6. Cấu trỳc luận văn
1.5. GIỚI THIỆU VỀ VÀNG ễ (AURAMINE O)
Vàng ụ (auramine o) là một loại thuốc nhuộm diarylmetan được dựng để nhuộm huỳnh quang trong sinh học. Ở dạng tinh khiết, tinh thể vàng ụ cú hỡnh kim màu vàng. Vàng ụ dễ tan trong nước và cú thể tan trong ethanol [12], [30], [54]. Cụng thức phõn tử của vàng ụ là C17H22N3Cl.
Hỡnh 1.16. Cụng thức cấu tạo của vàng ụ
Vàng ụ được sử dụng chủ yếu trong cụng nghệ dệt nhuộm như nhuộm vải, giấy, gỗ,... Vàng ụ cú hại đối với sức khỏe con người, gõy ra viờm loột dạ dày, với hàm lượng lớn cú thể phỏ hủy ADN tế bào gan, thận và tủy. Do vậy, vàng ụ bị cấm sử dụng trong thực phẩm và mĩ phẩm. Tuy nhiờn, ở Việt Nam vỡ lợi ớch kinh tế một số tổ chức, cỏ nhõn đĩ sử dụng vàng ụ làm chất phụ gia trong chế biến thức ăn gia sỳc, làm chất tạo màu trong thực phẩm. Vỡ vậy, việc xỏc định hàm lượng vàng ụ trong mẫu thực phẩm là vấn đề cần thiết. Một trong những phương phỏp thường dựng để xỏc định là phương phỏp HPLC
[24], [45], [55], LC-MS [22],… Những phương phỏp ỏp dụng này cú độ nhạy cao, tuy nhiờn chi phớ phõn tớch lớn, việc xử lý mẫu khỏ phức tạp do đú làm hạn chế ứng dụng của chỳng. Để khắc phục những hạn chế nờu trờn, đĩ cú nhiều cụng trỡnh nghiờn cứu về vấn đề này. Phương phỏp ASV là phương phỏp được lựa chọn do cú độ nhạy, độ chọn lọc cao, giới hạn phỏt hiện thấp, quy trỡnh xử lý mẫu khỏ đơn giản và hiệu quả.
Chương 2 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 2.1. HểA CHẤT VÀ DỤNG CỤ 2.1.1. Húa chất Bảng 2.1. Danh mục húa chất Húa chất Nguồn gốc
Melamin : C3H6N6 Trung Quốc Sắt (III) acetylacetonate : Fe(C5H7O2)3 Trung Quốc Cobalt nitrate hexahydrate : Co(NO3)2.6H2O Korea 2-methylimidazole : C4H6N2 U.S.A Ethanol : C2H5OH Trung Quốc Methanol : CH3OH Trung Quốc Vàng o : C17H21N3 Trung Quốc
2.1.2. Dụng cụ
- Cốc sứ, cối mĩ nĩo.
- Mỏy li tõm, mỏy siờu õm.
- Lũ nung, lũ sấy, lũ vi súng, mỏy khuấy từ.
- Pipet (1 mL, 5 mL, 10 mL), ống đong (50 mL, 100 mL).
- Bỡnh tam giỏc 250 mL, đũa thủy tinh, cốc thủy tinh (25 mL, 50 mL)…
- Mỏy phõn tớch điện húa CPA-HH5 với: điện cực làm việc GCE, điện cực đối platin (Pt) và điện cực so sỏnh Ag | AgCl, KCl (1M).
2.2. TỔNG HỢP VẬT LIỆU
2.2.1. Tổng hợp vật liệu g-C3N4 từ melamin
- Cho 3 g bột melamin vào cối mĩ nĩo nghiền mịn.
- Cho mẫu vào cốc sứ, tiến hành nung ở 500 o
C trong 4 giờ với tốc độ gia nhiệt 5 o
C/phỳt. Để nguội đến nhiệt độ phũng, nghiền mịn thu được sản phẩm ký hiệu là g-C N [58].
2.2.2 Tổng hợp vật liệu ZIF-67
Vật liệu ZIF-67 được tổng hợp theo sơ đồ Hỡnh 2.1.
Hỡnh 2.1. Sơ đồ tổng hợp ZIF-67 [7]
2.2.3. Tổng hợp vật liệu Fe2O3/g-C3N4
- Trộn 0,4 g Fe(C5H7O2)3 và 3,6 g melamin vào 60 mL H2O, siờu õm trong 4 giờ. Sau đú, sấy ở 100 o
C trong 12 giờ.
- Lấy mẫu cho vào cốc sứ, tiến hành nung ở 500 o
C trong 4 giờ với tốc độ gia nhiệt 5 o
C/phỳt.
- Để nguội đến nhiệt độ phũng, nghiền mịn thu được sản phẩm.
2.2.4. Tổng hợp vật liệu ZIF-67/Fe2O3/g-C3N4
- Bước 1: Trước tiờn, lấy 0,036 g Fe2O3/g-C3N4 đĩ được điều chế vào một cốc cú chứa 80 mL ethanol. Cốc được đặt trong một bồn siờu õm trong 2 giờ để cú được sự phõn tỏn Fe2O3/g-C3N4 đồng nhất.
- Bước 2: Cho 0,296 g ZIF-67 vào cốc núi trờn, tiếp tục khuấy và siờu õm trong 2 giờ.
- Bước 3: Để yờn mẫu trong một ngày. Đem ly tõm, lọc rửa bằng ethanol, thu được kết tủa đem sấy khụ ở 100 °C trong 12 giờ, ta được vật liệu ZIF- 67/Fe O /g-C N .
4 mmol Co(NO3)2.6H2O hũa tan trong 100 mL CH3OH
16 mmol C4H6N2 hũa tan trong 100 mL CH3OH Hỗn hợp Kết tủa ZIF-67 vi súng trong 20 phỳt Rửa bằng C2H5OH 3 lần, sấy qua đờm ở 120 o C
2.3. BIẾN TÍNH ĐIỆN CỰC 2.3.1. Chuẩn bị điện cực làm việc
Điện cực đĩa than thủy tinh GCE (đường kớnh 2,8 ± 0,1 mm) được mài với bột nhụm oxit (Al2O3)cú kớch thước 0,05 àm cho đến khi bề mặt điện cực sỏng búng. Sau đú ngõm điện cực trong dung dịch HNO3 2 M, rửa sạch bằng ethanol, nước cất 2 lần và để khụ tự nhiờn ở nhiệt độ phũng.
Tiến hành biến tớnh điện cực GCE như sau:
- Phõn tỏn ZIF-67/Fe2O3/g-C3N4 vào dung mụi nước, sau đú đỏnh siờu õm trong 1 giờ để được huyền phự 1 mg/mL.
- Nhỏ giọt lờn bề mặt điện cực GCE 5 L dung dịch sao cho dung dịch phủ đều bề mặt điện cực. Sấy để dung mụi bay hơi thu được điện cực GCE/ZIF- 67/Fe2O3/g-C3N4.
2.3.2. Cỏc thụng số làm việc trờn mỏy phõn tớch điện húa
Cỏc phộp đo được thực hiện trờn mỏy phõn tớch điện húa CPA – HH5 với tế bào điện húa sau: điện cực làm việc GCE, điện cực đối platin và điện cực so sỏnh Ag | AgCl, KCl (1M).
- Đối với phộp đo Volt-Ampere vũng, thế đầu là 0,2 V; thế cuối là 1,2 V; tốc độ quột thế là 0,05 V/s.
- Đối với phộp đo xung vi phõn, biờn độ xung là 50 mV, tốc độ quột là 5 mV, tốc độ quay điện cực là 2000 vũng/phỳt, thời gian làm giàu là 15 giõy, thời gian nghỉ là 5 giõy, mỗi phộp đo được thực hiện bốn lần.
- Kỹ thuật Volt-Ampere xung vi phõn hũa tan anot (DP-ASV) được chọn để tiến hành khảo sỏt AO cú nồng độ 10-5
M trong đệm Britton-Robinson (B- RBS) 0,1 M (pH=9).
2.3.3. Phõn tớch mẫu thật
Mẫu thật là mẫu nước măng chua, cải chua và dưa chua trờn cỏc chợ thuộc địa bàn tỉnh Thừa Thiờn Huế. Ngày lấy mẫu: 19 thỏng 05 năm 2019.
Xử lớ mẫu: mẫu được thu thập bỏ vào chai thủy tinh (đĩ rửa sạch bằng nước cất 2 lần, sấy khụ) sau đú lọc và bảo quản ở 5 o
C trong tủ lạnh.
- Hỳt V1 mL mẫu vào bỡnh chứa đệm B-RBS sau đú định mức đến V2 mL thu được dung dịch A. Lấy V3 mL dung dịch A cho vào bỡnh điện phõn cú chứa nước cất 2 lần sao cho tổng thể tớch trong bỡnh điện phõn là 10 mL. Tiến hành xỏc định AO bằng phương phỏp DPV thu được nồng độ AO là C (μg/mL). Nồng độ AO trong mẫu măng chua, cải chua và dưa chua được tớnh theo cụng thức:
- Sau khi xỏc định được nồng độ AO ban đầu; cỏc mẫu măng chua, cải chua và dưa chua được thờm vào một lượng AO cú nồng độ xỏc định C1 (μg/mL). Tiếp tục xỏc định AO bằng phương phỏp DPV được nồng độ AO là C2
(μg/mL).
2.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU 2.4.1. Phương phỏp nhiễu xạ Rơnghen (X-Ray) [33] 2.4.1. Phương phỏp nhiễu xạ Rơnghen (X-Ray) [33] - Nguyờn tắc:
Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể được xõy dựng từ cỏc nguyờn tử hay ion phõn bố đều đặn trong khụng gian theo một trật tự nhất định. Khi chựm tia X tới bề mặt tinh thể và đi sõu vào bờn trong mạng lưới tinh thể thỡ mạng lưới này đúng vai trũ như một cỏch tử nhiễu xạ đặc biệt. Cỏc nguyờn tử, ion bị kớch thớch bởi chựm tia X sẽ thành cỏc tõm phỏt ra cỏc tia phản xạ. Mặt khỏc, cỏc nguyờn tử, ion này được phõn bố trờn cỏc mặt phẳng song song.
Mối liờn hệ giữa độ dài khoảng cỏch hai mặt phẳng song song (d), gúc giữa chựm tia X và mặt phẳng phản xạ (θ) và bước súng (λ) được biểu thị bằng hệ phương trỡnh Vulf-Bragg (2.1).
2.d.sinθ = n.λ (2.1) Trong đú:
n: Bậc nhiễu xạ (n: 1, 2, 3…).
λ: Bước súng của tia Rơnghen (nm). d: Khoảng cỏch giữa cỏc mặt tinh thể. θ: Gúc nhiễu xạ.
Phương trỡnh Vulf-Bragg là phương trỡnh cơ bản nghiờn cứu cấu trỳc tinh thể.
Hỡnh 2.2. Sơ đồ biểu diễn nhiễu xạ tia X (XRD)
Từ cực đại nhiễu xạ trờn giản đồ, gúc 2 sẽ được xỏc định. Từ đú suy ra d theo hệ thức Vulf-Bragg. Mỗi vật liệu cú một bộ cỏc giỏ trị d đặc trưng. So sỏnh giỏ trị d của mẫu phõn tớch với giỏ trị d chuẩn lưu trữ sẽ xỏc định được đặc điểm, cấu trỳc mạng tinh thể của mẫu nghiờn cứu. Chớnh vỡ vậy, phương phỏp này được sử dụng để nghiờn cứu cấu trỳc tinh thể, đỏnh giỏ mức độ kết tinh và phỏt hiện ra pha tinh thể lạ của vật liệu.
- Thực nghiệm:
Giản đồ nhiễu xạ XRD của mẫu nghiờn cứu được ghi trờn mỏy Siemen D-500 (Bruker – Đức), ống phỏt tia X bằng Cu với bước súng K = 1,540 Å, điện ỏp 30 kV, cường độ dũng ống phỏt 0,01 A.
2.4.2. Phương phỏp hiển vi điện tử quột (SEM) [6] - Nguyờn tắc: - Nguyờn tắc:
Phương phỏp hiển vi điện tử quột dựng chựm tia điện tử để tạo ảnh mẫu nghiờn cứu, ảnh đú khi đến màn huỳnh quang cú thể đạt độ phúng đại theo yờu cầu. Chựm tia điện tử được tạo ra từ catot qua hai tụ quang sẽ được hội tụ lờn mẫu nghiờn cứu. Khi chựm tia điện tử đập vào mẫu, trờn bề mặt mẫu phỏt ra cỏc chựm tia điện tử thứ cấp. Mỗi điện tử phỏt xạ này qua điện thế gia tốc vào phần thu sẽ biến đổi thành một tớn hiệu ỏnh sỏng, tớn hiệu được khuếch đại, đưa vào mạng lưới điều khiển tạo độ sỏng trờn màn hỡnh dạng bề mặt mẫu nghiờn cứu.
Hỡnh 2.3. Sơ đồ nguyờn lý của kớnh hiển vi điện tử quột
-Thực nghiệm:
Phương phỏp chụp ảnh qua kớnh hiển vi điện tử quột được thực hiện trờn mỏy SEM-JEOL-JSM 5410 LV (Nhật) với độ phúng đại 200.000 lần.
2.4.3. Phương phỏp phổ năng lượng tia X (Energy Dispersive X-ray) - Nguyờn tắc: - Nguyờn tắc:
Phổ tỏn xạ năng lượng tia X, hay phổ tỏn sắc năng lượng là kỹ thuật phõn tớch thành phần húa học của vật rắn dựa vào việc ghi lại phổ tia X phỏt ra từ vật rắn do tương tỏc với cỏc bức xạ (mà chủ yếu là chựm điện tử cú năng lượng cao trong cỏc kớnh hiển vi điện tử). Trong cỏc tài liệu khoa học, kỹ thuật này thường được viết tắt là EDX hay EDS xuất phỏt từ tờn gọi tiếng Anh Energy-dispersive X-ray spectroscopy.
Kỹ thuật EDS chủ yếu được thực hiện trong cỏc kớnh hiển vi điện tử, ở đú, ảnh vi cấu trỳc vật rắn được ghi lại thụng qua việc sử dụng chựm điện tử cú năng lượng cao tương tỏc với vật rắn. Khi chựm điện tử cú năng lượng lớn được chiếu vào vật rắn, nú sẽ đõm xuyờn sõu vào nguyờn tử vật rắn và tương tỏc với cỏc lớp điện tử bờn trong của nguyờn tử. Tương tỏc này dẫn đến việc tạo ra cỏc tia X cú bước súng đặc trưng tỉ lệ với nguyờn tử số (z) của nguyờn tử theo định luật Mosley:
4 2 15 2 e e 3 2 0 m q 3 f = v = (Z - 1) = (2.48*10 Hz)(Z - 1) 8h e 4
Cú nghĩa là, tần số tia X phỏt ra là đặc trưng với nguyờn tử của mỗi chất cú mặt trong chất rắn. Việc ghi nhận phổ tia X phỏt ra từ vật rắn sẽ cho thụng tin về cỏc nguyờn tố húa học cú mặt trong mẫu đồng thời cho cỏc thụng tin về tỉ phần cỏc nguyờn tố này.
Cú nhiều thiết bị phõn tớch EDS nhưng chủ yếu EDS được phỏt triển trong cỏc kớnh hiển vi điện tử, ở đú cỏc phộp phõn tớch được thực hiện nhờ cỏc chựm điện tử cú năng lượng cao và được thu hẹp nhờ cỏc hệ cú thấu kớnh điện từ. Phổ tia X phỏt ra sẽ cú tần số (năng lượng photon tia X) trải trong một vựng rộng và được phõn tớch nhờ phổ kế tỏn sắc năng lượng đo, ghi nhận thụng tin về cỏc nguyờn tố cũng như thành phần. Kỹ thuật EDS được phỏt triển từ những năm 1969 và thiết bị thương phẩm xuất hiện vào đầu những năm 1970 với việc sử dụng detector dịch chuyển Si, Li hoặc Ge.
- Thực nghiệm:
Kỹ thuật chuẩn bị mẫu để phõn tớch EDS cựng trờn một thiết bị đo SEM, bao gồm rửa sạch mẫu bằng etanol, phõn tỏn mẫu và sấy khụ. Sau đú phủ một lớp vàng cực mỏng lờn bề mặt mẫu đĩ phõn tỏn. Mẫu được đo tại Viện Khoa Học Vật Liệu, Hà Nội.
2.4.4. Phương phỏp đo đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ nitơ (BET) [18] - Nguyờn tắc:
Hấp phụ nitrogen là một phương phỏp thụng dụng dựng để đặc trưng vật liệu xốp bao gồm xỏc định diện tớch bề mặt riờng, thể tớch lỗ và phõn bố lỗ. Đẳng nhiệt hấp phụ của nitrogen đĩ được đo tại nhiệt độ ngưng tụ của nitrogen (-196 oC) phản ỏnh tớnh chất xốp của vật liệu. Vào năm 1985, IUPAC đĩ đưa ra một cỏch phõn loại chuẩn cho cỏc hấp phụ này thành 6 loại chớnh như chỉ ra trong Hỡnh 2.5.
Nhiều lý thuyết tớnh toỏn gần đõy của thế tương tỏc trong mao quản nhỏ đĩ chỉ ra rằng đại lượng quyết định gõy ra hiệu ứng vi mao quản khụng phải là độ rộng D mà là tỉ số D:d trong đú d là đường kớnh của chất bị hấp phụ.
Hỡnh 2.6. Phõn loại cỏc kiểu đường trễ
Lượng khớ bị hấp phụ được biểu diễn thụng qua thể tớch V là đại lượng đặc trưng cho số phõn tử bị hấp phụ. Nú phụ thuộc vào ỏp suất cõn bằng P, nhiệt độ, bản chất của chất khớ và bản chất của vật liệu rắn. Thể tớch V là một hàm đồng biến với ỏp suất cõn bằng. Khi ỏp suất tăng đến ỏp suất hơi bĩo hũa của chất khớ bị hấp phụ tại một nhiệt độ đĩ cho thỡ mối quan hệ giữa V - P được gọi là đẳng nhiệt hấp phụ. Khi ỏp suất đạt đến ỏp suất hơi bĩo hũa Po, người ta đo cỏc giỏ trị thể tớch khớ hấp phụ ở cỏc ỏp suất tương đối (P/Po) giảm dần và nhận được đường “đẳng nhiệt khử hấp phụ”. Từ lượng khớ bị hấp phụ ở cỏc ỏp suất tương đối khỏc nhau Brunauer, Emmett và Teller đĩ thiết lập ra phương trỡnh BET, được ỏp dụng để xỏc định diện tớch bề mặt riờng của cỏc loại vật liệu. Phương trỡnh BET được biểu diễn như sau:
Trong đú:
P: ỏp suất cõn bằng. C: hằng số BET.
Po: ỏp suất hơi bĩo hũa của chất khớ bị hấp phụ ở nhiệt độ thực nghiệm. o m1 m 1 o P C P V P P V C V C P
V: thể tớch của chất khớ bị hấp phụ ở ỏp suất P.
Vm: thể tớch của khớ bị hấp phụ đơn lớp bĩo hũa tớnh cho 1 gam chất hấp phụ.
Xõy dựng giản đồ P V P/ o – P phụ thuộc vào P/Po (trong khoảng ỏp suất tương đối từ 0,05 đến 0,3) thu được một đường thẳng (Hỡnh 2.7). Từ hệ số gúc của đường thẳng và giao điểm của đường thẳng với trục tung cho phộp xỏc định được Vm và hằng số C.
Trong trường hợp hấp phụ N2 ở 77 K, tiết diện ngang của một phõn tử nitơ chiếm chỗ trờn bề mặt chất hấp phụ là 0,162 nm2. Nếu Vm biểu diễn qua đơn vị cm3/g thỡ diện tớch bề mặt riờng SBET (m2/g) của chất hấp phụ được tớnh theo phương trỡnh:
SBET = 4,35.Vm
Hỡnh 2.7. Đồ thị biểu diễn sự biến thiờn của P/[V(Po-P)] theo P/Po
- Thực nghiệm:
Trong luận văn này, phương phỏp hấp phụ - khử hấp phụ nitơ ở 77 K được đo trờn mỏy Micromeritics ASAP 2020, cỏc mẫu được hoạt húa ở 150
oC trong chõn khụng 3 giờ trước khi đo.
Chương 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU 3.1.1. Kết quả đo XRD 3.1.1. Kết quả đo XRD
Hỡnh 3.1 là giản đồ XRD của ZIF-67, g-C3N4 và ZIF-67/Fe2O3/g-C3N4
10 20 30 40 ( 0 4 4 ) ( 2 3 5 ) ( 3 3 4 ) ( 2 4 4 ) ( 1 3 4 ) ( 2 3 3 ) ( 1 1 4 ) ( 2 2 2 ) ( 0 1 3 ) ( 0 2 2 ) ( 1 1 2 ) ( 0 0 2 ) Intensity 2 theta / degree ( 0 1 1 ) (a) 5 10 15 20 25 30 35 40