Các phương pháp phân tích

CHƯƠNG 3 : THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.3. Các phương pháp phân tích

3.3.1. Phương pháp quang phổ nguồn plasma cảm ứng cao tần kết nối khối phổ ICP-MS [38] ICP-MS [38]

Hệ thống ICP-MS bao gồm một nguồn ICP (Inductively Coupled Plasma) dùng để chỉ ngọn lửa plasma tạo thành bằng dịng điện có tần số cao (cỡ MHz) được cung cấp bằng một bộ phát cao tần (RFP). Ngọn lửa plasma có nhiệt đợ rất cao có tác dụng chuyển các nguyên tố trong mẫu cần phân tích thành dạng ion. Sau đó, những ion này được phân tách và phát hiện bằng thiết bị khối phổ MS, MS là phép ghi phổ theo số khối hay chính xác hơn là theo tỷ số giữa số khối và điện tích (m/z).

Phương pháp phân tích này dựa trên các nguyên tắc của sự bay hơi, phân tách, ion hóa của các nguyên tố hóa học khi chúng được đưa vào mơi trường plasma có nhiệt đợ cao. Sau đó các ion này được phân tách ra khỏi nhau theo tỷ số khối lượng/điện tích (m/z) của chúng, bằng thiết bị phân tích khối lượng có từ tính và đợ phân giải cao phát hiện, khuyếch đại tín hiệu và đếm bằng thiết bị điện tử kĩ thuật số.

Dưới tác dụng của nguồn ICP, các phân tử trong mẫu phân tích được phân li thành các nguyên tử tự do ở trạng thái hơi. Các phần tử này khi tồn tại trong mơi trường kích thích phổ ICP năng lượng cao sẽ bị ion hóa, tạo ra đám hơi ion của chất mẫu (thường có điện tích +1). Nếu dẫn dịng ion đó vào buồng phân cực để phân giải chúng theo số khối (m/z) sẽ tạo ra phổ khối của nguyên tử chất cần phân tích và được phát hiện nhờ các detector thích hợp. ICP-MS sử dụng nguồn năng lượng cao tần, nhiệt địên lên đến 6.000- 100.000oC cho phép hóa hơi, nguyên tử hóa và ion hóa tất cả các chất với hiệu suất cao và ổn định.

48 Qúa trình sinh phổ ICP-MS có thể mơ tả:

+ Dung mơi bay hơi: MnXm(l) -> Mnxm(r) + Hóa hơi mẫu: MnXm(r) -> Mnxm(k) + Phân li: MnXm(k) -> nM(k) + Ion hóa: nM(k)+ Enhiệt -> nM(k)1+

Thu tồn bợ đám hơi ion của mẫu, lọc và phân ly chúng thành phổ nhờ hệ thống phân giải khối theo số khối của ion, phát hiện chúng bằng detector, ghi lại phổ. Đánh giá định tính, định lượng phổ thu được.

Trong nghiên cứu này, tất cả số liệu đo hàm lượng asen chúng tôi đo tại Eurofins Sắc Ký Hải Đăng, Khu Công Nghệ Cao, Quận 9.

3.3.2. Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS) [4,5]

Phổ tán xạ năng lượng tia X là kỹ thuật phân tích thành phần hóa học của vật liệu rắn dựa vào việc ghi lại phổ tia X phát ra từ vật rắn do tương tác với các bức xạ, chủ yếu là chùm điện tử có năng lượng cao trong các kính hiển vi điện tử 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. Phương pháp EDS thường gắn liền với phương pháp kính hiển vi điện tử quét.

Phổ tia X phát ra có tần số đặc trưng với nguyên tử của mỗi nguyên tố có mặt trong chất rắn. Việc ghi nhận phổ tia X phát ra từ vật rắn sẽ cho thông tin về các nguyên tố hóa học có mặt trong mẫu đồng thời cho các thông tin về phần trăm các nguyên tố trong mẫu.

Kết quả phổ EDS được thực hiên trên máy FE-SEM Hitachi S-4800 (Nhật) tại Trung Tâm Nghiên Cứu Triển Khai Khu Công Nghệ Cao, Quận 9.

3.3.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) [5]

Nhiễu xạ tia X là hiện tượng các chùm tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể của chất rắn do tính tuần hồn của cấu trúc tinh thể tạo nên các cực đại và cực tiểu nhiễu xạ. Kỹ thuật nhiễu xạ tia X (thường viết gọn là nhiễu xạ tia X) được sử dụng để phân tích cấu trúc chất rắn, vật liệu,... Xét về bản chất vật lý, nhiễu xạ tia X cũng gần giống với nhiễu xạ điện tử, sự khác nhau trong tính chất phổ nhiễu xạ là do sự khác nhau về tương tác giữa tia X với nguyên tử và sự tương tác giữa điện tử và nguyên tử.

Xét mợt chùm tia X có bước sóng λ chiếu tới mợt tinh thể chất rắn dưới góc tới . Do tinh thể có tính chất tuần hồn, các mặt tinh thể sẽ cách nhau những khoảng đều đặn d, đóng vai trị giống như các cách tử nhiễu xạ và tạo ra hiện tượng nhiễu xạ của các tia X. Nếu ta quan sát các chùm tia tán xạ theo phương phản xạ (bằng góc tới) thì hiệu quang trình giữa các tia tán xạ trên các mặt là:

49 ∆L = 2d.sin(θ) (3.1) Như vậy, để có cực đại nhiễu xạ thì góc tới phải thỏa mãn điều kiện:

∆L = 2d.sin(θ) = nλ (3.2) Với λ là bước sóng của tia X, θ là góc giữa tia X và mặt phẳng tinh thể, d là khoảng cách giữa hai mặt phẳng tinh thể liên tiếp, n là bậc nhiễu xạ. Công thức này gọi là công thức Bragg. Với mỗi loại tinh thể có kiểu mạng xác định sẽ cho ảnh nhiễu xạ với vị trí, số lượng và cường đợ của các vạch nhiễu xạ là xác định. Do vậy, có thể xác định được bản chất, cấu trúc tinh thể của vật liệu nghiên cứu thông qua phổ nhiễu xạ tia X.

Kết quả phân tích phổ XRD được đo bằng máy D2 PHARSER – Hãng Brucker tại Bợ tài chính Trường ĐH Tài chính – Marketing.

3.3.4. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) [5]

Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope - SEM) là mợt loại kính hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với đợ phân giải cao của bề mặt mẫu vật bằng cách sử dụng một chùm điện tử (electron) hẹp quét trên bề mặt mẫu. Việc tạo ảnh của mẫu vật được thực hiện thơng qua việc ghi nhận và phân tích các bức xạ phát ra từ tương tác của chùm điện tử với bề mặt mẫu vật.

Việc phát các chùm điện tử trong SEM cũng giống như việc tạo ra chùm điện tử trong kính hiển vi điện tử truyền qua, tức là điện tử được phát ra từ súng phóng điện tử (có thể là phát xạ nhiệt, hay phát xạ trường,...), sau đó được tăng tốc. Điện tử được phát ra, tăng tốc và hội tụ thành một chùm điện tử hẹp (cỡ vài trăm Angstrong đến vài nanomet) nhờ hệ thống thấu kính từ, sau đó qt trên bề mặt mẫu nhờ các c̣n quét tĩnh điện. Độ phân giải của SEM được xác định từ kích thước chùm điện tử hợi tụ. Ngồi ra, đợ phân giải của SEM cịn phụ tḥc vào tương tác giữa vật liệu tại bề mặt mẫu vật và điện tử. Khi điện tử tương tác với bề mặt mẫu vật, sẽ có các bức xạ phát ra, sự tạo ảnh trong SEM và các phép phân tích được thực hiện thơng qua việc phân tích các bức xạ này. Các bức xạ chủ yếu gồm:

 Điện tử thứ cấp (Secondary electrons): Đây là chế đợ ghi ảnh thơng dụng nhất của kính hiển vi điện tử quét, chùm điện tử thứ cấp có năng lượng thấp (thường nhỏ hơn 50 eV) được ghi nhận bằng ống nhân quang nhấp nháy. Vì chúng có năng lượng thấp nên chủ yếu là các điện tử phát ra từ bề mặt mẫu với độ sâu chỉ vài nanomet, do vậy chúng tạo ra ảnh hai chiều của bề mặt mẫu.

 Điện tử tán xạ ngược (Backscattered electrons): Điện tử tán xạ ngược là chùm điện tử ban đầu khi tương tác với bề mặt mẫu bị bật ngược trở lại, do đó chúng thường có năng lượng cao. Sự tán xạ này phụ tḥc rất nhiều vào thành phần hóa học ở bề mặt mẫu, do đó ảnh điện tử tán xạ ngược rất hữu ích cho phân tích về đợ tương phản thành phần hóa học.

50 Kết quả ảnh SEM chúng tôi đo bằng máy FE-SEM Hitachi S-4800 (Nhật) tại Trung Tâm Nghiên Cứu Triển Khai Khu Công Nghệ Cao, Quận 9.