Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng (BET)- 123docz.net

1.8. Các sản phẩm chính của quá trình nung cao lanh

1.10.1. Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng (BET)

~ Phương pháp này dựa trên các phép đo khối lượng hắp phụ vật lý của khí trơ

(khí argon hoặc nitơ) trên bề mặt rắn.

~ Lý thuyết hấp phụ đảng nhiệt được phát triển bởi Brunauer-Emmett-Teller (BET) cho phép xác định lượng khí để trang trải bề mat vững chắc với một

lớp đuy nhất của các phân tử khí. Tổng diện tích bể mặt (A,) được cho bởi:

Ay n*ứ

6 là diện tích bề mặt hao phú bởi một phân tử khi

n là số phân tử trong khỏi lượng khí để tạo thành một đơn phân tử.

Phương pháp sử dụng đường cong áp lực thủy ngân mao mạch.

1.10.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) [3]

- Tia X (hay tia Rontgen) là hức xạ điện từ năng lượng cao, có bước sóng từ

vài đến vài trăm A", có năng lượng trong khoảng 200 eV đến 1 MeV, nằm giữa tia B và tia cực tim (L/V) trong phế điện tử.

~ Giản đề nhiễu xe tia X- là đồ thị biểu điển mối quan hệ giữa cường độ các

peak theo góc nhiều xạ 20

GVHD: TS. Phan Thị Hoàng (anh SVTH: Nguyễn Ngọc Yến

~ Trục tung là cường độ peak. trục hoành là giá trị 20.

— Góc 20 được tính toán dựa theo phương trình Braggs:

2d sin® = nà,

2d sin0 = 22 hay 3À... ta nói đó là sy phản xạ bậc 2, bậc 3... Trong thực

nghiệm, người ta thường chọn bậc phản xạ bằng 1, nên phương trình Bragg

được viết lại:

2d sin0 =i

~ Ứng dụng chính của định luật Bragg là để xác định khoảng cách mạng d khi

đã biết 2. và góc tới 8 tương ứng với vạch thu được.

1.10.3. Phương pháp kính hiến vi điện từ quét (SEM) [3]

Kính hiển vi điện tử quét là loại kính hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với độ phân

giải cao bằng cách sử dụng một chùm điện tử hẹp quét trên bề mặt mẫu. Việc tạo ảnh của mẫu vật được thực hiện thông qua việc ghi nhận và phân tích các bức xạ

phát ra từ tương tác của chùm điện tir với bể mặt mẫu vật.

> Ưu điểm

không thấp.

¢ Các thao tác điều khiển đơn giản hơn rất nhiều khiến cho nó rất dễ sử dụng.

ôGiỏ thành thấp.

+ Nhược điểm

1.10.4. Phương pháp nhiễu xạ huỳnh quang tia X (XRF) [9}

1.10.4.1, Nguyên tắc cơ bản

~ Khi mẫu được chiếu xạ với một nguồn photon hoặc bắn phá với các hạt năng lượng cao (từ 5 đến 100 keV). Quang phổ XRF được tuo thành từ bức xạ có bước sóng và cường độ đặc trưng cho các nguyên tử có trong mẫu.

Trang | 20

GVHD: TS. Phan Thị Hoàng Oanh SVTH: Nguyễn Ngọc Yến

~ Các phương thức kích thích có thé gây huỳnh quang tia X là khác nhau:

photon hoặc các hat electron, proton, tia a. Dù bất kì phương pháp nào, sự

phát xạ tia X vẫn mang một quang phổ giống hệt nhau.

Vì mỗi nguyên tế có một ký hiệu và hình dạng khác nhau, sự hiện diện và nồng độ của nguyên tế trong mẫu có thể được xác định.

Huynh quang tia X của một nguyên tử cô lập gdm 2 bước:

1.10.4.2. Ưu, nhược điểm + Ưu điểm

XRF không cần phá hủy mẫu và có thể phân tích nhanh chóng với độ chính

xác cao.

Có thể phân tích cùng lúc nhiều nguyên tố (Z=9 đến Z=92).

Giới hạn phát hiện định lượng có thể đạt đến ppm (10° g/g) vì sai số phân

tích có thé đạt tới cực nhỏ (gan bằng 0,1%).

Đối tượng phân tích đa dạng: rắn, lỏng, khí.

Nhược điểm

Trong thực tế, các phố kế thương mại rất hạn chế trong khả năng đo chính xác các nguyên tế có Z < I I ở hầu hết các vật liệu đất tự nhiên.

XRF phân tích không thể phân biệt các biến thể trong số các đồng vị của một

nguyên tế. Do đó, các phân tích này thường xuyên được thực hiện với các

dụng cụ khác.

XRF phân tích không thé phân biệt các ion của cùng một nguyên tố trong

những trạng thái hóa trị khác nhau. Do đó, những phân tích của đá và khoáng sản được thực hiện với kÿ thuật khác.

1.10.4.3. Ứng đụng

Do những tinh năng ưu việt. phương pháp phân tích huỳnh quang tia X có

phạm vị ứng dung ngảy càng rộng rãi. Ở nước ta trong 10 năm gần đây,

Trang | 21

GVHD: TS. Phan Thị Hoàng Canh SVTH: Nguyễn Ngọc Yến phương pháp phân tích vi lượng bằng bức xạ tia X đã được áp dụng trong một số lĩnh vực sau:

Trong ngành luyện kim: xác định thành phần nguyên tế trong các hợp kim.

Phân tích nguyên liệu cho gồm. sứ, xi măng, thủy tinh và các hóa phẩm.

Quặng mỏ: điều tra khoáng sản.

Xác định bề dày lớn mạ.

Định tuổi các kim loại quý: Au, Ag, Pt,...

Xác định nồng độ chi trong sơn. giấy dán tường,...

Xác định hàm lượng K. Ca. F, P,... trong phân bón.

Trong kỹ thuật phim ảnh: xác định ham lượng Ag.

Phân tích môi sinh: xác định hàm lượng Pb, Hg, Sb, Cu trong không khí.

Trong kỹ thuật dau thô và cao su: xác định hàm lượng Cu, Ni, S.

Kỹ thuật giấy: xác định hàm lượng Ti.

1.10.5. Phương pháp phân tích nhiệt (TGA) [4]

Phương pháp phân tích khối lượng nhiệt là phương pháp khảo sát sự thay đối

khối lượng của chất theo nhiệt độ, khi chất được đặt trong lò nung có chương trình thay đổi nhiệt độ được kiểm soát chặt chẽ.

Từ giản đồ phân tích nhiệt có thể xác định:

se Đường cong phân hủy của chất

Đường cong TG có khói lượng (phần trăm mắt khối lượng hay phần tram khối lượng còn lại) được vẽ trên trục tung và giảm dần xuống, nhiệt độ T

(hay thời gian t) được vẻ trên trục hoành và tăng dần từ trái sang phải.

Nhiéu chất có các phan img mắt khối lượng xảy ra liên tục trong một khoảng

nhiệt độ nào đó, nên chỉ dùng đường cong TG sẽ không thể phát hiện có được bao nhiêu phan ứng đã xảy ra trong khoảng nhit độ đó. Vì vậy, cần

dùng thêm đường cong Í)l (:.

Trang | 22

GVHD: TS. Phan Thị Hoàng Oanh SVT: Nguyễn Ngọc Yến

~ Đường cong DTG là đường cong đạo hàm bậc một của khối lượng mắt, biểu diễn tốc độ thay đổi khỏi lượng của chất. Các phản ứng có tốc độ thay đổi khối lượng khác nhau nên sẽ cho các peak khác nhau trên đường cong DTG.

— Đường cong DTA có sự chênh lệch nhiệt độ T thường được vẽ trên trục tung

với quy ước: phản ứng thu nhiệt hướng xuống dưới, nhiệt độ hay thời gian được vẽ trên trục hoành và tăng dan từ trái sang phải.

~ Từ đường cong DTA, ta có thé xác định:

quá trình đó là thu nhiệt hay tỏa nhiệt.

phương pháp nhiều xạ gặp nhiều khó khăn.

1.10.6. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) [5]

1.10.6.1. Các khái niệm

~ Dao động hóa trị: dao động nén và giãn doc theo trục liên kết, thường được

ký hiệu là v.

-_ Dao động biến dạng: l3 dao động làm thay đổi góc liên kết, thường được ký

hiệu là 6.

~ Lực làm thay đổi góc liên kết thường nhỏ hơn lực làm thay đổi độ dài liên

kết. Do đó, năng lượng của dao động biến dạng sẽ nhỏ hơn so với năng

lượng của dao động hóa trị.

Ss đồ Sy

Hình a Hình b Hình c

e Ở hình a, liên kết nay bị giãn ra thi liên kết kia bị nén lại nên được gọi là đao động hóa trị bat đối xứng. ký hiệu là v,.

e Ở hình b, liên kết bi giần ra hay nén lại đồng thời nén được gọi là liên kết hóa trị đối xứng. ky hiệu là +.

Trang | 23

GVHD: TS. Phan Thị Hoàng Canh SVTH: Nguyễn Ngọc Yến

~ Các dao động trong phân tứ có ảnh hưởng và làm biến đổi nhau. Ngoài ra, có rất nhiều dao động gân giông nhau và cùng thể hiện ở một vùng tần số hẹp.

Từ đó, tạo thành I van phỏ chung. Vì thế, rất khó khăn để phân tách tỷ my tất cả các dao động. Trong trường hợp này, người ta quan tâm đến đao dộng của một nhóm các nguyên tử trong phân tử. Khi đó, có thể hy vọng rằng các

nhóm nguyên tử giống nhau trong phân tử khác nhau sẻ thể hiện dao động tổ

hợp của chúng ở những khoảng tần số giếng nhau (gọi là tần số đặc trưng của nhóm). Biết được tân sé đặc trưng của nhóm, ta có thể nhận ra sự có mặt

của nhóm nguyên tử đỏ trong phân tử.

1.10.7. Phương pháp hắp thụ nguyên tử AAS [1]

~ Trong điều kiện bình thường. nguyên tử không thu và cũng không phát ra năng lượng đưới dang các bức xạ, ta gọi nguyên tử thn tại ở trạng thái cơ bản, trạng thái bền vững và có năng lượng thấp nhất. Khi nguyên tử ở trạng thái hơi tự do, nếu ta chiếu một chùm tia sáng (tần số xác định) vào đám hơi nguyên tử, thì các nguyên tir tự do đó sẽ hấp thụ các bức xạ có bước sóng nhất định ứng đúng với những tia bức xạ ma nó có thé phát ra được trong

quá trình phát xạ của nỏ. Lic này nguyên tử đã nhận năng lượng của các tia

bức xạ chiếu vào nó va nó chuyến lên trạng thái có năng lượng cao hơn.

trạng thái hơi và tạo ra phé nguyên tử của nguyên tổ đó. Phổ sinh ra trong quá trình này được goi là phổ hap thụ nguyên tử.

~ _ Nếu gọi năng lượng của tia sáng đã bị nguyên tử hấp thụ là E thi ta có:

E. = (Ea - E,) = hv = h.c 4.

E,, và E, là năng lượng của nguyên tử ở trạng tha: cơ bản va trạng thái kích thích n.

h là hằng số Plank

c là tốc độ của ánh sáng trong chân không.

). là độ dai sóng của vach phê hap thụ.

Trang | 24

GVHD: TS. Phan Thị Hoàng Oanh SVTH: Nguyễn Ngọc Yến

~ Như vậy, ứng với mỗi giá trị năng lượng E mà nguyên tử đã hp thụ ta sẽ có

một vạch phổ hấp thụ với độ dài bước sóng đặc trưng cho quá trình đó, nghĩa là phổ hắp thụ của nguyên tử cũng là phd vạch.

> Ưu điểm

Độ nhạy của phương pháp ngọn lửa đối với chi là 0.1 ng/.

Ít tốn nguyên liệu mẫu, tốn it thời gian, không cần phải dùng nhiều hóa chất tinh khiết cao khi làm giàu mẫu.

Mặt khác cũng tránh được sự nhiễm bắn mẫu khi xử lí qua các giai đoạn

phức tạp.

Thao tác thực hiện dé dàng.

Có thé xác định đồng thời hay liên tiếp nhiều nguyên tế trong một mẫu.

Các kết quả phân tích dn định, sai số nhỏ. Trong nhiều trường hợp sai số không quá 15% với vùng nông độ cỡ | - 2 ppm.

% Nhược điểm

Giá thành cao.

Do phép đo có độ nhạy cao, cho nên sự nhiễm bắn rất có ý nghĩa đối với kết quả phân tích hàm lượng vết đòi hỏi các đụng cụ hóa chất dùng trong

phép đo phải có độ tinh khiết cao,

Trang thiết bị máy móc khá tinh vi và phức tạp. Do đó cin phải có kĩ sư có trình độ cao để bảo dưỡng và chăm sóc, cần cán bộ làm phân tích công

cụ thành thạo để vận hành máy.

Chỉ cho ta biết thành phần nguyên tố của chất ở trong mẫu phân tích mà

không chỉ ra trạng thái liên kết của nguyên tố ở trong mẫu.

1.10.7.1. Đối tượng và phạm vi ứng dụng của AAS

Có thể định lượng được hau hết các kim loại (khoảng 65 nguyên tổ) và một số á kim đến giới hạn nông độ cờ ppm bằng kĩ thuật F-AAS với sai số không lớn

hơn 15%.

1.10.7.2. Ứng dụng

~ Xác định các kim loại trong các mẫu quặng, đất, đá, nước khoáng, các mẫu

Trang | 25

GVHD: TS. Phan Thị Hoàng Oanh SVTH: Nguyễn Ngọc Yến của y học, sinh học, các sản phẩm nông nghiệp, rau quả, thực phẩm, nước uống, các nguyên tố vi lượng trong phân bón, trong thức ăn gia súc,...

~ Bên cạnh các kim loại. một vai 4 kim như Si, P, S, Se, Te cũng được xác

định bằng phương pháp phân tích nay,

- Nó cũng đã và đang được sử dụng như là một công cụ phân tích đắc lực cho

nhiều ngành khoa học và kinh 1é.

1.10.7.3. Kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa

— Sử dụng năng lượng nhiệt của ngọn lửa đèn khí để hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu phân tích. Vì thế mọi quá trình xảy ra trong khi nguyên tử hóa mẫu phụ

thuộc vào các đặc trưng vả tính chất của ngọn lửa đèn khí, nhưng chủ yếu là nhiệt độ của ngọn lửa. Dó là yếu tế quyết định hiệu suất nguyên tử hóa mẫu

phân tích, và mọi yếu 14 ánh hưởng đến nhiệt độ của ngọn lửa đèn khí đều

ảnh hưởng đến kết quả.

— Ngọn lửa đèn khí muốn dùng vào mục đích để hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu phân tích cần phải thoả mãn một số yêu cầu nhất định sau đây: