2.3 .Quy trỡnh chế tạo vật liệu
2.4. Cỏc phƣơng phỏp nghiờn cứu đặc trƣng vật liệu
2.4.4. Quang phổ hồng ngoại Fourier (FT-IR)
FT-IR là một kỹ thuật đo lƣờng cho phộp ghi lại phổ hồng ngoại của vật chất cần nghiờn cứu. Ánh sỏng hồng ngoại đƣợc dẫn qua một giao thoa kế Michelson (thay cho bộ tạo đơn sắc) và sau đú qua mẫu. Sau khi hấp thụ cỏc bức xạ hồng ngoại, cỏc phõn tử của cỏc hơp chất hoỏ học dao động với nhiều vận tốc khỏc nhau và xuất hiện dải phổ hấp thụ gọi là phổ hấp thụ bức xạ hồng ngoại. Cỏc đỏm phổ khỏc nhau cú mặt trong phổ hồng ngoại tƣơng ứng với cỏc nhúm chức đặc trƣng và cỏc liờn kết cú trong phõn tử hợp chất hoỏ học. Bởi vậy, ta cú thể nhận dạng cỏc chất húa học dựa vào phổ hồng ngoại của chỳng.
Phƣơng phỏp này cho phộp phõn tớch với hàm lƣợng mẫu chất rất thấp và cú thể đạt độ nhạy rất cao ngay cả khi mẫu chỉ cú bề dày cỡ 50 nm…. Cỏc số liệu ghi nhận đƣợc từ phổ hồng ngoại cung cấp rất nhiều thụng tin về chất nghiờn cứu, cú thể phõn tớch cấu trỳc phõn tử, xỏc định thành phần định tớnh để nhận biết cỏc chất dựa vào một số tuyển tập phổ hồng ngồi và tần số nhúm đặc trƣng đó đƣợc cụng bố. Ngày nay, sự ra đời của cỏc mỏy quang phổ hồng ngoại hiện đại, làm cho việc phõn tớch định lƣợng càng thờm chớnh xỏc và do đú mở rộng đƣợc phạm vi phõn tớch định lƣợng.
2.4.5. Phương phỏp phõn tớch phổ huỳnh quang
Hiện tƣợng huỳnh quang là quỏ trỡnh phỏt xạ của nguyờn tử hay phõn tử đƣợc kớch thớch nhờ bức xạ điện từ. Ánh sỏng từ nguồn kớch thớch đƣợc đƣa qua bộ phận lọc đơn sắc rồi chiếu trực tiếp lờn mẫu để kớch thớch cỏc điện tử từ trạng thỏi cơ bản
chuyển lờn trạng thỏi kớch thớch. Trong quỏ trỡnh hồi phục về trạng thỏi cơ bản, phần năng lƣợng dƣ thừa đƣợc phỏt ra dƣới dạng photon và đƣợc truyền tới mỏy đơn sắc. Tớn hiệu quang sau đú đƣợc biến đổi thành tớn hiệu điện nhờ vào ống nhõn quang điện hoặc CCD, rồi đƣợc đƣa vào mỏy tớnh xử lý, hiển thị.
Ứng dụng: Dựa vào bƣớc súng kớch thớch và bƣớc súng huỳnh quang để định tớnh cỏc hợp chất hữu cơ. Do độ nhạy và độ đặc hiệu cao nờn cú thể đo trực tiếp cƣờng độ huỳnh quang và dựng phƣơng phỏp so sỏnh để định lƣợng cỏc chất phỏt huỳnh quang mạnh. Ngu?n B? đơn s?c(kớch thớch) B? đơn s?c (phỏt x?) Chùm bức xạ kích thích M?u Huỳnh quang H? th?ng đi?n t? và thi?t b? đ?u ra Bộ thu Nguồn Bộ đơn sắc(kích thích) Bộ đơn sắc (phát xạ) Mẫu Hệ thống điện tử và thiết bị đầu ra
Hỡnh 2.5. Sơ đồ hệ đo phổ huỳnh quang
2.5. Phõn tớch định lƣợng phức chất huỳnh quang Europi (III) trong vật liệu nano đa chức năng nano đa chức năng
2.5.1. Phương phỏp xõy dựng đường chuẩn
Tiến hành chuẩn bị dung dịch phức chất Eu(NTA)3 để tạo dung dịch gốc: Cõn 0,2198 gam, 0,4792 gam NTA và 0,5800 gam TOPO; hũa tan hỗn hợp trong 20 ml etanol thu đƣợc dung dịch gốc 30 mM. Từ dung dịch này sẽ tiến hành pha thành cỏc dung dịch cú nồng độ nhỏ hơn khỏc nhau để đo phổ hấp thụ UV-Vis. Dựa vào nồng
độ phức chất đó chuẩn bị và giỏ trị độ hấp thụ để xõy dựng đƣờng chuẩn xỏc định hàm lƣợng phức chất huỳnh quang Eu(NTA)3 bằng phƣơng phỏp UV-Vis.
Tƣơng tự Eu(NTA)3, vật liệu nano đa chức năng Fe3O4/Eu(NTA)3 sau khi chế tạo đƣợc pha với cỏc nồng độ khỏc nhau và tiến hành đo phổ hấp thụ UV-Vis nhằm biểu thị mối quan hệ tuyến tớnh giữa nồng độ và độ hấp thụ quang.
2.5.2. Xỏc định giới hạn phỏt hiện – Giới hạn định lượng
* Giới hạn phỏt hiện (LOD)
Giới hạn phỏt hiện là nồng độ thấp nhất (xL) của chất phõn tớch mà hệ thống cho tớn hiệu phõn tớch (yL) khỏc cú nghĩa với tớn hiệu mẫu trắng hay tớn hiệu nền [9]. Tức là: yLOD = + k.Sb Trong đú là tớn hiệu trung bỡnh của mẫu trắng sau nb thớ nghiệm; Sb là độ lệch chuẩn tớn hiệu nền; k là đại lƣợng số học đƣợc chọn theo độ tin cậy mong muốn.
Với độ tin cậy là 95% thỡ k = 3. Khi đú nồng độ nhỏ nhất mà thiết bị phõn tớch cú thể phỏt hiện đƣợc theo phƣơng trỡnh hồi quy y = a+b.x trong phƣơng phỏp đƣờng chuẩn là: xLOD =
Trong trƣờng hợp khụng phõn tớch mẫu trắng thỡ cú thể sử dụng độ lệch chuẩn của phƣơng trỡnh hồi quy thay cho độ lệch chuẩn đƣờng nền (Sb = Sy) và tớn hiệu khi phõn tớch mẫu nền yb = a. Khi đú tớn hiệu thu đƣợc ứng với nồng độ phỏt hiện yLOD = a + 3.Sy. Cuối cựng ta đƣợc giỏ trị xLOD = (2.3)
* Giới hạn định lượng (LOQ)
Giới hạn định lƣợng là nồng độ thấp nhất (xQ) của chất phõn tớch mà hệ thống phõn tớch định lƣợng đƣợc với tớn hiệu phõn tớch (yQ) khỏc cú ý nghĩa định lƣợng với tớn hiệu của mẫu trắng hay tớn hiệu nền [9].
YQ = = + K.Sb
2.6. Đỏnh giỏ phƣơng phỏp phõn tớch
2.6.1. Độ lặp lại
Một phƣơng phỏp phõn tớch gọi là tối ƣu thỡ phải cú độ lặp tốt. Tiến hành tớnh độ lặp lại dựa trờn việc xỏc định độ lệch chuẩn theo cụng thức [9]:
RSDr = (2.5)
Với là giỏ trị trung bỡnh của n lần đo và Sr đƣợc tớnh là độ lệch chuẩn của n lần đo theo cụng thức sau:
Sr = √∑
Ta chuẩn bị một lƣợng mẫu đủ để phõn tớch lặp lại tối thiểu 7 đến 10 lần, mẫu phải đảm bảo độ bền, khụng biến tớnh trong suốt khoảng thời gian phõn tớch. Thực hiện cỏc phộp đo trong thời gian 1 ngày và lặp lại 7 - 10 lần. Mỗi lần thực hiện đều trải qua cỏc bƣớc lấy mẫu, xử lý mẫu, đo đạc và tớnh toỏn kết quả độc lập nhau.
2.6.2. Độ tỏi lặp
Chuẩn bị một lƣợng mẫu đủ lớn cho quỏ trỡnh phõn tớch kộo dài. Tiến hành với k kỹ thuật viờn (KTV) luõn phiờn nhau thực hiện phộp đo. Xỏc định độ lệch chuẩn tỏi lặp nhƣ sau:
Trƣớc tiờn cần tớnh phƣơng sai trung bỡnh đặc trƣng cho tổng bỡnh phƣơng sự sai khỏc của k kĩ thuật viờn đú chớnh là trung bỡnh của k giỏ trị phƣơng sai riờng rẽ (ký hiệu là ) =∑ … = ∑ => = ∑ = ∑ ∑
Khi lấy k giỏ trị trung bỡnh của k KTV thỡ cỏc giỏ trị trung bỡnh này sẽ khỏc với giỏ trị trung bỡnh chung hay cũn gọi là trung bỡnh tập hợp nờn phƣơng sai giữa cỏc mẫu thống kờ (ký hiệu là ) đƣợc tớnh nhƣ sau:
Trung bỡnh tập hợp là: = ∑ => = ∑
Khi đú phƣơng sai tỏi lặp là tổng phƣơng sai của hai thành phần phƣơng sai giữa cỏc nhúm và trung bỡnh phƣơng sai trong một nhúm. Từ giỏ trị này, lấy căn bậc hai của phƣơng sai sẽ thu đƣợc độ lệch chuẩn tỏi lặp và độ lệch chuẩn tỏi lặp tƣơng đối (%RSDR) [9].
= + => %RSDR = (%) (2.6)
2.6.3. Độ đỳng của phương phỏp
Độ đỳng đƣợc xỏc định là mức độ gần nhau giữa giỏ trị trung bỡnh của một dóy lớn cỏc kết quả thớ nghiệm và cỏc giỏ trị quy chiếu đƣợc chấp nhận [9]. Để đỏnh giỏ độ đỳng của phƣơng phỏp, hiệu suất thu hồi của cỏc mức nồng độ ở cỏc khoảng nồng độ nhỏ, trung bỡnh và cao của khoảng tuyến tớnh đƣợc thực hiện (n lần). Hiệu suất thu hồi đƣợc tớnh theo cụng thức:
X% = x 100% (2.7)
Trong đú: Ct: là nồng độ thực tế của chất phõn tớch thu đƣợc (dựa theo đƣờng chuẩn).
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Đỏnh giỏ phƣơng phỏp phõn tớch
Trờn cơ sở tham khảo tài liệu [24, 25] phƣơng phỏp quang phổ hấp thụ phõn tử UV-Vis đƣợc lựa chọn để nghiờn cứu xỏc định hàm lƣợng phức chất huỳnh quang Eu(NTA)3 trong quỏ trỡnh chế tạo vật liệu nano đa chức năng.
Để khảo sỏt phổ hấp thụ tại bƣớc súng mà Eu(NTA)3 cho độ hấp thụ cực đại, dung dịch chất phõn tớch đƣợc pha với nồng độ 1,0.10-5 M trong dung mụi etanol. Kết quả đƣợc biểu thị trong hỡnh 3.1.
Hỡnh 3.1. Phổ hấp thụ UV-Vis của Eu(NTA)3 1,0.10-5 M
Từ hỡnh 3.1 cho thấy, phức chất huỳnh quang Eu(NTA)3 cho độ hấp thụ quang lớn nhất tại bƣớc súng λ = 337 nm. Do vậy, cỏc giỏ trị độ hấp thụ quang tại bƣớc súng này đƣợc lựa chọn trong quỏ trỡnh phõn tớch.
3.1.1. Khảo sỏt độ tuyến tớnh
Để khảo sỏt mối quan hệ tuyến tớnh giữa nồng độ và độ hấp thụ quang, phổ UV-Vis của dung dịch Eu(NTA)3 trong dung mụi etanol đƣợc tiến hành đo trong
khoảng nồng độ 3,0.10-6 M đến 4,5.10-5 M. Kết quả đƣợc trỡnh bày trong bảng 3.1 và hỡnh 3.2.
Bảng 3.1. Mối tƣơng quan giữa nồng độ Eu(NTA)3 và độ hấp thụ quang Nồng độ Eu(NTA)3 (10-5 M) Độ hấp thụ Nồng độ Eu(NTA)3 (10-5 M) Độ hấp thụ 0,3 0,259 2,0 1,703 0,4 0,353 2,5 2,139 0,6 0,546 3,0 2,511 0,8 0,668 3,5 2,568 1,0 0,863 4,0 2,671 1,5 1,251 4,5 2,710
Từ đồ thị hỡnh 3.2 cho thấy, nồng độ phức chất Eu(NTA)3 và tớn hiệu đo tuyến tớnh trong khoảng nồng độ 3,0.10-6 M đến 3,0.10-5 M.
3.1.2. Xõy dựng đường chuẩn
Trờn cơ sở kết quả khảo sỏt khoảng tuyến tớnh trong mục 3.1.1, đƣờng chuẩn của chất phõn tớch Eu(NTA)3 đƣợc xõy dựng trong khoảng nồng độ 3,0.10-6 M đến 3,0.10-5 M và đƣợc thể hiện trong hỡnh 3.3.
Hỡnh 3.3. Đƣờng chuẩn Eu(NTA)3
Kết quả tớnh theo phần mềm Origin 8.5 thu đƣợc phƣơng trỡnh hồi quy đầy đủ của đƣờng chuẩn: y = (0,01730 0,02895) + (0,8378 0,01781).x ; với hệ số
tƣơng quan R = 0,9994.
3.1.3. Kiểm tra sai số hệ thống của phương phỏp
Để kiểm tra sai số hệ thống của phƣơng phỏp cần tiến hành so sỏnh hằng số a của phƣơng trỡnh hồi quy với giỏ trị 0. Nếu a 0 thỡ phƣơng phỏp phõn tớch mắc sai
số hệ thống. Nếu coi a = 0 thỡ phƣơng trỡnh trở thành y = b’x. Khi đú, kết quả kiểm tra sai số hệ thống của chất phõn tớch trong dung mụi đƣợc thể hiện trong bảng 3.4.
Bảng 3.2. Kết quả so sỏnh giỏ trị a và 0 của phƣơng trỡnh đƣờng chuẩn Eu(NTA)3 X (10-5 M) yi b’ = a + b.xi = b’tb.x 0,3 0,259 0,863 0,269 0,258 0,4 0,353 0,883 0,352 0,344 0,6 0,546 0,911 0,520 0,515 0,8 0,668 0,835 0,688 0,687 1,0 0,863 0,863 0,855 0,859 1,5 1,251 0,834 1,274 1,289 2,0 1,703 0,851 1,693 1,718 2,5 2,139 0,856 2,112 2,148 3,0 2,511 0,837 2,531 2,577 Giỏ trị trung bỡnh 0,859 ∑ 0,0029 ∑ 0,0075
Phƣơng sai của hai phƣơng trỡnh đƣợc tớnh nhƣ sau: S2y = ∑
= = 4,143.10-4
= ∑
Khi đú: Ftớnh =
=
= 2,955 ; Tra bảng F(P;f1;f2) với P=0,95; f1=n-3; f2=n-2, ta đƣợc F(0,95;6;7) = 3,866 => Ftớnh < F(0,95;6;7). Nhƣ vậy sự sai khỏc giữa giỏ trị a và 0 khụng cú ý nghĩa thống kờ hay phƣơng phỏp phõn tớch khụng mắc sai số hệ thống.
3.1.4. Giới hạn phỏt hiện – Giới hạn định lượng
Trờn cơ sở cỏc đƣờng chuẩn của chất phõn tớch, cú thể xỏc định đƣợc cỏc giỏ trị giới hạn phỏt hiện (LOD) và giới hạn định lƣợng (LOQ), thể hiện trong bảng 3.3.
Bảng 3.3. Giới hạn phỏt hiện và giới hạn định lƣợng phức chất Eu(NTA)3
Chất phõn tớch Sy B LOD (10-5 M) LOQ (10-5 M)
Eu(NTA)3 0,0206 0,838 0,0738 0,246
Dựa trờn cỏc kết quả thu đƣợc về giới hạn phỏt hiện và giới hạn định lƣợng trong bảng 3.3, khoảng tuyến tớnh của phức chất huỳnh quang Eu(NTA)3 đƣợc xỏc định là 0,25. 10-5 – 3,0.10-5 M. Bởi vậy, trong quỏ trỡnh xử lý mẫu cần tiến hành pha loóng ở khoảng nồng độ trờn để kết quả chớnh xỏc.
3.1.5. Độ lặp lại
Độ lặp lại của phƣơng phỏp đƣợc đỏnh giỏ trờn cơ sở đo lặp lại 8 lần độ hấp thụ quang của dung dịch Eu(NTA)3 ở nồng độ 1,5.10-5 M. Kết quả đƣợc thể hiện trong bảng 3.4.
Bảng 3.4. Kết quả đỏnh giỏ độ lặp lại
Lần đo Độ hấp thụ quang của Eu(NTA)3
1 1,251 2 1,250 3 1,254 4 1,252 5 1,247 6 1,251 7 1,249 8 1,251 Giỏ trị trung bỡnh 1,251 RSD (%) 0,165
Kết quả trong bảng 3.4 cho thấy, độ lệch chuẩn tƣơng đối RSD < 1% chứng tỏ điều kiện và hệ thống phõn tớch làm việc ổn định và phự hợp với phƣơng phỏp phõn tớch.
3.1.6. Độ tỏi lặp
Để đỏnh giỏ độ tỏi lặp, ba Kỹ thuật viờn (KTV) thực hiện ở cỏc thời điểm khỏc nhau cựng tiến hành đo lặp lại 8 lần dung dịch Eu(NTA)3 ở mức nồng độ 1,5.10-5 M. Kết quả đƣợc thể hiện trong bảng 3.5.
Bảng 3.5. Kết quả đỏnh giỏ độ tỏi lặp đƣợc thƣc hiện bởi ba KTV khỏc nhau
STT
Độ hấp thụ quang của Eu(NTA)3 KTV-1 KTV-2 KTV-3 1 1,251 1,253 1,250 2 1,250 1,255 1,247 3 1,254 1,252 1,254 4 1,252 1,254 1,250 5 1,247 1,248 1,251 6 1,251 1,256 1,253 7 1,249 1,252 1,246 8 1,251 1,255 1,248 Xtb 1,251 1,253 1,250 %RSD 0,165 0,202 0,224
Từ kết quả trong bảng 3.5 cho thấy, giỏ trị độ lệch chuẩn tƣơng đối của KTV1 là tốt nhất, tuy nhiờn, tất cỏc cỏc giỏ trị %RSD của cả 3 KTV cho chất phõn tớch đều nhỏ hơn 1%, chứng tỏ cỏc KTV đều cú tay nghề tốt.
Độ tỏi lặp đƣợc tớnh theo cụng thức ở mục 2.6.2 và kết quả đƣợc thể hiện trong bảng 3.6.
Bảng 3.6. Kết quả đỏnh giỏ độ tỏi lặp của phƣơng phỏp
Eu(NTA)3
Trung bỡnh tập hợp ( ) 1,251
Phƣơng sai trong cựng mẫu ( ) 6,173.10-6 Phƣơng sai giữa cỏc mẫu ( ) 2,895.10-6
Phƣơng sai tỏi lặp ( ) 9,068.10-6 Độ lệch chuẩn tỏi lặp tƣơng đối (%RSDR) 0,2410
Kết quả trong bảng 3.6 cho thấy giỏ trị %RSDR đều nhỏ (<1%) chứng tỏ phƣơng phỏp phõn tớch cú độ tỏi lặp tốt.
3.1.7. Độ đỳng của phương phỏp
Hiệu suất thu hồi của Eu(NTA)3 trong nền dung mụi etanol ở cỏc mức nồng độ nhỏ, trung bỡnh và cao trong khoảng tuyến tớnh đƣợc thực hiện (n = 8) nhằm đỏnh giỏ độ đỳng của phƣơng phỏp. Cụ thể, cỏc nồng độ đƣợc lựa chọn để khảo sỏt lần lƣợt là: 0,3.10-5
M; 1,5.10-5 M; 3,0.10-5 M. Kết quả phõn tớch đƣợc trỡnh bày trong bảng 3.7.
Bảng 3.7. Hiệu suất thu hồi của Eu(NTA)3
Lần đo 0,3.10-5 M 1,5.10-5 M 3,0.10-5 M Nồng độ đo đƣợc (10-5 M) Hiệu suất (%) Nồng độ đo đƣợc (10-5 M) Hiệu suất (%) Nồng độ đo đƣợc (10-5 M) Hiệu suất (%) 1 0,288 96,17 1,473 98,17 2,977 99,22 2 0,283 94,18 1,471 98,09 2,981 99,38 3 0,287 95,77 1,476 98,41 2,977 99,22 4 0,285 94,97 1,474 98,25 2,978 99,26 5 0,284 94,57 1,468 97,85 2,974 99,14 6 0,280 93,38 1,473 98,17 2,974 99,14 7 0,281 93,78 1,470 98,01 2,978 99,26 8 0,283 94,18 1,473 98,17 2,978 99,22 Giỏ trị trung bỡnh 0,284 94,62 1,472 98,14 2,977 99,23
Kết quả bảng 3.7 chỉ ra rằng nồng độ của Eu(NTA)3 trong dung mụi etanol đạt hiệu suất thu hồi khỏ cao, từ 94,62% đến 99,23% cho thấy quy trỡnh phõn tớch là đỏng tin cậy.
Nhƣ vậy, phƣơng phỏp phõn tớch cú độ chụm tốt (%RSD, %RSDR < 1%), độ đỳng khỏ cao (hiệu suất thu hồi: 94,62 - 99,23%). Do đú, phƣơng phỏp quang phổ UV-Vis đỏp ứng yờu cầu, cú thể ỏp dụng để xỏc định hàm lƣợng phức chất huỳnh quang Eu(NTA)3 trong quỏ trỡnh chế tạo cũng nhƣ đỏnh giỏ chất lƣợng vật liệu.
3.2. Nghiờn cứu tối ƣu húa điều kiện chế tạo vật liệu nano đa chức năng
Cỏc hạt nano Fe3O4 đƣợc chế tạo bằng phƣơng phỏp đồng kết tủa từ dung dịch FeCl3, FeCl2 và NaOH, khuấy cơ trong khớ N2, ở nhiệt độ 80oC. Sau đú, dung dịch Fe3O4 đƣợc tiến hành chức năng húa bề mặt bằng TESPA. Phản ứng sol-gel diễn ra ở nhiệt độ phũng, mụi trƣờng pH = 8,5. Thờm vào dung dịch phản ứng phức chất Eu(NTA)3 đƣợc chuẩn bị bằng cỏch hũa tan trong dung mụi etanol hỗn hợp EuCl3.6H2O, NTA và TOPO với tỉ lệ mol 1 : 3 : 3. Duy trỡ quỏ trỡnh khuấy trong 6 giờ, thu đƣợc cỏc hạt nano Fe3O4/Eu(NTA)3.
Vật liệu đa chức năng Fe3O4/Eu(NTA)3 (hỡnh 3.4) cú cấu trỳc nano cho phộp tớch hợp lừi từ Fe3O4 và lớp vỏ chức năng húa chứa phức chất huỳnh quang Eu(NTA)3. Để cú thể lựa chọn đƣợc một hệ vật liệu nano tổ hợp đa chức năng Fe3O4/Eu(NTA)3 phự hợp cho cỏc ứng dụng y sinh thỡ cần thiết là hệ vật liệu phải đảm bảo cả hai yếu tố huỳnh quang và từ tớnh đều tốt. Dƣới đõy là kết quả nghiờn