phần mở đầu và kết luận, các nội dung chính đƣợc trình bày trong bốn chƣơng nhƣ sau: CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẶT PHÂN CÁCH CHẤT LỎNG - KHÔNG KHÍ VÀ KỸ THUẬT QUANG PHỔ HỌC DAO ĐỘNG TẦN SỐ TỔNG Giới thiệu chung về bề mặt phân cách chất lỏng - không khí, màng đơn lớp Langmuir, tìm hiểu vật liệu và các phƣơng pháp chế tạo đơn lớp Langmuir trên bề mặt chất lỏng. Giới thiệu các phƣơng pháp nghiên cứu cấu trúc phân tử của đơn lớp Langmuir, so sánh và đƣa ra hạn chế của mỗi phƣơng pháp từ đó chỉ ra đặc tính ƣu việt của phƣơng pháp SFG-VS trong nghiên cứu các đặc tính cấu trúc tại bề mặt phân cách ở cấp độ phân tử. Phân tích, đánh giá các kết quả nghiên cứu đã có của các tác giả liên quan đến ảnh hƣởng của nồng độ các chất hòa tan lên mặt phân cách chất lỏng – không khí; nêu những vấn đề còn tồn tại; chỉ ra những vấn đề mà đề tài luận án cần tập trung nghiên cứu, giải quyết. CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM Tìm hiểu sơ đồ và nguyên lý hoạt động của hệ đo tần số tổng.
Nghiên cứu quy trình và các hóa chất, thiết bị cần thiết để chế tạo đơn lớp Langmuir. Xác định đƣờng cong đẳng nhiệt π - A bằng phƣơng pháp bản phẳng Wilhelmy đƣợc trình bày chi tiết. CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU SỰ CHUYỂN PHA CỦA ĐƠN LỚP AXÍT ARACHIDIC TRÊN BỀ MẶT NƢỚC Trình bày các kết quả và thảo luận về sự chuyển pha của đơn lớp Langmuir AA bằng phép đo đƣờng cong đẳng nhiệt π – A và SFG-VS. Các đặc trƣng cấu trúc phân tử của đơn lớp Langmuir trên bề mặt nƣớc đƣợc nghiên cứu thông qua sự thay đổi phân cực của tia SFG phản xạ, các chùm tia tới VIS và IR theo các cách kết hợp SSP; SPS; PPP.
15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 4. NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC CHẤT HÒA TAN LÊN CẤU TRÚC ĐƠN LỚP AXÍT ARACHIDIC TẠI MẶT PHÂN CÁCH CHẤT LỎNG - KHÔNG KHÍ Trình bày các kết quả và thảo luận về ảnh hƣởng của pH; các anion halogen; các cation kiềm Na+ và K+; các cation có số ôxi hóa bằng ba Fe3+ và La3+ lên cấu trúc mặt phân cách đơn lớp Langmuir AA tại mặt phân cách chất lỏng - không khí. 16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẶT PHÂN CÁCH CHẤT LỎNG – KHÔNG KHÍ VÀ KỸ THUẬT QUANG PHỔ HỌC DAO ĐỘNG TẦN SỐ TỔNG Chƣơng này giới thiệu chung về mặt phân cách chất lỏng - không khí, đơn lớp Langmuir, tìm hiểu vai trò của bề mặt phân cách chất lỏng - không khí, vật liệu và các phƣơng pháp tạo mẫu màng đơn lớp Langmuir trên bề mặt chất lỏng.
Giới thiệu các phƣơng pháp nghiên cứu cấu trúc phân tử của đơn lớp Langmuir, so sánh và đƣa ra hạn chế của mỗi phƣơng pháp từ đó chỉ ra tính ƣu việt của phƣơng pháp SFG-VS trong nghiên cứu các đặc tính cấu trúc tại bề mặt phân cách. Tổng quan về ảnh hƣởng của các chất hòa tan lên cấu trúc bề mặt phân cách cũng đƣợc trình bày. Mặt phân cách chất lỏng - không khí 1. Vai trò của mặt phân cách chất lỏng - không khí Các hiện tƣợng mặt phân cách chất lỏng - không khí có ý nghĩa quan trọng trong các quá trình hình thành, phân hủy, hòa tan, xúc tác và chuyển pha của chất mà chúng thƣờng xuất hiện trong đời sống sinh hoạt hàng ngày của chúng ta.
Ví dụ, mặt phân cách nƣớc - không khí trực tiếp tham gia vào các vấn đề môi trƣờng nhƣ mƣa axit, ô nhiễm nƣớc và mức độ nghiêm trọng của dông bão [65, 73, 78, 94]. Vì vậy, từ lâu đã xác định đƣợc rằng, mặt phân cách chất lỏng có tầm quan trọng nhƣ mặt phân cách chất rắn, nhƣng chúng không đƣợc nghiên cứu tốt ở cấp độ phân tử do thiếu các kỹ thuật đặc trƣng bề mặt. Không giống nhƣ chất rắn, chất lỏng có thể có thành phần và cấu trúc của cả bề mặt và khối dễ dàng thay đổi bằng các phƣơng thức khác nhau, ví dụ sự solvat của các phân tử chất tan trong dung dịch hay sự hấp phụ và tƣơng tác giữa các ion phân tử tại mặt phân cách chất lỏng - không khí [21, 75]. Do đó, các phân tử tại vùng mặt phân cách sẽ đƣợc định hƣớng khác so với các phân tử trong khối chất lỏng.
Bất kỳ phân tử nào ở vùng mặt phân cách chất lỏng đều nằm trong một trƣờng lực bất đối xứng. Khi khoảng cách ranh giới bề mặt tăng lên, ảnh hƣởng của trƣờng lực này giảm xuống và biến mất tại một chiều dài nhất định. Do đó trên thực tế không có ranh giới mặt phân cách rõ nét giữa các pha. Đối với mặt phân cách chất lỏng - không khí, vùng mặt phân cách là một lớp rất mỏng, 17 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com thƣờng nằm giữa một và năm lớp đơn phân tử tính từ lớp phân tử bề mặt trên cùng [21, 28].
Vì các hiện tƣợng bề mặt có vai trò quan trọng trong các quá trình biến đổi khí hậu nên các tƣơng tác hoá học biển - khí quyển xảy ra tại bề mặt nƣớc biển hoặc bề mặt các sol khí đang đƣợc quan tâm [17, 22, 23, 73, 78]. Biển là bộ máy điều hòa khí quyển một cách hiệu quả và giữ vai trò rất quan trọng trong việc duy trì chế độ khí hậu ôn hoà của hành tinh thông qua các tƣơng tác hoá học biển - khí quyển tại mặt phân cách nƣớc biển - không khí [40, 73, 78]. Các tƣơng tác này có ảnh hƣởng trực tiếp đến thành phần và liên kết hoá học của lớp nƣớc biển sát mặt, đặc biệt là hợp phần khí hoà tan nhƣ nitơ, ôxi, cacbonic,… Năm 2008, Von Glasow [97] đã chỉ ra rằng các ion halogen trong nƣớc biển là tác nhân trong các quá trình suy giảm tầng ôzôn. Nƣớc biển chứa muối halogen và đƣợc đƣa vào không khí dƣới dạng các giọt chất lỏng có đƣờng kính đa số nhỏ hơn 1 µm và đƣợc gọi là sol khí (aerosol).
Trong khí quyển, dƣới tác động của ánh sáng mặt trời, các ion halogen có trong sol khí tạo thành các nguyên tử halogen Cl, Br, I, F. Tiếp theo, các nguyên tử halogen phản ứng với ozon (O3) để hình thành ôxit halogen dẫn đến phá hủy tầng ôzôn. Mặt khác, các sol khí đóng vai trò quan trọng trong biến đổi khí hậu toàn cầu thông qua tác động của chúng lên quá trình ngƣng tụ đám mây cũng nhƣ sự cân bằng bức xạ và mức độ mƣa. Thành phần các chất hóa học và kích thƣớc của sol khí cũng quyết định mức độ nghiêm trọng của dông bão [73, 78, 94].
Ngoài ra, sol khí từ nƣớc biển có thể chứa hàng trăm loại chất hữu cơ, trong đó có axit béo và rƣợu chuỗi dài tạo thành màng trên bề mặt sol khí. Các phép đo môi trƣờng gần đây cho thấy sol khí có chứa các hợp chất hữu cơ từ 20% đến 70% theo khối lƣợng [22, 23, 54]. Điều này rất quan trọng vì sự có mặt của các màng hợp chất hữu cơ trên bề mặt có thể làm thay đổi khả năng hấp thụ và hút ẩm của sol khí [17, 59]. Tuy nhiên, ảnh hƣởng chi tiết của các anion halogen này lên cấu trúc mặt phân cách nƣớc - không khí vẫn chƣa đƣợc rõ ràng và còn nhiều tranh cãi [24, 45, 69].
18 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Đơn lớp Langmuir và ứng dụng 1. Định nghĩa đơn lớp Langmuir Đơn lớp Langmuir là lớp có độ dày một phân tử chất không hòa tan hình thành trên bề mặt phân cách chất lỏng - không khí. Các phân tử hữu cơ có cả tính kỵ nƣớc và ƣa nƣớc nhƣ lipit, axit béo và rƣợu chuỗi dài đều có thể hình thành đơn lớp Langmuir [55].
Các hợp chất thông thƣờng đƣợc sử dụng để tạo các đơn lớp Langmuir là các chất hoạt động bề mặt bao gồm một nhóm chức ƣa nƣớc và một đuôi kị nƣớc. Các chất hoạt động bề mặt bao gồm: chất béo, axit béo, rƣợu, protein, và nhiều phân tử sinh học khác. Do tính vừa kị nƣớc vừa ƣa nƣớc của các phân tử chất hoạt động bề mặt, mà các phân tử này có thể tự sắp xếp tạo thành đơn lớp Langmuir tại bề mặt nƣớc.1 dƣới đây mô phỏng hình ảnh của đơn lớp Langmuir tại mặt phân cách nƣớc - không khí, trong đó đầu ƣa nƣớc (thƣờng là các nhóm chức phân cực) bị nhúng chìm trong nƣớc, còn đuôi kị nƣớc (chuỗi hydrocacbon) hƣớng về phía không khí [55]. Chuỗi hydrocarbon - không phân cực Nhóm chức - phân cực (-OH, -COOH) Nƣớc Hình 1.
Đơn lớp Langmuir tại mặt phân cách nước – không khí [55]. Ứng dụng của đơn lớp Langmuir Đơn lớp Langmuir tại mặt phân cách nƣớc – không khí đƣợc nghiên cứu rộng rãi do chúng có cấu trúc phân tử rất giống cấu trúc màng tế bào sinh học. Đơn lớp này là một mô hình nghiên cứu hệ hai chiều thực nghiệm lý tƣởng và cho biết nhiều 19 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com tính chất độc đáo. Cấu trúc, tính chất cơ học và tính chất động lực học của đơn lớp phụ thuộc vào cấu trúc hóa học của phân tử cấu tạo đơn lớp [5, 96].
Ví dụ, các tính chất của màng tế bào phospholipid và chất dịch nội bào có thể thay đổi đáng kể bằng sự thay đổi nhóm chức ƣa nƣớc. Đây là vấn đề liên quan đến các quá trình sinh học quan trọng nhƣ tín hiệu tế bào và sự hợp nhất màng [51]. Ngoài ra, các điều kiện ngoài nhƣ nhiệt độ, độ pH của nƣớc và nồng độ ion hòa tan trong nƣớc bên dƣới đơn lớp cũng ảnh hƣởng đến cấu trúc và tính chất của đơn lớp Langmuir. Đặc biệt, ion trong dịch tế bào là rất cần thiết cho hầu nhƣ tất cả các quá trình của các sinh vật sống.
Ví dụ, trong màng tế bào của một tế bào thần kinh và tế bào cơ, bơm K+/Na+ kiểm soát hiệu điện thế giữa bên trong và bên ngoài màng tế bào để điều chỉnh chức năng tế bào quan trọng nhƣ co cơ và chức năng tế bào thần kinh [57, 65]. Gần đây, đơn lớp Langmuir trên bề mặt nƣớc có thể chuyển giao thành đơn lớp đế rắn và hình thành màng Langmuir – Blodgett (LB) [77]. Màng LB có các đặc tính nhƣ tính dẫn điện, từ tính và tính hoạt động quang nên nó có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực quang điện tử và sinh học.