1.2. Hạt nano kim loại - bạc nano
1.2.4. Các phương pháp vật lý nghiên cứu cấu trúc hạt bạc nano
1.2.4.4. Phổ hấp thụ nguyên tử
Như đã biết, vật chất được cấu tạo từ các nguyên tử và nguyên tử là phần tử nhỏ nhất còn giữ được tính chất của nguyên tố. Trong điều kiện bình thường nguyên tử không thu hay phát ra năng lượng dưới dạng các bức xạ lúc này nguyên tử tồn tại ở trạng thái cơ bản. Đó là trạng thái bền vững và có mức năng lượng thấp nhất của nguyên tử. Khi ở trạng thái hơi nguyên tử tự do nếu chiếu một chùm tia sáng có những bước sóng xác định vào đám hơi nguyên tử đó thì các nguyên tử tự do sẽ hấp thụ các bức xạ có bước sóng nhất định, ứng với những tia bức xạ mà nó có thể phát ra được trong quá trình phát xạ. Lúc đó nguyên tử đã nhận năng lượng dưới dạng các tia bức xạ và nó chuyển lên trạng thái kích thích, có năng lượng cao hơn trạng thái cơ bản. Đó là tính chất đặc trưng của nguyên tử ở trạng thái hơi. Quá trình đó gọi là quá trình hấp thụ năng lượng của nguyên tử. Phổ sinh ra trong quá trình này
16 được gọi là phổ hấp thụ nguyên tử.
Nghiên cứu sự phụ thuộc của cường độ một vạch phổ hấp thụ của một nguyên tố và nồng độ C trong mẫu phân tích, lí thuyết và thực nghiệm cho thấy rằng: trong một vùng nồng độ C nhỏ, mối quan hệ giữa cường độ vạch phổ hấp thụ và nồng độ của nguyên tố đó trong đám hơi cũng tuân theo định luật Bugơ - Lămbe - Bia:
D = 0,43. K.C.l
K : Hệ số hấp thụ, phụ thuộc vào chiều dài sóng C : Nồng độ nguyên tố cần xác định có trong ngọn lửa l : Chiều dày của lớp hấp thụ
D : Mật độ quang của ngọn lửa ( D= lg I0/ I)
Dựa vào giá trị mật độ quang, người ta xác định nồng độ nguyên tử của nguyên tố cần xác định trong thể tích mẫu. Biểu thức trên chứng tỏ mật độ quang của lớp hấp thụ tỉ lệ thuận với nồng độ của nguyên tử chứa trong đó tại bước sóng hấp thụ ứng với nguyên tố đó. Tính tỉ lệ này được bảo toàn trong một khoảng nồng độ nhất định, tùy thuộc vào tính chất của nguyên tố cần xác định và tính chất của đèn. Sự phụ thuộc trên là cơ sở thực tiễn của phương pháp phân tích hấp thụ nguyên tử định lượng.
Hình 1.6: Sơ đồ nguyên tắc của một máy đo quang phổ hấp thụ nguyên tử 1. Đèn catôt rỗng 2. Bộ ngắt chùm sáng 3. Ngọn lửa 4. Máy đơn sắc 5. Bộ phận quang 6. Bộ khuếch đại 7. Microampe 8. Bộ tự ghi
1
2
3
4
5
6
7 8
17
Kĩ thuật nguyên tử hoá không ngọn lửa ra đời sau kĩ thuật nguyên tử hoá trong ngọn lửa. Nhưng kĩ thuật này phát triển rất nhanh và hiện được ứng dụng rất phổ biến vì kĩ thuật này cung cấp cho phép đo AAS có độ nhạy rất cao có khi gấp hàng trăm đến hàng nghìn lần phép đo trong ngọn lửa.
Phép đo không ngọn lửa đòi hỏi một lượng mẫu tương đối nhỏ. Thông thường mỗi lần đo chỉ cần từ 20 đến 50 l do đó không cần nhiều mẫu phân tích, việc chuẩn bị mẫu cũng dễ dàng hơn.
Về nguyên tắc kĩ thuật nguyên tử hoá không ngọn lửa là quá trình nguyên tử hoá tức khắc trong thời gian rất ngắn nhờ năng lượng của dòng điện công suất lớn và trong môi trường khí trơ.
Dụng cụ để nguyên tử hoá theo kĩ thuật này gồm các nhóm chính như sau:
- Các loại cuvet graphít - Các loại cốc graphít
- Các loại thuyền làm bằng kim loại chịu nhiệt như Tali
Quá trình nguyên tử hóa không ngọn lửa thường gồm 3 giai đoạn:
+ Sấy khô mẫu: thường ở nhiệt độ 100 - 1500C trong thời gian 20 đến 40 giây với lượng mẫu nhỏ hơn 100 l - nhiệt độ và thời gian sấy phụ thuộc vào bản chất của các chất ở trong mẫu và dung môi hòa tan.
+ Tro hóa: Đốt cháy các chất hữu cơ và nung luyện mẫu ở nhiệt độ thuận lợi cho giai đoạn nguyên tử hóa - nhiệt độ tro hóa phụ thuộc vào bản chất của mỗi nguyên tố và dạng hợp chất mà nguyên tố đó tồn tại - nhiệt độ tro hóa thường thấp hơn nhiệt độ tro hóa giới hạn của nguyên tố từ 30 - 500C ; thời gian tro hóa thường từ 20 - 60 giây với lượng mẫu đưa vào cuvét nhỏ hơn 100 l trong đó 1/3 thời gian dùng để nâng nhiệt độ từ nhiệt độ sấy đến nhiệt độ tro hóa đã đặt; 2/3 thời gian dùng để luyện mẫu ở nhiệt độ tro hóa đã chọn.
+ Nguyên tử hóa: là giai đoạn quyết định cường độ của vạch phổ, thời gian rất ngắn, từ 3 đến 6 giây, đôi khi có thể đến 10 giây. Tốc độ tăng nhiệt độ rất lớn (1500 - 20000C/ 1 giây) để đạt ngay tức khắc đến nhiệt độ nguyên tử hóa.
Nhiệt độ nguyên tử hóa của mỗi nguyên tố phụ thuộc vào bản chất của nguyên tố, trạng thái và thành phần của mẫu.
18
+ Thiết bị quang học: Thiết bị này bao gồm, dụng cụ quang học (máy đơn sắc hay kính lọc) dùng để tách các vạch phân tích của nguồn, các thấu kính, các màng chắn và các gương phụ để đưa các chùm sáng từ nguồn qua bộ phận hấp thụ.
+ Thiết bị thu và ghi: Thiết bị này gồm bộ ghi ánh sáng bao gồm bộ nhân quang và các thiết bị điện để nuôi bộ khuyếch đại dòng quang điện. Bộ ghi có thể là thiết bị đọc biểu kiến, thiết bị tự ghi hoặc thiết bị hiện số cùng các sơ đồ điện tương ứng của nguồn nuôi hay là thiết bị để in.