Phương pháp phổ và hiển vi

 Quang phổ UV-Vis là phương pháp sớm nhất sử dụng bức xạ tia cực tím và bức xạ nhìn thấy được . Tiếp cận với cấu trúc phân tử và trạng thái oxy hóa.. Hiệu giữa mức năng lượng cơ bản và

Giảng viên: Vũ Ngọc Hùng Học viên : Lê Thị Lệ

Trần Đình Đức

Đỗ Duy Khánh PHƯƠNG PHÁP PHỔ VÀ HIỂN VI

1

01 QUANG PHỔ UV-VIS

02 PHỔ HỒNG NGOẠI BIẾN ĐỔI (FTIR)

03 KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ TRUYỀN QUA

(TEM)

04 KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ QUÉT (SEM)

QUANG PHỔ UV-VIS

UV radiation: 170 to 380 nm Vis radiation: 380 to 765 nm

 Vùng phổ UV-Vis là vùng nằm ở cận UV cho đến cận IR (cận hồng ngoại)

 Được xác định từ khoảng bước sóng từ 180-1100 nm

Fig 1: quang phổ UV-VIS

Giới thiệu về quang phổ UV-Vis

 Quang phổ UV-Vis là phương pháp sớm nhất sử dụng bức xạ tia cực tím và bức xạ nhìn thấy được

 Tiếp cận với cấu trúc phân tử và trạng thái oxy hóa Kích thích điện tử đến mức điện tử bị kích thích (chuyển tiếp

điện tử)

 Xác định các nhóm chức năng (- (C = C) n-, -C = O, -C = N, v.v.)

Giới thiệu về quang phổ UV-Vis

 Các phân tử, nhóm phân tử của các chất ở điều kiện thường

tồn tại ở trạng thái cơ bản Eo Khi bị kích thích các electron

hóa trị trong các liên kết (σ, π, ) chuyển từ các obitan liên

kết hoặc không liên kết lên các obitan có mức năng lượng cao

hơn Em Hiệu giữa mức năng lượng cơ bản và kích thích là

năng lượng phân tử hấp thụ từ nguồn sang[1]

 Nguồn gốc của sự hấp thụ trong vùng này chủ yếu là sự

tương tác của các photon của bức xạ với các ion hay phân tử

của mẫu

Nguyên lý của quang phổ UV-Vis

 Ý tưởng cơ bản đằng sau Quang phổ UV-Vis là chiếu ánh sáng có bước sóng khác nhau qua một mẫu và đo

độ hấp thụ ở mỗi bước sóng

Fig 2: Electron Transition graphically represented [1]

Fig 3: Quang phổ hấp thụ UV-VIS

Máy quang phổ hấp thụ UV-Vis là bao gồm các

5 Readout system : Hệ thống đọc chuyển đổi

Cấu tạo máy quang phổ UV-Vis

 Nguồn sáng có nhiệm vụ cung cấp bức xạ tương thích với quá trình đo.

 Bức xạ được cung cấp bởi nguồn sáng thường là chùm bức xạ đa sắc, nó bao trùm một khoảng rộng của phổ

Fig 4: A simplified schematic of the main components in a UV-Vis spectrophotometer.[2]

Cấu tạo máy quang phổ UV-Vis

Nguồn sáng

Fig 6: Photo of Tungsten Halogen lamps

 Đèn Tungsten Halogen , là một nguồn sáng phổ biến dùng trong máy quang phổ

 Đèn này chứa một sợi dây mảnh tungsteng được đặt trong thủy tinh

 Khoảng bức xạ mà đèn cung cấp là từ 330 đến 900 nm, được dùng trong vùng visible

 Thời gian sử dụng đèn này khoảng 1200h

Fig 5: Photo of Hydrogen / Deuterium Lamps

Nguồn sáng

• Đèn Hdrogen có Khoảng bức xạ mà đèn cung cấp là từ 200 đến 450 nm

• Đèn này dùng ổn định và cho phổ liên tục

Cấu tạo máy quang phổ UV-Vis

Tất cả Bộ phận đơn sắc hóa đều chứa các bộ phận thành phần

 Khoang hấp thu là vùng tối nằm vị trí cuối cùng của đường

truyền

 Tia bức xạ đơn sắc sau khi tách ra từ bộ phận đơn sắc hóa sẽ

đi đến đó

 Bộ phận này thiết kế là một ống nhỏ gọi là Cuvettes

 Cuvettes được làm bằng nhựa, thủy tinh hay thạch anh để

chứa mẫu đo

Fig 8: The pictures of Cuvettes [4]

Buồng đo (Hộp đựng mẫu)

Cấu tạo máy quang phổ UV-Vis

 Dectector là bộ phận ghi nhận và xử lí tín hiệu quang

thành tín hiệu điện

 Thiết bị này có tác dụng cảm nhận bức xạ điện từ sau khi bị

hấp thụ và chuyển lượng bức xạ này thành tín hiệu điện

 Tỷ lệ dòng điện thu được tỷ lệ thuận với cường độ bức xạ

đập vào bề mặt Catot

 Tế bào quang điện và ống nhân quang điện là 2 thiết bị

quan trọng trong bộ phận này

Fig 9: Cross section of a photomultiplier tube [1]

Máy dò

 Kỹ thuật này không phá hủy , cho phép

sử dụng lại mẫu hoặc tiếp tục xử lý hoặc phân tích thêm

 Các phép đo có thể được thực hiện nhanh chóng , cho phép dễ dàng tích hợp vào các giao thức thử nghiệm.

 Các công cụ rất dễ sử dụng , yêu cầu người dùng ít đào tạo trước khi sử dụng

 Phân tích dữ liệu thường yêu cầu xử lý tối thiểu , có nghĩa là cần ít đào tạo người dùng.

.

 Kỹ thuật này không phá hủy , cho phép

sử dụng lại mẫu hoặc tiếp tục xử lý hoặc phân tích thêm

 Các phép đo có thể được thực hiện nhanh chóng , cho phép dễ dàng tích hợp vào các giao thức thử nghiệm.

 Các công cụ rất dễ sử dụng , yêu cầu người dùng ít đào tạo trước khi sử dụng

 Phân tích dữ liệu thường yêu cầu xử lý tối thiểu , có nghĩa là cần ít đào tạo người dùng.

.

 không có độ phân giải nguyên tử

 Tín hiệu rộng (độ phân giải quang phổ, nhiều thành phần chồng chéo)

Ưu nhược điểm của quang phổ UV-Vis

Quang phổ UV –vis có nhiều ứng dụng khác nhau[1-3]:

Ứng dụng quang phổ UV –vis

 UV – vis là một kỹ thuật thường được sử dụng để xác định đặc

tính của các hạt nano Kỹ thuật này cho phép xác nhận sự hình  

thành các hạt nano bằng cách đo Cộng hưởng Plasmon bề mặt

(SPR)

 Quy trình này có thể cung cấp thông tin về kích thước, độ ổn

định và sự tổng hợp của các NP  

 Các bước sóng trong khoảng 200–700 nm thường được sử   

dụng để đặc trưng cho các hạt nano kim loại và ôxít kim loại. 

Fig10: The UV-vis spectra obtained for Ag-nanoprisms of different sizes [5]

Xác định các đặc tính của các hạt nano

 Quang phổ tử ngoại nhìn thấy (UV – vis) là một kỹ thuật được áp dụng phổ biến nhất để đo định lượng các dung dịch, đặc biệt để xác định nồng độ của các chất hòa tan đã biết

 Sử dụng định luật Beer-Lambert, sự hấp thụ này có thể được sử dụng để đo nồng độ của các chất hòa tan đã biết:

Trong đó A là độ hấp thụ đo được, I 0 là cường độ của ánh sáng tới tại một       bước sóng nhất định, I là cường độ truyền qua, L là chiều dài đường truyền         qua mẫu, c là nồng độ của chất hấp thụ và      ε là hằng số được gọi là hệ số hấp thụ phân tử hoặc hệ số tắt đối với từng loài và bước sóng.

Phân tích định lượng

 Nhanh chóng xác minh độ tinh khiết và nồng độ

của RNA và DNA là một trong những ứng dụng

đặc biệt rộng rãi

 Tỷ lệ độ hấp thụ 260 nm / 280 nm (260/280) rất

hữu ích để tiết lộ khả năng nhiễm bẩn trong mẫu

 DNA tinh khiết thường có tỷ lệ 260/280 là 1,8, trong khi

tỷ lệ của RNA tinh khiết thường là 2,0

 Các mẫu bị nhiễm protein sẽ giảm tỷ lệ 260/280 do độ

hấp thụ cao hơn ở bước sóng 280 nm

Table 1: Summary of useful UV absorbance when determining 260/280 and 260/230 absorbance ratios.[2]

Phân tích DNA và RNA

FOURIER-TRANSFORM INFRARED SPECTROSCOPY (FTIR)

Giới thiệu về phổ hồng ngoại phản xạ (FTIR)

 Phương pháp được dùng để xác định các vật liệu

hữu cơ, cao phân tử

 Sử dụng ánh sáng hồng ngoại có bước sóng từ

0.750µm-300µm để quét các mẫu thử và quan sát

đặc tính hóa học

 Phân tích FTIR được thiết lập để kiểm soát chất

lượng vật liệu trong các ngành công nghiệp khác

nhau và được dùng như bước đầu tiên trong quá

trình phân tích vật liệu

Nguyên lý của phương pháp đo phổ hồng ngoại

 Thiết bị đo sẽ chiếu một chùm tia hồng ngoại đến

mẫu Mẫu cần đo sẽ hấp thụ một số bức xạ và

chuyển năng lượng đó thành dạng năng lượng

quay hoặc dao động của các phân tử mẫu Các

bức xạ không bị hấp thụ sẽ phản xạ lại đầu dò và

cho tín hiệu phổ

 Tín hiệu thu được ở đầu dò giống như dấu vân tay

của phân tử hoặc cấu trúc hóa học Mỗi chất hoặc

cấu trúc hóa học cho một phổ duy nhất

Cấu tạo máy đo phổ hồng ngoại FTIR

 Nguồn phát tia hồng ngoại

 Bộ phận tách quang

 Đầu dò (Detector)

 Máy tính

Phân tích phổ hồng ngoại

Ứng dụng

Sử dụng phổ hồng ngoại trong kiểm soát chất

lượng nguyên vật liệu Sử dụng phổ hồng ngoại trong nghiên cứu nhựa PEKN

TEM/SEM

TỔNG QUAN VỀ PP SEM/TEM

TƯƠNG TÁC GIỮA ĐIỆN TỬ TỚI VÀ VẬT CHẤT

Tương tác của điện tử với vật chất

Điện tử sẽ bị tán xạ đàn hồi hoặc không đàn hồi.

Phát xạ ra các loại điện tử và sóng điện từ.

 Điện tử truyền qua

TỔNG QUAN VỀ PP SEM/TEM

CƠ SỞ NGUYÊN LÝ CỦA PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU SEM/TEM

Scanning Electron Microscope Transmission Electron Microscope

TÍN HIỆU ĐIỆN TỬ THU NHẬN KHÁC BIỆT

KẾT QUẢ KHÁC BIỆT

ỨNG DỤNG KHÁC BIỆT

Tán xạ

Truyền qua

03

TỔNG QUAN VỀ PP SEM/TEM, AFM/STM

CƠ SỞ NGUYÊN LÝ CỦA PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU SEM/TEM

PHƯƠNG PHÁP SEM PHƯƠNG PHÁP TEM

Thu nhận điện tử thứ cấp, tán xạ ngược và hấp thụ Thu nhận điện tử truyền qua

Đo đạc trên vật liệu dẫn điện (nếu vật liệu không dẫn

điện cần phủ 1 lớp kim loại hoặc carbon) Đo đạc trên vật liệu dẫn điện (nếu vật liệu không dẫn điện cần phủ 1 lớp kim loại hoặc carbon)

(< 100 nm)

04

TỔNG QUAN VỀ PP SEM/TEM

PHẠM VI ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU SEM/TEM

PHƯƠNG PHÁP THÔNG TIN CUNG CẤP

SEM

( Thông tin bề mặt của vật liệu – Surface )

• Định hướng tinh thể  Mặt mạng tinh thể, thành phần pha

• Cấu trúc vật liệu  Core-shell, yolk-shell, Doping…

• Sai hỏng  Sai hỏng điểm, đường, mặt

• Hình thái, thành phần  Hình dạng, kích thước

05

(iii) Kích thước và phân bố kích thước

(iv) Hình dạng và sự phân tán của các hạt, sợi,

vật liệu nano hoặc bất kỳ chất phụ gia nào khác

trong vật liệu tổng hợp và hỗn hợp

(v) Chiều cao và kích thước bên của vật liệu có

kích thước nanomet

(vi) Kích thước và phân bố kích thước tế bào

(vii) Thành phần hóa học và phân tích nguyên tố

của vật liệu nano và vi mô

(viii) Phân tích vết nứt và khuyết tật kết cấu

TEM

(i) Định hướng mặt mạng, pha tinh thể (ii) Thành phần trong nội cấu trúc vật liệu (iii) Phân tích biên hạt, sai hỏng, khuyết tật (iv) Hình dạng, kích thước, phân bố kích thước

(v) Phân tích các giao diện của cấu trúc tổ hợp (Composite, hybrid)

(vi) Kích thước và phân bố kích thước tế bào

(vii) Thành phần hóa học

SEM/

TEM

VẬT LÝ

HÓA HỌC

SINH HỌC

06

TỔNG QUAN VỀ PP SEM/TEM, AFM/STM

CÁC THÔNG SỐ QUAN TRỌNG KHI PHÂN TÍCH HÌNH THÁI BỀ MẶT VẬT LIỆU NANO

VAI TRÒ CỦA CÁC THÔNG SỐ ĐẶC

TRƯNG CHO HÌNH THÁI BỀ MẶT

SEM Hình d ng b m t quy t đ nh tr c ti p đ n tính ch t c a v t li u, t đó quy t đ nh đ n ng d ng.ế ịạ ế ứề ặ ụ ế ị ự ế ế ấ ủ ậ ệ ừ

Lee, Sang Hun, and Bong-Hyun Jun "Silver nanoparticles: synthesis and application for nanomedicine." International

journal of molecular sciences 20.4 (2019): 865. 11

VAI TRÒ CỦA CÁC THÔNG SỐ ĐẶC

TRƯNG CHO HÌNH THÁI BỀ MẶT

SEM Kích thước h t tinh th nh hạ ể ả ưởng tr c ti p đ n tính ch t c a v t li u nano.ự ế ế ấ ủ ậ ệ

Hình 1: nh SEM và ph h p th UV – vis c a h t nano Ag v i các n ng đ khác nhauẢ ổ ấ ụ ủ ạ ớ ồ ộ

Các n ng đ khác nhau c a các m ng h t nano Ag ồ ộ ủ ả ạ  Kích thước khác nhau  Đ nh h p th khác nhau ỉ ấ ụ 

tính ch t quang khác nhau ấ

Ashrafpour, Shahnaz, and Tahereh Tohidi Moghadam "Interaction of silver nanoparticles with Lysozyme: Functional and

structural investigations." Surfaces and Interfaces 10 (2018): 216-221. 12

VAI TRÒ CỦA CÁC THÔNG SỐ ĐẶC

TRƯNG CHO HÌNH THÁI BỀ MẶT

TEM Thành ph n pha tinh th quy t đ nh tr c ti p đ n tính ch t c a v t li u nano.ầ ể ế ị ự ế ế ấ ủ ậ ệ

Cíntora-Juárez, D., et al "The promoting role of tungsten oxides in the anodic oxidation of methanol on

platinum-based catalysts." Electrocatalysis 8.3 (2017): 261-269.

Hình nh TEM cho th y các pha tinh th có trong (Pt0.5W0.5) 0.4/ C0.6 ả ấ ể

Vi c phân tích các tinh th vonfram cho th y s ệ ể ấ ự

hi n di n các pha khác nhau c a c ệ ệ ủ ả WO3 đ n tà ơ(Hình a, b) và WO3 hình l c giác (Hình c)ụ bên

c nh các h t Pt.ạ ạ

13

VAI TRÒ CỦA CÁC THÔNG SỐ ĐẶC

TRƯNG CHO HÌNH THÁI BỀ MẶT

TEM C u trúc bên trong v t li u quy t đ nh tr c ti p đ n tính ch t c a v t li u nano.ấ ậ ệ ế ị ự ế ế ấ ủ ậ ệ

Hình nh tr ả ườ ng sáng TEM c a các h t nano v lõi cho th y lõi vàng (vùng t i ủ ạ ỏ ấ ố

h n) đ ơ ượ c bao b c b i l p v b c (vùng sáng h n) Ánh x EDX thu đ ọ ở ớ ỏ ạ ơ ạ ượ c

b ng cách s d ng ch đ STEM-HAADF đ ằ ử ụ ế ộ ượ c hi n th ph n trong c a (b) ể ị ở ầ ủ

xác đ nh s phân b c a b c (đ ) và vàng (xanh) ị ự ố ủ ạ ỏ

Plowman, Blake J., et al "The fate of nano-silver in aqueous media." Nanoscale 7.29 (2015): 12361-12364.

Trung bình đường kính lõi 38,3 ± 5,7nm và các v ỏ