0030 xác định thành phần vi nhựa trong trầm tích bờ biển bằng phương pháp quang phổ raman luận văn tốt nghiệp

BỘGIÁO DỤCVÀĐÀOTẠO
TRƯỜNGĐẠIHỌCQUYNHƠN

NGUYỄNNGỌCTRINH

XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN VI
NHỰATRONGTRẦMTÍCHBỜ BIỂN
BẰNGPHƯƠNGPHÁPQUANG PHỔRAMAN

Chuyên ngành: VẬT LÝ CHẤT
RẮNMãsố:8440104

Ngườihướngdẫn:TS.NGUYỄNQUÝTUẤN


LỜICAMĐOAN
Tôi xin cam đoan luậnvăn thạc sĩ với đề tài“Xác định thành phần
vinhựa trong trầm tích bờ biển bằng phương pháp quang phổ
Raman”làkết quả nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả được đề cập trong
luận

văn

làtrungthựcvàchưađượccơngbố

trongbất

cứmột

cơngtrìnhnghiêncứunào.

Họcviên

NguyễnNgọcTrinh


LỜICẢMƠN
Đầutiên,tơixinbàytỏlịngtriânsâusắcđếnTS.NguyễnQTuấnđã
tậntìnhhướngdẫn,truyềnđạtnhữngkinhnghiệmqbáuvàtạomọiđiềukiệnthuậnlợiđểtơihồnthànhtốt
luậnvăn này.
Trong q trình thực hiện luận văn tơi nhận được rất nhiều sự quan
tâm,giúpđỡcủacácThầy,CơtrongkhoaKhoahọcTựnhiên-TrườngĐạihọcQuyNhơn.Tơi xinbày tỏ
lịngcảmơnchânthànhtớiqThầy,Cơ.
Vàcuối cùng tơixin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và tập thể
lớpCaohọcVậtlýchấtrắnK22đãlnđộngviêntơitrongsuốtqtrìnhhọctập.
Mặc dù đã rất cố gắng trong suốt thời gian thực hiện luận văn nhưng
vìcịn hạn chế về kiến thức cũng như thời gian và kinh nghiệm nên không
tránhkhỏi những thiếu sót. Tơi mong nhận được sự thơng cảm và những ý
kiếnđónggóp q báutừqThầy,Cơđểluậnvăn đượchồn thiệnhơn.
Tơixinchân thànhcảmơn!
Họcviên

NguyễnNgọcTrinh


MỤCLỤC
LỜI CAM
ĐOANLỜICẢM
ƠNMỤCLỤC
DANH MỤC CÁC KY HIÊU, CÁCCHƯ VIÊT
TĂTDANHMỤCCÁCBẢNG

DANHMỤCCÁCSƠĐỒHÌNHVẼ
MỞĐẦU............................................................................................................1
1. LÍDO CHỌN ĐỀTÀI.............................................................................1
2. TỔNGQUAN TÌNHHÌNH NGHIÊNCỨUVINHỰA...........................2
3. MỤCĐÍCHVÀ NHIÊMVỤNGHIÊNCỨU...........................................3
4. ĐỐITƯỢNGVÀ PHẠMVINGHIÊNCỨU............................................3
5. PHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU............................................................3
6. BỐCỤCCỦALUẬN VĂN....................................................................3
CHƯƠNG1.GIỚITHIÊUVỀPHỔ DAO ĐỘNGRAMAN................................5
1.1. GIỚITHIÊUVỀTÁNXẠ RAMAN.............................................................5
1.2. NGUỒNGỐCCỦAPHỔRAMAN..............................................................6
1.2.1. Theoquanđiểmthuyết cổđiển............................................................6
1.2.2. Thuyếtlượngtử củatánxạRaman.......................................................7
1.3. DAOĐỘNGPHÂN TỬ.............................................................................13
1.3.1. Khốilượngmộtliênkết.....................................................................14
1.3.2. Nănglượngcủadaođộngphântử.......................................................14
1.3.3. Chếđộdaođộng...............................................................................16
1.4. MÁYĐOQUANGPHỔRAMAN..............................................................17
1.4.1. Cácnguồnkíchthích........................................................................17
1.4.2. Hệquang.........................................................................................23
1.4.3. Máy đơnsắc....................................................................................27


MỤCLỤC

1.4.4. Hệthu.............................................................................................32
1.4.5. Nguyênlýhoạtđộngcủamáy đophổ Raman.....................................37
CHƯƠNG2.GIỚITHIÊUVỀVINHỰA...........................................................38
2.1. CÁCLOẠINHỰAVÀVINHỰA...............................................................38
2.1.1. Nhựa..............................................................................................38

2.1.2. Vinhựa...........................................................................................39
2.2. CÁCẢNHHƯỞNGCỦAVI NHỰA..........................................................39
2.3. PHƯƠNGPHÁPTHU MẪUVINHỰA.....................................................40
2.3.1. Phươngphápthumẫu.......................................................................40
2.3.2. Phươngpháp táchthuhồi nhựatrongtrầmtích...................................40
2.4. PHỔRAMANCỦAMỘTSỐLOẠINHỰAPHỔBIÊN...............................42
2.4.1. Polypropylene(PP).........................................................................43
2.4.2. Polyethyleneterephthalate(PET).....................................................44
2.4.3. Polyamide(PA)..............................................................................45
2.4.4. Polyvinylchloride(PVC)................................................................47
2.4.5. Polyethylene(PE)...........................................................................48
2.4.6. PolylactideAcid(PLA)...................................................................49
2.4.7. Polytetrafluoroethylene(PTFE)......................................................51
2.4.8. Poly(methylmethacrylate)(PMMA)...............................................52
2.4.9. Polystyrene(PS).............................................................................54
CHƯƠNG3.KÊTQUẢ VÀTHẢOLUẬN........................................................56
3.1. VINHỰATRONGTRẦMTÍCHBÃI BIỂN...............................................56
3.2. XÁCĐ Ị N H T H À N H P H Ầ N H Ó A H Ọ C C Ủ A V I N H Ự A Q U A P
H Ổ RAMAN..............................................................................................57
KÊTLUẬNVÀKIÊNNGHỊ.............................................................................65
DANHMỤCTÀILIÊUTHAM KHẢO.............................................................67


MỤCLỤC

QUYÊTĐỊNHGIAOĐỀTÀILUẬNVĂNTHẠCSĨ(BẢNSAO)


DANHMỤCCÁCKÝHIÊU,CÁCCHƯ VIÊTTẮT
KÝHIÊU

IR

TÊNTIÊNGANH

TÊNTIÊNGVIÊT

InfraredReflectance

Hồngngoại

charge-coupleddetectors

CảmbiếnloạiCCD

PE

polyethylene

Nhựapolyetylen

PP

polypropylene

Nhựapolypropylene

PS

polystyrene

Nhựapolystyrene

PET

Polyethyleneterephthalate

NhựaPolyethyleneterephthalate

PVC

polyvinylchloride

Nhựapolyvinylchloride

CCD


DANH MỤCCÁCBẢNG
Bảng1.1.Mộtsố laserkhí vớicácbướcsónghoạtđộngcủanó................................19
Bảng1.2Mộtsố đặttrưngcủacácloạilaserkhác....................................................23
Bảng2.1.BảngphổRaman chuẩncủaPolypropylene(PP)...................................43
Bảng2.2.BảngphổRaman củaPET....................................................................45
Bảng2.3.BảngphổRaman chuẩncủaNylon6,12................................................46
Bảng2.4.BảngphổRamanchuẩncủaPolyvinylchloride(PVC)...........................48
Bảng2.5.BảngphổRaman chuẩncủaPolyethylene(PE).....................................49
Bảng2.6.BảngphổRaman chuẩncủaPolylactideAcid(PLA)..............................50
Bảng2.7.B ả n g phổRaman chuẩnPolytetrafluoroethylene(PTFE)..................52
Bảng2.8.B ả n g phổRaman chuẩncủa(PMMA)...............................................53
Bảng2.9.B ả n g phổRaman chuẩncủaPS.........................................................54
Bảng3.1.C á c đỉnhphổdaođộngcủavinhựathứnhất..........................................59

Bảng3.2.Cácđỉnhphổ daođộngcủavinhựathứhai..............................................60
Bảng3.3.Cácđỉnhphổ daođộngcủavinhựathứ ba...............................................61
Bảng3.4.Cácđỉnhphổ daođộngcủavinhựathứ tư...............................................63
Bảng3.5.Cácđỉnhphổ daođộngcủavinhựathứ năm...........................................64


DANH MỤCCÁCSƠĐỒHÌNHVẼ
Hình1.1.Cácthànhphầnthu đượcsaukhi có ánhsángkíchthíchđến
mẫu...5Hình1.2.Biểu đồ mứcn ă n g lư ợng, qu an g phổ ch o các q u á t r ì n h R
am an t ự phátvàkếthợp.................................................................................8
Hình1.3. QtrìnhdaođộngcủaphântửCO2....................................................... 16
Hình1.4. SơđồmộthệthốngRaman tánsắcđiểnhình...........................................17
Hình1.5.Sơđồcấutạo củaLaserkhíliêntục..........................................................19
Hình1.6.SơđồcấutạolaserNd:YAG...................................................................21
Hình1.7.Sơđồcấutạo lasermàu.........................................................................22
Hình1.8.CơngsuấtvàbướcsóngcủalasermàuSpectra-physic375........................23
Hình1.9. Cấuhìnhtánxạ900........................................................................................................................ 23
Hình1.10.Cấuhìnhtánxạ1800............................................................................24
Hình1.11.HệquanghọcdùngđểthubứcxạtánxạvớigươngdạngElip....................25
Hình1.12.Kínhhiểnviquangphổ Raman............................................................26
Hình1.13.Hệthốngkínhhiển viđồngtiêu............................................................27
Hình1.14.Sơđồcấu tạocủamáyđơn sắcđơn.......................................................27
Hình1.15.Sơđồcấu tạocủamáyđơn sắcđơihiệuSpex-mode1403/4....................28
Hình1.16.Sơđồcấu tạocủamáyđơn sắcbahiệuSpex-mode1877.........................29
Hình1.17.PhổRaman củaCCl4(bướcsóngkíchthích488nm).............................31
Hình1.18.Sơđồcấu tạocủamộtốngPM..............................................................33
Hình1.19.Đồ thịmơtảsựphụ thuộccủahiệusuấtlượngtử.....................................33
Hình1.20.Sơđồcủa mộtdetectorCCD...............................................................36
Hình2.1.Sơđồcácbướctáchthuhồi vinhựatrongtrầm tích..................................42
Hình2.2.Cấu trúcphântửcủaPP.........................................................................43

Hình2.3.CấutrúcphântửcủaPET.......................................................................44
Hình2.4.Cấu trúcphântửcủaNylon6,6..............................................................46


Hình2.5.Cấu trúcphântửcủaPVC.....................................................................48
Hình2.6.Cấu trúcphântửcủaPolyethylene........................................................49
Hình2.7.Cấu trúcphântửcủaPLA......................................................................50
Hình2.8.Cấu trúcphântửcủaPTFE....................................................................51
Hình2.9.Cầu trúcphântửcủaPMMA.................................................................53
Hình2.10.CấutrúcphântửPS.............................................................................54
Hình3.1.Vi nhựadạngsợi trongtrầmtíchởcácbãi biển ĐàNẵng.........................56
Hình3.2.Đườngkínhcủasợi vinhựa...................................................................57
Hình3.3.PhổRaman ban đầucủamột mẫuvinhựa..............................................57
Hình3.4.Kếtquảđo Raman saukhiloạibỏnền.....................................................58
Hình3.5.PhổRaman củavinhựathứnhất............................................................59
Hình3.6.PhổRaman củavinhựathứhai..............................................................60
Hình3.7.PhổRaman củavinhựathứba...............................................................61
Hình3.8.PhổRaman củavinhựathứtư................................................................63
Hình3.9.PhổRaman củavinhựathứnăm............................................................64


1

MỞĐẦU
Vi nhựa (microplastics)được định

1. LÍDOCHỌNĐỀTÀI

nghĩa là những hạt nhựa có kíchthước bé
hơn 5 mm. Vi nhựa có thể đi vào môi

trường trực tiếp thông qua cácsản phẩm như
sữa rửa mặt, kem đánh răng, mỹ phẩm, ...
các hạt này theođường thoát nước đổ ra
suối, sông và cuối cùng tập trung ra biển
hoặc vi nhựađượctạoragiántiếpthơngquasựphávỡvàphân
hủytừcácvậtliệunhựalớn.
Nhiều nghiên cứu cho thấy các lồi
sinh vật biển đã nuốt phải các hạt vinhựa do
nhầmtưởngchúnglàthứcăndẫnđếntửvong.Mặckhácmộtsốloạivi
nhựa có thể hấp phụ các chất ơ nhiễm hữu
cơ

gây

hại

cho

các

lồi

ăn

phảichúng,giántiếp ảnhhưởngđến conngười
thơngquachuỗithứcăn.
Việt Nam được xác định là quốc gia
phát thải nhựa lớn thứ 4 trên thếgiới với
ước tính 0,28 - 0,73 triệu tấn nhựa mỗi năm
thải vào môi trường biển[1].Việc nghiên cứu

về hạt vi nhựa ở biển rất cần thiết bởi nó
giúp ta tìm ranguồn gốc gây ơ nhiễm của vi
nhựa cũng như những tác hại của nó lên
đờisốngsinhvật biển vàconngười.
Có nhiều phương pháp để xác định
thành phần của vi nhựa chẳng hạn:phương
pháp đo phổ UV, phổ hấp thụ nguyên tử
(AAS), nhiệt lượng quét visai (DSC), phân
tích đo nhiệt độ (TGA) [2]. Trong vài năm


gần đây, quangphổ dao
động đã được sử dụng
nhiều nhất để phân tích.
Nếu

quang

phổ

hồngngoạithiênvềsựtha
y
đổitrongcácmomenlưỡn
g
cựcthìquangp h ổ Ram
anlại phân tích những
thay đổi trong tính phân
cực của liên kết phân
tử.Có những dao động vốn yếu
tronghồngngoạilạihoạtđộngmạnh

trong phổRaman. Hơn thế
nữa

việc

sử

dụng

phương pháp quang phổ
Raman vừa đơngiản,
không tốn nhiều thời
gian so với các phương
pháp

phân

tích

thơngthườngvừalại
chokếtquảnhanhchóng.

2


Xuất phát từ thực tiễn đó, tơi đã chọn và tiến hành thực hiện đề
tài:“Xác định thành phần vi nhựa trong trầm tích bờ biển bằng
phươngphápquang phổ Raman”.
2. TỔNGQUANTÌNHHÌNHNGHIÊNCỨUVINHỰA
2.1. Tìnhhìnhnghiêncứuvinhựaở cấpđộtoàncầu

Ở cấp độ toàn cầu, vi nhựa đã trở thành một vấn đề nghiêm trọng.
Sựphân bố rộng rãi của vi nhựa trong trầm tích bờ biển đã được báo cáo ở
nhiềukhuvựctrênthếgiới.
Chẳng hạn ở Anh mật độ vi nhựa trong trầm tích lên đến 124 sợi/L.
KếtquảxácđịnhthànhphầnvinhựatrongtrầmtíchcủacácnhánhsơngThamesở
Vương quốcAnh cho thấyvi nhựaphổ biếnnhất được xácđịnh baogồmpolypropylene, polyester và
polyarylsulphone tồn tại chủ yếu là dạng mảnh vàdạngsợi.Dựavàokếtquảphântíchcáctác
giảxác địnhnguồngốccủavinhựachủyếu từ sơnđánhdấu mặt đườngbằngnhựanhiệtdẻo.
[3]
Một nhóm tác giả khác nghiên cứu cho hay:

loại polyester chiếm

ưuthế trong trầm tích từ NE sâu Đại Tây Dương, Địa Trung Hải và SW Ấn
ĐộDương , trong khi polyetylen clo hóa, polyamit và polypropylene chiếm
76%trongtrầmtích BắcCực[4]…vv.
Những khác biệt về số lượng, hình dạng và thành phần của vi
nhựatrong các bài báo cáo đã phản ánh sự khác biệt về nguồn gốc và những
tácđộngcủavinhựatrong cáck h u v ự c biểnsâuởcácnướctrên thếgiới.
2.2. Tìnhhìnhnghiêncứuvinhựatại ViệtNam
Phương pháp xác định hạt vi nhựa trong môi trường trầm tích
bằngphương pháp quang phổ Raman này đã được đề xuất và áp dụng thử
nghiệmcho bãi triều ven biển tại khu vực xã Đa Lộc, huyện Hậu Lộc, tỉnh
Thanh Hóa.Dựa vào kết quả phân tích thành phần của vi nhựa, các nhà nghiên cứu đã
xácđịnhđượcnguồngốccủachúngchủyếutừhoạtđộngnhânsinhtạikhuvực


venbiển nhưnitrồng,khaithácthủysản vàrácthải sinhhoạt[5].
Tuy nhiên nước ta vẫn chưa có nhiều nghiên cứu về sự có mặt của
vinhựa cũng như thông tin thành phần của chúng trong môi trường biển.

Hiệnnay Việt Nam đang tiếp tục với nhiều nghiên cứu nhằm đánh giá tác
động củahạtvinhựalênmơi trườngnước,thứcăn,sinhvật vàsứckhỏeconngười.
3. MỤCĐÍCHVÀNHIÊMVỤNGHIÊNCỨU
3.1. Mụcđích
- Đềtàicungcấpdữliệukhoahọcvềđặcđiểmthànhphầncủavinhựatrongtrầmtích
bãibiển.
3.2. Nhiệmvụnghiêncứu
- Tìmhiểungunlýcủa quangphổRaman.
- Phốihợpthu thậpvinhựatrongtrầmtíchbờbiển.
- ĐođạcquangphổRaman chocácvinhựa.
- Phânt í c h q u a n g p h ổ R a m a n đ ể x á c đ ị n h đ ặ c đ i ể m t h à n h p h ầ n c ủ a c á c
v i nhựatrên.
4. ĐỐITƯỢNGVÀPHẠMVINGHIÊNCỨU
4.1. Đốitượng
- Cácloạivinhựatrongtrầmtíchbiển.
4.2. Phạmvinghiêncứu
- Phươngpháp quangphổRaman.
- VinhựatrongtrầmtíchởcácbãibiểnĐàNẵng.
5. PHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU
- Phươngpháp phổRaman.
6. BỐCỤCCỦALUẬNVĂN
Ngồip h ầ n m ở đ ầ u v à k ế t l u ậ n , n ộ i d u n g c h í n h c ủ a đ ề t à i n g h i ê n c ứ
u gồmbachương:
Chương1.Giới thiệuvềphổdaođộngRaman


Chương2.Giớithiệuvềvinhựa
Chương3.Kếtquảvàthảoluận

CHƯƠNG1.GIỚITHIÊUVỀ PHỔDAOĐỘNGRAMAN
1.1. GIỚITHIÊUVỀTÁNXẠRAMAN
Tánxạlà hiện tượngxảyra dovachạmgiữacácphotonvà cácphântử.
Ánhsángtán xạbaogồmhailoại:
- Loại 1 được gọi là tán xạ Rayleigh. Phần lớn các photon tới va
chạmđànhồi vớiphântửvàkhôngthayđổitần số saukhivachạm.
- Loại 2 được gọi là tán xạ Raman. Một lượng rất nhỏ các photon
tớithực hiện va chạm không đàn hồi với các phân tử và trao đổi năng lượng
sauva chạm. Nếu phân tử nhận năng lượng từ photon tới thì năng lượng
củaphoton tán xạ sẽ giảm gọi là “tán xạ Stokes”. Trường hợp khi photon tới
nhậnnăng lượng từ các phân tử, năng lượng của các photon tán xạ tăng lên
gọi “tánxạphảnStokes”.

Hình1.1.Cácthànhphầnthuđượcsaukhicóánhsáng kíchthíchđếnmẫu

Mộtđ ạ i l ư ợ n g q u a n t r ọ n g t r o n g q u a n g p h ổ R a m a n đ ặ c t r ư n g c h
o s ự thayđổitầnsốtronghiệuứngRamangọilà“Ramanshift”.Đốivớimộtchất,cường độ của các bức xạ
tương ứng trên “Raman shift” là khác nhau, chúngtạo nên phổ Raman đặc
trưng

cho

chất

đó.

Mỗi

nhóm

chức

cho

đỉnh

phổ

ở

cácsốsóngđặctrưng.VìvậyviệcphântíchphổRamangiúptacóthểxácđịnh


đượcchínhxácthànhphần,cấutrúccủamộtchất.
1.2. NGUỒNGỐCCỦAPHỔRAMAN
1.2.1. Theoquanđiểmthuyếtcổđiển
TánxạRamancóthểđượcgiảithíchnhưsau:Cườngđộđiệntrường
củasóngđiệntừ(chùmlaser)daođộngtheothờigiancódạng:
E E0sinradt

(1)

Trongđó0làbiênđộdaođộng,𝑎làtầnsốlaser.
Nếum ột ph ân t ử ha i n gu yê nt ử đ ư ợ c c h i ế u bở i á nh sá ng nàyt h ì m ộ t m
omenlưỡngcựcđiện sẽxuấthiện docảmứngcódạngsau:
E E0 in(rad )
s
t

(2)

Trongđóđượcượcgọilàhệsốphâncực.
Nếuphântửdaođộngvớitầnsố,thìsựdịchc huyểncủahạtnhân códạngsau:
(3)

xxsin
vibt
0
Trongđó0làbiênđộdaođộng.

Với biênđộdaođộngnhỏ,làhàm tuyếntínhtheo.Dođó,chúngtacóthểviết:


0

Suyra:
Esin(t)


xs
0 i n (


  x 0

vib

t)

(4)




 xsin(t
t)
0
vib
  0  
)E0sin( rad
0
x
rad
 0


E x
Esin(
t) 0
cos(
)t cos()t


0
00
rad
vib
rad
vib
2  0

rad

1.2.1.1. TánxạRayleigh
Phântíchtừngtầnsốbứcxạtrongphươngtrình,tathấycómộtthành

(5)


phầnbứcxạsin(radt ) 

cótầnsốbằngtầnsốcủấnhsángtới𝑎,đượcgọi

là tán xạ Rayleigh. Vì khơng có sự thay đổi năng lượng nên còn được gọi
làthànhphầntán xạđàn hồi haysựtán xạđànhồi.
1.2.1.2. TánxạStokesRaman
Bứcxạđượcbiểudiễnbởihàm𝑜𝑎−−môtảs ự g i ả m t ầ n s ố c ủ a b ứ c
xạ tán xạ. Điều này có nghĩa là bức xạ tán xạ đã
m ấ t phần năng lượngbằngvớinăng lượng củacácd a o

động

phân

tử.Sự
k h á c biệtvềnănglượngnàyđượcgọilàsựdịchchuyểnStokes.Nănglượngn
àyđãđược
phânt ử h ấ p t h ụ đ ể k í c h t h í c h c h ế đ ộ d a o đ ộ n g t ư ơ n g ứ n g v ớ i t ầ n số.Năng
lượngnàythườngbịtiêutánkhơngbứcxạsautánxạ.
1.2.1.3. TánxạAnti-StokesRaman
Bứcxạđượcbiểudiễnbởihàm𝑜𝑎+

+mơtảsựgiatăngtầnsốcủabứcxạtánxạ.Trongqtrìnhnày,bứcxạtánxạnhậ
nthêmphầnnănglượngbằngnănglượngcủadaođộngphântử.Đểcóthểthực
hiện được điều này, phân tử phải bắt đầu quá trình ở trạng thái dao độngkích
thích vàkết thúc ởtrạng tháicơb ả n ( h o ặ c t r ạ n g t h á i d a o đ ộ n g
t h ấ p hơn).H i ệ n t ư ợ n g nàyđượcgọi làtán xạphảnStokes Raman.
Vậynếu 

   bằngkhơngthìsựdao độngkhơngthểtạoraphổRaman.

0
x

Hay nói cách khác, để có phổ Raman thì tỷ số này khác khơng, tức là đạo
hàmcủatínhphân cựccủaphântửphảikháckhơng[6].
1.2.2. ThuyếtlượngtửcủatánxạRaman
LýthuyếtvềtánxạRamanđượcbổsungđầyđủhơnbằngcáchxemxétsựtánxạR
amanquagócnhìncủacơhọclượngtử.Theothuyếtcơhọclượngtử,tán xạ Raman như một sự
chuyển

đổi

giữa

các

mức

năng

lượng

thơng

qua

một“trạngtháiảo”.TrạngtháiảonàyđóngvaitrịquantrọngđốivớihiệntượngtánxạRam an
cộngh ư ở ng . Bên cạ nh đó, cơ h ọ c l ư ợ n g t ửc ho phép t a ướct í nh


cườngđộcủacácdảiRaman,giảithíchchotađượcsựưutiêncủatánxạStokesRaman so với phản
Stokes

và

từ

nó

suy

ra

các

quy

tắc

lựa

chọn

bằng

cách

sửdụnglýthuyếtnhómchocácdaođộngphântửkhácnhau.
1.2.2.1. TánxạRaman:sựchuyểntiếpgiữacáctrạngthái
Khisử dụng một chùm sáng kích thích (cách xa vùng hấp thụ) sẽ tạo
ratánxạRamanyếuởnhiềutầnsốdaođộngStokesvàtầnsốphảnStokeskhácnhau (Hình 1.2a). Nếu chùm
ánh sáng kích thích được điều chỉnh gần nhưcộng hưởng với sự chuyển đổi
điện tử của phân tử (dải hấp thụ) sẽ làm tăngđáng kể tín hiệu tán xạ (Hình
1.2b). Hình 1.2c là biểu đồ mức năng lượng chocác quá trình tán xạ tự phát
bao

gồm

Rayleigh,

Stokes

Raman,

phản

StokesRaman,vàtán

xạRamancộnghưởng.

Hình 1.2. Biểu đồ mức năng lượng, quang phổ cho các q trình Raman tự

phátvàkếthợp

Hình1.2cmơtảcụthểmộtqtrìnhtánxạbaogồm2bướccơbảnsau:
- Đầut i ê n , á n h s á n g t ớ i k í c h t h í c h p h â n t ử l ê n m ộ t “ t r ạ n g t h á i ả
o”.


Trạng thái ảo này có năng lượng tùy ý và không nhất thiết phải tương ứng
vớitrạngthái thựctếchophép củaphân tử.
- Tiếp theo, phân tử chuyển từ trạng thái ảo phân tử sẽ trở lại trạng
tháicơbản,giảip hó ng mộtphot on.Thời gianxảyr a quátr ì nh t án xạt ùy th
uộc vàonhiệtđộvàphânbốcáctrạngtháitrongphântử(xemphươngtrình11).Nếu photon bị tán xạ có
năng lượng và bước sóng bằng năng lượng và bướcsóng với photon tới thì
được gọi là tán xạ Rayleigh. Ngồi ra, phân tử có thểchuyểnthành trạng thái
dao

động

kíchthích.

Bức

xạ

tán

xạ

mấtm ộ t

p h ầ n nănglượngbằngvới năng lượngdaođộngkícht hí ch của các phânt
ử đượ cgọilàhiệntượngtánxạStokesRaman.Cũngcótrườnghợpdobanđầuphoton va chạm với một
phân

tử

ở

trạng

thái

dao

động

kích

thích

nên

photonbịtánxạthuđượcnănglượngkhiphântửtrởvềtrạngtháicơbảngọilàtá
nxạđối StokesRaman,.
1.2.2.2. TỷlệchuyểnđổicủatánxạRaman
Quy tắc lựa chọn Fermi sử dụng trong cơ học lượng tử để mơ tả
tốnhọc về tốc độ chuyển đổi giữa hai trạng thái được trung gian bởi một
lưỡngcựcchuyển tiếp.QuytắcFermi đượcviết là:
Ri f

trongđó

2

E20  f

(6)

làt ỉ l ệ c hu yể n t i ế p t ừ t r ạ n g t hái b a n đầu

Ri f

cuối f, 
if

fifi

làmomenlưỡngcựcchuyểntiếptừ

trườngcủaánhsángtới,vàf
đây, di
f

ifE0

tiếpt ừ

i

sang

iđ ế n

f

i

đếnt r ạn gt há i

, E 0 biênđộđiện
là

làmậtđộcủacáctrạngtháicuốicùng.Tại

làlưỡng cựcchuyển tiếp tạođiều kiện choquátrình chuyển
f

.

Trạngtháiđầuvàtrạngtháicuốicủamộtquátrình

chuyểnt i ếpđư ợ c vi ết dư ớ i dạng lưỡngcự c ch uy ển t i ếp. L ư ỡn g cự c chuyể
n