CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM
2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1.1. Tổng hợp hệ nanocomposite bạc
Khảo sát các điều kiện tối ưu để tổng hợp nanocomposite bạc:
- Khảo sát ảnh hưởng của vòng cyclodextrin đến tỉ lệ khối lượng hệ gel lên quá trình hình thành hệ nanocomposite bạc
- Khảo sát ảnh hưởng của vòng cyclodextrin đến nhiệt độ phản ứng lên quá trình hình thành hệ nanocomposite bạc.
- Khảo sát ảnh hưởng của vòng cyclodextrin đến thời gian phản ứng lên quá trình hình thành hệ nanocomposite bạc.
2.1.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis
Phổ hấp thụ phân tử vùng tử ngoại – khả kiến (UV-Vis) là sự chuyển dịch điện tử trong phân tử từ mức năng lượng cơ bản lên mức năng lượng kích thích, chỉ khác nhau về độ lớn của năng lượng hấp thụ.
Vùng sóng tử ngoại UV: 200 – 400 nm và vùng khả kiến Vis: 400 – 800 nm. Khi tương tác với các bức xạ điện từ, các phân tử có cấu trúc khác nhau sẽ hấp thụ và phát xạ năng lượng khác nhau, kết quả của sự hấp thụ và phát xạ năng lượng này chính là phổ, từ phố có thể xác định ngược lại cấu trúc phân tử.
Cơ sở lý thuyết của phương pháp này là định luật Lambert - Beer: Độ lớn của độ hấp thụ mật độ quang A phụ thuộc vào bản chất của vật chất, độ dày truyền ánh sáng và nồng độ của dung dịch.
Công thức: A = εlC
Trong đó: A: mật độ quang (độ hấp thụ) ε: hệ số hấp thụ phân tử
Khi tia đơn sắc chiếu vào dung dịch cho giá trị mật độ quang đo được là lớn nhất thì kết quả phân tích có độ nhạy và độ chính xác tốt nhất.
Dựa trên kết quả cường độ hấp thụ và bước sóng hấp thụ cực đại (λmax) của dung dịch nanocomposite bạc trong dải bước sóng từ 200-800 nm, dự đốn sự thay đổi kích thước và hình dạng của nanocomposite bạc.
2.1.3. Kính hiển vi điện tử truyền qua TEM
Kính hiển vi điện tử truyền qua là một thiết bị nghiên cứu vi cấu trúc vật rắn, sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao chiếu xuyên qua mẫu vật rắn mỏng và sử dụng các thấu kính từ để tạo ảnh với độ phóng đại lớn (có thể tới hàng triệu lần), ảnh có thể tạo ra trên màn huỳnh quang, hay trên film quang học, hay ghi nhận bằng các máy chụp kỹ thuật số.
Sự phân bố, hình dạng và kích thước của các hạt nanocomposite bạc sau khi tổng đã được đo bằng kính hiển vi điện tử truyền qua JEM-1400 được đặt ở thế gia tốc 100kV.
2.1.4. Kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (HRTEM)
Hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao là một chế độ ghi ảnh của kính hiển vi điện tử truyền qua cho phép quan sát ảnh vi cấu trúc của vật rắn với độ phân giải rất cao, đủ quan sát được sự tương phản của các lớp nguyên tử trong vật rắn có cấu trúc tinh thể. HRTEM là một trong những công cụ mạnh để quan sát vi cấu trúc tới cấp độ nguyên tử.Phân tích cấu trúc tinh thể của nguyên tử được thực hiện trên kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (HRTEM), Tecnai G2 20 S-TWIN, FEI thế gia tốc đặt ở 200 kV.
2.1.5. Phương pháp phổ hồng ngoại (FTIR)
Phổ hồng ngoại là phổ hấp thụ của hai dạng năng lượng: năng lượng quay và năng lượng dao động, khi các phân tử hấp thụ năng lượng từ bên ngồi có thể dẫn đến q
trình quay hoặc dao động hay cả quay và dao động đồng thời, để kích thích q trình trên có thể dùng tia sáng vùng hồng ngoại.
Các chất hữu cơ hấp thụ bức xạ hồng ngoại ở ngững tần số trong vùng từ 10000 đến 100cm-1 và biến thành năng lượng của dao động phân tử.
Sự hấp thụ được ứng dụng trong phổ hồng ngoại để phân tích cấu trúc hợp chất là sự hấp thụ nằm trong vùng 4000 đến 600cm-1.
Để nghiên cứu các nhóm chức có tác dụng khử và ổn định hạt nano tổng hợp được. Các mẫu nano blank, nanocomposite bạc đã được sấy khô và dịch chiết củ ngưu bàng sau khi cô quay loại bỏ nước bằng máy cô quay (Heidolph, LABOROTA 4000eco, Đức) đã được sử dụng để phân tích bằng bức xạ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR). Phổ FTIR được ghi trên máy quang phổ Bruker, Tensor 27 FTIR (Đức) với vùng bước sóng từ 4000 đến 500 cm-1 cùng độ phân giải 0,5 cm-1 và được vẽ với trục tung biểu thị cường độ hấp thụ qua độ truyền qua (%) và trục hoành biểu thị số sóng (cm-1).
2.1.6. Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX)
Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX hay EDS, tên gọi tiếng Anh Energy-dispersive X-ray spectroscopy) là kỹ thuật phân tích thành phần hóa học của vật rắn dựa vào việc ghi lại phổ tia X phát ra từ vật rắn do tương tác với các bức xạ. Chủ yếu là do sự tương tác của chùm điện tử có năng lượng cao trong các kính hiển vi điện tử, ảnh vi cấu trúc vật rắn được ghi lại.
Khi chùm điện tử có năng lượng cao được chiếu vào vật rắn, nó sẽ đâm xuyên sâu vào nguyên tử vật rắn và tương tác với các lớp điện tử bên trong của nguyên tử. Dẫn đến việc tạo ra các tia X có bước sóng đặc trưng với nguyên tử của mỗi chất có mặt trong chất rắn. Việc ghi nhận phổ tia X phát ra từ vật rắn sẽ cho thơng tin về các ngun tố hóa học có mặt trong mẫu đồng thời cho các thông tin về tỉ lệ phần trăm các nguyên tố này. Các mẫu rắn nano bạc được sử dụng để đo EDX bằng máy phân tích phổ tán xạ năng lượng tia X EMAX ENERGY EX-400, Horiba tại Phịng thí nghiệm siêu cấu trúc,
Viện Vệ sinh dịch tễ Trung ương.
2.1.7. Phương pháp phân tích nhiệt TG-DTA
Phân tích nhiệt trọng (TG) là phương pháp phân tích trong đó sự thay đổi khối lượng của mẫu dưới sự thay đổi của nhiệt độ theo một chương trình được ghi lại như là một hàm số của nhiệt độ hoặc thời gian. Dựa trên cơ sở ghi lại liên tục sự thay đổi khối lượng của mẫu trong quá trình gia nhiệt hoặc làm lạnh, và hữu ích khi phân tích định lượng các thay đổi vật lý hoặc hoặc hóa học với sự thay đổi về khối lượng. Ví dụ các biến đổi về hóa học do sự mất nước, phân hủy, oxy hóa, và sự khử…hoặc các thay đổi vật lý như thăng hoa, bay hơi, hấp thụ và khử hấp thụ.
Phân tích nhiệt vi sai (DTA) là kỹ thuật đo phát hiện sự chênh lệch nhiệt độ của mẫu đo và mẫu chuẩn (mẫu so sánh) để xác định các biến đổi nhiệt bên trong mẫu đang diễn ra sự thay đổi vật lý hoặc hóa học khi mẫu được gia nhiệt hoặc làm lạnh. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa mẫu đo và mẫu chuẩn được phát hiện bởi cặp nhiệt điện đặt tại tấm đế kim loại của giá đỡ mẫu và được ghi lại theo thời gian, nó được coi như đường đặc trưng DTA để khảo sát các phản ứng thu nhiệt và phản ứng tỏa nhiệt.
Sử dụng máy phân tích nhiệt LabSys evo S60/58988 (Setaram, Pháp) để phân tích nhiệt trọng đồng thời kết hợp phân tích nhiệt vi sai (DTA) các mẫu nanocomposite bạc rắn sau khi tổng hợp đã được làm nóng từ nhiệt độ phòng đến 800oC với tỉ lệ nhiệt 10oC/phút, nhằm xác định độ tinh khiết và nhiệt độ phân hủy của các hợp chất có trong mẫu, tại Phịng Hóa vơ cơ - Viện Hóa học -Viện Hàn lâm Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam.
2.1.8. Thế zeta, kích thước hạt
Đo kích thước hạt, thế zeta nhằm xác định kích thước trung bình của hạt nano, sự phân bố kích thước hạt, và điện thế zeta của dung dịch nano là điện thế sinh ra trong quá trình chuyển động của các hạt keo có mặt trong hệ phân tán, liên quan đến tính ổn định
của những chất phân tán keo. Dung dịch nanocomposite bạc được đo bằng máy phân tích nano, nanoPartica Horiba SZ-100, Nhật Bản, ở 25oC và tán xạ ánh sáng động ở góc 173oC tại Viện Khoa học Vật liệu ứng dụng.