Luận án Nghiên cứu chế tạo, tính chất của vật liệu nano GdPO4:Tb³⁺ VÀ Gd₂O₃:Eu³⁺ định hướng ứng dụng trong y sinh

nước của các hạt nano mà còn có thể liên hợp với các phân tử sinh 
43 
học khác nhau. Để các nano phát quang có thể phân tán trong nước và tương thích 
sinh học, các nhóm chức như amino, carboxyl, thiol, hydroxyl hoặc maleimide phải 
được đưa vào bề mặt của vật liệu. Có nhiều phương pháp chức năng hóa bề mặt của 
vật liệu nano phát quang pha tạp Ln3+ đã được thực hiện [115, 117, 118]. Trong số 
các phương pháp chức năng hóa bề mặt, phương pháp dựa trên cơ chế của phản ứng 
cộng nucleophin (AN) của nhóm –NH2 (của vật liệu Ln3+@silica-NH2 và IgG) và 
andehit của Glutaraldehyde (GDA) tạo ra cấu trúc –N=CH– làm cầu nối giữa nano 
phát quang và đối tượng sinh học được trình bày ở hình 2.6. Nguyên tử N trong nhóm 
amin -NH2 của vật liệu nano Ln3+@silica-NH2 và IgG vẫn còn đôi điện tử chưa tham 
gia liên kết. Nhóm carbonyl của phân tử GDA có nguyên tử C mang phần điện tích 
dương nên xảy ra theo cơ chế AN được gọi là andol hóa. Sản phẩm tạo thành (phản 
ứng 1) có chứa nhóm -NH- không bền nên tiếp theo là quá trình (phản ứng 2) loại 
nước giữa nhóm -OH của nhóm carbonyl và H của nhóm -NH tạo ra liên kết đôi C=N 
(croton hóa). Ký hiệu Ln-VLNPQ là vật liệu nano phát quang chứa đất hiếm, X là 
IgG. 
Hình 2. 6. Cơ chế của phản ứng cộng nucleophin (AN) 
2.1.3.3. Bọc vỏ vật liệu thanh nano GdPO4:Tb3+ bằng silica 
Quá trình bọc vỏ thanh nano bằng silica được tiến hành như sau: 
Cho 20ml ethanol (Merck) vào mỗi ống ly tâm 50ml chứa 0,1g GdPO4:Tb3+, 
dùng máy Voltex phân tán đều các thanh nano GdPO4:Tb3+. Sau đó cho 50ml ethanol 
(1)
(2) 
44 
vào bình cầu 250ml, thêm 30µl TEOS khuấy đều, thêm 60µl nước khử ion và 60 µl 
CH3COOH, khuấy 2h. Nhỏ giọt hỗn hợp 0,1g GdPO4: Tb3+ đã phân tán trong 20 ml 
ethanol ở trên vào cốc phản ứng bằng pipet nhựa, khuấy từ trong 24h. Cuối cùng đem 
hỗn hợp dung dịch thu được đi rửa và ly tâm mẫu bằng nước khử ion và ethanol. Sản 
phẩm thu được là thanh nano GdPO4:Tb3+@silica. 
2.1.3.4 Chức năng hóa thanh nano GdPO4: Tb3+@silica bằng nhóm NH2 
Quá trình chức năng hóa thanh hóa thanh nano GdPO4: Tb3+@silica gắn NH2 
được tiến hành như sau: 
Cho 50ml ethanol vào cốc thủy tinh dung tích 250ml, thêm 20µl APTES (3-
Aminopropyltriethoxysi-lane) và 40 µl CH3COOH, khuấy 1h45 phút, nhỏ giọt hỗn 
hợp (0,10g GdPO4: Tb3+ phân tán trong 20ml ethanol) vào, khuấy 90 phút. Chia dung 
dịch vào ống ly tâm 50ml, ly tâm và rửa sạch mẫu bằng ethanol 2 lần và nước khử 
ion 2 lần. Sản phẩm thu được là thanh nano GdPO4:Tb3+@silica -NH2, phân tán sản 
phẩm trong 20ml nước khử ion (DI) cho các thí nghiệm tiếp theo. Quy trình thí 
nghiệm chức năng hóa bề mặt thanh nano GdPO4:Tb3+ với nhóm NH2 được tóm tắt 
trong sơ đồ hình 2.7. 
Hình 2. 7. Sơ đồ thí nghiệm chức năng hóa bề mặt thanh nano GdPO4:Tb3+ 
2.1.3.5. Chế tạo phức hợp nano của GdPO4:Tb3+@silica-NH2 với kháng thể 
kháng nọc rắn (IgG). 
Phức hợp giữa GdPO4:Tb3+@silica-NH2 với kháng thể IgG sử dụng 
45 
glutaraldehyde (GDA) để tạo liên kết đôi giữa hai nhóm amine. Glutaraldehyde ở đây 
đóng vai trò như một cầu nối với hai nhóm aldehyde tương đồng nhau về mặt chức 
năng ở hai đầu (homobifunctional crosslinker). 
Cụ thể các bước tiến hành thí nghiệm phát phiện kháng nguyên nọc rắn như sau: 
Bước 1: Rửa 3 lần vật liệu phát quang GdPO4: Tb3+@Silica-NH2 bằng dung dịch 
0.1mM sodium photphat (PBS), pH = 7. 
Bước 2: Sản phẩm cuối cùng ở bước 1 được phân tán trong 10ml GDA 0.5 % để tạo 
hỗn dịch đồng nhất, giữ ở nhiệt độ phòng trong 1 giờ. 
Bước 3: Loại bỏ GDA dư bằng cách rửa 3 lần với PBS 0,1 mM. Sản phẩm sau khi ly 
tâm được phân tán trong 5ml dung dịch PBS 25mM, pH = 7. 
Bước 4: Lấy 10µl kháng thể IgG phân tán trong 100µl dung dịch thu được ở bước 3 
theo tỷ lệ 1:10, giữ ở nhiệt độ phòng từ 2 - 4h. 
Bước 5: Khoá các các cầu nối GDA dư bằng cách cho thêm ethanolamine 1,5 M trong 
PBS phản ứng với 10% thể tích dung dịch GdPO4:Tb3+@silica-NH2-IgG (lúc này 
cũng đang trong PBS) để 2 giờ ở nhiệt độ phòng. 
Bước 6: Loại bỏ ethanolamine dư bằng cách rửa và ly tâm 3 lần với PBS 0.1 mM, 
pH = 7. 
Bước 7: Phân tán sản phẩm trong 5ml dung dịch PBS 25mM, pH = 7 và lưu giữ ở 
40C để sử dụng cho các quá trình thí nghiệm tiếp theo. 
Các bước chế tạo phức hợp nano GdPO4:Tb3+@silica – NH2 với kháng thể đặc 
hiệu IgG được mô tả ngắn gọn trong hình 2.8. 
Hình 2. 8. Sơ đồ chế tạo phức hợp nano bằng cách gắn kết 
GdPO4:Tb3+@silica-NH2 với kháng thể kháng nọc rắn 
46 
2.1.3.6.Bọc vỏ vật liệu Gd2O3:Eu3+ bằng silica 
Quá trình bọc vỏ vật liệu Gd2O3:Eu3+ bằng silica được tiến hành như sau: 
Bước 1: Lấy 0,1g sản phẩm Gd2O3:Eu3+ đã tổng hợp trong phần trước phân 
tán trong dung dịch gồm 150ml ethanol và 100ml nước khử ion trong bình cầu 500ml. 
 Bước 2: Nhỏ giọt hỗn hợp gồm 150 microlit TEOS phân tán trong 10ml 
Ethanol vào bình phản ứng ở trên, khuấy 1 giờ. Sau đó, thêm 1ml NH4OH đặc (25%) 
để xúc tác quá trình thủy phân- ngưng tụ. Khuấy hỗn hợp phản ứng trong 24 tiếng ở 
nhiệt độ phòng. 
Bước 3: Sản phẩm thu được đem ly tâm với tốc độ 5000 vòng/phút, lấy kết 
tủa rửa 2 lần bằng nước khử ion và 2 lần bằng Ethanol. 
Bước 4: Sản phẩm thu được được phân tán trong 20ml ethanol và được bảo 
quản ở nhiệt độ phòng cho quá trình gắn kết với nhóm -NH2 ở các bước tiếp theo. 
Sản phẩm thu được của quá trình này là Gd2O3:Eu3+@silica. 
2.1.3.7. Chức năng hóa vật liệu Gd2O3:Eu3+@silica bằng nhóm NH2 
Sau khi bọc vỏ vật liệu bằng silica, quá trình chức năng hóa bằng nhóm NH2 
được tiếp tục thực hiện như sau: 
Sơ đồ bọc vỏ quả cầu nano Gd2O3:Eu3+ bằng silica và gắn nhóm NH2 được thể 
hiện trong hình 2.9. 
Hình 2. 9. Sơ đồ bọc Gd2O3:Eu3+ bằng silica và gắn nhóm NH2 
47 
Cho 50ml ethanol vào bình cầu dung tích 250ml, thêm 20µl APTES (3-
Aminopropyltriethoxysi-lane) và 40 µl CH3COOH, khuấy 2 giờ, nhỏ giọt hỗn hợp 
(0,1g Gd2O3: Eu3+ phân tán trong 20ml ethanol) vào, khuấy 90 phút. Chia dung dịch 
vào các ống ly tâm 50ml, ly tâm và rửa sạch mẫu bằng ethanol 2 lần và nước khử ion 
2 lần 
2.1.3.8. Chế tạo phức hợp giữa Gd2O3:Eu3+@silica-NH2 với kháng thể kháng 
CEA (IgG) 
Tương tự như chế tạo phức hợp của thanh nano GdPO4:Tb3+ với kháng thể 
IgG. Để tạo phức hợp giữa Gd2O3:Eu3+@silica-NH2 với kháng thể IgG cũng dùng 
GDA để làm cầu nối. Quá trình kết hợp vật liệu nano phát quang Gd2O3:Eu3+@silica-
NH2 với kháng thể kháng CEA đặc hiệu IgG qua cầu nối GDA được thực hiện như 
sau: 
Bước 1: Rửa 3 lần vật liệu nano phát quang Gd2O3:Eu3+@silica-NH2 bằng dung dịch 
sodium photphat 0.1mM (PBS), pH = 7. 
Bước 2: Sản phẩm cuối cùng ở bước 1 được phân tán trong 10ml GDA 0.5% để tạo 
hỗn dịch đồng nhất, giữ ở nhiệt độ phòng trong 1 giờ. 
Bước 3: Loại bỏ GDA dư bằng cách rửa 3 lần với PBS 0,1 mM. Sản phẩm sau khi ly 
tâm được phân tán trong 5ml dung dịch PBS 25mM, pH = 7. 
Bước 4: Lấy 10µl kháng thể IgG phân tán trong 100µl dung dịch thu được ở bước 3 
theo tỷ lệ 1:10, giữ ở nhiệt độ phòng từ 2 - 4h. 
Bước 5: Khoá các các cầu nối GDA dư bằng cách cho thêm ethanolamine 1,5M trong 
PBS phản ứng với 10% thể tích dung dịch Gd2O3:Eu3+@silica-NH2-IgG (lúc này cũng 
đang trong PBS) để 2 giờ ở nhiệt độ phòng. 
Bước 6: Loại bỏ ethanolamine dư bằng cách rửa, ly tâm 3 lần với PBS 0.1 mM, pH 
= 7. 
Bước 7: Phân tán sản phẩm trong 5ml dung dịch PBS 25mM, pH = 7 và lưu giữ ở 
40C để sử dụng cho các quá trình thí nghiệm tiếp theo. 
Các bước chế tạo phức hợp nano Gd2O3:Eu3+@silica-NH2 với kháng thể đặc 
hiệu IgG được mô tả ngắn gọn trong hình 2.10. 
48 
Hình 2. 10. Sơ đồ chế tạo phức hợp nano bằng cách gắn kết 
Gd2O3:Eu3+@silica-NH2 với kháng thể kháng CEA 
Sau khi chức năng hóa vật liệu với nhóm NH2, quá trình gắn kết với phần tử 
sinh học (IgG) được tiến hành để tạo thành phức hợp nano của Gd2O3:Eu3+. Phức hợp 
này được sử dụng để gắn kết với kháng nguyên bề mặt của tế bào ung thư thông qua 
phản ứng miễn dịch đặc hiệu giữa kháng nguyên và kháng thể. Từ đó có thể nhận 
diện được tế bào ung thư. Hình ảnh tế bào ung thư thu được nhận biết thông qua ảnh 
phát quang của vật liệu nano dưới ánh sáng kích thích của kính hiển vi huỳnh quang. 
Sơ đồ ứng dụng vật liệu nano phát quang ứng dụng nhận dạng tế bào ung thư được 
biểu diễn ở hình 2.11. 
Hình 2. 11. Sơ đồ ứng dụng vật liệu nano phát quang nhận dạng 
kháng nguyên tế bào ung thư 
49 
2.2. Các phương pháp phân tích vật liệu 
Các phép đo nghiên cứu cấu trúc, các tính chất quang, từ của các mẫu chế tạo 
đã được tiến hành trên các thiết bị có độ tin cậy cao. Nghiên cứu ảnh vi hình thái bằng 
kính hiển vi điện tử quét SEM và kính hiển vi điện tử truyền qua TEM, phân tích 
thành phần bằng phổ tán sắc năng lượng tia X, nghiên cứu cấu trúc vật liệu bằng 
phương pháp nhiễu xạ tia X. Nghiên cứu tính chất huỳnh quang và cơ chế phát quang 
của vật liệu nano chế tạo được bằng kĩ thuật huỳnh quang. Xác định và nghiên cứu 
các hợp chất hóa học của vật liệu bằng phổ hồng ngoại (IR). Phép đo đường cong từ 
hóa đối với các vật liệu được thực hiện trên hệ từ kế mẫu rung VSM. Thực nghiệm 
đốt nóng cảm ứng từ để xác định tính chất từ của vật liệu ứng dụng trong nhiệt trị. 
Thử nghiệm phức hợp nano trong việc phát hiện kháng nguyên nọc rắn hổ mang Naja 
atra và kháng nguyên CEA ung thư đại trực tràng được quan sát dưới kính hiển vi 
huỳnh quang Carl Zeiss Primo Star. 
2.2.1. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 
Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope), là một loại kính 
hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao của bề mặt mẫu vật bằng cách 
sử dụng một chùm điện tử (chùm các electron) hẹp quét trên bề mặt mẫu. Việc tạo 
ảnh của mẫu vật được thực hiện thông qua việc ghi nhận và phân tích các bức xạ phát 
ra từ tương tác của chùm điện tử với bề mặt mẫu vật. 
Nguyên lý: 
Điện tử được phát ra, tăng tốc và hội tụ thành một chùm điện tử hẹp (cỡ vài 
trăm Angstrong đến vài nanomet) nhờ hệ thống thấu kính từ, sau đó quét trên bề mặt 
mẫu nhờ các cuộn quét tĩnh điện. Độ phân giải của SEM được xác định từ kích thước 
chùm điện tử hội tụ. Ngoài ra, độ phân giải của SEM còn phụ thuộc vào tương tác 
giữa vật liệu tại bề mặt mẫu vật và điện tử. Khi điện tử tương tác với bề mặt mẫu vật, 
sẽ có các bức xạ phát ra, sự tạo ảnh trong SEM và các phép phân tích được thực hiện 
thông qua việc phân tích các bức xạ này. Các bức xạ chủ yếu gồm: 
- Điện tử thứ cấp (Secondary electrons): Đây là chế độ ghi ảnh thông dụng 
nhất của kính hiển vi điện tử quét, chùm điện tử thứ cấp có năng lượng thấp (thường 
nhỏ hơn 50 eV) được ghi nhận bằng ống nhân quang nhấp nháy. Vì chúng có năng 
50 
lượng thấp nên chủ yếu là các điện tử phát ra từ bề mặt mẫu với độ sâu chỉ vài 
nanomet, do vậy chúng tạo ra ảnh hai chiều của bề mặt mẫu. 
- Điện tử tán xạ ngược (Backscattered electrons): Điện tử tán xạ ngược là chùm 
điện tử ban đầu khi tương tác với bề mặt mẫu bị bật ngược trở lại, do đó chúng thường 
có năng lượng cao. Sự tán xạ này phụ thuộc rất nhiều vào thành phần hóa học ở bề 
mặt mẫu, do đó ảnh điện tử tán xạ ngược rất hữu ích cho phân tích về độ tương phản 
thành phần hóa học. Ngoài ra, điện tử tán xạ ngược có thể dùng để ghi nhận ảnh nhiễu 
xạ điện tử tán xạ ngược, giúp cho việc phân tích cấu trúc tinh thể (chế độ phân cực 
điện tử). Ngoài ra, điện tử tán xạ ngược phụ thuộc vào các liên kết điện tại bề mặt 
mẫu nên có thể đem lại thông tin về các đômen sắt điện. Sơ đồ cấu tạo máy SEM 
được thể hiện hình 2.12. 
Hình 2. 12. Sơ đồ cấu tạo máy SEM 
Các phép đo và phân tích FESEM trong luận án được thực hiện trên thiết bị 
kính hiển vi điện tử quét HITACHI S-4800 đặt tại phòng phân tích cấu trúc thuộc 
Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Độ phóng 
đại cao nhất có thể đạt đến 800.000 lần, độ phân giải có thể đạt đến 2 nm ở hiệu điện 
thế 1 kV (hình 2.13). 
51 
Hình 2. 13. Hệ đo hiển vi điện tử quét tại Khoa học vật liệu (Hitachi S - 4800) 
Phân tích thành phần bằng phổ tán sắc năng lượng tia X 
Phổ tán sắc năng lượng EDX hoặc EDS là kỹ thuật phân tích thành phần hóa 
học của vật rắn dựa vào việc ghi lại phổ tia X phát ra từ vật rắn do tương tác với các 
bức xạ (mà chủ yếu là chùm điện tử có năng lượng cao trong các kính hiển vi điện 
tử). Nguyên lý phép phân tích EDX: khi chùm điện tử có mức năng lượng cao được 
chiếu vào vật rắn, nó sẽ tương tác với các lớp điện tử bên trong của nguyên tử vật rắn, 
phổ tia X đặc trưng với nguyên tử của mỗi chất có mặt trong chất rắn sẽ được ghi 
nhận cho ta các thông tin về các nguyên tố hóa học có mặt trong mẫu cũng như tỉ 
phần các nguyên tố này. 
2.2.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 
Kính hiển vi điện tử truyền qua (transmission electron microscopy) là một thiết 
bị nghiên cứu vi cấu trúc vật rắn, sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao chiếu 
xuyên qua mẫu vật rắn mỏng và sử dụng các thấu kính từ để tạo ảnh với độ phóng đại 
lớn (có thể tới hàng triệu lần). Ảnh có thể tạo ra trên màn huỳnh quang, hay trên film 
quang học, hay ghi nhận bằng các máy chụp kỹ thuật số. Sơ đồ cấu tạo máy TEM 
được thể hiện trong hình 2.14. 
52 
Hình 2. 14. Sơ đồ cấu tạo máy TEM 
Một số kết quả nghiên cứu của chúng tôi sử dụng kính hiển vi điện tử truyền 
qua JEM 2100 HSX: Jeol, Nhật Bản có thế phát: 200 kV; sợi đốt: LaB6; độ phân giải 
giữa hai điểm: 0,23 nm; độ phân giải giữa hai đường: 0,14 nm; độ phân giải cao 
khoảng 1 nm. Thiết bị này đặt phòng Hiển vi điện tử, Viện Khoa học vật liệu, Viện 
Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (hình 2.15). 
Hình 2. 15. Hệ đo hiển vi truyền qua phân giải cao JEM 2100 
53 
2.2.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X 
Phép đo giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) dựa trên nguyên lý của hiện tượng nhiễu 
xạ tia X trên tinh thể. Giản đồ XRD được dùng để phân tích định tính các pha cấu 
trúc tinh thể và xác định các thông tin về tinh thể học của mẫu vật liệu hoặc so sánh 
vật liệu kết tinh với vật liệu vô định hình, tính hằng số mạng tinh thể. 
Năm 1913 Willam L. Bragg đã xây dựng lý thuyết nhiễu xạ tia X. Xét sự phản 
xạ của một chùm tia X trên hai mặt phẳng mạng song song và gần nhau nhất có 
khoảng cách d (hình 2.16): 
Hình 2. 16. Mô hình minh họa của định luật nhiễu xạ Bragg 
Tia X có năng lượng cao nên có khả năng xuyên sâu vào trong lòng vật liệu, 
gây ra phản xạ trên nhiều mặt mạng tinh thể (hkl) ở sâu phía dưới. Mỗi một mặt phẳng 
trong họ mặt mạng tinh thể (hkl) có chùm tia phản xạ riêng. Từ hình 2.16 ta thấy hiệu 
quang trình giữa hai phản xạ từ hai mặt phẳng liên tiếp bằng 2dsinθ. Hiện tượng giao 
thoa giữa các sóng phản xạ chỉ xảy ra khi hiệu đường đi của hai sóng bằng số nguyên 
lần bước sóng. Điều kiện để có hiện tượng nhiễu xạ được viết dưới dạng: 
2dsinθ=nλ (2.1) 
Đó là phương trình Bragg; trong đó: d - khoảng cách giữa hai mặt phẳng kế 
tiếp trong họ các mặt phẳng tinh thể (hkl).θ - góc giữa tia tới (hoặc tia phản xạ) với 
mặt phản xạ, n - bậc phản xạ, chỉ nhận các giá trị nguyên, dương và λ là bước sóng 
của tia tới. Biểu thức (2.1) đúng với nhiễu xạ điện tử, nhiễu xạ nơtron. 
Cấu trúc tinh thể của vật liệu trong luận án được xác định bằng thiết bị nhiễu 
xạ tia X trên thiết bị Equinox 5000 tại Viện Khoa học vật liệu (hình 2.17) và Hệ đo 
D8 Advanced Bruker (Đức) tại Viện hóa học, VHLKH&CN VN. 
54 
Hình 2. 17. Thiết bị nhiễu xạ tia X Equinox 5000 
2.2.4. Phương pháp quang phổ huỳnh quang 
Huỳnh quang (luminescence) của vật liệu là hiện tượng phát bức xạ (không kể 
bức xạ của vật đen tuyệt đối) khi vật liệu nhận các tác nhân kích thích từ bên ngoài 
(điện, quang, nhiệt cũng như các loại bức xạ khác). Khi tác nhân kích thích: là dòng 
điện tử ta có cơ chế điện huỳnh quang (electro-luminescence); là các nguồn bức xạ 
quang photon ta có cơ chế quang huỳnh quang (photoluminescence); là nhiệt ta có cơ 
chế nhiệt huỳnh quang (thermoluminescence); là dòng điện tử ca tốt ta có cơ chế 
huỳnh quang ca tốt (cathodoluminescence) 
Quang huỳnh quang là phương pháp kích thích trực tiếp các tâm phát quang bằng 
các photon phát ra từ nguồn sáng kích thích. Khi khảo sát quang huỳnh quang, nguồn 
ánh sáng kích thích thường được dùng là các loại đèn phổ rộng (đèn thủy ngân, đèn 
Xenon, đèn Halogen) hoặc các nguồn bức xạ mạnh có độ lọc lựa cao như laser. 
Cơ chế phát huỳnh quang được mô tả trên hình 2.18. Khi nguyên tử nhận năng 
lượng từ photon kích thích, chúng chuyển từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích 
có năng lượng cao hơn, đồng nghĩa với việc điện tử chuyển dời từ mức năng lượng 
cơ bản lên mức năng lượng kích thích. Ở trạng thái không bền này, điện tử sẽ có xu 
hướng chuyển dời xuống các mức năng lượng thấp hơn theo hai cách: (i) cách thứ 
nhất điện tử chuyển dời về mức năng lượng cơ bản giải phóng năng lượng trực tiếp 
sinh ra photon (quá trình phát huỳnh quang - fluorescence); (ii) cách thứ hai điện từ 
truyền năng lượng cho các điện tử lân cận hay mạng tinh thể (sinh ra phonon) và 
55 
chuyển về mức năng lượng trung gian sau đó mới chuyển dời về trạng thái cơ bản 
giải phóng photon sinh ra huỳnh quang (quá trình “lân quang” phosphorescence). 
Hình 2. 18. Cơ chế tạo huỳnh quang 
Nghiên cứu phổ huỳnh quang của các vật liệu thường sử dụng hai phương pháp 
phổ huỳnh quang chính như sau: 
• Phổ quang huỳnh quang (Photoluminescence - PL): là kết quả của phép đo phổ 
cường độ huỳnh quang phụ thuộc vào bước sóng phát xạ của vật liệu dưới sự 
kích thích quang của một nguồn sáng ở một vùng bước sóng cố định. Kết quả 
đo phổ huỳnh quang cho phép phân tích các chuyển dời quang học trong vật 
liệu khi điện tử chuyển từ các mức năng lượng cao về mức cơ bản 
• Phổ kích thích huỳnh quang (Photoluminescence Excitation - PLE): là kết quả 
của phép đo cường độ huỳnh quang phát ra tại một vùng bước sóng xác định 
phụ thuộc vào bước sóng của nguồn sáng kích thích huỳnh quang (thông 
thường được thay đổi trong một dải nhất định). Kết quả phép đo phổ kích thích 
huỳnh quang cung cấp thông tin về vùng bước sóng nhạy huỳnh quang của vật 
liệu hay nói cách khác giúp nghiên cứu tìm ra vùng bước sóng kích thích cho 
hiệu suất huỳnh quang tối ưu tại vùng bước sóng phát xạ của vật liệu. 
56 
Hình 2. 19. Sơ đồ hệ đo phổ huỳnh quang và phổ huỳnh quang kích thích của hệ 
Fluorolof FL3-2-2 tại Đại học Duy Tân Đà Nẵng. 
Sơ đồ nguyên lý hệ đo phổ huỳnh quang và huỳnh kích thích được chỉ ra trong 
hình 2.19. Bức xạ từ nguồn sáng dải rộng đi qua hệ thống cách tử kép để chọn lọc 
bước sóng kích thích. Sau đó bức xạ đã được lọc lựa bước sóng sẽ tới mẫu đặt trong 
buồng đo, kích thích vật liệu phát huỳnh quang. Cường độ huỳnh quang thu được từ 
mẫu sẽ được đưa sang máy đơn sắc và đầu thu để ghi phổ. Toàn bộ hệ đo được điều 
khiển bằng máy tính cho phép thu nhận phổ PL và PLE tự động hoàn toàn. Trong 
trường hợp đo phổ huỳnh quang (PL), bước sóng kích thích được giữa cố định trong 
quá trình ghi phổ cường độ phát huỳnh quang phụ thuộc bước sóng. Trong trường 
hợp đo phổ kích thích huỳnh quang (PLE), bước sóng thu cường độ phát huỳnh quang 
được giữ cố định bởi máy đơn sắc trong khi bước sóng kích thích được thay đổi bởi 
hệ nguồn kích thích đơn sắc trong quá trình ghi phổ. Trong một số hệ đo phổ huỳnh 
quang độc lập chỉ có chức năng đo huỳnh quang, nguồn sáng kích thích được thay 
thế là các nguồn sáng có vùng bước sóng kích thích cố định (các laser hoặc nguồn 
đèn có sử dụng kính lọc sắc). 
Trong nghiên cứu này, phổ phát quang của vật liệu được đo trên hệ đo quang 
huỳnh quang độc lập sử dụng đơn sắc kế iHR550 bước sóng kích thích 355 nm, phổ 
kế Acton SP2300i nguồn kích là laser Cd-He với sóng kích thích 325 nm tại Viện 
57 
Khoa học vật liệu và đo trên hệ đo quang (cả PL và PLE) Horiba (Mỹ) tại Viện Tiên 
Tiến Khoa học và Công nghệ, Đại học Bách Khoa Hà Nội và Fluorolof FL3-2-
2Horiba (Mỹ) tại Đại học Duy Tân Đà Nẵng (hình 2.20). 
Phổ kích thích huỳnh quang được khảo sát trên hệ đo Horiba (Mỹ) bao gồm: 
Bàn quang học, ba bộ tán sắc bao gồm 2 bộ tán sắc ánh sáng phát ra từ mẫu, 01 bộ 
tán sắc cho đèn Xenon, đèn Xenon, 01 CCD, 01 IAG, 02 PMT detector, bộ phận đo 
thời gian sống