Khảo sát ảnh hưởng của cấu trúc điện cực đến khả năng đáp ứng của sensor oxy

Header Page of 16 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HÓA HỌC PHẠM THU GIANG KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CẤU TRÚC ĐIỆN CỰC ĐẾN KHẢ NĂNG ĐÁP ỨNG CỦA SENSOR OXY LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội – 2012 Footer Page of 16 Header Page of 16 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HÓA HỌC PHẠM THU GIANG KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CẤU TRÚC ĐIỆN CỰC ĐẾN KHẢ NĂNG ĐÁP ỨNG CỦA SENSOR OXY Chuyên ngành: Hóa lý thuyết Hóa lý Mã số: 60 44 31 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Vũ Thị Thu Hà Hà Nội - 2012 Footer Page of 16 Header Page of 16 LỜI CẢM ƠN - Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc tới PGS TS Vũ Thị Thu Hà GS TS Lê Quốc Hùng - Phòng Tin học Hóa học, Viện Hoá học – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam giao đề tài hướng dẫn tận tâm, nhiệt tình, chu đáo suốt trình thực hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn nhiệt tình hỗ trợ đóng góp ý kiến anh chị em đồng nghiệp phòng Tin học Hóa học, Viện Hóa học Xin cảm ơn Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam tạo điều kiện thuận lơi cho trình học tập nghiên cứu Xin cảm ơn thầy cô Bộ môn Hóa lý, thầy cô khoa Hoá học – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội tận tình dạy dỗ, giúp có kiến thức nhờ mà lĩnh hội kiến thức sâu sau Xin chân thành cảm ơn người thân gia đình, anh chị em, bạn bè, đồng nghiệp giúp đỡ, động viên tạo điều kiện để hoàn thành luận văn Hà Nội, tháng 04 năm 2013 Phạm Thu Giang Footer Page of 16 Header Page of 16 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG ………………………………………….……….………… DANH MỤC CÁC HÌNH……………………………………………………… … …….4 MỞ ĐẦU………………………………………………………………………….… … CHƯƠNG I: TỔNG QUAN……………………………………………………….… … 1.1 Vai trò oxy môi trường…………………………………………… … 1.2 Các phương pháp đo nồng độ oxy hòa tan môi trường………….…… … 10 1.2.1 Phương pháp đo cổ điển ……………………………………………… … 10 1.2.2 Phương pháp chuẩn độ Winkler …………………………………… …… 11 1.2.3 Phương pháp sensor quang học……………………………………… … 13 1.2.4 Phương pháp sensor điện hóa (điện cực màng)…………………… ….… 14 1.3 Cấu tạo nguyên lý làm việc sensor oxy theo kiểu Clark………….…… 19 1.3.1 Cấu tạo nguyên tắc hoạt động…………………………………… …… 19 1.3.2 Cấu trúc, kích thước sensor ………………………………………… ….…23 1.3.3 Tính chất …………………………………………………………… ….….24 1.3.4 Các vấn đề liên quan đến sensor oxy Clark ……………………… …… …26 CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM .……………………………………………….….….28 2.1 Chuẩn bị thực nghiệm…………………………………………………… ….….28 2.1.1 Hóa chất, vật liệu…………………………………………………… ….….28 2.1.2 Dụng cụ, thiết bị………………………………………………… ….…… 28 2.2 Nội dung thực nghiệm………………………………………………… ….… …29 2.2.1 Chế tạo sensor oxy………………………………………………… ….… 29 2.2.2 Khảo sát tính chất sensor tự chế tạo………………………… … 33 2.2.3 Đánh giá khả làm việc sensor điều kiện chế tạo hàng loạt 33 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN…………………………………… … 34 3.1 Khảo sát ảnh hưởng vật liệu kích thước điện cực……………… …….…34 3.1.1 Sensor Platin……………………………………………………… …….…34 3.1.1.1 Kích thước 0,5mm……………………………………………….… 34 Footer Page of 16 Header Page of 16 3.1.1.2 Kích thước 1mm………………………………………………… … 37 3.1.2 Sensor Vàng………………………………………………………… ……38 3.1.2.1 Khảo sát sensor sử dụng điện cực vàng kích thước lớn ………… … 38 3.1.2.2 Khảo sát sensor sử dụng vi điện cực vàng……………………… … 41 3.1.2.3 Khảo sát hàng loạt 16 điện cực vàng………………………… ……43 3.2 Khảo sát ảnh hưởng vật liệu màng…………………………………… … 51 3.3 So sánh kết đo sensor tự chế tạo sản phẩm nhập ngoại……… ……53 3.3.1 Sensor eDAQ (Úc)………………………………………………… …… 53 3.3.2 Sensor Horiba (Nhật Bản)………………………………………….…… …55 KẾT LUẬN……………………………………………………………………… … …57 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………… … ….59 Footer Page of 16 Header Page of 16 DANH MỤC CÁC BẢNG STT Nội dung Trang Bảng 1.1 Độ hòa tan oxy nước cân với không khí 17 khô áp suất 760 mmHg chứa 20,9% oxy Bảng 3.1 Giá trị dòng thu sensor oxy sử dụng dây platin 0,5mm 37 môi trường oxy bão hòa oxy Bảng 3.2 Giá trị dòng thu sensor oxy sử dụng dây vàng 1,5mm 40 môi trường oxy bão hòa oxy Bảng 3.3 Giá trị dòng thu sensor oxy sử dụng dây vàng 25µm 42 môi trường oxy bão hòa oxy Bảng 3.4 Thời gian đáp ứng (s) sensor chuyển từ không khí 45 (kk) vào dung dịch sulfit natri (sf) oxy (kk→sf) ngược lại (sf→kk), lặp lại 5÷6 lần Bảng 3.5 Hàm lượng DO (mg/l) cực đại độ ổn định sau thời gian dài 47 16 sensor với ba loại kích thước điện cực Bảng 3.6 Giá trị trung bình dòng đo phép đo dòng đáp ứng theo thời gian môi trường bão hòa oxy oxy với loại màng Footer Page of 16 52 Header Page of 16 DANH MỤC CÁC HÌNH STT Nội dung Trang Hình 1.1 Cấu tạo sensor màng oxy 15 Hình 1.2 Ảnh hưởng tốc độ khuấy đến dòng đo điện cực 19 màng oxy Hình 1.3 Sơ đồ phản ứng sensor oxy 20 Hình 1.4 Một số cấu hình sensor oxy Clark 21 Hình 1.5 Sơ đồ miêu tả khử oxy sensor oxy 22 Hình 1.6 Sensor đo oxy hòa tan thương mại kiểu Clark 24 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên tắc cấu tạo sensor oxy sử dụng dây Platin 30 Hình 2.2 Ảnh chụp phần lõi sensor sử dụng dây Platin 31 Hình 2.3 Sơ đồ cấu tạo sensor oxy sử dụng điện cực vàng 32 Hình 3.1 Đường CV vòng liên tiếp lần đo sensor oxy 34 sử dụng dây platin 0,5mm môi trường oxy bão hòa oxy Hình 3.2 Đường cong phân cực lần đo sensor oxy sử 35 dụng dây platin 0,5mm môi trường oxy bão hòa oxy Hình 3.3 Sự phụ thuộc dòng – thời gian (i-t) sensor oxy sử dụng 36 dây platin 0,5mm môi trường oxy bão hòa oxy áp vào -0,5V 12 chu kỳ Hình 3.4 Sự phụ thuộc dòng – thời gian (i-t) sensor oxy sử dụng 38 dây platin 1mm môi trường oxy bão hòa oxy áp vào -0,5V chu kỳ Hình 3.5 Đường CV chu kỳ liên tiếp lần đo sensor 38 oxy sử dụng dây vàng 1,5mm môi trường oxy bão hòa oxy Hình 3.6 Footer Page of 16 Sự phụ thuộc dòng – thời gian (i-t) sensor oxy sử dụng 39 Header Page of 16 dây vàng 1,5mm môi trường oxy bão hòa oxy áp vào -0,65V chu kỳ Hình 3.7 Các đường đo dòng – thời gian (i-t) sensor oxy sử 40 dụng dây vàng kích thước khác môi trường oxy bão hòa oxy áp vào -0,65V Hình 3.8 Đường CV chu kỳ liên tiếp lần đo sensor 41 oxy sử dụng dây vàng 25µm môi trường oxy bão hòa oxy Hình 3.9 Đường cong phân cực lần đo sensor oxy sử 42 dụng dây vàng 25µm môi trường oxy bão hòa oxy Hình 3.10 Sự phụ thuộc dòng – thời gian (i-t) sensor oxy sử dụng 43 dây vàng 25µm môi trường oxy bão hòa oxy áp vào -0,5V chu kỳ Hình 3.11 Sensor vàng chế tạo hàng loạt 44 Hình 3.12 Hệ thống đa kênh chạy thử phòng thí nghiệm 49 Hình 3.13 Biến thiên DO theo thời gian đo môi trường khác 50 16 kênh đo riêng biệt, số liệu thu ngày 28-29 tháng năm 2012 Hình 3.14 Biến thiên DO theo thời gian đo môi trường khác 50 16 kênh đo riêng biệt, số liệu thu ngày 30 tháng năm 2012 Hình 3.15 Biến thiên DO theo thời gian đo môi trường khác 51 16 kênh đo riêng biệt, số liệu thu ngày 1, 4, tháng năm 2012 Hình 3.16 Đường CV đo oxy hòa tan môi trường bão hòa 52 oxy oxy với vật liệu màng khác Hình 3.17 Footer Page of 16 Sự phụ thuộc dòng – thời gian (i-t) sensor oxy 53 Header Page of 16 môi trường oxy bão hòa oxy sử dụng vật liệu màng khác Hình 3.18 Đường biến thiên nồng độ DO khảo sát đồng thời điện 54 cực môi trường oxy bão hòa oxy Hình 3.19 Đường biến thiên nồng độ DO khảo sát đồng thời điện 55 cực môi trường oxy bão hòa không sục khí 2h Hình 3.20 So sánh kết đo hai sensor: 01-Tự chế tạo U50nhập ngoại từ HORIBA – Nhật Footer Page of 16 56 Header Page 10 of 16 MỞ ĐẦU Ngày với tiến nhanh chóng khoa học công nghệ, phương pháp phân tích điện hoá nói chung điện hóa môi trường nói riêng đóng vai trò quan trọng khoa học sống hàng ngày Cùng với tiến kỹ thuật điện tử vi điện tử, máy móc dùng phân tích điện hóa ngày hoàn thiện đa dạng từ việc xác định hàm lượng chất vô môi trường dần đảm bảo xác [3] Ở nước ta năm trước trang thiết bị cho quan trắc phân tích môi trường thiếu chưa đại hóa có bất cập quản lý kỹ thuật lưu trữ, xử lý số liệu Gần mạng lưới Quan trắc Phân tích Môi trường Quốc gia có bước phát triển nhanh Tuy nhiên, độ xác kết phân tích môi trường thu chưa cao phụ thuộc vào nhiều yếu tố, hệ thống máy đo đặc biệt quan trọng Nước ta nhập trang bị số thiết bị cho trạm quan trắc môi trường (chủ yếu cho khí) giá thành cao khó khăn việc sửa chữa, bảo hành nên vấn đề nghiên cứu chế tạo thiết bị phục vụ cho vấn đề cần thiết Trong nghiên cứu chế tạo sensor phục vụ quan trắc vấn đề cần quan tâm nghiên cứu thực Bên cạnh đó, vấn đề ô nhiễm môi trường mối quan tâm toàn nhân loại, không dừng lại quy mô quốc gia mà quy mô toàn cầu Trong đó, môi trường nước vấn đề cần quan tâm xem xét Nguồn nước tự nhiên dồi bảo đảm cho trái đất cân khí hậu Nước dung môi lý tưởng để hoà tan, phân bố hợp chất vô hữu cơ, tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển giới thủy sinh, loài thủy sản loài động, thực vật cạn Một tiêu quan trọng nước thải hàm lượng oxy hoà tan oxy thiếu tất thể sống cạn nước Footer Page 10 of 16 Header Page 51 of 16 Chứng tỏ biến thiên giá trị đo sensor khác (kể kích thước) không đáng kể, giá trị đo có độ đồng tốt, dao động nhỏ quanh giá trị bão hòa 8,2 mg/l điều kiện nhiệt độ 25oC, độ mặn Sự dao động sai số trình chế tạo (chưa theo dây chuyền, tự động hóa) khiến bề mặt điện cực không hoàn toàn giống nhau, đặc biệt xử lý, độ phẳng, bóng bề mặt điện cực ảnh hưởng đến tiết diện thực tế phần làm việc Nguyên nhân giải thích cho kết đo số sensor kích thước 1,5 mm có sai khác lớn so với sensor kích thước nhỏ hơn, tăng kích thước tương ứng với tăng nhiều sai số bề mặt (nếu có) Một nguyên nhân khác gây sai khác hàm lượng DO cực đại đo sensor xảy sensor đo thời điểm khác nhau, có khác biệt điều kiện môi trường nhiệt độ, độ ẩm… Bảng 3.5: Hàm lượng DO (mg/l) cực đại độ ổn định sau thời gian dài 16 sensor với ba loại kích thước điện cực Riêng sensor Kích thước điện STT Sensor cực Giá trị biên thiên sau 66 phút đo liên tục (%) 1,5 mm - 1,84 - 0,21 DODO, Trung bình theo kích thước DOD O, mg/l mg/l RS D, % Trung bình chung DOD RSD, O, % mg/l 8,2470,086 8,2240,044 8,214  0,056 - 1,79 8,2250,055 - 0,27 8,2060,044 8,215 0,4  0,049 0,3 42 Footer Page 51 of 16 Header Page 52 of 16 - 1,11 8,2290,093 - 1,26 8,1730,045 - 2,65 8,2410,033 - 1,83 8,1670,051 + 0,68 8,2060,024 10 - 3,59 8,2280,054 8,220 11 + 1,02 8,2320,059  0,045 12 - 2,70 8,2140,048 13 - 2,07 8,2220,040 14 - 0,64 8,2270,030 mm 0,1 8,209 0,5 15 - 1,52 8,2100,041 16 - 3,68 8,1900,036 mm + : Sai lệch dương - : Sai lệch âm  0,036 0,2 RSD: độ lệch chuẩn tương đối Sau chế tạo khảo sát tính chất đơn lẻ sensor vàng, sử dụng 16 sensor phép đo DO đa kênh sử dụng hệ thiết bị đo đa kênh phần mềm 43 Footer Page 52 of 16 Header Page 53 of 16 MultiDO Hình 3.12 thể thiết bị dãy sensor sau chuẩn, hệ thống tự động đo, lưu giữ số liệu Các kết đo hiển thị dạng đồ thị, biểu diến biến thiên hàm lượng oxy đo theo thời gian đo môi trường khác Hình 3.13 biểu diễn đường đo nồng độ DO đồng thời 16 kênh, với điện cực từ 01 ÷ 08 sử dụng dây vàng kích thước 1,5mm (Đường O1÷O8); điện cực số 09÷13 kích thước 1mm (Đường O9÷O13); sensor 14, 15, 16 có điện cực làm việc kích thước 0,5m (Đường O14÷O16) Từ thấy sensor đặt khoang đo đặt dung dịch không khí bão hòa, 16 kênh cho tín hiệu tương đối đồng Hình 3.12: Hệ thống đa kênh chạy thử phòng thí nghiệm 44 Footer Page 53 of 16 DO (mg/L) Header Page 54 of 16 DO (mg/L) Hình 3.13: Biến thiên DO theo thời gian đo môi trường khác 16 kênh đo riêng biệt, số liệu thu ngày 28-29 tháng năm 2012 Hình 3.14: Biến thiên DO theo thời gian đo môi trường khác 16 kênh đo riêng biệt, số liệu thu ngày 30 tháng năm 2012 Trên hình 3.14, thời gian đo đầu tiên, tín hiệu đo thu bình đo, giá trị thu cho 16 kênh đo Khi tách sensor khoang đo khác (từ 14:05:00) đường đo có thay đổi Kết tương tự nêu hình 3.15, sensor đặt khoang đo khác từ đầu 45 Footer Page 54 of 16 Header Page 55 of 16 Điều cho thấy khả làm việc sensor chế tạo đồng đều, cho tín DO (mg/L) hiệu thống Hình 3.15: Biến thiên DO theo thời gian đo môi trường khác 16 kênh đo riêng biệt, số liệu thu ngày 1, 4, tháng năm 2012 3.2 Khảo sát ảnh hưởng vật liệu màng Ngoài màng khuếch tán oxy xuất xứ từ HORIBA Nhật Bản, khảo sát thêm ảnh hưởng hai loại màng sản xuất nước, màng Polyethylen (PE) màng Polyvinylclorua (PVC) đến tín hiệu dòng – thời gian sensor oxy Do màng nhập đắt tiền, không chủ động trình làm việc nên hướng nghiên cứu tới màng sản xuất nước Sensor dùng để khảo sát màng sensor vàng kích thước 1,5mm Thực đo oxy hòa tan môi trường bão hòa oxy môi trường oxy (dung dịch sunfit) phương pháp đo quét vòng đo đường cong phân cực (polar) Làm lặp lại lần lần thay màng Các đường đo môi trường bão hòa oxy oxy (dung dịch sunfit) lặp lại tốt giữ nguyên màng (Hình 3.16) Khi thay màng đo ngày khác nhau, hình dạng đường đo môi trường không khác nhiều Đặc biệt dung dịch sunfit đường đo lặp lại tốt, môi trường bão hòa oxy giá trị dòng đường đo có chênh lệch, 46 Footer Page 55 of 16 Header Page 56 of 16 dự đoán chênh lệch khác độ căng màng lần lắp sensor 1-Bão hòa oxy 2-Không có oxy 1-Bão hòa oxy 2- Không có oxy 20 10 10 -10 -20 -5 I (mA/cm2) I (mA/cm2) -10 -15 -20 1 -25 -30 -30 -40 -1.0 -35 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 U (V) U (V) a màng PE b màng PVC Hình 3.16: Đường CV đo oxy hòa tan môi trường bão hòa oxy oxy với vật liệu màng khác Tiến hành khảo sát thay đổi dòng đáp ứng theo thời gian hai vật liệu màng khác nhau, thu kết biểu diễn hình 3.17, giá trị dòng đáp ứng tính toán bảng 3.6 Bảng 3.6: Giá trị trung bình dòng đo phép đo dòng đáp ứng theo thời gian môi trường bão hòa oxy oxy với loại màng Vật liệu màng Màng PE Màng PVC Lần đo 2 Không có oxy Giá trị dòng trung bình (mA) RSD (%) 0,2 3,86 3,76 0,3 0,1 4,21 0,22 0,1 Bão hòa oxy Giá trị dòng trung bình (mA) RSD (%) 21,76 0,6 20,25 0,5 22,83 0,6 19,83 0,4 47 Footer Page 56 of 16 Header Page 57 of 16 a màng PE b màng PVC Hình 3.17: Sự phụ thuộc dòng – thời gian (i-t) sensor oxy môi trường oxy bão hòa oxy sử dụng vật liệu màng khác Như thấy hai loại màng có khả khuếch tán oxy, hình dạng đường đo hai loại màng phương pháp tốt khác không đáng kể, đồng thời giá trị tính toán đường đo đáp ứng dòng theo thời gian không sai khác nhiều Tuy nhiên, để khẳng định xác hơn, tìm loại màng tốt dùng cho sensor (khuếch tán oxy tốt, hạn chế cho khí khác ion lạ qua) cần làm nhiều thí nghiệm khảo sát 3.3 So sánh kết đo sensor tự chế tạo sản phẩm nhập ngoại Sensor oxy nhập ngoại sử dụng nghiên cứu sensor oxy số hiệu ET1117 hãng eDAQ – Úc sensor oxy U50 hãng HORIBA - Nhật Bản Cả hai loại sensor này, phương pháp đo phương pháp cực phổ 3.3.1 Sensor eDAQ (Úc) Sensor oxy số hiệu ET1117 hàng eDAQ (Úc) sử dụng dây platin kích thước 1mm làm điện cực catot, điện cực anot làm từ dây bạc, Cho tín hiệu tốt nhất: 400 ± 75 nA 48 Footer Page 57 of 16 Header Page 58 of 16 nước bão hòa không khí 25 ° C; dòng đáp ứng đạt ÷ 98% thời gian 60s 25°C Sử dụng điện cực phép đo DO đa kênh để kiểm chứng chất lượng sensor platin vàng chế tạo Các điện cực đối chứng gồm có: điện cực vàng 1,5mm; 1mm; 0,5mm điện cực ET1117 (Điện cực Platin Úc) Khi sử dụng điện cực chọn để đo biến thiên DO hai môi trường, thay đổi từ oxy sang bão hòa oxy ngược lại, thu tín hiệu đồng nhất, cho thấy sensor nhạy với thay đổi nồng độ oxy, thời gian đáp ứng có khác ngắn (hình 3.18) Vàng 1,5mm Vàng 1mm 10 Vàng 0,5mm ET1117 Úc Bão hòa oxy DO (mg/L) Không có oxy 0 100 200 300 400 Thoi gian (s) Hình 3.18: Đường biến thiên nồng độ DO khảo sát đồng thời điện cực môi trường oxy bão hòa oxy Để so sánh độ ổn định sensor tự chế tạo với sensor nhập ngoại, tiến hành đo đồng thời điện cực môi trường oxy bão hòa sục khí: cách mặt nước cm thời gian 2h Kiểm tra độ ổn định sensor oxy thời gian dài với điều kiện tĩnh (không sục khí, không khuấy lắc) thấy giá trị dòng thu giảm theo thời gian (Hình 3.19) Điều chứng tỏ lượng oxy bề mặt điện cực bị giảm Các điện cực kích 49 Footer Page 58 of 16 Header Page 59 of 16 thước thông thường (0,5 ÷1,5mm) tiêu thụ lượng lớn thể tích mẫu nên điều kiện để không khí cách mặt nước 2cm lượng oxy không khí khuếch tán đến màng khuếch tán qua màng khuếch tán đến sát bề mặt điện cực giảm theo thời gian, giá trị dòng thu giảm, từ tính toán giá trị nồng độ DO giảm Hình 3.19: Đường biến thiên nồng độ DO khảo sát đồng thời điện cực môi trường oxy bão hòa không sục khí 2h Cả hai thí nghiệm sensor vàng thể ổn định thời gian dài, thông qua giá trị đo nồng độ DO không thay đổi nhiều suốt thời gian 2÷4h đo 3.3.2 Sensor Horiba (Nhật Bản) Đối với sensor oxy U50 HORIBA, tính sensor sau:  Khoảng đo: ÷ 50 mg/L  Độ phân giải: 0,01 mg/L  Độ lặp lại: ±0,1 mg/L  Độ xác: Với khoảng đo từ ÷ 20 mg/L ±0,2 mg/L với khoảng đo 20÷50 mg/L 0,5 mg/L 50 Footer Page 59 of 16 Header Page 60 of 16 Chúng chọn sensor vàng kích thước 1,5mm, sensor Horiba tiến hành đo biến thiên DO đồng thời thay đổi môi trường từ không khí sang dung dịch sunfit, kết sau 500 ,0 0 ,5 0 Y O1 ,0 0 Y DO U50 Thời gian đo (s) Hình 3.20: So sánh kết đo hai sensor: 01-Tự chế tạo U50-nhập ngoại từ HORIBA – Nhật Hình 3.20 trình bày kết đo DO thu từ sensor oxy tự chế tạo sensor oxy HORIBA Có thể thấy rằng, tín hiệu trùng khít đo môi trường bão hòa oxy môi trường chứa ion sunfit Thời gian đáp ứng hai loại sensor khảo sát nhanh phù hợp với Từ kết khảo sát tính sensor oxy chế tạo từ loại vật liệu khác kích thước khác nhau, cho thấy sensor oxy có điện cực làm việc chế tạo từ sợi vàng kích thước 0,5 ÷ 1,5mm với điện cực đối Ag cần lựa chọn để chế tạo hàng loạt, phục vụ cho việc đo dài ngày trường, điều kiện đo đạc môi trường có thành phần phức tạp Các sensor đối chứng với điện cực nhập ngoại cho kết đồng nhất, với ổn định cao tuổi thọ điện cực dài Từ kết luận sensor tự chế tạo nước hoàn toàn đáp ứng yêu cầu đo đạc đề 51 Footer Page 60 of 16 Header Page 61 of 16 KẾT LUẬN Về vật liệu kích thước điện cực làm việc: Như vậy, khảo sát ba loại điện cực: Platin kích thước lớn, vàng kích thước lớn vàng kích thước micro Cả ba loại điện cực cho kết đo DO tốt Trong đo, vật liệu Pt vật liệu giới lựa chọn nhiều cả, nhiên điều kiện Việt Nam, loại vật liệu đắt tiền, không sẵn có nguồn cung cấp Platin tiêu chuẩn, vật liệu vàng có nguồn cung cấp rộng rãi hơn, gia công chế tạo dễ Trong hai loại điện cực vàng, với mục đích sử dụng trường thử nghiệm dài hạn, tập trung vào nghiên cứu điện cực vàng kích thước lớn Từ khảo sát đồng thời 16 điện cực vàng kích thước lớn (0,5 ÷1,5 mm), kết cho thấy điện cực hoạt động ổn định, cho tín hiệu đồng đều, giá trị dòng đo tương đối đồng với độ lệch chuẩn nhỏ 2.Về vật liệu dùng làm màng khuếch tán oxy Theo khảo sát ban đầu, hai loại màng màng PE màng PVC cho oxy qua, cho tín hiệu khử oxy tốt Chưa thấy khác biệt nhiều hai loại màng Tuy nhiên, để khẳng định xác hơn, tìm loại màng tốt dùng cho sensor (khuếch tán oxy tốt, hạn chế cho khí khác ion lạ qua) cần làm nhiều thí nghiệm khảo sát 52 Footer Page 61 of 16 Header Page 62 of 16 So sánh kết đo sensor tự chế tạo sản phẩm nhập ngoại Chúng tiến hành so sánh tính sensor tự chế tạo nước sử dụng với sensor nhập ngoại từ Nhật Bản Úc, khả đáp ứng trình đo nồng độ oxy ổn định thời gian dài Kết luận sensor vàng nhạy với thay đổi nồng độ oxy, cho kết đồng với sensor nhập ngoại, ổn định theo thời gian Từ thấy sensor vàng tự chế tạo nước hoàn toàn đáp ứng yêu cầu đo đạc đề ra, cần lựa chọn để chế tạo hàng loạt, phục vụ cho việc đo dài ngày trường, điều kiện đo đạc môi trường có thành phần phức tạp 53 Footer Page 62 of 16 Header Page 63 of 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Kiên Cường (1996), Nghiên cứu chế tạo sensor đo ôxy hòa tan đo độ dẫn, ứng dụng phân tích môi trường nước, Luận án phó tiến sĩ khoa học hóa học, Trung tâm khoa học tự nhiên công nghệ Việt Nam Lê Thị Vinh Hạnh (2006), Mô trình suy giảm oxy môi trường nước, Luận văn thạc sĩ, Trung tâm khoa học tự nhiên công nghệ Việt Nam GS TS Lê Quốc Hùng (2005), Các phương pháp thiết bị quan trắc môi trường nước, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Đặng Thị Tố Nữ (2009), Phát triển sensor điện hóa phục vụ quan trắc môi trường đo đạc sinh học, Luận văn thạc sỹ, Viện Hóa học, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Tiếng Anh Allen J Bard, Larry R Faulkner (2000), Electrochemical Methods, John Willey & Sons, INS Bernard Laval (2009), Methods in Environmental Fluid Mechanics, Civil 545, University of British Columbia (Determination of Dissolved Oxygen (Winkler Method)) Caudill, W L.; Howell, J O.; Wightman, R M (1982), Anal Chem., 54,2532 Ching-Chou Wu, Tomoyuki Yasukawa, Hitoshi Shiku, Tomokazu Matsue (2005), “Fabrication of miniature Clark oxygen sensor integrated with microstructure”, Sensors and Actuators B,110, pp 342–349 Cynthia G.Zoski (2007), Handbook of Electrochemistry, Elsevier 54 Footer Page 63 of 16 Header Page 64 of 16 10 Joseph Wang (2000), Analytical Electrochemistry, Wiley-VCH 11.Koudelka, M (1986), “Performance characteristics of a planar Clark-type oxygen electrode”, Sens Actuators, 9, pp 249–259 12.Kranz, C.; Friedbacher, G.; Mizaikoff, B.; Lugstein, A (2001), Anal.Chem., 73, 2491 13.Krommenhoek, E E.; Gardeniers, J G E J G.; Bomer, X Li, M.; Ottens, G.; van Dedem, W K.; Van Leeuwen, M.; van Gul, W M ik; van der Wielen, L A M.; Heijnen, J J.; van den Berg, A (2007), Anal Chem., 79, pp.5567 14.Lemay, S G.; van den Broek, D M., Storm, A J.; Krapf, D.; Smeets, R M.; Heering, M.; Dekker, H A., C (2005), Anal Chem.,77,pp 1911 15.Michael Kudera , H Allen O Hill Peter J Dobson, Peter A Leigh and William S McIntire (2001), ”Electrochemical Characterization and Application of Multi Microelectrode Array Devices to Biological Electrochemistry”, Sensors, 1, pp.18-28 16.Pierpaolo Protti (2001), Introduction to modern voltammetric and polarographic Analysis Techniques, Amel Electrochemistry, IV Edition 17.Pons, S.; Fleischmann, M (1987): The Behavior of Microelectrodes Analytical Chemistry, 59,pp 1391-1399 18.Richard Davis, Greg Lettman (1999), Optimisation of wastewater treatment plants: dissolved oxygen and suspended solids measurements, 62nd, Annual Water Industry Engineers and Operators’ Conference Civic Centre Wodonga and September 19.Ryan, M.D.; Bowden, E.F.; Chambers, J.Q (1994), “Dynamic Electrochemistry: Methodology and Application”, Anal Chem,66, 360r427r 55 Footer Page 64 of 16 Header Page 65 of 16 20.Sandison, M E.; Anicet, N.; Glide, A.; Cooper, J M (2002), Anal Chem., 74,pp 5717 21.Sosna, M., Denuault, G.; Pascal, R W.; Prien, R D.; Mowlem, M (2007), Sens Actuators B, Chem.,123, 344 22.Štulík, K et al (2000), Microelectrodes Definitions, characterization, and applications, Pure and Applied Chemistry, 72, pp.1483–1492 23.Trevor, J Davies, Richard, G Compton (2005), “The cyclic and linear sweep voltammetry of regular and random arrays of microdisc electrodes: Theory”, Journal of Electroanalytical Chemistry,585, pp 63-82 24.Wilson, G.S (2002), Bioelectrochemistry, Wiley, New York, pp.40–46 25.Xiaolong Xu, Changyu Liu, Jianbo Jia, Baifeng Liu, Xiurong Yang, Shaojun Dong (2008), “A Simple and Inexpensive Method for Fabrication of Ultramicroelectrode Array and Its Application for the Detection of Dissolved Oxygen”, Electroanalysis, 20, pp 797 – 802 26.Xudong Xie (2005), Assessment of an ultramicroelectrode array (UMEA) sensor for the determination of trace concentrations of heavy metals in water, Universitätsverlag Karlsruhe 27.Zaumseil, J.; Meitl, M A.; Hsu, J W P.; Acharya, B R.; Baldwind, K W.; Loo, Y L.; Rogers, J A (2003), Nano Lett.,3, pp.1223 56 Footer Page 65 of 16 ... KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HÓA HỌC PHẠM THU GIANG KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CẤU TRÚC ĐIỆN CỰC ĐẾN KHẢ NĂNG ĐÁP ỨNG CỦA SENSOR OXY Chuyên ngành: Hóa lý thuyết Hóa lý Mã số: 60 44 31 LUẬN... khí xác, sensor oxy kiểu Clark khác đề xuất chế tạo [11] Từ nhu cầu trên, hướng dẫn PGS TS Vũ Thị Thu Hà tiến hành thực đề tài Khảo sát ảnh hưởng cấu trúc điện cực đến khả đáp ứng sensor oxy Nội... 3.1.2 Sensor Vàng………………………………………………………… ……38 3.1.2.1 Khảo sát sensor sử dụng điện cực vàng kích thước lớn ………… … 38 3.1.2.2 Khảo sát sensor sử dụng vi điện cực vàng……………………… … 41 3.1.2.3 Khảo sát