2.3.1.1. Khảo sát sự phụ thuộc cường độ tín hiệu của phép đo vào các tham số hoạt động plasma
Các nghiên cứu của luận án này được thực hiện với máy phổ khối ICP-MS Agilent 7500a, đặt tại Phòng thí nghiệm Trung tâm Phân tích, Viện Công nghệ xạ hiếm, Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam. Các thông số cơ bản của máy được trình bày trong phần phụ lục (phụ lục 1).
Thế hệ máy ICP-MS Agilent 7500 cho phép đo và định lượng thành phần đồng vị và tỷ số đồng vị của các nguyên tố. Chức năng này chủ yếu áp dụng trong lĩnh vực nghiên cứu địa chất và hạt nhân khi phân tích tuổi và nguồn gốc các mẫu địa chất, phân tích cấp độ làm giàu của urani [15]. Trong phần thiết lập phương pháp, đặt chế độ đo (setting the acquisition mode) có một số mode đo khác nhau áp dụng cho các mục đích nghiên cứu khác nhau. Thông thường, để xác định nồng độ của một nguyên tố, chọn một hay một số đồng vị của nguyên tố đó và đo ở mode SPECTRUM, khi đó tín hiệu phổ thu được từ 100 lần quét trong khoảng thời gian đo. Để xác định thành phần hay tỷ số đồng vị của các nguyên tố, chọn đo các đồng vị ở mode ISOTOPE ANALYSIS, khi đó tín hiệu phổ thu được từ 1000 lần quét trong khoảng thời gian đo. Thêm vào đó, thời gian dừng ở mỗi số khối trong mode ISOTOPE ANALYSIS (dwell time per mass) ngắn hơn 10 lần thời gian đó trong mode SPECTRUM [15]. Những tính năng trên mang lại kết quả là phép đo thành phần đồng vị hay tỷ số đồng vị của các nguyên tố ở mode ISOTOPE ANALYSIS cho độ chính xác cao hơn, nó được dùng khi phân tích các đồng vị để xác định tuổi địa chất. Như vậy, khi thiết lập phương pháp (METHOD) đo, chọn mode ISOTOPE ANALYSIS để xác định thành phần đồng vị của các nguyên tố.
Máy phổ khối plasma cảm ứng là một thiết bị hiện đại nhưng phức tạp, có tới gần 30 tham số hoạt động liên quan đến độ nhạy và độ chọn lọc khi phân tích hàm lượng cũng như thành phần đồng vị các nguyên tố. Các tham số thuộc về hệ thấu kính ion, hệ tứ cực, detector và các tham số thuộc về chếđộ làm việc của plasma được tối ưu hoá một cách tựđộng hoặc người phân tích có thể thay đổi cho phù hợp với từng đối tượng mẫu khác nhau. Thông thường, các tham số hoạt động plasma hay được điều chỉnh hơn các tham số còn lại. Cần khảo sát sự phụ thuộc cường độ tín hiệu của phép đo vào các tham số hoạt động plasma của máy đo như công suất cao tần (radio
frequency power - RFP), lưu lượng khí mang mẫu (carrier gas flow rate - CGFR), độ sâu mẫu (sample depth - SDe), tốc độ bơm dẫn mẫu (peripump rate - PR).
RFP là công suất điện có tần số radio cấp cho cuộn cảm bao quanh đèn torch để tạo ra plasma. Công suất RF càng lớn thì tạo ra plasma có nhiệt độ càng cao và ngược lại. Về nguyên tắc, trong một khoảng nào đó, công suất RF lớn làm tăng cường độ tín hiệu của phép đo và làm giảm sự hình thành các ion mảnh oxit và hydroxit. Tuy nhiên, cường độ tín hiệu của phép đo các đồng vị nhẹ có thể giảm nếu công suất RF quá cao. Lưu ý rằng sự phụ thuộc của cường độ tín hiệu phép đo vào công suất RF đối với các đồng vị khác nhau là khác nhau.
CGFR có ảnh hưởng rất lớn đến cường độ tín hiệu của phép đo ICP-MS. CGFR lớn tức là lượng mẫu được đưa vào vùng plasma trên một đơn vị thời gian lớn và ngược lại. Nói chung, ứng với một giá trị RFP nào đó, CGFR tăng trong một khoảng nào đó sẽ làm tăng cường độ tín hiệu của phép đo nhưng CGFR tăng quá cao sẽ làm tăng tỷ lệ các ion mảnh oxit và hydroxit.
SDe là khoảng cách giữa đỉnh nón Ni đến điểm bên phải của cuộn cảm tạo plasma. SDe ảnh hưởng lớn đến cường độ tín hiệu phổ. Về nguyên tắc, trong một khoảng nào đó, SDe giảm sẽ làm tăng cường độ tín hiệu của phép đo, đồng thời cũng làm tăng tỷ lệ hình thành các ion mảnh oxit và hydroxit.
Khảo sát sự phụ thuộc của cường độ tín hiệu của phép đo vào các tham số hoạt động plasma của máy đo được thực hiện theo phương pháp đơn biến. Khi nghiên cứu sự phụ thuộc của cường độ tín hiệu của phép đo vào RFP, các đồng vị trong dung dịch chuẩn hỗn hợp được xác định khi máy hoạt động với các tham số SDe và CGFR cố định, còn giá trị RFP được thay đổi. Khi nghiên cứu sự phụ thuộc của cường độ tín hiệu của phép đo vào CGFR, các đồng vị trong dung dịch chuẩn hỗn hợp được xác định khi máy đo hoạt động với các tham số SDe và RFP cố định, còn giá trị CGFR được thay đổi. Khi nghiên cứu sự phụ thuộc của cường độ tín hiệu của phép đo vào SDe, các đồng vị trong dung dịch chuẩn hỗn hợp được xác định khi máy đo hoạt động với các tham số CGFR và RFP cốđịnh, còn giá trị SDe được thay đổi.
Chuẩn bị dung dịch hỗn hợp các nguyên tố U, Th, Pb, Rb, Sr, Hf, nồng độ mỗi nguyên tố 20 ppb dùng để xác định các đồng vị của chúng bằng ICP-MS.
Các đồng vị 238U, 235U, 232Th, 206Pb, 207Pb, 208Pb, 85Rb, 86Sr, 88Sr, 176Hf, 177Hf,
178Hf được chọn để xác định trong quá trình khảo sát các tham số tối ưu của máy đo. Để khảo sát, tìm tham số hoạt động plasma tối ưu của máy khi xác định các đồng vị của U, Th, Pb, Rb, Sr và Hf, tiến hành xác định các đồng vị của chúng trong dung dịch hỗn hợp với điều kiện PR là 0,1 v/s còn các tham số về RF, CGFR, SDe lần lượt thay đổi như trình bày trong Bảng 2.1.
Bảng 2.1. Các tham số hoạt động plasma được thay đổi
RFP (W) 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 CGFR (L/ph) 1,00 1,05 1,10 1,15 1,20 1,25 1,30
SDe (mm) 4 5 6 7 8
Trong quá trình ion hoá mẫu trong ngọn lửa plasma, luôn luôn kèm theo sự hình thành các ion mảnh oxit và hydroxit làm giảm độ chọn lọc của phép phân tích. Sự hình thành các ion mảnh oxit và hydroxit phụ thuộc vào RFP, CGFR, SDe và PR.
Về nguyên tắc, cần lựa chọn được các tham số hoạt động plasma tối ưu để phép đo có độ nhạy cao, đồng thời sự hình thành các ion mảnh oxit và hydroxit thấp nhất, nhỏ hơn 1% và sự hình thành các ion đa nguyên tử nhỏ hơn 3%.