Luận văn thạc sĩ khoa học ứng dụng điện cực paste cacbon biến tính bởi hgo vào việc xác đinh đồng thời 4 kim loại pb cd zn và cu

Nghiên cứu ứng dụng điện cực paste cacbon biến tính bởi HgO trong việc xác định đồng thời 4 kim loại Pb, Cd, Zn và Cu trong mẫu nước.

• Trường học: Trường Đại Học
• Chuyên ngành: Hóa Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Điện Cực Carbon Biến Tính Trong Xác Định Đồng Thời Pb, Cd, Zn Và Cu
• Loại tài liệu: Luận Văn
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. PHƯƠNG PHÁP VON-AMPE HOÀ TAN
• 1.1.1. Nguyên tắc chung của phương pháp von-ampe hoà tan
• 1.1.2. Một số kỹ thuật ghi đường von-ampe hòa tan
• 1.1.2.1. Kỹ thuật von-ampe xung vi phân (DDP)
• 1.1.2.2. Kỹ thuật von-ampe sóng vuông (SWV)
• 1.1.3. Ưu điểm của phương pháp Von-ampe hòa tan
• 1.2. MỘT SỐ ĐIỆN CỰC DÙNG TRONG PHƯƠNG PHÁP VON-AMPE HÒA TAN
• 1.2.1. Giới thiệu về điện cực dùng trong phương pháp von-ampe hòa tan
• 1.2.2. Một số điện cực đĩa quay
• 1.2.3. Ưu điểm việc sử dụng điện cực đĩa quay
• 1.2.4. Giới thiệu về điện cực cacbon biến tính bởi HgO
• 1.2.4.1. Phương pháp tạo màng đồng thời
• 1.2.4.2. Phương pháp tạo màng trước
• 1.3. KIM LOẠI NẶNG VÀ TÌNH TRẠNG Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRONG MÔI TRƯỜNG
• 1.3.1. Giới thiệu về kim loại nặng
• 1.3.2. Độc tính của một số kim loại
• 1.3.2.1. Vai trò, chức năng và sự nhiễm độc Chì

Tóm tắt

I. Giới thiệu về điện cực carbon biến tính

Điện cực carbon biến tính là một trong những công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực phân tích hóa học, đặc biệt là trong việc xác định đồng thời các kim loại nặng như Pb, Cd, Zn và Cu. Việc sử dụng điện cực carbon không chỉ giúp cải thiện độ nhạy và độ chọn lọc trong phân tích mà còn giảm thiểu độc tính so với các điện cực truyền thống như điện cực giọt thủy ngân. Điện cực carbon biến tính được chế tạo từ bột carbon trộn với các chất biến tính như HgO, tạo ra một bề mặt điện cực có khả năng tương tác tốt với các ion kim loại trong dung dịch. Điều này cho phép xác định chính xác nồng độ của các kim loại nặng trong môi trường nước, thực phẩm và các mẫu khác. Theo nghiên cứu, điện cực này có độ nhạy cao và giới hạn phát hiện thấp, cho phép phát hiện các nồng độ vết của kim loại nặng, từ đó hỗ trợ trong việc giám sát ô nhiễm môi trường.

II. Phương pháp phân tích von ampe hòa tan

Phương pháp von-ampe hòa tan là một trong những kỹ thuật phân tích điện hóa hiện đại, cho phép xác định đồng thời nhiều kim loại nặng trong một mẫu. Phương pháp này bao gồm hai giai đoạn chính: giai đoạn làm giàu và giai đoạn hòa tan. Trong giai đoạn làm giàu, các ion kim loại được tập trung lên bề mặt của điện cực carbon. Giai đoạn hòa tan diễn ra khi điện cực được phân cực, cho phép các ion kim loại hòa tan vào dung dịch. Kỹ thuật này có nhiều ưu điểm như độ nhạy cao, chi phí thấp và khả năng xác định đồng thời nhiều kim loại, điều này rất quan trọng trong việc giám sát ô nhiễm môi trường. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng phương pháp này có thể phát hiện các nồng độ vết của Pb, Cd, Zn và Cu trong các mẫu nước và thực phẩm, từ đó cung cấp thông tin quan trọng cho việc bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

III. Ứng dụng thực tiễn của điện cực carbon biến tính

Điện cực carbon biến tính đã được ứng dụng rộng rãi trong việc xác định các kim loại nặng trong môi trường và thực phẩm. Với tính năng thân thiện với môi trường và độ nhạy cao, điện cực này đã cho thấy hiệu quả trong việc phát hiện các kim loại nặng như Pb, Cd, Zn và Cu ở nồng độ rất thấp. Việc sử dụng điện cực carbon biến tính không chỉ giúp cải thiện độ chính xác trong phân tích mà còn giảm thiểu rủi ro cho người sử dụng và môi trường. Nghiên cứu cho thấy rằng điện cực này có thể được sử dụng trong các ứng dụng thực tiễn như giám sát chất lượng nước, kiểm tra an toàn thực phẩm và nghiên cứu ô nhiễm môi trường. Điều này mở ra nhiều cơ hội cho việc phát triển các phương pháp phân tích mới, hiệu quả hơn trong việc bảo vệ sức khỏe con người và môi trường.

IV. Kết luận

Nghiên cứu ứng dụng điện cực carbon biến tính trong việc xác định đồng thời Pb, Cd, Zn và Cu đã chứng minh được tính khả thi và hiệu quả của phương pháp này trong phân tích hóa học. Việc phát triển và ứng dụng các loại điện cực mới không chỉ giúp nâng cao độ nhạy và độ chính xác trong phân tích mà còn góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe con người. Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng điện cực carbon biến tính có thể trở thành một công cụ hữu ích trong việc giám sát ô nhiễm kim loại nặng, từ đó hỗ trợ các chính sách bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng, việc đánh giá và xử lý các chất độc hại, đặc biệt là kim loại nặng, trở thành nhiệm vụ cấp thiết toàn cầu. Tại Việt Nam, các kim loại nặng như Pb, Cd, Zn và Cu được thải ra môi trường từ nhiều nguồn công nghiệp, giao thông và sinh hoạt, gây ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Theo ước tính, nồng độ kim loại nặng trong nước và đất tại một số địa phương đã vượt quá giới hạn cho phép, đòi hỏi các phương pháp phân tích chính xác, nhạy và thân thiện môi trường để giám sát và kiểm soát.

Mục tiêu nghiên cứu là phát triển và ứng dụng phương pháp von-ampe hòa tan sử dụng điện cực paste cacbon biến tính bởi HgO nhằm xác định đồng thời bốn kim loại Pb, Cd, Zn và Cu trong mẫu môi trường. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc khảo sát điều kiện tối ưu phân tích trong môi trường đệm axetat pH 4,5, với các thông số điện hóa được điều chỉnh phù hợp nhằm nâng cao độ nhạy và độ chính xác. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp công cụ phân tích hiệu quả, chi phí thấp và thân thiện với môi trường, góp phần nâng cao chất lượng giám sát ô nhiễm kim loại nặng tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Phương pháp von-ampe hòa tan (Stripping Voltammetry) là kỹ thuật điện hóa gồm hai giai đoạn chính: làm giàu và hòa tan. Trong giai đoạn làm giàu, các ion kim loại được tập trung trên bề mặt điện cực dưới dạng kim loại hoặc hợp chất khó tan. Giai đoạn hòa tan thực hiện bằng cách quét thế điện cực, ghi lại dòng điện hòa tan đặc trưng cho từng kim loại. Đường von-ampe hòa tan có đỉnh (peak) tại thế điện cực đặc trưng (Ep), cường độ dòng (Ip) tỷ lệ thuận với nồng độ kim loại theo phương trình $I_p = k \cdot C$.

Hai kỹ thuật ghi dòng phổ biến là von-ampe xung vi phân (DDP) và von-ampe sóng vuông (SWV), đều có khả năng loại trừ ảnh hưởng của dòng tụ điện, nâng cao độ nhạy và giới hạn phát hiện. Điện cực paste cacbon biến tính bởi HgO được sử dụng do ưu điểm độ nhạy cao, giới hạn phát hiện thấp và độc tính thấp hơn so với điện cực giọt thủy ngân truyền thống.

Các khái niệm chính bao gồm: điện cực làm việc, điện cực so sánh, điện cực phụ trợ, nền đệm axetat, pH tối ưu, thế điện phân (Eđp), thời gian điện phân (tđp), và tần số xung sóng vuông.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thu thập từ các mẫu dung dịch chuẩn chứa Pb2+, Cd2+, Zn2+, Cu2+ với nồng độ chuẩn 10-20 ppb, chuẩn bị trong nền đệm axetat pH 4,5 nồng độ 0,04M. Thiết bị phân tích là hệ đo điện hóa µAutolab.3 kết nối với hệ điện cực đa năng Metrohm 663 và phần mềm 757-VA.

Phương pháp chọn mẫu là chuẩn bị dung dịch mẫu theo tỷ lệ cố định, khảo sát ảnh hưởng của các thông số: pH, nồng độ đệm, thế điện phân, thời gian điện phân, tần số xung sóng vuông và ảnh hưởng tương tác giữa các kim loại. Phân tích dữ liệu sử dụng kỹ thuật von-ampe sóng vuông với bước nhảy thế 5 mV, tốc độ quét 250 mV/s.

Timeline nghiên cứu kéo dài khoảng 12 tháng, bao gồm giai đoạn chuẩn bị mẫu, khảo sát điều kiện tối ưu, phân tích mẫu thực tế và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của pH đến cường độ dòng hòa tan:

   • Pb2+ có cường độ dòng cao nhất tại pH 4 (1,14 µA) với đỉnh píc ở -0,44 V.
   • Cd2+ đạt cường độ tối ưu tại pH 5,5 (1,6 µA) với đỉnh píc -0,623 V.
   • Zn2+ có cường độ dòng lớn nhất tại pH 6 (0,87 µA) với đỉnh píc -1,08 V.
   • Cu2+ tối ưu tại pH 4,5 (0,494 µA) với đỉnh píc -0,035 V.
     Việc chọn pH 4,5 làm điều kiện tối ưu cho phân tích đồng thời bốn kim loại vì cân đối cường độ và vị trí píc.

2. Ảnh hưởng của nền đệm:

   • Nền axetat pH 4,5 cho cường độ dòng cao và píc cân đối nhất so với nền HCl và đệm vạn năng.
   • Cường độ dòng Pb2+ đạt 0,55 µA, Cd2+ 0,74 µA, Zn2+ 0,78 µA, Cu2+ 0,49 µA trong nền axetat.

3. Ảnh hưởng của thế điện phân (Eđp):

   • Thế điện phân -1,3 V là tối ưu, cho cường độ dòng cao và píc cân đối cho cả bốn kim loại.
   • Tại Eđp này, cường độ dòng Zn2+ đạt 1,78 µA, Cd2+ 1,40 µA, Pb2+ 0,93 µA, Cu2+ 0,82 µA.

4. Ảnh hưởng của thời gian điện phân (tđp):

   • Thời gian 150 giây được chọn là tối ưu, với cường độ dòng Pb2+ 2,87 µA, Cd2+ 2,43 µA, Zn2+ 4,12 µA, Cu2+ 2,67 µA.
   • Thời gian dài hơn gây hiện tượng phình píc và giảm độ nhạy do tạo lớp hợp chất dày trên điện cực.

5. Ảnh hưởng của tần số xung sóng vuông:

   • Tần số 50 Hz (tốc độ quét 250 mV/s) là tối ưu, cân bằng giữa độ nhạy và ổn định tín hiệu.

6. Tương tác giữa các kim loại:

   • Sự hiện diện của Cu2+ ảnh hưởng đến píc Pb2+ và Cd2+, ban đầu làm giảm cường độ píc, nhưng khi tỉ lệ Cu2+/Pb2+ hoặc Cu2+/Cd2+ vượt 3, cường độ píc tăng trở lại.
   • Zn2+ làm giảm cường độ píc Cd2+ khi nồng độ Zn2+ tăng cao, gây khó khăn trong định lượng chính xác khi Zn2+ vượt quá 5 lần Cd2+.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy điện cực paste cacbon biến tính HgO hoạt động hiệu quả trong việc xác định đồng thời bốn kim loại nặng với độ nhạy cao và giới hạn phát hiện thấp. Việc lựa chọn pH 4,5 và nền axetat giúp cân bằng tốt giữa độ nhạy và ổn định tín hiệu, phù hợp với các mẫu môi trường có tính axit nhẹ.

So sánh với các nghiên cứu trước đây sử dụng điện cực giọt thủy ngân hoặc điện cực màng bismut, phương pháp này giảm thiểu độc tính và chi phí thiết bị, đồng thời giữ được độ chính xác và độ lặp lại cao. Các tương tác giữa kim loại trong dung dịch phân tích là thách thức phổ biến, cần được kiểm soát bằng cách điều chỉnh tỷ lệ và điều kiện phân tích.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ cường độ dòng theo pH, thế điện phân, thời gian điện phân và tần số xung sóng vuông, cũng như bảng so sánh cường độ dòng và vị trí píc của từng kim loại trong các điều kiện khác nhau.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng phương pháp von-ampe hòa tan với điện cực paste cacbon biến tính HgO để giám sát đồng thời Pb, Cd, Zn, Cu trong nước và đất tại các khu vực có nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng, nhằm nâng cao hiệu quả kiểm soát môi trường.

   • Chủ thể thực hiện: Các phòng thí nghiệm môi trường, cơ quan quản lý môi trường.
   • Timeline: Triển khai trong 6-12 tháng.

2. Xây dựng quy trình chuẩn phân tích với pH 4,5, nền axetat 0,04M, thế điện phân -1,3V, thời gian điện phân 150s, tần số 50 Hz để đảm bảo độ nhạy và độ chính xác cao trong phân tích mẫu thực tế.

   • Chủ thể thực hiện: Các nhà nghiên cứu, kỹ thuật viên phòng thí nghiệm.

3. Đào tạo và nâng cao nhận thức về an toàn và thân thiện môi trường khi sử dụng điện cực paste cacbon biến tính HgO, thay thế điện cực giọt thủy ngân truyền thống nhằm giảm thiểu độc tính và nguy cơ ô nhiễm.

   • Chủ thể thực hiện: Các tổ chức đào tạo, viện nghiên cứu.

4. Tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng tương tác giữa các kim loại trong mẫu phức tạp, phát triển các phương pháp xử lý dữ liệu và chuẩn hóa mẫu để nâng cao độ chính xác định lượng trong điều kiện thực tế.

   • Chủ thể thực hiện: Các nhóm nghiên cứu chuyên sâu về phân tích điện hóa.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa phân tích, Môi trường:

   • Lợi ích: Nắm vững kỹ thuật von-ampe hòa tan, ứng dụng điện cực mới, phát triển phương pháp phân tích kim loại nặng.
   • Use case: Thực hiện các đề tài nghiên cứu, luận văn liên quan đến phân tích kim loại trong môi trường.

2. Phòng thí nghiệm kiểm soát chất lượng môi trường và thực phẩm:

   • Lợi ích: Áp dụng phương pháp phân tích nhanh, chính xác, chi phí thấp để giám sát kim loại nặng trong mẫu nước, đất, thực phẩm.
   • Use case: Kiểm tra định kỳ, đánh giá mức độ ô nhiễm và an toàn thực phẩm.

3. Cơ quan quản lý môi trường và y tế công cộng:

   • Lợi ích: Cơ sở khoa học để xây dựng tiêu chuẩn, quy chuẩn về kim loại nặng, nâng cao hiệu quả giám sát và xử lý ô nhiễm.
   • Use case: Xây dựng chính sách, quy định về bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

4. Doanh nghiệp sản xuất và xử lý chất thải công nghiệp:

   • Lợi ích: Áp dụng kỹ thuật phân tích để kiểm soát chất lượng nước thải, giảm thiểu tác động môi trường.
   • Use case: Giám sát nội bộ, đảm bảo tuân thủ quy định môi trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp von-ampe hòa tan có ưu điểm gì so với các phương pháp phân tích khác?
   Phương pháp này có độ nhạy và độ chọn lọc cao, giới hạn phát hiện thấp, chi phí thiết bị thấp và có thể phân tích đồng thời nhiều kim loại ở nồng độ vết. Ví dụ, nó cho phép xác định Pb, Cd, Zn, Cu trong cùng một mẫu với độ chính xác cao mà không cần tách chiết phức tạp.

2. Tại sao chọn điện cực paste cacbon biến tính HgO thay vì điện cực giọt thủy ngân?
   Điện cực paste cacbon biến tính HgO có độc tính thấp hơn nhiều, thân thiện với môi trường, đồng thời giữ được độ nhạy và giới hạn phát hiện thấp. Điều này giúp giảm nguy cơ ô nhiễm và bảo vệ sức khỏe người sử dụng.

3. Làm thế nào để chọn pH tối ưu trong phân tích von-ampe hòa tan?
   pH ảnh hưởng đến vị trí và cường độ píc hòa tan của kim loại. Qua khảo sát, pH 4,5 được chọn vì cân bằng tốt giữa cường độ dòng và sự phân biệt píc của Pb, Cd, Zn, Cu, giúp phân tích đồng thời hiệu quả.

4. Ảnh hưởng của các kim loại khác trong mẫu đến kết quả phân tích như thế nào?
   Các kim loại có thể tương tác, gây cạnh tranh hoặc kéo lệch píc của nhau. Ví dụ, Cu2+ ban đầu làm giảm píc Pb2+ và Cd2+, nhưng khi vượt tỉ lệ nhất định, píc lại tăng. Do đó, cần kiểm soát tỷ lệ và điều kiện phân tích để giảm sai số.

5. Giới hạn phát hiện của phương pháp này đối với các kim loại nặng là bao nhiêu?
   Phương pháp với điện cực paste cacbon biến tính HgO có thể phát hiện Pb, Cd, Zn, Cu ở nồng độ khoảng vài ppb (nghĩa là vài phần tỷ), phù hợp với yêu cầu giám sát môi trường và thực phẩm.

Kết luận

• Phương pháp von-ampe hòa tan sử dụng điện cực paste cacbon biến tính HgO cho phép xác định đồng thời Pb, Cd, Zn, Cu với độ nhạy cao và giới hạn phát hiện thấp.
• Điều kiện phân tích tối ưu gồm pH 4,5, nền axetat 0,04M, thế điện phân -1,3V, thời gian điện phân 150s và tần số xung sóng vuông 50 Hz.
• Phương pháp thân thiện môi trường, giảm thiểu độc tính so với điện cực giọt thủy ngân truyền thống.
• Tương tác giữa các kim loại trong mẫu cần được kiểm soát để đảm bảo độ chính xác.
• Khuyến nghị áp dụng rộng rãi trong giám sát ô nhiễm kim loại nặng tại Việt Nam, đồng thời tiếp tục nghiên cứu cải tiến kỹ thuật và xử lý mẫu phức tạp.

Next steps: Triển khai ứng dụng thực tế tại các phòng thí nghiệm môi trường, đào tạo nhân lực và phát triển quy trình chuẩn. Đề xuất hợp tác nghiên cứu mở rộng với các viện, trường đại học và cơ quan quản lý.

Các nhà nghiên cứu và phòng thí nghiệm môi trường nên áp dụng và phát triển phương pháp này để nâng cao hiệu quả giám sát ô nhiễm kim loại nặng, góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I. PHƯƠNG PHÁP VON-AMPE HOÀ TAN I. Nguyên tắc chung của phương pháp von-ampe hoà tan. Quá trình phân tích theo phương pháp von-ampe hoà tan gồm 2 giai đoạn: giai đoạn làm giàu và giai đoạn hoà tan: -Giai đoạn làm giàu: Chất phân tích được tập trung lên bề mặt điện cực (dưới dạng kim loại hoặc hợp chất khó tan).

Điện cực làm việc thường là điện cực giọt thuỷ ngân treo (HMDE), cực đĩa quay bằng vật liệu trơ (than thuỷ tinh, than nhão tinh khiết) hoặc cực màng thuỷ ngân trên bề mặt cực rắn trơ (MFE),hoặc điện cực mằng Bismut trên điện cực paste cacbon. -Giai đoạn hoà tan: Hoà tan chất phân tích khỏi bề mặt điện cực làm việc bằng cách quét thế theo một chiều xác định (anot hoặc catot) đồng thời ghi đường von-ampe hoà tan bằng một kĩ thuật điện hoá nào đó. Nếu quá trình hoà tan là quá trình anot, thì lúc này phương pháp được gọi là von-ampe hoà tan anot (ASV) và ngược lại nếu quá trình hoà tan là quá trình catot thì phương pháp được gọi là von-ampe hoà tan catot (CSV). Đường von-ampe hoà tan thu được có dạng peak.

Thế đỉnh (Ep) và cường độ dòng hoà tan (Ip) phụ thuộc vào các yếu tố như: nền điện ly, pH, chất tạo phức, bản chất điện cực làm việc, kỹ thuật ghi đường von-ampe hoà tan. Trong những điều kiện xác định, Ep đặc trưng cho bản chất điện hoá của chất phân tích và do đó dựa vào Ep có thể phân tích định tính. Ip tỷ lệ thuận với nồng độ chất phân tích trong dung dịch theo phương trình: Ip = k.C Trong đó k là hệ số tỷ lệ. Như vậy qua việc đo cường độ dòng hòa tan ta có thể xác định được nồng độ chất phân tích.

Một số kỹ thuật ghi đường von-ampe hòa tan I. Kỹ thuật von-ampe xung vi phân (DDP) Kỹ thuật DDP là một trong những kỹ thuật được dùng phổ biến hiện nay. Điện cực được phân cực bằng một điện áp một chiều biến thiên tuyến tính, vào cuối mỗi chu kỳ sẽ đặt thêm một xung vuông góc có biên độ không đổi. Tuỳ theo từng thiết bị mà biên độ xung có thể thay đổi từ 10  100mV và bề rộng xung không đổi trong khoảng 30  100ms được đặt chồng lên mỗi bước thế.

Dòng được ghi hai lần: 17ms trước khi nạp xung (I 1) và 17ms trước khi ngắt xung (I2), khoảng thời gian ghi dòng thông thường là 10  17ms. Dòng thu được là hiệu của hai giá trị dòng đó (I = I1 - I2) và I ghi được là hàm của thế đặt lên cực làm việc. Khi xung thế được áp vào, dòng tổng cộng trong hệ tăng lên do sự tăng dòng Faraday (If) và dòng tụ điện (Ic). Dòng tụ điện giảm nhanh hơn nhiều so với dòng Faraday vì: Ic ~ e-t/RC* và If ~ t-1/2 (t là thời gian, R là điện trở, C* là điện dung vi phân của lớp kép).

Như vậy, dòng tụ điện ghi được trước lúc nạp xung và trước lúc ngắt xung là gần như nhau và do đó hiệu số dòng ghi được chủ yếu là dòng Faraday. Do đó, kỹ thuật von-ampe hoà tan xung vi phân cho phép loại trừ tối đa ảnh hưởng của dòng tụ điện. Kỹ thuật von-ampe sóng vuông ( SWV ) Theo kỹ thuật này, những xung sóng vuông đối xứng có biên độ nhỏ và không đổi (khoảng 50/n mV) được đặt chồng lên mỗi bước thế. Trong mỗi chu kỳ xung dòng được đo ở hai thời điểm: thời điểm 1 (dòng dương i 1) và thời điểm 1 (dòng âm i2).

Dòng thu được là hiệu của 2 giá trị đó (i=i 1 -i2) và i 3 được ghi là hàm của thế đặt lên cực làm việc. Theo cách ghi như vậy, kỹ thuật này loại trừ được tối đa ảnh hưởng của dòng tụ điện. Trong một số trường hợp, kỹ thuật von-ampe sóng vuông có độ nhạy cao hơn so với kỹ thuật von- ampe xung vi phân, nhưng về giới hạn phát hiện nói chung là tương đương nhau. Ưu điểm của phương pháp Von-ampe hòa tan So sánh với các phương pháp phân tích vết khác, phương pháp von-ampe hoà tan có các ưu điểm sau: - Phương pháp von-ampe hoà tan có khả năng xác định đồng thời nhiều kim loại ở những nồng độ cỡ vết và siêu vết.

- Thiết bị của phương pháp von-ampe hoà tan không đắt, nhỏ gọn. So với các phương pháp khác, phương pháp von-ampe hoà tan rẻ nhất về chi phí đầu tư cho thiết bị. Mặt khác thiết bị của phương pháp von-ampe hoà tan dễ thiết kết để phân tích tự động, phân tích tại hiện trường và ghép nối làm detectơ cho các phương pháp phân tích khác. - Phương pháp von-ampe hoà tan có quy trình phân tích đơn giản trong nhiều trường hợp: không có giai đoạn tách, chiết hoặc trao đổi ion nên tránh được sự nhiễm bẩn mẫu hoặc mất chất phân tích do vật giảm thiểu được sai số.

Mặt khác, có thể giảm thiểu được ảnh hưởng của các nguyên tố cản bằng cách chọn được các điều kiện thí nghiệm thích hợp như: thế điện phân làm giàu, thời gian làm giàu, thành phần nền, pH. - Khi phân tích theo phương pháp von-ampe hoà tan anot không cần đốt mẫu nên phương pháp von-ampe hoà tan thường được dùng để kiểm tra chéo các phương pháp AAS và ICP-AES khi có những đòi hỏi cao về tính pháp lý của kết quả phân tích - Trong những nghiên cứu về động học và môi trường, phương pháp von-ampe hoà tan có thể xác định các dạng tồn tại của các chất trong môi 4 trường trong khi đó các phương pháp khác như AAS, ICP-AES, NAA không làm được điều đó.MỘT SỐ ĐIỆN CỰC DÙNG TRONG PHƯƠNG PHÁP VON-AMPE HÒA TAN I. Giới thiệu về điện cực dùng trong phương pháp von-ampe hòa tan Điện cực được sử dụng trong phương pháp von - ampe hòa tan phải đảm bảo những điều kiện rất khắt khe, đúng kĩ thuật như sau: + Tính đồng nhất: Nghĩa là bề mặt điện cực phải đồng đều, diện tích bề mặt nhỏ( ≤ 3 mm), phẳng. Kích thước của điện cực trong các lần đo phải bằng nhau.

Như vậy mới đảm bảo khả năng các chất phân bố đều và giống nhau trên bề mặt điện cực trong các lần đo. + Tính bền và ổn định: Nghĩa là điện cực không bị hỏng hoặc biến dạng trong môi trường phân tích, để đảm bảo kết quả đo có lặp lại tốt. Đó là hai điều kiện cơ bản nhất của điện cực trong phương pháp von – ampe hòa tan. Điện cực kinh điển nhất được sử dụng trong phương pháp von –ampe hòa tan là điện cực giọt thủy ngân.

Điện cực giọt Hg hay sử dụng bao gồm: điện cực giọt treo( SHMDE), điện cực giọt rơi( HMDE) và điện cực giọt tĩnh. Trong ba loại điện cực giọt Hg trên thÌ điện cực giọt treo thường dùng trong phân tích von- ampe hoà tan nhất vì giọt Hg có kích thước nhỏ cỡ 0,1 – 0,3mm ( có thể thay đổi được tuỳ theo yêu cầu thực nghiệm). Giọt được hình thành rất nhanh và được giữ ở đầu mao quản trong quá trình đo. Khoảng thế phân tích rộng, quá thế hidro trên điện cực giọt thuỷ ngân lớn, vì vậy mở rộng khoảng thế phân tích đến-1V( so với điện cực calomen bão hoà) trong môi trường axit và -2V đối với môi trường bazo.

Bề mặt của giọt luôn được đổi mới và không bị làm bẩn bởi sản phẩm của phản ứng điện cực. Với các điện cực hiện đại, giọt Hg được điều khiển bởi hệ thống van khí, do vậy độ lặp lại của giọt cao, tăng độ lặp, độ đúng và độ chính xác khi phân tích. Kích thước giọt nhỏ nên lượng chất phân tích tiêu tốn là nhỏ, do đó sự giảm nồng độ 5 trong quá trình phân tích là không xảy ra. Tuy nhiên, do có quá trình oxi hoá của Hg lỏng nên điện cực chỉ được sử dụng đến –0,3 hoặc 0,4V tuỳ thuộc vào môi trường, và nhược điện lớn nhất của điện cực giọt Hg là nó rất độc vì vậy gây ảnh hưởng đến người sử dụng và môi trường.

Loại điện cực thứ hai được sử dụng trong phương pháp von –ampe hòa tan là điện cực đĩa quay, điện cực là một mặt phẳng tròn làm bằng các vật liệu rắn trơ (như vàng, platin hoặc các loại cacboncos độ tinh khiết cao) nó thường có kích thước bề mặt lớn hơn điện cực giot Hg. Các điện cực này cũng cho kết quả phân tích chính xác, độ lặp tốt và khả năng pháp hiện cao. Nó thường được làm mới trong quá trình đo bằng cách mài bóng bề mặt hoặc hoạt hóa lại trước khi đo. Để tăng khả năng phát hiện của điện cực, phương pháp tạo màng trên các điện cực quay đã được nghiên cứu rất nhiều.

Đó là tạo một lớp màng kim loại lên trên bề mặt điện cực, lớp màng này thường khá dày, phẳng, đều. Qua nhiều nghiên cứu thì có điện cực màng thủy ngân hoặc màng bitmut được ứng dụng phân tích, có hai kĩ thuật tạo màng lên bề mặt điện cực đó là tạo màng đồng thời (in situ) và tạo màng trước ( ex situ). Điện cựu màng thủy ngân cho kết quả phân tích tốt, có độ tin cậy và độ lặp lại cao. Tuy nhiên nó cũng không thân thiện cho môi trường vì nó thải ra ion Hg 2+ sau mỗi lần đo.

Để khắc phục và hạn chế độc tính của điện cực giọt và điện cực màng Hg, đã có rất nhiều điện cực được chế tạo. Điện cực đĩa quay có thể được tạo bởi một loại vật liệu ví dụ như bột than mền (paste cacbon, glass cacbon) hoặc hỗn hợp các bột trộn (theo những tỉ lệ khác nhau) với nhau ví như trộn bột than mền(paste cacbon) biến tính bời Bitmut Oxit. Gần đây điện cực paste cacbon biến tính bởi HgO cũng được nghiên cứu và cho kết quả rất khả quan. Một số điện cực đĩa quay + Đện cực paste cacbon, hoặc glass cacbon.

Hai loại này có thể tạo màng vàng hoặc màng Bitmut oxit họăc màng Thuỷ ngân đã được nghiên cứu từ lâu và ứng dụng rất nhiều. 6 + Điện cực vàng + Điện cực paste cacbon trộn với bạc + Điện cực paste cacbon biến tính bởi Bi2O3 + Điện cực paste cacbon biến tính bởi HgO. Điện cực paste cacbon biến tính bismut cho giới hạn phát hiện Pb là 1,5nM trong thời gian 10 phút. Điện cực glass cacbon với giới hạn phát hiện Pb và Cd là 80nM trong thời gian 3 phút.

Điện cực paste cacbon biến tính Ag cho giới hạn phát hiện Pb là 5nM trong thời gian 2 phút. Điện cực Ag cho giới hạn phát hiện Cd 9nM và 2,5nM với Pb.