Chương 2 : Chế tạo vật liệu oxit sắt và MCM-41
2.3. Cỏc phộp phõn tớch và thiết bị sử dụng trong luận ỏn
2.3.1. Mỏy đo phổ nhiễu xạ tia X (SIEMENS D5005) (Trung tõm Khoa học vật liệu ĐHKHTN)
Nguyờn tắc chung của phương phỏp phõn tớch cấu trỳc tinh thể bằng nhiễu xạ tia X (X_ Ray Diffraction-XRD) dựa vào hiện tượng nhiễu xạ tia X trờn mạng tinh thể khi thoả món điều kiện phản xạ Bragg:
2dsinθ=nλ
Trong đú d là khoảng cỏch giữa cỏc mặt phẳng nguyờn tử phản xạ, θ là gúc trượt tức là gúc tạo bởi tia X và mặt phẳng nguyờn tử phản xạ, λ là bước súng của tia X và n là bậc phản xạ. Tập hợp cỏc cực đại nhiễu xạ Bragg dưới cỏc gúc 2θ khỏc nhau được ghi nhận bằng phim hoặc Detectơ cho ta phổ nhiễu xạ tia X. Từ phổ nhiễu xạ tia X chỳng ta cú thể khai thỏc được nhiều thụng tin về cấu trỳc tinh thể. Cỏc mẫu trong khoỏ luận đó được phõn tớch cấu trỳc bằng nhiễu xạ kế tia X D5005 của hóng Bruker (Đức) tại Trung tõm Khoa học Vật liệu (TT KHVL) sử dụng bước súng tia X tới từ bức xạ Kα của Cu là : λCu = 1,54056 Ǻ.
Hỡnh 2.3:Nhiễu xạ kế tia X D5005 tại TTKHVL
2.3.2. Mỏy chụp ảnh kớnh hiển vi điện tử truyền qua (JEM 1010-JEOL)
Kớnh hiển vi điện tử truyền qua được phỏt triển từ năm 1930 là cụng cụ kỹ thuật khụng thể thiếu được cho nghiờn cứu vật liệu và y học. Dựa trờn nguyờn tắc hoạt động cơ bản của kớnh hiển vi quang học, kớnh hiển vi điện tử truyền qua cú ưu điểm nổi bật nhờ bước súng của chựm điện tử ngắn hơn rất nhiều so với bước súng ỏnh sỏng nhỡn thấy nờn cú thể quan sỏt tới những kớch thước cỡ 0,2nm.
Cỏc điện tử từ catot bằng dõy tungsten đốt núng đi tới anot và được hội tụ bằng “thấu kớnh từ” lờn mẫu đặt trong chõn khụng. Tỏc dụng của tia điện tử tới mẫu cú thể tạo ra chựm điện tử thứ cấp, điện tử phản xạ, điện tử Auger, tia X thứ cấp, phỏt quang catot và tỏn xạ khụng đàn hồi với đỏm mõy điện tử truyền qua mẫu được khuếch đại và ghi lại dưới dạng ảnh huỳnh quang hoặc ảnh kỹ thuật số.
Nhiễu xạ điện tử cú thể cung cấp những thơng tin rất cơ bản về cấu trỳc tinh thể và đặc trưng vật liệu. Chựm điện tử nhiễu xạ từ vật liệu phụ thuộc vào bước súng của chựm điện tử tới và khoảng cỏch mặt mạng trong tinh thể, tuõn theo định luật phản xạ Bragg như đối với nhiễu xạ tia X: 2dsin = n, khỏc với nhiễu xạ tia X, do bước súng của chựm điện tử thường rất nhỏ nờn ứng với cỏc khoảng cỏch mặt mạng tinh thể thỡ gúc nhiễu xạ rất bộ, cỡ dưới 0,010. Tuỳ thuộc vào bản chất của vật liệu mà ảnh nhiễu xạ điện tử thường là những vựng sỏng tối gọi là trường sỏng - trường tối. Vựng sỏng là ảnh của vật liệu vơ định hỡnh cịn vựng tối là ảnh của vật liệu cú dạng tinh thể.
Cỏc ảnh Tem của cỏc mẫu vật liệu được chụp trờn kớnh hiển vi điện tử truyền qua JEOL TEM 5410 LV cú điện thế từ 40 đến 100kV, độ phõn giải đối với điểm ảnh là 0,2nm và đối với ảnh mạng tinh thể là 0,15nm, độ phúng đại từ 20 đến 500.000 lần
2.3.3. Đo phổ hấp thụ nguyờn tử (AAS: Atomic Absorption Spectrometer) (Khoa húa- Đại học khoa học tự nhiờn-ĐHQGHN) húa- Đại học khoa học tự nhiờn-ĐHQGHN)
Là phương phỏp dựa trờn nguyờn lý hấp thụ của hơi nguyờn tử :
Trong điều kiện bỡnh thường, cỏc điện tử chuyển động trờn cỏc quĩ đạo ứng với mức năng lượng thấp nhất E0. Trạng thỏi này gọi là trạng thỏi cơ bản bền vững (nguyờn tử khụng phỏt hoặc thu năng lượng). Khi cỏc nguyờn tử ở dạng hơi và được
cung cấp một năng lượng phự hợp dưới dạng bức xạ thỡ cỏc điện tử húa trị của nguyờn tử này sẽ hấp thu năng lượng đú và nhảy lờn mức năng lượng cao hơn. Lỳc này ta núi nguyờn tử đang ở trang thỏi kớch thớch En. Mỗi loại nguyờn tử sẽ hấp thu tối đa và chọn lọc ở một năng lượng bức xạ đặc trưng (bức xạ cộng hưởng) tựy theo cấu tạo húa học của nguyờn tử đú.
Dựa trờn nguyờn lý đú người ta cho chiếu vào đỏm hơi nguyờn tử một năng lượng bức xạ đặc trưng của riờng nguyờn tử đú.Sau đú đo cường độ cũn lại của bức xạ đặc trưng này sau khi đó bị đỏm hơi nguyờn tử hấp thụ, sẽ tớnh ra được nồng độ nguyờn tố cú trong mẫu đem phõn tớch.
Mỏy AAS cú thể phõn tớch cỏc chỉ tiờu trong mẫu cú nồng độ từ ppb - ppm.Mẫu phải được vơ cơ húa thành dung dịch rồi phun vào hệ thống nguyờn tử húa mẫu của mỏy AAS.Khi cần phõn tớch nguyờn tố nào thỡ ta gắn đốn cathode lừm của nguyờn tố đú. Một dóy dung dịch chuẩn của nguyờn tố cần đo đó biết chớnh xỏc nồng độ được đo song song. Từ cỏc số liệu đo được ta sẽ tớnh được nồng độ của nguyờn tố cần đo cú trong dung dịch mẫu đem phõn tớch.
Hỡnh 2.5. Hệ thống mỏy hấp thu nguyờn tử AAS của hóng Varian
2.3.4. Mỏy khối phổ plasma cảm ứng (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer ICP-MS) (Khoa húa- Đại học khoa học tự nhiờn-ĐHQGHN. Spectrometer ICP-MS) (Khoa húa- Đại học khoa học tự nhiờn-ĐHQGHN.
ICP-MS là kỹ thuõ ̣t phõn tích các nguyờn tụ́ vụ cơ, dựa trờn nguyờn tắc ghi đo phổ theo khối lượng (m/z). ICP là Plasma cảm ứng cao tõ̀n : nguụ̀n nhiờ ̣t cao cung cṍp ion (+). MS là thiờ́t bị đo phở khới gồm cú :
Mỏy quột phổ 4 tứ cực
Dóy phổ đo: quột khối từ 7 - 250amu (từ Li - U, khỗng 70 ngun tớ)
Tỏch tất cả cỏc nguyờn tố theo tuần tự nhanh chúng, độ chọn lọc cao
Đo các ion với đõ̀u dò rṍt nha ̣y (ppt - ppm). Cú thể phõn tớch cỏc đồng vị và tỷ lệ của chỳng
Cú khả năng phõn tớch bỏn định lượng do cú sẵn phổ chuẩn.
Nguyờn tắc đo một mẫu là chuyển chất mẫu về dạng dung dịch đồng thể, hay thể khớ. Mõ̃u được ion húa thành ion (+) trong ng̀n Plasma nhiợ̀t đụ ̣ cao .Sau đó dòng ion này được hướng đi vào thiờ́t bi ̣ tách ion (+), loại bỏ phần lớn cỏc phần tử trung hũa và cỏc photon. Dũng ion tiếp tục được hướng vào thi ết bi ̣ tách các ion cản trở - ion đa nguyờn tử (polyatomic) bằng cơ chờ́ va đõ ̣p suy giảm năng lượng . Cỏc ion cũn lại sẽ di chuyờ̉n tiờ́p vào bụ ̣ ph ận tách khụ́i theo m /z, tỏch khối từ 2 - 250 amu và các khụ́i này đươ ̣c ghi nhõ ̣n la ̣i bởi detecor gụ̀m cỏc diod quang.
Hỡnh 2.6.Mỏy khối phổ plasma cảm ứng (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer ICP-MS)
Chương 3. Phõn tớch cấu trỳc và tớnh chất vật liệu oxit sắt và MCM-41 3.1. Phõn tớch phổ nhiễu xạ tia X