Ảnh hưởng của hiệu ứng Plasmon bề mặt của các hạt nano vàng lên sự phát huỳnh quang của chất màu hữu cơ (Luận văn thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

HOÀNG THỊ LIÊN

ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆU ỨNG PLASMON BỀ MẶT
CỦA CÁC HẠT NANO VÀNG LÊN SỰ
PHÁT HUỲNH QUANG CỦA CHẤT MÀU HỮU CƠ

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ

THÁI NGUYÊN – 2019

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

HOÀNG THỊ LIÊN

ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆU ỨNG PLASMON BỀ MẶT
CỦA CÁC HẠT NANO VÀNG LÊN SỰ
PHÁT HUỲNH QUANG CỦA CHẤT MÀU HỮU CƠ
Chuyên ngành: Quang học
Mã số: 8440110

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Chu Việt Hà

THÁI NGUYÊN - 2019

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất tới cô giáo,
PGS. TS. Chu Việt Hà , người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và giúp đỡ em
trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này.
Em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy giáo, cô giáo giảng dạy chúng em trong suốt
quá trình học cao học tại trường Đại Học Khoa Học Thái Nguyên
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tất cả các thầy cô, tập thể nhóm nghiên cứu
phòng thí nghiệm Vật Lý chất rắn trường ĐH Sư Phạm – ĐH Thái Nguyên, các anh chị
học viên, các bạn sinh viên sinh viên Viện Vật Lý, đã tạo điều kiện và giúp đỡ em trong
việc thực hiện phép đo thực nghiệm .
Cuối cùng em xin cảm ơn toàn thể gia đình và bạn bè đã giúp đỡ và động viên
em trong suốt quá trình học tập.
Thái Nguyên, ngày 13 tháng 11 năm 2019
Học viên

Hoàng Thị Liên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................i
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................................iv
DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................................. v
DANH MỤC HÌNH ẢNH ..............................................................................................vi
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Lí do chọn đề tài .......................................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................................... 2
3. Phạm vi nghiên cứu ..................................................................................................... 3
4. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................. 3
5. Đối tượng nghiên cứu .................................................................................................. 3
6. Nội dung nghiên cứu ................................................................................................... 3
Chương 1: HIỆU ỨNG PLASMON BỀ MẶT CỦA CÁC HẠT NANO KIM LOẠI ... 4
1.1. Tính chất plasmon của các cấu trúc nano kim loại................................................... 4
1.1.1. Sự tạo thành các plasmon bề mặt ....................................................................... 5
1.1.2. Tần số plasmon và độ dài lan truyền của sóng plasmon .................................... 6
1.1.3. Lý thuyết Mie giải thích màu tán xạ của hạt nano kim loại dạng keo ............. 10
1.2. Tính chất quang của chất màu hữu cơ .................................................................... 15
1.2.1. Cấu trúc mức năng lượng và các dịch chuyển quang học của chất màu hữu cơ .. 15
1.2.2. Thời gian sống và hiệu suất lượng tử ............................................................... 17
1.2.3. Hiệu ứng truyền năng lượng cộng hưởng huỳnh quang (FRET) ..................... 19
1.2.4. Ảnh hưởng của hiệu ứng plasmon lên huỳnh quang của chất phát quang ............. 21
Chương 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP ............................................................... 26
2.1. Các phương pháp đo phổ ........................................................................................ 26
2.1.1. Phép đo phổ hấp thụ ......................................................................................... 26
2.1.2. Phép đo phổ huỳnh quang ................................................................................ 28
2.1.3. Phép đo thời gian sống phát quang .................................................................. 29
2.2. Mô hình thí nghiệm ................................................................................................ 31
2.3. Các hạt nano vàng dạng keo ................................................................................... 32

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




2.4. Các chất màu họ Rhodamine .................................................................................. 34
Chương 3: ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆU ỨNG PLASMON TỪ CÁC HẠT NANO
VÀNG LÊN SỰ PHÁT XẠ CỦA CÁC CHẤT MÀU HỮU CƠ ................................. 35
3.1. Ảnh hưởng của hiệu ứng plasmon của các hạt nano vàng lên tính chất phát xạ của
chất màu RhB ................................................................................................................ 35
3.1.1. Tính chất quang của dung dịch chất màu RhB – hạt nano vàng kích thước
20nm ........................................................................................................................... 35
3.1.2. Tính chất quang của dung dịch RhB - vàng với kích thước các hạt nano vàng
khác nhau ................................................................................................................... 38
3.2. Ảnh hưởng của hiệu ứng plasmon của các hạt nano vàng lên tính chất phát xạ của
chất màu Rh6G .............................................................................................................. 41
KẾT LUẬN ................................................................................................................... 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 47
PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 49

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết

Nghĩa tiếng anh

tắt

FRET

Fluorescence resonance energy
transfer

SPR

Metal-enhanced fluorescence

MEF

Localized surface plasmon resonance

Nghĩa tiếng việt

Truyền năng lượng Förster
Cộng hưởng Plasmon bề mặt
Tăng cường huỳnh quang trong
kim loại

SP

Surface plasmon

Plasmon bề mặt

SPP

Plasmon polariton

Plasmon bề mặt

RhB

Chất màu Rhodamine B

Rh6G

Chất màu Rhodamine 6G

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1. Các thông số của dung dịch chất màu chất phát quang ..................... 32
Bảng 2.2. Các thông số của dung dịch các hạt keo vàng sử dụng khảo sát tính chất
quang của các chất phát quang ............................................................................ 34
Bảng 3.1. Tốc độ và hiệu suất truyền năng lượng từ Rh6G tới hạt vàng .......... 45

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1. Các mức năng lượng của điện tử trong kim loại ........................................... 4
Hình 1.2. Sự tạo thành plasmon bề mặt trên các hạt nano kim loại ............................... 6
Hình 1.3. Sóng plasmon bề mặt tại mặt phân cách giữa một kim loại và vật liệu điện
môi có các điện tích kết hợp ........................................................................................... 6
Hình 1.4. Minh họa các hình chiếu vectơ sóng của một sóng tại mặt phân cách giữa hai
môi trường ...................................................................................................................... 8
Hình 1.5. Đường cong tán sắc của các plasmon bề mặt. Ở giá trị k thấp, đường cong tán
sắc của các plasmon trùng với đường tán sắc của photon .............................................. 8
Hình1.6. Tương tác cuả ánh sáng với các hạt nano hoặc các đám kim loại có thế được
mô tả đơn giản nếu λ >>2R: sự phân cực đồng nhất kích thích dao động lưỡng cực. Các
trường hợp khác kích thích các dao động đa cực ......................................................... 12
Hình 1.7. Phổ hấp thụ cộng hưởng Plasmon của các hạt nano vàng kích thước khác nhau
....................................................................................................................................... 14
Hình 1.8. Cấu trúc hóa học và màu phát xạ huỳnh quang của một số chất màu hữu cơ
điển hình ....................................................................................................................... 15
Hình 1.9. Giản đồ Jablonski mô tả các chuyển dời của điện tử trong phân tử chất màu .. 16
Hình 1.10. Phổ hấp thụ và huỳnh quang của chất màu Rhodamine 123 ..................... 17
Hình 1.11. Phổ hấp thụ và huỳnh quang của donor và acceptor ................................ 20
Hình 1.12. Minh họa hương song và vuông góc của một lưỡng cực dao động dặt gần
một bề mặt kim loại ...................................................................................................... 22
Hình 1.13. Minh họa sự truyền năng lượng cộng hưởng huỳnh quang giữa phát chất
huỳnh quang (donor) và hạt nano kim loại (acceptor) ................................................. 24
Hình 2.1. Sơ đồ hệ đo hấp thụ quang UV-Vis .............................................................. 27
Hình 2.2. Sơ đồ khối của phép đo quang huỳnh quang ................................................ 29
Hình 2.3. Cấu hình chi tiết của một máy phổ kế huỳnh quang Carry Eclipse.............. 29
Hình 2.4. Nguyên lý tổng quát của kỹ thuật đếm đơn photon tương quan thời gian . . 30
Hình 2.5. Cường độ huỳnh quang phân giải theo thời gian sử dụng TCSPC . ............ 30
Hình 2.6. Mẫu thí nghiệm khảo sát tính chất quang của dung dịch chất màu hữu cơ với
sự có mặt của các hạt nano vàng: .................................................................................. 31
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

Hình 2.7. Minh họa hạt nano vàng – citrate và ảnh TEM các hạt keo vàng kích thước
40 nm ............................................................................................................................. 33
Hình 2.8. Phổ hấp thụ cộng hưởng Plasmon của các hạt vàng kích thước lần lượt là 20,
40, 60, và 80 nm ............................................................................................................ 33
Hình 2.9. Phổ hấp thụ và huỳnh quang của chất màu RhB .......................................... 34
Hình 2.10. Phổ hấp thụ và huỳnh quang của chất màu Rh6G ...................................... 34
Hình 3.1. Phổ hấp thụ và huỳnh quang của chất màu RhB và phổ hấp thụ cộng hưởng
plasmon của các hạt Au kích thước 20nm ..................................................................... 35
Hình 3.2. Phổ hấp thụ của mẫu dung dịch RhB, có và không có sự xuất hiện............. 36
của hạt nano vàng .......................................................................................................... 36
Hình 3.3. Phổ huỳnh quang của dung dịch chất màu RhB có và không có hạt vàng kích
thước 20 nm( Hình (a): cường độ huỳnh quang tăng cùng với nồng độ hạt vàng; Hình
(b): huỳnh quang giảm theo nồng độ hạt vàng )............................................................ 38
Hình 3.4. Sự phụ thuộc vào cường độ huỳnh quang của dung dịch chất màu RhB – hạt
nano vàng kích thước 20 nm vào nồng độ hạt vàng có mặt trong dung dịch................ 38
Hình 3.5. Phổ huỳnh quang của dung dịch chất màu RhB có và không có hạt vàng kích
thước 40 nm( Hình (a): cường độ huỳnh quang tăng cùng với nồng độ hạt vàng;Hình
(b): huỳnh quang giảm theo nồng độ hạt vàng)............................................................. 39
Hình 3.6. Sự phụ thuộc vào cường độ huỳnh quang của dung dịch chất màu RhB – hạt
nano vàng kích thước 40 nm vào nồng độ hạt vàng có mặt trong dung dịch................ 40
Hình 3.7. Sơ đồ minh họa sự tăng cường hay dập tắt huỳnh quang của chất phát quang
khi có mặt hạt nano kim loại ........................................................................................ 41
Hình 3.8. Phổ huỳnh quang của dung dịch chất màu Rh6G có và không có hạt vàng kích
thước 20nm: ................................................................................................................... 42
Hình 3.9. Ảnh của một vector moment lưỡng cực phân tử trên bề mặt kim loại: ....... 43
Hình 3.10. Đường cong suy giảm huỳnh quang của Rh6G trong H2O khi có mặt của hạt

nano vàng dưới bước sóng phân tích 550 nm ở nhiệt độ phòng, được đo bởi hệ TCSPC
ở Viện Vật lý. ................................................................................................................ 44

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Vật liệu nano kim loại là một trong các loại vật liệu kích thước nhỏ được quan
tâm nghiên cứu trong nhiều năm trở lại đây bởi vì chúng có những tính chất quang lý
đặc biệt khác với vật liệu khối. Hiệu ứng đáng chú ý gây ra tính chất quang đối với các
cấu trúc nano kim loại là hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt. Hiệu ứng này làm cho
cấu trúc nano kim loại có các màu sắc tán xạ khác với vật liệu khối và khác nhau khi
chúng có hình dạng và kích thước khác nhau. Hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt
được hiểu là hiện tượng khi ánh sáng tới kích thích các plasmon bề mặt (là dao động tập
thể của điện tử tại biên phân cách giữa hai vật liệu kim loại-điện môi) trong trường hợp
tần số của ánh sáng tới trùng với tần số dao động riêng của các plasmon thì hiện tượng
cộng hưởng xảy ra [7], [8]. Hiện tượng này ảnh hưởng mạnh mẽ đến các tính chất quang
học của cấu trúc nano kim loại và là mối quan tâm lớn cho các ứng dụng trong thiết bị
quang tử. Hiệu ứng plasmon trong các cấu trúc nano kim loại cho thấy những triển vọng
lớn cho sự hiểu biết và khai thác các hiện tượng liên quan đến sự giam giữ ánh sáng ở
thang nano.
Các kỹ thuật và hiệu ứng quang học đã được ứng dụng từ rất lâu trong nghiên
cứu các thí nghiệm sinh học, điển hình là sự truyền năng lượng cộng hưởng huỳnh quang
(fluorescence resonance energy transfer - FRET) giữa hai chất phát quang đã được mô
tả bởi Th. Förster [22] từ khoảng 70 năm trước. Sự truyền năng lượng cộng hưởng huỳnh
quang giữa hai phân tử chất phát huỳnh quang với một chất là chất cho – donor và một
chất là chất nhận – acceptor là công cụ quan trọng trong nghiên cứu các đối tượng sinh

học và là một kỹ thuật cho sinh học phân tử. Do hiệu suất truyền năng lượng sự phụ
thuộc vào khoảng cách giữa các phân tử donor và acceptor nên kỹ thuật FRET được ứng
dụng trong các sensor và các phép phân tích sinh học để đo khoảng cách và phát hiện
các tương tác phân tử, thậm chí để đo khoảng cách giữa các vùng trong một protein hay
được sử dụng để phát hiện vị trí và các tương tác của gen và cấu trúc tế bào [23,16].
Sự truyền năng lượng cộng hưởng huỳnh quang còn được thực hiện giữa một
phần tử chất phát quang và một cấu trúc kim loại và gây ra sự dập tắt huỳnh quang của
chất phát quang. Sự truyền năng lượng này còn làm tăng cường huỳnh quang của chất
phát quang tùy vào cấu hình quang học. Do tính chất hấp thụ và tán xạ mạnh ánh sáng,
sự ảnh hưởng của các cấu trúc nano kim loại lên các chất phát quang – là chất đánh dấu
được nghiên cứu rộng rãi với mục đích làm tăng cường hoặc dập tắt huỳnh quang của
1


chất đánh dấu thích hợp cho các ứng dụng làm cảm biến sinh học. Các hạt nano vàng có
hiệu ứng cộng hưởng plasmon trong vùng ánh sáng nhìn thấy với hệ số dập tắt lớn,
cường độ tán xạ mạnh cùng với cường độ tín hiệu ổn định nên chúng là các nhân tố dập
tắt hiệu quả cho các thí nghiệm FRET [6]. Ngoài sự dập tắt huỳnh quang, tương tác giữa
các hạt nano vàng và chất phát quang còn dẫn đến sự tăng cường huỳnh quang của chất
phát quang khi chúng ở gần nhau.
Việc nghiên cứu sử dụng các cấu trúc nano kim loại để thực hiện sự tăng cường
huỳnh quang (metal-enhanced fluorescence - MEF) đang thu hút được rất nhiều sự chú
ý. Do cộng hưởng plasmon định xứ (localized surface plasmon resonance – SPR), vùng
điện trường trong vùng lân cận của các cấu trúc nano kim loại có thể được tăng cường
đáng kể để nâng cao tốc độ kích thích một phân tử phát quang lân cận [6]. Ngoài ra,
truyền năng lượng cộng hưởng plasmon Förster (FRET) giữa các phân tử chất phát
quang bị kích thích và các cấu trúc nano kim loại tạo điều kiện cho tăng cường huỳnh
quang và nâng cao hiệu suất lượng tử. Nhìn chung, sự tăng cường hay dập tắt huỳnh
quang của chất phát quang bởi các cấu trúc nano kim loại thông thường được điều khiển
bằng khoảng cách giữa chúng; nghĩa là kết quả tăng cường hay dập tắt huỳnh quang phụ

thuộc nhiều vào cấu hình quang học [6]. Do đó việc nghiên cứu ảnh hưởng của các cấu
trúc nano kim loại đối với một chất phát quang đặt gần nó là rất cần thiết nhằm tìm ra
các điều kiện và cơ chế tăng cường và dập tắt huỳnh quang đối với một chất phát quang
với sự có mặt của một cấu trúc nano kim loại; từ đó có thể điều khiển được huỳnh quang
của chất phát quang như mong muốn.
Với các lý do trên, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu cho luận văn thạc sĩ là: “Ảnh
hưởng của hiệu ứng plasmon bề mặt của các hạt nano vàng lên sự phát huỳnh quang
của chất màu hữu cơ”.
Do điều kiện thực nghiệm ở Việt Nam, chúng tôi tiến hành khảo sát tính chất
quang của một số dung dịch chất phát quang trên cơ sở là chất màu hữu cơ với sự có
mặt của các hạt nano vàng trong đó; nghiên cứu các điều kiện để có sự tăng cường và
dập tắt huỳnh quang và cơ chế truyền năng lượng tương ứng với các điều kiện đó.
2. Mục tiêu nghiên cứu
i. Tìm hiểu tính chất quang của các hạt nano kim loại nói chung và các hạt nano
vàng nói riêng - hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt, phụ thuộc vào kích thước của
các hạt nano.

2


ii. Nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng plasmon bề mặt của các hạt nano vàng
lên tính chất phát xạ của chất màu hữu cơ RhB và Rh6G bằng cách tìm hiểu mô hình lý
thuyết và nghiên cứu thực nghiệm.
3. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của đề tài được thực hiện trên việc nghiên cứu và khảo sát
các tính chất quang của các chất màu RhB và Rh6G trong hai trường hợp có và không
có mặt các hạt nano vàng để thấy được ảnh hưởng của hiệu ứng plasmon bề mặt do các
hạt nano vàng tác dụng lên các tính chất hấp thụ, huỳnh quang và thời gian sống huỳnh
quang của các chất màu hữu cơ.
4. Phương pháp nghiên cứu

- Thiết kế thí nghiệm với các hạt nano vàng và các chất màu hữu cơ để khảo sát
sự truyền năng lượng giữa các hạt nano vàng tới các phần tử chất màu, nhằm nghiên cứu
ảnh hưởng của hiệu ứng plamon bề mặt đến tính chất quang của chúng.
- Thực nghiệm đo mẫu thông qua các phép đo phổ quang học.
- Phân tích các dữ liệu thực nghiệm
5. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là các hạt nano vàng dạng cầu kích thước vài chục nano
mét và các chất màu hữu cơ RhB, Rh6G.
6. Nội dung nghiên cứu
i/ Nghiên cứu tính chất quang của các hạt nano vàng:
- Khảo sát tính chất hấp thụ plasmon của các hạt nano vàng dạng keo theo kích
thước hạt.
- Tính toán hệ số dập tắt của các hạt nano vàng theo kích thước hạt.
ii/ Nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng plamon bề mặt đến sự phát xạ huỳnh
quang của các chất màu hữu cơ:
- Tìm hiểu mô hình lý thuyết về ảnh hưởng của hiệu ứng plasmon bề mặt do các
hạt nano vàng gây ra tới tính chất phát xạ của một chất phát quang.
- Khảo sát tính chất quang của chất màu hữu cơ bao gồm các tính chất hấp thụ và
huỳnh quang.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt của các hạt
nano vàng lên tính chất quang của các chất màu hữu cơ nói trên.

3


Chương 1
HIỆU ỨNG PLASMON BỀ MẶT CỦA CÁC HẠT NANO KIM LOẠI
1.1. Tính chất plasmon của các cấu trúc nano kim loại
Các cấu trúc nano kim loại với kích thước từ 1 đến vài trăm nanomet, bao gồm
một số lượng lớn các nguyên tử hoặc phân tử liên kết với nhau. Các hạt nano kim loại

có thể chứa số lượng nguyên tử từ 3 đến 107. Các hạt này được nghiên cứu chế tạo có
thể được phân bố trong không gian tự do hoặc trong chất khí, lỏng, hoặc được nhúng
trong chất rắn, hoặc được bao phủ bởi vỏ hay được lắng đọng trên một vật liệu nền [5].
Hiệu ứng kích thước nội tại của các hạt nano kim loại liên quan đến các thay đổi cụ thể
trong các tính chất so với vật liệu khối và bề mặt của hạt. Thực nghiệm cho thấy kích
thước của các hạt nano kim loại ảnh hưởng lên các tính chất cấu trúc và điện tử, cụ thể
là thế ion hóa, năng lượng liên kết, phản ứng hóa học, cấu trúc tinh thể, nhiệt độ nóng
chảy, và các tính chất quang phụ thuộc vào kích thước và hình học của chúng. Hình 1.1
trình bày phổ năng lượng của kim loại khối so sánh với các hạt kim loại ở kích thước
nano. Đối với kim loại khối, cấu trúc vùng năng lượng là gần như liên tục; còn đối với
các hạt kích thước nano, do hiệu ứng kích thước lượng tử, các mức năng lượng của điện
tử bị gián đoạn (lượng tử hóa) và các hàm quang học cũng phụ thuộc vào kích thước [5].

Hình 1.1. Các mức năng lượng của điện tử trong kim loại [5]
Khi kích thước của vật liệu kim loại giảm xuống so sánh được với quãng đường
tự do của điện tử trong kim loại, các điện tử tự do của kim loại có thể dao động tập thể
với tần số cộng hưởng với tần số của ánh sáng chiếu tới bề mặt kim loại. Sự cộng hưởng
điện từ do các dao động tập thể của các điện tử dẫn (các điện tử tự do) của các cấu trúc
nano kim loại dưới sự kích thích của ánh sáng tới được gọi là plasmon. Hiện tượng này
4


ảnh hưởng mạnh đến các tính chất quang học của các cấu trúc nano kim loại và đang
được quan tâm nghiên cứu cho các thiết bị quang tử trong tương lai. Các plasmon trong
cấu trúc nano kim loại hiện nay được nghiên cứu bằng các kĩ thuật hiển vi từ trường gần
và xa [5]. Hiệu ứng plasmon trong các cấu trúc nano kim loại cho thấy triển vọng thú vị
để hiểu biết và khai thác các hiện tượng giam giữ ánh sáng ở thang nano. Độ nhạy bề
mặt cao và sự tăng của trường làm cho hiệu ứng này trở thành vấn đề quan tâm trong
những năm gần đây, không chỉ trong nghiên cứu cơ bản mà còn trong các ứng dụng như
làm bộ cảm biến hoặc lưu trữ dữ liệu, dẫn tới ứng dụng cho các dụng cụ quang nano và

micro [9].

1.1.1. Sự tạo thành các plasmon bề mặt
Thuật ngữ plasmon được hiểu là dao động tập thể của các điện tử tự do, còn
plasmon bề mặt là dao động của điện tử tự do ở trên bề mặt kim loại dưới tác dụng của
ánh sáng tới. Hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt được định nghĩa là sự kích thích
tập thể đồng thời của tất cả các điện tử dẫn thành một dao động đồng pha [9].
Giả sử xét một sóng điện từ (ánh sáng) chiếu tới một hạt nano kim loại dạng cầu,
điện trường các sóng ánh sáng tới tạo nên sự phân cực của các điện tử tự do trên bề mặt
đối với lõi ion nặng. Sự chênh lệch điện tích thực tế ở các biên của hạt nano cầu về phần
mình hoạt động như lực hồi phục. Bằng cách đó dao động lưỡng cực của điện tử với một
chu kì T nào đó được tạo nên (hình 1.2); đó chính là các plasmon.
Như vậy, thuật ngữ plasmon và plasmon bề mặt được sử dụng để mô tả các dao
động tập thể của một nhóm các điện tử trong kim loại. Plasmon có nghĩa rằng các điện
tử được tự do chuyển động trong kim loại theo cách tương tự như của các ion trong một
plasma khí. Plasmon bề mặt (SP) là các sóng điện từ lan truyền dọc theo biên phân cách
của hai vật liệu với các hàm điện môi trái dấu, ví dụ như một kim loại và một điện môi
[1]. Thuật ngữ plasmon polariton (SPP) cũng được sử dụng tương tự như plasmon bề
mặt. SPP là sự kết hợp của SP với photon ánh sáng tới, có thể lan truyền dọc theo bề
mặt kim loại cho đến khi năng lượng của nó mất hết do sự hấp thụ trong trong kim loại
hoặc sự bức xạ năng lượng trong không gian tự do. Do đó có thể hiểu SP là các mode
liên kết của trường điện từ của ánh sáng tới và các điện tử tự do trong kim loại [1].
Chúng có thể xem như ánh sáng hai chiều bị ràng buộc bởi một mặt phân cách kim loại

5


– điện môi và có thể bị giam giữ theo các kích thước nhỏ hơn nhiều so với bước sóng
ánh sáng trong không gian tự do.

Hình 1.2. Sự tạo thành plasmon bề mặt trên các hạt nano kim loại

1.1.2. Tần số plasmon và độ dài lan truyền của sóng plasmon
Xét mặt phân cách giữa hai môi trường có hàm điện môi trái dấu, ví dụ như kim
loại và không khí. Khi có ánh sáng kích thích chiếu tới mặt phân cách sẽ gây nên một
phân bố điện tích trên bề mặt kim loại. Dao động của phân bố điện tích này tạo thành một
sóng lan truyền dọc theo mặt phân cách kim loại - điện môi – gọi là sóng plasmon. Sóng
plasmon giữa hai mặt phân cách kim loại - điện môi được minh họa trên hình 1.3.
Vì sóng plasmon là sóng dao động hình thành trên biên phân cách giữa hai môi
trường có hàm điện môi trái dấu, cho nên lý thuyết điện từ học được áp dụng để giải bài
toán sóng điện từ trên biên phân cách giữa hai môi trường.

Hình 1.3. Sóng plasmon bề mặt tại mặt phân cách giữa một kim loại và vật liệu điện
môi có các điện tích kết hợp [9]
6


Xét mặt phân cách giữa hai môi trường có hàm điện môi là 1 và 2. Điện trường
của sóng điện từ lan truyền được biểu diễn bởi công thức:

E  E0 e xp i  k x x  k z z  ωt  

(1.1)

trong đó k là số sóng và  là tần số. Bằng việc giải phương trình Maxwell cho
sóng điện từ tại mặt phân cách giữa hai vật liệu với hằng số điện môi là 1 và 2 (hình
1.4), sử dụng các điều kiện biên liên tục của điện thế và vectơ điện dịch ta có [1]:

k z1 k z2


1
2

(1.2)

 
k  k  i  
 c  , i = 1, 2
2

2
x

và

2
zi

(1.3)

trong đó c là tốc độ ánh sáng trong chân không, kx là như nhau tại mặt phân cách
cho một sóng bề mặt. Từ hai phương trình (1.2) và (1.3) ta có mối quan hệ tán sắc cho
một sóng lan truyền trên bề mặt là:
1/ 2

   
kx   1 2 
c  1   2 

 k SP

(1.4)

Trong mô hình của khí điện tử tự do, bỏ qua sự suy giảm, hàm điện môi của kim
loại được cho bởi [9,1]:

ε  ω = 1 -

ω2p
ω2

(1.5)

trong đó P là tần số plasma của kim loại khối, có biểu thức trong đơn vị SI là:

ωp =

ne2
0 m*

(1.6)

với n là mật độ điện tích, e là điện tích của điện tử, m* là khối lượng hiệu dụng
của điện tử và 0 là hằng số điện môi trong chân không. Đường cong của hệ số tán sắc
được biểu diễn trên hình 1.5. Ở giá trị các vectơ sóng nhỏ, các SPP thể hiện giống như
các photon, nhưng khi k tăng, đường cong tán sắc bị uốn cong và đạt tới một giới hạn
tiệm cận tới tần số plasma p. Tần số plasma của kim loại khối được hiểu là tần số dao

7

động của tập thể các điện tử tự do trong kim loại khối (sóng này được gọi là sóng plasma
trong kim loại).
Tần số plasmon bề mặt được cho bởi:

SP  P / 1   2

Hình 1.4. Minh họa các hình chiếu
vectơ sóng của một sóng tại mặt
phân cách giữa hai môi trường [1]

(1.7)

Hình 1.5. Đường cong tán sắc của các plasmon bề
mặt. Ở giá trị k thấp, đường cong tán sắc của các
plasmon trùng với đường tán sắc của photon [1]

Trong trường hợp môi trường điện môi là không khí trên bề mặt kim loại, ta có:

SP  P / 2

(1.8)

Từ công thức 1.4 và hình 1.5 chúng ta thấy, với cùng một tần số, giá trị vectơ
sóng của plasmon kSP lớn hơn so với giá trị vectơ sóng của photon. Do sự chênh lệch
vectơ sóng này, sóng plasmon chỉ lan truyền trên biên phân cách giữa kim loại và điện
môi.
Xét mặt phân cách giữa kim loại (1) và điện môi (2) ta có 2 là thực và 2 > 0 và
ε1 < 0 (là điều kiện kim loại thỏa mãn). Sóng điện từ đi qua kim loại sẽ bị suy hao do
các mất mát ohmic và các tương tác giữa điện tử và lõi ion. Các hiệu ứng này cho thấy
có một thành phần ảo của hàm điện môi. Hàm điện môi của kim loại được biểu diễn như

sau [1]:

ε1  εr  iεi

(1.9)

trong đó r là phần thực và i là phần ảo.

8


Nói chung |r| >> |i|, biểu thức của số sóng tại mặt phân cách của các plasmon
được biểu diễn như sau [1]:

     1/ 2       3/ 2  
i

k x  kx  ikx    r 2    i   r 2 
2
 c  r  2    c  r  2  2r 

(1.10)

Biểu thức vectơ sóng cho ta ý nghĩa vật lý của sóng điện từ trong kim loại là biên
độ không gian của các plasmon và yêu cầu để có sự kết hợp vectơ sóng tại mặt phân
cách.
Đối với một sóng SPP lan truyền dọc theo một bề mặt kim loại, năng lượng của
nó sẽ bị mất do sự hấp thụ của kim loại hoặc bị bức xạ vào không gian tự do. Tại một
khoảng cách x, cường độ sóng plasmon giảm theo hệ số exp[-2kx"x]. Độ dài lan truyền
plasmon được định nghĩa là khoảng cách mà sóng plasmon có cường độ giảm đi e lần,

được cho bởi công thức [1]:

L

1
2k x

(1.11)

Tương tự như vậy, điện trường giảm một cách nhanh chóng theo chiều vuông
góc với bề mặt kim loại. Ở các tần số thấp, sự thâm nhập của SPP vào kim loại gần đúng
với công thức độ xuyên sâu của một trường vào kim loại. Trong môi trường điện môi,
trường sẽ giảm chậm hơn nhiều. Độ xuyên sâu của trường plasmon vào kim loại m và
điện môi d được biểu diễn theo các công thức [1]:
1/ 2

λ    
δm   r   
2π   r 

(1.12)

1/ 2

λ    
δd   r   
2π  2 

(1.13)

Độ xuyên sâu của trường plasmon vào kim loại và điện môi được biểu diễn trên
đồ thị ở bên phải hình 1.3.

9


1.1.3. Lý thuyết Mie giải thích màu tán xạ của hạt nano kim loại dạng keo
Các hạt nano kim loại dạng keo là các hạt nano kim loại có các phân tử trên bề
mặt hạt (các ligands) với các nhóm chức thích hợp giúp chúng phân tán được trong dung
dịch. Trái với bề mặt kim loại liên tục, các hạt nano kim loại keo biểu thị màu sắc mạnh
mẽ do sự kết hợp của hai quá trình hấp thụ và tán xạ. Trên bề mặt gương kim loại, các
điện tử có thể chuyển động trên các khoảng cách lớn. Trong các hạt keo kim loại, các
khoảng cách bị giới hạn bởi kích thước của hạt. Do plasmon bề mặt của các hạt keo
không lan truyền ra xa như trên màng kim loại các plasmon bề mặt của các hạt nano kim
loại còn được gọi là các plasmon định xứ [1].
Mie đã áp dụng lí thuyết tổng quan về tán xạ ánh sáng trên các hạt nhỏ giải thích
hiện tượng thay đổi màu sắc của các hạt keo vàng. Ông đã sử dụng các phương trình
Maxwell với điều kiện biên thích hợp trong hệ tọa độ cầu từ đó đưa ra kết quả chính xác
cho sự tương tác ánh sáng với các hạt nano kim loại hình cầu [1]. Lý thuyết Mie đã mô
tả hệ số dập tắt - extinction coefficient (bao gồm hấp thụ và tán xạ) của các hạt cầu có
kích thước tùy ý.
Giả thiết chính của lí thuyết Mie là các hạt và môi trường xung quanh nó là đồng
nhất và được mô tả bởi hàm điện môi quang học khối. Giả thiết rằng, các plasmon là
một dao động lưỡng cực, chúng ta đi khảo sát tần số plasmon của hạt nano kim loại phụ
thuộc vào hằng số điện môi, với sự tương tác của ánh sáng với một hạt cầu kim loại kích
thước nhỏ hơn nhiều so với bước sóng (2R << λ), trong đó R là bán kính của hạt nano
kim loại.
Giả sử có một hạt nano kim loại được đặt trong một môi trường liên tục, đồng
nhất có độ từ thẩm  và hàm điện môi là 2; hạt nano kim loại có hàm điện môi là
𝜀1 (𝜔) = 𝜀𝑟 (𝜔) + 𝑖𝜀𝑖 (𝜔). Tham số 𝜀2 được giả thiết là không phụ thuộc tần số, còn

1() là phức và là hàm của năng lượng. Ánh sáng với vectơ điện trường 𝐸⃗ và cường độ
⃗ , dao động với tần số  được chiếu tới hạt nano kim loại. Hệ phương trình
từ trường 𝐻
Maxwell của sóng ánh sáng tương tác với hạt kim loại cầu được viết như sau [1]:


H  0

(1.14)


E  0

(1.15)

10


  E = iωμH

(1.16)

  H = -iωε 2 E

(1.17)

Cấu hình của trường điện từ tới có thể được mô tả bởi phương trình Helmholtz:

2E + k 2E = 0

(1.18)

2 H + k2H = 0

(1.19)

Trong đó k là số sóng được xác định bởi:

ω2
k  ω εμ  2
c
2

2

(1.20)

Điện trường E và từ trường H được sử dụng cho các hàm biên độ tán xạ. Người
ta tính được các hệ số dập tắt và tán xạ như sau:
𝜎𝑒𝑥𝑡 =
𝜎𝑠𝑐𝑎 =

2
𝑥2
2
𝑥2

∑∞𝑗=1(2𝑗 + 1)[𝑅𝑒 (𝑎𝑗 + 𝑏𝑗 )]
2

2

∑∞𝑗=1(2𝑗 + 1) (|𝑎𝑗 | + |𝑏𝑗 | )

𝜎𝑎𝑏𝑠 = 𝜎𝑒𝑥𝑡 − 𝜎𝑠𝑐𝑎
Với x được cho bởi:

𝑥=

(1.21)
(1.22)
(1.23)

2𝜋𝑅𝑛𝑚

(1.24)

𝜔

trong đó R là bán kính hạt, nm là chiết suất của môi trường,  là tần số góc của
ánh sáng tới trong chân không, aj và bj là các hệ số tán xạ được biểu diễn theo hệ thức
Ricatti-Bessel [1, 7] như sau:
aj=

bj=

trong đó

mψ j  mx  ψj  x   ψ j  y  ψj  mx 
mψ j  mx  ξj  x   ξ j  x  ψj  mx 

(1.25)

ψ j  mx  ψj  x   mψ j  y  ψj  mx 
ψ j  mx  ξj  x   mξ j  x  ψj  mx 

(1.26)

ψj x

và

ξj x

là các hàm trụ Ricatti-Bessel và m = n/nm, với n là chiết

suất phức của hạt, nm là chiết suất thực của môi trường xung quanh. Dấu phẩy có nghĩa
là phép lấy vi phân đối với các đối số trong ngoặc đơn. Trong các biểu thức này, j là chỉ

11


số chỉ các sóng từng phần như được biểu diễn trên hình 1.6: j = 1 tương ứng với dao
động lưỡng cực, j = 2 tương ứng với dao động tứ cực…

Hình1.6. Tương tác cuả ánh sáng với các hạt nano hoặc các đám kim loại có thế được
mô tả đơn giản nếu λ >>2R: sự phân cực đồng nhất kích thích dao động lưỡng cực.
Các trường hợp khác kích thích các dao động đa cực [1]
Các ảnh hưởng của kích thước hạt lên bước sóng cộng hưởng plasmon có kết quả
từ hai cơ chế phụ thuộc vào thang kích thước. Trong giới hạn 2R << (với R là bán kính

hạt và  là bước sóng của ánh sáng trong môi trường) thì dao động của điện tử được
xem là plasmon dao động lưỡng cực và tiết diện dập tắt được viết dưới dạng đơn giản:
ω 3/2
c

σext = 9 ε2 V [ε

εi (ω)
2
2
r (ω)+2ε2 ] +[εi (ω)]

(1.27)

trong đó V = (4/3)R3 là thể tích hạt cầu. Điều kiện cộng hưởng được đáp ứng
khi r() = -22 nếu 2 là nhỏ và phụ thuộc chủ yếu vào  [1, 9]. Điều này có nghĩa khi
tiết diện dập tắt lớn nhất, ánh sáng truyền toàn bộ năng lượng của mình để kích thích
sóng plasmon trong hạt kim loại.
Phổ hấp thụ UV-vis của các hạt keo kim loại có thể được tính từ lý thuyết Mie. Độ
hấp thụ A của một dung dịch keo chứa N hạt trong một đơn vị thể tích được cho bởi:
A = (NabsL/ln10)

(1.28)

trong đó abs là tiết diện hấp thụ của kim loại và L là quang trình của ánh sáng.
Số hạt trong một đơn vị thể tích dễ dàng được xác định từ số mol của vàng.
Cũng từ lý thuyết Mie người ta có thể tính được tiết diện tán xạ sca như sau:
12

σsca =



k4 V2
27
|ε2 - 1|2 
2
2 
18π
 (εr + 2ε2 ) + εi 

(1.29)

Ngoài ra người ta còn sử dụng mối liên hệ giữa tiết diện tán xạ (tiết diện dập tắt,
tiết diện hấp thụ) với hiệu suất tán xạ Qsca hiệu suất dập tắt Qext, hiệu suất hấp thụ Qabs
trong plasmon định xứ của các hạt nano kim loại theo các biểu thức [1]:

Qsca =

 sca
σ
σ
, Qext = ext , Qabs = abs
S
S
S

(1.30)

Trong đó S là diện tích hạt cầu S = R2, R là bán kính hạt cầu. Các hiệu suất này
cho thấy khả năng một hạt tán xạ ánh sáng ra ngoài tiết diện vật lý của nó. Chúng trở
nên lớn hơn một đơn vị tại vị trí gần bề mặt hạt là do trường gần bề mặt của hạt có thể
lớn hơn giá trị trường trung bình của ánh sáng tới môi trường xung quanh hạt. Khi xét
sự tăng cường hay dập tắt huỳnh quang bởi kim loại chúng ta mong đợi số hạng hấp thụ
(abs) gây ra sự dập tắt và số hạng tán xạ (sca) gây ra sự tăng cường. Phương trình (1.29)
và (1.30) chỉ ra rằng abs tăng cùng với R3 trong khi đó sca tỷ lệ với R6. Do đó các hạt
keo kim loại có kích thước lớn hơn sẽ có tỷ lệ tiết diện tán xạ trên tiết diện dập tắt lớn
[1].
Các phương trình trên đã được sử dụng rộng rãi để giải thích phổ hấp thụ của các
hạt nano kim loại nhỏ cả về định tính cũng như định lượng. Tuy nhiên đối với các hạt
lớn (hơn 20 nm trong trường hợp đối với vàng) khi mà gần đúng lưỡng cực không còn,
cộng hưởng lưỡng cực phụ thuộc một cách rõ ràng vào kích thước hạt do x là hàm của
bán kính R [9, 1]. Các hạt càng lớn, các mode bậc cao hơn càng trở nên quan trọng hơn
do ánh sáng không thể phân cực các hạt nano một cách đồng nhất. Kết quả là các tác
dụng trễ của trường điện từ qua hạt có thể gây ra những sự dịch lớn và mở rộng cộng
hưởng Plasmon bề mặt. Các mode bậc cao có đỉnh ở năng lượng thấp hơn do đó dải
Plasmon dịch về đỏ với sự tăng kích thước hạt. Điều này được minh họa trên hình 1.7,
và kết quả là phù hợp với lý thuyết Mie: hạt nano kim loại có kích thước càng lớn thì
đỉnh hấp thụ plasmon càng dịch về phía sóng dài.

13


Hình 1.7. Phổ hấp thụ cộng hưởng Plasmon của các hạt nano vàng
kích thước khác nhau [10]
Hầu hết các lý thuyết đưa ra đều giả thiết rằng hằng số điện môi của hạt phụ thuộc
vào kích thước ε(ω, r) với các hạt có đường kính trung bình nhỏ hơn 20 nm. Kreibig và
Von Fragstein đề xuất tán xạ điện tử trên bề mặt tăng lên đối với các hạt nhỏ khi mà
quãng đường tự do trung bình của điện tử dẫn bị giới hạn bởi kích thước vật lý của hạt.

Quãng đường tự do trung bình của điện tử trong hạt vàng và bạc lần lượt là 40 và 50
nm. Nếu các điện tử va chạm đàn hồi với bề mặt hoàn toàn ngẫu nhiên, sự đồng pha dao
động ngẫu nhiên bị mất. Sự va chạm không đàn hồi với điện tử với bề mặt cũng làm
thay đổi pha [9].
Hạt càng nhỏ thì các điện tử chạm tới bề mặt của hạt càng nhanh. Điện tử sau đó
có thể tán xạ trên bề mặt và mất tính đồng pha nhanh hơn là trong hạt có kích thước lớn
hơn. Do đó, độ rộng phổ plasmon tăng khi bán kính của hạt giảm. Drude đã đưa ra công
thức diễn tả sự phụ thuộc của hằng số điện môi vào kích thước hạt D:

εD = 1 -

trong đó

ω2p
ω2 + iγω

ω2p = ne2 /ε0 meff

,
(1.31)

là tần số của Plasma khối, n là mật độ điện tử tự do, e

là điện tích, 0 là hằng số điện môi trong chân không và meff = m* là khối lượng điện tử
hiệu dụng,  là hàm của bán kính hạt R như sau:

γ(r) = γ 0 +

Aν F
,

r
14

(1.32)


trong đó 0 là hệ số tắt của vật liệu khối, A là một tham số phụ thuộc vào chi tiết
các quá trình tán xạ (tức là tán xạ đẳng hướng hoặc tán xạ khuyếch tán) và F là vận tốc
của điện tử có năng lượng bằng mức Fermi.
Mô hình này hiệu chỉnh sự phụ thuộc 1/r của độ rộng phổ plasmon như hàm của
kích thước cho các hạt nano được diễn tả bằng gần đúng lưỡng cực trong vùng kích
thước nội tại “intrinsic” (r < 20 nm). Thông số A được sử dụng như một thông số “làm
khớp các giá trị thực nghiệm”. Ưu điểm lớn nhất của lý thuyết này là đã đưa ra một mô
hình mô tả sự phụ thuộc của hằng số điện môi của hạt vào kích thước [13].
1.2. Tính chất quang của chất màu hữu cơ
Các chất phát quang là các chất màu hữu cơ từ lâu đã được sử dụng trong các thí
nghiệm hóa sinh và lý sinh, trong các nghiên cứu sinh học như theo dõi phân tử, hiện
ảnh tế bào, động học tế bào, máy đếm dòng tế bào, chẩn đoán, phân tích di truyền, nghiên
cứu trình tự ADN, ... bằng các phương pháp huỳnh quang do độ nhạy của bản thân các
kỹ thuật huỳnh quang và do thang đo thời gian thuận lợi của hiện tượng huỳnh quang.
Các chất màu dùng trong quang tử là các chất màu hữu cơ chứa các liên kết đôi liên hợp,
hấp thụ mạnh ánh sáng kích thích trong vùng tử ngoại và vùng nhìn thấy.

Hình 1.8. Cấu trúc hóa học và màu phát xạ huỳnh quang
của một số chất màu hữu cơ điển hình [27]

1.2.1. Cấu trúc mức năng lượng và các dịch chuyển quang học của chất màu
hữu cơ
Các phân tử chất màu có rất nhiều trạng thái là các tổ hợp phức tạp các trạng thái
điện tử, trạng thái dao động và trạng thái quay. Do vậy không thể xác định chính xác

các mức năng lượng của chất màu. Dựa vào mẫu điện tử của Bohr, Jablonski đã đưa ra
15


giản đồ các mức năng lượng đơn giản hóa phản ánh những đặc điểm quan trọng chủ yếu
của các chuyển dời lượng tử trong phân tử màu. Sự hấp thụ ánh sáng và sự phát huỳnh
quang của một phần tử chất màu được mô tả bởi giản đồ năng lượng Jablonski (hình
1.9) [12].

Hình 1.9. Giản đồ Jablonski mô tả các chuyển dời của điện tử trong phân tử chất màu [12]
Trong giản đồ hình 1.9, S0, S1, S2, ... là các trạng thái đơn điện tử (singlet) và các
trạng thái điện tử bội ba (triplet) là T1, T2, ... tương ứng với số lượng tử spin toàn phần
S = 0 và S = 1. S0 là trạng thái cơ bản. Khi điện tử ở trạng thái singlet nào đó, spin của
nó đối song với spin còn lại của phân tử. Ngược lại khi một điện tử nằm ở trạng thái
triplet, spin của nó song song với spin còn lại của phân tử. Mỗi một trạng thái điện tử
kích thích đơn (S1, S2, ...) tồn tại một trạng thái bội ba có năng lượng thấp hơn một chút.
Mỗi trạng thái điện tử bao gồm một tập hợp dày đặc nhiều mức dao động (đường nét
liền) và nhiều mức quay (không vẽ trong hình). Thông thường khoảng cách giữa các
mức dao động từ 1400  1700 cm-1 còn khoảng cách giữa các mức quay nhỏ hơn hai
bậc. Do va chạm liên kết nội phân tử và tương tác tĩnh điện với phân tử lân cận trong
dung môi mà vạch dao động được mở rộng. Các mức quay thì luôn mở rộng do va chạm
nên dịch chuyển điện tử ở nhiệt độ phòng sẽ cho các phổ băng rộng. Ở nhiệt độ phòng
khi chưa bị kích thích các phân tử chủ yếu nằm ở trạng thái dao động cơ bản S0 theo
phân bố Boltzmann. Khi phân tử hấp thụ photon ánh sáng tới, điện tử từ trạng thái nền
(trạng thái cơ bản, S0) nhảy lên trạng thái kích thích (S1, S2, S3, …). Ở mỗi mức năng
lượng, các phân tử chất màu có thể tồn tại trong một số các mức năng lượng dao động.
Từ trạng thái kích thích, điện tử trở về trạng thái cơ bản bằng các con đường khác nhau:
16