tìm hiểu nguyên tắc cấu tạo, hoạt động và ứng dụng máy quang phổ huỳnh quang fluoromax 4

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA SƢ PHẠM
BỘ MÔN SƢ PHẠM VẬT LÝ

TÌM HIỂU NGUYÊN TẮC CẤU TẠO, HOẠT ĐỘNG VÀ ỨNG
DỤNG MÁY QUANG PHỔ HUỲNH QUANG FLUOROMAX-4
Luận văn tốt nghiệp
Ngành: SƢ PHẠM VẬT LÝ

Giáo viên hƣớng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

TS. Nguyễn Trí Tuấn

Văn Thùy Dƣơng
Mã số SV: 1117583
Lớp: Sƣ Phạm Vật Lý- Công Nghệ
Khóa: 37

Cần Thơ, Năm 2015


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được đề tài luận văn này, em xin chân thành cảm ơn
TS.Nguyễn Trí Tuấn đã hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức quý giá, theo dõi và
giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các anh, ch cao h c, các ạn sinh viên thực
hiện luận văn tại ph ng thí nghiệm Vật liệu và ạn
đã tận tình ch ảo, đ ng
vi n, giúp đỡ em trong quá trình làm luận văn.

Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình và người thân đã luôn quan
tâm, đ ng vi n và là chỗ dựa về tinh thần và vật chất cho em trong suốt quá trình
h c tập tại trường.
M t lần nữa xin gửi lời cảm ơn đến tất cả m i người!


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghi n cứu do chính tôi thực hiện. Các số
liệu, kết quả phân tích trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được
công ố trong ất kỳ công trình nghi n cứu nào trước đây.

M i tham khảo, trích dẫn đều được ch rõ nguồn trong danh mục tài liệu tham
khảo của luận văn.

Cần Thơ, ngày 27 tháng 04 năm 2015
Tác giả

Văn Thùy Dương


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

1

Hình 1.1

Hiện tượng quang huỳnh quang [3]

4

2

Hình 1.2

Hiện tượng điện huỳnh quang [3]

4

3

Hình 1.3

Sự phụ thu c của cường đ phổ huỳnh quang vào nồng 7
đ [5]

4

Hình 1.4

Sự phát huỳnh quang khi nồng đ pha tạp chất (a) và sự 8
dập tắt huỳnh quang do pha tạp với nồng đ cao ( ) [5]

5

Hình 1.5

Các quá trình phát quang trong tinh thể án dẫn [9]

8

6

Hình 1.6

Mô tả các quá trình ắt hạt dẫn và tái hợp hạt dẫn [9]

10

7

Hình 1.7

Đ n khí thủy ngân [3]

12

8

Hình 1.8

Đ n dây tóc [3]

12

9

Hình 1.9

Ống âm cực [3]

14

10

Hình 1.10 Máy quang phổ huỳnh quang Fluoromax-4

14

11

Hình 1.11 Sơ đồ khối của hệ đo phổ huỳnh quang [4]

16

12

Hình 1.12 Sơ đồ nguy n lý của phép đo phổ kích thích [9]

17

13

Hình 1.13 Hình ảnh nhiễm trùng trong cơ thể qua kính hiển vi [3]

20

14

Hình 1.14 Vết rạn tr n dĩa men ng c [3]

22

15

Hình 1.15 Hệ thống sông Ranh và sông Đanúp [3]

23

16

Hình 2.1

Hệ đo huỳnh quang Fluoromax-4

26

17

Hình 2.2

Sơ đồ ố trí quang h c [6]

27

18

Hình 2.3

Đ n chiếu sáng [6]

28

19

Hình 2.4

B phận tạo đơn sắc của ánh sáng kích thích [6]

29

20

Hình 2.5

B phận tạo đơn sắc của ánh sáng phát xạ [6]

29


21

Hình 2.6

Cách tử [6]

29

22

Hình 2.7

Buồng chứa mẫu [6]

31

23

Hình 2.8

Đầu thu tín hiệu [6]

31

24

Hình 2.9

Đầu thu tham chiếu [6]

32

25

Hình 2.10 Nguồn cung cấp cho đ n [6]

32

26

Hình 2.11 Thiết

điện tử điều khiển thụ đ ng phía tr n [6]

32

27

Hình 2.12 Thiết

điện tử

33

28

Hình 2.13 Cửa sổ phần mềm FluorEssence [6]

35

29

Hình 2.14 Bảng menu các thông số [6]

36

30

Hình 3.1

Phổ kích thích huỳnh quang và phát xạ của nano tinh thể 37

ZnS được chế tạo ằng phương pháp đồng kết tủa, với
λem: 411 nm và λex: 322 nm.

31

Hình 3.2

Phổ PLE và PL của nano tinh thể ZnS được tổng hợp 38
thủy nhiệt, với λem: 440 nm và λex: 280 nm.

32

Hình 3.3

Phổ PLE và PL của t nano tinh thể ZnS chiếu xạ vi 39
sóng, ở ước sóng đo tại 440 nm và ước sóng kích thích
345 nm.

33

Hình 3.4

Phổ PL của các mẫu
ZnCl2/(NH4)2CO3 là 1/1

34

Hình 3.5

Phổ PL của ZnO ở pH = 10, 20h, nhiệt đ từ 1900C – 41

2300C

n dưới [6]

ZnO

với

t

lệ

mol 40


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Kí hiệu T n tiếng Anh
chữ viết tắt

T n tiếng Việt

E

Energy

Năng lượng

Eg

Bandgap

Năng lượng vùng cấm

I

Intensity of light

Cường đ ánh sáng

IL

Intensity of luminescence

Cường đ huỳnh quang

me

Efecctive mass of electron Khối lượng hiệu dụng của điện tử



Wavelength

Bước sóng

Frequency

Tần số

C

Concentration

Nồng đ

UV

Ultraviolet

Vùng tử ngoại

VIS

Visible

Vùng ánh sáng nhìn thấy

PMT

Photomultiplier tubes

Ống nhân quang

Time-correlated
single-photon counting

B đếm photon tương quan thời
gian

RTC

Real time control

Kiểm soát thời gian thực

PL

Photoluminescence
spectrum

Phổ huỳnh quang

PLE

Photoluminescence
Excitation

Phổ kích thích huỳnh quang

CPS

Characters per second

Ký tự tr n mỗi giây

TCSPC


MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU .............................................................................. 1

1.LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI ......................................................................................1
2.MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI .................................................................................1
3.GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI ...................................................................................1
4.PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .....................................................................2
5.CÁC BƢỚC THỰC HIỆN .................................................................................2

PHẦN NỘI DUNG .......................................................................... 3
Chƣơng 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HUỲNH QUANG ................................3
1.1.Khái niệm huỳnh quang...............................................................................3
1.2.Phân loại hiện tƣợng huỳnh quang .............................................................4
1.3.Các đặc trƣng cơ bản của huỳnh quang ....................................................5
1.3.1. Phổ hấp thụ .............................................................................................5
1.3.2.Phổ kích thích ..........................................................................................5
1.3.3.Phổ huỳnh quang .....................................................................................6
1.3.4.Cơ chế chuyển dời ...................................................................................8
1.3.5.Động học huỳnh quang .........................................................................10
1.4.Các loại máy dùng cho phân tích huỳnh quang ......................................11
1.4.1.Nguồn sáng dùng để kích thích huỳnh quang ....................................11
1.4.2.Các kính lọc và máy đơn sắc ................................................................13
1.4.3.Máy quang phổ và phân cực kế ...........................................................13
1.5.Các phƣơng pháp quang phổ [4]...............................................................15
1.5.1.Phép đo phổ hấp thụ .............................................................................15
1.5.2. Phép đo phổ huỳnh quang ...................................................................15
1.6.Các ứng dụng của huỳnh quang ...............................................................16
1.6.1.Phát hiện những bức xạ không trông thấy..........................................17
1.6.2.Phân tích huỳnh quang phát hiện trong sinh vật và y học ................18
1.6.3.Ứng dụng huỳnh quang trong kỹ nghệ ...............................................21
1.6.4.Phát hiện những di chuyển ngầm ........................................................22
1.6.5.Phân tích huỳnh quang trong khảo cổ học .........................................23
i

1.6.6.Phân tích huỳnh quang trong nông nghiệp .........................................24
Chƣơng 2.GIỚI THIỆU VỀ MÁY QUANG PHỔ HUỲNH QUANG
FLUOROMAX-4 .................................................................................................26
2.1.Giới thiệu chung .........................................................................................26
2.2.Cấu tạo và tính năng ..................................................................................27
2.2.1.Cấu tạo ....................................................................................................27
2.2.2.Tính năng ...............................................................................................33
2.3.Nguyên lý hoạt động ...................................................................................34
2.3.1.Nguyên lý vận hành cơ bản ..................................................................34
2.3.2.Cách khởi động hệ thống ......................................................................34
2.3.3.Phần mềm FluorEssence .......................................................................35
Chƣơng 3. ỨNG DỤNG CỦA MÁY QUANG PHỔ HUỲNH QUANG
FLUOROMAX-4 .................................................................................................37
3.1 Kết quả đo phổ huỳnh quang một số mẫu vật liệu nano ........................37
3.1.1. Phổ huỳnh quang của nano tinh thể ZnS tổng hợp bằng phƣơng
pháp hóa học ....................................................... Error! Bookmark not defined.
3.1.2.Phổ huỳnh quang của nano tinh thể ZnO tổng hợp bằng phƣơng
pháp đồng kết tủa ...........................................................................................40
3.1.3.Phổ huỳnh quang của nano tinh thể ZnO tổng hợp bằng phƣơng
pháp thủy nhiệt ...............................................................................................41

PHẦN KẾT LUẬN ........................................................................ 42
1.NHỮNG ĐIỀU ĐẠT ĐƢỢC ............................................................................42
2.NHỮNG HẠN CHẾ ..........................................................................................42
3.HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ...........................................................43

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................ 44

ii


Luận văn đại h c

GVHD: TS.Nguyễn Trí Tuấn

SVTH: Văn Thùy Dương

PHẦN MỞ ĐẦU
1.LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Phổ h c (Spectroscopy) là phương pháp đo và phân tích ức xạ điện từ được
hấp thụ hay ức xạ khi các điện tử, phân tử, nguy n tử hay các ion trong mẫu đo
d ch chuyển từ m t mức năng lượng cho phép đến m t mức năng lượng khác. Việc
xác đ nh thành phần hóa h c, cấu trúc, tính chất hóa lý tr n ề mặt cũng như trong
khối của vật liệu có ý nghĩa quan tr ng trong Công nghệ vi điện tử, Quang điện tử
và Công nghệ vật liệu mới. Hiện nay ngày càng có nhiều phương pháp cũng như
các thiết
mới ứng dụng lý thuyết của phổ h c được sử dụng không ch trong
ph ng thí nghiệm mà cả trong công nghiệp nhằm kiểm tra, đánh giá chất lượng của
sản phẩm, xác đ nh những tính chất đặc iệt trong công nghệ chế tạo vật liệu mới và
các thiết
mới được sử dụng trong các lĩnh vực của cu c sống. M t trong các
phương pháp phân tích phổ được sử dụng trong luận văn này là phương pháp phổ
huỳnh quang.
Huỳnh quang là sự phát quang khi m t electron của phân tử hấp thụ năng
lượng của m t ước sóng cụ thể, khi từ mức năng lượng cao này về mức an đầu, sẽ
giải phóng năng lượng là ánh sáng. Với cùng m t ước sóng kích thích, phổ huỳnh
quang của các chất phát huỳnh quang khác nhau là khác nhau.
Trong thực tế, phổ huỳnh quang có nhiều ứng dụng như: sinh h c, khoa h c sự

sống, hóa h c, khoa h c vật liệu, mỹ phẩm…. Các sản phẩm máy Quang phổ huỳnh
quang của HORIBA Jo inYvon có thể đáp ứng được tất cả các mục đích ứng dụng
của máy quang phổ huỳnh quang, cho phép thu được các phép đo huỳnh quang tốt
nhất, làm cho công việc nghi n cứu trở n n dễ dàng, có đ lặp lại và chính xác cao.
Máy quang phổ huỳnh quang Fluoromax – 4 là thiết phân tích quang phổ
huỳnh quang nhỏ g n, để àn, có đ nhạy lý tưởng cho ph ng thí nghiệm nghiên
cứu ti n tiến, phân tích thông thường và kiểm soát chất lượng với rất nhiều ứng
dụng khác nhau như khoa h c vật liệu, y sinh, hóa dược, đ a chất…. Với nhiều tính
năng ưu việt được đổi mới li n tục để phù hợp với điều kiện phát triển ngày càng
cao của các ph ng thí nghiệm về việc phân tích phổ huỳnh quang, Fluoromax là
d ng sản phẩm đáng tin cậy n n em đã ch n “Tìm hiểu nguy n tắc cấu tạo, hoạt
đ ng và ứng dụng máy quang phổ huỳnh quang Fluoromax-4” làm đề tài luận văn
của mình.

2.MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Tìm hiểu nguy n tắc cấu tạo, hoạt đ ng của máy quang phổ huỳnh quang
Fluoromax-4 và ứng dụng để thực hiện phép đo của m t số vật liệu kích thước
nano.

3.GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
1


Luận văn đại h c

GVHD: TS.Nguyễn Trí Tuấn

SVTH: Văn Thùy Dương

- Tìm hiểu chung về huỳnh quang, các tính chất và ứng dụng của nó.

- Tìm hiểu nguy n tắc cấu tạo, nguy n lý hoạt đ ng của máy quang phổ huỳnh
quang Fluoromax-4.
- Thực hiện phép đo m t số mẫu vật liệu nano có sẵn.

4.PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Phương pháp nghi n cứu lý luận: dựa tr n các cơ sở lý thuyết.
- Phương pháp thực nghiệm.

5.CÁC BƢỚC THỰC HIỆN
- Nhận đề tài.
- Nghi n cứu lý thuyết.
- Viết đề cương.
- Tiến hành viết luận văn và làm thực nghiệm.
- Hoàn thành luận văn.
- Báo cáo.

2


Luận văn đại h c

GVHD: TS.Nguyễn Trí Tuấn

SVTH: Văn Thùy Dương

PHẦN NỘI DUNG
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HUỲNH QUANG
1.1. Khái niệm huỳnh quang
Thuật ngữ huỳnh quang lần đầu ti n được E.Videman đưa ra năm 1888.
Videman đề ngh g i ánh sáng huỳnh quang là ánh sáng phát sinh do tác dụng của

các nguy n nhân n ngoài mà không làm tăng nhiệt đ của vật phát sáng. Sau đó,
Videman chính xác hóa đ nh nghĩa này khi g i ánh sáng huỳnh quang là ánh sáng
mạnh hơn ánh sáng của vật phát sáng ở nhiệt đ tương ứng.
Tuy nhi n, đ nh nghĩa khái niệm huỳnh quang do Videman đưa ra không cho
phép phân iệt huỳnh quang với ánh sáng phản xạ và tán xạ. Thật vậy, ánh sáng
phản xạ hay tán xạ của nguồn sáng n ngoài gây ra có thể lớn hơn nhiều so với ức
xạ nhiệt của vật ở vùng phổ cho trước.
Do đó Vavilốp đề ngh ổ sung đ nh nghĩa của Videman ằng ti u chuẩn thời
gian kéo dài. Theo Vavilốp n n g i huỳnh quang là ức xạ dôi ra so với ức xạ
nhiệt của vật trong trường hợp: sau khi tắt ức xạ kích thích, ức xạ huỳnh quang
vẫn tiếp tục kéo dài trong m t khoảng thời gian nào đó. Trong những trường hợp
khác nhau, Vavilốp đã ch rõ các giá tr thời gian phát sáng này khác nhau khoảng
từ 10-10 giây đến m t chu kỳ của dao đ ng sáng. [1]
Hiện nay huỳnh quang được đ nh nghĩa là sự phát quang khi phân tử hấp thụ
năng lượng dạng nhiệt (phonon) hoặc dạng quang (photon). Ở trạng thái cơ ản S0,
phân tử hấp thụ năng lượng từ môi trường n ngoài và chuyển thành năng lượng
của các electron, nhận năng lượng các electron này sẽ chuyển l n mức năng lượng
cao hơn, g i là trạng thái kích thích S, đây là m t trạng thái không ền, do đó
electron sẽ mau chóng nhường năng lượng dưới dạng nhiệt để về trạng thái kích
thích nhưng năng lượng thấp hơn S0, thời gian tồn tại của electron giữa mức năng
lượng S  S0 vào khoảng 10-9 đến 10-12 giây. [2]
Sau khi về trạng thái kích thích S, electron lại m t lần nữa phát năng lượng
dưới dạng photon để về mức thấp hơn, hiện tượng này g i là huỳnh quang phân tử.
Cùng là hiện tượng nhận năng lượng từ môi trường ngoài sau đó phân tử phát xạ
photon, nhưng cần phân iệt sự khác nhau giữa quang phổ huỳnh quang
(fluorescence) với quang phổ lân quang (phosphorescence) và quang phổ phát xạ
(emission). Sự khác iệt cơ ản giữa huỳnh quang và lân quang là thời gian tồn tại
của electron ở trạng thái kích thích, ở huỳnh quang là rất thấp cỡ 10-9 giây, còn lân
quang cỡ mili giây. Sự khác nhau cơ ản giữa phát xạ với huỳnh quang và lân
quang là mức phát năng lượng để chuyển về trạng thái cơ ản, quang phổ phát xạ

hấp thụ ao nhi u năng lượng từ n ngoài sẽ phát xạ ấy nhi u dưới dạng photon
để chuyển về trạng thái an đầu, c n huỳnh quang và lân quang thì không, do quá
trình phát xạ năng lượng của nó có 2 ước, ước 1 phát xạ dưới dạng nhiệt, ước 2
3


Luận văn đại h c

GVHD: TS.Nguyễn Trí Tuấn

SVTH: Văn Thùy Dương

mới phát xạ photon, n n năng lượng photon khi phát xạ sẽ không thể tương đương
năng lượng mà phân tử đã hấp thụ trước đó.
1.2.Phân loại hiện tƣợng huỳnh quang
Các hiện tượng đa dạng của huỳnh quang có thể phân loại theo những dấu
hiệu khác nhau.
Phân loại theo thời gian kéo dài, người ta phân iệt ức xạ ngắn – d ch quang
(fluorescence) và ức xạ kéo dài – lân quang (phosphorescence) các thuật ngữ này
cũ hơn thuật ngữ chung là huỳnh quang (luminescence). Việc phân loại này không
c n ý nghĩa vì người ta quan sát được huỳnh quang với thời gian kéo dài rất khác
nhau, và sự phát triển của các phương pháp đo cho phép đo thời gian huỳnh quang
kéo dài trong m i ậc thời gian kể cả d ch quang kéo dài đến nano giây và ngay cả
pi-cô giây. Đôi khi t n g i lân quang c n giữ để ch quá trình mà trạng thái si u ền
nào đó xảy ra trước khi huỳnh quang, chẳng hạn, sự ắt điện tử ở các ẫy trong chất
án dẫn hoặc sự đ nh xứ của các phân tử tr n mức si u ền.
Việc phân loại quan tr ng nhất của hiện tượng huỳnh quang dựa theo cơ chế
của các quá trình tham gia.

Hình1.1. Hiện tượng quang huỳnh Hình 1.2. Hiện tượng điện huỳnh

quang [3]
quang [3]

Người ta cũng phân loại hiện tượng huỳnh quang theo cách kích thích nó. Như
huỳnh quang do ánh sáng kích thích thì g i là quang-huỳnh quang, do điện trường
kích thích thì g i là điện-huỳnh quang, do tia X kích thích thì g i là tia X-huỳnh
quang, do các tia phóng xạ kích thích thì g i là phóng xạ-huỳnh quang, do các phản
ứng hóa h c kích thích thì g i là hóa-huỳnh quang v.v… Với cùng m t ước sóng
4


Luận văn đại h c

GVHD: TS.Nguyễn Trí Tuấn

SVTH: Văn Thùy Dương

kích thích, phổ huỳnh quang của các chất phát huỳnh quang khác nhau là khác
nhau.
1.3.Các đặc trƣng cơ bản của huỳnh quang
1.3.1.Phổ hấp thụ
Nói m t cách chặt chẽ, phổ hấp thụ không thu c vào những đặc trưng của
huỳnh quang. Tuy nhi n để hiểu quá trình kích thích huỳnh quang ta cần phải iết
phổ hấp thụ.
Giả sử có m t chùm ánh sáng đơn sắc song song đến vuông góc tr n m t lớp
song phẳng của m t chất không khuếch tán có chiều dày l. Như đã iết, cường đ
ánh sáng khi chùm tia đi qua lớp chất sẽ giảm theo đ nh luật Bourger.
I (x) = I0e-kx
Nếu ỏ qua sự phản xạ tr n mặt giới hạn và sự giao thoa thì chùm đi qua sẽ có
cường đ :

I (l) = I0e-kl
Đại lượng k, có thứ nguy n cm-1, được g i là hệ số hấp thụ.
Sự phụ thu c của k() vào tần số  hoặc vào ước sóng  của ức xạ được g i
là phổ hấp thụ. Chúng ta chú ý rằng k() = k(), trong đó  = c / . B n cạnh k dùng
để đặc trưng sự hấp thụ người ta c n dùng tiết diện hấp thụ hiệu dụng:
=k/N
Trong đó N là số phân tử của chất hấp thụ trong 1cm3. Do đó  có thứ nguy n cm2.
Ngoài ra người ta c n dùng m t đại lượng không thứ nguy n
K = k / 4
ở đây  = 0 / n là ước sóng trong chất hấp thụ. Đại lượng K là phần ảo của chiết
suất. [1]
1.3.2. Phổ kích thích
Người ta g i phổ kích thích huỳnh quang là sự phụ thu c cường đ huỳnh
quang vào tần số (hay ước sóng) của ánh sáng kích thích. Nếu sự hấp thụ ánh sáng
kích thích là nhỏ trong toàn
vùng phổ nghi n cứu thì phổ kích thích phản ánh
phổ hấp thụ tích cực nghĩa là phổ hấp thụ gây ra huỳnh quang. Trong trường hợp
hấp thụ toàn
ánh sáng kích thích thì phổ kích thích cho ta iết sự phụ thu c phổ
của hiệu suất huỳnh quang.
Để đo phổ kích thích về nguy n tắc người ta dùng hai máy đơn sắc. M t máy
dùng để tách tần số kích thích, máy thứ hai để tách m t vùng nào đó của phổ huỳnh
quang. Máy đơn sắc thứ hai (có thể thay thế ằng kính l c) được đặt ở m t tần số
xác đ nh, c n máy thứ nhất thì quét tần số kích thích. Sự xuất hiện các laser có tần
5


Luận văn đại h c

GVHD: TS.Nguyễn Trí Tuấn

SVTH: Văn Thùy Dương

số điều ch nh cho phép không dùng máy đơn sắc thứ nhất n n trong nhiều trường
hợp có ưu điểm lớn. Tr n cơ sở này, quang phổ kích thích được phát triển khá mạnh
mẽ.
1.3.3. Phổ huỳnh quang
Phổ huỳnh quang có thể iểu th ằng ất kỳ đại lượng năng lượng nào: ằng
thông lượng S(), ằng công suất W(), hoặc ằng đ chói B(). Trong m i trường
hợp, phổ huỳnh quang là đại lượng có tính chất của mật đ phổ. Do đó phổ huỳnh
quang phụ thu c vào việc lấy đại lượng nào làm iến số đ c lập: tần số  hay ước
sóng  (hoặc số lượng tử trong m t khoảng tần số). Ví dụ đối với công suất ức xạ
(cũng như đối với các đại lượng khác)
W()d = W()d
Nên
W()  2W() [1]
Khi iến đổi W() thành W() có thể không những làm thay đổi đáng kể dạng của
phổ mà c n cả v trí của cực đại.
1.3.3.1.Sự phụ thu c của cường đ phổ huỳnh quang vào nồng đ
Mối quan hệ giữa cường đ phổ huỳnh quang và nồng đ có thể diễn tả qua
đ nh luật Beer. Xét ánh sáng truyền qua môi trường tích cực: I0 là cường đ ánh
sáng chiếu, I là cường đ ánh sáng truyền qua.
Ta có:
I  I o exp( bC )

Với
Phần

là thể tích mẫu, C là nồng đ ,  là hằng số
hấp thụ là I o  I  I o [1  exp(bC )]

Cường đ huỳnh quang sẽ t lệ với số photon hấp thụ và hiệu suất huỳnh quang F
là t số giữa số photon phát xạ và photon hấp thụ, phụ thu c vào nồng đ :
F = (Io-I) F f() g() = Io F [1-exp(-bC)] f() g()
Với f(): hệ số kích thước xác đ nh ởi góc khối của ức xạ huỳnh quang
g(): hiệu suất của đầu thu phụ thu c vào ước sóng huỳnh quang chiếu vào
đầu thu.
Do áng sáng kích thích thường có cường đ thay đổi theo thời gian, tín hiệu huỳnh
quang sẽ không đo như m t giá tr tuyệt đối mà thường iểu diễn thành dạng tương
đối tức là đã so sánh với giá tr chuẩn của nồng đ đã iết.

6


Luận văn đại h c

GVHD: TS.Nguyễn Trí Tuấn

SVTH: Văn Thùy Dương

Nồng đ
Hình 1.3 Sự phụ thu c của cường đ phổ huỳnh quang vào nồng đ [5]

1.3.3.2.Sự dập tắt huỳnh quang
Như ta đã thấy ở tr n hình 1.3: có m t giá tr nồng đ xác đ nh tại đó cường đ
huỳnh quang là cực đại. Nếu nồng đ lớn hơn giá tr này thì cường đ huỳnh quang
suy giảm. Ta g i sự suy giảm cường đ huỳnh quang là sự dập tắt huỳnh quang.
Sự dập tắt huỳnh quang có rất nhiều nguy n nhân gây ra, m t trong các
nguy n nhân là do tạp chất. Với loại vật liệu phát quang nhất thiết phải có tâm
quang. Sự dập tắt huỳnh quang có thể có hai loại:

 Sự tự dập tắt huỳnh quang: là do các tâm quang va chạm với nhau và mất năng
lượng.
 Sự dập tắt huỳnh quang do tạp chất: do các tâm quang va chạm với các phân tử
tạp, hoặc là li n kết với tạp do vậy mất năng lượng. [5]
Dưới đây ta xét huỳnh quang từ vật liệu pha tạp cao: khi pha tạp các ion với
nồng đ cao mục đích là tăng hiệu suất phát huỳnh quang. Tuy nhi n khi nồng đ
pha tạp lớn hơn giá tr tới hạn có thể dẫn đến làm giảm hoặc dập tắt huỳnh quang.
Điều này được g i là sự dập tắt do nồng đ cao. Xác suất truyền năng lượng tới các
ion n cạnh lớn hơn xác suất phân rã phát xạ, do vậy các di chuyển kích thích ở
trong mẫu có thể qua hàng triệu ion trước khi phát ra ức xạ. Điều này có thể được
giải thích trên hình 1.4.

7


Luận văn đại h c

GVHD: TS.Nguyễn Trí Tuấn

SVTH: Văn Thùy Dương

Hình 1.4.Sự phát huỳnh quang khi nồng đ pha tạp chất (a) và sự dập tắt
huỳnh quang do pha tạp với nồng đ cao ( ) [5]

1.3.4.Cơ chế chuyển dời
Bức xạ là quá trình ngược với hấp thụ. Các electron chuyển l n mức năng
lượng cao do nhận được năng lượng từ n ngoài (chẳng hạn do sự hấp thụ ánh
sáng). Tuy nhi n trạng thái kích thích là không ền, sau m t khoảng thời gian nào
đó g i là thời gian sống kích thích, electron chuyển về mức năng lượng thấp hơn, và
giải phóng năng lượng. Nếu năng lượng được giải phóng ra dưới dạng ánh sáng, thì

ta g i đó là sự phát xạ (phát quang). Như vậy, sự phát quang gắn liền với quá trình
tái hợp hạt dẫn. Nếu ch vẽ giản đồ năng lượng ỏ qua vectơ sóng K có thể minh
h a các khả năng phát quang trong án dẫn như sau:

Trạng
thái
kích
thích

Hình 1.5. Các quá trình phát quang trong tinh thể án dẫn [9]
8


Luận văn đại h c

GVHD: TS.Nguyễn Trí Tuấn

SVTH: Văn Thùy Dương

Trong m i trường hợp, khi điều kiện cân ằng vi phạm đều xảy ra quá trình
hồi phục nhằm đưa trạng thái không cân ằng về trạng thái cân ằng. Quá trình tái
hợp trong án dẫn có ản chất ngược lại so với quá trình hấp thụ. Nó làm giảm
nồng đ hạt tải trong án dẫn. Quá trình tái hợp được phân loại theo nhiều phương
diện khác nhau.
 Theo cách giải phóng năng lượng của quá trình ta có thể kể m t số dạng tái
hợp sau:
 Tái hợp ức xạ (hay tái hợp photon):là quá trình tái hợp mà năng lượng
giải phóng ra dưới dạng các photon. Quá trình tái hợp ức xạ g i là huỳnh quang.
 Tái hợp không ức xạ (hay tái hợp phonon): là quá trình tái hợp mà năng
lượng giải phóng ra được truyền cho dao đ ng mạng tinh thể, nghĩa là làm phát sinh

các phonon.
 Tái hợp Auger (là dạng tái hợp không ức xạ): khi năng lượng được
truyền cho hạt thứ a làm cho hạt dẫn này "nóng" l n. Hạt dẫn "nóng" này qua số
lần tán xạ tr n các ion nút mạng truyền hết năng lượng cho mạng tinh thể. Xác suất
của tái hợp Auger thường không lớn vì đ i hỏi của sự "gặp gỡ" cùng m t lúc a hạt
dẫn.
 Theo cơ chế vật lý của quá trình có thể chia thành các dạng sau:
 Tái hợp vùng - vùng (tái hợp cơ ản hay tái hợp trực tiếp)
M t điện tử tự do trực tiếp "gặp" m t lỗ trống và tái hợp với nhau. Thực chất
là m t điện tử ở tr n vùng dẫn chuyển mức xuống m t trạng thái trống trong vùng
hóa tr .
Nếu bán dẫn có vùng cấm thẳng (cực tiểu của vùng dẫn và cực đại của vùng
hóa tr ở cùng m t giá tr của vectơ sóng) thì quá trình tái hợp không đ i hỏi có sự
tham gia của phonon. Xác suất của sự chuyển mức thẳng này thường lớn. Tái hợp
thẳng vùng-vùng đặc trưng ởi sự mở r ng phổ về phía năng lượng thấp khi nhiệt
đ tăng, trong khi đó phía năng lượng thấp phổ chặn ởi  = Eg.
Nếu án dẫn có vùng cấm xi n (cực tiểu của vùng dẫn và cực đại của vùng
hóa tr không ở cùng m t giá tr của vectơ sóng), thì quá trình tái hợp đ i hỏi có sự
tham gia (phát xạ hay hấp thụ) của phonon. Xác suất của sự chuyển mức xi n
thường nhỏ hơn xác suất của sự chuyển mức thẳng.
Nếu trong án dẫn đồng thời xảy ra các chuyển dời thẳng lẫn chuyển dời xi n
thì phổ huỳnh quang sẽ quan sát được hai dải: dải sóng dài do chuyển dời xiên và
dải sóng ngắn do chuyển dời thẳng.
 Tái hợp qua tâm (tái hợp gián tiếp).

9


Luận văn đại h c

GVHD: TS.Nguyễn Trí Tuấn

SVTH: Văn Thùy Dương

Quá trình tái hợp thông qua sự "môi giới" của m t tâm ắt (tâm tái hợp).
Các tâm tái hợp thường có mức năng lượng nằm gần giữa vùng cấm và có khả năng
tương tác với vùng dẫn và vùng hóa tr như nhau.
Những quá trình có thể xảy ra đối với các tâm đó được iểu diễn như hình 1.6,
ao gồm:
{a}- Khuyết tật trung h a ắt m t điện tử tự do.
{b}- Khuyết tật tích điện âm tha điện tử vào vùng dẫn.
{c}- Khuyết tật trung h a ắt m t lỗ trống từ vùng hóa tr .
{d}- Khuyết tật tích điện dương "thả" m t lỗ trống vào vùng hóa tr (nghĩa là ắt
m t điện tử từ vùng hóa tr ).
{e}- Khuyết tật ắt m t điện tử từ vùng dẫn, tích điện âm và ắt m t lỗ trống từ
vùng hóa tr (thả điện tử vào vùng hóa tr ) làm cho m t cặp điện tử - lỗ trống tái
hợp.
{f}- Khuyết tật ắt lỗ trổng từ vùng hóa tr , tích điện dương và ắt điện tử từ vùng
dẫn và làm cho m t cặp lỗ trống - điện tử tái hợp với nhau.

Hình 1.6.Mô tả các quá trình ắt hạt dẫn và tái hợp hạt dẫn [9]

1.3.5.Động học huỳnh quang
Thời gian kéo dài huỳnh quang, chính xác hơn là đường cong đ ng h c khi
tăng và tắt huỳnh quang sau khi ắt đầu hay tắt kích thích, là đặc trưng quan tr ng
nhất của huỳnh quang. Chính đ ng h c huỳnh quang cho phép phán xét về những
quá trình xảy ra giữa hấp thụ năng lượng kích thích và ức xạ huỳnh quang. Trong
những trường hợp đơn giản nhất, các quá trình trung gian này (ví dụ, các quá trình
hồi phục) xảy ra rất nhanh và đ ng h c huỳnh quang được xác đ nh ởi xác suất
d ch chuyển ức xạ và không ức xạ từ trạng thái kích thích và không kích thích.

10


Luận văn đại h c

GVHD: TS.Nguyễn Trí Tuấn

SVTH: Văn Thùy Dương

Trong những trường hợp phức tạp hơn, khi sự ức xạ huỳnh quang là kết quả của
những quá trình d ch chuyển năng lượng hoặc ắt các hạt tải điện tích trong các ẫy
hoặc d ch chuyển đến trạng thái si u ền, thì đ ng h c huỳnh quang có thể rất phức
tạp. Với huỳnh quang tái hợp, xuất hiện sự phụ thu c phi tuyến n n đ ng h c phụ
thu c vào cường đ kích thích cũng như trạng thái kích thích của chất. Đ ng h c
huỳnh quang đơn giản nhất là sự tắt theo hàm mũ sau khi thôi kích thích
I (t) = I0e-t /  [1]
Sự tắt kiểu này được quan sát trong trường hợp khi xác suất d ch chuyển
không ức xạ không phụ thu c vào thời gian xảy ra sau khi kích thích và không có
sự phụ thu c phi tuyến. Ch trong trường hợp này mới có cùng sự tắt theo hàm mũ
sau khi kích thích ằng xung ngắn cũng như sau khi tắt kích thích dừng. Trong các
trường hợp khác nhưng không có tính chất phi tuyến, đ ng h c khi ất kỳ cách kích
thích nào có thể được tính như là phép nhân chập nếu iết đ ng h c kích thích
t

I (t) =  F (t ' )I (t '  t )dt
’

0

Trong đó F(t) là hàm số kích thích chuẩn hóa.

1.4.Các loại máy dùng cho phân tích huỳnh quang
1.4.1.Nguồn sáng dùng để kích thích huỳnh quang
Trong phân tích và nghi n cứu huỳnh quang truyền thống, người ta thường
dùng vùng xanh và tím của phổ khả kiến hoặc dùng vùng tử ngoại để kích thích
những chất nghi n cứu. Tuy nhi n dùng vùng tử ngoại để kích thích thì thuận lợi
hơn vì mắt không nhìn thấy tia tử ngoại n n ánh sáng tử ngoại phản xạ hoặc khuếch
tán tr n chất nghi n cứu không cản trở việc quan sát sự huỳnh quang của chất
nghi n cứu. Các nguồn sáng dùng để kích thích huỳnh quang gồm có :
a.Bức xạ của mặt trời : Trong phân tích huỳnh quang người ta có thể dùng
vùng 4000A0 hay 2860A0 của ức xạ mặt trời để kích thích.
b.Hồ quang điện xoay chiều hay m t chiều : Hồ quang điện ức xạ rất mạnh
trong vùng từ 4000A0 đến 2000A0, phần c n lại của ức xạ nằm trong vùng khả
kiến có thể dùng kính l c để khử đi.
c.Tia điện : Tia điện được dùng trong trường hợp cần thiết phải kích thích
ằng những ức xạ ở vùng tử ngoại xa (cho đến 1850A0). Người ta hay dùng tia
điện để làm nguồn sáng trong phép phân tích những khoáng chất và m t số những
tinh thể huỳnh quang.
d.Đ n khí : Đ n khí là nguồn sáng chủ yếu dùng để kích thích trong phân tích
huỳnh quang. Các tia tử ngoại ức xạ từ các đ n khí là do sự phóng điện xảy ra
trong môi trường khí. Đ n khí dùng thông dụng nhất để kích thích huỳnh quang là
đ n thủy ngân. Áp suất của khí thủy ngân trong đ n ảnh hưởng rất nhiều đến phổ
11


Luận văn đại h c

GVHD: TS.Nguyễn Trí Tuấn

SVTH: Văn Thùy Dương

ức xạ của đ n. Do đó các đ n thủy ngân chia thành 3 loại : đ n thủy ngân áp suất
thấp, đ n thủy ngân áp suất cao, và đ n thủy ngân áp suất si u cao.

Hình 1.7.Đ n khí thủy ngân [3]

e.Đ n dây tóc : Trong phân tích huỳnh quang người ta dùng đ n dây tóc khi
muốn sử dụng vùng ước sóng ngắn của phổ khả kiến để kích thích chất nghi n
cứu.

Hình 1.8.Đ n dây tóc [3]
f.Ống âm cực : Trong khi phân tích huỳnh quang các khoáng sản và m t vài
loại tinh thể huỳnh quang người ta dùng tia âm cực để kích thích.
12


Luận văn đại h c

GVHD: TS.Nguyễn Trí Tuấn

SVTH: Văn Thùy Dương

Hình 1.9.Ống âm cực [3]

1.4.2.Các kính lọc và máy đơn sắc
a.Kính l c hấp thụ : Loại kính l c này phần lớn là những tấm thủy tinh màu
hoặc những ản nhựa mỏng. Đôi khi người ta cũng dùng những kính l c ằng
những dung d ch hoặc ằng những chất khí thích hợp.
b.Kính l c giao thoa : Hiện nay kính l c giao thoa ngày càng được sử dụng
nhiều, do tiến
của kĩ thuật sản xuất màng mỏng quang h c. Các kính l c này

thực chất là những giao thoa kế nhiều chùm tia. Đó là những ản ằng thủy tinh hay
thạch anh tr n đó người ta tráng nhiều lớp ạc và điện môi có đ dày đã được tính
toán trước li n quan đến vùng phổ làm việc.
1.4.3.Máy quang phổ và phân cực kế
a.Máy quang phổ và máy đơn sắc :
Trong nghi n cứu và phân tích huỳnh quang thường người ta không những cần
xác đ nh cường đ tích phân của ánh sáng huỳnh quang mà c n cần phải iết sự
phân ố năng lượng tỷ đối trong phổ huỳnh quang. Để đo sự phân ố năng lượng
trong phổ huỳnh quang cần phải có quang lực lớn. M t điều cần chú ý nữa là phần
lớn các phổ huỳnh quang là những đám khá r ng cho n n dù có dùng máy có đ tán
sắc lớn cũng không thể phân ly các đám thành những vạch ri ng iệt, thành thử
người ta thường dùng những máy có quang lực lớn và đ tán sắc vừa phải để nghi n
cứu các phổ huỳnh quang.
13


Luận văn đại h c

GVHD: TS.Nguyễn Trí Tuấn

SVTH: Văn Thùy Dương

Trước đây, để phân tích huỳnh quang người ta hay dùng máy quang phổ có
đặc trưng như máy ISP-51, ISP-66… SPM-2 của Nga và Đông Đức. Các máy tr n
dùng tốt trong vùng phổ khả kiến. M t số máy này có nhược điểm là đ tán sắc của
nó ở vùng khả kiến là thấp, tuy nhi n quang lực của chúng lại khá lớn. Hiện nay,
các máy quang phổ và máy đơn sắc cách tử của hãng Jo in-Yvon-Spex (Pháp) đang
được dùng phổ iến, chúng có đ phân giải phổ và quang lực hợp lý đáp ứng cho
nhiều vùng phổ nghi n cứu, trong khi có kích thước thiết nhỏ g n.

Hình 1.10.Máy quang phổ huỳnh quang Fluoromax-4

b.Phổ quang kế :
Khi nghi n cứu huỳnh quang thì việc đo phổ hấp thụ của chất cần nghi n cứu
cũng là rất cần thiết, nhất là khi muốn hiệu ch nh sự hấp thụ thứ cấp. Trong ph ng
thí nghiệm hiện nay người ta hay dùng các máy quang phổ để đo phổ hấp thụ, ví dụ
các máy quang phổ UV-VIS đo phổ hấp thụ (hay phổ truyền qua) trong vùng phổ tử
ngoại và vùng phổ nhìn thấy. Chúng ta cũng có thể tự lắp m t máy quang phổ như
vậy (phổ quang kế) theo sơ đồ đơn giản gồm m t máy đơn sắc và m t
phận thu
quang điện. B phận thu này là những nhân quang điện loại này hay loại khác tùy
theo vùng phổ sử dụng. D ng quang điện đo được, được xử lý và lưu giữ, thể hiện ở
các hình thức mong muốn. Cần chú ý rằng do đ nhạy của đầu thu quang điện và đ
tán sắc của máy quang phổ phụ thu c vào ước sóng, do vậy để đo phổ huỳnh
quang m t cách chính xác thì ta cần phải chuẩn lại hệ thống thu ánh sáng huỳnh
quang theo m t nguồn sáng mẫu nào đó mà sự phân ố năng lượng theo ước sóng
của nó đã được iết trước.
c.Phân cực kế và phân cực nghiệm :
14


Luận văn đại h c

GVHD: TS.Nguyễn Trí Tuấn

SVTH: Văn Thùy Dương

Phân cực kế và phân cực nghiệm cho phép chúng ta phát hiện sự phân cực của
ánh sáng huỳnh quang và đo đ phân cực của nó. B phận chủ yếu của những máy
này là những lăng kính phân cực. Các lăng kính phân cực giữ vai tr như kính phân

cực và kính phân tích. Việc đo đ phân cực có thể quan sát ằng mắt thường hoặc
dùng phương pháp quang điện.
1.5.Các phƣơng pháp quang phổ
1.5.1.Phép đo phổ hấp thụ
Khi có nguồn năng lượng từ n ngoài tới kích thích môi trường thì sẽ xảy ra
quá trình hấp thụ của môi trường đó. Nguồn năng lượng kích thích có nhiều dạng
khác nhau, ở đây ta xét nguồn năng lượng kích thích là ánh sáng.
Phổ hấp thụ quang h c có vai tr đặc iệt quan tr ng trong nghi n cứu các hạt
nano. Hiệu ứng giam giữ lượng tử được thể hiện m t cách rõ ràng qua sự d ch
chuyển về phía xanh da trời ( lue shift) của ờ hấp thụ theo sự giảm kích thước của
chấm lượng tử vì đ r ng vùng cấm, các li n kết hoá h c của tinh thể, các mức năng
lượng nằm trong vùng cấm của án dẫn. Ngoài ra phổ hấp thụ quang h c là cách
nhanh nhất để xác đ nh sự hình thành các chấm lượng tử vì đ r ng vùng cấm của
các chấm lượng tử lớn hơn nhiều so với vật liệu khối.
Mối li n hệ giữa cường đ tương đối của ánh sáng truyền qua (I) với cường đ
ánh sáng tới (I0) được iểu diễn qua công thức:
I  I 0 e kl 

I
 e kl
I0

trong đó, k là hệ số hấp thụ, l là đ dày của mẫu.
Nếu ỏ qua sự phản xạ, tán xạ, cường đ hấp thụ tương đối của môi trường
được tính như sau:
I ht  1 

I
hay I ht  1  e  kl
I0

Đây là công thức tính đường cong thực nghiệm diễn tả sự phụ thu c của hệ
số ức xạ theo ước sóng. Tại mỗi ước sóng, ta xác đ nh I và I0 sau đó tính Iht tại
ước sóng đó. Đường Iht xác đ nh phổ hấp thụ tương đối của môi trường.
1.5.2.Phép đo phổ huỳnh quang
Hiện tượng huỳnh quang có nguồn gốc từ các chuyển dời ức xạ giữa các mức
năng lượng của điện tử khi vật liệu kích thích. Trong trường hợp vật liệu kích
thích ằng ánh sáng ta có phổ quang huỳnh quang. Phổ quang huỳnh quang iểu
diễn sự phụ thu c của cường đ huỳnh quang vào ước sóng phát xạ dưới kích
thích ằng ánh sáng với ước sóng nhất đ nh nào đó.

15


Luận văn đại h c

GVHD: TS.Nguyễn Trí Tuấn

SVTH: Văn Thùy Dương

Nguy n tắc của phép đo phổ huỳnh quang là dùng nguồn sáng kích thích, với
năng lượng nhất đ nh phát ra từ đ n làm phổ kích thích phát xạ huỳnh quang của
mẫu. Tín hiệu phát xạ huỳnh quang đưa vào hệ đo để xử lý rồi phân tích thành ước
sóng của phổ và được vẽ ra tr n máy vi tính.
Mẫu

Máy đơn sắc

Máy đơn sắc

Đ n

Điều khiển

B xử lý

Nhân quang
điện

Máy tính

Hình 1.11.Sơ đồ khối của hệ đo phổ huỳnh quang [4]

1.5.3.Phép đo phổ kích thích huỳnh quang
Phổ kích thích thu được từ phép đo cường đ của ức xạ huỳnh quang tại m t
ước sóng cố đ nh, trong khi tần số hoặc ước sóng của nguồn kích thích được quét
với cường đ không đổi. Trong thực tế thì do cường đ của ánh sáng kích thích tại
mỗi tần số là khác nhau n n phổ kích thích thường được hiệu ch nh ằng cách chia
cường đ của ức xạ huỳnh quang IHQ() cho cường đ phổ của nguồn kích thích
IO(). Phổ kích thích thu được là sự phụ thu c của cường đ huỳnh quang vào tần số
hay ước sóng của ánh sáng kích thích:

I
Nguồn

( ) 
KT

I
I

HQ
0

( )

( )

Đơn sắc 1

Mẫu

Đầu thu
so sánh

Đơn sắc 2

Đầu thu 2

Hình 1.12. Sơ đồ nguyên lý của phép đo phổ kích thích [9]

16


Luận văn đại h c

GVHD: TS.Nguyễn Trí Tuấn

SVTH: Văn Thùy Dương

Máy đơn sắc thứ hai được đ nh v ở m t v trí cố đ nh, máy đơn sắc thứ nhất
quét trong dải tần số của ánh sáng kích thích cần khảo sát. Đầu thu 2 sẽ cho ta phổ
IHQ(), đầu thu so sánh sẽ cho ta phổ I0(). Cường đ của phổ kích thích vì vậy sẽ
phụ thu c vào xác suất chuyển hấp thụ từ trạng thái cơ ản l n trạng thái kích thích.
1.6.Các ứng dụng của huỳnh quang
1.6.1.Phát hiện những bức xạ không trông thấy
M t phần quan tr ng trong phân tích huỳnh quang là phát hiện và nghi n cứu
những ức xạ không trông thấy ằng mắt như tia hồng ngoại, tia tử ngoại, tia X, tia
…
a.Phát hiện các tia hồng ngoại
Khá nhiều tinh thể huỳnh quang có tính chất nhiệt huỳnh quang. Dưới tác
dụng của nhiệt đ các điện tử nằm ở những mức đ nh xứ sâu giải phóng khỏi đó để
l n vùng dẫn và tái hợp để phát ánh sáng huỳnh quang. Tia hồng ngoại cũng có tác
dụng như nhiệt đ n n tia hồng ngoại cũng có thể gây ra hiện tượng huỳnh quang.
Trong trường hợp này có thể xảy ra 2 khả năng. Khả năng thứ nhất là khả năng ức
xạ ánh sáng huỳnh quang khi điện tử được giải phóng để chuyển l n vùng dẫn rồi
trở về trạng thái cơ ản. Như vậy với loại tinh thể huỳnh quang này thì khi chiếu tia
hồng ngoại nó sẽ phát ánh sáng. Khả năng thứ hai là khả năng làm tắt ánh sáng
huỳnh quang khi các điện tử trở về trạng thái cơ ản mà không ức xạ. Như vậy ở
đây khi chiếu tia hồng ngoại tr n ề mặt của tinh thể huỳnh quang sẽ xuất hiện
những vùng tối. Rõ ràng là có thể lợi dụng cả hai khả năng này để phát hiện tia
hồng ngoại.
Ví dụ khi chiếu tia hồng ngoại tr n tinh thể huỳnh quang kiềm thổ kích hoạt
ằng các loại đất hiếm như Ce, Sm hay Eu thì tinh thể này sẽ phát huỳnh quang.
Với loại tinh thể huỳnh quang kiềm thổ có thể phát hiện những tia hồng ngoại có
ước sóng dài đến 1,7 m. Ngược lại khi chiếu tia hồng ngoại tr n tinh thể huỳnh
quang Sulfua kẽm kích hoạt ằng nguy n tố Cu và Co thì ánh sáng huỳnh quang
của tinh thể này sẽ dập tắt.
.Phát hiện các tia tử ngoại
Như đã iết tia tử ngoại có thể kích thích sự huỳnh quang của phần lớn các

chất huỳnh quang. Để phát hiện m t cách đ nh tính tia tử ngoại thường người ta
dùng thủy tinh uranin. Loại thủy tinh này dưới tác dụng của tia tử ngoại sẽ phát ánh
sáng màu xanh lá cây. Tuy nhi n cường đ huỳnh quang của loại thủy tinh này đối
với ước sóng nhỏ hơn 300 nm giảm đi rất nhiều vì sự hấp thụ của ngay chính thủy
tinh. Thủy tinh uranin không dùng để đo đ nh lượng tia tử ngoại vì hệ số hấp thụ
của thủy tinh không đều khi ước sóng thay đổi trong vùng phổ tử ngoại. Thuận
tiện hơn người ta dùng thạch anh nung chảy với Ce. Thạch anh chứa Ce huỳnh
quang màu xanh da trời khi kích thích ằng ánh sáng tử ngoại có ước sóng từ 380
17