Bài giảng Quang học kỹ thuật và ứng dụng: Chương 1 - TS. Phạm Thị Hải Miền

QUANG HỌC KỸ THUẬT VÀ ỨNG DỤNG
TS. Phạm Thị Hải Miền
Bộ môn Vật lý Ứng dụng
Đại học Bách Khoa TP.HCM

CuuDuongThanCong.com

/>

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Từ Văn Mặc: Phân Tích Hoá Lý Phương Pháp Phổ
Nghiệm Nghiên Cứu Cấu Trúc Phân Tử, NXB KHKT,
2003.
[2] Vo Dinh Tuan: Biomedical Photonics Handbook, CRC
Press, 2003.

CuuDuongThanCong.com

/>
2


TỔNG QUAN VỀ MÔN HỌC
 Tổng quan bản chất bức xạ điện từ.
 Tương tác sóng điện từ với môi trường vật chất.
 Các kỹ thuật quang học (UV-VIS, hồng ngoại,
Raman, phân cực, vật liệu nano, sắc ký) và ứng
dụng.

CuuDuongThanCong.com

/>
3


THANG SÓNG ĐIỆN TỪ

CuuDuongThanCong.com

/>

BỨC XẠ ĐIỆN TỪ (SÓNG PHÂN CỰC PHẲNG)

CuuDuongThanCong.com

/>
5


CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CỦA BỨC XẠ ĐIỆN TỪ
 Bước

sóng λ - quãng đường mà sóng đi được sau mỗi dao
động đầy đủ (m).
 Chu kì T - thời gian ngắn nhất truyền một bước sóng qua một
điểm trong không gian (s).
 Tần số ν - số dao động trong một giây (Hz).
1 c
 
T 
 Số sóng  - nghịch đảo của bước sóng (cm-1).

1


hc
 Năng lượng photon: E  h 



• h = 6,626.10-34 J.s là hằng số Planck.
• Đơn vị đo của E: J, eV, kcal, cm-1.
CuuDuongThanCong.com

/>
6


TƯƠNG TÁC ÁNH SÁNG VỚI MÔ

CuuDuongThanCong.com

/>
7


ĐỘ XUYÊN SÂU CỦA ÁNH SÁNG ĐỐI VỚI DA

CuuDuongThanCong.com

/>
8

SỰ HẤP THỤ ÁNH SÁNG

Chuyển động phân tử

CuuDuongThanCong.com

/>
9


E0 – năng lượng phân tử ở trạng thái cơ bản
E1 – năng lượng phân tử ở trạng thái kích thích
ΔE – bước chuyển năng lượng của phân tử
CuuDuongThanCong.com

/>
10


 Năng lượng toàn phần của phân tử: Etf  Ee  Ev  E j
Trong đó: Etf - năng lượng toàn phần của phân tử
Ee - năng lượng của chuyển động điện tử
Ev – năng lượng chuyển động dao động
Ej – năng lượng chuyển động quay
(Ee > Ev > Ej)
0
0
0

0
E

E

E

E
 Ở trạng thái cơ bản: tf
e
v
j

*
*
*
*
 Ở trạng thái kích thích: Etf  Ee  Ev  E j

 Biến thiên (bước chuyển) năng lượng của phân tử:

Etf  Etf*  Etf0  ( Ee*  Ee0 )  ( Ev*  Ev0 )  ( E *j  E 0j )  Ee  Ev  E j
 Tần số bức xạ ứng với chuyển động điện tử, dao động, quay:

E j
Ee
Ev
ve 
, vv 
,vj 

h
h
h
CuuDuongThanCong.com

11
/>

Sơ đồ các mức năng lượng và bước chuyển năng lượng
điện tử, dao động, quay

CuuDuongThanCong.com

/>
12


ĐỊNH LUẬT LAMBERT - BEER

I
100%  T
I0

I0  I
100%  A
I0

I0  I A  I R  I

I0 - Cường độ ban đầu của nguồn sáng

IA - Cường độ ánh sáng bị hấp thu bởi dung dịch
I - Cường độ ánh sáng sau khi qua dung dịch
IR - Cường độ ánh sáng phản xạ bởi thành cuvet và dung dịch
T - độ truyền qua
A - độ hấp thụ
CuuDuongThanCong.com

/>
13


I0
Định luật Lambert – Beer : A  lg( )    Cl
I
Trong đó:

ε - là hệ số hấp thu phân tử (l/mol.cm)
C - nồng độ dung dịch (mol/l)
l - độ dày truyền ánh sáng (cm)
A - độ hấp thụ quang.

Phổ hấp thụ

A   1 C1l   2C2l  ...   nCnl
CuuDuongThanCong.com

/>

ĐIỀU KIỆN ĐỂ ÁP DỤNG ĐỊNH LUẬT

 Ánh sáng phải đơn sắc.
 Khoảng nồng độ phải thích hợp: khi nồng độ tăng thì
độ hấp thụ quang A tăng. Khi nồng độ tiếp tục tăng thì
độ hấp thụ quang A hầu như không tăng nữa..
 Dung dịch phải trong suốt.

 Chất thử phải bền trong dung dịch và bền dưới tác
dụng của ánh sáng UV-VIS.

CuuDuongThanCong.com

/>
15


BÀI TẬP 1

Độ hấp thụ quang A của dung dịch anilin 2.10-4M
trong nước đo ở bước sóng λ là 0,252. Chiều dài ánh

sáng đi qua cuvet là 1cm. Tính độ hấp thụ quang của
anilin 1,03. 10-4M khi đo ở cùng độ dài bước sóng
nhưng dùng cuvet 0,5cm.

CuuDuongThanCong.com

/>
16

BÀI GIẢI 1
Tóm tắt:
A1=0,252
C1=2.10-4M, C2=1,03.10-3M
l1=1cm, l2=0,5cm
A2=?
Ta có công thức:

A
A    Cl    
Cl

Vì cùng một chất tại cùng một bước sóng λ nên hệ số hấp thu
phân tử ε không thay đổi. Do đó ta có:
A1
A2
A1C2l2 0, 252.1, 03.103.0,5
1   2 

 A2 

 0, 649
4
C1l1 C2l2
C1l1
2.10 .1
CuuDuongThanCong.com

/>
17

BÀI TẬP 2
Cho dung dịch gồm 2 chất X và Y có cực đại hấp thụ tại 400
nm và 500 nm. Hệ số hấp thu mol ε của X và Y như sau:

εX (M-1. cm-1)
εY (M-1. cm-1)

400 nm
1. 104
1.103

500 nm
1.103
1. 104

Đo độ hấp thụ quang A của dung dịch tại hai bước sóng 400 nm
và 500 nm thu được lần lượt là 0,5 và 0,3. So sánh nồng độ chất
X và Y trong dung dịch.

18
CuuDuongThanCong.com

/>

Tóm tắt:



400
X

 1.10 M cm



500
X

 1.10 M cm



400
Y

 1.10 M cm



500
Y

 1.10 M cm

4

3

3

4

1

1

1

1

1

1

1

1

A400  0,5
A500  0,3
CX
?
CY
CuuDuongThanCong.com

/>
19

BÀI GIẢI 2
Theo định luật Lambert-Beer ta có:

Giải hệ phương trình trên ta được:

400
400

A


C
l


 400
X
X
Y CY l

500
500
A


C
l




X
X
Y CY l
 500


A400 X500  A500 X400
CY 
500 400
400 500
l
(





X
Y
X Y )

500
400
A


A

C  400 Y

500 Y
 X l ( X400 Y500   X500 Y400 )

Suy ra:

( A400 Y500  A500 Y400 )
C X ( A400 Y500  A500 Y400 )( X500 Y400   X400 Y500 )
 400 500

500 400
500
400
CY ( X  Y   X  Y )( A400 X  A500 X )
( A400 X500  A500 X400 )

CX
 1,88
CY
CuuDuongThanCong.com

20
/>