Xem mẫu
- CÁC PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO
Đ NH Y C A PHÉP PHÂN TÍCH
B NG QUANG PH PHÁT X
NGUYÊN T
∗
Thái Ng c Ánh
M cl c
1 M đu 2
2 Gi i h n c a ti u lu n 3
3 Phương pháp nâng cao đ nh y b ng ch t ph gia 3
4 Phương pháp nâng cao đ nh y b ng đi n trư ng, t trư ng
ngoài 4
4.1 Phương pháp nâng cao đ nh y b ng đi n trư ng ngoài . . . . . 4
4.2 Phương pháp nâng cao đ nh y b ng t trư ng ngoài . . . . . . 5
5 Phương pháp quang ph phát x c ng hư ng 5
6 K t lu n 7
∗
Khoa V t lý - ĐHKH Hu
1
- Tóm t t. Trong ti u lu n này tôi c g ng trình bày nguyên t c c a các phương
pháp nâng cao đ nh y c a phép phân tích b ng quang ph phát x nguyên t .
Đó là các phương pháp đưa vào ngu n các ch t ph gia, tác d ng lên ngu n
m t t trư ng ho c m t đi n trư ng bên ngoài, phương pháp ph phát x c ng
hư ng.
1 M đu
Chúng ta bi t r ng trong phương pháp ph phát x nguyên t (AES) ta
c n ph i có các ngu n kích thích đ t nóng m u v t và kích thích nguyên t
lên các tr ng thái năng lư ng cao. Thông thư ng quá trình này th c hi n b ng
cách đ t nóng m u v t đ n hàng nghìn đ C mà đó các m u v t ch t n t i
dư i d ng hoá hơi. Do v y ngu n sáng quang ph là y u t quan tr ng c a
phương pháp này.
Ngu n sáng quang ph đ u tiên đư c con ngư i s d ng đó là ng n l a
khí đ t như ng n l a c a h n h p khí đ t, ch ng h n h n h p khí hiđrô và oxi
cho nhi t đ c 26000 C , h n h p khí acetylence và oxi cho nhi t đ c 30000 C .
Như c đi m c a phương pháp quang ph phát x dùng khí đ t là ng n
l a trong quá trình đ t m u và công phá m u có th không n đ nh, đi u này
d n đ n nhi t đ c a m u v t có th b thăng giáng và cư ng đ phát x c a
các v ch ph cũng b thăng giáng. H u qu c a s thăng giáng này là sai s
đ n phép đo nh t là phép đo đ nh lư ng.
Phương pháp quang ph phát x s d ng thông d ng nhưng b h n ch
vì nhi t đ t i đa c a ng n l a t o ra đư c không vư t quá 30000 C . Ngày nay,
phương pháp quang ph k ng n l a thư ng đ ơc s d ng đ phân tích các
nguyên t đa lư ng có th ion hoá th p (như kim lo i ki m, ki m th như:
Mg, K, Po, Na,...). Đ phân tích các nguyên t hoá h c có th ion hoá cao hơn
b ng phương pháp quang ph phát x ngư i ta thư ng s d ng ngu n sáng
quang ph đư c t o ra b i s phóng đi n trong ch t khí, nh ng ngu n này
thư ng là ngu n phóng đi n h quang m t chi u, xoay chi u, nh ng ngu n
sáng b ng tia l a đi n cao áp, ngu n sáng Plasma (ICP).
Như v y, trong phương pháp quang ph phát x nguyên t thì ngu n sáng
quang ph đ ng m t vai trò to l n trong vi c xác đ nh c u t o c a m u. Tôi
nh n th y r ng vi c t o ra m t ngu n có nhi t đ cao, n đ nh là m t vi c làm
r t c n thi t. Mu n nâng cao ph m ch t ngu n thì ngoài y u t c u t o c a
ngu n ngư i ta còn có th đưa ra các phương pháp nh m nâng cao đ nh y
c a phép phân tích quang ph phát x nguyên t . Như đưa vào ngu n m t s
ch t ph gia thích h p, đưa vào ngu n m t đi n trư ng ho c m t t trư ng
ho c dùng phương pháp phát x c ng hư ng.
Vì các lý do trên, tôi m nh d n ch n đ tài :”Các phương pháp nâng
cao đ nh y c a phép phân tích b ng quang ph phát x nguyên t ”
2
- làm v n đ nghiên c u cho môn h c.
Do th i gian nghiên c u còn ng n nên bài vi t không tránh kh i các sai
sót, kính mong s góp ý ki n c a quý th y cô và các b n đ c đ cho bài vi t
hoàn thi n hơn.
2 Gi i h n c a ti u lu n
Do th i gian nghiên c u ít do đó trong ti u lu n này tôi c g ng trình bày
m t cách rõ ràng, c th Phương pháp nâng cao đ nh y b ng đi n trư ng
bên ngoài và t trư ng bên ngoài, còn các phương pháp khác tôi ch gi i thi u
nguyên lý và không trình bày m t cách c th .
3 Phương pháp nâng cao đ nh y b ng ch t
ph gia
Chúng ta nh n th y r ng các ngu n quang ph dùng khí đ t. Trong ngu n
này ngư i ta dùng ng n l a cháy b i các ch t khí đ t. Nhi t đ t i đa c a các
ngu n này vào kho ng t i đa là 30000 C đó là ngu n h n h p khí acetylence
và oxi. V i nhi t đ này ta không th nghiên c u đư c toàn b các nguyên t
trong b ng tu n hoàn Menđêlêep.
Đ nghiên c u đư c h u h t các nguyên t ta ph i nghĩ t i vi c nâng cao
nhi t đ c a ngu n và s n đ nh c a ngu n. Ngày nay, ngư i ta đã nghĩ ra là
c i ti n ngu n b ng cách pha thêm vào ngu n m t s ch t ph gia (các ch t
ch y có th ion hoá cao). V i cách này ngư i ta có th đưa nhi t đ c a ngu n
quang ph lên đ n c 40000 C .
Tuy nhiên, v i ngu n quang ph dùng khí đ t thì nhi t đ c a ngu n
thư ng không cao do đó ngày nay ngư i ta dùng ngu n sáng quang ph đư c
t o ra b i s phóng đi n trong ch t khí, nh ng ngu n sáng này thư ng là
ngu n phóng h quang m t chi u, h quang xoay chi u, ngu n sáng b ng tia
l a đi n cao áp, ngu n sáng plasma. Đ c đi m cơ b n c a các ngu n sáng đ c
bi t là ngu n h quang đi n cao áp, ngu n plasma ICP là nhi t đ lên t i
50000 C, 70000 C . Đ c bi t n u thêm ch t ch y có th ion hoá cao thì nhi t đ
c a ngu n có th đ t t i 10.0000 C . M u đư c tr n v i các ch t ch y có th ion
hoá cao theo m t t l phù h p nào đó. Các ch t ch y này là các mu i ho c
các oxít c a các nguyên t có th ion hoá cao.
V i nhi t đ c a ngu n quang ph đ t đ n nhi t đ 10.0000 C h u h t các
nguyên t b ion hoá, do đó các v ch phát x có ch a các ion b c 1, b c 2.
Như v y khi dùng các ngu n h quang, ngu n plasma thì ta có th phân tích
đư c h u h t các nguyên t có trong b ng tu n hoàn Menđêlêep.
3
- Như v y, n u như ta c i ti n ngu n b ng cách pha thêm vào m u m t s
ch t ch y (ch t ph gia) thì nhi t đ c a ngu n s tăng lên và nhi t đ s n
đ nh hơn nhi u.
4 Phương pháp nâng cao đ nh y b ng đi n
trư ng, t trư ng ngoài
4.1 Phương pháp nâng cao đ nh y b ng đi n trư ng
ngoài
Chúng ta bi t r ng khi m t h t mang đi n b t kì chuy n đ ng trong đi n
trư ng thì nó ch u tác d ng c a l c đi n trư ng
−
→ −
→
F d = qE
−
→
Trong đó, E là cư ng đ đi n trư ng, q là đi n tích c a h t mang đi n. N u
−
→ −
→ −
→ −
→
q > 0 thì F và E cùng phương cùng chi u, còn n u q < 0 thì F và E cùng
phương ngư c chi u.
Do v y, h t mang đi n đư c gia t c trong đi n trư ng v i gia t c, trong
đó m là kh i lư ng c a h t mang đi n.
−
→ →
−
− = F d = qE
→
a
m m
Ta có nh n xét sau, dư i tác d ng c a đi n trư ng ngoài h t mang đi n chuy n
đ ng m t cách có đ nh hư ng hơn, các h t mang đi n chuy n đ ng theo m t
dòng nh t đ nh, các h t mang đi n dương d ch chuy n theo chi u c a đi n
trư ng còn các đi n t và các ion âm d ch chuy n ngư c chi u đi n trư ng. Lý
do mà ta quan tâm sau đây: Ta bi t r ng, trong h quang đi n, đi n t là h t
có ch c năng ion hoá và chuy n đ ng c a nó xác đ nh d ng c a h quang. Vì
v y khi h t chuy n đ ng m t cách có đ nh hư ng trong đi n trư ng (t o thành
dòng) thì đ n đ nh hư ng theo tr c ng là r t cao. Đi u này có nghĩa là,
trong ng n l a h quang chuy n đ ng t p h p c a các h t mang đi n (các ion,
các đi n t ) khi có tác d ng c a đi n trư ng s tr nên n đ nh hơn. Nói m t
cách khác khi có đi n trư ng tham gia vào ngu n sáng thì ngu n h quang
s cháy đư c n đ nh hơn. S chuy n đ ng có đ nh hư ng c a các h t mang
đi n trong đi n trư ng s lôi cu n đám hơi các ch t đư c b c hơi t đi n c c
h quang làm cho nó có đ nh hư ng và t n t i lâu gi a ng n l a h quang.
Chúng s nh n đư c năng lư ng kích thích nhi u hơn và đ u hơn. Do đó v
nguyên t c có th tăng đư c đ nh y và phép l p l i c a phép phân tích.
4
- 4.2 Phương pháp nâng cao đ nh y b ng t trư ng
ngoài
Khi m t h t mang đi n bay vào t trư ng v i v n t c − b t kì thì nó
→v
s chuy n đ ng theo m t đư ng Xôlênôít mà phương c a chuy n đ ng hư ng
−
→
theo t trư ng B . Bán kính qu đ o đư c tính theo công th c
−
→
mv
v i α là góc gi a → và B
−
R= , v
eB sin α
N u α = π thì h t mang đi n chuy n đ ng theo qu đ o tròn, còn n u α = 0
2
thì không nh hư ng gì c vì không có l c tác d ng lên h t mang đi n, còn
khi α = 0, π thì h t chuy n đ ng theo đư ng xôlênôít như đã nó trên. Đó là
2
lí do quan tr ng mà chúng ta quan tâm vì nh ng lý do sau đây:
Th nh t: Ta bi t r ng, trong h quang đi n, đi n t là h t có ch c năng
ion hoá và chuy n đ ng c a nó xác đ nh d ng c a h quang. Vì v y khi h t
chuy n đ ng theo đư ng xôlênôít thì đ n đ nh hư ng theo tr c ng là r t cao
(tương t như viên đ n đi xoáy theo đư ng khương tuy n trong n ng súng).
Đi u này có nghĩa là, trong ng n l a h quang chuy n đ ng t p h p c a các
h t mang đi n (các ion, các đi n t ) khi có tác d ng c a t trư ng s tr nên
n đ nh hơn. Nói m t cách khác khi có t trư ng tham gia vào ngu n sáng thì
ngu n h quang s cháy đư c n đ nh hơn.
Th hai: Khi h t chuy n đ ng theo qu đ o xo n (đư ng xôlênôít) như
v y, chi u dài th c t mà h t di chuy n t kat t v an t (đ i v i đi n t và
ion âm) và ngư c l i t an t v kat t (đ i v i ion dương) s tăng lên đáng k
so v i trư ng h p khi nó đi th ng tr c ti p t an t v kat t và ngư c l i. Do
đó, th i gian s ng c a các h t trong vùng h quang tăng lên đáng k các h t
này t o thành m t vùng gió xoáy lôi cu n đám hơi các ch t đư c b c hơi t
đi n c c h quang làm cho nó ”s ng” lâu gi a ng n l a h quang. Chúng s
nh n đư c năng lư ng kích thích nhi u hơn và đ u hơn. Do đó v nguyên t c
có th tăng đư c đ nh y và phép l p l i c a phép phân tích.
Th ba: T bi u th c s ph thu c c a bán kính cong chuy n đ ng c a
→
−
đi n tích theo t trư ng, ta th y r ng vi c tăng t trư ng B thì bán kính cong
c a qu đ o nh l i. Có nghĩa là ta có th dùng t trư ng đ kh ng ch đám
mây h quang trong m t vùng h p theo ý mu n đ t p trung năng lư ng ch
y u lên quang h , tránh m t mát cũng như quang sai, làm tăng đ nh y và đ
l p và do đó làm tăng ph m ch t c a ph thu đư c.
5 Phương pháp quang ph phát x c ng hư ng
Theo quan đi m lư ng t khi nguyên t h p th năng lư ng hυ đúng b ng
hi u hai m c E2 − E1 thì nó chuy n t m c có năng lư ng E1 lên m c có năng
5
- lư ng E2 .
hυ = E2 − E1
Như v y n u chúng ta k t h p m t ngu n sáng ph b t kì v i m t ngu n kích
thích năng lư ng thì hi u qu s cao hơn.
Đ nâng cao đ nh y, đ n đ nh cũng như đ chính xác c a phương pháp
quang ph phát x nguyên t ngư i ta còn s d ng các ng n l a, các ngu n
đ t c i ti n hơn đó là các ngu n đư c t o ra b i tia laser, hay là plasma tia
laser, các ngu n này đư c đ t nóng b ng sóng siêu cao t ng,...
Trong các ngu n ngư i ta dùng thêm các ngu n năng lư ng kích thích
khác, k t h p v i kích thích nhi t. Các ngu n năng lư ng này có th là ngu n
sáng siêu âm cao t ng, ho c ngu n sáng laser. Các ngu n sáng b sung này
cung c p thêm năng lư ng sao cho quá trình kích thích các nguyên t c a các
nguyên t c n phân tích đ t đ n tr ng thái c ng hư ng.
Như v y, khi các ngu n sáng quang ph dùng b ng khí đ t hay h quang,
hay ngu n plasma. N u k t h p thêm các ngu n kích thích khác thì nhi t đ
c a ngu n s tăng lên, khi các nguyên t c a các nguyên t c n phân tích đ t
đ n tr ng thái c ng hư ng thì chúng s phát x c ng hư ng do đó ph ta thu
đư c có cư ng đ l n và như v y v nguên tác ta đã nâng cao đư c đ nh y
và đ n đ nh c a ngu n quang ph .
6
- 6 K t lu n
Phương pháp phân tích quang ph phát x nguyên t s ti n hành m t
cách có hi u qu , chính xác hơn n u như chúng ta có các ngu n sáng quang
ph n đ nh và có nhi t đ cao. Ngày nay, ngoài vi c ngư i ta c g ng nghiên
c u đ đưa ra các ngu n có nhi t đ và đ n đ nh cao thì ngư i ta cũng
c g ng đưa ra các phương pháp nâng cao đ nh y c a phép phân tích b ng
quang ph .
Các k t qu đ t đư c c a ti u lu n:
• Đã nêu lên đư c s c n thi t c a vi c nâng cao đ nh y c a phép phân
tích quang ph phát x nguyên t .
• Đã gi i thi u đư c ba phương pháp nâng cao đ nh y đó là phương pháp
s d ng ch t ph gia, phương pháp s d ng đi n trư ng và t trư ng
bên ngoài, phương pháp phát x c ng hư ng.
• Đã trình bày m t cách khá chi ti t v nguyên t c c a các phương pháp
nói trên, trong đó trình bày k phương pháp dùng đi n trư ng và t
trư ng bên ngoài.
Do th i gian nghiên c u còn h n ch nên trong bài vi t không tránh kh i
nh ng sai sót kính mong s góp ý chân thành c a quý th y cô và b n đ c
đ bài vi t hoàn thi n hơn. Hoàn thành bài vi t này tôi xin chân thành c m
ơn th y giáo PGS. TS Nguy n Th Vư ng ngư i đã tr c ti p hư ng d n
chúng tôi h c ph n này, xin chân thành c m ơn h c viên Bùi Ti n Đ t ngư i
đã góp ý cho tôi hoàn thành bài vi t này.
Hu , tháng 06 năm 2007.
H c viên th c hi n: Thái Ng c Ánh
Tài li u
[1] Nguy n Văn T o, "Nghiên c u nâng cao đ nh y c a phép phân tích quang
ph phát x c ng hư ng b ng phương pháp nâng cao ph m ch t c a ngu n
sáng kích thích", Lu n văn th c s , Trư ng Đ i h c Khoa h c, Đ i h c
Hu , 1995.
[2] Thomas J. Manning and William R. Grow, "Inductively Coupled Plasma -
Atomic Emission Spectrometry", Department of Chemistry Valdosta State
Univesity.
7
nguon tai.lieu . vn
