CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.4. THỰC NGHIỆM
2.4.1. ĐIỆN CỰC NF-SWCNTs/P3MT/GCE
2.4.1.1. Chuẩn bị và hoạt hóa điện cực GCE
Trước khi biến tính, bề mặt điện cực GCE được đánh bóng bằng bột nhơm oxit cỡ hạt 15 µm và 0,3 µm. Sau đó, rửa sạch điện cực và rung siêu âm 20 giây trong nước đề ion. Tiếp theo, điện cực được làm sạch và hoạt hóa trong dung dịch H2SO4 nồng độ 1 M bằng cách quét CV ở thế từ -0,6 đến 0,8 V với 6 vòng quét, tốc độ quét 100 mV/s. Để kiểm tra độ hoạt hoá của điện cực, tiến hành quét CV 4 vòng dung dịch chứa K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6 5 mM, KCl 0,1 M ở thế từ -0,2 V đến 0,6 V với tốc độ quét 100 mV/s. Do trong dung dịch chứa
cặp chất oxi hóa khử liên hợp nên q trình điện hóa xảy ra trên bề mặt điện cực là thuận nghịch. Tín hiệu CV thu được có hình dáng đặc trưng khi điện cực glasy cacbon được chuẩn bị tốt. Các điện cực đạt u cầu có tín hiệu qt CV đặc trưng với hình thái cân đối vị trí píc điện thế anot và catot gần với lý thuyết (khoảng 70 mV). Đồng thời, khi tiến hành hoạt hóa trong dung dịch H2SO4 0,1 M, tín hiệu đường CV cũng phải thể hiện sự ổn định và lặp lại.
2.4.1.2. Chức năng hóa và chuẩn bị dung dịch NF-SWCNTs
Cabon nano ống đơn vách (SWCNTs) được tiến hành chức năng hố nhằm tạo các nhóm chức năng –COOH, –OH, –CO trên bề mặt đồng thời loại bỏ các ion kim loại nặng.
Hình 2.1. Các vị trí và các nhóm chức hình thành trong q trình chức năng
hóa SWCNTs [66, 106]
Q trình này được thực hiện bằng cách rung siêu âm 5 giờ ở 25oC trong hỗn hợp axit đậm đặc H2SO4 : HNO3 tỷ lệ 3:1. Tiếp theo, hỗn hợp dung dịch được lọc rửa ly tâm bằng nước cất nhiều lần, sau đó rửa trong dung dịch NaOH 0,01 M và nước nhiều lần để trung hoà hết lượng axit dư. Dung dịch màu đen
thu được có pH 7, tiến hành lắng ly tâm và sấy khô qua đêm ở 100oC thu được dạng bột màu đen chính là SWCNTs đã chức năng hoá.
Sau khi SWCNTs được chức năng hoá, mạch liên kết cabon bị phá vỡ ở hai đầu ống, thành ống có cấu trúc dạng SWCNTs-COOH. Cấu trúc của SWCNTs sau khi được chức năng hố được thể hiện trên hình 2.1. Phân tán SWCNTs đã chức năng hoá trong dung dịch Nafion 0,25% theo tỷ lệ 1 mg SWCNTs/1ml Nafion 0,25%, ký hiệu dung dịch này là NF-SWCNTs.
2.4.1.3. Tổng hợp và khảo sát polime dẫn poli (3-metylthiophen)
Quy trình tổng hợp lớp màng polime dẫn poli (3-metylthiophen) (viết tắt là P3MT) lên bề mặt điện cực GCE được khảo sát và tối ưu hóa thời gian điện phân như sau. Màng P3MT được tổng hợp điện hóa lên bề mặt điện cực GCE bằng cách điện phân ở thế không đổi 1,75 V trong thời gian 20 giây từ dung dịch chứa hỗn hợp gồm TBAP 0,1 M và 3-metylthiophen 0,1 M trong dung môi acetonitril đã được thổi khí nitơ, sau đó phân cực 10 giây ở thế 0,7 V để oxy hóa P3MT. Sau quá trình điện phân, điện cực được rửa bằng nước deion, để khơ điện cực ở nhiệt độ phịng khoảng 30 phút, điện cực GCE sau khi tổng hợp lớp P3MT lên bề mặt được kí hiệu P3MT/GCE. Tiến hành khảo sát:
- Khảo sát thời gian điện phân tổng hợp P3MT.
- Chụp hiển vi điện tử quét để đánh giá bề mặt điện cực P3MT/GCE.
- Khảo sát tín hiệu von-ampe vịng (CV), von-ampe xung vi phân (DPV) với DA để đánh giá độ nhạy, độ chọn lọc khi dung dịch đo có mặt AA, UA. So sánh với tín hiệu điện hóa khi sử dụng điện cực GCE thông thường trong cùng điều kiện đo.
- Khảo sát và so sánh tính chất điện hoạt của DA khi sử dụng điện cực làm việc là GCE, P3MT/GCE.
2.4.1.4. Tổng hợp và khảo sát điện cực NF/P3MT/GCE
Nhằm đánh giá vai trò chọn lọc cation của Nafion, sau khi tổng hợp lớp P3MT, điện cực P3MT/GCE được phủ lớp dung dịch nafion trong cồn tuyệt đối. Lượng nafion được khảo sát tối ưu để có đáp ứng tốt nhất với DA. Lớp màng NF/P3MT được chụp ảnh hiển vi điện tử quét để đánh giá hình thái bằng cách so sánh với hình thái của lớp P3MT. Tiếp theo thực hiện đo CV, DPV của điện cực NF/P3MT/GCE để:
- Khảo sát ảnh hưởng của môi trường pH dung dịch đo.
- Khảo sát tính chất điện hoạt của DA trên điện cực NF/P3MT/GCE.
2.4.1.5. Tổng hợp và khảo sát điện cực NF-SWCNTs/P3MT/GCE
Dung dịch NF-SWCNTs chuẩn bị như mục 2.4.1.2 được phủ lên bề mặt điện cực P3MT/GCE để tạo thành điện cực NF-SWCNTs/P3MT/GCE. Hình ảnh SEM được sử dụng để khảo sát hình thái bề mặt lớp compozit tạo thành. Các thông số khảo sát:
- Khảo sát thể tích dung dịch NF-SWCNTs tối ưu.
- Khảo sát pH để tối ưu hóa độ nhạy và chọn lọc của điện cực.
- Khảo sát tính chất điện hoạt của DA khi sử dụng điện cực làm việc là điện cực biến tính NF-SWCNTs/P3MT/GCE.
- Khảo sát các đặc trưng phân tích của điện cực NF-SWCNTs/P3MT/GCE, bao gồm độ nhạy, độ chọn lọc, giới hạn phát hiện, khoảng tuyến tính, độ ổn định và lặp lại, các chất gây ảnh hưởng, hoạt hóa và tuổi thọ.
2.4.1.6. Quy trình chế tạo điện cực biến tính NF-SWCNTs/P3MT/GCE
Từ kết quả khảo sát thực nghiệm, quy trình tối ưu chế tạo điện cực biến tính NF-SWCNTs/P3MT/GCE như sau: