lượng từ những trạng thái kích thích

đến phân tử khác thông qua trao đổi năng lượng hình thành phức chất (sự

dập tắt hóa chất) Đó là lý do tại sao sự có mặt của oxi có thể gây ra sự

phát quang không đúng mức

Những dung môi, hiệu suất lượng tử của huỳnh quang (từ 0 đến1), nó không phụ thuộc vào cường độ được truyền đi bởi nguồn ánh sáng,

nó được xác định bởi tỷ lệ của số lượng phôtôn được phát ra đến số lượngcác phôtôn được hấp thụ, nó tồn tại tương đương với tỷ lệ của số lượngphôtôn phát ra If trên số lượng phôtôn hấp thụ Ia (biểu thức 2.2)

Chấp nhận Ia= I0 – It (It đại diện cho cường độ ánh sáng truyền đi), lýluận sau đây cho phép mối liên quan giữ If tới nồng độ C của hỗn hợp :

Phụ thuộc vào vị trí nơi mà huỳnh quang được phát ra, một cường độbiến thiên của ánh sáng tác động trở lại detector Bởi sự đặc thù điều chỉnhcủa khe vào và khe ra, nó có thể hấp thụ lại một lượng ánh sáng của huỳnhquang (sự so sánh giữa a và c) và sự hấp thụ của ánh sáng tới (sự so sánhgiữa a và b) Trong thực tế, sự có mặt của một màn chắn ánh sáng nghĩa làchỉ có ánh sáng đến từ vùng trung tâm của tế bào được tập trung

số lượng phôtôn phát ra

số lượng phôtôn hấp thụ

=

Hình 2.5 Cường độ của huỳnh quang và nồng độ Mô hình hóa của

biểu thức 2.7 ảnh hưởng lên cường độ huỳnh quang Một cực đại củahuỳnh quang không thể quan sát được ở xa, với việc tiếp tục tăng nồng độcường độ huỳnh quang nhỏ lại Sau khi nồng độ dung môi được tăng cựcđại thì cường độ huỳnh quang yếu hơn Được minh hoạ tương ứng với babản ghi cùng quy mô của biacetyl tetrachloromethane Đường cong ghi ánhsáng được tập hợp từ một thể tích nhỏ được đặt ở tại trung tâm của dung

môi như được chỉ thị trên hình 2.4 ( những tham số và l lựa chọn tùy ý)

Khả năng hấp thụ A sẽ bằng với log Io/I, biểu thức 2.3 trở thành

Nếu dung môi là loãng, giới hạn A gần 0 và giới hạn 10-A thành ra là gần 1 – 2.3A Biểu thức (2.4) có thể được đơn giản hóa

với I0 cường độ của sự bức xạ kích thích

C nồng độ mol của hợp chất

ε hệ số mol hấp thụ

l là bề dày tế bào

hiệu suất lượng tử huỳnh quang

Biểu thức cuối cùng này là cường độ của huỳnh quang phụ thuộc vào

nồng độ C, những điều kiện thí nghiệm (l, I0) của hỗn hợp Nếu tất cả cáctham số đúng với máy đo, đúng với hợp chất và hằng số không đổi K,phương trình sau đây có thể được sử dụng cho nồng độ (A < 0,01):

(2.6)Những phép đo xác định hàm lượng flo dùng một vài phương pháp

cổ điển thường dùng cho một hoặc nhiều mẫu (điểm lấy mẫu riêng rẽ hayđường cong mẫu, hay những phương pháp bức xả), nhưng để thu đượckết quả tốt nhất thì những dung dịch phải pha loãng Ở trên một giới hạn đãcho, huỳnh quang không còn cân đối với nồng Cái này xuất hiện bởi vìkhông tuyến tính theo định luật Lambert-Beer

Sự kích thích là yếu hơn và sự liên kết phức chất xuất hiện giữa kíchthích những phân tử và trạng thái nền Những hướng dẫn này rõ ràng là kếtquả nghịch lý mà huỳnh quang có thể làm giảm bớt mặc dù nồng độ tănglên Đường cong trong hình 2.5 là đồ thị của biểu thức 2.7 theo sau lời giớithiệu của những giá trị hợp lý của các tham số khác nhau

(2.7)

2.4 Hiện tượng tán xạ Rayleigh và những băng Raman

Khi chiều dài bước sóng kích thích và phát xạ là gần nhau thì mộthỗn loạn hình thành giữa sự phát huỳnh quang và hai kết quả thu được dobởi dung môi: hiện tượng tán xạ Rayleigh và quá trình khuếch tán phân tửRaman

Những giới hạn khám phá trong sự phát huỳnh quang thường đượcđiều chỉnh bởi khả năng phân biệt trong phân tích huỳnh quang từ tổng hợpcác giao thoa này

2.4.1 Hiện tượng tán xạ Rayleigh rải rác

Hiện tượng tán xạ Rayleigh là sự phát xạ lặp lại, bởi dung môi trongcác hợp chất được hoà tan, một phần nhỏ của ánh sáng bị kích thích trongtất cả các chiều dài bước sóng (hình 2.6) Hiện tượng tán xạ Rayleigh cócường độ phụ thuộc ở trên tính phân cực của những phân tử hoà tan

2.4.2 Quá trình khuếch tán phân tử Raman

Hiện tượng tán xạ Raman, nó yếu hơn từ 100 tới 1000 lần so vớihiện tượng tán xạ Rayleigh, được sinh ra bởi quá trình chuyển đổi mộtphần năng lượng của bức xạ kích thích đến

Hình 2.6 Những thành phần khác nhau của phổ huỳnh quang Vị trí

Raman đỉnh phụ thuộc vào chiều dài bước sóng của chùm ánh sáng kíchthích và của dung môi Độ nhạy được kiểm bởi huỳnh quang kế

Những phân tử có khả năng hoà tan dưới dạng năng lượng daođộng Những phân tử có khả năng hoà tan phát ra nhiều lần các phôtôn có

ít năng lượng hơn để kích thích chúng So sánh tới hiện tượng tán xạRayleigh, băng phát xạ Raman được dịch chuyển về phía những bướcsóng dài hơn

Mỗi dung môi có năng lượng khác nhau giữa hấp thụ và phát lạinhững phôtôn là không đổi Bởi vậy, bằng việc điều chỉnh chiều dài bướcsóng kích thích, thế chuyển dịch bằng nano-mét giữa vị trí của Raman vànhững băng Reyleigh (Bảng 2.1 và Hình 2.6)

Hiện tượng tán xạ Raman của nước phục vụ kiểm tra độ nhạy chohuỳnh quang kế Điều này gồm có đo tín hiệu / hệ số nhiễu của đỉnh Raman

với một tế bào được hoàn thành với nước, chẳng hạn tại 397 nm nếu cốđịnh bước sóng kích thích ứng với 350 nm, thì kết quả của dịch chuyểnriêng là 3380 cm-1 của dung môi này, và so sánh với tín hiệu nền.

Bảng 2.1 Vị trí của băng tán xạ Raman, được tính toán thông

thường dùng bốn dung môi và năm bước sóng kích thích từ một cái đèn

thủy ngân

Sự kích

Chuyển dịch(cm-1)

CHƯƠNG 3 MÁY MÓC THIẾT BỊ3.1 Nguyên lý

Những phân tử có các trạng thái khác nhau được tham chiếu đếnnhư những mức năng lượng Quang phổ huỳnh quang trước hết liên quanđến trạng thái điện tử và trạng thái dao động Nói chung, những kiểu đượckhảo sát có trạng thái điện tử nền (một trạng thái năng lượng thấp) quantâm, và bị kích thích một trạng thái điện tử năng lượng cao hơn Trong mỗitrạng thái điện tử này là những trạng thái dao động khác nhau

Trong quang phổ huỳnh quang, những kiểu bị kích thích đầu tiên, hấpthụ một phôtôn, từ trạng thái điện tử nền đến một trong những trạng tháidao động khác nhau trong trạng thái điện tử bị kích thích Sự va đập nhữngphân tử với nhau gây ra phân tử bị kích thích để mất năng lượng dao độngđến khi nó đạt đến trạng thái có dao động thấp nhất của trạng thái điện tử bịkích thích

Phân tử giảm xuống một trong những mức có dao động khác nhaucủa trạng thái điện tử nền lần nữa, phát ra phôtôn trong quá trình Khi đó,những phân tử có thể giảm xuống bất kỳ mức dao động nào trong trạng tháinền, các phôton phát xạ sẽ có những năng lượng khác nhau và tần sốtương ứng Bởi vậy, bằng việc phân tích những tần số khác nhau của ánhsáng phát ra trong quang phổ huỳnh quang, với những cường độ tương đốicủa chúng, cấu trúc các mức dao động khác nhau có thể được xác định

Trong một thí nghiệm điển hình, những tần số khác nhau của ánhsáng huỳnh quang phát ra bởi một mẫu được đo, duy trì ánh sáng kíchthích tại một bước sóng không đổi Đây được gọi là một phổ phát xạ Mộtphổ kích thích được đo bằng việc ghi một số hình ảnh phát xạ sử dụngnhững bước sóng khác nhau của ánh sáng kích thích

3.2 Trang thiết bị

Một hợp chất huỳnh quang vận hành như một nguồn phát ra ánhsáng theo mọi phương hướng Ánh sáng phát ra này thường được ghi nhận

theo phương thẳng góc với chùm tia đến từ nguồn kích thích sơ cấp Đểtăng sự hấp thu của dung dịch, huỳnh quang được chiếu từ bề mặt mẫudựa trên sự kích thích bức xạ đập vào, trong khi với những mẫu đục hoặcnửa đục thì cách đo mặt trước được ưu tiên.

Nguồn kích thích thường là một đèn hồ quang xenon với công suất từ

150 đến 800W Phép đo cường độ ánh sáng được thực hiện bằng việc sửdụng một ống nhân quang và một diot quang Dung môi, nhiệt độ, pH vànồng độ là những thông số chủ yếu ảnh hưởng đến cường độ dòng huỳnhquang Với mẫu dung dịch, cuvet sử dụng từ kính hình chữ nhật 1cm hoặcsilic oxit nóng chảy

Trong số nhiều ứng dụng của kỹ thuật LIDARS (sự phát hiện sóngsáng và sự đo khoảng cách) chúng được dùng để định lượng khí, ở dạngvệt trong bầu khí quyển Trái Đất Những khí được lượng tử hóa bởi huỳnhquang retro tán xạ của chúng được cảm ứng kích thích tiếp bởi một xungrất ngắn (micro giây) từ một laser đơn sắc mạnh mẽ Sự kích thích có thểđược điều chỉnh với một bước sóng đặc biệt thích hợp cho dung dịch đangnghiên cứu

Hai loại mở rộng của công cụ thương mại hiện tại được đề xuất bởinhững nhà chế tạo: hệ số huỳnh quang kế và quang phổ kế

Hình 3.1 Sơ đồ huỳnh quang kế với góc 90° dùng nguồn sáng Xenon

Source: nguồnEmission:sự phát xạMonochromator:quang kế đơn sắcExcitation Sample:mẫu kích thíchMonochromator:quang kế đơn sắcObservation through:quan sát qua

an acute angle or of 90°:một gốc nhọn hay của 90 độDetector:máy dò tìm

Hình 3.2 Sơ đồ khối của một quang phổ kế với một đèn hồ quang

xenon Dưới những điều kiện trạng thái ổn định bằng sự duy trì nguồn kích

thích sơ cấp thì huỳnh quang được đo trái ngược với những nghiên cứuđộng lực học huỳnh quang Dưới phải biểu đồ là một đèn hồ quang xenon

Áp lực của đèn xenon khoảng 1MPa Những đèn này được làm từ một lớpthạch anh, không có dây tóc là nguồn của ánh sáng trắng Cực âm là lò tinhluyện của hai điện cực

Hai dạng chung của các dụng cụ đo hiện có

 Những bộ lọc huỳnh quang kế sử dụng các bộ lọc để tách ánhsáng tới và ánh sáng huỳnh quang

 Phổ huỳnh quang kế dùng lưới nhiễu xạ đơn sắc để tách ánhsáng tới và ánh sáng huỳnh quang

Cả hai kiểu sơ đồ trên: Ánh sáng từ một nguồn kích thích đi xuyênqua một lọc hay quang kế đơn sắc và đập vào mẫu Một tỉ lệ ánh sáng tớiđược hấp thu bởi mẫu, và một vài phân tử trong mẫu phát huỳnh quang