VI SÓNG VÀ NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA NÓ

Seminar môn hóa lý hữu “Vi sóng ứng dụng nó” VI SÓNG VÀ NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA NÓ ********** I GIỚI THIỆU: Nhờ tiến không ngừng khoa học kỹ thuật, người phát minh nhiều vật dụng “thông minh”, hữu ích nhằm phục vụ nhu cầu người Và đời vi sóng (còn gọi vi ba) không nằm mục đích Sự tồn sóng điện từ, vi ba phần phổ tần số cao, James Clerk Maxwell dự đoán năm 1864 từ phương trình Maxwell tiếng Năm 1888, Heinrich Hertz chế tạo thiết bị phát sóng radio, nhờ lần chứng minh tồn sóng điện từ Năm 1894, J C Bose công khai chứng minh kiểm soát đài phát cách sử dụng bước sóng mm tiến hành nghiên cứu lan truyền sóng viba Năm 1943, kỹ sư Hungary, Zoltán Bay gửi sóng vô tuyến cực ngắn đến mặt trăng, từ làm việc radar sử dụng để đo khoảng cách, để nghiên cứu mặt trăng Vi sóng phát cách tình cờ Năm 1946, lúc làm thí nghiệm với nguồn phát từ trường thiết bị RADAR, T.S Percy Spencer, kỹ sư công ty Raytheon Corporation, phá chocolate túi ông bị chảy Lập lại thí nghiệm nhiều lần nguyên liệu khác rau quả, trứng, kẹo rằng: vi sóng nguồn cung cấp nhiệt hiệu Sự khám phá khẳng định tính chất đun nóng vi sóng tốt, từ dẫn đến đời lò vi sóng vào năm 1947 cho công nghiệp cho gia đình vào năm 1954 Có lẽ việc sử dụng từ lò vi sóng bối cảnh thiên văn xảy vào năm 1946 viết "Lò vi sóng xạ từ mặt trời mặt trăng" Robert Dicke Robert Beringer Vậy vi sóng ? Và ứng dụng nào? Chúng ta tìm hiểu vi sóng nghiên cứu ứng dụng hóa học, y học, truyền thông v.v… II TỔNG QUAN VỀ VI SÓNG: II.1 Định nghĩa: Vi sóng (hay vi ba / sóng ngắn) sóng điện từ có bước sóng dài tia hồng ngoại, ngắn sóng radio (có bước sóng từ 1mm đến 1m) Bản chất vi sóng sóng điện từ lan truyền với vận tốc ánh sáng, sóng điện từ đặc trưng bởi:  Tần số f tính Hertz (Hz = cycles/s) chu kỳ trường điện từ giây nằm 300MHz 30GHz Seminar môn hóa lý hữu “Vi sóng ứng dụng nó”   Vận tốc ánh sáng C 300.000 km/s Độ dài sóng λ (cm) đọan đường vi sóng chu kỳ, liên hệ với tần số theo công thức: Vi sóng nằm phổ điện từ vùng hồng ngoại sóng vô tuyến Chúng có bước sóng nằm 0.01 1m thường hoạt động có hiệu phạm vi 0.3 30 GHz Tuy nhiên, sử dụng phòng thí nghiệm thường mức 2.45 GHz L S C X Ku K Ka Q U V W F D - GHz - GHz - GHz - 12 GHz 12 - 18 GHz 18 - 26 GHz 26 - 40 GHz 30 - 50 GHz 40 - 60 GHz 50 - 75 GHz 75 - 110 GHz 90 - 140 GHz 110 - 170GHz Hình 1: Những dải tần số vi sóng theo Hội vô tuyến điện Anh Trong bước sóng thấp (dải L) sử dụng với mục đích truyền tin, bước sóng cao (dải W) quang phổ sử dụng cho phân tích kỹ thuật quang phổ học Phương tiện sóng Radar hoạt động hiệu bước sóng thấp (0.01 - 0.25m) sử dụng thông tin liên lạc Hình 2: Mô tả vi sóng Seminar môn hóa lý hữu “Vi sóng ứng dụng nó” II.2 Tính chất vi sóng: Vi sóng có đặc trưng xuyên qua không khí, gốm sứ, thủy tinh, polymer phản xạ bề mặt kim lọai Độ xuyên thấu tỷ lệ nghịch với tần số, tần số tăng lên độ xuyên thấu vi sóng giảm Đối với vật chất có độ ẩm 50% với tần số 2450 MHz có độ xuyên thấu 10 cm Ngoài vi sóng lan truyền chân không, điều kiện áp suất cao… Hình 3: Sự lan truyền vi sóng II.3 Năng lượng vi sóng: Năng lượng vi sóng phát từ nguồn phát sóng điện từ Vi sóng gồm hai thành phần: điện trường E từ trường B Hai thành phần thẳng góc với thẳng góc với phương truyền Năng lượng vi sóng yếu, không 10-6 eV (trong lượng nối cộng hóa trị 5eV), xạ vi sóng xạ ion hóa Hình 4: Năng lượng vi sóng Seminar môn hóa lý hữu “Vi sóng ứng dụng nó” Năng lượng vi sóng không đủ mạnh để cắt đứt nối hóa học nên không làm thay đổi cấu hợp chất hữu không gây nên phản ứng hóa học II.4 Nguồn gốc tác động chế vi sóng: II.4.1 Nguồn gốc tác động vi sóng: Cơ sở tượng phát nhiệt vi sóng tương tác điện trường phân tử phân cực bên vật chất Trong điện trường gây xáo động ma sát lớn phân tử, nguồn gốc nóng lên vật chất Đối với dung môi có dung môi có phân tử phân cực có khả hấp thu vi sóng, phân tử không phân cực trơ với vi sóng Dưới tác dụng vi sóng, phân tử phân cực bị đun nóng gây nên tỏa nhiệt khối Với chất lỏng, gia tăng nhiệt độ xảy nhanh gắn liền với tính phân cực Với chất rắn, gia tăng nhiệt độ phụ thuộc đặc biệt vào hệ thống tinh thể chênh lệch mặt tỷ lượng gây tính chất phân cực chất rắn II.4.2 Cơ chế tác động vi sóng: Vi sóng cung cấp kiểu đun nóng không truyền nhiệt thông thường Với kiểu đun nóng bình thường, sức nóng từ bề mặt vật chất lần vào trong, trường hợp sử dụng vi sóng, vi sóng xuyên thấu vật chất làm nóng vật chất từ bên Vi sóng tăng họat chọn lọc phân tử phân cực, đặc biệt nước Nước bị đun nóng hấp thu vi sóng, bốc tạo áp suất cao nơi bị tác dụng, đẩy nước từ tâm vật đun đến bề mặt Hiện tượng làm nóng vật chất vi sóng: số phân tử ví dụ nước phân chia điện tích phân tử cách bất đối xứng Như phân tử lưỡng cực có tính định hướng chiều điện trường Dưới tác động điện trường chiều phân tử lưỡng cực có khuynh hướng xếp theo điện trường Nếu điện trường điện trường xoay chiều , định hướng lưỡng cực thay đổi theo chiều xoay điện trường Quá trình chuyển hóa lượng điện từ thành lượng nhiệt thông qua hai chế:  Cơ chế quay cực phân tử  Cơ chế dẫn ion a) Cơ chế quay cực phân tử: Cơ chế xảy hợp chất không phân ly thành ion dung dịch Các hợp chất này, đặt vào điện trường, phần điện trường tạo nên phân cực điện tích chúng hình thành lưỡng cực Khi điện trường đảo chiều, phân tử lưỡng cực có khuynh hướng xếp lại theo chiều điện trường Nếu đảo chiều điện trường xảy chậm, phân tử lưỡng cực kịp thời đáp ứng cách hoàn hảo, hợp chất Seminar môn hóa lý hữu “Vi sóng ứng dụng nó” không hấp thu lượng điện trường Nếu đảo chiều xảy nhanh, lưỡng cực đứng yên không kịp quay, kết hợp chất không hấp thu lượng Tuy nhiên vùng vi sóng, lưỡng cực có thời gian để xếp lại theo đảo chiều điện trường tái xếp không kịp thời với đảo chiều gây nên lệch pha hướng điện trường phân tử lưỡng cực Sự lệch pha tạo nên hao hụt điện môi làm nóng vật chất Hình 5: Cơ chế quay cực phân tử Dưới diện điện trường moment lưỡng cực quay xếp cách thẳng hàng Các phân tử chuyển động mạnh va chạm nên làm nhiệt độ tăng 10oC/s Sự chuyển từ phân bố đẳng hướng sang phân bố bất đẳng hướng tác dụng điện trường tĩnh cho hàm Lagevin Hình 6: Hàm Lagevin  Sự hao hụt điện môi: Ta có biểu thức liên quan số điện môi:  = ’ – j ’’ Seminar môn hóa lý hữu “Vi sóng ứng dụng nó” Trong đó:   : số điện môi hợp chất - đại lượng đặc trưng cho khả bị phân cực điện trường hợp chất  ’ : phần thực số điện môi - đặc trưng cho khả bị phân cực điện trường lên hợp chất  ’’ : phần ảo số điện môi, đặc trưng cho hao hụt điện môi hay khả hấp thu lượng vi sóng hợp chất J = -1     Nhận xét: Khi tần số vi sóng thấp tần số phục hồi hợp chất, hao hụt điện môi thay đổi nghịch biến với nhiệt độ Khi tần số vi sóng cao tần số phục hồi hợp chất, hao hụt điện môi thay đổi đồng biến với nhiệt độ Khi tần số vi sóng xấp xỉ tần số phục hồi hợp chất, hao hụt điện môi biến thiên qua cực trị Chất có hao hụt điện môi lớn khả hấp thu nhiệt vi sóng cao b) Cơ chế dẫn ion: Áp dụng cho ion dung dịch, ion di chuyển dung môi ảnh hưởng điện trường, tỉ lệ va chạm tăng lên, ma sát chúng phát sinh nhiệt làm dung dịch nóng lên, dung môi không phân cực vi sóng không hoạt động Vì vậy, hao hụt điện môi chịu thêm ảnh hưởng độ dẫn ion, đặc trưng qua biểu thức: 2 ’’ = ..(s – n )/( 1+  ) +  /       Trong đó: : hao hụt điện môi ’’  : độ dẫn ion (S/m) N : số khúc xạ s :hằng số điện môi môi trường  : tần số góc sóng điện từ (Hz)  : thời gian phục hồi hợp chất (s)  Sự phân loại dung môi: Chọn dung môi phù hợp với điều kiện vi sóng Khả hấp thu lượng vi sóng chuyển lượng hấp thụ thành nhiệt biểu qua tan δ: tan δ = ε”/ε’  ε” : phần ảo số điện môi đặc trưng cho hao hụt điện môi hay khả hấp thụ lượng hợp chất Seminar môn hóa lý hữu “Vi sóng ứng dụng nó”  ε’ : phần thực điện môi đặc trưng cho khả phân cực điện trường lên hợp chất  Giá trị tan δ cao khả hấp thụ lượng vi sóng cao Do dung môi phân thành loại:  Dung môi hấp thu mạnh lượng vi sóng: MeOH, EtOH, etilen glycol, 1-propanol, DMSO…  Dung môi hấp thu trung bình lượng vi sóng: H2O, 1-butanol, 2-butanol, aceton, acid acetic…  Dung môi hấp thu yếu lượng vi sóng: cloroform, THF, piridin, eter, pentan… ε’ Tan δ (2.45 GHz) Diclorometan 9.1 0.042 Tertrahydrofuran 7.6 0.047 Aceton 21 0.054 Etyl acetate 6.0 0.059 Acetonenitril 38 0.063 Cloroform 4.8 0.091 Nước 80 0.12 Dimetylformide 37 0.16 Acid acetic 6.1 0.17 Methanol 33 0.66 Dimetyl sulfoxide 47 0.82 Ethanol 24 0.94 Ethylene glycol 38 1.17 Dung môi Bảng 1: Một số dung môi có số điện môi nhiệt độ phòng  Ảnh hưởng nung nhiệt: Sự kết hợp nhiệt tần số vi sóng nguyên nhân tăng tan δ làm tăng vận tốc nhiệt trình cung cấp nhiệt vi sóng “đun mầm tinh thể” Sự nhiệt làm tăng điểm sôi lên 26oC: Seminar môn hóa lý hữu “Vi sóng ứng dụng nó” Hình 7: Ảnh hưởng việc nung nhiệt Giai đoạn đầu trình cung cấp nhiệt, so sánh truyền lượng vi sóng với truyền nhiệt trình cung cấp nhiệt thông thường thấy tạo thành mầm tinh thể giảm dẫn đến nung nhiệt Hình 8: Đường biểu diễn nhiệt độ trình cung cấp nhiệt vi sóng phản ứng alkyl hóa acetonitrile (81 - 82oC) với xúc tác paladium bình thủy tinh có vách ngăn cách ly  Ảnh hưởng cụ thể vi sóng: Vận tốc phản ứng dựa vào phương trình Arrhenius: Trong đó:  ∆G: lượng hoạt hóa Seminar môn hóa lý hữu “Vi sóng ứng dụng nó”  A: mô tả chuyển động phân tử, dựa vào tần số dao động phân tử Vi sóng làm tăng chuyển động phân tử , ảnh hưởng tới A Phản ứng imidization acid ployamid ∆G (KJ/mol) lgA 57 ± 13 ± 105 ± 14 24 ± MW Quá trình đun nóng bình thường Ta nhận thấy vận tốc phản ứng tăng giải thích tăng A  Cơ chế ảnh hưởng vi sóng: Phản ứng Thông thường Vi sóng Tổng hợp fluorescein 70 82 Ngưng tụ benzoine với ure 70 73 Phản ứng biginelli 70 95 Tổng hợp aspirin 85 92 Bảng 2: Hiệu suất so sánh phản ứng thông thường có vi sóng Ví dụ: phản ứng đóng vòng nhiệt tạo oxazolidin đạt hiệu suất cao sau 40 - 60 giây thời gian phản ứng 200 W Seminar môn hóa lý hữu “Vi sóng ứng dụng nó” Hình 9: Cách thức nhiệt xạ vi sóng Vi sóng giúp làm giảm thời gian phản ứng làm tăng hiệu suất phản ứng đáng kể Phản ứng Tổng hợp fluorescein Thông thường 600 Vi sóng 35 Ngưng tụ benzoine với ure 60 Phản ứng biginelli 360 35 Bảng 3: So sánh thời gian phản ứng thông thường phản ứng có vi sóng (phút) Loại phản ứng Nhiệt độ (oC) Thời gian Hiệu suất (%) MV Nhiệt 40 26 Hydrolysis of hexanenitrile 100 (phút) 60 Oxi hóa cyclohexene 80 60 26 12 Ester hóa acid stearic 140 120 97 83 Bảng 4: So sánh hiệu suất cách thức gia nhiệt phản ứng thông thường có vi sóng Trong phương trình Arrhenius tốc độ phản ứng (K = Ae-Ea/RT ), tốc độ phản ứng không thay đổi phụ thuộc vào hai yếu tố: va chạm thông thường phân tử có hình dạng xác cho phản ứng để xảy (A) phần nhỏ phân tử với 10 Seminar môn hóa lý hữu “Vi sóng ứng dụng nó” đó, công nghệ phát triển thành nhiệt vi sóng làm nóng phản ứng hóa học hộp kín Trong nghiên cứu sơ thấy vi sóng làm giảm đáng kể thời gian phản ứng số trường hợp phản ứng quan sát dễ dàng sử dụng phương pháp đun nóng thông thường Những phát kích thích việc nghiên cứu vi sóng làm nóng nhà hóa học hữu khác, học thuật công nghiệp Để minh họa cho tiềm khoa học công cụ sử dụng nước, tìm cách chứng minh tổng quát lợi nhiệt vi sóng cách thực loạt phản ứng hóa học hữu Mười phản ứng nghiên cứu liệt kê Bằng cách tối ưu điều kiện phản ứng thông thường thấy nhiều phản ứng biết cần phải có thời gian dài đun nóng biến đổi nhanh chóng Một số phản ứng nghiên cứu này:  Phản ứng Diels - Alder  Sự xếp ortho - Claisen  Phản ứng ene  Chuyển rượu thành alkyl bromur  Phản ứng oxi hóa  Phản ứng ester hóa III.1.1 Phản ứng Diels – Alder: Thường Vi sóng DMF Nhiệt độ phản ứng DMF 153oC Hiệu suất 67% 194 – 198 oC 58% Thời gian phản ứng 6h 20 phút Dung môi 12 Seminar môn hóa lý hữu “Vi sóng ứng dụng nó” Thường Vi sóng DMF Nhiệt độ phản ứng DMF 175oC Hiệu suất 68% 147 – 163oC 86% Thời gian phản ứng 15 phút 10 phút Thường Vi sóng Dung môi DMF DMF Nhiệt độ phản ứng Hiệu suất 153oC 55% 192 – 198oC 57% Thời gian phản ứng 60 phút 30 phút Dung môi III.1.2 Sự xếp ortho – Claisen: Ba phản ứng chuyển vị quan trọng xếp lại nhóm 1,5 - hexadien, xếp Claisen etre vinyl allyl xếp lại ortho- Claisen eter aryl allyl Các phản ứng này, với phản ứng Diels – Alder phản ứng ene đại diện phản ứng pericyclic 13 Seminar môn hóa lý hữu “Vi sóng ứng dụng nó” Thường Vi sóng Dung môi DMF DMF Nhiệt độ phản ứng Hiệu suất 153oC 23% 193 – 198oC 80% Thời gian phản ứng 80 h 5h Thường Vi sóng DMF Nhiệt độ phản ứng DMF 153oC Hiệu suất 58% 196 – 198oC 73% Thời gian phản ứng ngày 8h Dung môi III.1.3 Phản ứng Ene: 14 Seminar môn hóa lý hữu “Vi sóng ứng dụng nó” Thường Vi sóng Dung môi DMF DMF Nhiệt độ phản ứng Hiệu suất 153oC 58% 196 – 198oC 73% Thời gian phản ứng ngày 8h Thường Vi sóng Dung môi DMF DMF Nhiệt độ phản ứng Hiệu suất 153oC 14% 179 – 184oC 49% Thời gian phản ứng 40h 20 phút III.1.4 Phản ứng chuyển đổi rượu thành alkyl bromur HO NaBr OH Br Br Thường Vi sóng Dung môi Nước Nước Nhiệt độ phản ứng Hiệu suất 118oC 70% 158 oC 81% Thời gian phản ứng 20 phút 30s 15 Seminar môn hóa lý hữu “Vi sóng ứng dụng nó” Thường Vi sóng Dung môi Nước Nước Nhiệt độ phản ứng Hiệu suất 118oC 33% 137 – 140oC 49% Thời gian phản ứng 30 phút 10 phút Thường Vi sóng Dung môi Dietyl ete Dietyl ete Nhiệt độ phản ứng Hiệu suất 36oC 20% 104 oC 58% Thời gian phản ứng 8h phút III.1.5 Phản ứng oxi hóa: 16 Seminar môn hóa lý hữu “Vi sóng ứng dụng nó” Thường Vi sóng Dung môi Dietyl ete Dietyl ete Nhiệt độ phản ứng Hiệu suất 36oC 44% 116 oC 82% Thời gian phản ứng 5h phút Thường Vi sóng Dung môi metanol metanol Nhiệt độ phản ứng Hiệu suất 65oC 92% 120 oC 92% Thời gian phản ứng 80 phút phút Thường Vi sóng Dung môi metanol metanol Nhiệt độ phản ứng Hiệu suất 65oC 97% 108 – 118oC 85% Thời gian phản ứng 42h 30 phút III.1.6 Phản ứng este hóa: III.2 Ứng dụng vi sóng lĩnh vực khác: 17 Seminar môn hóa lý hữu “Vi sóng ứng dụng nó” III.2.1 Nấu ăn lò vi ba: Lò vi ba thường có các phận :     Magnetron (nguồn phát sóng) Mạch điện tử điều khiển Ống dẫn sóng Ngăn nấu Lò vi sóng nấu thức ăn cách làm rung phân tử nước hợp chất khác Sự rung tạo sức nóng làm chín thức ăn Vì chất hữu chủ yếu cấu tạo nước nên phương pháp dễ dàng nấu chín thức ăn Sóng vi ba sinh từ nguồn magnetron, dẫn theo ống dẫn sóng, vào ngăn nấu phản xạ qua lại tường ngăn nấu bị hấp thụ thức ăn Sóng vi ba lò vi ba dao động trường điện từ với tần số thường 2450 MHz (bước sóng cỡ 12,24 cm) Các phân tử thức ăn (nước, chất béo, đường chất hữu khác) thường dạng lưỡng cực điện (có đầu tích điện âm đầu tích điện dương) Những lưỡng cực điện có xu hướng quay cho nằm song song với chiều điện trường Khi điện trường dao động, phân tử bị quay nhanh qua lại Dao động quay chuyển hóa thành chuyển động nhiệt hỗn loạn qua va chạm phân tử, làm nóng thức ăn Vi sóng tần số 2450 MHz làm nóng hiệu nước lỏng, không hiệu với chất béo, đường nước đá Việc làm nóng bị nhầm với cộng hưởng với dao động riêng nước, nhiên thực tế cộng hưởng xảy tần số cao hơn, khoảng vài chục GHz Các phân tử thủy tinh, số loại nhựa hay giấy khó bị hâm nóng vi sóng tần số 2450 MHz Nhờ đó, thức ăn đựng vật dụng vật liệu lò vi sóng, mà có thức ăn bị nấu chín Ngăn nấu lồng Faraday gồm kim loại hay lưới kim loại bao quanh, đảm bảo cho sóng không lọt Lưới kim loại thường quan sát cửa lò vi ba Các lỗ lưới có kích thước nhỏ nhiều bước sóng (12 cm), nên sóng vi ba không lọt ra, ánh sáng (ở bước sóng ngắn nhiều) lọt qua được, giúp quan sát thức ăn bên Đối với kim loại hay chất dẫn điện, điện tử hay hạt mang điện nằm vật đặc biệt linh động dễ dàng dao động nhanh theo biến đổi điện từ trường Chúng tạo ảnh điện nguồn phát sóng, tạo nên điện trường mạnh vật dẫn điện nguồn điện, gây tia lửa điện phóng ảnh điện nguồn, kèm theo nguy cháy nổ  Ưu - nhược điểm lò vi ba:  Ưu điểm:  Tiết kiệm lượng  Giảm thời gian nấu  Thực phẩm giữ nhiều chất dinh dưỡng hương vị nguyên thủy 18 Seminar môn hóa lý hữu “Vi sóng ứng dụng nó”      Không cần pha thêm dầu, mỡ Dễ lau chùi Không tạo nóng bếp Không dùng nhiều nước ăn nên chất dinh dưỡng Có thể nấu ăn thực phẩm đồ chứa  Nhược điểm:  Phóng xạ thoát  Không phải thực phẩm nấu lò vi ba  Mỗi lò có công suất khác thường thường từ 500 tới 700 watts Trong lò, sóng điện từ phân phối không đều, có chỗ nóng nhiều (chung quanh lò) chỗ nóng (giữa lò) Vì thế, lò, thực phẩm chậm chín chung quanh lò Khi nấu, nên xếp thực phẩm theo vòng tròn, phần thực phẩm to, dầy quay III.2.2 Ứng dụng vi sóng vô tuyến chuyển tiếp: Thiết bị chuyển tiếp tần số vô tuyến (Radio Frequency Repeater – RFR) sử dụng thiết lập tuyến truyền dẫn viba số điểm - điểm bị địa hình chắn tầm nhìn thẳng phải dùng RFR để chuyển hướng, tránh, vượt điểm chắn địa hình RFR đơn giản gồm khuếch đại tạp âm nội thấp - LNA, lọc băng thông, phân nhánh định hướng, thiết bị đảm bảo nguồn điện ăcquy pin lượng mặt trời Hiện nay, RFR hãng sản xuất hoàn thiện thiết kế sử dụng linh kiện nên chất lượng đảm bảo cho việc truyền dẫn đến 16E1, cự ly đến 60Km, tiêu thụ công suất điện 02W/h Dải tần số linh hoạt, tương thích với thiệt bị viba số sử dụng - 1.5GHz, 2.0GHz, 3.4GHz, 5.8GHz, 7.8GHz đảm bảo truyền dẫn tốt tín hiệu có dạng điều chế khác nhau: QPSK,16QAM,BPSK Thiết lập trạm chuyển tiếp thiết bị RFR phương án rẻ phương án dựng trạm viba, đơn giản không cần điện lưới, không cần máy nổ, không cần nhà trạm, không cần nhân viên trực chuyên trách Các chuyên gia tính rằng: kinh phí để dựng 01 trạm viba sử dụng thiết bị DM-1000 - thiết bị hãng Fujitsu lớn 04 (bốn) lần kinh phí để dựng 01 trạm viba sử dụng thiết bị RFR, chi phí thường niên trạm DM-1000 lớn trạm RFR khoảng 20 (hai mươi) lần “Tuyến Viba De Pua - Mường Nhé (Điện Biên) giữ kỷ lục tuyến chuyển tiếp có cự ly lớn Việt Nam”: d = 56.8km, dung lượng 8E1 Nguồn tiêu thụ: 125mA x 12V = 1500mW = 1.5 W 19 Seminar môn hóa lý hữu “Vi sóng ứng dụng nó” Tuyến có dung lượng lớn nhất: 16E1, tuyến Chàm Cọ - Anh Dũng (Sơn La) Nguồn tiêu thụ: 132mA x 12V = 1584mW ≈ 1.6 W Thiết bị gọi thiết bị chuyển tiếp viba số hay microwave repeater III.2.3 Dùng vi sóng để chiết nitrat rau: Một ứng dụng thực tế cấp bách “Chiết nitrat rau phương pháp vi sóng” Nitrat ion độc có rau quả, hàm lượng liên quan chặt chẽ đến liều lượng phân đạm sử dụng Sự có mặt nitrat với hàm lượng lớn gây hại tác động xấu đến sức khoẻ:  Sự tạo thành methemoglobinemia làm khả vận chuyển oxi hemoglobin Trẻ em mắc chứng bệnh thường xanh xao dễ bị đe dọa đến sống đặc biệt trẻ em sáu tháng tuổi  Sự tạo thành hợp chất gây ung thư (nitrosamin) Để xác định hàm lượng nitrat rau trước hết phải chiết tách nitrat khỏi rau sau xác định phương pháp trắc quang, sắc ký, cực phổ, cực chọn lọc ion…Có nhiều phương pháp chiết nitrat khỏi rau phổ biến phương pháp nghiền phương pháp ngâm chiết, hai phương pháp có hạn chế định Phương pháp nghiền làm cho dịch nghiền có màu ảnh hưởng đến phép xác định nitrat Phương pháp ngâm bị ảnh hưởng màu thời gian ngâm chiết lâu kéo dài thời gian phân tích Và phương pháp chiết sử dụng vi sóng Chuẩn bị mẫu : Mẫu rau cải rửa sau thái nhỏ trộn Cân mẫu 10 g cho vào cốc định mức 250 ml, thêm nước cất vào cốc đến khoảng 200 ml Nghiên cứu khả chiết lò vi sóng mức lượng khác thời gian đun vi sóng mức lượng ấy, kết cho thấy:  Mức lượng đun vi sóng cao chiết nhanh nitrat khỏi mẫu  Với mức lượng cao cần phút (cho 10g mẫu) chiết hết nitrat khỏi mẫu So sánh với số phương pháp chiết thông thường (nghiền, ngâm) phương pháp chiết lượng vi sóng có số ưu điểm sau:  Thời gian chiết nhanh  Dịch chiết màu thuận lợi cho phép xác định nitrat (bằng phương pháp trắc quang)  Hiệu suất chiết cao so với số phương pháp chiết thông thường  Thiết bị dễ sử dụng, an toàn bảo vệ môi trường Phương pháp chiết nitrat cô cạn vi sóng sau xác định phương pháp đo quang so sánh với phương pháp sắc ký ion cho kết tương đối phù hợp (bảng 5) 20 Seminar môn hóa lý hữu “Vi sóng ứng dụng nó” Hàm lượng nitrat mg/kg Sai số tương đối STT Loại rau hai phương PP Phân huỷ vi sóng Phương pháp sắc ký pháp (%) đo quang Bắp cải 1415 1500 6,0 Cải xanh 960 1040 8,3 Cải 780 850 8,9 Đậu đũa 106 90 14,8 Xà lách 756 690 9,6 Bảng 5: Hàm lượng nitrat số mẫu rau theo phương pháp phân huỷ vi sóng đo quang phương pháp sắc ký Kết luận: Bằng phương pháp phân huỷ vi sóng chiết tách hoàn toàn ion nitrat khỏi rau nhanh Dịch chiết sau cô cạn vi sóng xác định nitrat phương pháp đo quang cho kết xác III.2.4 Phát trái chín nhờ hệ thống quét ảnh vi sóng: Trong tương lai, robot hái trái trang bị hệ thống quét ảnh vi sóng để xác định độ chín trái thay người cánh đồng Công nghệ phát triển Phòng thí nghiệm vật lý quốc gia Anh (NPL) sử dụng: sóng vi ba, sóng radio, sóng terahertz xạ hồng ngoại xa để đo hàm lượng nước trái rau đánh giá xem liệu chúng chín chưa thu hoạch hay không "Trái chín chứa hàm lượng nước cao hơn, nhận biết đâu trái đạt đến độ chín thu hoạch", theo Tiến sĩ Richard Dudley, nhà khoa học hàng đầu làm việc Phòng thí nghiệm vật lý quốc gia Anh (NPL) Công nghệ cung cấp: cách đánh giá độ chín loại trái (chẳng hạn dâu tây) xác so với việc nhận biết độ chín loại trái thông qua màu sắc; dẫn tới phương pháp chọn chín nhanh hơn, vi sóng xuyên qua vật cản hữu hình khác Hình 9: Những cà chua phát chín nhờ hệ thống quét ảnh vi sóng 21 Seminar môn hóa lý hữu “Vi sóng ứng dụng nó” Các vi sóng sử dụng nhiều tính an toàn sử dụng liều thấp có khả xuyên qua nhiều dạng vật chất dễ dàng bị chặn lại nước "Với phương pháp tiếp cận vi sóng, bạn đánh giá độ chín (sâu chút bên bề mặt) dâu tây, có khả dâu tây có màu đỏ hấp dẫn bên thực chất bên thịt cứng nhiều nước", theo Dudley "Chúng ta xác định vị trí dâu tây xuyên qua tán um tùm Điều chắn dâu tây không chứa nhiều nước, tán trở nên suốt trước vi sóng dò tìm bên tán lá: dâu tây hoàn toàn lộ diện" Hệ thống quét ảnh vi sóng chí sử dụng để phát bệnh xác định liệu loại trồng có cần bón phân thêm cung cấp lượng nước phù hợp với giai đoạn phát triển trồng "Với hệ thống quét ảnh vi sóng, bạn quản lý trồng hiệu hơn, chẳng hạn, trồng dâu tây nhà kính", theo Dudley Nhưng xem xét trang bị hệ thống quét ảnh vi sóng máy kéo nông trại Điều hoàn toàn khả thi bạn gắn kết công nghệ cách đắn Phòng thí nghiệm vật lý quốc gia Anh (cùng với nông dân công ty thiết bị nông nghiệp) dành khoảng hai năm để phát triển hệ thống quét ảnh vi sóng này, tiến hành hệ thống thử nghiệm cánh đồng trồng súp lơ rau diếp Thách thức lớn việc thiết kế máy dò vi sóng phải: thu hình ảnh có độ phân giải cao với tốc độ dò tìm đủ nhanh Trong thời gian tới, phòng thí nghiệm vật lý quốc gia hợp tác với công ty chế tạo cảm biến thiết bị phục vụ nông nghiệp để tích hợp công nghệ quét ảnh vi sóng vào trang thiết bị phục vụ nông nghiệp, với chi phí hợp lý đảm bảo chất lượng sản phẩm III.2.5 Ứng dụng vi sóng vào vật lý trị liệu: Đối với việc sử dụng vi sóng vật lý trị liệu người ta thường dùng vi sóng có tần số 2450MHz Tác dụng vi sóng làm tăng nhiệt tổ chức, tăng chuyển hóa, kích thích sợi thần kinh, giảm đau chống viêm Các phương thức tác dụng vi sóng:  Phương thức tụ điện (hình 4.1-a): Nối hai điện cực (điện cực đôi) với máy cao tần hai điện cực tạo với thành tụ điện, chúng xuất điện trường cao tần có tần số tần số dòng điện Nếu đặt tổ chức thể vào điện trường tổ chức nóng lên Nhiệt sinh phương thức tụ điện tổ chức mỡ nhiều tổ chức tạng Tương ứng với phương thức 22 Seminar môn hóa lý hữu “Vi sóng ứng dụng nó” nàu ta có loại điện cực đôi, gồm hai điện cực nối với hai cực nguồn điện, tạo nên hiệu ứng tụ điện, bao gồm: điện cực hình đĩa điện cực mềm cao xu  Phương thức cảm ứng (Hình 4.1-b): cho dòng điện cao tần chạy qua dây dẫn (điện cực cáp) hay cuộn dây cảm ứng (điện cực đơn) xung quanh xuất từ trường cao tần Nếu đặt tổ chức vào từ trường nóng lên Nhiệt sinh phương thức cảm ứng tổ chức nhiều nước điện giải (cơ tạng) nhiều tổ chức mỡ Tương ứng với phương thức này, ta có loại điện cực đơn: Chỉ có điện cực cuộn dây cảm ứng để tạo nên hiệu ứng dòng điện cảm ứng, như: điện cực dòng xoáy (circuplode) gọi điện cực Foucault điện cực dòng xoáy chiều (flexiplode) Các tác dụng điều trị vi sóng: a) Tác dụng giảm đau: Nhiệt sóng ngắn ức chế sợi dẫn truyền cảm giác đau Trên hạch giao cảm, nhiệt khối tác dụng lên hạch giao cảm cổ thắt lưng làm dịu giảm căng thẳng hệ thần kinh thực vật, có tác dụng giảm đau nội tạng Tác dụng giảm đau tăng tuần hoàn cục làm tăng thải trừ sản phẩm chuyển hóa, tái hấp thu dịch tiết bị tích tụ, tăng nhiệt làm giãn giảm trương lực vân b) Tác dụng chống viêm: Sóng ngắn làm tăng bạch cầu đến tổ chức viêm, tăng khả di chuyển thực bào thực bào có tác dụng chống viêm tốt c) Tác dụng mạch máu: Với liều điều trị nhiệt khối gây giãn mạch, giảm ứ đọng, tăng cường lưu lượng máu lưu thông Ngược lại với liều mạnh thời gian kéo dài lại có tác dụng co mạch chí đe dọa tắc mạch d) Tác dụng lên hệ thần kinh vận động: 23 Seminar môn hóa lý hữu “Vi sóng ứng dụng nó” Khi điều trị băng sóng ngắn kết hợp với vận động liệu pháp làm tăng nhanh dẫn truyền thần kinh vận động, điều đáp ứng tốt cho công việc phục hồi chức IV NHỮNG ƯU ĐIỂM VÀ HẠN CHẾ CỦA VI SÓNG: IV.1 Ưu điểm: Thời gian phản ứng giảm cách đáng kể (đến 1000 lần) so với phản ứng thông thường Sự tăng mạnh vận tốc phản ứng gán cho hai hiệu ứng  Nhiệt độ  Áp suất, phản ứng tiến hành ống đóng kín Có độ tinh khiết cao so với đun nóng cổ điển, sản phẩm nằm lò thời gian ngắn nhiệt độ cao nên giảm thiểu phân hủy Giảm số phản ứng phụ, quán tính nhiệt Có thể thực phản ứng có tác dụng vi sóng điều kiện không dung môi IV.2 Hạn chế: Chỉ thực phản ứng dung môi phân cực Do dung môi đạt đến nhiệt độ sôi nhanh nên tạo phát nhiệt mạnh gia tăng áp suất cao, thường xuyên gây nổ Có nghiên cứu cho không nên tiếp xúc trực tiếp nguồn nhiệt vi sóng bị thương Khi bị thương mà tiếp xúc với vi sóng gây nhiệt điện môi thể, tiếp xúc với vi sóng gây đục thủy tinh thể theo chế nhiệt vi sóng làm biến chất protein thấu kính tinh thể mắt (trong cách mà nhiệt làm lòng trắng trứng trắng đục) nhanh so với ống kính làm nguội cách bao quanh cấu trúc V KẾT LUẬN: Sự đời vi sóng mở bước ngoặc cho nhiều lĩnh vực nghiên cứu Với khả gia tăng vận tốc phản ứng cách nhanh chóng mà không làm thay đổi cấu trúc phân tử, thông số đặc trưng phản ứng như: số phân ly, lượng hoạt hóa…thì vi sóng thực công cụ hỗ trợ đắc lực hóa học nói chung, hóa học hữu nói riêng hiệu suất cao Ngoài ứng dụng hóa hữu vi sóng ứng dụng nhiều lĩnh vực công nghiệp sấy khô sản phẩm, sát trùng thực phẩm, sấy gỗ v.v… Tuy nhiên, công trình, nghiên cứu, khám phá có thuận lợi hạn chế Điều quan trọng hiểu rõ chất chế vận hành nó, để từ điều khiển theo ý muốn, đồng thời giảm thiểu bất lợi mà gây VI TÀI LIỆU THAM KHẢO: 1) Lê Ngọc Thạch, Hóa học hữu cơ, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 06/2002 2) Lê Ngọc Thạch, Tinh dầu, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2003 24 Seminar môn hóa lý hữu “Vi sóng ứng dụng nó” 3) Ngô Huy Du, Phạm Huy Đông, Chiết nitrat rau phương pháp vi sóng xác định phương pháp trắc quang, Theo http://www.vinachem.com.vn 4) Mai Trung Dũng, Điều trị sóng ngắn, Theo http://www.dieutridau.com.vn 5) Yeeman K.Ramtohul, Microwave in organic chemistry, Stotlz group literature presentation, Stotlz conference Room, Thursday 23, 12.00pm 6) Andre Loupy, Alain Petit, Dariusz Bogdal, Microwave and Phase-Transfer Catalysis, 08/2004 7) G Majetich, R Hicks, Department of Chemistry, The University of Georgia, Athens, Applications of microwave accelerated organic chemistry, 08/1993 25 Seminar môn hóa lý hữu “Vi sóng ứng dụng nó” 26 [...]... Vi sóng và những ứng dụng của nó đó, công nghệ này phát triển thành nhiệt của vi sóng làm nóng các phản ứng hóa học ở trong hộp kín Trong nghiên cứu sơ bộ thấy rằng vi sóng làm giảm đáng kể trong thời gian phản ứng và trong một số trường hợp thì phản ứng sạch hơn do đó quan sát dễ dàng hơn khi sử dụng phương pháp đun nóng thông thường Những phát hiện này đã kích thích vi c nghiên cứu vi sóng làm nóng... một số lượng lớn những va chạm mạnh Những va chạm mạnh này nhanh hơn khi có năng lượng vi sóng Đối với những phản ứng có tốc độ chạm, năng lượng hoạt hóa cao rất cần đến vi sóng III ỨNG DỤNG CỦA VI SÓNG: Xung quanh chúng ta, những ứng dụng của vi sóng thật đa dạng và phong phú mà đôi khi chúng ta không nhận ra         Lò vi sóng (cũng gọi là lò vi ba) dùng một magnetron sinh ra vi ba có tần số... xếp lại các ortho- Claisen của một eter aryl allyl Các phản ứng này, cùng với các phản ứng Diels – Alder và phản ứng ene là đại diện của những phản ứng pericyclic 13 Seminar môn hóa lý hữu cơ Vi sóng và những ứng dụng của nó Thường Vi sóng Dung môi DMF DMF Nhiệt độ phản ứng Hiệu suất 153oC 23% 193 – 198oC 80% Thời gian phản ứng 80 h 5h Thường Vi sóng DMF Nhiệt độ phản ứng DMF 153oC Hiệu suất 58%... Nhiệt độ phản ứng Hiệu suất 65oC 97% 108 – 118oC 85% Thời gian phản ứng 42h 30 phút III.1.6 Phản ứng este hóa: III.2 Ứng dụng của vi sóng trong các lĩnh vực khác: 17 Seminar môn hóa lý hữu cơ Vi sóng và những ứng dụng của nó III.2.1 Nấu ăn bằng lò vi ba: Lò vi ba thường có các các bộ phận chính :     Magnetron (nguồn phát sóng) Mạch điện tử điều khiển Ống dẫn sóng Ngăn nấu Lò vi sóng nấu thức... sóng vào các trang thiết bị phục vụ nông nghiệp, với chi phí hợp lý trong khi vẫn đảm bảo chất lượng của sản phẩm III.2.5 Ứng dụng vi sóng vào vật lý trị liệu: Đối với vi c sử dụng vi sóng trong vật lý trị liệu người ta thường dùng vi sóng có tần số 2450MHz Tác dụng chính của vi sóng là làm tăng nhiệt tổ chức, tăng chuyển hóa, kích thích sợi thần kinh, giảm đau và chống vi m Các phương thức tác dụng của. .. ứng được nghiên cứu trong bài này:  Phản ứng Diels - Alder  Sự sắp xếp ortho - Claisen  Phản ứng ene  Chuyển rượu thành alkyl bromur  Phản ứng oxi hóa  Phản ứng ester hóa III.1.1 Phản ứng Diels – Alder: Thường Vi sóng DMF Nhiệt độ phản ứng DMF 153oC Hiệu suất 67% 194 – 198 oC 58% Thời gian phản ứng 6h 20 phút Dung môi 12 Seminar môn hóa lý hữu cơ Vi sóng và những ứng dụng của nó Thường Vi sóng. .. oC 58% Thời gian phản ứng 8h 7 phút III.1.5 Phản ứng oxi hóa: 16 Seminar môn hóa lý hữu cơ Vi sóng và những ứng dụng của nó Thường Vi sóng Dung môi Dietyl ete Dietyl ete Nhiệt độ phản ứng Hiệu suất 36oC 44% 116 oC 82% Thời gian phản ứng 5h 3 phút Thường Vi sóng Dung môi metanol metanol Nhiệt độ phản ứng Hiệu suất 65oC 92% 120 oC 92% Thời gian phản ứng 80 phút 1 phút Thường Vi sóng Dung môi metanol... HO NaBr OH Br Br Thường Vi sóng Dung môi Nước Nước Nhiệt độ phản ứng Hiệu suất 118oC 70% 158 oC 81% Thời gian phản ứng 20 phút 30s 15 Seminar môn hóa lý hữu cơ Vi sóng và những ứng dụng của nó Thường Vi sóng Dung môi Nước Nước Nhiệt độ phản ứng Hiệu suất 118oC 33% 137 – 140oC 49% Thời gian phản ứng 30 phút 10 phút Thường Vi sóng Dung môi Dietyl ete Dietyl ete Nhiệt độ phản ứng Hiệu suất 36oC 20% 104... 198oC 73% Thời gian phản ứng 4 ngày 8h Dung môi III.1.3 Phản ứng Ene: 14 Seminar môn hóa lý hữu cơ Vi sóng và những ứng dụng của nó Thường Vi sóng Dung môi DMF DMF Nhiệt độ phản ứng Hiệu suất 153oC 58% 196 – 198oC 73% Thời gian phản ứng 4 ngày 8h Thường Vi sóng Dung môi DMF DMF Nhiệt độ phản ứng Hiệu suất 153oC 14% 179 – 184oC 49% Thời gian phản ứng 40h 20 phút III.1.4 Phản ứng chuyển đổi rượu thành... d) Tác dụng lên hệ thần kinh vận động: 23 Seminar môn hóa lý hữu cơ Vi sóng và những ứng dụng của nó Khi điều trị băng sóng ngắn kết hợp với vận động liệu pháp sẽ làm tăng nhanh sự dẫn truyền thần kinh vận động, điều này đáp ứng tốt cho công vi c phục hồi chức năng IV NHỮNG ƯU ĐIỂM VÀ HẠN CHẾ CỦA VI SÓNG: IV.1 Ưu điểm: Thời gian phản ứng giảm một cách đáng kể (đến 1000 lần) so với các phản ứng thông ... Phương tiện sóng Radar hoạt động hiệu bước sóng thấp (0.01 - 0.25m) sử dụng thông tin liên lạc Hình 2: Mô tả vi sóng Seminar môn hóa lý hữu Vi sóng ứng dụng nó II.2 Tính chất vi sóng: Vi sóng có... va chạm mạnh nhanh có lượng vi sóng Đối với phản ứng có tốc độ chạm, lượng hoạt hóa cao cần đến vi sóng III ỨNG DỤNG CỦA VI SÓNG: Xung quanh chúng ta, ứng dụng vi sóng thật đa dạng phong phú... mẫu nóng lên với vi sóng cốc mở Sau 11 Seminar môn hóa lý hữu Vi sóng ứng dụng nó đó, công nghệ phát triển thành nhiệt vi sóng làm nóng phản ứng hóa học hộp kín Trong nghiên cứu sơ thấy vi sóng