Đồ Án Tốt Nghiệp: Chế Tạo Cảm Biến Màu Xác Định Ion Hg2 Bằng Điện Thoại Thông Minh

• Tác giả: Phan Huỳnh Tuệ Nam
• Người hướng dẫn: TS. Lý Tấn Nhiệm
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Hóa Học
• Đề tài: Cảm Biến Màu Xác Định Ion Hg2 Bằng Điện Thoại Thông Minh
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Ion kim loại nặng
• 1.1.1. Khái niệm và phân loại kim loại nặng
• 1.1.2. Thực trạng ô nhiễm kim loại nặng
• 1.1.3. Nguồn gốc và tác hại của kim loại nặng
• 1.1.4. Một số phương pháp xác định ion kim loại nặng
• 1.2. Hạt nano silica
• 1.2.1. Khái niệm về hạt nano silica
• 1.2.2. Tổng hợp hạt nano silica
• 1.3. Polymer in dấu phân tử
• 1.3.1. Khái quát về polymer in dấu phân tử
• 1.3.2. Bản chất quá trình tổng hợp polymer in dấu phân tử
• 1.3.3. Polymer in dấu phân tử trên nền hạt nano silica
• 1.3.4. Cơ sở lý thuyết tổng hợp
• 1.3.5. Kỹ thuật tổng hợp
• 1.4. Cảm biến đo màu
• 1.4.1. Giới thiệu chung về cảm biến đo màu. Chất chỉ thị Xylenol Orange. Tình hình nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Hóa chất và thiết bị. Quy trình thực nghiệm
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu. Nghiên cứu đặc tính hình thái và cấu trúc của vật liệu
• 2.3. Nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Kết quả nghiên cứu đặc tính hình thái và cấu trúc
• 3.1.1. Kết quả quang phổ hồng ngoại khả kiến (FT-IR)
• 3.1.2. Kết quả quang phổ Raman
• 3.1.3. Kết quả quang phổ năng lượng tia X (XPS)
• 3.1.4. Kết quả kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 3.1.5. Kết quả tán xạ ánh sáng động (DLS)
• 3.1.6. Kết quả kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 3.2. Kết quả nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu
• 3.2.1. Cơ chế hấp phụ của vật liệu SiO2@MIP
• 3.2.2. Kết quả làm đổi màu chất chỉ thị của vật liệu
• 3.2.3. Kết quả khả năng tái hấp phụ ion Hg2+ của SiO2@MIP
• 3.2.4. Kết quả khả năng hấp phụ chọn lọc ion Hg2+ của SiO2@MIP đối với các ion kim loại
• 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về cảm biến màu xác định ion Hg2

Cảm biến màu xác định ion Hg2+ là một công nghệ tiên tiến, sử dụng các vật liệu polymer in dấu phân tử (MIP) để phát hiện và định lượng ion kim loại nặng trong môi trường. Công nghệ này không chỉ giúp xác định nhanh chóng sự hiện diện của ion Hg2+ mà còn có thể được tích hợp với các thiết bị di động như điện thoại thông minh để dễ dàng theo dõi và phân tích. Việc sử dụng cảm biến màu cho phép người dùng nhận biết sự thay đổi màu sắc của dung dịch khi ion Hg2+ được hấp phụ, từ đó đưa ra các kết luận về nồng độ của ion này trong mẫu thử. Theo nghiên cứu, cảm biến này có khả năng phân biệt nồng độ ion Hg2+ trong khoảng hẹp, cho thấy tính chính xác và độ nhạy cao của nó.

1.1. Nguyên lý hoạt động của cảm biến

Cảm biến hoạt động dựa trên nguyên lý hấp phụ của ion Hg2+ vào bề mặt của vật liệu MIP. Khi ion Hg2+ được hấp phụ, nó sẽ gây ra sự thay đổi trong cấu trúc của polymer, dẫn đến sự thay đổi màu sắc của chất chỉ thị như Xylenol Orange. Sự thay đổi này có thể được đo lường bằng các thiết bị quang phổ như UV-Vis, cho phép xác định nồng độ ion Hg2+ trong dung dịch. Kết quả cho thấy rằng độ màu của hỗn hợp tỉ lệ với nồng độ ion Hg2+, với hệ số tương quan R2 = 0.991, chứng tỏ tính chính xác của phương pháp này.

II. Tính chất và ứng dụng của vật liệu MIP

Vật liệu polymer in dấu phân tử (MIP) được tổng hợp từ hạt nano silica và polymer đồng trùng hợp, tạo ra một cấu trúc đa lớp với khả năng hấp phụ cao đối với ion Hg2+. Các nghiên cứu cho thấy rằng MIP có khả năng hấp phụ chọn lọc cao, cho phép phát hiện ion Hg2+ ngay cả trong hỗn hợp với các ion kim loại khác. Điều này mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong việc phát hiện ô nhiễm kim loại nặng trong nước sinh hoạt và môi trường. Việc sử dụng cảm biến thông minh này không chỉ giúp phát hiện nhanh chóng mà còn có thể được thực hiện dễ dàng thông qua điện thoại thông minh, mang lại sự tiện lợi cho người sử dụng.

2.1. Đặc tính hấp phụ của MIP

Đặc tính hấp phụ của MIP được đánh giá thông qua các phương pháp phân tích hiện đại như FT-IR, SEM, và XPS. Kết quả cho thấy rằng MIP có khả năng tạo ra các khoang chức năng liên kết đặc hiệu với ion Hg2+, giúp tăng cường khả năng hấp phụ. Đặc biệt, độ hấp phụ của MIP cao hơn so với các vật liệu không in dấu, cho thấy tính ưu việt của công nghệ này trong việc phát hiện ion kim loại nặng. Điều này không chỉ có ý nghĩa trong nghiên cứu mà còn trong các ứng dụng thực tiễn, như giám sát chất lượng nước và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

III. Kết luận và triển vọng

Nghiên cứu về cảm biến màu xác định ion Hg2+ bằng điện thoại thông minh đã chứng minh được tính khả thi và hiệu quả của công nghệ này trong việc phát hiện kim loại nặng. Việc sử dụng MIP không chỉ giúp nâng cao độ nhạy và độ chính xác trong việc xác định ion Hg2+ mà còn mở ra hướng đi mới cho các ứng dụng cảm biến trong môi trường. Tương lai, công nghệ này có thể được phát triển thêm để ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ giám sát môi trường đến kiểm tra an toàn thực phẩm, góp phần bảo vệ sức khỏe con người và môi trường sống.

3.1. Triển vọng nghiên cứu

Triển vọng nghiên cứu trong lĩnh vực cảm biến màu và polymer in dấu phân tử là rất lớn. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp MIP, cải thiện tính chọn lọc và độ nhạy của cảm biến. Ngoài ra, việc tích hợp công nghệ cảm biến với các ứng dụng di động có thể giúp người dùng dễ dàng theo dõi và phát hiện ô nhiễm kim loại nặng trong thời gian thực, từ đó đưa ra các biện pháp xử lý kịp thời.