Nghiên Cứu Ứng Dụng Phô Phát Xạ Plasma Nguyên Tử Trong Xác Định Hàm Lượng Kim Loại Kiềm

Khóa luận trình bày ứng dụng phổ phát xạ nguyên tử phân tử trong việc truy vết kim loại kiềm bằng plasma, mở ra hướng nghiên cứu mới trong vật lý.

• Tác giả: Nguyễn Thiện Nhân
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Huỳnh Duy Khang
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Vật Lý
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Phô Phát Xạ Plasma Nguyên Tử Trong Xác Định Hàm Lượng Kim Loại Kiềm
• Loại tài liệu: Khóa Luận Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan lý thuyết và phương pháp phân tích phổ
• 1.2. Phương pháp đo dựa trên độ dẫn điện
• 1.3. Phương pháp đo dựa trên phổ hấp thụ nguyên tử
• 1.4. Phương pháp đo dựa trên phổ phát xạ nguyên tử
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM, HÓA CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ
• 2.1. Thực nghiệm xác định hàm lượng ion Kali
• 2.2. Quy trình thực nghiệm đo đạc số liệu khảo sát điện áp, độ dẫn điện cho Kali
• 2.3. Quy trình thực nghiệm và thu thập số liệu về khảo sát phổ phát xạ Kali
• 2.4. Thực nghiệm xác định hàm lượng ion Natri
• 2.5. Hóa chất - dụng cụ - thiết bị
• 2.6. Quy trình thực nghiệm đo đạc số liệu khảo sát điện áp, độ dẫn điện cho Natri
• 2.7. Quy trình thực nghiệm và thu thập số liệu về khảo sát phổ phát xạ Natri
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả phân tích mẫu và đường chuẩn
• 3.2. Kết quả chuẩn điện áp cho ion Kali
• 3.3. Kết quả chuẩn độ dẫn điện cho ion Kali
• 3.4. Kết quả chuẩn nồng độ ion Kali
• 3.5. Kết quả chuẩn điện áp cho ion Natri
• 3.6. Kết quả chuẩn độ dẫn điện cho ion Natri
• 3.7. Kết quả chuẩn nồng độ ion Natri
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH

Tóm tắt

I. Tổng quan về Nghiên Cứu Phô Phát Xạ Plasma Nguyên Tử

Nghiên cứu về phô phát xạ plasma nguyên tử đã trở thành một lĩnh vực quan trọng trong phân tích hóa học. Phương pháp này cho phép xác định hàm lượng các nguyên tố, đặc biệt là kim loại kiềm, với độ chính xác cao. Việc ứng dụng công nghệ này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả trong nghiên cứu mà còn mở ra nhiều cơ hội mới trong các lĩnh vực khác nhau như môi trường, thực phẩm và y tế.

1.1. Lịch sử và phát triển của phương pháp phô phát xạ

Phương pháp phô phát xạ nguyên tử được phát triển từ những năm 1850, với những đóng góp quan trọng từ Bunsen và Kirchhoff. Họ đã sử dụng phương pháp này để xác định các kim loại kiềm như Cesium và Rubidium, mở ra một kỷ nguyên mới trong phân tích hóa học.

1.2. Nguyên lý hoạt động của phô phát xạ plasma

Phương pháp này dựa trên nguyên lý kích thích nguyên tử, khiến chúng phát xạ ánh sáng ở các bước sóng đặc trưng. Ánh sáng này được phân tích để xác định hàm lượng các nguyên tố có trong mẫu, đặc biệt là các kim loại kiềm.

II. Thách thức trong việc xác định hàm lượng kim loại kiềm

Việc xác định hàm lượng kim loại kiềm trong các mẫu dung dịch gặp nhiều thách thức. Các yếu tố như tạp chất, điều kiện môi trường và độ chính xác của thiết bị đều ảnh hưởng đến kết quả phân tích. Do đó, cần có những phương pháp hiệu quả để khắc phục những vấn đề này.

2.1. Ảnh hưởng của tạp chất đến kết quả phân tích

Tạp chất có thể làm sai lệch kết quả phân tích, gây khó khăn trong việc xác định chính xác hàm lượng kim loại kiềm. Việc loại bỏ tạp chất là rất cần thiết để đảm bảo độ chính xác của phương pháp.

2.2. Điều kiện môi trường và ảnh hưởng đến phân tích

Nhiệt độ, độ ẩm và áp suất có thể ảnh hưởng đến quá trình phô phát xạ. Việc kiểm soát các yếu tố này là cần thiết để đạt được kết quả phân tích chính xác và đáng tin cậy.

III. Phương pháp phô phát xạ plasma trong phân tích kim loại kiềm

Phương pháp phô phát xạ plasma nguyên tử (ELCAD) đã được áp dụng để xác định hàm lượng kim loại kiềm trong các mẫu dung dịch. Phương pháp này cho thấy nhiều ưu điểm vượt trội so với các phương pháp truyền thống, như độ nhạy cao và khả năng phân tích nhanh chóng.

3.1. Quy trình thực hiện phương pháp ELCAD

Quy trình thực hiện phương pháp ELCAD bao gồm việc chuẩn bị mẫu, thiết lập thiết bị và thu thập dữ liệu. Mỗi bước đều cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo độ chính xác của kết quả.

3.2. So sánh với các phương pháp phân tích khác

Phương pháp ELCAD có nhiều ưu điểm so với các phương pháp như AAS hay ICP-MS. Đặc biệt, ELCAD không yêu cầu điều kiện phòng thí nghiệm phức tạp và có thể thực hiện tại hiện trường.

IV. Ứng dụng thực tiễn của phô phát xạ plasma trong nghiên cứu

Phương pháp phô phát xạ plasma nguyên tử đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ phân tích môi trường đến kiểm tra chất lượng thực phẩm. Việc xác định hàm lượng kim loại kiềm trong nước và thực phẩm giúp đảm bảo an toàn cho sức khỏe con người.

4.1. Ứng dụng trong phân tích nước

Việc xác định hàm lượng kim loại kiềm trong nước là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng nước sinh hoạt. Phương pháp ELCAD cho phép phân tích nhanh chóng và chính xác, giúp phát hiện kịp thời các vấn đề ô nhiễm.

4.2. Ứng dụng trong ngành thực phẩm

Trong ngành thực phẩm, việc kiểm tra hàm lượng kim loại kiềm giúp đảm bảo an toàn thực phẩm. Phương pháp phô phát xạ plasma đã được áp dụng để kiểm tra các sản phẩm thực phẩm, từ rau củ đến thực phẩm chế biến sẵn.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về phô phát xạ plasma nguyên tử trong xác định hàm lượng kim loại kiềm đã mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực phân tích hóa học. Với những ưu điểm vượt trội, phương pháp này hứa hẹn sẽ tiếp tục phát triển và được ứng dụng rộng rãi hơn trong tương lai.

5.1. Triển vọng phát triển công nghệ

Công nghệ phô phát xạ plasma có tiềm năng lớn trong việc phát triển các thiết bị phân tích di động, giúp nâng cao khả năng phân tích tại hiện trường.

5.2. Nghiên cứu và cải tiến phương pháp

Cần tiếp tục nghiên cứu và cải tiến phương pháp phô phát xạ plasma để nâng cao độ chính xác và độ nhạy, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong phân tích hóa học.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHAM THÀNH PHO HO CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ callin NGUYEN THIEN NHAN DE TAI LOAI KIEM BANG PLASMA KHOA LUAN TOT NGHIEP DAI HOC TP Hồ Chí Minh, 04/2024 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH KHOA VAT LÝ ells NGUYEN THIEN NHAN DE TAI KHOA LUAN TOT NGHIEP DAI HOC Ho va tên: Nguyễn Thiện Nhân MSSYV: 46. Nguyễn Huỳnh Duy Khang TP Hồ Chí Minh, 04/2024 Tp. Hồ Chí Minh, ngày 04 tháng 05 năm 2024 Xác nhận của Giảng viên hướng dẫn TS. Nguyễn Huỳnh Duy Khang Tp.

Hồ Chí Minh, ngày 04 tháng 05 năm 2024 Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng TS. Nguyễn Thanh Nga Loi cảm ơn Trong quá trình học tập vả thực hiện khỏa luận, tôi đã được sự quan tam, giúp đỡ và những bài học ý nghĩa trừ gia đình, thầy cô và các bạn bẻ xung quanh. Nay tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tất cd mọi người. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến quý thay cô tại trường đã trao cho tôi những bai học quý giá giúp tôi hoàn thiện bản thân về đạo đức và chuyên môn thông qua quá trình học tập va tiếp xúc.

Tôi xin cảm ơn sâu sắc đến thầy TS. Nguyễn Huỳnh Duy Khang đã tạo cho tôi cơ hội được thực hiện khóa luận, Thầy đã hướng dẫn tôi về việc thực nghiệm vả những biện pháp an toàn khi tiếp xúc hóa chất và thiết bị điện. Tôi xin gửi lời cam ơn đến anh Hoàng Bảo Khánh đã hỗ trợ và chí bảo tận tinh trong việc pha hóa chất phục vụ cho việc chuẩn bị mẫu thực nghiệm và đã hỗ trợ tôi trong việc sử dụng phần mềm thu thập và xử lý tín hiệu. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến những người bạn.

người em. anh chị trong khoa người đã hỗ trợ trong suốt quá trình học tập của tôi. Tôi đồng thời cảm ơn đến những nghịch cảnh mả tôi phải đối mặt trong việc học tập và thực hiện khóa luận vì điều này giúp tôi mạnh mẽ hơn và tự vượt qua khó khăn của bản thân. Tôi xin cảm ơn gia đình đã hỗ trợ tôi trong suốt thời gian học tập tại trường, gia đình đã tạo cho tôi cơ hội học tập vả phát triển bản thân đồng thời động viên tôi trong những giai đoạn khó khăn trong học tập.

Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2024 TÁC GIÁ Nguyễn Thiện Nhân Lời cam đoan Tôi cam đoan đề tài “Ung dụng phô phát xạ plasma nguyên tir - phân tử trong việc xác định hàm lượng kim loại kiềm” là sản phâm của tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Huỳnh Duy Khang. Tất cả những số liệu mà tôi có được là kết quả từ thực nghiệm do chính tôi thực hiện. Các trích dẫn vé bảng, biéu đỏ, kết quả nghiên cứu của các tác giả khác và tài liệu tham khảo có trong đẻ tài đề có nguồn gốc rõ ràng và theo quy định.

il MỤC LỤC LOT CAM ƠTA. Go nọ nọ g. Tọ cỌỌ C TH.9809 80001008998 i Lời CAM 0àn. Go 0 Họ Họ gọt 009.9988929 ii MUG LW 6 vicina iii BANHMUC CÁC CHIU VIET TAT issscssssscscsscsssassccsssessscsssassscssseasscasscssscsssessscsases Y DANE MUE CÁC BANG Tag agggagaaapaanaaaaaaaaan vi BANHMUG GAC III scscssccssscacsccnscsasssasssssssasscsssassscssscsssocsscssstasssassscsesssassssesanst vii MỜ ĐẤT sscasssssssecuscasccassavssssasssaiesasanasesussa icasdcuusssansesuussstauasssasssaccesttasassanssavsssasauasssecss 1 UIC oss esssasscassacussasscnausscssscesasisactsnasssecusssssssssastssscsnscssasussuscausessisesusqoussesesaescseseacnsestsaacs 3 1.

Phương pháp do dựa trên độ dẫn điện. Phương pháp đo dựa trên phô hap thụ nguyên tử. Phương pháp đo dựa trên phô phát xạ nguyên tử. Tong quan vẻ các thiết bj sử dụng đẻ đo hàm lượng phan trăm dung dịch.

Thiết bị ICP-OES. Quang phô kế Raman. 22: 222SSt2SEE22EEZ2EE22 2222222210272 e2 14 CHUONG 2. THỰC NGHIỆM, HOA CHAT, DUNG CỤ VA THIẾT BỊ.

Thực nghiệm xác định ham lượng ion KaÌi.- 5s <scc<xxeeeexes 20 DAM, Hoổichất= đụng Cin = thiết Bsiscaissccssssssscassassvsansososssoossensssssaiscasscsassssssisse’ 20 2. Quy trình thực nghiệm đo đạc số liệu khảo sát điện ap, độ dẫn điện cho TOD KdÌÏI. 1131 911 1H HH HT nu HS ng 22 2. Quy trình thực nghiệm và thu thập số liệu về khảo sát phô phát xạ Kali23 2.

Thực nghiệm xác định ham lượng ion Natrl. Hoá chất - dụng cụ - thiết bị. Quy trình thực nghiệm đo đạc s6 liệu khảo sát điện áp, độ dẫn điện cho TON Nat 8®. Quy trình thực nghiệm và thu thập số liệu về khảo sát phô phát xạ Natri Ma.

KET QUA PHAN TÍCH MAU VA DUONG CHUÁN. Kết quả chuẩn điện áp cho ion Kalli. Kết quả chuẩn độ dẫn điện cho ion Kali. Kết quả chuẩn nồng độ ion BH.

Kết quả chuẩn điện áp cho ion Nati. Kết quả chuân độ dẫn điện cho ion Natri. Kết quả chuân nồng độ ion Natti.ccccccssccsscsssecssecsssesssnessnesssscssacecsseeessecs 55 KẾT LUẬN VA KIÊN NGI ssssssiesssscsssssssascssscssasssassscsssassscnssassssessecssoassoessoessosssene 59 OU KHẢO =—=—=——=--—=—=----=———- 60 IV Chữ viet tắt Tiếng Anh Tiêng Việt Atomic Emission. AES Phô phát xạ nguyên tử Spectrometry Inductively Coupled Plasma - | Phép do dựa trên plasma cam ICP MS Mass Spectrometry ứng Atomic Absorpuon TT AAS Phép đo pho hap thụ nguyên tử Spectrometry Electrolyte Cathode Glow Phuong pháp đo dựa trên sự ELCAD y SP Discharge phóng điện cathode Inductively Coupled Plasma ; ; Phuong phap pho phat xa ICP-OES Optical Emission F plasma và hệ thông cam ứng Spectroscopy UV-Vis Ultraviolet - Visible Tử ngoại khả kién RF Radio — Frequency Nguôn phat sóng điện tir Vv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.

Các mẫu dung dịch dùng khảo sát sự ôn định tín hiệu theo điện áp. Các mẫu dung dịch dùng khảo sát sự ôn định tín hiệu theo độ dẫn điện. Các mau dung dịch tương ứng với hàm lượng K* được dùng làm thông số (tường CHIẾN: asnannsnssnnnatisititstitiaiii2tit21000600610188010910880188183830883381833329833331833ã83303311381381 40 Bang 3. Các mẫu dung dịch Na* dùng khảo sát sự ôn định tín hiệu theo độ điện II.

Các mau dung dịch dùng khảo sát sự ồn định tín hiệu theo độ dẫn điện. Các mẫu dung địch tương ứng với hàm lượng Na? được dùng làm thông số Ii0TIEICHHHRI. 222021107012 1002000006000100092002110010012000120002001201201321602027 56 VI DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. Mô tả sự dịch chuyên của các ion trong dung dịch.

Sơ đồ hệ thống đo phô hap thụ nguyên tử. Sơ đồ cau tạo hệ thong máy đo phổ nguyên tử phát xạ.-- 9 Hình ee Ty otc | (Cl ssseoeioneeesnreioniinrniiiiidioiidiitottoiiioitodtiasttei 10 Hinh 1. So dé cau hé thong may do phô nguyên tử hấp thụ một chùm tia gồm: (1) nguôn phat bức xạ đơn sắc, (2) hệ thông nguyên tử hóa mẫu, (3) hệ thông don sắc va detector, (4) bộ khuếch đại và hiên thị kết GUD EO: secesescesscereceseccrsssassnassnassceresersseesies II Hình 1. Ảnh hưởng của độ nhớt đến tốc độ dan mẫu.

Mô tả sự thay đồi tan số của vạch Stokes va d6i Stokes. Sự phân cực của phân tử dưới tac dụng của điện trường. Thiết kế máy quang phô Raman bao gồm (1) nguồn kích thích (lazer), (2) hệ thông chiếu sáng và quang cụ thu ánh sáng, (3) bộ chọn sóng ( bộ lọc hoặc máy quang pho), (4) may đò (detector) thường dùng photodiode, CCD, hoặc PMT. (a) Bút đo pH tích hợp đo độ dẫn điện dung dịch.

(b) Pipet thủy tỉnh. (c) Pipet nhựa dùng một lần. (d) Bút chỉnh khoảng cách giữa hai điện cực. (e) Axit chuẩn HNO:.

(f) Dung dịch chuân KNOs 1000 ppm trong 0,5 mol/l HNO: chai 500 ml xuất xứ Đức.(g) KNOs sau khi pha loãng. (h) HNOs sau khi pha loãng. (b) Đầu thu quang học OceanOptic 2000. (d) Can điện tử.

(e) Điện cực phóng plasma và hệ thông giá đỡ. (f) N guon cao tHẾ TÔ: counnmininngttittiiittiilN1110051011005811850018188038100108511031085110888083018800000013013H188801810.H00ng I ss cacsssxacessszcssccsscassccasnecasecasnsssassceansaeanncrsncnstasanestansas! 21 Hình 2. (a) Bút đo pH tích hợp do độ dẫn điện dung dịch. (b) Pipet thủy tinh.

(c) Pipet nhựa dùng một lần. (d) Bút chỉnh khoảng cách giữa hai điện cực. (e) Axit chuân HNOs. (f) Dung dịch chuẩn NaC! nồng độ 3 g/L chai 500 ml xuất xứ Rumani.

(g) NaCl sau khi pha loãng. (h) HNO: sau khi pha loãng. Biéu dé thé hiện cường độ theo thời gian của mẫu K9. Biểu 46 thé hiện cường độ theo thời gian của mẫu K 10.

Biêu đồ thê hiện cường độ theo thời gian của mẫu K 11. Biéu đồ thé hiện cường độ theo thời gian của mẫu K 12. Biêu đồ thé hiện cường độ theo thời gian của mẫu K 13 với các điện áp Vil Hình 3. Biéu đồ thê hiện cường độ theo thời gian của mẫu K 15.

Biểu đồ thé hiện cường độ theo thời gian của mẫu K 13. Biêu đỏ thê hiện cường độ theo thời gian của mẫu K 20. Biêu đò thé hiện cường độ theo thời gian của mẫu K 17. Mối liên hệ giữa hàm lượng ion K* trong dung dich (ppm) và cường độ tRIBIGIII(GTHÌ:.

Phé ELCAD phân tích đặc trưng nguyên tổ đối với K* với hàm lượng 8 PPI. ccc ceeeceeceseeeeeeceeecucecesecseeesesecsecseecseuesesseceuseasseeseccssecssecseeeeseesseeesteceseeeseeesees 42 Hình 3. Biéu đồ thẻ hiện phổ tham chiếu cho dinh Kali. Biéu đồ thé hiện cường độ theo thời gian của mau Na I.

Biêu đồ thé hiện cường độ theo thời gian của mẫu Na 2. Biêu 46 thẻ hiện cường độ theo thời gian của mẫu Na 3. Biéu đô thé hiện cường độ theo thời gian của mau Na 4. Biéu đồ the hiện cường độ theo thời gian của mẫu Na 5.

Biêu đô thé hiện cường độ theo thời gian của mau Na 6. Biểu đồ thẻ hiện cường độ theo thời gian của mẫu Na 7. Biéu đỏ thẻ hiện cường độ theo thời gian của mẫu Na 8. Biểu đồ thẻ hiện cường độ theo thời gian của mẫu Na 9.

Biêu 46 thẻ hiện cường độ theo thời gian của mẫu Na 10. Biéu đồ thé hiện cường độ theo thời gian của mẫu Na 9, Na 14, Na 15. Mối liên hệ giữa hàm lượng ion Na‘ trong dung dich (ppm) và cường độ ((ñBIỆUH(G:H):ticceoosioiioiooioatiiitiietics04510460166102211656163651653603510531556383505831554885436521558885538558 56 Hình 3. Pho ELCAD phân tích đặc trưng nguyên tô đối với Na* với ham lượng 20 PIU ::::c:i:220222220122111211620116115136112316458555355353963358351635888355353595653335635183315956595558331053352535356535 57 Hình 3.

Biêu 46 thẻ hiện phd tham chiếu cho đỉnh Natri.:--55::-: 58 vi MỞ DAU Phô phát xạ nguyên tử (atomic emission spectrometry - AES) [1] là một trong những phương pháp phân tích thành phan và ham lượng nguyên 6 được nghiên cứu va ứng dụng rộng rãi hiện nay. Day là phương pháp được Bunsen va Kirchhoff sử dụng lần đầu tiên trong việc xác định hai kim loại kiềm Cesium và Rubidi [2]. AES được ghi nhận dựa trên việc kích thích các nguyên tử làm clectron của chúng nhảy lên các mức năng lượng cao và sau đó trở về trang thái năng lượng thấp hơn đồng thời phat xạ ra bước sóng tương ứng với độ lệch hai mức năng lượng. Do bước sóng nay phụ thuộc vào mức năng lượng riêng của từng loại nguyên tổ nên bước sóng thu nhận được từ phô AES sẽ đặc trưng cho từng loại nguyên tố khác nhau.

Đây được xem là một công cụ hiệu quả trong việc phân tích định lượng và truy vết thành phần các nguyên tố, đặc biệt là các nguyên tổ kim loại [2,3] có trong hợp chất.