Nghiên cứu chế tạo điện cực cacbon nano biến tính và định hướng ứng dụng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM  VŨ THỊ GIANG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC CACBON NANO BIẾN TÍNH VÀ ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC VẬT CHẤT Thái Nguyên - 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM  VŨ THỊ GIANG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC CACBON NANO BIẾN TÍNH VÀ ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC VẬT CHẤT Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60 44 01 18 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Dƣơng Thị Tú Anh Thái Nguyên - 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Nếu sai tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm Thái Nguyên, tháng 04 năm 2015 Tác giả Vũ Thị Giang Xác nhận Xác nhận Trƣởng khoa chuyên môn Giảng viên hƣớng dẫn PGS.TS Nguyễn Thị Hiền Lan TS Dƣơng Thị Tú Anh i Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CẢM ƠN Trước hết, em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới cô giáo TS Dương Thị Tú Anh, người trực tiếp hướng dẫn, tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo Khoa Hóa học, thầy phịng đào tạo, thầy cô Ban Giám hiệu Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên giảng dạy giúp đỡ em trình học tập, nghiên cứu Cuối em xin gửi lời cảm ơn tới tồn thể gia đình, bạn bè ln bên cạnh, ủng hộ động viên em lúc gặp phải khó khăn để em hồn thành q trình học tập nghiên cứu Mặc dù có nhiều cố gắng, song thời gian có hạn, khả nghiên cứu thân hạn chế, nên kết nghiên cứu cịn nhiều thiếu sót Em mong nhận góp ý, bảo thầy giáo, cô giáo, bạn đồng nghiệp người quan tâm đến vấn đề trình bày luận văn, để luận văn hồn thiện Em xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, tháng 04 năm 2015 Tác giả Vũ Thị Giang ii Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỤC LỤC Trang Trang bìa phụ Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục kí hiệu chữ viết tắt iv Danh mục bảng biểu v Danh mục hình vi MỞ ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hóa học nano 1.1.1 Vật liệu nano 1.1.2 Giới thiệu cacbon nano 1.2 Giới thiệu điện cực cacbon paste điện cực biến tính 11 1.2.1 Giới thiệu điện cực cacbon paste (CPE) 11 1.2.2 Điện cực biến tính 13 1.3 Chất lỏng ion 14 1.3.1 Tính chất chất lỏng ion 14 1.3.2 Cấu trúc IL 15 1.3.3 Những dẫn xuất IL đặc biệt 16 1.3.4 Ứng dụng chất lỏng ion dược phẩm 17 1.4 Lý thuyết phương pháp Von-Ampe hòa tan 18 1.4.1 Nguyên tắc phương pháp von - ampe hòa tan 18 1.4.2 Một số kỹ thuật ghi đường Von-Ampe hòa tan 20 22 22 23 2.2.1 Tiến - 23 2.2.2 Đánh giá độ đúng, độ chụm phép đo giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng phương pháp 24 iii Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 27 27 27 Chƣơng KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 29 3.1 Chế tạo điện cực làm việc (WE) 29 3.1.1 Chuẩn bị thiết bị vật liệu chế tạo điện cực 29 3.1.2 Qui trình chế tạo cực cacbon nanotubes paste 30 3.1.3 Khảo sát cấu trúc bề mặt điện cực BiF/NCPE 32 3.1.4 Khảo sát kích cỡ điện cực ảnh hưởng đến tín hiệu hịa tan Pb(II) 32 3.1.5 Khảo sát tỉ lệ khối lượng cacbon nano n-octylpyrydyl hexafloruophotphat ảnh hưởng đến tín hiệu hịa tan Pb(II) 35 3.1.6 Khảo sát nhiệt độ sấy vật liệu cacbon nanotubes 36 3.2 Nghiên cứu đặc tính điện hóa điện cực làm việc (BiF/CNTPE) 37 3.2.1 So sánh điện cực cacbon nanotubes paste với điện cực Glassy cacbon 37 3.2.2 Lựa chọn chất tạo màng thích hợp cacbon nanotubes paste 38 3.2.3 Lựa chọn dung dịch làm thành phần 39 3.2.4 Bản chất xuất peak hòa tan chì 41 3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố đến tín hiệu hịa tan Pb(II) 42 3.3.1 Ảnh hưởng pH đến pic hòa tan Pb(II) 42 3.3.2 Ảnh hưởng nồng độ Bi3+tạo màng 43 3.3.3 Ảnh hưởng thời gian sục khí N2 để đuổi oxi hòa tan 44 3.3.4 Ảnh hưởng tốc độ quay điện cực 45 3.3.5 Ảnh hưởng điện phân 47 3.3.6 Ảnh hưởng thời gian điện phân 48 3.3.7 Ảnh hưởng chất cản trở 49 3.3.8 Ảnh hưởng tốc độ quét 52 iv Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 3.4 Đánh giá độ đúng, độ lặp lại, giới hạn phát giới hạn định lượng phương pháp 53 3.4.1 Đánh giá độ phép đo 53 3.4.2 Đánh giá độ lặp phép đo 54 3.5 Áp dụng phân tích mẫu thực tế 56 3.5.1 Địa điểm thời gian lấy mẫu 57 3.5.2 Kết phân tích 57 KẾT LUẬN 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 v Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Tiếng Việt Viết tắt, ký hiệu Tiếng Anh Biên độ xung Pulse amplitude Dòng đỉnh hòa tan Peak current Điện cực màng bitmut Bismuth Film Electrode BiFE Điện cực màng thuỷ ngân Mercury Film Electrode MFE Điện cực làm việc Working Electrode WE Điện cực paste ống nano Carbon nanotubes paste electrode cacbon Điện cực màng bitmut ống nano cacbon Bismuth film/ Carbon nanotubes paste BiF/CNTPE electrode Điều kiện thí nghiệm Experimental conditions Độ lệch chuẩn Standard Deviation 10 Độ lệch chuẩn tương đối Relative Standard Deviation RSD 11 Độ thu hồi Recovery Rev 12 Giới hạn định lượng Limit of quantification LOQ 13 Giới hạn phát Limit of detection LOD 14 Nồng độ phần triệu Part per million ppm 15 Nồng độ phần tỷ Part per billion ppb 16 Oxy hòa tan Dissolve Oxygen DO 17 Octyl piridin hexa floro photpho chất lỏng ion (n-octylpyrydyl hexafloruophotphat) 18 Sai số tương đối Relative Error Re 19 Than thủy tinh Glassy carbon GC 20 Thế đỉnh Peak potential Ep Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN AE Ip CNTPE ĐKTN S OPyPF6 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv 21 Thế điện phân làm giàu Deposition potential Edep 22 Thế làm điện cực Cleaning potential EClr 23 Thời gian điện phân làm giàu Deposition time tdep 24 Thời gian làm điện cực Cleaning time tcls 25 Thời gian nghỉ Rest time trest 26 Tốc độ quay điện cực The rotating speed of electrode  27 Tốc độ quét Sweep rate  28 Von-ampe hòa tan anot Anodic Stripping Voltammetry ASV 29 Von-ampe hòa tan catot Cathodic Stripping Voltammetry CSV 30 Xung vi phân Differential Pulse DP 31 Ống nano cacbon Carbon nanotubes CNT 32 Xung vi phân Differential Pulse DP Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang 1.1 13 Bảng 3.1 Các điều kiện thí nghiệm cố định ban đầu 33 Bảng 3.2 Kết khảo sát ảnh hưởng Ip theo kích cỡ điện cực 34 Bảng 3.3 Kết khảo sát ảnh hưởng Ip theo tỉ lệ mC: mOPyPF6 35 Bảng 3.4 Kết khảo sát ảnh hưởng Ip theo nhiệt độ sấy vật liệu 36 Bảng 3.5 Kết so sánh Ip Pb(II) với hai điện cực GC CNTPE 38 Bảng 3.6 Ip Pb(II) điện cực CNTPE với màng khác 39 Bảng 3.7 Kết khảo sát Ip thành phần khác 40 Bảng 3.8 Ip Pb(II) giá trị pH khác 43 Bảng 3.9 Ảnh hưởng nồng độ Bi3+ đến Ip Pb(II) 44 Bảng 3.10 Ảnh hưởng thời gian đuổi oxi đến Ip Pb(II) 45 Bảng 3.11 Ảnh hưởng tốc độ quay điện cực đến Ip Pb(II) 46 Bảng 3.12 Ảnh hưởng điện phân đến Ip Pb(II) .48 Bảng 3.13 Ảnh hưởng thời gian điện phân đến Ip Pb(II) 49 Bảng 3.14 Ảnh hưởng hàm lượng Cd2+ đến Ip Pb(II) 50 Bảng 3.15 Ảnh hưởng hàm lượng Cu2+ đến Ip Pb(II) 51 Bảng 3.16 Ảnh hưởng tốc độ quét đến Ip Pb(II) 53 Bảng 3.17 Các điều kiện đo lặp lại Pb(II) .54 Bảng 3.18 Kết lặp lại phép đo 55 Bảng 3.19 Các đại lượng thống kê Pb(II) 55 Bảng 3.20 Các điều kiện tối ưu cho phép phân tích xác định Pb(II) điện cực chế tạo .56 Bảng 3.21 Địa điểm thời gian lấy mẫu .57 Bảng 3.22 Kết xác định hàm lượng Pb(II) số mẫu nước 58 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v ... cacbon nano biến tính * Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình chế tạo điện cực, như: nhiệt độ sấy, tỷ lệ trộn vật liệu, kích cỡ điện cực … * Nghiên cứu tính chất điện hóa điện cực chế tạo * Áp dụng. .. với nguồn vật liệu quan tâm ống cacbon nano với ưu tính chất cơ, nhiệt, điện [3] chọn đề tài ? ?Nghiên cứu chế tạo điện cực cacbon nano biến tính định hướng ứng dụng? ??, với mục đích nâng cao độ...hư chế tạo thành công điện cực CNT biến tính màng bitmut ứng dụng thành công điện cực CNT tự chế tạo vào việc xác định hàm lượng Pb(II) số mẫu nước với kết đáng tin cậy Chúng hy vọng ứng dụng rộng r