PHẦN 1. TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU
2.6. Các phương pháp phân tích
2.6.3. Các phương pháp phân tích hóa lý
2.6.3.1. Phương pháp phân tích quang phổ hồng ngoài
Phương pháp phân tích theo phổ hồng ngoại là một trong những kĩ thuật phân tích hiệu quả. Một trong những ưu điểm quan trọng nhất của phương pháp phổ hồng ngoại vượt hơn các phương pháp phân tích cấu trúc khác ( nhiễu xạ tia X, cộng hưởng từ điện tử vv..) là phương pháp cung cấp thông tin về cấu trúc cấu trúc phân tử nhanh, không đòi hỏi các phương pháp tính toán phức tạp.
Kỹ thuật này dự trên hiệu ứng đơn giản là: các hợp chất hóa học có khả năng hấp thụ chọn lọc bức xạ hồng ngoại. Sau khi hấp thụ các bức xạ hồng ngoại, các phân tử của các hợp chất hóa học dao động với nhiều vận tốc dao động và xuất hiện dải phổ hấp thụ gọi là phổ hấp thụ hồng ngoài.
Các đám phổ khác nhau có mặt trong phổ hồng ngoại tương ứng với các nhóm chức đặc trưng và các liên kết trong phân tử hóa học, bởi vậy phỏ hồng ngoài của một hợp chất hóa học coi như “dấu vân tay” căn cứ vào đó để nhận dạng chúng.
Phổ hấp thụ hồng ngoại là phổ dao động quay vì hấp thụ bức xạ hồng ngoại thì các chuyển động dao động và chuyển động quay đều bị kích thích. Bức xạ hồng ngoại có đọ dài sóng từ 0.8 đến 1000μm và chia thành 3 vùng:
Cận hồng ngoại ( near infrared) λ = 0.8 – 2.5 μm
Trung hồng ngoại ( medium infrared) λ = 2.5 – 50 μm
Viễn hồng ngoại ( far infrared) λ = 50 – 100 μm
Trong thực tế, phổ hồng ngoại thường được ghi với trục tung biểu diễn T% truch hoành biểu diễn số sóng với trị số giảm dần (4000 – 400 cm-1). (Trần Anh Duy, CTV, 2011)
2.6.3.2. Phương pháp phân tích thành phần
Cân 0.1 g mẫu cho vào cốc nhựa, thêm vào 10 ml axit HF, lắc nhẹ đến khi chất rắn hòa tan hoàn toàn ta thu được dung dịch trong suốt.
Pha loãng dung dịch trên 1000 lần, sau đó đem đi phân tích bằng phương pháp phổ hấp phụ nguyên tử trên máy Spectro Genesis.
Phương pháp phân tích phổ hấp phụ nguyên tử dùng để phân tích lượng nhỏ các kim loại trong các mẫu khác nhau của các hợp chất vô cơ và hữu cơ. Phương pháp này có thể định lượng được hầu hết các kim loại (khoảng 65 nguyên tố) và 1 số á kim nồng độ giới hạn cỡ ppm (microgram) đến nồng độ ppb (nanogram). (Nguyễn Thị Trâm Anh, 2011)
Hình 1-6 Máy phân tích thành phần Nguyên tắc của phương pháp
Trong điều kiện bình thường nguyên tử cũng không thu và không phát năng lượng với dạng bức xạ. Lúc này nguyên tử tồn tại ở trạng thái cơ bản. Đó là trạng thái bền vững và nghèo năng lượng nhất của nguyên tử. Nhưng khi nguyên tử ở trạng thái hơi tự do, ta chiếu vào mẫu cần đo ánh sáng có cường độ nhất định, các điện tử của các nguyên tố tồn
tại trong mẫu sẽ chuyển từ trạng thái ở mức năng lượng cơ bản sang trạng thái kích thích có mức năng lượng cao hơn khi nhận được năng lượng thích hợp. Khi nguyên tử ở trạng thái năng lượng cao chúng kém bền và có xu hướng chuyển về trạng thái cơ bản, khi đó chúng phát ra bức xạ có cùng năng lượng với bức xạ hấp thụ. Bằng các đo năng lượng chúng phát ra hình thành nên quang phổ mẫu, phổ sinh ra quá trình này gọi là phổ hấp thu nguyên tử. Từ phổ so sánh với đường chuẩn xác định được nồng độ nguyên tố. (Nguyễn Thị Trâm Anh, 2011)
2.6.3.3. Phương pháp phân tích quang phổ nhiễu xạ tia X
Nhiễu xạ tia X là hiện tượng các chùm tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể của chất rắn do tính tuần hoàn của cấu trúc tinh thể tạo nên các cực đại và cực tiểu nhiễu xạ.
Kỹ thuật nhiễu xạ tia X (thường viết gọn là nhiễu xạ tia X) được sử dụng để phân tích cấu trúc chất rắn, vật liệu... Xét về bản chất vật lý, nhiễu xạ tia X cũng gần giống với nhiễu xạ điện tử, sự khác nhau trong tính chất phổ nhiễu xạ là do sự khác nhau về tương tác giữa tia X với nguyên tử và sự tương tác giữa điện tử và nguyên tử. (Wiki Pedia, 23/11/2014).
2.6.3.4. Phương pháp xác định diện tích bề mặt
Hấp phụ khí là phương pháp thông dụng để đo diện tích bề mặt và phân bố kích thước lỗ xốp của vật liệu. Hai đặc tính vật lý quan trọng này ảnh hưởng lớn đến tính năng hoạt động của vật liệu.
Diện tích bề mặt của vật liệu thường được xác định bằng phân tích BET đường hấp phụ đẳng nhiệt khí N2ở -196°C, nhưng đôi khi có thể sử dụng các đầu đo với khí hấp phụ khác. Kích thước lỗ xốp trong khoảng meso đến microporous (đường kính trong khoảng 0-500 o ) được xác định bằng phân tích BJH hoặc DA đường hấp phụ đẳng nhiệt khí N2ở -196°C hoặc đường hấp phụ đẳng nhiệt khí CO2ở -10°C nhằm nâng cao độ phân giải trong khoảng micropore. Thiết bị phân tích hấp phụ trọng lượngngoài xác định các thông số diện tích bề mặt và kích thước lỗ xốp theo mô hình lý thuyết, còn có thể đo trực tiếp kích thước lỗ xốp bằng “probe size” (không cần tính toán dựa trên mô hình lý thuyết). Thiết bị có độ chính xác và độ lặp lại cao, áp suất khảo sát lên tới 20 bar, với
phần mềm điều khiển và phân tích dễ sử dụng. Những lợi điểm quan trọng của hệ thống thiết bị này là có giai đoạn định lượng khử khí mẫu đo, đo phân giải cao và khả năng nâng cấp phần cứng dễ dàng nhằm phục vụ thêm các nghiên cứu hấp phụ khác.
(trích từ http://webcache.googleusercontent.com/, 23/11/2014) 2.6.3.5. Phương pháp electron UV-VIS.
Phổ tử ngoại và khả kiến, viết tắt là UV-VIS (Ultraviolet-Visible) là phương pháp phân tích được sử dụng rộng rãi từ lâu.
Vùng sóng: tử ngoại (UV) 200 – 400 nm
Khả kiến (VIS) 400 – 800 nm
Phổ tử ngoại và khả kiến của các chất hữu cơ gắn liền với bước chuyển electron giữa mức năng lượng electron trong phân tử khi các electron chuyển từ các obitan liên kết hoặc không liên kết lên các obitan phản liên kết có mức năng lượng cao hơn, đòi hỏi phải hấp thụ năng lượng từ bên ngoài.
Các electron nằm ở obitan liên kết σ nhảy lên obitan phản liên kết σ*có mức năng lượng cao nhất, ứng với bước sóng 120 – 150 nm, nằm ở vùng tử ngoại xa. Các electron π và các electron p (cặp electron tự do) nhảy lên obitan phản liên kết π*có mức năng lượng lớn hơn, ứng với bước sóng nằm trong vùng tử ngoại 200 – 400 nm hay vùng khả kiến 400 – 800 nm tùy theo mạch liên hợp của phân tử.
Phổ tử ngoại và khả kiến liên quan chặt chẽ đến cấu tạo, nối đôi liên hợp và vòng thơm. Được ứng dụng rộng rãi. (Nguyễn Thị Trâm Anh, 2011)
2.6.3.6. Sơ lược về đo kích thước hạt bằng Laser
Laser được cho là một trong những phát minh ảnh hưởng nhất trong thế kỉ 20. Tia sáng laser với cường độ cao có thể cắt thép và các kim loại khác. Tia từ laser thường có độ phân kì rất nhỏ, (độ chuẩn trực cao). Độ chuẩn trực tuyệt đối là không thể tạo ra, bởi giới hạn nhiễu xạ. Ích lợi của laser đối với các ứng dụng trong khoa học, công nghiệp, kinh doanh nằm ở tính đồng pha, đồng màu cao, khả năng đạt được cường độ sáng cực kì cao, hay sự hợp nhất của các yếu tố trên. Nước được nạp điện được sử dụng để giữ các
hạt, hiệu quả phun nước nạp điện được đánh giá qua kích thước, sự phân bố và điện tích nạp của các hạt nước.
Laser là tên viết tắt của cụm từ Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation trong tiếng Anh, và có nghĩa là "khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích".
Electron tồn tại ở các mức năng lượng riêng biệt trong một nguyên tử. Các mức năng lượng có thể hiểu là tương ứng với các quỹ đạo riêng biệt của electron xung quanh hạt nhân. Electron ở bên ngoài sẽ có mức năng lượng cao hơn những electron ở phía trong.
Khi có sự tác động vật lý hay hóa học từ bên ngoài, các hạt electron này cũng có thể nhảy từ mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao hay ngược lại. Các quá trình này có thể sinh ra hay hấp thụ các tia sáng (photon) theo giả thuyết của Albert Einstein. Bước sóng (do đó màu sắc) của tia sáng phụ thuộc vào sự chênh lệch năng lượng giữa các mức. Có nhiều loại laser khác nhau, có thể ở dạng hỗn hợp khí. Thiết bị dùng trong thí nghiệm là thiết bị Phase Doppler Particle Analyser (PDPA) bao gồm một lazer He-Ne. Tia laser được tạo từ laser He-Ne có công suất 10 mW, tần số 20 MHz, bước sóng không đổi 300 μm. (Trần Hồng Hà, 2009).
Phương pháp nạp điện cho nước bằng cảm ứng: trong phương pháp này điện cực không trực tiếp tiếp xúc với dòng nước cần nạp mà để cách một khoảng cách, điện cực sẽ cảm ứng lên bề mặt nước và sinh ra lực điện từ, lực này sẽ tác động lên các electron của nước trung hoà và đẩy hoặc hút chúng qua đường dây nối vòi phun với đất, khi các hạt nước được hình thành các hạt nước sẽ mất điện tích hoặc thừa điện tích sẽ mang điện âm hoặc dương. Phương pháp nạp bằng cảm ứng có thuận lợi là có thể nạp ở điện thế thấp, điện cực không trực tiếp tiếp xúc với nước do vậy không nguy hiểm. Khi tăng điện thế nạp khả năng nạp cho nước càng tăng khi tiếp tục tăng điện thế giữa điện cực và mặt nước sẽ xuất hiện tia lửa điện (corona) sinh ra dòng rò qua điện cực tăng lên, do vậy điện tích nạp cho các hạt nước giảm xuống dẫn đến hiệu quả nạp cũng bị giảm rất nhanh. Phương pháp nạp bằng cảm ứng cho nước đạt hiệu quả cao ở hiệu điện thế thấp từ 1-5 kV so với các phương pháp nạp khác. (Trần Hồng Hà, 2009).