CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.2 KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN ĐO NỒNG ĐỘ As TRONG NƯỚC
3.2.2 Khảo sát khoảng làm việc của điện cực chip nano vàng
Mỗi điện cực hoạt động điện hóa đều có khoảng làm việc nhất định, do đó việc đầu tiên cần khảo sát để tìm ra khoảng làm việc tốt nhất cho điện cực dùng cho các khảo sát sau này.
Để tìm ra khoảng làm việc chip nano Au, chúng tôi tiến hành quét thế vòng tuần
hoàn (CV) các chip nano vàng trong các dung dịch axit HCl 0,1M, H2SO4 0,01M và dung
dịch đệm phốt phát pH=7.
Các nghiên cứu trong và ngoài nước khi đo nồng đạc nồng độ As hầu hết đều dùng dung dịch HCl làm dung dịch nền. Do đó đầu tiên chúng tôi khảo sát trong dung dịch HCl 0,1M.
Kết quả hình 3.6 cho ta thấy đường CV của chip nano vàng trong dung dịch HCl 0,1M. Trong khoảng thế từ -0,51V đến 0,96V, tín hiệu dòng đều bằng 0. Từ -0,51V trở về âm hơn tín hiệu dòng giảm đột ngột, thế lớn 0,96V tín hiệu dòng cũng tăng lên đột ngột.
Điều này có thể được giải thích là Au có hóa thế của phản ứng khử H+ lớn nên khoảng làm việc phía catod của vàng rộng hơn điện cực Pt. Khi phân cực điện cực âm
hơn -0.51V phản ứng khử H+ thành H2 xảy ra nhanh theo phương trình sau: 2H+ +2e H2
Do đó tín hiệu dòng sẽ giảm. Các bọt khí H2 mới sinh sẽ bám lên bề mặt điện cực gây cản trở sự tiếp xúc giữa điện cực và dung dịch. Phản ứng trên điện cực ở vùng thế thấp chủ
yếu là quá trình khử H+ nên các phản ứng điện hóa nghiên cứu trong môi trường HCl
0.1M không được áp thếâm hơn -0.51V.
Khi phân cực về anod, vàng sẽ bị oxy hóa. Vàng là kim loại trơ với các phản ứng hóa học
nhưng cũng nhạy cảm với một số ion Cl-, Br-, CN-. Khi thế lớn hơn 0,96V các ion này trong dung dịch vàng sẽ dễ bị oxy hóa hơn do tạo thành các hợp chất của Au3+ với các anion đó. Do đó tín hiệu dòng tăng từ thế 0,96V trởđi.
Vậy khoảng làm việc thích hợp chip Au trong dung dịch HCl 0,1M là -0,51V đến 0,96V.
Sau đó chúng tôi tiếp tục quét CV chip Au trong dung dịch H2SO4 0,01M.
Hình 3.7: Khoảng làm việc của điện cực chip vàng trong dung dịch H2SO4 0.01M
Kết quảđường CV trên hình 3.7 cho ta thấy trong dung dịch H2SO4 0.01M ( pH = 2 ) khoảng làm việc bên catod của điện cực vàng khoảng -0.56V, bên anod là khoảng 1,07V. Trong khoảng từ -0,56V đến 1,07V tín hiệu dòng hầu như đều bằng 0.
Ta thấy dung dịch H2SO4 0,01M có thế làm việc bên catod là -0,56V, so với HCl 0,1M là -0,51V. Điều này được giải thích khi quét về phía thế âm, nồng độ axit tăng (tức
nồng độ H+ tăng ) thì phản ứng khử H+ sẽ xảy ra dễ dàng hơn. Do đó tín hiệu dòng bên phía catod sẽ giảm nhanh khi càng quét vềphía âm hơn.
Vậy trong dung dịch H2SO4 0,01M khoảng làm việc thích hợp cho chip Au nằm trong khoảng -0,56V đến 1,07V là tốt nhất.
Để đánh giá ảnh hưởng của pH (nồng độ H+) lên khoảng làm việc của chip Au chùng tôi tiến hành quét CV chip Au trong dung dịch đệm phốt phát pH=7.
Hình 3.8: Khoảng làm việc của điện cực chip vàng trong dung dịch đệm phosphat 0.1M với pH=7.
Kết quả thu được hình 3.8 cho thấy ở thế -0,87V tín hiệu dòng mới bắt đầu giảm. So với 2 kết quả của 2 dung dịch trên ta thấy có sự giảm về khoảng làm việc về phía âm nhiều hơn khi pH tăng. Trong môi trường đệm phosphat 0.1M (pH=7) khoảng làm việc catod dịch xa hơn về phía âm.
Điều này có thể được giải thích là pH tăng tức nồng độ H+ giảm do đó phản ứng khử H+ giảm mạnh, do đó thế dịch vềphía âm hơn. Ở pH=7 nồng độ H+ rất thấp phản ứng khử H+ giảm mạnh.
Giới hạn làm việc bên anod 1,0V. Khoảng làm việc trong đệm phosphat 0.1M của chip vàng ( -0,56 V đến +1,0 V ) thích hợp ứng dụng vào các cảm biến sinh học do môi
trường thường sử dụng cho nghiên cứu sinh học là đệm PBS có pH gần 7.
Tóm lại, sựthay đổi pH của dung dịch nền làm khoảng làm việc của điện cực vàng sẽ bị thay đổi. Chúng tôi tiến hành ghép 3 đường CV đã khảo sát, để cho thấy rõ được
Hình 3.9 : So sánh khoảng làm việc của các dung dịch nền HCl 0.1M , H2SO4
0.01M, đệm phosphat 0.1M.
Hình 3.9 cho thấy sự thay đổi của khoảng làm việc điện cực chip vàng trong các
dung dịch có pH khác nhau. Dung dịch trung tính, thế phóng thích H2 âm hơn trong môi
trường axit nên khoảng làm việc của điện cực vàng bên phía catod sẽ dài hơn. Điện cực
chip vàng có khoảng làm việc bên anod rộng đến 1 V nhưng trong HCl vàng bị oxy hóa
nhanh hơn làm hẹp khoảng làm việc và mất hoạt tính điện cực
Điện cực vàng hay điện cực rắn nói chung thường được hoạt hóa bằng quét thế
vòng tuần hoàn trước khi sử dụng đo đạc điện hóa. Các nghiên cứu cho thấy điện cực
vàng được hoạt hóa tốt trong môi trường acid. Dung dịch hoạt hóa thích hợp với chip là H2SO4 0.01 M. Phương pháp quét thế vòng tuần hoàn được dùng để hoạt hóa điện cực vàng với khoảng thế 0 V đến 1,5 V. Vàng trên bề mặt điện cực sẽ được oxy hóa trên
đường quét về phía dương , sau đó vàng oxide sẽ bị khử để về cấu trúc Au (111) đồng nhất.
Hình 3.10 : Hoạt hóa điện cực chip vàng trong dung dịch H2SO4 0.01M
Vàng trên bề mặt sẽ bị oxy hóa ở1.2V trên đường quét phân cực anod và sẽ bị khử
về Au trên đường quét ngược xuất hiện mũi ở thế 0.83V. Trong dung dịch acid ở thế lớn
hơn 1V vàng sẽ bị oxy hóa nên khoảng làm việc đối với điện cực vàng không vượt 1V.
Điện cực vàng có thể được dùng trong nhiều môi trường từ acid đến trung hòa.
Tùy vào điều kiện môi trường mà điện cực vàng có khoảng thế làm việc khác nhau. Từ những kết quả phân tích trên cho ta kết luận, khoảng làm việc của chip Au
trong môi trường axit nằm trong khoảng -0,56 ÷ 1,07 V, trong môi trường pH = 7 là từ - 0,87 ÷ 0,89 V.