Khảo sát hàm lượng mg trong dung dịch mgcl2 dựa trên số liệu laser phát xạ nguyên tử

i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH BÙI XUÂN HIẾN KHẢO SÁT HÀM LƯỢNG Mg TRONG DUNG DỊCH MgCl2 DỰA TRÊN SỐ LIỆU PHỔ LASER PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ Chuyên ngành: Quang học Mã số: 60 44 01 09 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học: TS TRỊNH NGỌC HOÀNG Nghệ An, 2016 ii Lời cảm ơn Để hoàn thành luận văn này, ngồi nỗ lực tìm hiểu nghiên cứu thân khơng thể khơng nhờ đến bảo hướng dẫn tận tình Thầy giáo TS Trịnh Ngọc Hoàng Thầy giáo TS Trịnh Ngọc Hoàng giúp đỡ tác giả nhiều từ ngày đầu tìm hiểu vấn đề cần nghiên cứu, lựa chọn đề tài khả thi hoàn thành luận văn Tác giả nhận thấy học tập thầy nhiều kinh nghiệm quý báu công tác nghiên cứu khoa học tiếp thu nhiều kiến thức công tác giảng dạy thông qua việc thầy hướng dẫn triển khai luận văn Xin gửi đến thấy lời cảm ơn chân thành sâu sắc nhất! Tôi xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô giáo giảng dạy đào tạo lớp Quang học-K22, cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa Vật lý Cơng nghệ, Phịng đào tạo Sau đại học, Ban lãnh đạo Trường Đại học Vinh, Ban lãnh đạo Trường Đại học Sài Gòn tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập, nghiên cứu sở đào tạo Tơi bày tỏ lịng biết ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp anh, chị học viên lớp Cao học K22-Chuyên ngành Quang học sở Trường Đại học Sài Gịn ln động viên, khích lệ, giúp đỡ, tạo điều kiện cho tơi suốt q trình học tập nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn! Tác giả iii Mục lục Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục hình vẽ iv Danh mục bảng biểu v Danh mục ký hiệu đại lượng Vật lý v Chương TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT PHỔ LASER PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ 1.1 Cơ chế hình thành vạch phổ kỹ thuật phổ laser phát xạ nguyên tử 1.1.1 Đại cương nguyên tố Mg 1.1.2 Đặc trưng liên kết [L, S] 1.1.3 Sự xuất vạch phổ quang phổ phát xạ 12 1.2 Máy quang phổ laser LSS-1 15 1.3 Cơ sở lý thuyết kỹ thuật tạo mẫu khảo sát 20 Kết luận chương 29 Chương KHẢO SÁT HÀM LƯỢNG Mg TRONG DUNG DỊCH MgCl2 DỰA TRÊN SỐ LIỆU PHỔ LASER PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ 31 2.1 Phân tích định lượng xây dựng đường chuẩn 31 2.1.1 Phân tích định lượng 31 2.1.2 Xây dựng đường chuẩn 34 2.2 Khảo sát hàm lượng Mg dung dịch MgCl2 36 Kết luận chương 2: 42 KẾT LUẬN CHUNG 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 iv Danh mục thuật ngữ viết tắt Ký hiệu LIBS AES AO [L,S] LASER Nd: YAG ICP Diễn giải Laser Induced Breakdown Spectroscopy (Kỹ thuật quang phổ kích thích laser) Atomic Emission Spectrocopy (Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử) Atomic orbital (Obitan nguyên tử) Liên kết Russell – Saunder Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Neodymium– doped Yttrium Aluminium Garnet Inductively Coupled Plasma Danh mục hình vẽ Hình Tên hình vẽ Hình 1.1 Nguyên tố Mg(a), Cấu trúc nguyên tử Mg(b), Cấu trúc tinh thể Trang Mg(c) Hình 1.2 Quang phổ vạch Mg Hình 1.3 Sơ đồ phân bố lượng nguyên tử sinh phổ 14 Hình 1.4 Cấu tạo máy quang phổ phát xạ LSS-1 17 Hình 1.5 Sơ đồ trình hình thành vạch phổ phát xạ dùng máy 18 quang phổ phát xạ LSS-1 Hình 2.1 Mẫu phân tích trước(a) sau(b) bắn phá máy quang 36 phổ LSS-1 Hình 2.2 Sơ đồ mức lượng nguyên tử Mg 37 Hình 2.3 Sơ đồ chuyển mức lượng vạch phổ MgI(383,8290nm) 37 Hình 2.4 Sự phụ thuộc cường độ phát xạ vạch phổ MgI (383,829nm 39 v vào nồng độ % Mg dung dịch MgCl2 Hình 2.5 Đường chuẩn xác định nồng độ % Mg dung dịch MgCl2 41 từ cường độ phát xạ vạch phổ MgI (383,829nm) Danh mục bảng biểu Bảng Tên bảng Trang Bảng 1.1 Một số tính chất vật lý Mg Bảng 1.2 Giá trị lượng tử S tương ứng với số điện tử Bảng 1.3 Thông số kỹ thuật máy quang phổ phát xạ LSS-1 19 Bảng 1.4 Ảnh hưởng chất phụ gia đến cường độ vạch phổ 29 Bảng 2.1 Dãy chuẩn phương pháp đường chuẩn 35 Bảng 2.2 Số liệu thực nghiệm phụ thuộc cường độ vạch phổ 38 MgI(383,8290nm) vào nồng độ C Bảng 2.3 Số liệu thực nghiệm phụ thuộc cường độ vạch phổ MgI(383,8290nm) vào nồng độ C theo hàm logarít Danh mục ký hiệu đại lượng Vật lý Đại lượng Diễn giải n Số lượng tử l Số lượng tử quỹ đạo s Spin ms Số lượng tử từ spin J Mômen động lượng tổng cộng L Mômen động lượng quỹ đạo tổng cộng S Mômen spin tổng cộng  Độ bội 40 vi ML Hình chiếu mơmen quỹ đạo tồn phần MS Hình chiếu mơmen spin toàn phần E Năng lượng tương tác EJ , J 1 Khoảng cách hai mức liền kề J J E0 Năng lượng nguyên tử trạng thái En Năng lượng nguyên tử trạng thái kích thích h Hằng số Plank c Vận tốc ánh sáng  Tần số xạ  Bước sóng xạ ∆t Thời gian trễ hai xung cặp laser xung đôi Aki , Bki Hệ số Einstein Nk, Ni Số nguyên tử k Hằng số Boltzman g Trọng số thống kê I Cường độ vạch quang phổ C Nồng độ nguyên tố khảo sát mẫu a Hằng số điều kiện thực nghiệm b Hằng số chất vật mẫu vii MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Hiện nay, nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, y-sinh học, địa chất, hóa học, tiêu chuẩn học phép đo phổ phát xạ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật phân tích lý hóa ứng dụng rộng rãi thu nhiều kết khả quan Các lý thuyết thực nghiệm liên quan đến laser có bước tiến dài, tính ứng dụng ngày mở rộng Và với tiến khoa học kỹ thuật đo ghi tín hiệu phương pháp phân tích phổ phát xạ nguyên tử kích thích laser trở thành phương pháp phân tích hàm lượng kim loại hợp chất có hiệu cao, kỹ thuật ứng dụng tương tác chùm laser mạnh lên hợp chất để thu phổ phát xạ nguyên tố khảo sát Phương pháp có ưu điểm bật sau:  Phương pháp có độ nhạy cao Bằng phương pháp nhiều nguyên tố xác định đạt đến độ nhạy từ n.103 đến n.104% Nhưng với trang bị đại với nguồn kích thích phổ (ICP) người ta đạt đến độ nhạy từ n.10-5 đến n.10-6% với nhiều nguyên tố mà không cần phải làm giàu mẫu phân tích Vì phương pháp để kiểm tra, đánh giá độ tinh khiết nhiều hóa chất nguyên liệu tinh khiết cao, phân tích lượng vết kim loại nặng độc hại c c đối tượng thực phẩm, nước giải khát, mơi trường, thể sống Trong với đối tượng phương pháp hóa học khơng thể đạt  Phương pháp giúp tiến hành phân tích đồng thời nhiều ngun tố mẫu, mà không cần tách riêng chúng khỏi Mặt khác, lại không tốn nhiều thời gian, đặc biệt phân tích định tính bán định lượng  Với tiến kĩ thuật với trang bị đạt được, phương pháp phân tích theo phổ phát xạ nguyên tử phép đo viii xác tương đối cao Trong nhiều trường hợp, với nồng độ nhỏ (cỡ ppm:một phần triệu) mà sai số phép đo 10% Tất nhiên với trang bị máy móc cũ sai số lớn Song thực tế hỗ trợ máy tính thiết bị xử lý số đại khó khăn khắc phục gần triệt để  Phương pháp phân tích theo phổ phát xạ phương pháp phân tích tiêu tốn mẫu, cần từ đến vài chục miligam mẫu đủ Đặc biệt kĩ thuật phổ phát xạ  Phương pháp phân tích kiểm tra độ đồng thành phần vật mẫu vị trí khác Vì ứng dụng để kiểm tra độ đồng bề mặt vật liệu  Trong nhiều trường hợp, phổ mẫu nghiên cứu thường ghi lại phim ảnh, kính ảnh hay băng giấy liệu số Nó tài liệu lưu trữ cần thiết đánh giá hay xem xét lại mà khơng cần phải có mẫu phân tích Mặt khác, biết Mg nguyên tố phổ biến thứ vỏ Trái đất tồn khắp nơi có thể người Trong thể người, Mg chủ yếu tồn dạng MgCl2 Chính vậy, việc xác định hàm lượng Mg hợp chất, đặc biệt dung dịch MgCl2 vấn đề đáng quan tâm lĩnh vực y-sinh học Hơn nữa, phân tử kim loại kiềm có dải phổ nằm miền nhìn thấy tử ngoại (UV-VIS nên chúng đối tượng cho việc sử dụng kỹ thuật phổ laser đại Vì lý nên chọn đề tài "Khảo sát hàm lượng Mg dung dịch MgCl2 dựa số liệu phổ laser phát xạ nguyên tử" để làm luận văn Thạc sĩ Mục đích nghiên cứu Vận dụng lý thuyết phổ laser phát xạ nguyên tử để khảo sát hàm lượng Mg dung dịch MgCl2 ix Khảo sát phụ thuộc cường độ vạch phổ MgI(383,8290nm) vào nồng độ C dung dịch MgCl2 Nhiệm vụ nghiên cứu Xây dựng sơ đồ cấu trúc tính tế mức lượng nguyên tử Mg từ xây dựng phổ đặc trưng nguyên tố Tìm hiểu kỹ thuật phổ laser phát xạ nguyên tử (AES) vận dụng cho kim loại kiềm Tìm hiểu kỹ thuật tạo mẫu, kỹ thuật phân tích định lượng chất hợp chất dựa vào phương pháp đường chuẩn Dựa vào bảng số liệu thực nghiệm khảo sát phụ thuộc cường độ vạch phổ MgI(383,8290nm) vào nồng độ C mẫu phân tích Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Phổ laser phát xạ nguyên tử Mg Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát hàm lượng Mg dung dịch MgCl2 dựa vào mối liên hệ cường độ vạch phổ đặc trưng MgI nồng độ C dung dịch Phương pháp nghiên cứu Chúng sử dụng kết hợp hai phương pháp lý thuyết phương pháp xử lý số liệu từ kết thực nghiệm Phương pháp lý thuyết sử dụng chủ yếu sở thu thập tổng hợp kiến thức từ nhiều nguồn tin cậy để xây dựng sơ đồ cấu trúc tinh tế mức lượng nguyên tử MgI Phương pháp thực nghiệm sử dụng máy quang phổ phát xạ LSS-1 để khảo sát ghi số liệu cường độ vạch phổ phát xạ tác động lượng chùm laser cho nồng độ dung dịch khác Trên sở đó, chúng tơi xử lí số liệu dựng đường chuẩn phần mềm Microsoft Office 2013 Giả thuyết khoa học Cường độ phát xạ vạch phổ I kim loại Mg phụ thuộc vào nồng độ C Mg mẫu theo hàm mũ Hay logarít cường độ vạch phổ I phụ thuộc tuyến x tính vào logarít nồng độ C dung dịch MgCl2 Trên sở đó, hồn tồn xác định nồng độ C Mg chứa mẫu phân tích đo cường độ phổ phát xạ I Mg Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, chúng tơi trình bày luận văn theo chương cụ thể sau: Chương Tổng quan kỹ thuật phổ laser phát xạ nguyên tử 1.1 Cơ chế hình thành vạch phổ kỹ thuật phổ laser phát xạ nguyên tử 1.2 Máy quang phổ laser LSS-1 1.3 Kỹ thuật tạo mẫu khảo sát Chương Khảo sát hàm lượng Mg dung dịch MgCl2 dựa số liệu phổ laser phát xạ nguyên tử 2.1 Phân tích định lượng xây dựng đường chuẩn 2.2 Khảo sát hàm lượng Mg dung dịch MgCl2 31 Chương KHẢO SÁT HÀM LƯỢNG Mg TRONG DUNG DỊCH MgCl2 DỰA TRÊN SỐ LIỆU PHỔ LASER PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ 2.1 Phân tích định lượng xây dựng đường chuẩn 2.1.1 Phân tích định lượng Như biết, cung cấp lượng để hóa hơi, ngun tử hóa mẫu phân tích kích thích đám ngun tử đến phát xạ thu phổ phát xạ mẫu phân tích Trong phổ vạch thành phần đặc trưng cho nguyên tử Ion trạng thái tự do, chúng bị kích thích, nghĩa trạng thái Trong tập hợp vạch phổ đó, loại ngun tử hay Ion lại có số vạch đặc trưng riêng cho Các vạch phổ gọi vạch phổ phát xạ đặc trưng loại nguyên tố Chính nhờ vạch phổ đặc trưng người ta nhận biết có mặt hay vắng mặt ngun tố mẫu phân tích qua việc quan sát phổ phát xạ mẫu phân tích, tìm xem có vạch phổ đặc trưng hay không, nghĩa dựa vào vạch phổ phát xạ đặc trưng nguyên tố để nhận biết chúng Để phép phân tích xác khơng nhiều thời gian, trước thực phép phân tích định lượng người ta thường thực phép phân tích định tính trước nhằm xác định xem tồn nguyên tố mẫu Có nhiều phương pháp phân tích định lượng, luận văn chúng tơi chọn phương pháp phân tích ba mẫu đầu Phương pháp phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử định lượng dựa sở nồng độ nguyên tố cần phải xác định cường độ vạch phổ phát xạ đặc trưng nguyên tố phát có mối quan hệ tuyến tính đơn trị ngun tố bị kích thích điều kiện thích hợp Trong nguồn phát sáng hay plasma, nguyên tử Ao nguyên tố kích thích từ trạng thái lượng thấp Eo, lên trạng thái lượng cao Ek biểu diễn theo phương trình: 32 Ao + ∆E = A* (2.1) Với mẫu phân tích có nồng độ xác định A0 q trình lúc đầu tăng nhanh, sau chậm dần tới thời điểm định không tăng Nghĩa số nguyên tử A0 bị kích thích khơng đổi, ứng với nhiệt độ xác định plasma Đồng thời với trình trình ngược lại, tức nguyên tử bị kích thích A* giải phóng lượng mà nhận dạng tia phát xạ n(hνi) để trở trạng thái lượng thấp bền vững ban đầu[14] Chính q trình q trình phát xạ nguyên tử sinh phổ phát xạ nguyên tử, biểu diễn theo phương trình: A* = hν + Ao (2.2) Quá trình lúc đầu chậm, sau tăng dần theo số nguyên tử A* bị kích thích đến thời điểm định khơng tăng ứng với nhiệt độ định plasma Nghĩa sau thời gian định kích thích phổ, hai trình (2.1) (2.2) đạt đến trạng thái cân Đó hai cân động học thuận nghịch Cân phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ plasma, nghĩa số nguyên tử A* bị kích thích phát xạ không đổi, ứng với nhiệt độ xác định plasma Khi nguyên tử trạng thái cân nhiệt động, theo định luật phân bố Boltzmann nguyên tử bị kích thích biểu diễn bởi: [10] Nk  No gk  E  E0  exp  k  g0 kT   (2.3) đó: Nk số nguyên tử có đơn vị thể tích trạng thái lượng cao Ek; N0 số nguyên tử có đơn vị thể tích trạng thái lượng thấp E0; k số Boltzman (k=1,38.10-23 J/K); gk g0 trọng số thống kê ( g  J  1) trạng thái A* Ao Cường độ vạch quang phổ đại lượng vật lý tỉ lệ với lượng xạ đơn vị thể tích đơn vị thời gian bỏ qua tượng tổn 33 hao lượng khác Ký hiệu cường độ vạch quang phổ I (Intensity Xét trường hợp dịch chuyển trạng thái k trạng thái i Cường độ vạch quang phổ trường hợp này: I ki  Nk Aki h ki (2.4) đó: Aki hệ số Einstein, định nghĩa xác suất tự dịch chuyển từ trạng thái lượng k trạng thái lượng i; Thay biểu thức (2.3) vào biểu thức (2.4 ta cường độ vạch quang phổ phát xạ nguyên tử: [1,tr 54-55],[11 tr9-10] I ki  N o gk  E  E0  exp  k  Aki h ki g0 kT   (2.5) Biểu thức (2.5 cho ta thấy cường độ vạch phổ phát xạ phụ thuộc vào nhiệt độ trạng thái khối plasma, cường độ vạch phổ phát xạ phụ thuộc vào nồng độ nguyên tử trạng thái khối plasma Đây lượng xạ tự dịch chuyển từ trạng thái kích thích k trạng thái lượng thấp i Mối liên hệ cường độ nồng độ nguyên tử phức tạp phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:  Khả hóa hơi, chất chất mẫu, chất nền;  Thành phần mẫu, chất phụ gia thêm vào;  Trạng thái liên kết, tồn chất mẫu;  Các điều kiện hóa hơi, ngun tử hóa mẫu, kích thích phổ;  Mơi trường kích thích phổ, v.v Bằng thực nghiệm, hai nhà khoa học Lomakin (Nga) Scheibe (Đức tìm phương trình thể mối liên hệ nồng độ ngun tử có vật mẫu phân tích cường độ vạch phổ phát xạ, phương trình gọi phương trình Lomakin – Scheibe [3],[9]: I  a.C b (2.6) 34 đó: I cường độ vạch phổ khảo sát; C hàm lượng nguyên tố khảo sát mẫu; a số điều kiện thực nghiệm; b số chất vật mẫu phụ thuộc vào q trình phân tích cụ thể, b nhận giá trị nhỏ phải lớn Giá trị b nhỏ nồng độ C lớn, lúc xảy trình tự hấp thụ khối plasma, cịn nồng độ nhỏ b thường Do đó, ứng với nguyên tố với vạch phổ phát xạ điều kiện định, ta ln có giá trị nồng độ Co, mà: + Khi với Cx < Co b ln ln + Khi với Cx > Co b nhỏ dần xa Trên đề cập đến cường độ vạch phổ ngun tử trung hịa plasma cịn có ion Chúng bị kích thích sinh phổ phát xạ Q trình kích thích phát xạ giống ngun tử tính tốn tương tự 2.1.2 Xây dựng đường chuẩn Phương pháp đường chuẩn dựa theo phương trình (2.6) phép đo phổ phát xạ theo phương pháp định lượng trên: I  a.C b Trong điều kiện b=1, phương trình đường thẳng biểu thị phụ thuộc tuyến tính I vào C Thực nghiệm chứng tỏ miền hàm lượng C lớn phụ thuộc khơng cịn tuyến tính nữa, lúc b < Trong trường hợp này, để thuận lợi khảo sát định lượng người ta logarít hai vế (2.6) [1,tr.193], [10] lgI = blgC + lga (2.7) Từ phương trình (2.7 ta thấy lgI phụ thuộc vào lgC theo hàm bậc Tức đồ thị biểu diễn phương trình (2.7 đường thẳng Hệ số b phụ thuộc 35 tượng tự hấp thụ nguồn sáng nên xạ dễ bị hấp thụ giá trị b nhỏ, nồng độ tăng b giảm Khi b lớn cần nồng độ C biến thiên nhỏ cường độ thay đổi nhiều, b nhỏ ngược lại Đường thẳng mơ tả (2.6 (2.7 gọi đường chuẩn” Căn đường chuẩn xác định nồng độ C chất khảo sát biết cường độ phát xạ I Như vậy, muốn xác định nồng độ Cx nguyên tố X mẫu đó, trước hết phải chuẩn bị dãy mẫu đầu có chứa nguyên tố X với nồng độ C1, C2, C3, C4,…Cx điều kiện mẫu phân tích Song để dựng đường chuẩn, thực nghiệm, cần ba mẫu đầu Vì phương pháp gọi phương pháp ba mẫu đầu, tức số mẫu đầu cần thiết để dựng đường chuẩn Sau chuẩn bị xong mẫu đầu mẫu phân tích, tiến hành hóa hơi, ngun tử hóa, kích thích phổ, ghi phổ mẫu theo điều kiện phù hợp chọn (theo quy trình phân tích) Tiếp chọn vạch phân tích để đo cường độ I theo phương trình t r ê n Tính giá trị trung bình cường độ vạch phổ I tương ứng với nồng độ Như ta có dãy chuẩn phương pháp đường chuẩn bảng 2.1 sau đây: [3,tr122-123] Bảng 2.1 Dãy ch ẩn phương pháp đường ch ẩn Chất Chất phân tích X Dãy chuẩn Co C1 C2 C3 Các chất khác (nền, môi trường Đo cường độ I C4 C5 Như tất mẫu Io I1 I2 I3 I4 I5 Phương pháp thuận lợi phân tích hàng loạt mẫu 36 đối tượng, cần đường chuẩn xác định nhiều mẫu có nồng độ Cx chưa biết 2.2 Khảo sát hàm lượng Mg dung dịch MgCl2 Ứng dụng phương pháp đường chuẩn vào phép phân tích phổ phát xạ nguyên tử đề cập trên, phần sử dụng số liệu thực nghiệm có sẵn để khảo sát hàm lượng Mg dung dịch MgCl2 Số liệu thực nghiệm nhóm nghiên cứu Giáo sư Zazhogin Anatoly Pavlovich Đại học tổng hợp quốc gia Belarus thực Theo bước mà nhóm thực từ lượng dung dịch MgCl2 0,2% Mg ban đầu, nhóm nghiên cứu d ng pipet (ống nhỏ giọt có độ xác cao để tiến hành pha chế nhằm tạo dung dịch MgCl2 có nồng độ khác nhau: 0,01%; 0,02%; 0,03%; …; 0,16% Sau pha chế dung dịch theo nồng độ trên, nhóm nghiên cứu dùng pipet nhỏ lượng dung dịch lên miếng giấy lọc (giấy chuyên dụng phịng thí nghiệm) sấy khơ (hình 2.1 a) Với nồng độ có mẫu phân tích tạo a) b) Hình 2.1 Mẫ phân ích ước (a) sau (b) bắn phá máy quang phổ LSS-1 Sau tạo mẫu phân tích với nồng độ thích hợp dạng sấy khơ, mẫu đưa vào máy phân tích quang phổ LSS-1 cho bắn phá lượng chùm laser, với mẫu thực bắn phá 10 lần đo cường độ phát xạ lấy giá trị trung bình Trong q trình bắn phá mẫu phân tích cần ý đến nhiệt độ thực hiện, số liệu thu thập thực điều kiện nhiệt độ phòng liệu phổ phát xạ máy tính ghi lại cách tự động thơng qua 37 phần mềm chuyên dụng hãng LOTIS TII hệ thống hoạt động máy quang phổ LSS-1 Chúng ta biết rằng, kích thích ngun tử Mg có nhiều vạch phổ đặc trưng ghi nhận, song quan tâm đến vạch MgI (383,829nm) (hình 2.2) [12 tr.422-430],[13] nh 2 Sơ đồ mức lượng nguyên t Mg Vạch phổ phát xạ MgI (383,8290nm) vạch xuất phép chuyển đặc trưng 3D1→3P2, tương ứng hai trạng thái kích thích 3s3d 3s3p (hình 2.3): 3s3d D1 383,8290 nm 3s3p P2 nh Sơ đồ chuyển mức vạch phổ MgI 383,8290nm 38 Trên máy quang phổ LSS-1, với kích thích từ nguồn lượng xung laser, cường độ vạch phổ Mg I (383,829nm) đáng kể vạch phát xạ dễ quan sát hình máy tính Trong nghiên cứu này, mẫu phân tích hình 2.1a gắn vào cụm quang – máy quang phổ LSS-1 không khí điều kiện thường Máy quang phổ thiết lập với thông số sau: E = 16J; ∆t1 = 130μs; ∆t2 = 130μs; n = xung Thực tế, lượng kích thích ch m laser tác động trực tiếp vào mẫu Mg nhỏ nhiều mức lượng bơm, vài chục mJ, mát đường truyền Tuy nhiên mát ổn định khơng ảnh hưởng đến kết nghiên cứu Số liệu thực nghiệm ghi nhận vào ngày 05/04/2016 với trợ giúp nhóm nghiên cứu Đại học tổng hợp quốc gia Belarus thể bảng 2.2 Bảng 2.2 Số liệu thực nghiệm phụ thuộc cường độ vạch phổ phát xạ MgI (383,829nm) vào nồng độ C Nồng độ Mg Cường độ phát xạ (I) vạch phổ Mg I (383,829nm) (C%) Mẫ Mẫ Mẫ Trung bình 0.01 1040.667 1141.068 906.383 1029.372 0.02 1523.625 1647.622 1354.905 1508.717 0.03 1904.269 2042.612 1714.123 1887.001 0.04 2230.718 2379.049 2025.379 2211.715 0.05 2522.000 2677.723 2305.230 2501.651 0.06 2788.013 2949.387 2562.355 2766.585 0.07 2934.698 3200.468 2802.002 2979.056 0.08 3265.962 3435.178 2927.637 3209.592 0.09 3484.536 3656.454 3241.696 3460.895 0.10 3692.424 3866.443 3445.971 3668.279 39 0.11 3691.146 4066.771 3641.827 3799.915 0.12 4081.890 4258.706 3830.335 4056.977 0.13 4265.603 4243.258 4012.349 4173.737 0.14 4443.058 4621.250 4188.571 4417.626 0.15 4614.894 4793.359 4359.579 4589.277 0.16 4781.648 4960.154 4325.861 4689.221 Trên sở số liệu ghi nhận đươc bảng 2.2, vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc cường độ vạch phổ phát xạ I vào nồng độ C% Mg hình 2.4: Hình 2.4 Sự phụ thuộc cường độ ph xạ vạch phổ MgI (383,829nm v o nồng độ % Mg dung dịch MgCl2 Từ đồ thị hình 2.4 thấy cường độ vạch phổ MgI (383,829nm) phụ thuộc vào nồng độ C Mg theo hàm mũ: 40 I = 12899C0.5485 (2.8) với a = 12899 b = 0,5485 Như theo lý thuyết miền nồng độ mà cường độ vạch phổ không phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ Để thuận lợi khảo sát phụ thuộc lgI vào lgC Về nguyên tắc, phụ thuộc phải tuyến tính Căn bảng số liệu 2.2, xây dựng bảng 2.3 giá trị cường độ trung bình: Bảng 2.3 Số liệu thực nghiệm phụ thuộc cường độ vạch phổ phát xạ MgI (383,829nm) vào nồng độ C theo hàm logarít C I lgC lgI 0.01 1029.372 -2.000 3.013 0.02 1508.717 -1.699 3.179 0.03 1887.001 -1.523 3.276 0.04 2211.715 -1.398 3.345 0.05 2501.651 -1.301 3.398 0.06 2766.585 -1.222 3.442 0.07 2979.056 -1.155 3.474 0.08 3209.592 -1.097 3.506 0.09 3460.895 -1.046 3.539 0.10 3668.279 -1.000 3.564 0.11 3799.915 -0.959 3.580 0.12 4056.977 -0.921 3.608 0.13 4173.737 -0.886 3.621 0.14 4417.626 -0.854 3.645 0.15 4589.277 -0.824 3.662 0.16 4689.221 -0.796 3.671 41 Trên sở bảng 2.3, vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc lgI vào lgC hình 2.5: Hình 2.5 Đường chuẩn x c định nồng độ % Mg dung dịch MgCl2 từ cường độ ph xạ vạch phổ MgI (383,829nm) Từ hình 2.5 ta thấy đường chuẩn hệ tọa độ lgI – lgC đường thẳng có phương trình: lgI = 0.5485lgC + 4.1106 (2.9) Phương trình mơ tả quan hệ tuyến tính lgI lgC với độ xác cao, thể qua hệ số tương quan R² = 0.9998≈1 (0≤R2≤1 Từ (2.9) suy ra: lg I  4,1106 C  10 0,5485 (2.10) Trên sở đường chuẩn (hình 2.5) cơng thức liên hệ (2.10 ta có phụ thuộc cường độ vạch phổ phát xạ MgI (383,829nm) nồng độ C% Mg 42 Để xác định nồng độ Mg mẫu thử (trong giới hạn nồng độ thực trên) cần đưa mẫu vào máy phân tích quang phổ d ng lượng chùm laser bắn phá đo cường độ vạch phổ phát xạ Sau dựa đồ thị đường chuẩn hình 2.5 công thức liên hệ (2.10) suy nồng độ % Mg mẫu thử cần kiểm tra Kết luận chương 2: Trong chương chúng tơi tập trung vào tìm hiểu phương pháp phân tích định lượng (phương pháp mẫu đầu để từ có sở lý thuyết cách xây dựng đường chuẩn dựa mẫu chuẩn tiến hành thực nghiệm Biết áp dụng cụ thể cho trường hợp khảo sát hàm lượng Mg dung dịch MgCl2 cách xây dựng đường chuẩn từ bảng số liệu thực nghiệm Từ đường chuẩn thiết lập mối quan hệ cường độ phát xạ vạch phổ MgI (383,829nm) nồng độ Mg dung dịch MgCl2 Trên sở quan hệ này, để xác định hàm lượng Mg mẫu phân tích cần bắn phá mẫu lượng chùm laser, ghi lại cường độ phổ phát xạ mẫu hồn tồn xác định nồng độ Mg dung dịch 43 KẾT LUẬN CHUNG Qua trình nghiên cứu đề tài "Khảo sát hàm lượng Mg dung dịch MgCl2 dựa số liệu phổ laser phát xạ nguyên tử" thu kết cụ thể đây: Trên sở tài liệu nghiên cứu, chúng tơi tìm hiểu đặc tính lý hóa đặc trưng Mg, đặc biệt cấu trúc điện tử nguyên tử Mg ion Trên sở xây dựng mặt tốn học dịch chuyển (vạch phổ) đặc trưng Mg vẽ sơ đồ quang phổ vạch phát xạ Mg Trên sở hiểu xếp điện tử nguyên tử Mg tìm hiểu chế hình thành vạch phổ phát xạ Mg, từ hiểu sâu kỹ thuật phổ laser phát xạ nguyên tử mà cụ thể áp dụng dịng máy quang phổ phát xạ LSS-1 kích thích laser Nd:YAG Tìm hiểu sở lý thuyết cách xây dựng đường chuẩn biết rõ tầm quan trọng phương pháp phép phân tích định lượng Trên sở áp dụng cụ thể cho trường hợp khảo sát hàm lượng Mg dung dịch MgCl2 cách xây dựng đường chuẩn biểu diễn mối quan hệ cường độ phát xạ vạch phổ MgI (383,829nm) nồng độ Mg dung dịch MgCl2 Trên sở mối quan hệ cường độ phát xạ vạch phổ MgI (383,829nm) nồng độ Mg dung dịch MgCl2 đường chuẩn xây dựng được, hoàn toàn sử dụng máy quang phổ LSS-1 để xác định hàm lượng Mg dung dịch MgCl2 Đây phương pháp quan trọng áp dụng vào việc khảo sát hàm lượng vi chất thể phục vụ cho cơng tác chuẩn đốn chăm sóc sức khỏe người 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Văn Đến, (2002), Quang phổ nguyên t ứng dụng, NXB Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, Tp Hồ Chí Minh [2] Đinh Văn Hồng, (1974 , C u trúc phổ nguyên t , NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội [3] Phạm Luận, (2006), Phương ph p phân ích phổ nguyên t , NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Tiếng Anh [4] Trinh Ngoc Hoang et al., (2014), Quantitative estimation of Ca, Mg and Al content in biological fluids using the laser atomic – emission spectrometry irradiation, Journal Vestnik BSU – Issue 1, Belarusian State University, pp 31-36 [5] Dr Tapany Udomphol,(2007), Magnesium and its alloys, Suranaree University of Technology [6] Robert Vink and Mihai Nechifor,(2011), Manesgium in the Central Nervous System,University of Adelaide Press Barr Smith Library, The University of Adelaid e, South Australia, pp 23-28 [7] A Pichahchy, D Cremers, M Ferris, (1997 , “Elemen al analysis of me als under water using laser – ind ced b eakdown spec oscopy”, Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, (52), Issue 1, pp 25-39 [8] W.C Martin and Romuald Zalubas, "Energy level of MgI through Mg XII", Center for Radiation Research, Nation Measurement Laboratory, Washington DC, Vol 9, No1,1980,pp 4-14 [9] A W Miziolek, V Palleschi, and I Schechter,“Laser induced breakdown spec oscopy (LIBS : f ndamen als and applica ions”, Cambridge University Press, Cambridge, UK, 2006 45 [10] Ribo Ning, Qian Li, Songning Xu (2015) Research on the Fitting Methods of Calibration Curve for Atomic Emission Spectrum Analysis International Industrial Informatics and Computer Engineering Conference (IIICEC 2015) School of Science, Shenyang Ligong University, Shenyang, Liaoning pp 1047-1052 [11] T Hussain1, M A Gondal, (2013), “Lase ind ced b eakdown spec oscopy (LIBS) as a apid ool fo ma e ial analysis”, Conference 1, Vol 439, Published under licence by IOP Publishing Ltd [12] Peter J Whitesside, (1979&1985), Atomic Spectrometry Data Book, Pye Unicam, Ltd [13] RiChard D Beaty & Jack D Kerber,(1979&1983), Concepts on Instrumentation and Techniques in Atomic Emission Spectrophotometry, Perkin Elmer Company [14] Charles B Boss and Kenneth J Fredeen,Concepts,(2004), Instrumentation and Techniques in Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry, Third Edition, The Perkin-Elmer Corporation, USA ... dịch MgCl2 dựa số liệu phổ laser phát xạ nguyên tử 2.1 Phân tích định lượng xây dựng đường chuẩn 2.2 Khảo sát hàm lượng Mg dung dịch MgCl2 Chương TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT PHỔ LASER PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ... (1.1) n số lượng tử l số lượng tử quỹ đạo Các điện tử có c ng số lượng tử số lượng tử quỹ đạo gọi điện tử tương đương, ngược lại điện tử khơng có c ng số lượng tử số lượng tử quỹ đạo gọi điện tử không... khảo sát cho kết thu tiến hành thực nghiệm đạt độ xác cao đáng tin cậy 31 Chương KHẢO SÁT HÀM LƯỢNG Mg TRONG DUNG DỊCH MgCl2 DỰA TRÊN SỐ LIỆU PHỔ LASER PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ 2.1 Phân tích định lượng