CHƢƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.4. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA CHIỀU DÀY MÀNG
Chiều dày màng cảm biến cú ảnh hƣởng rất mạnh mẽ tới độ nhạy ion. Chỳng tụi đó chế tạo màng nanocomposit PANi/CNT/SDS (với tỷ lệ CNT là 0,2% kl. so với Ani và nồng độ SDS là 0,5mM) với cỏc chiều dày khỏc nhau bằng cỏch thay đổi số chu kỳ quột thế là 5, 10, 15 và 20 vũng. Cỏc điện cực Pt/PANi/CNT/SDS thu đƣợc sử dụng để xỏc định Hg(II) trong dung dịch H2SO4 0,1M+KCl 0,01M + Hg(II) 0,1 àM với cỏc điều kiện tƣơng tự nhƣ phần trờn. Kết quả hồi đỏp SWASV trỡnh bày trờn hỡnh 3.15 cho thấy dũng đỉnh hũa tan thủy ngõn (Ip) cao nhất trong trƣờng hợp PANi tổng hợp với 10 chu kỳ quột thế. Trƣờng hợp 5 chu kỳ, màng nanocomposit quỏ mỏng, hoạt tớnh điện yếu nờn Ip thấp hơn. Tuy nhiờn trong trƣờng hợp màng dày hơn, mặc dự hoạt tớnh điện tốt hơn nhƣng tớn hiệu Ip vẫn giảm, cú thể do lỳc này màng cảm biếm đặc sớt hơn, độ xốp giảm và diện tớch bề mặt tiếp xỳc giảm.
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 50 100 150 200 250 300 E/V (a) (b) (c) (d)
Hỡnh 3.15. Đƣờng SWASV hồi đỏp ghi trờn cỏc điện cực Pt/PANi/CNT/SDS tổng
hợp với số chu kỳ quột thế khỏc nhau: a) 5; b) 10; c) 15 và d) 20 chu kỳ.
3.5. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA NỒNG ĐỘ Hg(II)
Muốn đỏnh giỏ khả năng phỏt triển ứng dụng điện cực chế tạo đƣợc để xỏc định hàm lƣợng ion Hg(II) trong nƣớc, cần khảo sỏt sự ảnh hƣởng của nồng độ Hg(II) tới tớn hiệu nhận biết (Ip). Ở đõy chỳng tụi sử dụng vi điện cực Pt/PANi/CNT/SDS tổng hợp trong dung dịch H2SO4 0,5M + ANi 0,02M + CNT (0,2% kl. so với ANi) + SDS 0,5mM. Quỏ trỡnh nhận biết bằng phƣơng phỏp von- ampe hũa tan anot theo kỹ thuật súng vuụng đƣợc tiến hành trong điều kiện nhƣ sau:
- Dung dịch nền điện ly là H2SO4 0,01 M + KCl 0,1 M, tại nhiệt độ phũng - Điện phõn làm giàu với Eđp = -0,3V, thời gian làm giàu tđp = 180 giõy
- Đƣờng von-ampe hũa tan quột từ -0,3 V tới 0,3 V, tần số 12,5Hz; biờn độ xung 50mV.
Cỏc đƣờng SWASV thu đƣợc khi thay đổi nồng độ Hg(II) từ 0,1 nmol/L đến 0,1 àmol/L đƣợc trỡnh bày trờn hỡnh 3.16. -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0 20 40 60 80 (4)(5) (3) (2) E/V (1)
Hỡnh 3.16. Đƣờng SWASV hồi đỏp trong cỏc dung dịch H2SO4 0,01 M + KCl 0,1
M cú chứa: (1) [Hg (II)] = 0,1 nmol/L ;(2) [Hg (II)] = 1 nmol/L; (3) [Hg (II)] = 20 nmol/L; (4) [Hg (II)] = 50 nmol/L; (5) [Hg (II)] = 0,1 àmol/L.
Từ cỏc kết quả thu đƣợc trờn hỡnh 3.16 ta thấy cƣờng độ dũng đỉnh hũa tan thủy ngõn Ip tăng theo chiều tăng của nồng độ Hg(II) trong dung dịch. Kết quả này rất khả quan, chứng tỏ màng nanocomposit PANi/CNT/SDS cú tiềm năng phỏt triển thành vật liệu cảm biến ứng dụng nhận biết ion Hg(II) trong nƣớc.
KẾT LUẬN
Chỳng tụi đó tổng hợp màng nanocomposit polyanilin/ống nano cacbon (PANi/CNT) trờn vi điện cực Pt bằng phƣơng phỏp điện húa với sự cú mặt của chất hoạt động bề mặt natri dodecyl sunphat (SDS). Kết quả khảo sỏt phổ von-ampe vũng (CV) cho thấy CNT cú tỏc dụng tăng hoạt tớnh điện húa của màng PANi. Việc sử dụng SDS đó cải thiện tớnh khú phõn tỏn của CNT, màng nanocomposit PANi/CNT/SDS cú hoạt tớnh điện cao hơn màng PANi/CNT.
Màng nanocomposit đó đƣợc nghiờn cứu đặc trƣng bằng phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) và kớnh hiển vi điện tử quột phỏt xạ trƣờng (FE-SEM). Cỏc kết quả phõn tớch FT-IR chứng tỏ sự cú mặt của CNT và SDS trong màng nanocomposit, màng nanocomposit đó đƣợc chế tạo thành cụng.
Tớnh nhạy với ion Hg(II) của màng nanocomposit đƣợc khảo sỏt bằng phƣơng phỏp von-ampe hũa tan anod theo kỹ thuật súng vuụng (SWASV). Dung dịch nền điện ly sử dụng là H2SO4 0,2M + KCl 0,01M, Hg(II) đƣợc khử-làm giàu trờn điện cực bằng cỏch ỏp thế -0,3V (theo calomen) Cỏc kết quả thu đƣợc cho thấy màng nanocomposit cú độ nhạy tốt hơn nhiều so với màng PANi thuần, tỷ lệ CNT thớch hợp nhất là 0,2% kl. so với monome và thờm chất hoạt động bề mặt SDS nồng độ 0,5 mM. Kết quả khảo sỏt chiều dày màng PANi/CNT/SDS cho thấy trƣờng hợp nanocomposit tổng hợp với 10 chu kỳ quột thế cú độ nhạy với ion Hg(II) cao nhất, vật liệu cho pic oxy húa - hũa tan thủy ngõn tại khoảng 0,17V và cú cƣờng độ thay đổi theo nồng độ Hg(II) trong khoảng từ 0,1 nmol/l tới 0,1 àmol/L. Đõy là cỏc kết quả ban đầu rất khả quan, hứa hẹn tiềm năng phỏt triển vật liệu trong phõn tớch hàm lƣợng Hg(II) trong nƣớc.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Hoàng Minh Chõu, Từ Văn Mặc, Từ Vọng Nghi (2008), Cơ sở Húa học Phõn tớch, NXB Khoa học Kỹ thuật.
2. Nguyễn Tuấn Dung (2009), Giỏo trỡnh chuyờn đề Polyme dẫn.
3. Trần Thị Đà, Nguyễn Hữu Đĩnh (1999), Ứng dụng một số phương phỏp phổ nghiờn cứu cấu trỳc phõn tử, NXB Giỏo Dục.
4. Cao Văn Hồng, Trịnh Xũn Giản, Trịnh Anh Đức, Từ Vọng Nghi, Cao Thế Hà, Nguyễn Văn Hợp, Nguyễn Thị Liễu, Dƣơng Thị Tỳ Anh (2010), Nghiờn cứu xỏc
định đồng thời lượng vết indi (In), cadimi (Cd) và chỡ (Pb) bằng phương phỏp von - ampe hũa tan anụt với lớp màng bitmỳt trờn điện cực paste nano cacbon, Tạp
chớ Húa học, 48(4C), tr. 479-484.
5. Nguyễn Lờ Huy, Nguyễn Tuấn Dung, Nguyễn Hải Bỡnh, Trần Đại Lõm (2011),
Xỏc định chỡ (Pb2+) bằng phương phỏp von-ampe hũa tan anot trờn vi điện cực
platin phủ màng nanocomposite polyanilin-ống nano cacbon, Tạp chớ Húa học,
49(2ABC), tr. 361-366.
6. Trần Chƣơng Huyến, Lờ Thị Hƣơng Giang (2010), Điện cực Bi và khả năng ứng
dụng trong phõn tớch lượng vết bằng phương phỏp von-ampe hũa tan, Tạp chớ
Phõn tớch Lý - Húa - Sinh học, 15(4), tr. 265-269.
7. Phan Quốc Phụ (chủ biờn), Nguyễn Đức Chiến (2001), Giỏo trỡnh cảm biến, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.
8. Trƣơng Văn Tõn (2008), Vật liệu tiờn tiến: Từ polymer dẫn điện đến ống than nano, NXB Trẻ.
9. Lõm Minh Triết, Diệp Ngọc Sƣơng (2005), Cỏc phương phỏp phõn tớch kim loại
10. Nguyễn Đỡnh Triệu (2006), Cỏc phương phỏp vật lý ứng dụng trong húa học,
NXB Đại học Quốc gia Hà Nội.
Tiếng Anh
11. Ajayan, P.M. (1999), “Nanotubes from Carbon”, Chemical Reviews, Vol 99,
pp. 1787-1800.
12. Asif Ali Khan , M. Mezbaul Alam (2003), “Synthesis, characterization and analytical applications of a new and novel „organic–inorganic‟ composite material as a cation exchanger and Cd(II) ion-selective membrane electrode: polyaniline Sn(IV) tungstoarsenate”, Reactive & Functional Polymers, Vol 55,
pp. 277–290.
13. A. Michalska, A. Hulanicki, A. Lewenstam (1997), “All-Solid-State Potentiometric Sensors for Potassium and Sodium Based on Poly(pyrrole) Solid Contact”, Microchemical Journal, Vol 57, pp. 59-64.
14. Basudam Adhikari, Sarmishtha Majumdar (2004), “Polymers in sensor applications”, Progress in Polymer Science, Vol 29, pp. 699–766.
15. Bianting Sun, Peter G. Fitch (1997), “Nitrate ion-selective sensor based on electrochemically prepared conducting polypyrrole films”. Electroanalysis, Vol 9, 494 - 497.
16. B. Paczoser – Bator, J. Pentomen, J. Bobacka and A. Lewenstam (2006), “Influence of morphology and topography on potentiometric response of magnesium and calcium sensitive PEDOT films doped with adenosine triphosphate (ATP)” Analytica Chimica Acta, Vol 555, pp. 118 - 127.
17. Clifford K. Ho, Alex Rolsnson, David R. Miller and Mary J. Davis (2005), “Overview of Sensors and Needs for Environmental Monitoring”, Sensors (Basel), Vol 5, pp. 4-37.
18. Dzung Tuan Nguyen, Lam Dai Tran, Huy Le Nguyen, Binh Hai Nguyen, and Nguyen Van Hieu (2011), “Modified interdigitated arrays by novel poly(1,8-
diaminonaphthalene)/carbon nanotubes composite for selective detection of mercury(II)”, Talanta, Vol 85, pp. 2445-2450.
19. Endo M., Kim Y.A., Hayashi T., Terrones M., Dresselhaus M.S. (2009), “Carbon Nanotubes and Other Carbon Materials”, Dekker Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology, Second Edition, Taylor & Francis, pp. 691 -
706.
20. Jin Z, Su Y & Duan Y, (2000) An improved optical pH sensor based on polyaniline, Sensors and Actuators B, Vol 71, pp. 118-122.
21 Jose H. Santos, Malcolm R. Smyth, and Rosario Blanc (1998), “Mercury-free anodic stripping voltammetry of lead ions using a PVS-doped polyaniline modified glassy carbon electrode”, Analytical Communications, Vol 35, pp.
345-348.
22. J.-L. Camalet, J.-C. Lacroix, T. Dung Nguyen, S. Aeiyach, M.C. Pham, J. Petitjean, P.-C. Lacaze (2000), “Aniline electropolymerization on platinum and mild steel from neutral aqueous media”, Journal of Electroanalytical Chemistry, Vol 485, pp. 13–20.
23. Kumar, A., A.M. Pharhad (2003), “Electrochemical synthesis and
characterization of chloride doped polyaniline”, Bull. Mater. Sci., Vol 26, pp.
329–334.
24. Liping Zhao and Lian Gao (2004), “Coating multi-walled carbon nanotubes with zinc sulfide‟‟, Journal of Materials Chemistry.
25. Mandakini Kanungo, Anil Kumar, and A. Q. Contractor (2002), “Studies on electropolymerization of aniline in the presence of sodium dodecyl sulfate and its application in sensing urea”, Journal of Electroanalytical Chemistry, 528(1– 2), pp. 46-56.
26. M. Francklin Philips, Anantha Iyengar Gopalan, Kwang-Pill Lee (2012), “Development of a novel cyano group containing electrochemically deposited
polymer film for ultrasensitive simultaneous detection of trace level cadmium and lead”, Journal of Hazardous Materials, Vol 30 , pp. 46-54.
27. M. Trchova, J. Stejskal, J.Prokes (1999), “Infrared spectroscopic study of solid- state protonation and oxidation of poiyaniline”, Synthetic Metals,101, pp. 840 – 841.
28. Neetika Gupta, Shalini Sharma, Irfan Ahmad Mir and D Kumar (2006), “Advances in sensors based on conducting polymers”, Journal of Scientific & Industrial Research, Vol 65, pp.549-557.
29. Nylander, C., Armagathi, M. and Lundstrom, I. (1983), “An ammonia detector based on a conducting polymer”, Anal. Chem. Symp., Vol 1, pp 203-207.
30. Qiongyan Liu, Fei Wang, Yonghui Qiao, Shusheng Zhang, Baoxian Ye (2010), “Polyaniline Langmuir–Blodgett film modified glassy cacbon electrode as a voltammetric sensor for determination of Ag+ ions”, Electrochimica Acta, Vol
55, pp. 1795-1800.
31. Sandeep Kumar, Rajesh Kumar, Ranvinder Singh, Rakesh Kumar, Awdhesh Kumar Shukla, V.K. Jindal and Lalit M. Bharadwaj (2006), “Binding of Carbon Nanotubes Dispersed by Optical Tweezer on Silicon Surface”, Journal of Nanotechnology online.
32. Somerset V., Leaner J., Mason R., Iwuoha E (2010), “Morrin A. Determination of inorganic mercury using a polyaniline and polyaniline-methylene blue coated screen-printed carbon electrode”. International Journal of Environmental Analytical Chemistry, Vol 90, pp. 671–685.
33. Trojanowicz, M. (2006), “Analytical applications of carbon nanotubes: a review”, Trends in Analytical Chemistry, Vol 25, pp. 480-489.
34. T.A. Bendikov, T.C. Harmon (2005), “Long-lived solid state perchlorate ion selective sensor based on doped poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) films” Analytica Chimica Acta, Vol 551, pp. 30–36.
35. T. Jeevananda, Siddaramaiah, Nam Hoon Kim, Seok-Bong Heo, and Joong Hee Lee (2008), “Synthesis and characterization of polyaniline-multiwalled carbon nanotube nanocomposites in the presence of sodium dodecyl sulfate”, Polymers
for Advanced Technologies, 19(12), pp. 1754-1762.
36. T. Lindfors, A.I vaska, A. Lewenstam (2001), “Calcium-selective electrode based on polyaniline functionalized with bis[4-(1,1,3,3-tetramethylbutyl) phenyl]phosphate”, Analytica Chimica Acta, Vol 437, pp. 171-182.
37. V.V. Chabukswar, S. Pethkar, A.A. Athawale (2001), “Acrylic acid doped polyaniline as an ammonia sensor”, Sensors and Actuators B: Chemical, Vol
77, pp. 657-663.
38. Wang Z., Liu E., Zhao X.(2011), “Glassy carbon electrode modified by conductive polyaniline coating for determination of trace lead and cadmium ions in acetate buffer solution”, Thin Solid Films, Vol 519, pp. 5285-5289. 39. Wenling Wu, Yanfeng Li, Liuqing Yang, Yingxia Ma, Xu Yan (2014),
“Preparation and characterization of coaxial multiwalled carbonnanotubes /polyaniline tubular nanocomposites for electrochemicalenergy storage in the presence of sodium alginate”, Synthetic Metals, 193, pp. 48–57.