Nghiên cứu biến tính điện cực than thuỷ tinh bằng vật liệu có cấu trúc nano ứng dụng để xác định thuỷ ngân trong môi trường nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - ĐẶNG THANH HUYỀN NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH ĐIỆN CỰC THAN THỦY TINH BẰNG VẬT LIỆU CÓ CẤU TRÚC NANO ỨNG DỤNG ĐỂ XÁC ĐỊNH THỦY NGÂN TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 9.44.01.18 LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHẠM HỒNG PHONG PGS.TS VŨ ĐỨC LỢI Hà Nội – 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - ĐẶNG THANH HUYỀN NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH ĐIỆN CỰC THAN THỦY TINH BẰNG VẬT LIỆU CÓ CẤU TRÚC NANO ỨNG DỤNG ĐỂ XÁC ĐỊNH THỦY NGÂN TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 9.44.01.18 LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHẠM HỒNG PHONG PGS.TS VŨ ĐỨC LỢI Hà Nội – 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết thực nghiệm trình bày luận án trung thực Các số liệu, kết luận án chưa công bố công trình nhóm nghiên cứu khác Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Tác giả luận án Đặng Thanh Huyền LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Phạm Hồng Phong, PGS.TS Vũ Đức Lợi, người Thầy tận tâm hướng dẫn khoa học, định hướng nghiên cứu để luận án hồn thành, động viên khích lệ tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình thực luận án Tác giả xin chân thành cảm ơn hỗ trợ kinh phí từ đề tài Khoa học Công Nghệ cấp viện Hàn Lâm Khoa Học Cơng Nghệ Việt Nam: “Nghiên cứu chế tạo đầu dị có cấu trúc nano thiết bị điện hóa điều khiển máy tính nhằm phát lượng vết Hg (II) trường”, mã số: VAST 07.03/13-14 đề tài Khoa học Công Nghệ cấp sở để tơi thực hồn thành thí nghiệm luận án Tác giả xin trân trọng cảm ơn Ban Lãnh đạo Học viện, Phòng Đào tạo Học viện Khoa học Công nghệ Việt Nam giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho suốt q trình học tập hồn thành luận án Tác giả bày tỏ lời cảm ơn Viện Hóa học, Phịng Quản lý tổng hợp quan tâm giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho trình học tập nghiên cứu Tác giả bày tỏ kính trọng lời cảm ơn chân thành đến nhà khoa học Phòng ứng dụng Tin học nghiên cứu Hóa học, đặc biệt, GS.TS Lê Quốc Hùng, PGS.TS Vũ Thị Thu Hà đóng góp ý kiến xây dựng trao đổi vấn đề sở lý thuyết thực tiễn để luận án hoàn thiện Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô Giảng viên Khóa đào tạo Sau đại học Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học Cơng nghệ Việt Nam bồi dưỡng, vun đắp kiến thức cần thiết giúp tơi có kiến thức, kinh nghiệm quý báu học tập nghiên cứu Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn đến gia đình, người thân bạn bè, ln bên tơi động viên khích lệ tinh thần ủng hộ cho tôi, mong muốn cho sớm hoàn thành luận án Tác giả luận án Đặng Thanh Huyền MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU 1 Lý lựa chọn đề tài Mục đích, phạm vi đối tượng nghiên cứu đề tài Ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn luận án Nội dung nghiên cứu đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đơn lớp tự xếp 1.1.1 Giới thiệu chung SAM 1.1.2 Ưu điểm SAM biến tính điện cực rắn 1.1.3 Vật liệu chế tạo SAM 1.1.4 Cấu trúc SAM số vật liệu 1.1.5 Các phương pháp chế tạo SAM 12 1.1.6 Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc trình chế tạo SAM 17 1.2 Vật liệu sử dụng chế tạo đơn lớp hữu tự xếp (SAM) .24 1.2.1 Vật liệu vàng nano dạng hạt 24 1.2.2 Vật liệu composit AuNP − GO 28 1.3 Phân tích thủy ngân 30 1.3.1 Khái quát chung thủy ngân 30 1.3.2 Ứng dụng thủy ngân 30 1.3.3 Độc tính thủy ngân 31 1.3.4 Các phương pháp phân tích thủy ngân 32 1.3.5 Sử dụng SAM biến tính điện cực ứng dụng phân tích thủy ngân 37 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 39 2.1 Thiết bị, dụng cụ vật liệu, hóa chất 39 2.1.1 Thiết bị dụng cụ 39 2.1.2 Vật liệu hóa chất 40 2.2 Chế tạo điện cực 41 2.2.1 Chế tạo lớp AuNP điện cực GCE 41 2.2.2 Chế tạo SAM biến tính lớp AuNP điện cực GCE 42 2.2.3 Chế tạo lớp composit AuNP-GO điện cực GCE 42 2.2.4 Chế tạo SAM biến tính lớp composit AuNP-GO điện cực GCE .42 2.3 Phương pháp nghiên cứu 43 2.3.1 Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu 43 2.3.2 Phương pháp phân tích đối chứng AAS 44 2.3.3 Các phương pháp đo điện hóa 44 2.4 Phân tích mẫu thực 46 2.4.1 Lấy mẫu bảo quản mẫu 46 2.4.2 Tiến trình phân tích 46 2.5 Phương pháp thống kê phần mềm xử lý số liệu thực nghiệm 46 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48 3.1 Tạo AuNP bề mặt GCE 48 3.1.1 Các kỹ thuật điện hóa hoạt hóa bề mặt GCE 48 3.1.2 Các điều kiện điện phân tạo AuNP 49 3.1.3 Sự tạo thành AuNP bề mặt GCE 51 3.2 Tạo composit AuNP-GO bề mặt GCE 52 3.2.1 Các phương pháp tạo AuNP-GO bề mặt GCE 52 3.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến việc tạo composit AuNP-GO 55 3.2.3 Cấu trúc bề mặt composit AuNP-GO bề mặt GCE 57 3.3 Sử dụng SAM biến tính điện cực 59 3.3.1 4-pyridineethanthiol biến tính AuNP/GCE 59 3.3.2 2-aminoethanthiol biến tính AuNP/GCE 61 3.3.3 SAM hai cấu tử PET-AET biến tính AuNP/GCE 63 3.3.4 SAM hai cấu tử PET-AET biến tính AuNP+GO/GCE 64 3.4 Cơ sở lý thuyết sử dụng SAM biến tính điện cực phân tích Hg (II) 66 3.5 Sử dụng điện cực biến tính SAM để phân tích Hg (II) 68 3.5.1 Quá trình làm giàu 69 3.5.2 Ảnh hưởng chiều quét đến việc xác định Hg(II) 70 3.5.3 PET-SAM/AuNP phân tích Hg (II) 72 3.5.4 PET-AET-SAM/AuNP phân tích Hg (II) 77 3.5.5 PET-AET-SAM/AuNP-GO phân tích Hg (II) 85 3.5.6 Kỹ thuật điện hóa làm điện cực 91 3.6 Ứng dụng phân tích Hg (II) mẫu thực 92 3.6.1 Phân tích mẫu giả phịng thí nghiệm 92 3.6.2 Kết đo mẫu thực phịng thí nghiệm 94 KẾT LUẬN 100 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 103 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Ý nghĩa Viết tắt A Tiếng Anh Tiếng Việt Area Diện tích điện cực Shh Diện tích hình học điện cực Shđ Diện tích hoạt động điện hóa điện cực AAS Atomic Absorption Spectrophotometric Phổ hấp thụ nguyên tử AdSV Adsorptive Stripping Voltammetry Von – Ampe hấp phụ hòa tan AET 2-Aminoethanethiol hydrochloride 2-Aminoethanethiol hydrochloride AFS Atomic Fluorescence Spectrophotometric Phổ huỳnh quang nguyên tử ASV Anodic Stripping Voltammetry Von – Ampe hòa tan anot AuNP Au Nanoparticle Vàng nano dạng hạt AuNP/GCE Au Nanoparticle on glassy carbon Vàng nano dạng hạt cacbon thủy tinh o-AT o-Amino thiophenol o-Amino thiophenol CNT Carbon Nanotube Ống cacbon kích thước nano CPE Carbon Paste Electrode Điện cực cacbon bột nhão CSV Cathodic Stripping Voltammetry Von – Ampe hòa tan catot CV Cyclic Voltammetry Von – Ampe quét vòng CVAFS Cold Vapour Atomic Fluorescence Spectrophotometric Phổ huỳnh quang nguyên tử hóa lạnh DME Dropping Mercury Electrode Điện cực giọt thủy ngân DPASV Differential Pulse Anodic Stripping Voltammetry Von – Ampe hòa tan anot kĩ thuật xung vi phân DPCSV Differential Pulse Cathodic Stripping Voltammetry Von – Ampe hòa tan catot kĩ thuật xung vi phân DPV Differential Pulse Voltammetry Von-Ampe xung vi phân Epa, Epc Anodic peak potential,cathodic peak potential Thế píc anot, catot GCE Glassy Carbon Electrode Điện cực cacbon thủy tinh GO Graphene oxide Graphen oxit rGO Reduced graphene oxide Graphenen oxit dạng khử GSH Glutathione Glutathione HMDE Hanging Mercury Drop Electrode Điện cực giọt thủy ngân treo ip Peak current Dịng píc ipa, ipc Anodic peak current,cathodic peak current Dịng píc anot, catot ICP-AES Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy Quang phổ phát xạ nguyên tử cảm ứng ICP-MS InductivelyCoupled Plasma Mass spectrometry Phổ khối plasma cảm ứng IL Ionic liquid Chất lỏng ion ITO Indium tin oxide Oxit thiếc – indi LOD Limit of detection Giới hạn phát LSV Linear Scan Voltammetry Von-Ampe quét tuyến tính MAA Mercaptoacetic Acid Mercaptoacetic Acid MAT 2-mercapto-5-amino-1,3,4thiadiazole 2-mercapto-5-amino-1,3,4thiadiazole Me Các kim loại Cd(II), Pb(II), Cu(II) MFE Mercury Film Electrode Điện cực màng thủy ngân MPA 3-mercaptopropionic acid 3-mercaptopropionic acid MWCNT MultiWalled Carbon Nanotube Cacbon dạng ống nano đa lớp n Số electron trao đổi phản ứng điện hóa PET 4-pyridineethanethiol hydrochloride 4-pyridineethanethiol hydrochloride p Pressure Áp suất PP Polypropylen Nhựa PP R Correlation coeficient Hệ số tương quan Coeficient of determination Hệ số xác định R RE Reference Electrode Điện cực so sánh RSD Relative Standard Deviation Độ lệch chuẩn tương đối Sa, Sb Độ sai chuẩn tương ứng với yếu tố a, b phương trình hồi quy SAM Self-Assembled Monolayer Đơn lớp tự xếp SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét SV Stripping Voltammetry Von – Ampe hòa tan SWV Square Wave Voltammetry Von – Ampe sóng vng SWASV Square Wave Anodic Stripping Voltammetry Von – Ampe hòa tan anot kĩ thuật sóng vng SWSV Square Wave Stripping Voltammetry Von – Ampe hịa tan kĩ thuật sóng vng t Temperature Nhiệt độ UV-VIS ultraviolet-visible Quang phổ tử ngoại – khả kiến Tốc độ quét XRD X-ray Diffraction Nhiễu xạ tia X XRF X-ray Fluorescence Huỳnh quang tia X WE Working Electrode Điện cực làm việc WHO World Health Organization Tổ chức Y tế Thế giới ... CÔNG NGHỆ - ĐẶNG THANH HUYỀN NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH ĐIỆN CỰC THAN THỦY TINH BẰNG VẬT LIỆU CÓ CẤU TRÚC NANO ỨNG DỤNG ĐỂ XÁC ĐỊNH THỦY NGÂN TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC Chuyên ngành: Hóa phân... vật liệu biến có ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc nano vật liệu biến tính có ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc nano vật liệu biến tính Qua đó, xác định ưu điểm SAM hai cấu tử gồm PET AET sử dụng để. .. sử dụng SAM biến tính điện cực để nâng cao độ nhạy độ chọn lọc phân tích kim loại nặng thủy ngân cịn hướng Do đó, đề tài: ? ?Nghiên cứu biến tính điện cực than thuỷ tinh vật liệu có cấu trúc nano