L ỜI MỞ ĐẦU
3.7. Bộ phân tích biên độ đa kênh MCA
Máy phân tích đa biên độ nhiều kênh MCA (Multi Channel Analyzer) bao gồm ADC, một bộ nhớ biểu đồ, bộ chỉ thị biểu đồ được ghi trong bộ nhớ. Mục đích của ADC là đo biên độ xung tương tự và biến đổi nó thành số. Lối ra số là biểu diễn tỷ lệ của biên độ tương tự lối vào ADC. Biểu đồ biểu hiện phổ biên độ xung lối vào. Các xung vào tới từ bộ khuếch đại phổ năng lượng nên biểu đồ tương ứng với phổ năng lượng được thu nhận bằng đầu dò. Trong hệ đo có sử dụng máy tính để chỉ thị phổ, sự kết hợp ADC và bộ nhớ biểu đồ được gọi là bộ đệm đa kênh (Multi Channel Buffer - MCB). Việc sử dụng vi xử lý trong cấu trúc cho phép MCA phân tích số liệu phức tạp và mạnh sao cho kết quả cuối cùng được chỉ thị và được in chính xác.
Nói chung hệ đo Alpha Analyst được thiết kế với khả năng hút chân không tốt, detector nhạy với điện tích cho hiệu suất cao, hệ điện tử hoạt động tốt và ổn định nên có khả năng đo phóng xạ alpha độ chính xác và hiệu quả tốt nhất.
CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM
4.1.Giới thiệu về phân bón kích thích tăng trưởng [19]
Các mẫu đã khảo sát là các dạng phân bón lá kích thích tăng trưởng được bán phổ biến trên thị trường Việt Nam. Trong những mẫu đó có tám mẫu dạng rắn và ba mẫu dạng lỏng. Thành phần có trong các mẫu bao gồm các chất đa lượng, trung lương và vi lượng…
Phân bón lá là loại phân bón có chứa các hợp chất dinh dưỡng hòa tan trong nước được phun lên lá để cây hấp thụ qua các biểu bì và khí khổng (lỗ khổng) của lá.
Phân bón lá chỉ là một biện pháp bổ sung tức thời do nó đáp ứng nhanh và kịp thời nhu cầu của cây, cho thời gia thu hoạch nông sản nhanh làm tăng năng suất, phẩm chất và mẫu mã nông sản nhưng không thể thay thế cho phân bón trong đất.
Phân bón lá gồm nhiều loại, bổ sung tất cả các chất dinh dưỡng cho cây, gồm các chất đa lượng (N, P, K), các chất trung lượng (Ca, Mg, S, Si) và các chất vi lượng (Cu, Zn, Mn, B, Fe, Mo).
Phần lớn các phân bón lá hiện nay gồm hỗn hợp các chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng. Ngoài ra, người ta còn kết hợp sử dụng một số chất từ các hợp chất hữu cơ như amino acid, các loại vitamin, các humat và các oligosacarit được tách chiết từ rong biển, thủy phân từ nguồn thịt cá, thịt trùng, nhộng tằm, đầu tôm… ngoài cung cấp chất dinh dưỡng cho cây một cách cân đối còn có tác dụng kích thích tăng trưởng, chống stress do thời tiết hay do ngộ độc và tăng sức chống bệnh cho cây.
Lưu ý: Trong chất kích thích không có chất dinh dưỡng. Nếu muốn vừa kích thích vừa cung cấp chất dinh dưỡng thì phải dùng loại phân có chất kích thích hoặc pha chung phân bón lá với chất kích thích [18].
4.2.Thực nghiệm
4.2.1. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất
4.2.1.1.Dụng cụ
- Bếp điện - Cân điện tử
- Cốc, đũa thủy tinh,tô bằng sứ - Teflon, kẹp
- Bút đo pH
- Đĩa inox, đĩa đồng có đường kính 2,8cm - Đèn hồng ngoại
- Khẩu trang hoạt tính, bao tay - Pipet loại 5-50µL, 10mL
4.2.1.2.Thiết bị
- Máy khuấy từ gia nhiệt
- Hệ phân tích Alpha Analyst có trong phòng thí nghiệm Bộ môn Vật lý Hạt nhân trường KHTN
- Máy dập đĩa kim loại của Bộ môn Vật lý Hạt nhân trường KHTN
4.2.1.3. Hóa chất
• Acetone (CH3COCH3)
• EDTA (C10H16N2O8)
• Ascorbic acid (C6H8O6)
• Ammonium hydroxide (NH4OH) 0,5M
• Hydrocloric acid (HCl) 0.5M
• Bột KMnO4
• Bình phun sơn Acrylic màu trắng
• Nước cất
4.2.2. Xác định nồng độ 226Ra trong mẫu phân bón lá kích thích tăng trưởng
4.2.2.1.Cách tạo đĩa MnO2
Chọn một tấm inox có bề dày 2mm. Dùng máy dập kim loại có tại Bộ môn Vật lý Hạt nhân - Trường Đại học KHTN, dập tấm kim loại để tạo ra đĩa kim loại có hình tròn, đường kính 28 mm.
- Dùng dung dịch Acetone (CH3COCH3) rửa sạch bề mặt đĩa, sau đó dùng nước cất rửa sạch lại bề mặt đĩa rồi đem đi sấy khô bằng đèn hồng ngoại.
- Dùng bình sơn phun Acrylic màu trắng, lắc đều, phun một lớp mỏng lên bề mặt đĩa đồng, rồi đem sấy khô bằng đèn hồng ngoại trong khoảng thời gian từ 20- 30 phút.
- Sau 20-30 phút lớp sơn trên bề mặt đĩa được sấy khô, tiếp tục phun một lớp sơn mỏng thứ hai lên trên lớp sơn mỏng thứ nhất để tạo độ phẳng cho bề mặt đĩa. Sau đó đem sấy khô bằng đèn hồng ngoại trong khoảng thời gian từ 25-35 phút.
- Trong khoảng thời gian sấy khô đĩa đồng, chuẩn bị dung dịch KMnO4 0,1M bằng cách: cân 4,74g bột KMnO4 hòa tan vào 282 mL nước cất để tạo ra 300 mL dung dịch KMnO4 0,1M.
- Ngâm các đĩa đã được phun sơn vào 300 mL dung dịch KMnO4 0,1M trong 3 giờ, điều chỉnh nhiệt dộ dung dịch từ 50-550
C bằng bếp điện.
- Nung nóng dung dịch KMnO4 0,1M ở nhiệt độ 50-550C sẽ tạo ra phản ứng nhiệt phân, phân hủy KMnO4 thành MnO2 theo phương trình (4.1)
2KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O2 (4.1)
(Nâu đen)
- Sau khoảng thời gian ngâm hơn 3 giờ, chúng ta có thể lấy đĩa ra, rửa nhẹ bằng nước cất. Để khô đĩa ngoài không khí khoảng 10-15 phút hoặc có thể sấy khô đĩa bằng đèn hồng ngoại.
- Quan sát đĩa trước và sau khi ngâm ta thấy có sự khác biệt do trên đĩa sau ngâm có lớp MnO2 bám trên bề mặt đĩa.
Sau khi tiến hành thí nghiệm nhiều lần thì đã tìm thấy những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ MnO2 trên đĩa:
- Lớp sơn: Bám trên bề mặt đĩa phải đạt độ đồng đều nhất định và không được quá dày
- Nhiệt độ: Khi ngâm đĩa trong dung dịch KMnO4 từ 50-550
C. Nếu thấp hơn 500C thì lớp MnO4 bám trên bề mặt đĩa rất ít nên sẽ không có màu nâu đậm. Nếu ở nhiệt độ cao hơn 550C thì đĩa có màu đen và lớp sơn bám trên bề mặt đĩa sau quá trình chờ đĩa khô sau quá trình ngâm bị tróc.
- Thời gian ngâm: Nếu đĩa ngâm trong thời gian ngắn sẽ không đủ thời gian để MnO2 lắng đọng trên bề mặt đĩa. Do đó, không tạo ra lớp MnO2 có bề dày cần thiết. - Nồng độ của dung dịch KMnO4 cần phải đạt 0,1M để đảm bảo khối lượng kết tủa MnO2 tạo ra lắng đọng trên bề mặt đĩa.
4.2.2.2.Quá trình hấp thụ 226Ra trên đĩa MnO2
Mẫu phân bón lá kích thích tăng trưởng dạng rắn
Bước 1: Chuẩn bị mẫu
- Cho 200mL nước cất vào cốc 250mL
- Cho 1g mẫu phân bón lá kích thích tăng trưởng vào cốc
- Thêm 0,1g EDTA vào cốc: Trong mẫu tồn tại nhiều đồng vị phóng xạ như uranium, thorium, plutonium…khi cho EDTA vào nó phản ứng với các đồng vị phóng xạ tạo các phức bền, cô lập hoạt động của các ion kim loại giúp việc hấp thụ Ra trên đĩa MnO2 thuận lợi hơn.
- Điều chỉnh độ pH của mẫu từ 7-7,5 bằng dung dịch NH4OH và dung dịch HCl 0,5M. Khi điều chỉnh độ pH trong mẫu bằng hóa chất thì cần phải khuấy đều mẫu trong vòng 20-30 phút.
Bước 2: Khuấy mẫu ở nhiệt độ phòng bằng máy khuấy từ gia nhiệt
- Dùng kẹp ống nghiệm, kẹp teflon có gắn đĩa MnO2 cho vào mẫu đã chuẩn bị ở bước một rồi quay mẫu trong khoảng thời gian 6 giờ bằng máy khuấy từ gia nhiệt như Hình 4.3. Điều chỉnh tốc độ quay phù hợp để tạo ra độ xoáy của dòng nước đập vào mặt đĩa MnO2 như Hình 4.4.
Hình 4.3: Khuấy từ ở nhiệt độ phòng Hình 4.4: Chiều quay của dung dịch
Bước 3: Lấy đĩa sau khi khuấy
- Sau khi quay 6 giờ, lấy đĩa MnO2 ra, sấy khô nhanh bằng đèn hồng ngoại ở nhiệt độ không vượt quá 600
C.
Chú ý: một mẫu khuấy hai lần nên phải lưu mẫu sau khi khuấy một lần và ở lần khuấy tiếp theo phải kiểm tra lại độ pH của mẫu và điều chỉnh sao cho độ pH vẫn nằm trong khoảng 7- 7,5.
Bước 4: Đo mẫu sau khuấy bằng hệ đo Alpha Analyst trong thời gian 86400s.
Chú ý: Để quá trình ion hóa hạt alpha với phần tử vật chất không xảy ra thì buồng đo phải được hút chân không trước khi đo mẫu.
Phải đặt mẫu ở một ví trí cố định trên khe đo để đảm bảo kết quả đo thống nhất trong cùng khoảng cách.
Mẫu phân bón lá kích thích tăng trưởng dạng lỏng
Bước 1: Chuẩn bị mẫu
- Cho khoảng 180mL nước cất vào cốc 250mL - Cho khoảng 20mL mẫu phân bón lá
- Thêm 0,1g EDTA
- Điều chỉnh độ pH của mẫu từ 7-7,5 bằng dung dịch NH4OH và dung dịch HCl 0,5M
Đĩa MnO2
Chiều
Khi điều chỉnh độ pH trong mẫu bằng hóa chất thì cần phải khuấy đều mẫu trong vòng 20-30 phút
Bước 2, 3, 4: Thực hiện như mẫu phân bón dạng rắn
Chú ý: Để quá trình ion hóa hạt alpha với phần tử vật chất không xảy ra thì buồng đo phải được hút chân không trước khi đo mẫu.
Phải đặt mẫu ở một ví trí cố định trên khe đo để đảm bảo kết quả đo thống nhất trong cùng khoảng cách.
Hình 4.5: Buồng đặt đĩa MnO2 Hình 4.6: Khay đặt đĩa MnO2
4.2.3. Xác định nồng độ 210
Po trong mẫu phân bón lá kích thích tăng trưởng
4.2.3.1.Mẫu phân bón lá kích thích tăng trưởng dạng rắn
Bước 1: Chuẩn bị mẫu
- Cho 200mL nước cất vào cốc 250mL - Cho 1g mẫu phân bón lá vào cốc - Thêm 0,5g ascorbic acid: cô lập Fe3+
có trong mẫu vì ion này sẽ ảnh hưởng đến quá trình lắng đọng polonium trên đĩa
- Điều chỉnh độ pH của mẫu từ 1-1,5 bằng dung dịch NH4OH và dung dịch HCl 0,5M. Khi điều chỉnh độ pH trong mẫu bằng hóa chất thì cần phải khuấy đều mẫu trong vòng 20-30 phút.
Bước 2: Khuấy mẫu ở nhiệt độ 800C bằng máy khuấy từ gia nhiệt
- Dùng kẹp ống nghiệm, kẹp đĩa Cu cho vào mẫu đã chuẩn bị ở bước một rồi quay mẫu trong khoảng thời gian 2 giờ bằng máy khuấy từ gia nhiệt như Hình 4.8. Điều chỉnh tốc độ quay phù hợp để tạo ra độ xoáy của dòng nước đập vào mặt đĩa Cu như Hình 4.9.
Bước 3: Lấy đĩa sau khi khuấy
Đem rửa và phơi đĩa khô trước khi đo, không phơi dưới đèn hồng ngoại vì nhiệt độ của đèn có thể làm bay hơi polonium bám trên bề mặt đĩa.
Bước 4:Đo mẫu sau khuấy bằng hệ đo Alpha Analyst trong thời gian 86400s.
4.2.3.2.Mẫu phân bón lá kích thích tăng trưởng dạng lỏng
Bước 1: Chuẩn bị mẫu
- Cho 190mL nước cất vào cốc 250mL - Cho 10mL mẫu phân bón lá vào cốc - Thêm 0,5g ascorbic acid
- Điều chỉnh độ pH của mẫu từ 1-1,5 bằng dung dịch NH4OH và dung dịch HCl 0,5M. Khi điều chỉnh độ pH trong mẫu bằng hóa chất thì cần phải khuấy đều mẫu trong vòng 20 - 30 phút
Bước 2, 3, 4: Thực hiện như mẫu phân bón lá dạngrắn.
Hình 4.8: Khấy mẫu ở t=800
C Hình 4.9: Chiều quay của dung dịch
Đĩa MnO2
Chiều
Lưu ý: Một mẫu phân bón lá kích thích tăng trưởng dạng lỏng hay rắn đều được khuấy hai lần.
Sơ đồ các bước thực hành thí nghiệm hấp thụ 210Po trên đĩa đồng (Cu) như Hình 4.10
4.3.Phương pháp tính toán số liệu thực nghiệm [4], [5], [12]
4.3.1. Xác định nồng độ 226
Ra và 210Po trong mẫu phân bón lá dạng lỏng
Nồng độ 226Ra và 210Po được tính toán thông qua công thức 4.2: 𝐴 = 𝑆
𝑡 ∗ 𝜀 ∗ fg∗ 𝑉 ∗f (4.2)
Hình 4.10: Sơ đồ các bước thực hành hấp thụ 2 1 0Po trên đĩa đồng (Cu)
Sử dụng 200mL nước cất hòa tan 1g mẫu hay 10mL dung dịch mẫu. Thêm 0,5g ascorbic acid và điều chỉnh pH: 1-1,5
Đặt đĩa đồng (Cu)trong mẫu đã chuẩn bị và quay trong 2 giờ bằng máy khấy từ
Lấy đĩa ra khỏi dung dịch mẫu đem rửa và phơi khô
Trong đó: A: Nồng độ 226
Ravà210Po có trong một lít (Bq/L)
t: Thời gian đo (s)
ε: Hiệu suất ghi của detector fg: Hệ số hình học
S: Diện tích đỉnh phổ V: Thể tích mẫu cần đo (L) f: Xác suất phát tia alpha Sai số được xác định như sau:
𝛥𝐴 =𝐴 ∗ ���𝛥𝑆𝑆 �2+�𝛥𝑉𝑉 �2+�𝛥𝜀𝜀 �2+�𝛥𝑡𝑡 �2+�𝛥ff�2� (4.3) Trong đó: ∆A: Sai số nồng độ riêng của đồng vị phóng xạ
∆S: Sai số diện tích đỉnh tại các đỉnh năng lượng tương ứng ∆f: Sai số xác suất phát của tia alpha
∆t: Sai số thời gian đo
∆V: Sai số thể tích của đồng vị phóng xạ ∆ε: Sai số hiệu suất ghi của detector
4.3.2. Xác định nồng độ 226
Ra và 210Po trong mẫu phân bón lá dạng rắn
𝐴 =𝑡 ∗ 𝜀 ∗ f𝑆
g∗ 𝑚 ∗f (4.4) Trong đó: A: Nồng độ 226
Ravà 210Po có trong một kg (Bq/kg)
t: Thời gian đo (s)
ε : Hiệu suất ghi của detector fg: Hệ số hình học
S: Diện tích đỉnh phổ m: Khối lượng mẫu Sai số được xác định như sau:
𝛥𝐴 =𝐴 ∗ ���𝛥𝑆𝑆 �2+�𝛥𝑚𝑚 �2+�𝛥𝜀𝜀 �2+�𝛥𝑡𝑡 �2+�𝛥ff�
2
� (4.5) Trong đó: ∆A: Sai số nồng độ riêng của đồng vị phóng xạ
∆S: Sai số diện tích đỉnh tại các đỉnh năng lượng tương ứng ∆f: Sai số xác suất phát của tia alpha
∆t: Sai số thời gian đo ∆m: Sai số khối lượng mẫu Các giá trị fg, m, ɛ , V được cho bởi Bảng 4.1
Bảng 4.1: Các giá trị fg, m, ɛ , V [12] mRa 1,00 ± 0,01(g) ɛ 24,76 ± 0,83(%) VPo 10,00 ± 0,01(mL) mPo 1,0000 ± 0,0001(g) fg 0,2597 ± 0,0014 4.4.Kết quả thực nghiệm: Kết quả nồng độ 226
Ra ở trong mẫu phân bón lá dạng rắn được trình bày trong Bảng 4.2, mẫu phân bón lá dạng lỏng trong Bảng 4.3
Bảng 4.2: Nồng độ 226Ra ở trong mẫu phân bón lá dạng rắn
Mẫu phân bón lá số Nồng độ (Bq/kg)
1 4,86 ± 0,95
2 10,98 ± 1,46
4 7,69 ± 1,33
5 4,50 ± 0,91
6 8,55 ± 1,32
7 10,08 ± 1,39
Trung bình 7,45 ± 1,14
Bảng 4.3:Nồng độ 226Ra ở trong mẫu phân bón lá dạng lỏng
Mẫu phân bón lá số Nồng độ (Bq/L) 9 0,19 ± 0,04 10 0,19 ± 0,04 11 0,57 ± 0,07 Trung bình 0,32 ± 0,05 • Nhận xét:
Các kết quả ở Bảng 4.2 cho thấy các mẫu phân bón dạng rắn có nồng độ 226Ra dao động trong khoảng 4,50-10,98 (Bq/kg). Trong đó, mẫu số 2 có nồng độ phóng xạ cao nhất (10,98 ± 1,46 Bq/kg) và nồng độ của mẫu này cao gấp 1,5 lần so với nồng độ trung bình của bảy mẫu (7,45 ± 1,14 Bq/kg). Mẫu số 5 có nồng độ phóng xạ thấp nhất (4,50 ± 0,91 Bq/kg).
Các kết quả ở Bảng 4.3 cho thấy các mẫu phân bón lá dạng lỏng có nồng độ
226Ra dao động trong khoảng 0,19-0,57 (Bq/L). Trong đó, mẫu số 11 có nồng độ phóng xạ cao nhất (0,57 ± 0,07 Bq/L) và nồng độ của mẫu này cao gấp 1,8 lần so với nồng độ trung bình của ba mẫu (0,32 ± 0,05 Bq/L). Mẫu số 9, 10 có nồng độ phóng xạ thấp (0,19 ± 0,04Bq/L).
Kết quả nồng độ 210
Po ở trong mẫu phân bón lá dạng rắn được tình bày trong Bảng 4.4, mẫu phân bón lá dạng lỏng trong Bảng 4.5.
Bảng 4.4: Nồng độ 210
Po ở trong mẫu phân bón lá dạng rắn
1 9,54 ± 1,35 2 33,66 ± 2,71 3 0,82 ± 0,23 4 1,44 ± 0,51 5 41,94 ± 3,14 8 7,56 ± 1,19 Trung bình 15,83 ± 1,52
Bảng 4.5: Nồng độ 210Po ở trong mẫu phân bón lá dạng lỏng