4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
2.3.3. Phương pháp phân tích ion kim loại bằng AAS
Là phương pháp dựa trên nguyên lý hấp thụ của hơi nguyên tử. Người ta cho chiếu vào đám hơi nguyên tử một năng lượng bức xạ đặc trưng của riêng nguyên tử đó. Sau đó đo cường độ còn lại của bức xạ đặc trưng này sau khi đã bị đám hơi nguyên tử hấp thụ, sẽ tính ra được nồng độ nguyên tố có trong mẫu đem phân tích. Tại khoang catot, nồng độ ion Cu2+ được xác định dựa trên phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử AAS máy Perkin Elmer 3300.
Để thực hiện được phép đo phổ hấp thụ nguyên tử của một nguyên tố cần thực hiện các quá trình sau:
+ Chọn các điều kiện và một loại trang bị phù hợp để chuyển mẫu phân tích ban đầu (dạng rắn hay dung dịch) thành trạng thái hơi của các nguyên tử tự do.
+ Chiếu chùm tia sáng bức xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi nguyên tử tự do vừa được điều chế ở trên. Các nguyên tử của các nguyên tố cần xác định trong đám hơi nguyên tử đó sẽ hấp thụ những tia bức xạ nhất định và tạo ra phổ hấp thụ của nó. Trong một giới hạn nhất định của nồng độ, giá trị cường độ này phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ của nguyên tố cần phân tích theo phương trình:
A = k.C.l Trong đó: A : Cường độ vạch phổ hấp thụ
K: hằng số thực nghiệm l: chiều dài chùm sáng đi qua C: nồng độ nguyên tố cần phân tích
+ Tiếp đó, nhờ một hệ thống máy quang phổ người ta thu lại toàn chùm sáng, phân li và chọn một vạch phổ hấp thụ của nguyên tố cần nghiên cứu để đo cường độ của nó. Cường độ đó chính là tín hiệu hấp thụ của vạch phổ hấp thụ nguyên tử.
34
Tiến hành: tại Catot thực hiện lấy mẫu theo ngày 0, 3, 5, 7 sau đó đem ly tâm mẫu ở tốc độ 12000rpm, trong 5 phút tách được phần rắn và làm sạch lại bằng nước deion, thu phần dịch để phân tích hàm lượng ion Cu2+ trong dung dịch bằng phương pháp AAS.
2.3.4. Phương pháp xác định hàm lượng lactate trong khoang Anot bằng phương pháp HPLC
HPLC là một phương pháp chia tách trong đó pha động là chất lỏng và pha tĩnh chứa trong cột là chất rắn đã được phân chia dưới dạng tiểu phân hoặc một chất lỏng phủ lên một chất mang rắn, hay một chất mang đã được biến bằng liên kết hóa học với các nhóm chức hữu cơ.
Mẫu được phân tích hàm lượng lactate trước đó sẽ được ly tâm ở 1200rpm trong 5 phút nhằm loại bỏ sinh khối tế bào và lọc qua màng lọc 0,2 micromet Whatman syringe filter (GE Heathcare, UK). Để phân tích lactate, 10 microlit mẫu đã lọc được bơm vào cột Aminex HPX –87H ( Bio – Rad, Hercule, CA) và HPLC được chạy ở chế độ đẳng dòng với lưu lượng 0,6mL/phút trong 30 phút bằng pha động 0,5mM H2SO4 với tốc độ 0.5 ml/ min. Phổ UV được phát hiện ở bước sóng 210 nm. Mẫu trước khi phân tích được đem ly tâm ở 12000 rpm nhằm loại bỏ sinh khối tế bào sau đó chuẩn bị 0.5 ml mẫu cho vào ống chứa mẫu để tiến hành phân tích. Việc tính toán hàm lượng lactate được tính theo đường chuẩn dựng với các nồng độ lactate khác nhau trên máy HPLC.
2.3.5. Phương pháp nghiên cứu cấu trúc, hình thái học và tính chất vật lý
Sau khi kết thúc thí nghiệm, toàn bộ mẫu ở trong khoang Catot được rửa lặp lại 3 lần với nước cất deion bằng cách ly tâm ở tốc độ 12000 rpm trong 10 phút để chuẩn bị cho các phân tích đặc trưng hóa vật liệu. Các phân tích này bao gồm: phân tích hình thái, cấu trúc hạt trên kính hiển vi điện tử quét SEM,
35
kính hiển vi điện tử truyền qua TEM; phân tích thành phần cấu trúc hạt thông qua phổ tán sắc năng lượng; phân tích hình dạng tinh thể dựa trên phổ nhiễu xạ tia X.
Kính hiển vi điện tử quét SEM (Scanning Electron Microscope) được dùng để khảo sát hình thái bề mặt và cấu trúc lớp mỏng dưới bề mặt. Nguyên lý: Dùng một chùm điện tử hẹp quét trên bề mặt mẫu vật nghiên cứu, sẽ có các bức xạ thứ cấp phát ra gồm: điện tử thứ cấp, điện tử tán xạ ngược, điện tử Auger, tia X,… Việc tạo ảnh của mẫu vật được thực hiện thông qua việc ghi nhận và phân tích các bức xạ phát ra từ các chùm điện tử với bề mặt mẫu vật. Chùm điện tử bị tán xạ mạnh khi đi vào trường thế biến thiên đột ngột do đám mây điện tử mang điện tích âm, hạt nhân và nguyên tử mang điện tích dương. Mỗi nguyên tử cũng trở thành tâm tán xạ của chùm điện tử. Nhiễu xạ chùm điện tử có những đặc điểm rất thích hợp cho việc nghiên cứu cấu trúc màng mỏng (Lê Văn Vũ, 2004). Ưu điểm của phương pháp SEM là xử lý đơn giản, không phải phá hủy mẫu.
Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscope) là một thiết bị nghiên cứu vi cấu trúc vật rắn, sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao chiếu xuyên qua mẫu vật rắn mỏng và sử dụng các thấu từ để tạo ảnh với độ phóng đại lớn (có thể lên đến hàng triệu lần), ảnh tạo ra trên màn huỳnh quang hay trên phim quang học hoặc thiết bị kỹ thuật số.
Ảnh của TEM vẫn được tạo theo các cơ chế quang học, nhưng tính chất ảnh tùy thuộc vào từng chế độ ghi ảnh. Điểm khác cơ bản của ảnh TEM so với ảnh quang học là độ tương phản khác so với ảnh trong kính hiển vi quang học và các loại kính hiển vi khác. Nếu như ảnh trong kính hiển vi quang học có độ tương phản chủ yếu đem lại do hiệu ứng hấp thụ ánh sáng thì độ tương phản của ảnh TEM lại chủ yếu xuất phát từ khả năng tán xạ điện tử. Các chế độ tương phản trong TEM: Tương phản biên độ: Đem lại do hiệu ứng hấp thụ điện tử (do
36
độ dày, do thành phần hóa học) của mẫu vật. Kiểu tương phản này có thể gồm tương phản độ dày, tương phản nguyên tử khối (trong STEM). Tương phản pha: Có nguồn gốc từ việc các điện tử bị tán xạ dưới các góc khác nhau – nguyên lý này rất quan trọng trong các hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao (HRTEM) hoặc trong các Lorentz TEM sử dụng cho chụp ảnh cấu trúc từ. Chuẩn bị mẫu chụp ảnh TEM: một giọt dung dịch mẫu được nhỏ lên trên lưới đồng đã phủ màng cácbon, để khô trong không khí, chờ quan sát dưới kính hiển vi TEM (JEOL JEM-1010, Nhật Bản).
Để xác định thành phần các nguyên tử của các nguyên tố có mặt trong vật liệu nano chúng tôi sử dụng kĩ thuật đo phổ tán sắc năng lượng EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) hay phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) Nguyên lý của phương pháp là dựa vào tính năng quan trọng khác của SEM để phân tích thành phần vật liệu. Như ta đã biết một chùm điện tử có năng lượng cao khi bắn vào mẫu sẽ có tương tác với các lớp điện tử bên trong các nguyên tử của mẫu và phát ra các tia X đặc trưng cho từng nguyên tố. Chuẩn bị mẫu đo EDX: mẫu vật sau khi chụp ảnh SEM được giữ lại trên cùng thiết bị để tiếp tục phân tích phổ EDX.
Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (X - Ray Diffraction) là phương pháp phân tích vật lý hiện đại được ứng dụng rất phổ biến để nghiên cứu cấu trúc tinh thể của các vật liệu. Khi chiếu tia X vào nguyên tử thì các điện tử sẽ dao động quanh vị trí cân bằng của chúng. Khi điện tử bị hãm (mất năng lượng) nó sẽ phát xạ tia X. Quá trình hấp phụ và tái phát bức xạ điện tử này được gọi là tán xạ. Nhiễu xạ là sự giao thoa tăng cường của nhiều hơn một sóng tán xạ. Khi chiếu tia X vào vật rắn tinh thể ta thấy xuất hiện các tia nhiễu xạ với cường độ và hướng khác nhau.
Điều kiện nhiễu xạ (điều kiện Bragg): 2dsinθ = nλ
37
Trong đó: d : khoảng cách giữa các mặt nguyên tử phản xạ, θ : góc phản xạ,
λ : bước sóng của tia X, n = 1, 2, 3, ... được gọi là bậc phản xạ.
Tập hợp các cực đại nhiễu xạ Bragg dưới các góc 2θ khác nhau có thể ghi nhận được bằng cách sử dụng đầu ghi. Căn cứ vào các cực đại nhiễu xạ trên giản đồ XRD tìm được 2θ. Từ đó suy ra d theo điều kiện Bragg. So sánh giá trị d tính được với giá trị d chuẩn sẽ xác định được thành phần cấu trúc tinh thể của vật chất. Ngoài ra, phương pháp nhiễu xạ tia X cho phép xác định kích thước tinh thể dựa trên phương pháp phân tích hình dáng và đặc điểm của đường phân bố 23 cường độ nhiễu xạ dọc theo trục góc 2θ
Chuẩn bị mẫu đo XRD: mẫu vật liệu được chuẩn bị dưới dạng bột để đem đi đo XRD trên thiết bị D8 ADVANCE Bruker – Germany. Thiết bị sử dụng bức xạ Cu-Kα với bước sóng λ = 1,5406 Ao, cường độ dòng điện bằng 30 mA, điện áp 40 kV, góc quét 2θ = 10 ÷ 700 , tốc độ quét 0,03 o/s.