MỞ ĐẦU Các phương pháp phân tích cấu trúc vật chất có vai trò quan trong trong sự phát triển của nhiều ngành khoa học hiện nay, đặc biệt là hóa học. Một trong những nhiệm vụ quan trọng của hóa học hiện đại là thiết lập mối quan hệ giữa cấu trúc và tác dụng của các hợp chất, góp phần vào việc tìm kiếm, tổng hợp ra các hợp chất mới có nhiều tính năng ưu việt. Trong các phương pháp phân tích cấu trúc vật chất thì phương pháp hóa lý là phổ biến hơn cả do sự hiện đại và khả năng ứng dụng rộng rãi của chúng. Nhờ sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử và tin học nên các thiết bị phân tích hóa học cũng được hiện đại hóa theo, cho phép xác định nhanh chóng với độ chính xác cao các mẫu có hàm lượng rất nhỏ của các chất chứa trong mẫu phân tích. Hiện nay, đã có rất nhiều phương pháp được sử dụng để phân tích cấu trúc vật chất đem lại độ chính xác cao. Trong báo cáo này nhóm chúng em xin trình bày một số phương pháp: Phương pháp phân tích nhiệt Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) Hiển vi điện tử truyền qua (TEM) Hiển vi lực nguyên tử (AFM) Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX)
-1- MỘ SỐPHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN VÀ CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU -2- MỞ ĐẦU Các phương pháp phân tích cấu trúc vật chất có vai trò quan trong phát triển nhiều ngành khoa học nay, đặc biệt hóa học Một nhiệm vụ quan trọng hóa học đại thiết lập mối quan hệ cấu trúc tác dụng hợp chất, góp phần vào việc tìm kiếm, tổng hợp hợp chất có nhiều tính ưu việt Trong phương pháp phân tích cấu trúc vật chất phương pháp hóa lý phổ biến đại khả ứng dụng rộng rãi chúng Nhờ phát triển nhanh chóng kỹ thuật điện tử tin học nên thiết bị phân tích hóa học đại hóa theo, cho phép xác định nhanh chóng với độ xác cao mẫu có hàm lượng nhỏ chất chứa mẫu phân tích Hiện nay, có nhiều phương pháp sử dụng để phân tích cấu trúc vật chất đem lại độ xác cao Trong báo cáo nhóm chúng em xin trình bày số phương pháp: Phương pháp phân tích nhiệt Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) Hiển vi điện tử truyền qua (TEM) Hiển vi lực nguyên tử (AFM) Phổ tán sắc lượng tia X (EDX) Các thành viên nhóm 5: Nguyễn Chí Bình Nguyễn Thị Hồng Hạnh Lê Thị Bích Liên Bùi Ngọc Quân -3- CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NHIỆT 1.1 Sơ lược lịch [1] Kỹ thuật phân tích nhiệt lần phát minh E.S Watson M.J O'Neill (Perkin Elmer Corp), giới thiệu thương phẩm lần Hội nghị Hóa phân tích Quang phổ Ứng dụng Pittsburgh (Hoa Kỳ vào năm 1963 Năm 1964, kỹ thuật tiếp tục hoàn thiện với cải tiến phép đo nhiệt lượng quét vi sai đoạn nhiệt phát minh P.L Privalov D.R Monaselidze 1.2 Phương Pháp phân tích nhiệt gì? [2] Phân tích nhiệt phương pháp phân tích mà đó, tính chất vật lý, hoá học mẫu, đo cách liên tục hàm nhiệt độ (nhiệt độ đợc thay đổi có quy luật) Trên sở lý thuyết nhiệt động học, từ thay đổi tính chất ta xác định thông số yêu cầu việc phân tích Các tính chất xác định như: Nhiệt độ chuyển pha, khối lượng đi, biến đổi kích thước Trong phần ta tìm hiểu phương pháp sau: - Phân tích nhiệt vi sai (DTA) - Phân tích nhiệt lượng vi sai quét (DSC) Dựa vào phương pháp ta có thể: Kiểm nghiệm sản phẩm, phân tích thành phần,… 1.3 Phân tích nhiệt vi sai (DTA)[2] 1.3.1 Cơ sở tính phương pháp Phân tích nhiệt vi sai dựa việc thay đổi nhiệt độ mẫu đo mẫu chuẩn xem hàm nhiệt độ mẫu Các tính chất mẫu chuẩn hoàn toàn xác định yêu cầu mẫu chuẩn phải trơ nhiệt độ Với mẫu đo xẩy hai trình giải phóng hấp thụ nhiệt ta tăng nhiệt độ hệ, ứng với trình có trạng thái chuyển pha tương ứng * Phương pháp cho ta biết: - Phân biệt nhiệt độ đặc trưng - Hành vi nóng chảy kết tinh vật liệu - Độ ổn định nhiệt -4- 1.3.2 Thiết bị đo Một hệ đo gồm: - Hai giá giữ mẫu bao gồm cặp nhiệt, phận chứa mẫu - lò nhiệt - thiết bị điều khiển nhiệt độ - hệ ghi kết đo Bé khuÕch ®¹i Bé ®iÒu khiÓn /phót S R /phót Bé ghi HÖ ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é Hình 1.1: Sơ đồ hệ đo Hình 1.2: Sơ đồ cung cấp nhiệt thiết bị DTA (a) hệ đo DTA (b) 1.3.3 Hoạt động phân tích kết - Sự thay đổi nhiệt độ bên mẫu xác định cặp nhiệt, độ chênh -5- lệch cặp nhiệt sinh điện áp sau ta khuếch đại điện áp lên * Dưới ta có đường cong hệ DTA Hình 1.3: đường cong hệ DTA Ta thấy diện tích phần bên hay phần bên đỉnh cho ta biết lượng ứng với trình xẩy mẫu Khi dương mẫu toả nhiệt ngược lại Ta có: A = mq/gK K: độ dẫn mẫu g : thừa số hình dạng đỉnh q: lượng entanpy thay đổi / đơn vị khối lượng Như xác định diện tích đỉnh, ta xác định lượng xảy trình tương ứng, từ ta xác định chất trình thời điểm xẩy trình phân tích Xét ví dụ: -6- Hình 1.4: Mẫu phân tích đất sét DTA Mẫu phân tích đất sét, tốc độ thay đổi nhiệt độ 10o C/phút Đồ thị có ta thấy trục tung biểu diễn mức điện áp Thử phân tích số điểm lưu ý kết phân tích mẫu Tại 150 C, ta thấy điện áp âm, tức T âm, mẫu đo thu nhiệt nhiệt độ nước bắt đầu bay nên cần nhiều lượng cho trình bay Đến khoảng gần 3500C, ta lại thấy có đỉnh dương, mẫu đo toả nhiệt, ứng với trình ôxy hoá chất hữu Tăng nhiệt độ đến khoảng 570 C chuyển đổi thạch anh AnphaBeta xẩy ra, ứng với hấp thụ nhiệt mẫu Tại 900 C cấu trúc đất sét cuối bị gãy Tiếp tục tăng nhiệt độ đến cỡ 950 C tái kết tinh oxit xảy ra, mẫu giải phóng nhiệt 1.4 Phân tích nhiệt lượng vi sai quét (DSC) [2] 1.4.1 Cơ sở tính phương pháp * DSC phương pháp phân tích mà độ chênh lệch nhiệt độ mẫu chuẩn mẫu đo không Trong trình chuyển pha mẫu, luợng bổ xung vào mẫu hay từ mẫu, ta xác định lượng thông qua tính diện tích giới hạn đồ thị mà ta thu * Phương pháp DSC cho ta thông tin chuyển pha vật chất 1.4.2 Thiết bị đo Hình 1.5: Sơ đồ cung cấp nhiệt DSC loại thông lượng nhiệt(a) bổ công suất (b) Khi xuất chuyển pha mẫu lượng thêm vào mẫu nghiên cứu mẫu chuẩn để trì cân nhiệt độ mẫu Vì giá trị lượng đưa vào tương ứng xác với giá trị lượng hấp thụ giải phóng chuyển pha nên lượng cân ghi lại cung cấp kết đo trực tiếp cho lượng chuyển pha -7- Ta thấy loại thông lượng nhiệt có lò nhiệt loại bổ công suất có hai lò nhiệt Với hai lò nhiệt ta đo trực tiếp công suất lò từ suy độ chênh lệch công suất, với lò nhiệt ta lại dựa vào nhiệt độ 1.4.3 Hoạt động phân tích kết đo Quá trình phân tích nhiệt thường bị ảnh hưởng yếu tố môi trờng, điều kiện thí nghiệm, khả chống ăn mòn vật liệu, khả phản hồi thiết bị ghi,… Khi đặt mẫu vào vị trí lò, tăng dần nhiệt độ lò, ta dùng detector vi sai công suất để đo khác công suất lò Tín hiệu khuếch đại chuyển lên phận ghi liệu Trong phép phân tích DSC đường cong thu thường thay đổi xung quanh trục nhiệt độ, suất đỉnh thu nhiệt toả nhiệt ứng với trình chuyển pha mẫu Ví dụ để xác định điểm chuyển pha polyme Tg: nhiệt độ chuyển pha thuỷ tinh, lúc nhiệt dung mẫu tăng dòng nhiệt tăng lên Tc : Nhiệt độ kết tinh, nhiệt độ tăng sợi polyme nhận đủ lượng xếp có trật tự (tinh thể) Quá trình mẫu giải phóng lượng Tm : Nhiệt độ tan mẫu, lúc tinh thể polyme tan ra, sợi polyme chuyển động tự do, chúng hấp thụ nhiệt lượng -8- CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ TIA X (XRD) 2.1 Sơ lược lịch sử tia X [3] 1895: tia X W.C Rơntgen Lần phát Hình 2.1 Wilhelm Conrad Röntgen (1845 -1923) The first Nobel Prize for Physics, in 1901 Hình 2.2 Bức ảnh tia X ghi nhận Roentgen Đó bàn tay Alfred von Kolliker, chụp vào ngày 23/1/1896 Lịch sử nhiễu xạ tia X tinh thể -9- Hiện tượng nhiễu xạ tia X quan sát Max Von Laue (1879 – 1960) vào năm 1912, (giải thưởng Nobel Vật lý năm 1914) Sau đó, hai cha William Henry Bragg (1862 – 1942) William Lawrence Bragg (1890 – 1971), hai nhà vật lý phòng thí nghiệm Cavendish, Đại học Cambridge (Anh) Hai cha xây dựng mô hình chiều cho tượng nhiễu xạ tia X mặt tinh thể, xây dựng thành công “Định luật Bragg” Định luật cha Bragg đem lại cho họ giải Nobel Vật lý vào năm 1915, giúp cho hàng loạt tinh thể tính toán cấu trúc xác từ phép nhiễu xạ tia X Hình 2.3 Max vol Laue Germany1879 –1960 The Nobel Prize in Physics 1914 "for his discovery of the diffraction of X-rays by crystals" Hình 2.4 William Henry Bragg United Kingdom1862 -1942 The Nobel Prize in Physics 1915 "for their services in the analysis of crystal structure by means of X-rays" Hình 2.5 William Lawrence Bragg United Kingdom1890 (in Australia) –1971The Nobel Prize in Physics 1915 "for their services in the analysis of crystal structure by means of X-rays" 2.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) [4] Là phương pháp sử dụng phổ biến, để nghiên cứu vật liệu, đặc biệt nghiên cứu cấu trúc tinh thể vật chất - 10 - Hình 2.6 Máy nhiễu xạ tia X: Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể xây dựng từ nguyên tử hay ion phân bố đặn không gian theo trật tự định Khi chùm tia X tới bề mặt tinh thể sâu vào bên mạng lưới tinh thể mạng tinh thể đóng vai trò cách tử nhiễu xạ đặc biệt Các nguyên tử, ion bị kích thích chùm tia X thành tâm phát tia phản xạ Khi tia phản xạ mặt phẳng pha hiệu quang trình chúng không Mặt khác, nguyên tử, ion phân bố mặt phẳng song song Hình 2.7 Sơ đồ minh họa chiếu tia X lên họ mặt mạng Để có tượng nhiễu xạ hiệu quang lộ phải số nguyên lần bước sóng tia phản xạ từ họ mặt mạng tinh thể tăng cường (cùng pha) tức là: 2d.sinθ = nλ - 12 - Kích thước hạt kết tụ từ hạt siêu mịn Cu70Zn30 chế tạo phương pháp nghiền quay nguội (nghiền nước) tăng lên tăng nhiệt độ ủ Cấu trúc phân tử nano vàng rõ nhờ phép phân tích cấu trúc tinh thể tia X Đó công việc chưa có Roger Kornberg đồng nghiệp thực Theo đó, nhà nghiên cứu lần vén cấu trúc phân tử nano vàng Cấu trúc tinh thể phổ nhiễu xạ tia X vật liệu LaOFeAs - 13 - Hình 2.8 Phổ nhiễu xạ XRD SiC Trên hình 2.8 ta thấy phổ nhiễu xạ bao gồm đỉnh có cường độ khác Mỗi đỉnh tương ứng với phản xạ họ mặt (hkl) Từ giản đồ nhiễu xạ ta thu thông tin độ rộng đỉnh nhiễu xạ, cường độ nhiễu xạ đỉnh, vị trí đỉnh nhiễu xạ … 2.5 Ưu điểm nhược điểm phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 2.2.1 Ưu điểm Ưu điểm bật phương pháp tiến hành đo môi trường bình thường Ảnh thu tốc độ chụp nhanh, chụp rõ nét Ngoài phổ ảnh chụp cấu trúc bên tinh thể vật liệu cho hình ảnh 3D chụp mao quản kích cỡ 50nm, cấu trúc nhiều lớp 2.2.2 Nhược điểm Nhược điểm phương pháp vấn đề chi phí cao cho đầu tư thiết bị đào tạo nhân viên kỹ thuật cao chuyên sâu vận hành - 14 - CHƯƠNG HIỂN VI ĐIỆN TỬ TRUYỀN QUA (TEM) 1.1 Sơ lược lịch sử hiển vi điện tử truyền qua (TEM) [7] Năm 1931, lần Ernst August Friedrich Ruska với kỹ sư điện Max Knoll lần dựng nên mô hình kính hiển vi điện tử truyền qua sơ khai, sử dụng thấu kính từ để tạo ảnh sóng điện tử Thiết bị thực xây dựng vào năm 1938 Albert Presbus James Hillier (1915-2007) Đại học Toronto (Canada) thiết bị hoàn chỉnh thực Nguyên tắc tạo ảnh TEM gần giống với kính hiển vi quang học, điểm khác quan trọng sử dụng sóng điện tử thay cho sóng ánh sáng thấu kính từ thay cho thấu kính thủy tinh Hình 3.1 Ernst Ruska ( 1906–1988) Hình 3.2 Max Knoll nhà vật lý người Đức 3.2 Khái niệm Là thiết bị nghiên cứu, sử dụng chùm điện tử có lượng cao chiếu xuyên qua mẫu nhỏ sử dụng thấu kính từ để tạo ảnh với độ phóng đại lớn (có thể tới hàng triệu lần), ảnh tạo huỳnh quang, film quang học, ghi nhận máy chụp kỹ thuật số Một điện tử chuyển động với vận tốc (V), có xung lượng p = m0.v, tương ứng với sóng có bước sóng cho hệ thức de Broglie: 3.3 Nguyên tắc hoạt động (TEM) [6], [7] Điện tử phát từ súng phóng điện tử tăng tốc điện trường lớn (khoảng vài trăm kV) hội tụ thành chùm điện tử hẹp (nhờ hệ diaphragm thấu kính từ), chiếu xuyên qua mẫu mỏng, từ tạo ảnh thật vật huỳnh quang - 15 - Hình 3.3 Sơ đồ hoạt động TEM * Xử lý mẫu cho phép đo TEM Vì sử dụng chế độ điện tử đâm xuyên qua mẫu vật nên mẫu vật quan sát TEM phải đủ mỏng Xét nguyên tắc, TEM bắt đầu ghi nhận ảnh với mẫu có chiều dày 500 nm, nhiên, ảnh trở nên có chất lượng tốt mẫu mỏng 150 nm Vì thế, việc xử lý (tạo mẫu mỏng) cho phép đo TEM quan trọng + Phương pháp truyền thống Phương pháp truyền thống sử dụng hệ thống mài cắt học Mẫu vật liệu cắt thành đĩa tròn (có kích thước đủ với giá mẫu) ban đầu mài mỏng đến độ dày 10 μmm (cho phép ánh sáng khả kiến truyền qua) Tiếp đó, việc mài đến độ dày thích hợp thực nhờ thiết bị mài chùm iôn, sử dụng iôn khí (được gia tốc với lượng 10 kV) bắn phá đến độ dày thích hợp Cách thức xử lý tốn nhiều thời gian đòi hỏi mức độ tỉ mỉ cao +Sử dụng kỹ thuật chùm iôn hội tụ Kỹ thuật chùm iôn hội tụ thực việc xử lý mẫu thiết bị tên Người ta dùng chùm iôn (của kim loại lỏng, thường Ga), gia tốc tới lượng cao (cỡ 30 - 50 kV) hội tụ thành chùm nhỏ điều khiển nhờ hệ thấu kính điện từ để cắt lát mỏng, hàn gắn giá mẫu mài mỏng đến mức độ đủ mỏng - 16 - Các công việc tiến hành nhờ điều khiển máy tính chân không cao Phép xử lý tiến hành nhanh cho mẫu mỏng, mẫu bị nhiễm bẩn từ iôn Ga 3.4 Ứng dụng (TEM) TEM giúp ta quan sát cấu trúc hạt, sau quan sát cấu trúc tới độ phân giải cao, để quan sát phân giải mặt tinh thể, xác định hạt có cấu trúc kiểu gì: tinh thể – không tinh thể, đơn tinh thể hay đa tinh thể… Dùng phép phân tích EDX EELS ta có thêm thông tin hóa học, cấu trúc hóa học Xa nữa, vật liệu vật liệu từ, Lorentz TEM chụp cấu trúc từ thang nanomet, giải thích chế từ hóa, tính chất vi từ 3.5 Ảnh chụp TEM [7] Hình 3.4 Ảnh mẫu Fe3O4 3.6 Ưu điểm khuyết điểm (TEM) [7] 3.6.1 Ưu điểm - Có độ phóng đại lớn,vì nghiên cứu mức nanomet - Là phương pháp hiệu cho việc nghiên cứu cấu trúc vật liệu nano - Có ưu điểm việc nghiên cứu nhiễu xạ 3.6.2 Khuyết điểm - Là thiết bị đắt tiền - Tốn nhiều thời gian sử lý mẫu để hạn chế việc phá hủy cấu trúc mẫu - Phải tạo môi trường chân không cao cho thiết bị - Và người vận hành phải có kinh nghiệm CHƯƠNG HIỂN VI LỰC NGUYÊN TỬ (AFM) - 17 - 4.1 Sơ lược lịch sử hiển vi lực nguyên tử (AFM) [8] - Được sáng chế Gerd Binnig Christoph Gerber vào năm 1986 - Loại kính phát triển từ loại kính hiển vi tunen hai ông chế tạo vào năm 1982 - Kính có độ phân giải cấp độ nanômét, thuộc nhóm kính hiển vi quét đầu dò hoạt động nguyên tắc quét đầu dò bề mặt 4.2 Khái niệm [9] Kính hiển vi lực nguyên tử hay kính hiển vi nguyên tử lực (tiếng Anh: Atomic force microscope, viết tắt AFM) thiết bị quan sátcấu trúc vi mô bề mặt vật rắn dựa nguyên tắc xác định lực tương tác nguyên tử đầu mũi dò nhọn với bề mặt mẫu, quan sát độ phân giải nanômét, Hình 4.1 Sơ đồ AFM 4.3 Nguyên lý hoạt động (AFM) [8] - 18 - Khi mũi nhọn quét gần bề mặt mẫu xuất lực VandeWalt nguyên tử làm rung rung Dao động rung lực tương tác ghi lại nhờ tia laser chiếu qua bề mặt rung Dao động rung làm thay đổi góc lệch tia laser detector ghi lại => Việc ghi lại lực tương tác trình rung quét bề mặt cho hình ảnh cấu trúc bề mặt mẫu vật Chiếu chùm tia laze vào mặt phản xạ cần quét Khi đầu dò quét lên bề mặt mẫu, mấp mô bề mặt mẫu đầu dò rung lên theo phương thẳng đứng, chùm tia laze phản xạ cần quét bị xê dịch Khi đầu dò đưa lại gần bề mặt mẫu xuất lực đầu dò bề mặt mẫu - 19 - Hình 4.2 Sơ đồ giải thích chế làm việc kính hiển vi lực nguyên tử 4.4 Ứng dụng AFM Có thể quan sát bề mặt cỡ nanomet nghiên cứu lĩnh vực giống STM không hạn chế tính dẫn điện mẫu ( sinh học , bề mặt ) 4.5 Một số hình ảnh ứng dụng AFM [8] Hình 4.3 Lớp vàng dày 400 nanometer bốc lớp bề mặt silicon Sau ngâm dung dịch axit KI va I2, hình ảnh chụp máy AFM chế độ “tapping mode” với độ phóng đại 20000 Hình 4.4 Hình ảnh khối vật chất bị khiếm khuyết chụp máy AFM - 20 - Hình 4.5 Ảnh chụp bề mặt thủy tinh Hình 4.6 Hình ảnh chụp AFM lớp phủ polymer mềm cạnh lưỡi dao giúp làm sáng tỏ chế tích tụ polymer bề mặt thép 4.6 Ưu điểm khuyết điểm AFM [8] 4.6.1 Ưu điểm: Đo vật dẫn điện vật không dẫn điện AFM không đòi hỏi môi trường chân không cao, hoạt động môi trường bình thường AFM tiến hành thao tác di chuyển xây dựng cấp độ nguyên tử, tính mạnh cho công nghệ nano Mẫu chuẩn bị đơn giản, cho thông tin đầy đủ so với hình ảnh hiển vi điện tử truyền qua AFM cung cấp phép đo độ cao trực tiếp địa hình mẫu hình ảnh rõ ràng đặc trưng bề mặt mẫu (không cần lớp bao phủ mẫu) 4.6.1 Khuyết điểm : AFM quét ảnh diện tích hẹp (tối đa đến 150 micromet) Tốc độ ghi ảnh chậm hoạt động chế độ quét Chất lượng ảnh bị ảnh hưởng trình trễ quét áp điện Đầu dò rung bề mặt nên an toàn, đồng thời đòi hỏi mẫu có bề mặt chống rung - 21 - CHƯƠNG PHổ TÁN SẮC NĂNG LƯỢNG TIA X (EDX) 5.1 Sơ lược lịch Kỹ thuật EDX phát triển từ năm 1960s thiết bị thương phẩm xuất vào đầu năm 1970s với việc sử dụng detector dịch chuyển Si, Li Ge 5.1 Phương pháp phổ tán sắc lượng tia X (EDX) Phổ tán xạ lượng tia X, hay Phổ tán sắc lượng kỹ thuật phân tích thành phần hóa học vật rắn dựa vào việc ghi lại phổ tia X phát từ vật rắn tương tác với xạ (mà chủ yếu chùm điện tử có lượng cao cáckính hiển vi điện tử) Trong tài liệu khoa học, kỹ thuật thường viết tắt EDX hay EDS xuất phát từ tên gọi tiếng Anh Energy-dispersive X-ray spectroscopy 5.3 Nguyên tắc hoạt động Kỹ thuật EDX chủ yếu thực kính hiển vi điện tử, đó, ảnh vi cấu trúc vật rắn ghi lại thông qua việc sử dụng chùm điện tử có lượng cao tương tác với vật rắn Khi chùm điện tử có lượng lớn chiếu vào vật rắn, đâm xuyên sâu vào nguyên tử vật rắn tương tác với lớp điện tử bên nguyên tử Tương tác dẫn đến việc tạo tia X có bước sóng đặc trưng tỉ lệ với nguyên tử số (Z) nguyên tử theo định luật Mosley: mc q cA 2 15 f =ν = ( Z − 1) = ( 2.48 * 10 )( Z − 1) 8h ε Có nghĩa là, tần số tia X phát đặc trưng với nguyên tử chất có mặt chất rắn Việc ghi nhận phổ tia X phát từ vật rắn cho thông tin nguyên tố hóa học có mặt mẫu đồng thời cho thông tin tỉ phần nguyên tố Có nhiều thiết bị phân tích EDX chủ yếu EDX phát triển kính hiển vi điện tử, phép phân tích thực nhờ chùm điện tử có lượng cao thu hẹp nhờ hệ thấu kính điện từ Phổ tia X phát có tần số (năng lượng photon tia X) trải vùng rộng phân tich nhờ phổ kế tán sắc lượng ghi nhận thông tin nguyên tố thành phần Kỹ thuật EDX phát triển từ năm 1960 thiết bị thương phẩm xuất vào đầu năm 1970 với việc sử dụng detector dịch chuyển Si, Li Ge - 22 - Hình 5.1 Nguyên lý phép phân tích EDX Khi chùm điện tử có lượng cao tương tác với lớp vỏ điện tử bên nguyên tử vật rắn, phổ tia X đặc trưng ghi nhận 5.4 Ứng dụng Phép đo XPS cho xác định xác thành phần chất có mẫu thí nghiệm tỷ lệ cấu tạo chúng 5.5 Ví dụ Xúc tác x% SO42-/Fe2O3 - ảnh hưởng hàm lượng SO42- Mẫu Fe2O3 điều chế sunfat hóa với thành phần SO 42- chiếm 15%, 30%, 45% khối lượng Các mẫu xúc tác SF kiểm tra phương pháp đo phổ nhiễu xạ tia X thể hình (a),(b),(c) VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau Fe1,95Al0,05O3 - 5%SO4 160 150 80 d=2.2003 70 60 d=1.5984 50 d=1.8407 90 d=1.6924 d=3.669 Lin (Cps) 110 100 d=1.4513 120 d=1.4838 130 d=2.5132 d=2.6956 140 40 30 20 10 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: Hai-KhHOA-Fe1,95Al0,05-5%SO4.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 07/03/12 11:50:41 33-0664 (*) - Hematite, syn - Fe2O3 - Y: 85.18 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 - 23 - Hình ảnh minh họa Phổ tán sắc lượng tia X mẫu màng mỏng, ghi nhận kính hiển vi điện tử truyền qua FEI Tecnai TF20 5.6 Ưu điểm nhược điểm 5.6.1 Ưu điểm: Có thể xác định hầu hết nguyên tố trạng thái electron chúng (Ví dụ: Có thể xác định Fe-II Fe-III hợp chất) Kết định lượng tương đối xác cần xác định tới số Xác định trạng thái phân bổ bề mặt nguyên tố bề mặt mẫu thí nghiệm (chừng vài nanomet) Có thể sử dụng thêm phương pháp Argon Etching muốn biết phân bổ theo chiều sâu mẫu thí nghiệm 5.6.2 Khuyết điểm: Không thể dùng để xác định Helium Hydro Cần môi trường chân không cao cố định mẫu thí nghiệm ổn định suốt trình đo - 24 - Mẫu thí nghiệm bị ảnh hưởng công phá tia X nên số trường hợp định, kết đo bị sai lệch Khó dùng để tiến hành phép đo định lượng hợp chất chứa Carbon (mẫu thí nghiệm dễ bị bám tạp chất trình hút chân không) - 25 - KẾT LUẬN Có nhiều phương pháp xác định tính chất vật liệu hấp thụ, nhiên chủ đề giới hạn số phương pháp để có cách nhìn sơ lượt thành phần cấu trúc vật liệu hấp thụ - Đối với phương pháp phân tích nhiệt giúp ta phân biệt nhiệt độ đặc trưng, hành vi nóng chẩy kết tinh vật liệu, độ ổn định nhiệt - Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) giúp ta xác định pha tinh thể (cả định tính định lượng); xác định định hướng tinh thể; xác định tính chất cấu trúc - Phương pháp Hiển vi điện tử truyền qua (TEM) giúp ta quan sát cấu trúc tới độ phân giải cao, để quan sát phân giải mặt tinh thể, xác định hạt có cấu trúc kiểu gì: tinh thể – không tinh thể, đơn tinh thể hay đa tinh thể… - Phương pháp hiển vi lực nguyên tử (AFM) quan sát bề mặt cỡ nanomet nghiên cứu lĩnh vực giống STM không hạn chế tính dẫn điện mẫu ( sinh học , bề mặt ) - Phương pháp phổ tán sắc lượng tia X (EDX) phép đo XPS cho xác định xác thành phần chất có mẫu thí nghiệm tỷ lệ cấu tạo chúng - 26 - TÀI LIỆU THAM KHẢO https://vi.wikipedia.org/wiki/Ph%C3%A2n_t%C3%ADch_nhi%E1%BB%87t_qu% C3%A9t_vi_sai http://tailieu.vn/doc/de-tai-cac-phuong-phap-phan-tich-nhiet-1261225.html Nguyễn Anh Tuấn (2007), Các phương pháp vật lý phân tích cấu trúc vật rắn khoa hoc vật liệu, NXB Đại học Bách khoa Hà Nội http://tailieu.vn/doc/luan-van-thac-si-vat-li-nghien-cuu-tinh-chat-cua-zeolite-4a-bangphuong-phap-nhieu-xa-tia-x-1871649.html http//mientayvn.com/cao%20hoc%20quang%20dien%20tu/xemina%20tren%20Lop %20/May _nhieu_xa_tia_X.ppt Nguyễn Anh Tuấn ( 2013), Scanning Probe Microscope (SPM) Scanning.Techniques for Materials ScienceTechniques Science, NXB Đại học Bách khoa Hà Nội http://baigiang.violet.vn/present/show/entry_id/368551 http://tailieu.tv/tai-lieu/kinh-hien-vi-luc-nguyen-tu-atomic-force-microscope-11789/ https://vi.wikipedia.org/wiki/K%C3%ADnh_hi%E1%BB%83n_vi_l%E1%BB%B1c nguy %C3%AAn_t%E1%BB%AD 10 GS Phạm Văn Tường (2007), vật liệu vô cơ, NXB Đại học quốc gia Hà Nội ... crystal structure by means of X-rays" Hình 2.5 William Lawrence Bragg United Kingdom1890 (in Australia) –1971The Nobel Prize in Physics 1915 "for their services in the analysis of crystal structure... phân tích cấu trúc vật rắn khoa hoc vật liệu, NXB Đại học Bách khoa Hà Nội http://tailieu.vn/doc/luan-van-thac-si -vat- li-nghien-cuu-tinh-chat-cua-zeolite-4a-bangphuong-phap-nhieu-xa-tia-x-1871649.html... Đại học Bách khoa Hà Nội http://baigiang.violet.vn/present/show/entry_id/368551 http://tailieu.tv/tai -lieu/ kinh-hien-vi-luc-nguyen-tu-atomic-force-microscope-11789/ https://vi.wikipedia.org/wiki/K%C3%ADnh_hi%E1%BB%83n_vi_l%E1%BB%B1c