3.1 Nghiên cứu đo liều bức xạ gamma dùng liều kế màng mỏng PVA được nhuộm màu
3.1.2 Chế tạo phim màng mỏng
3.1.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu và hoá chất
Bột PVA có khối lượng mol phân tử là Mw = 89 000-98 000 g/mol, thủy phân đạt 99% và có nguồn gốc là cung cấp bởi hãng SIGMA. Bột PVA sẽ được hòa tan trong dung dịch nước De-ion (DI) ở nhiệt độ thích hợp.
Các chất nhuộm màu sử dụng trong chế tạo phim màng mỏng nhuộm màu PVA đòi hỏi phải dễ dàng hòa tan trong nước và hỗn hợp keo PVA. Bên cạnh đó các thuốc nhuộm này có phổ và đỉnh phổ hấp thụ quang nằm trong vùng bước sóng thích hợp, có thể đo được trên hệ quang phổ kế hấp thụ UV-VIS. Trước và sau khi được chiếu xạ gamma, phổ hấp thụ quang của phim nhuộm màu chỉ thay đổi về biên độ chứ không có sự thay đổi về đỉnh hấp thụ quang đặc trưng của màu, nghĩa là bước sóng đặc trưng của màu không thay đổi. Yếu tố này rất quan trong vì nó đảm bảo cho việc nghiên cứu và đánh giá sự thay đổi mật độ quang của phim trước và sau khi chúng bị chiếu xạ có sự đồng nhất về giá trị bước sóng hấp thụ đặc trưng.
Bốn loại thuốc nhuộm phù hợp với những yêu cầu trên được chọn cho nghiên cứu
48
của mình bao gồm Methylene blue, methyl red, methyl cam và crystal violet. Chất chỉ thị màu được dùng có cấu trúc phân tử như sau: Methylene blue 10-3M (C16H18ClN3SxxH2O, Mw = 319,86), Methyl red 0,4x10-3M (C15H15N3O2, Mw = 269), Methyl orange 10-3M (C14H14N3NaO3S, Mw = 327,34) và 10-3M Crytal violet (C25H30CIN3, Mw = 407,98). Bước sóng tại đỉnh hấp thụ đặc trưng của các màu này lần lượt có giá trị 668 nm, 520 nm, 440 nm và 599 nm tương ứng màu Methylene blue, Methyl red, Methyl cam và Crytal violet. Hình 3.3 dưới đây mô tả cấu trúc phân tử của các chất chỉ thị màu dung để chế tạo màng mỏng.
Hình 3.3: Cấu trúc phân tử của chất chỉ thị màu Crystal violet (a), Methyl red (b), Methylene blue (c) và Methyl orange (d).
Các chất phụ gia được thêm vào phim nhuộm màu nhằm tăng tính bền dẻo của phim, độ trong và độ nhạy với bức xạ của phim. Các chất phụ gia này cũng cần đảm bảo rằng nó không gây ra sự dịch chuyển bước sóng đặc trưng của phổ hấp thụ màu trên phim PVA trước và sau khi chiếu xạ. Ngoài ra các chất phụ gia còn có chứa các nguyên tử có khả năng phản ứng với nơtron nhiệt. Các chất phụ gia được chọn bao gồm: Sulfate Cadmium CdSO4 (M = 208,474 g/mol), Lithium Hydroxide Monohydrate LiOH.H2O (M = 41,96 g/mol), Axit Boric H3BO3 (M = 61,83g/mol), Natri Borat Decahidrat Na2B4O7.10H2O (M = 381,37 g/mol) và Lithium Fluoride LiF (M = 25,94 g/mol).
3.1.2.2 Các bước gia công chế tạo
49 a) Chuẩn bị chất nhuộm màu
Để thuận tiện trong quá trình pha trộn thuốc nhuộm với hỗn hợp dung dịch keo, các thuốc nhuộm được chuẩn bị trước dưới dạng dung dịch như sau:
- Dung dịch Methylene blue 10-3M: Cân 39,186mg Methylene blue dạng bột bằng cân Toledo AG245 với sai số phép cân đạt 0,1mg rồi cho vào bình định mức 100ml.
Đổ nước DI vào bình định mức đến vạch 100ml. Lắc đều cho đến khi dung dịch được đồng nhất.
- Dung dịch Methyl red 0,4x10-3M được chuẩn bị như sau: Cân 10,76 mg Methylene red dạng bột bằng cân Toledo AG245 với sai số phép cân đạt 0,1mg rồi cho vào bình định mức 100ml. Đổ EtOH vào bình định mức đến vạch 100ml. Lắc đều cho đến khi dung dịch được đồng nhất. Riêng Methyl red phải pha trong EtOH vì nó không hòa tan được trong nước.
- Dung dịch Methyl orange 10-3M được chuẩn bị như sau: Cân 32,73 mg methyl cam bằng cân Toledo AG245 với sai số phép cân đạt 0,1 mg rồi cho vào bình định mức 100ml. Đổ DI vào bình định mức đến vạch 100 ml. Lắc đều cho đến khi dung dịch được đồng nhất.
- Dung dịch Crystal violet 10-3M được chuẩn bị: Cân 40,798 mg Crystal violet bằng cân Toledo AG245 với sai số phép cân đạt 0,1 mg rồi cho vào bình định mức 100ml.
Đổ DI vào bình định mức đến vạch 100 ml. Lắc đều cho đến khi dung dịch được đồng nhất
b) Chuẩn bị phim nhuộm màu
Các phim mỏng được chế tạo từ cùng dung dịch PVA có đưa thêm chất nhuộm màu khác nhau lần lượt là 1 ml Crystal violet 2x10-3M (CV/PVA), 1ml Methyl red 0,4x10-3M (MR/PVA), 5 ml methylence blue 10-3M (MB/PVA) và 0,2 ml Methyl orange (MO/PVA). Loại phim được nhuộm các màu khác nhau dùng trong nghiên cứu đánh giá độ nhạy màu với bức xạ của phim, xác định đường đặc trưng liều cho từng loại phim có chất nhuộm màu khác nhau. Chính vì vậy, phim PVA được nhuộm các màu khác nhau nhưng vẫn đảm bảo được tạo ra có cùng kích thước hình học nghiên cứu.
50
Trong nghiên cứu đánh giá sự ảnh hưởng của %PVA lên khả năng biến đổi màu của phim được chiếu xạ bởi nguồn gamma, chúng tôi sẽ tạo ra các phim có khối lượng bột PVA đưa vào khác nhau. Phim được chọn cho nghiên cứu này là loại phim được nhuộm methylence blue MB/PVA có chứa khối lượng bột PVA đưa vào với cùng thể tích dung dịch 29 ml là 0,5g, 1g, 2g, và 2,5g. Lượng chất tạo màu đưa vào mỗi dung dịch đều là 5 ml Methylene blue 10-3M. Như vậy % PVA tương ứng trong dung dịch là 1,47%, 2,94%, 5,88% và 7,35%. Sau khi được gia công chế tạo, các phim này có chứa các bề dầy phim khác nhau là 0,01 mm, 0,02 mm, 0,05 mm và 0,06 mm tương ứng với %PVA ở trên.
Để làm tăng thêm độ nhạy màu đối với bức xạ gamma, chúng tôi đưa thêm vào các chất phụ gia Sulfate Cadmium CdSO4 (M = 208,474 g/mol), Lithium Hydroxide Monohydrate LiOH.H2O (M = 41,96 g/mol), Axit Boric H3BO3 (M = 61,83g/mol), Natri Borat Decahidrat Na2B4O7.10H2O (M = 381,37 g/mol) và Lithium Fluoride LiF (M=25,94 g/mol). Hàm lượng các chất phụ gia đưa vào đảm bảo các phim tạo ra từ các chất phụ gia khác nhau, nhưng bề dày phim và như nhau. Lượng bột PVA được sử dụng là 1 g với 29 ml DI và 5 ml chất nhuộm màu Methylene blue 10-3M.
Các phim được ký hiệu là CMB, LMB, BMB1, NMB, LMB và BMB0 tương ứng với chất phụ gia Cadmium, Lithium Hydroxide Monohydrate, Axit Boric, Natri Borat Decahidrat, Lithium Fluoride và không có chất phụ gia. Bề dày phim PVA nhuộm màu của các phim có chất phụ gia khác nhau đều cùng bề dày là 0,02 mm.
Việc đưa thêm Axit Boric vào dung dịch PVA làm cho môi trường axit trong dung dịch làm phim thay đổi. Để nghiên cứu và khảo sát lượng Axit Boric đưa vào sao cho phù hợp trong phim, chúng tôi chế tạo ra các phim có chứa khối lượng Axit Boric khác nhau. Các phim mỏng MB/PVA có đưa thêm lượng Axit Boric lần lượt là 0 mg, 50 mg, 100 mg, 150 mg, 180 mg và 205 mg đưa vào với cùng thể tích dung dịch 29 ml nước DI. Lượng chất tạo màu đưa vào mỗi dung dịch đều là 5 ml Methylene blue 10-3M. Ký hiệu các phim này lần lượt là MB0/PVA, MB1/PVA, MB2/PVA, MB2/PVA, MB4/PVA, MB5/PVA tương ứng với lượng Axit Boric 0 mg, 50 mg, 100 mg, 150 mg, 180 mg và 205 mg.
51
Các dung dịch PVA có chứa chất nhuộm màu (có hay không chất phụ gia) đều được khuấy đều trên bếp khuấy từ và duy trì ở nhiệt độ từ 70oC đến 80oC cho đến khi hỗn hợp mẫu được đồng nhất. Việc duy trì nhiệt độ dung dịch PVA ở khoảng nhiệt độ nêu trên để đảm bảo dung dịch mẫu không bị sôi làm trào mẫu gây mất mẫu mà vẫn đảm bảo bột PVA được hòa tan trong nước, không bị đóng váng trên bề mặt dung dịch mẫu. Điều kiện làm mẫu ở nhiệt độ phòng. Mẫu sau khi đã ở trạng thái được đồng nhất thì chờ cho hạ nhiệt độ dung dịch mẫu đến khoảng từ 45
oC đến 50oC thì bắt đầu đổ từ từ dung dịch ra tấm kính phẳng để tạo màng mỏng.
Tấm kính với màng dung dịch sẽ được để khô tự nhiên trong vòng 72 giờ trong buồng tối. Màng PVA được bóc ra khỏi mặt kính và cắt thành những phim mỏng có kích thước 0,8cmx4cm. Các phim này sẽ được bảo quản trong túi có tráng lớp tối màu ở mặt trong, đảm bảo phim không tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng. Các mẫu phim được bảo quản trong bình hút ẩm và để ở điều kiện phòng thí nghiệm.