Luận án tiến sĩ: Ảnh hưởng chất hòa tan đến cấu trúc phân tử bề mặt phân cách chất lỏng - không khí bằng quang phổ SFG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Thị Huệ NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC CHẤT HÒA TAN LÊN CẤU TRÚC PHÂN TỬ BỀ MẶT PHÂN CÁCH CHẤT LỎNG - KHÔNG KHÍ BẰNG QUANG PHỔ HỌC DAO ĐỘNG TẦN SỐ TỔNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Hà Nội – 2018 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Thị Huệ NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC CHẤT HÒA TAN LÊN CẤU TRÚC PHÂN TỬ BỀ MẶT PHÂN CÁCH CHẤT LỎNG - KHÔNG KHÍ BẰNG QUANG PHỔ HỌC DAO ĐỘNG TẦN SỐ TỔNG Chuyên ngành: Quang học Mã số: 62 44 01 09 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Nguyễn Anh Tuấn 2. Nguyễn Thế Bình Hà Nội - 2018 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả trong luận án này là hoàn toàn trung thực và chƣa từng đƣợc công bố trong bất cứ luận án nào khác.

Tác giả luận án Nguyễn Thị Huệ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Anh Tuấn và PGS. Nguyễn Thế Bình đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình học tập và thực hiện các nội dung nghiên cứu của luận án này. Các thày đã luôn giúp đỡ, cho em những lời khuyên bổ ích, những lời động viên trong lúc em gặp khó khăn và truyền cho em niềm say mê khoa học.

Trong suốt quá trình nghiên cứu em cũng nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của các Thầy, Cô giáo Bộ môn Quang lượng tử, Trung tâm Khoa học Vật liệu – Khoa Vật lý đã giúp đỡ em thực hiện một số phép đo đạc, khảo sát mẫu. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới GS. Doseok Kim và TS. Woongmo Sung, khoa Vật lý, trường đại học Sogang, Hàn Quốc đã giúp đỡ tôi trong quá trình xây dựng quy trình tạo mẫu và cung cấp hóa chất thí nghiệm thông qua chương trình hợp tác giữa hai trường ĐH Khoa học Tự nhiên-ĐHQG Hà Nội và ĐH Sogang - Hàn Quốc.

Nghiên cứu này được tài trợ bởi Đại học Quốc gia Hà Nội trong đề tài mã số QG.18, tôi xin chân thành cảm ơn. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường đại học Hùng Vương đã tạo điều kiện, hỗ trợ tôi về kinh phí và thời gian để tôi thực hiện tốt đề tài nghiên cứu của mình. Tôi xin cảm ơn các đồng nghiệp Bộ môn Vật lý, khoa Khoa học Tự nhiên, trường ĐH Hùng Vương - Phú Thọ đã tạo điều kiện về thời gian và động viên tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài. Cuối cùng, tôi xin được trân trọng gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã luôn ở bên chia sẻ, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện bản luận án này.

Hà Nội, ngày …… tháng …… năm 2018 Tác giả luận án Nguyễn Thị Huệ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .4 DANH MỤC CÁC BẢNG .5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ. TỔNG QUAN VỀ MẶT PHÂN CÁCH CHẤT LỎNG – KHÔNG KHÍ VÀ KỸ THUẬT QUANG PHỔ HỌC DAO ĐỘNG TẦN SỐ TỔNG. Mặt phân cách chất lỏng - không khí. Vai trò của mặt phân cách chất lỏng - không khí.

Đơn lớp Langmuir và ứng dụng. Động lực học bề mặt phân cách chất lỏng – không khí. Sự chuyển pha của đơn lớp Langmuir. Phƣơng pháp tạo mẫu đơn lớp Langmuir.

Các phƣơng pháp nghiên cứu mặt phân cách chất lỏng – không khí. Phƣơng pháp kính hiển vi góc Brewster. Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X. Quang phổ hấp thụ - phản xạ hồng ngoại.

Quang phổ học dao động tần số tổng (SFG-VS). Cơ sở lý thuyết về hiệu ứng phát tần số tổng. Các kết quả nghiên cứu mặt phân cách chất lỏng - không khí bằng phƣơng pháp SFG-VS gần đây. Kết luận chƣơng 1.

PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM. Quang phổ kế tần số tổng. Giới thiệu về quang phổ kế tần số tổng tại phòng thí nghiệm. Sơ đồ hình học SFG thực nghiệm.

Thiết lập thực nghiệm và nguyên lý hoạt động của hệ đo EKSPLA-SF41. Tạo mẫu màng đơn lớp Langmuir trên bề mặt dung dịch. Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm.65 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Quy trình tạo mẫu màng đơn lớp Langmuir trên bề mặt chất lỏng.

Xác định đƣờng cong đẳng nhiệt π - A bằng phƣơng pháp bản phẳng Wilhelmy. Phƣơng pháp bản phẳng Wilhelmy. Các bƣớc tiến hành thí nghiệm xác định áp suất bề mặt của đơn lớp Langmuir. Kết luận chƣơng 2.

NGHIÊN CỨU SỰ CHUYỂN PHA CỦA ĐƠN LỚP AXÍT ARACHIDIC TRÊN BỀ MẶT NƢỚC. Nghiên cứu sự chuyển pha của đơn lớp axit arachidic trên bề mặt nƣớc nguyên chất. Đƣờng đẳng nhiệt π – A. Nghiên cứu sự chuyển pha của đơn lớp Langmuir AA bằng phƣơng pháp quang phổ học dao động tần số tổng.

Cấu trúc phân tử của đơn lớp axit arachidic tại mặt phân cách nƣớc - không khí. Cấu trúc bề mặt phân cách nƣớc - không khí. Mặt phân cách đơn lớp Langmuir axít arachidic – nƣớc nguyên chất. Kết luận chƣơng 3.

ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC CHẤT HÒA TAN LÊN CẤU TRÚC ĐƠN LỚP AXÍT ARACHIDIC TẠI MẶT PHÂN CÁCH NƢỚC - KHÔNG KHÍ. Ảnh hƣởng của pH. Ảnh hƣởng của các anion halogen .1 Ảnh hƣởng của các anion I¯, Cl¯ .2 Ảnh hƣởng của anion F¯. Ảnh hƣởng của các cation kim loại kiềm Na+ và K+.

Ảnh hƣởng của các cation kim loại La3+ và Fe3+. Chuẩn bị mẫu đơn lớp AA trên các dung dịch LaCl3 và FeCl3 .119 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Ảnh hƣởng của ion La3+ và Fe3+. Kết luận chƣơng 4 .129 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN .131 TÀI LIỆU THAM KHẢO .132 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết Từ đƣợc viết tắt Tiếng Việt tắt AA Arachidic Acid Axit arachidic BuOH 1-Butanol Pha C Collapsed phase Pha sụp đổ đơn lớp DFG Difference frequency Generation Phát tần số hiệu DPPC Dipalmitoyl phosphatidyl choline GIXD Grazing incidence X-ray Nhiễu xạ tia X góc là diffraction HSA Human serum albumin Albumin huyết thanh ngƣời IR Infrared Hồng ngoại LB Langmuir Blodgett LE Liquid - expand Lỏng - mở rộng LC Liquid - condensed Lỏng xếp chặt M mol/L mM mmol/L PM- Polarization modulation - Infrared Quang phổ hấp thụ - phản xạ IRRAS reflection - absorption hồng ngoại - điều biến phân spectroscopy cực SF Sum-Frequency Tần số tổng SFG Sum-Frequency Generation Sự phát tần số tổng SFG-VS Sum-Frequency Generation Quang phổ dao động tần số Vibrational Spectroscopy tổng SHG Second Harmonics Generation Sự phát họa ba bậc hai S/N signal/noise Tỷ số tín hiệu/nhiễu TC Tilted Condensed Xếp chặt nghiêng UC Untilted Condensed Xếp chặt không nghiêng VIS Visible Khả kiến WOS Wagner - Onsager - Samaras 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.

Các mode IR sử dụng để phân tích phổ IRRAS. Một số mode dao động đặc trƣng của phân tử tại mặt phân cách alcohol CnH2n+1OH (n = 1 - 8) – không khí (đơn vị cm-1). Một số mode dao động đặc trƣng của đơn lớp Langmuir axit palmitic và nƣớc mặt phân cách. Các bƣớc sóng sử dụng đối với ống nhân quang điện PMT1 và PMT2.

Các thông số của các hóa chất đã đƣợc sử dụng trong luận án. Dụng cụ thí nghiệm đã đƣợc sử dụng trong luận án. Giá trị áp suất bề mặt (π) của đơn lớp Langmuir AA/nƣớc. Sự gán đỉnh phổ SFG của đơn lớp Langmuir AA trên bề mặt nƣớc nguyên chất trong các pha khác nhau.

Giá trị tỷ số cƣờng độ SFG ICH3SS / ICH2SS của đơn lớp AA/nƣớc. Sự gán đỉnh phổ SFG của đơn lớp Langmuir AA/nƣớc nguyên chất trong các cấu hình phân cực SSP, SPS và PPP. Tỷ số cƣờng độ SF ICH3SS / ICH2SS từ đơn lớp 1-BuOH trên dung dịch NaI và NaCl.107 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1. Đơn lớp Langmuir tại mặt phân cách nƣớc – không khí.

Mô hình lực tác dụng của các phân tử nằm trong khối và trên bề mặt chất lỏng. Mô hình biểu diễn áp suất bề mặt của đơn lớp phát sinh từ hành động ―đẩy‖ lẫn nhau của các phân tử liền kề thuộc đơn lớp, hành động này chống lại hành động ―kéo‖ của sức căng bề mặt của chất lỏng ngay bên dƣới đơn lớp. Đƣờng cong đẳng nhiệt áp suất - diện tích bề mặt/phân tử (π - A). Mô hình tạo mẫu đơn lớp Langmuir.

Sơ đồ thiết lập kính hiển vi góc Brewster. Ảnh chụp BAM của đơn lớp HSA trong pha xếp chặt (a) và đơn lớp hỗn hợp HSA - DPPC tỷ lệ khối lƣợng XDPPC = 0,5 (b). Hình ảnh đơn lớp axit arachidic sau khi bị sụp đổ trên bề mặt nƣớc (a) và trên bề mặt dung dịch CaCl2 (b). Các cation Fe3+ và La3+ liên kết với nhóm chức của đơn lớp AA.

Sơ đồ của quá trình SFG từ một bề mặt phân cách. Sơ đồ chuyển dời các mức năng lƣợng của bức xạ tần số tổng. Sơ đồ miêu tả SFG từ một hệ thống mặt phân cách giữa môi trƣờng tuyến tính (I) và môi trƣờng phi tuyến (II). Sơ đồ bố trí phép đo SFG bề mặt đơn lớp/nƣớc, ωVIS là tần số chùm khả kiến cố định, ωIR là tần số chùm hồng ngoại có bƣớc sóng điều chỉnh đƣợc, ωSFG là tần số tín hiệu tần số tổng.

Phổ SFG (a) và sơ đồ minh họa cấu trúc phân tử (b) của mặt phân cách hỗn hợp methanol + nƣớc – không khí. Các phổ SFG từ mặt phân cách: nƣớc – OTS – thạch anh (a); nƣớc – không khí (b); Hexane – nƣớc (c); nƣớc băng – thạch anh (d). Xu hƣớng bề mặt của các anion halogen tại mặt phân cách nƣớc - không khí.52 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Các phổ SFG của đơn lớp AA trên bề mặt dung dịch FeCl3 1mM (a) và dung dịch LaCl3 1mM (b).

Sơ đồ khối hệ đo tín hiệu tần số tổng. Sơ đồ hình học sự phát tần số tổng thực nghiệm. Đƣờng dẫn chùm tia SFG từ mẫu đến máy đơn sắc. Sơ đồ quang học hệ đo EKSPLA-SF41.

Sơ đồ khối của giá đỡ mẫu phân tích. Công thức cấu tạo và mô hình phân tử của axít Arachidic. Quy trình tạo mẫu màng đơn lớp AA trên bề mặt chất lỏng.