1 TỔNG HỢP CÁC CÂU HỎI QUANG PHỔ RAMAN CHƯƠNG I Điểm khác chất phổ Raman phổ Hồng ngoại (IR) gì? + Bản chất phổ Raman thay đổi độ phân cực (polarizability) phân tử suốt trình dao động Phổ Raman phổ tán xạ + Bản chất phồ Hồng ngoại (IR) dự thay đổi moment lưỡng cực (dipole moment) phân tử suốt trình dao động Phổ Hồng ngoại phổ hấp thu Giải thích dao động Raman mạnh liên kết cộng hóa trị, dao động hồng ngoại mạnh liên kết ion? + Trong liên kết ion, phân tử bị phân cực hoàn toàn thành đầu mang điện tích dương đầu mang điện tích âm, phân tử đóng vai trò lưỡng cực (dipole) Khi phân tử dao động, phân tử xuất moment lưỡng cực, đó, dao động phân tử dao động hồng ngoại + Trong liên kết cộng hóa trị, phân tử liên kết với cách dùng chung cặp điện tử hóa trị, phân cực rõ ràng mà có khác phân bố điện tử, tức có độ phân cực định Khi phân tử dao động, độ phân cực phân tử thay đổi, đó, dao động phân tử dao động Raman Giải thích dùng Raman cộng hưởng để nghiên cứu nhóm mang màu? Các nhóm mang màu hợp chất thường có nồng độ nhỏ Nếu dùng kỹ thuật chụp phổ thông thường khó mà ghi nhận phổ nhóm mang màu chúng có cường độ bé Với Raman cộng hưởng, nhóm mang màu kích thích phát với cường độ lớn, đủ để ghi nhận Cho biết ý nghĩa tỷ số khử phân cực? Tỷ số khử phân cực phổ Raman cung cấp thông tin quan trọng đối xứng dao động, thiếu việc giải đoán dải phổ Càng nhiều thông tin thuận lợi cho việc nghiên cứu phổ, tỷ số phân cực thông tin Trong biểu thức tính tỷ số khử phân cực với tán xạ Raman thường, số quan trọng nhất? Cho biết ý nghĩa chúng Tỷ số khử phân cực tính theo công thức: 3g s + 5g a ρp = (*) 10 g + g s Trong đó: g = ( α xx + α yy + α zz ) 2 g s = ( α xx − α yy ) + ( α yy − α zz ) + ( α zz − α xx )     3 2 + ( α xy + α yx ) + ( α yz + α zy ) + ( α xz + α zx )     2 2 1 ( α xy − α yz ) + ( α xz − α zx ) + ( α yz − α zy )     2 a Trong tán xạ Raman thường, g = tensor phân cực đối xứng Vì vậy, (*) trở thành: ga = ρp = 3g s 10 g + g s Con số quan trọng tán xạ Raman thường (bị phân cực) Phân tử đẳng hướng (Phương dao động song song với phương điện trường): ρp = + Đối với dao động đối xứng phần, g0 = gs > 0, ρp = (bị khử phân cực) Trong tán xạ Raman cộng hưởng (ga ≠ 0), có ρp > Khi ρp → ∞: phân cực dị thường hay nghịch (anomalous or inverse polarization) (viết tắt ap hay ip) + Đối với dao động đối xứng hoàn toàn, g0 > gs ≥ 0, ≤ ρp < Hãy trình bày vùng phổ nguồn gốc chúng Tại giải thích chế phát phổ Raman hay Hồng ngoại, người ta hay đề cập đến hoạt động phân tử hai nguyên tử? Trước hết, hoạt động phân tử gồm nguyên tử tương đối đơn giản để khảo sát phân tử gồm nhiều nguyên tử Với phân tử gồm nguyên tử xảy loại dịch chuyển sau: dịch chuyển mức quay, dịch chuyển mức dao động dịch chuyển mức điện tử, dịch chuyển cho loại phổ định Ví dụ dịch chuyển mức dao động cho phổ Raman hay Hồng ngoại tùy thuộc vào lượng kích thích Từ hoạt động phân tử gồm nguyên tử, người ta tiếp tục xây dựng mô hình hoạt động phân tử gồm nhiều nguyên tử vốn phức tạp nhiều Mô hình phân tử nguyên tử sử dụng mô hình học lượng tử? Mô hình dao động tử điều hòa Cho biết dạng biểu thức Morse Tại mô hình phân tử hai nguyên tử, người ta lại sử dụng Morse? Biểu thức Morse có dạng: [ U ( r ) = De − e − β ( r − r0 ) β = 2πν ] µ De m1.m2 m1 + m2 Trong đó: De lượng phân ly phân tử; ν tần số dao động; μ khối lượng rút gọn phân tử Ban đầu, khảo sát mô hình phân tử hai nguyên tử, người ta sử dụng điều hòa: µ= k ( r − r0 ) (*) Trong đó: r0 khoảng cách hai nguyên tử chúng vị trí cân Khi so sánh mô hình lý thuyết với điều hòa kết thực nghiệm, người ta thấy có số điều chưa hợp lý sau: + Theo thực nghiệm, khoảng cách nguyên tử lớn (tức r → ∞), U(r) tiến đến giá trị xác định Còn theo lý thuyết, biểu thức (*) cho thấy r → ∞ U(r) → ∞ + Khi đưa biểu thức điều hòa vào phương trình sóng Schrodinger, người ta thu biểu thức tính lượng dao động tử mức dao động có dạng: 1  Ev = hν υ +  2  Tức khoảng cách mức lượng liên tiếp lượng hν không đổi, nói cách khác mức lượng dao động cách Tuy nhiên, điều lại không với thực nghiệm, từ việc ghi phổ, người ta thấy khoảng cách mức dao động hoàn toàn không cách Hơn nữa, với biểu thức điều hòa, người ta giải thích xuất phổ ghi họa tần bậc 2, bậc Thế Morse đưa giải điều chưa hợp lý + Ta thấy rằng, với biểu thức Morse, khoảng cách nguyên tử lớn (tức r → ∞), U(r) tiến đến De Điều tương đối phù hợp với thực nghiệm + Mặt khác, thay Morse vào phương trình Schrodinger, biểu thức tính lượng dao động tử mức dao động có dạng: U (r) =  h 2ν  1  Ev = hν  v +  − υ +   De  2  Tức lên cao, khoảng cách mức lượng hẹp Điều phù hợp với phổ thực nghiệm giải thích xuất họa tần bậc 2, bậc Đường cong phân tử gồm nguyên tử Đường liền nét tương ứng với Morse (gần giống thực tế) Đường đứt nét dao động điều hòa (có dạng parabol) De lượng phân ly lý thuyết D0 lượng phân ly quang phổ 5 I1 theo I0 λ (tức biểu diễn thông qua mối tương quan đỉnh phổ) thay biểu diễn đơn giản I(λ)? Nếu biểu diễn trực tiếp I theo λ sai số xuất lớn cường độ vạch quang phổ phụ thuộc nhiều vào yếu tố bên gần biến động, điều dẫn đến việc đo đạc phân tích khó xác Do vậy, người ta thường tiến hành lập tỷ số cường độ đỉnh phổ để hạn chế tối đa sai số phát sinh tỷ số gần cố định, phụ thuộc vào yếu tố bên Ngoài ra, người ta lấy thêm ln tỷ số cường độ, mục đích để đơn giản hóa việc tính toán xuất phát từ định luật Lambert-Beer: It = I0e-αd, lấy ln giúp triệt tiêu hàm e mũ 10 Trong phân tích quang phổ, xác định đỉnh phổ, người ta thường biểu diễn ln 11 Nêu mối quan hệ phổ Raman số iot Sự diện liên kết đôi axit béo chưa bão hòa cung cấp thông tin để xác định độ chưa bão hòa Khi xử lý với iod, hai nguyên tử iod gắn vào liên kết đôi axit béo chưa bão hòa Tỷ số phân tử gam đo với liên kết gọi số iod Chỉ số cho biết mức độ chưa bão hòa sản phẩm chứa chất béo Giá trị số iod cao độ chưa bão hòa sản phẩm lớn Khi số iod tăng tỷ số cường độ tăng, tăng axit béo chất nghiên cứu Ghi phổ FT – Raman để biết tỷ số cường độ đỉnh phổ, từ suy số iod biết nồng độ axit béo mẫu." 12 Giải thích ngành công nghiệp sơn, thực phẩm, thuốc, nhuộm, dầu hỏa, người ta không dùng phổ Hồng ngoại để khảo sát mà dùng phổ Raman? Các sản phẩm công nghiệp sơn, thực phẩm, thuốc, nhuộm, dầu hỏa hợp chất chứa nước Ta biết rằng, nước chất tán xạ Raman yếu lại chất hấp thụ hồng ngoại mạnh Vì vậy, dùng phổ Raman để khảo sát sản phẩm loại bỏ ảnh hưởng nước lên phổ sản phẩm, giúp nhận thông tin xác sản phẩm 13 Cho biết đối tượng nghiên cứu lý thuyết Nhóm đối xứng điểm Nhóm đối xứng không gian? + Đối tượng nghiên cứu lý thuyết Nhóm đối xứng điểm (Point Group Symmetry) phân tử cô lập, riêng lẻ + Đối tượng nghiên cứu lý thuyết Nhóm đối xứng không gian (Space Group Symmetry) mạng tinh thể, tức tập hợp có trật tự phân tử 14 Cho biết điểm khác lý thuyết hệ dao động học cổ điển học lượng tử + Theo quan điểm cổ điển lượng E = v = Trong học lượng tử trạng thái lượng thấp (v = 0) có lượng ½hv (năng lượng điểm 0), kết nguyên lý bất định Heisenberg + Năng lượng dao động tử điều hòa thay đổi cách liên tục học cổ điển Trong học lượng tử, lượng thay đổi theo đơn vị hv + Trong hôc cổ điển, dao động giới hạn parabol động âm |q| > | q0| Trong học lượng tử, xác suất tìm thấy q bên parabol khác (do hiệu ứng đường ngầm) 6 Giản đồ dao động tử điều hòa 15 Có thể sử dụng phổ Raman để nghiên cứu mức quay phân tử không? Theo giản đồ lượng phân tử, mức quay mức nằm hai mức dao động, mức dao động mức nằm hai mức điện tử Về nguyên tắc, dùng phổ Raman để nghiên cứu mức quay phân tử tán xạ dao động thông thường, có tán xạ quay Tuy nhiên, khoảng cách mức quay nhỏ, chịu ảnh hưởng lớn môi trường, đặc biệt nhiệt độ, vậy, nhiệt độ thường khó thu mức quay (nền phổ cao) Do đó, việc khảo sát mức quay cần tiến hành nhiệt độ cực thấp 16 Cho biết yếu tố thúc đẩy kỹ thuật Quang phổ Raman phát triển Kỹ thuật Quang phổ Raman phát triển khi: + Nguồn kích thích phát triển Hiện tượng tán xạ Raman Chandrasekhra Venkata Raman phát vào năm 1928 đến năm 1960, nguồn sáng laser đời, quan tâm vào phát triển Khi sử dụng ánh sáng laser làm nguồn kích thích, tán xạ Raman phát có cường độ lớn đủ để ghi nhận Mặt khác, với kích thích laser, tượng huỳnh quang dịch chuyển điện tử (chúng che phổ Raman) loại trừ đáng kể + Máy đơn sắc, detector máy tính điện tử phát triển Cùng với phát triển nguồn sáng kích thích, phát triển thiết bị khác hệ đo quang đóng góp phần không nhỏ vào phát triển kỹ thuật Quang phổ Raman Máy đơn sắc định độ phân giải phổ Bộ phận máy đơn sắc cách tử Cách tử có mật độ vạch lớn cho độ phân giải cao Detector cho phép ghi nhận tín hiệu quang chuyển đổi tín hiệu thành tín hiệu điện Độ nhạy detector cao cho phép tín hiệu tín hiệu quang nhỏ Cuối cùng, máy tính điện tử phận quan trọng, giúp xử lý, hiển thị phổ thao tác tùy chọn khác, giúp cho việc phân tích phổ dễ dàng, nhanh chóng 17 Khi bạn chọn mua máy đo Quang phổ Raman, tiêu chí bạn gì? Tiêu chí chọn mua máy đo Quang phổ Raman độ phân giải máy, tức khoảng cách nhỏ hai đỉnh phổ gần mà máy phân biệt Độ phân giải máy phận cách tử máy định Cách tử có mật độ khe lớn cho độ phân giải cao 18 Ta biết cách tử có mật độ khe lớn cho độ phân giải cao Vậy bề rộng khe có gây ảnh hưởng đến phổ thu hay không? Có Bề rộng khe nhỏ cho độ phân giải phổ tốt bù lại cường độ phổ nhỏ Còn bề rộng khe lớn cho cường độ phổ lớn độ phân giải phổ nhỏ Trong trình chế tạo cách tử, người ta quan tâm đến yếu tố tùy vào ứng dụng cụ thể, người ta có thông số chế tạo tối ưu 7 19 Phổ quang học máy quang phổ thay đổi nhiệt độ môi trường thay đổi? Khi nhiệt độ môi trường thay đổi, chẳng hạn nhiệt độ tăng, nói chung, mẫu vật thiết bị máy quang phổ bị giãn nở, vậy, phổ ghi nhận bị thay đổi Cụ thể toàn phổ bị dịch chuyển phía bước sóng dài