ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --- Nguyễn Phương Thoa NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM TRONG CÁC MẪU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐẤT HIẾM TINH KHIẾT BẰNG QU
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-
Nguyễn Phương Thoa
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM TRONG CÁC MẪU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐẤT HIẾM TINH KHIẾT BẰNG QUANG PHỔ
PHÁT XẠ PLASMA CẢM ỨNG (ICP-OES)
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội – Năm 2015
Trang 2ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-
Nguyễn Phương Thoa
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM TRONG CÁC MẪU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐẤT HIẾM TINH KHIẾT BẰNG QUANG PHỔ
PHÁT XẠ PLASMA CẢM ỨNG (ICP-OES)
Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 60440118
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Xuân Chiến
Hà Nội – Năm 2015
Trang 3LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn TS.Nguyễn Xuân Chiến
đã giao đề tài, tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn.Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Lê Bá Thuận đã tạo điều kiện cho tôi được làm luận văn tại nơi tôi đang làm việc
Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc các đồng nghiệp trong Trung tâm Nghiên cứu và Chuyển giao Công nghệ đất hiếm đã hỗ trợ, tạo điều kiên, quan tâm, động viên, ủng hộ để tôi có thể hoàn thành luận văn
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình làm luận văn này
Hà Nội, ngày 29 tháng 12, năm 2015
Học viên
Nguyễn Phương Thoa
Trang 42
DANH MỤC VIẾT TẮT
2 ICP-OES Inductively coupled plasma- optical
emission spectrometry
Quang phổ phát xạ plasma
cảm ứng
3 ICP-MS Inductively coupled plasma- mass
spectrometry
Phổ khối lượng plasma
cảm ứng
chromatography Sắc ký ion hiệu năng cao
positron
11 ICP-AES Inductively coupled plasma-atomic
emission spectrometry
Quang phổ phát xạ nguyên
tử plasma cảm ứng
12 ETV-ICP-MS
Electrothermal vaporisation
ICP-mass spectrometry Phổ khối lượng plasma cảm
ứng hóa hơi nhiệt điện
14 CRM Certificate reference material Mẫu chuẩn đối chứng
17 INAA Instrumental Neutron Activation
Trang 53
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN Error! Bookmark not defined
1.1 Tính chất vật lý, hóa học của nhóm các nguyên tố đất hiếmError! Bookmark not defined
1.2.Ứng dụng của các nguyên tố đất hiếm Error! Bookmark not defined
1.3 Các phương pháp xác định hàm lượng các NTĐH Error! Bookmark not defined
1.3.1 Phương pháp xác định Ce và các NTĐH bằng phương pháp khối lượngError! Bookmark not defined 1.3.2 Phương pháp chuẩn độ Error! Bookmark not defined
1.3.3 Phương pháp quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP-OES)Error! Bookmark not defined
1.3.3.1 Nguyên lý của phương pháp Error! Bookmark not defined
1.3.3.2 Cấu tạo và hoạt động của các bộ phận chính trong hệ thống ICP-OESError! Bookmark not defined
1.3.3.3 Xác định các nguyên tố đất hiếm bằng ICP-OES Error! Bookmark not defined
1.3.4 Xác định các NTĐH bằng ICP-MS Error! Bookmark not defined
1.3.5 Xác định các NTĐH bằng kích hoạt nơtron Error! Bookmark not defined
1.3.6 Xác định các NTĐH bằng huỳnh quang tia X (XRF)Error! Bookmark not defined
1.3.7 Một số kỹ thuật khác xác định các NTĐH Error! Bookmark not defined
CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ HÓA CHẤT NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined
2.1 Thiết bị hóa chất Error! Bookmark not defined
2.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined
2.2.1 Xác định các NTĐH trong mẫu lantan tinh khiếtError! Bookmark not defined
2.2.1.1 Nghiên cứu lựa chọn bước sóng xác định các NTĐH trong nền lantan tinh khiếtError! Bookmark not defined 2.2.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của công suất plasma Error! Bookmark not defined
2.2.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường Error! Bookmark not defined
Trang 64
2.2.1.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ bơm Error! Bookmark not defined
2.2.1.5 Đường chuẩn xác định các NTĐH, độ tuyến tính Error! Bookmark not defined
2.2.1.6 Giới hạn phát hiện LOD, giới hạn định lượng LOQ Error! Bookmark not defined
2.2.1.7 Nghiên cứu ảnh hưởng lẫn nhau giữa các NTĐH Error! Bookmark not defined
2.2.1.8.Ảnh hưởng của các nguyên tố khác Error! Bookmark not defined
2.2.1.9 Phân tích trong mẫu nhân tạo, mẫu thêm Error! Bookmark not defined
2.2.2 Xác định các NTĐH trong mẫu gadolini tinh khiếtError! Bookmark not defined
2.2.2.1 Nghiên cứu lựa chọn bước sóng xác định các NTĐH trong nền gadolini tinh khiếtError! Bookmark not defined 2.2.2.2 Đường chuẩn xác định các NTĐH, độ tuyến tính Error! Bookmark not defined
2.2.2.3 Giới hạn phát hiện LOD, giới hạn định lượng LOQ Error! Bookmark not defined
2.2.2.4 Ảnh hưởng lẫn nhau giữa các NTĐH Error! Bookmark not defined
2.2.2.5.Ảnh hưởng của các tạp chất đi kèm lên vạch phát xạ của các NTĐHError! Bookmark not defined
2.2.2.6 Phân tích trong mẫu nhân tạo, mẫu thêm Error! Bookmark not defined
2.2.2.7 Phân tích mẫu thực tế Error! Bookmark not defined
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined
3.1 Xác định các NTĐH trong mẫu lantan tinh khiếtError! Bookmark not defined
3.1.1 Nghiên cứu lựa chọn bước sóng xác định các NTĐH trong nền lantan
tinh khiết Error! Bookmark not defined
3.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của công suất plasmaError! Bookmark not defined
3.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường Error! Bookmark not defined
3.1.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ bơm Error! Bookmark not defined
3.1.5 Đường chuẩn xác định các NTĐH, độ tuyến tínhError! Bookmark not defined
3.1.6 Giới hạn phát hiện LOD, giới hạn định lượng LOQError! Bookmark not defined
3.1.7 Nghiên cứu ảnh hưởng lẫn nhau giữa các NTĐHError! Bookmark not defined
3.1.8 Nghiên cứu ảnh hưởng của các nguyên tố đi kèmError! Bookmark not defined
3.1.9 Phân tích trong mẫu nhân tạo, mẫu thêm Error! Bookmark not defined
Trang 75
3.1.10 Phân tích mẫu thực tế Error! Bookmark not defined
3.2 Xác định các NTĐH trong mẫu gadolini tinh khiết Error! Bookmark not defined
3.2.1 Nghiên cứu lựa chọn bước sóng xác định các NTĐH trong nền gadolini
tinh khiết Error! Bookmark not defined
3.2.2 Đường chuẩn xác định các NTĐH, độ tuyến tínhError! Bookmark not defined
3.2.3 Giới hạn phát hiện LOD, giới hạn định lượng LOQError! Bookmark not defined
3.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng lẫn nhau giữa các NTĐHError! Bookmark not defined
3.2.6 Phân tích trong mẫu nhân tạo, mẫu thêm Error! Bookmark not defined
3.2.7 Phân tích mẫu thực tế Error! Bookmark not defined
3.3 Quy trình phân tích các NTĐH trong mẫu lantan và gadolini tinh khiếtError! Bookmark not defined 3.3.1 Phân tích các NTĐH trong mẫu lantan tinh khiếtError! Bookmark not defined
3.3.2 Phân tích các NTĐH trong mẫu gadolini tinh khiếtError! Bookmark not defined
KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined
TÀI LIỆU THAM KHẢO 10
PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined
Trang 86
DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1: Khoảng cường độ, khoảng bước sóng và số vạch phát xạ của các NTĐH
Error! Bookmark not defined Bảng 3.2: Các bước sóng phân tích được lựa chọn bằng MasterError! Bookmark not defined
Bảng 3.3: Hệ số ảnh hưởng của La lên các NTĐH Error! Bookmark not defined Bảng 3.4: Bước sóng tối ưu xác định các NTĐH trong lantan tinh khiết Error! Bookmark not defined
Bảng 3.5: Các thông số tối ưu trong vận hành ICP-OESError! Bookmark not defined
Bảng 3.6: Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của các NTĐH trong nền La
Error! Bookmark not defined Bảng 3.7: Hệ số ảnh hưởng lẫn nhau giữa các NTĐHError! Bookmark not defined
Bảng 3.8: Hệ số ảnh hưởng của Zn lên các NTĐH ở nồng độ Zn khác nhau Error! Bookmark not defined
Bảng 3.9: Hệ số ảnh hưởng của Cu lên các NTĐH ở nồng độ Cu khác nhau Error! Bookmark not defined
Bảng 3.10: Hệ số ảnh hưởng của Pb lên các NTĐH ở nồng độ Pb khác nhau Error! Bookmark not defined
Bảng 3.11: Hệ số ảnh hưởng của Cr lên các NTĐH ở nồng độ Cr khác nhau Error! Bookmark not defined
Bảng 3.12: Hệ số ảnh hưởng của Mg lên các NTĐH ở nồng độ Mg khác nhau
Error! Bookmark not defined Bảng 3.13: Hệ số ảnh hưởng của Fe lên các NTĐH ở nồng độ Fe khác nhau Error! Bookmark not defined
Trang 97
Bảng 3.14: Hệ số ảnh hưởng của Si lên các NTĐH ở nồng độ Si khác nhau Error! Bookmark not defined
Bảng 3.15: Hệ số ảnh hưởng của Al lên các NTĐH ở nồng độ Al khác nhau Error! Bookmark not defined
Bảng 3.16: Hệ số ảnh hưởng của Ca lên các NTĐH ở nồng độ Ca khác nhau Error! Bookmark not defined
Bảng 3.17: Hàm lượng các NTĐH tìm được trong mẫu nhân tạoError! Bookmark not defined
Bảng 3.18: Độ thu hồi khi phân tích các NTĐH trong mẫu La tinh khiết Error! Bookmark not defined
Bảng 3.19: Hàm lượng các NTĐH sau khi chạy cân bằng ở giai đoạn 2 Error! Bookmark not defined
Bảng 3.20: Hàm lượng các NTĐH trong trong sản phẩm tách La, Ce ở giai đoạn 3
Error! Bookmark not defined
Bảng 3.21: Hàm lượng các NTĐH trong sản phẩm lantan tinh khiết ở giai đoạn 4
Error! Bookmark not defined Bảng 3.22: Các bước sóng phân tích được lựa chọn bằng MasterError! Bookmark not defined
Bảng 3.23: Hệ số ảnh hưởng của Gd lên các NTĐH Error! Bookmark not defined Bảng 3.24: Bước sóng tối ưu xác định các tạp chất đất hiếm trong nền Gd Error! Bookmark not defined
Bảng 3.25: Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng cho các NTĐH trong nền Gd
Error! Bookmark not defined Bảng 3.26: Hệ số ảnh hưởng lẫn nhau giữa các NTĐHError! Bookmark not defined
Trang 108
Bảng 3.27: Hệ số ảnh hưởng của Zn lên các NTĐH ở nồng độ Zn khác nhau Error! Bookmark not defined
Bảng 3.28: Hệ số ảnh hưởng của Cu lên các NTĐH ở nồng độ Cu khác nhau Error! Bookmark not defined
Bảng 3.29: Hệ số ảnh hưởng của Pb lên các NTĐH ở nồng độ Pb khác nhau Error! Bookmark not defined
Bảng 3.30: Hệ số ảnh hưởng của Cr lên các NTĐH ở nồng độ Cr khác nhau Error! Bookmark not defined
Bảng 3.31: Hệ số ảnh hưởng của Mg lên các NTĐH ở nồng độ Mg khác nhau
Error! Bookmark not defined Bảng 3.32: Hệ số ảnh hưởng của Fe lên các NTĐH ở nồng độ Fe khác nhau Error! Bookmark not defined
Bảng 3.33: Hệ số ảnh hưởng của Si lên các NTĐH ở nồng độ Si khác nhau Error! Bookmark not defined
Bảng 3.34: Hệ số ảnh hưởng của Al lên các NTĐH ở nồng độ Al khác nhau Error! Bookmark not defined
Bảng 3.35: Hệ số ảnh hưởng của Ca lên các NTĐH ở nồng độ Ca khác nhau Error! Bookmark not defined
Bảng 3.36: Hàm lượng các NTĐH tìm được trong mẫu nhân tạoError! Bookmark not defined
Bảng 3.37: Độ thu hồi khi phân tích các NTĐH trong mẫu Gd tinh khiết Error! Bookmark not defined
Bảng 3.38: Hàm lượng các NTĐH trong nguyên liệu ban đầu chiết và tinh chế Gd ở
giai đoạn 1 Error! Bookmark not defined Bảng 3.39: Hàm lượng các NTĐH sau khi chạy cân bằng ở giai đoạn 1 Error! Bookmark not defined
Trang 119
Bảng 3.40: Hàm lượng các NTĐH trong sản phẩm tách SEG ở giai đoạn 2 Error! Bookmark not defined
Bảng 3.41: Hàm lượng các NTĐH trong sản phẩm tách EG ở giai đoạn 3 Error! Bookmark not defined
Bảng 3.42: Hàm lượng các NTĐH trong sản phẩm Gd tinh khiết ở giai đoạn 4
Error! Bookmark not defined
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Các quá trình xảy ra trong ICP-OES Error! Bookmark not defined Hình 1.2: Sơ đồ khối các bộ phận trong hệ ICP-OESError! Bookmark not defined
Hình 1.3: Bộ tạo phun sương ở dạng nén: (a) Bộ tạo phun sương đồng tâm, (b) Bộ tạo phun sương dòng mẫu và khí Ar chéo nhau, (c) Bộ tạo phun sương Babington
Error! Bookmark not defined Hình 1.4: Cấu tạo buồng phun Scott Error! Bookmark not defined Hình 1.5: Cấu tạo buồng phun li tâm Error! Bookmark not defined Hình 1.6: Đèn nguyên tử hóa mẫu trong hệ ICP-OESError! Bookmark not defined
Hình 1.7: Cách bố trí Torch kiểu hướng tâm Error! Bookmark not defined Hình 1.8: Cách bố trí Torch kiểu hướng trục Error! Bookmark not defined Hình 3.9: Hình ảnh phổ của các NTĐH trong Master và trong thực tế Error! Bookmark not defined
Hình 3.10: Ảnh hưởng của công suất plasma lên cường độ vạch phát xạ Error! Bookmark not defined
Hình 3.11: Ảnh hưởng của nồng độ axit lên cường độ vạch phát xạ Error! Bookmark not defined
Trang 1210
Hình 3.12: Ảnh hưởng của tốc độ bơm lên cường độ vạch phát xạ Error! Bookmark not defined
Hình 3.13: Đường chuẩn các NTĐH trong nền La Error! Bookmark not defined Hình 3.14: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ của các NTĐH vào nồng độ Zn Error! Bookmark not defined
Hình 3.15: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ của các NTĐH vào nồng độ Cu Error! Bookmark not defined
Hình 3.16: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ của các NTĐH vào nồng độ Pb Error! Bookmark not defined
Hình 3.17: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ của các NTĐH vào nồng độ Cr Error! Bookmark not defined
Hình 3.18: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ của các NTĐH vào nồng độ Mg Error! Bookmark not defined
Hình 3.19: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ của các NTĐH vào nồng độ Fe Error! Bookmark not defined
Hình 3.20: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ của các NTĐH vào nồng độ Si Error! Bookmark not defined
Hình 3.21: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ của các NTĐH vào nồng độ Al Error! Bookmark not defined
Hình 3.22: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ của các NTĐH vào nồng độ Ca Error! Bookmark not defined
Hình 3.23: Phổ của các NTĐH Error! Bookmark not defined Hình 3.24: Đường chuẩn các NTĐH trong nền Gd 5,0 g/lError! Bookmark not defined
Hình 3.25: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ của các NTĐH vào nồng độ Zn Error! Bookmark not defined
Trang 1311
Hình 3.26: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ của các NTĐH vào nồng độ Cu Error! Bookmark not defined
Hình 3.27: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ của các NTĐH vào nồng độ Pb Error! Bookmark not defined
Hình 3.28: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ của các NTĐH vào nồng độ Cr Error! Bookmark not defined
Hình 3.29: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ của các NTĐH vào nồng độ Mg Error! Bookmark not defined
Hình 3.30: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ của các NTĐH vào nồng độ Fe Error! Bookmark not defined
Hình 3.31: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ của các NTĐH vào nồng độ Si Error! Bookmark not defined
Hình 3.32: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ của các NTĐH vào nồng độ Al Error! Bookmark not defined
Hình 3.33: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ của các NTĐH vào nồng độ Ca Error! Bookmark not defined
Trang 1412
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1 Nguyễn Thị Anh (2009), Phân tích lượng nhỏ các nguyên tố đất hiếm trong lớp
mạ hợp kim Ni-Zn, Luận án thạc sĩ khoa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên,
ĐHQGHN
2 Đào Đức Hào (2011), Tách và xác định các nguyên tố đất hiếm trong lớp phủ bằng phương pháp sắc ký điện di mao quản ( CEC), Luận án thạc sĩ khoa học,
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN
3 Hoàng Nhâm (2004), Hóa học vô cơ , NXB Giáo Dục, Hà Nội
4 Hùynh Trúc Phương, Mai Văn Nhơn (2007), “ Áp dụng phương pháp chuẩn hóa K0-INAA phân tích hàm lượng nguyên tố Sm và La trong mẫu bụi có tính đến việc
hiệu chỉnh trùng phùng thực”, Tạp chí phát triển KH và CN, 10(6), pp 35-40
5 Nguyễn Văn Sức (1995), Sử dụng kỹ thuật kích hoạt nơtron để khảo sát sự phân
bố của các nguyên tố đất hiếm trong một số khoáng vật Việt Nam, Luận án tiến sĩ,
Đại học Khoa học Tự nhiên, Hà Nội
6 Nguyễn Văn Sức, Nguyễn Xuân Trung, Nguyễn Văn Minh, Nguyễn Mộng Sinh
(1998), Nghiên cứu tách, làm giàu và xác định vết các nguyên tố đất hiếm trong mẫu dầu thô, Đại học KHTN, Hà Nội
7 Lê Bá Thuận (2010), Điều chế và ứng dụng các hợp chất của xeri từ bastnaesite Đông Pao Việt Nam,Viện Công nghệ xạ hiếm, Hà Nội
8 Chu Văn Vĩnh (2000), Xây dựng các quy trình phân tích để kiểm tra và đánh giá chất lượng sản phẩm trong các quá trình chế tạo nhiên liệu vật liệu hạt nhân, Báo
cáo tổng kết, Viện Công nghệ xạ hiếm, Hà Nội
Tiếng Anh