TRƯỜNG ĐH KHOA HỌC TỰ NHIÊN MÔN: QUANG PHỔ RAMAN CAO HỌC KHÓA 19 Đề tài: ỨNG DỤNG QUANG PHỔ RAMAN TRONG CÔNG NGHIỆP VÀ MÔI TRƯỜNG GV hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Định HV thực hiện: Tô Lâm Viễn Khoa 1/22 MỤC LỤC I.MỞ ĐẦU:5 .3 II.SỬ DỤNG FT-RAMAN:5 1.Giới thiệu FT-Raman:$ 2.Phổ FT-Raman công nghiệp sơn:$ a Mục đích:# b Ứng dụng:# 3.Ứng dụng phổ FT-Raman công nghiệp thực phẩm:$ .7 a Mục đích:# b Ứng dụng:# 4.Ứng dụng phổ FT-Raman công nghiệp nhuộm:$ a Mục đích:# b Ứng dụng:# 5.Ứng dụng FT-Raman công nghiệp hóa dầu:$ 11 a Mục đích:# 11 b Ứng dụng:# .12 6.Ứng dụng FT-Raman khoa học hình sự:$ 13 a Mục đích:# 13 b Ứng dụng:# .13 III.CÁC ỨNG DỤNG KHÁC:5 15 1.Phổ Raman laser sử dụng nghiên cứu ăn mòn kim loại:$ .15 2.Ứng dụng phổ Raman nghiên cứu môi trường:$ 17 a Xác định ion kim loại nước:# 17 b Xác định có mặt ion nitric nước:# 19 3.Ứng dụng khác:$ 21 IV.TÀI LIỆU THAM KHẢO5 .22 2/22 I.MỞ ĐẦU: Việc nghiên cứu khảo sát hợp chất hóa học, chất liệu, phản ứng hóa học đóng vai trò quan trọng ngành công nghiệp Tuy nhiên, phương pháp nghiên cứu thường gặp nhiều hạn chế thời gian đầu Kể từ xuất phương pháp nghiên cứu quang phổ Raman, đặc biệt FT-Raman, hoạt động khảo sát thực dễ dàng xác Ngày nay, quang phổ Raman nói chung FT-Raman nói riêng có nhiều ứng dụng ngành công nghiệp, khoa học như: hóa dầu, nhuộm, môi trường Đề tài nghiên cứu “Ứng dụng quang phổ Raman công nghiệp” giới thiệu số ứng dụng điển hình quang phổ Raman kết hợp với số ví dụ để thấy tầm quan trọng quang phổ Raman không nghiên cứu mà kĩ thuật đời sống hàng ngày 3/22 II.SỬ DỤNG FT-RAMAN: 1.Giới thiệu FT-Raman: FT-Raman phương pháp khảo sát tương tự phương pháp Raman thông thường Tuy nhiên, điểm khác biệt FT-Raman thường nghiên cứu phổ có mức gần hồng ngoại Nhờ khác biệt mà FT-Raman có số ưu điểm so với phổ Raman thông thường Những khác biệt thể qua bảng Ưu điểm Hạn chế - Giảm ảnh hưởng hiệu ứng huỳnh quang - Độ phân giải cao - Không thể loại bỏ hết hiệu ứng huỳnh quang nền, đặc biệt vùng gần hồng ngoại - Tần số xác - Có Stokes anti-Stokes - Không thay phổ laser Raman lúc - Có thể đo phổ Raman phổ - Không thể nhận tạp chất mật độ thấp cách trừ phổ hồng ngoại thiết bị - Không thể nghiên cứu nhiệt độ cao 1500C Bảng 1: Ưu điểm hạn chế phương pháp FT-Raman 2.Phổ FT-Raman công nghiệp sơn: a.Mục đích: Nhựa lactic thành phần quan trọng việc phát triển hệ thống sơn ngậm nước Người ta thường sản xuất nhựa lactic phương pháp polyme hóa nhũ tương Ưu điểm phương pháp kiểm soát kích thước hình dạng cao phân tử polyme Tuy nhiên, việc nghiên cứu sử dụng phương pháp gặp khó khăn nhiều năm Nguyên nhân phổ hợp chất polyme hóa thường không rõ diện nước (ví dụ phổ vùng gần hồng ngoại) 4/22 Nhờ có phổ Raman, việc nghiên cứu trở nên dễ dàng loại bỏ ảnh hưởng nước đến chất lượng dải phổ Bằng cách sử dụng phổ FT-Raman, người ta theo dõi trình polyme hóa hợp chất cao phân tử b.Ứng dụng: Có thành tố tạo thành trình polymer hóa: đơn phân tử không tan nước, nước, chất mồi chất chuyển thể sữa Trong đơn phân tử thường dùng gồm loại: BA (butyl acrylate), MMA (methyl methacrylate), AMA (allyl methacrylate) Bằng cách quan sát phổ FT-Raman đơn phân tử theo thời gian, người ta hiểu rõ trình polymer hóa xảy nào, có thay đổi nào, trình chuyển từ thể lỏng sang rắn thay đổi nào, mật độ pha chất, thời gian phản ứng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Hình II.2.1: Phổ FT-Raman đơn phân tử: (a) BA, (b) MMA, (c) AMA Bảng nhỏ thể vùng phổ C=C Hình II.2.1 thể phổ FT-Raman đơn phân tử BA, MMA, AMA Cần ý đến vùng phổ C=C nằm mức 1650 1630 cm-1 Theo thời gian phản ứng polyme hóa nhũ tương xảy ra, số lượng nối đôi C=C giảm dần Hình II.2.2 thể thay đổi mật độ nối đôi phụ thuộc vào thời gian phản ứng Nhận xét thấy sau thời gian khoảng đến tiếng, mật độ nối đôi giảm từ 5% đến 20% 5/22 Hình II.2.2: Mật độ nối đôi C=C thay đổi theo thời gian Hình II.2.3: Mối liên hệ tỉ lệ nồng độ hai dải 1450 cm-1 3450 cm-1 với mật độ chất rắn xuất trình nhũ hóa Trong trình polyme hóa này, chất dạng thể rắn tạo Hình II.2.3 cho biết phụ thuộc tỉ số S/N vào tỉ lệ % chất rắn tạo thành Tỉ số S/N đo dải CH2 biến dạng (1450 cm-1) dải (3450 cm-1) Kết cho thấy tỉ lệ 1:1 mức 12% chất rắn, tăng lên 2:1 24% Một thí nghiệm khác cho thấy xét dải 2500 cm-1 đạt mức 10:1 7% chất rắn, tăng lên 70:1 35% Điều cho thấy phổ rõ tỉ lệ % chất rắn tạo tăng 6/22 3.Ứng dụng phổ FT-Raman công nghiệp thực phẩm: a.Mục đích: Trước đây, người ta có nhu cầu nghiên cứu thành phần thực phẩm phương pháp Raman Tuy nhiên, phương pháp gặp khó khăn gặp tượng phát xạ huỳnh quang Sau này, FT-Raman đời, khắc phục tượng việc nghiên cứu phát triển b.Ứng dụng: Một ứng dụng FT-Raman công nghiệp thực phẩm khảo sát số iod loại chất béo như: dầu, bơ, mỡ Chỉ số iod khối lượng iod thêm vào 100 g chất béo, đặc trưng cho mức độ chưa acid béo Trong công nghiệp thực phẩm, sản phẩm số iod cao sản phẩm tốt cho sức khỏe Có nhiều cách để xác định số iod Một cách số sử dụng phương pháp thừa trừ: cho dư lượng iod vào chất béo, xác định lượng iod thừa lại (bằng sô đa), trừ lại với lượng ban đầu cho lượng iod phản ứng Một cách khác cho kết chi tiết xác định lượng nối đôi dư lại acid béo để biết lượng iod thêm vào Có loại cấu hình nối đôi acid béo chưa no: cis trans (xem hình II 3.1) Trong phổ Raman, cis nằm mức 1660 cm-1, trans nằm mức 1670 - 1680 cm-1, cấu hình (CH2 - CH2) no nằm mức 1443 cm-1 Hình II.3.2 II.3.3 cho ta hình ảnh phổ số loại acid béo Trong có đỉnh thể có cis, trans cấu hình no Hình II.3.1: cấu hình cis/trans acid béo chưa no 7/22 Hình II.3.2: Phổ FT-Raman của: (a) dầu hướng dương; (b) dầu bắp; (c) dầu vừng; (d) dầu hạt; (e) dầu oliu Hình II.3.3: Phổ FT-Raman (a) đậu phộng; (b) mỡ bò; (c) bơ Chỉ số iod cao hay thấp xác định dựa vào tỉ lệ cis/trans so với tỉ lệ cấu hình no Hình II.3.4 cho thấy phụ thuộc số iod vào tỉ lệ I1658/I1443 8/22 Hình II.3.4: đồ thi so sánh số iod với tỉ lệ cường độ I1658/I1443 4.Ứng dụng phổ FT-Raman công nghiệp nhuộm: a.Mục đích: Để xác định phẩm chất thuốc nhuộm (phẩm màu), người ta thường sử dụng phổ Tuy nhiên, phổ Raman không cho kết tốt phẩm màu thường phát huỳnh quang bị kích thích vùng khả kiến Do vậy, người ta chuyển sang sử dụng phổ FT-Raman Ưu điểm phổ làm giảm ảnh hưởng huỳnh quang tác nhân khác Tuy nhiên, trình thu phổ, người ta thấy phổ FT-Raman thu lại phổ sợi nhuộm Do vậy, để thu xác phổ thuốc nhuộm, người ta phải trừ phổ thu với phổ sợi chưa nhuộm b.Ứng dụng: Ở đây, sử dụng phổ FT-Raman để khảo sát chất nhuộm sợi acrylic Sợi acrylic bao gồm acrylinitrile (94%) hợp chất cao phân tử methacrylate (6%) Hình II.4.1 cho thấy phổ FT-Raman sợi nhuộm màu xanh, đỏ sợi chưa nhuộm màu Có thể thấy phổ có dạng tương đồng nhiên số lượng vị trí đỉnh có khác 9/22 Hình II.4.1: Phổ FT-Raman sợi: (a) nhuộm xanh, (b) nhuộm đỏ, (c) chưa nhuộm Như nói trên, để có phổ chất nhuộm màu xanh người ta phải lấy phổ (a) nhuộm xanh trừ phổ (c) chưa nhuộm Kết thu phổ hình II 4.2 So sánh phổ với phổ FT-Raman cobalt ta thấy dạng phổ giống Từ cho phép ta kết luận, màu xanh chất nhuộm cobalt Đánh giá: - Phương pháp có ưu điểm so với phương pháp phổ hồng ngoại chỗ phổ hồng ngoại bị hấp thụ mạnh hợp chất polyme nên bị loại trừ máy tính - Tuy nhiên, việc lấy phổ phải diễn nhanh có số thuốc nhuộm (1 - 2%) cho dải phân biệt được, phần lại chịu ảnh hưởng 10/22