Nghiên cứu xác định đồng thời các nguyên tố đất hiếm và một số nguyên tố phụ gia trong lớp phủ bảo vệ bề mặt kim loại đen bằng phương pháp phối phổ plasma cảm ứng (ICP-MS)
lượt xem 4
download
Điều kiện tối ưu được nghiên cứu để xác định lượng vết của các nguyên tố đất hiếm và một số nguyên tố phụ gia như Mn, Ni, Zn bằng phương pháp khối phổ Plasma cảm ứng (ICP-MS). Ảnh hưởng của ion khối đa nguyên tử LnO+ tới việc xác định nguyên tố đất hiếm được nghiên cứu. Sau đó xác định điều kiện tối ưu để phân tích lượng vết nguyên tố đất hiếm và nguyên tố phụ gia Mn, Ni, Zn trong lớp phủ để cho độ chính xác cao.
Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!
Nội dung Text: Nghiên cứu xác định đồng thời các nguyên tố đất hiếm và một số nguyên tố phụ gia trong lớp phủ bảo vệ bề mặt kim loại đen bằng phương pháp phối phổ plasma cảm ứng (ICP-MS)
- Khoa hoïc - Coâng ngheä Nghieân cöùu xaùc ñònh ñoàng thôøi caùc nguyeân toá ñaát hieám vaø moät soá nguyeân toá phuï gia trong lôùp phuû baûo veä beà maët kim loaïi ñen baèng phöông phaùp khoái phoå plasma caûm öùng (ICP-MS) Cao Việt1, Nguyễn Văn Ri2, Phạm Tiến Đức2 1 Trường Đại học Hùng Vương Phú Thọ 2 Trường Đại học Khoa học tự nhiên ĐHQGHN TÓM TẮT Điều kiện tối ưu được nghiên cứu để xác định lượng vết của các nguyên tố đất hiếm và một số nguyên tố phụ gia như Mn, Ni, Zn bằng phương pháp khối phổ Plasma cảm ứng (ICP-MS). Ảnh hưởng của ion khối đa nguyên tử LnO+ tới việc xác định nguyên tố đất hiếm được nghiên cứu. Sau đó xác định điều kiện tối ưu để phân tích lượng vết nguyên tố đất hiếm và nguyên tố phụ gia Mn, Ni, Zn trong lớp phủ để cho độ chính xác cao. Từ khoá: nguyên tố đất hiếm, ICP-MS, lớp phủ, ion khối đa nguyên tử LnO+ 1. Mở đầu kim loại đen CT3. Một trong những biện pháp chống ăn mòn kim 2. Phương pháp nghiên cứu loại là sử dụng lớp phủ phôtphat hóa bề mặt. Để 2.1. Chế tạo lớp phủ theo hướng gia nhiệt tăng hiệu quả bảo vệ của lớp phủ phôtphat hóa Tất cả các mẫu nghiên cứu đều được chế tạo có thể đưa thêm lượng nhỏ phụ gia là các nguyên trên những tấm thép CT3 có kích thước 50×100 tố đất hiếm (NTĐH) và một số kim loại chuyển mm, chiều dày 0,8 ÷ 1,0 mm và thành phần hoá tiếp như Mn, Ni... [1]. Chỉ với một lượng nhỏ học theo TCVN 1765 – 75/ ( là: 0,18 ÷ 0.21 % C; các chất phụ gia đó có tác dụng tăng độ bền của 0,40 ÷ 0,65 % Mn; 0,12 ÷ 0,30 % Si; P max: 0,04 %, lớp phủ, chống ăn mòn, bảo vệ kim loại khỏi môi S max: 0,05 %, Cr max : 0,30%, Ni max :0,30%). trường gây hại đồng thời cũng có thể nâng cao Những tấm thép này trước khi được nhúng vào hiệu quả thẩm mỹ của lớp phủ, làm cho lớp phủ dung dịch phủ được làm sạch bề mặt bằng cách: mịn và sáng hơn. Việc xác định chính xác hàm đánh gỉ bằng máy lắp phớt (chổi đánh gỉ), tẩy sạch lượng các phụ gia này vì thế có ý nghĩa vô cùng dầu mỡ bằng dung dịch xút nóng, tẩy nhẹ qua quan trọng. Tuy nhiên, lượng đất hiếm có trong dung dịch axit loãng rồi rửa sạch qua dòng nước lớp phủ thường rất nhỏ [1]. Do đó, để định lượng chảy. chính xác người ta thường sử dụng các phương Quá trình chế tạo được diễn ra như hình 1. pháp phân tích hiện đại có độ nhạy, độ chọn lọc Chế tạo dung dịch phun sương bằng cách lấy cao như ICP-OES, ICP-MS. Song trong phương lượng các chất CeCl3, MnCl2, Zn(NO3)2, NiSO4, pháp ICP-MS, quá trình nguyên tử hóa mẫu và NH2OH.HCl thêm nước cất đến 1 lít. ion hóa nguyên tố phân tích thường xuất hiện ion Dung dịch thu được đem phun sương bằng khối đa nguyên tử dạng Monoxit (LnO+) [1,2,3,4]. máy nén khí trong hơi NH3 đặc. Sương thu được Công trình này nghiên cứu một số điều kiện giảm được hóa lỏng trong dung dich NH3 rất loãng. thiểu ảnh hưởng của các ion LnO+ của NTĐH và Phun sương với tốc độ dòng nhỏ, phun trong sử dụng phương pháp ICP-MS để xác định các khoảng 10 phút được dung dịch có màu hơi xanh nguyên tố phụ gia trong lớp phủ bảo vệ bề mặt thì ngừng. 6 Ñaïi hoïc Huøng Vöông - K hoa hoïc Coâng ngheä
- Khoa hoïc - Coâng ngheä Dung dịch Phun sương Hỗn hợp keo Sục CO2 Hỗn hợp muối phun sương hiđroxit cácbonat Trộn (NH4)2HPO4 Sản phẩm Nhúng tấmdịch Dung kim loại Phun sương Hỗn hợp keo Sục CO2 Hỗn h Solgel Gia nhiệt phun sương hiđroxit các Dung dịch Phun sương Hỗn hợp keo Sục CO2 Hỗn Hình 1: Sơ đồ quy trình chế tạo lớp phủ theo hướng gia nhiệt phun sương hiđroxit c Dung dịch thu được sau khi phun cho sục CO2 3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện trong 1,5h. Ta được hỗn hợp cacbonat và hydroxit đến cường độ vạch phổ của đất hiếm, kẽm, mangan, niken và sắt. Công suất nguồn RF, lưu lượng khí mang Để tạo dung dịch phủ: trộn cacbonat với (LLKM), thế thấu kính ion là những Nhúng tấm kimyếu tố có loại (NH4)2HPO4 theo các tỉ lệ khác nhau. Sản phẩm So ảnh hưởng khá lớn đến độ nhạy Giavà độ chọn lọc nhiệt Nhúng tấm sắt đã được xử lý bề mặt vào dung của phương pháp ICP-MS.Nhúng Các thông số này tấm kim loạirất Sản phẩm dịch phủ trong 10 phút. Hình 1: Sơ đồ quy trình cần được xem xét và tối ưu. Nghiên chế tạo cứu sự phủ Gia nhiệtlớp phụ theo hướng Sau đó sấy khô bằng máy sấy. thuộc của cường độ vạch phổ vào LLKM và RF Tiếp tục mang đem nung với các chế độ nhiệt khi xác định Hình các 1: Sơ đồ cho NTĐH quy thấy trìnhảnh chếhưởng tạo lớpcủa phủ theo hướn khác nhau. các thông số trên đối với tỉ số khối LnO+/Ln+ gần Sau khi nung để nguội đến nhiệt độ phòng ta như tương tự nhau đối với các NTĐH nhẹ [4]. được sản phẩm. Do đó trong nghiên cứu này, với mục đích xác 2.2. Phân tích thành phần lớp định các NTĐH nhẹ, chúng tôi chỉ tiến hành khảo phủ pyrophotphat Sử dụng phương pháp ICP-MS để xác địnhHình 2: Ảnh nguyên tố hưởng của công suất RF phụ gia trong lớp phủ bảo vệ bề mặt kim loại đen. Thiết bị, dụng cụ và hoá chất sử dụng gồm: - Máy khối phổ plasma cảm ứng, Elan 9000 – Perkin Elmer (Mỹ). Hình 2: Ảnh hưởng của công suất RF - Axit HNO3 65% Specpure, Merck. Hình 2: Ảnh hưởng của công suất RF - Dung dịch chuẩn 14 NTĐH riêng rẽ, 1000ppm của Merck. - Dung dịch chuẩn các nguyên tố Fe, Mn, Ni, Zn; 1000ppm của Merck. Hình 3: Ảnh hưởng của LLKM - Dung dịch chuẩn hỗn hợp 10ppm của 14 NTĐH của hãng Perkin Elmer. - Nước siêu sạch 18,2 . - Khí Argon 99,999%. 7 3. Kết quả thực nghiệm và thảo luận Hình 3: Ảnh hưởng của LLKM Ñaïi hoïHình c Huø3: ngẢnh hưởng Vöông - Kcủa LLKM hoa hoï c Coâng ngheä 7
- Khoa hoïc - Coâng ngheä sát điều kiện công suất nguồn RF, LLKM và thế thấu kính ion trên nguyên tố Ce . Kết quả khảo sát được biểu diễn trên hình 2, hình 3 và hình 4. Khi tăng công suất RF thì cường độ vạch phổ của ion Ce+ có xu hướng tăng dần còn vạch phổ CeO+ có xu hướng giảm dần nhưng đến một giá trị RF xác định thì cường độ vạch phổ của Ce+ có xu hướng Hình 4: Ảnh hưởng của thế thấu kính ion giảm chậm.Hình Với công suất 4: Ảnh RF bằng hưởng Hình 4: Ảnh hưởng của thế thấu kính ion của thế thấu kính ion 1050W cho tỷ lệ Ce+/CeO+ là lớn Bảng 1: Các thông số được chọn để định lượng NTĐH tr Bảng 1: Các thông số được chọn để địnhBảng 1: NTĐH lượng Các thông số được trong chọn để định lượng NTĐH trong lớp phủ Thông số Giá trị được chọn Thông số Thông số Thông số Thông số Giá trị được chọn GiáGiá trị trị được chọn được chọn Thông số Công suất RF 1050W Số lần quét kh Công suất RF 1050W Công suất RF Số lần quét khối 1050W 20 lần Số lần quét khối Lưu lượng khí mang (LLKM) 0,95L/phút Độ sâu Plasma Lưu lượng khí mang (LLKM) Lưu lượng khí mang 0,95L/phút Độ (LLKM) sâu Plasma 0,95L/phút Chỉnh ở tối ưu Độ sâu Plasma Lưu lượng Ar tạo Plasma 15,0L/phút Tốc độ bơm rử Lưu lượng Ar tạo Plasma Lưu lượng Ar tạo Tốc 15,0L/phút Plasma độ bơm rửa 15,0L/phút 48 vòng/phút Tốc độ bơm rửa Thế thấu kính ion 8,0V Tốc độ bơm m Thế thấu kính ion 8,0V Thế thấu kính ionTốc độ bơm mẫu8,0V26 vòng/phút Tốc độ bơm mẫu Thế xung cấp 1000V Các thông số k Thế xung cấp 1000VThế xung cấp Các thông số khác1000V Đặt ở Auto Các thông số khác Thế quét phổ trường Tứ cực Auto theo m/Z Thế quét phổ trường Tứ cực Thế quét Auto theo m/Z phổ trường Tứ cực Auto theo m/Z nhất và tín hiệu cường độ vạch phổ Bảng Bảng 2: Giới hạn một số kim loại cho phép đo phổ Xeri Bảng+ 2: Giới hạn một số kim loại cho phép 2:phổ đo GiớiXeri hạn một số kim loại cho phép đo phổ Xeri Ce cao. Nguyên tố phân tích Giới hạn cho phép đo phổ Xeri Nguyên tố phân tích Giới hạn cho Nguyên phép đo tố phân phổ Xeri tích Giới hạn cho phép đo phổ Xeri Khi tăng dần LLKM thì cường Fe ≤ 500ppm độ vạch phổ Ce+ và CeO Fe+ ≤đều có 500ppm Fe ≤ 500ppm Ce 100ppb Mn, Ni, Zn ≤ 100ppm xu 100ppb Ce hướng tăng dần sau đó giảm Ce 100ppb Mn, Ni, Zn ≤ 100ppm Mn, Ni, Zn ≤ 100ppm nhanh, xuất hiện cực đại của tín hiệu đo. Do đó, cần chọn LLKM kim loại chuyển tiếp. Do đó, cần nghiên cứu giới sao cho khi tỷ lệ Ce+/CeO+ là lớn nhất. Hình 2 cho hạn ảnh hưởng của các nguyên tố đó khi xác định thấy chọn LLKM là 0,95L/phút là tối ưu nhất. lượng vết các nguyên tố đất hiếm bằng phương Tín hiệu phổ của ion Ce+ và CeO+ có xu hướng pháp ICP-MS với các điều kiện tối ưu ở phần 3.1. tăng dần khi tăng thế thấu kính ion nhưng đến Khảo sát ảnh hưởng của một số ion kim loại có một giá trị thế nhất định thì cường độ vạch phổ trong lớp phủ và phân tích phương sai một yếu tố của Ce+ có xu hướng giảm dần trong khi cường độ (ANOVA one way) tìm được giới hạn ảnh hưởng vạch phổ CeO+ ít thay đổi. Kết quả khảo sát cho thấy khi thế thấu kính ion tối ưu bằng 8,0V cho của Fe, Mn, Ni và Zn tới phép đo ICP-MS xác cường độ tín hiệu của Ce+ lớn nhất. định Ce ở bảng 2. Ngoài các thông số quan trọng trên, độ sâu 3.3. Kết quả thành phần các NTĐH và các mẫu, thế quét phổ trong trường tứ cực, số lần quét nguyên tố khác khối cũng được khảo sát và chọn ở bảng 1. Thành phần các NTĐH (nhất là đất hiếm nhẹ) 3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số ion có ý nghĩa vô cùng quan trọng tới chất lượng lớp trong mẫu phủ. Thực tế lượng đất hiếm đi vào lớp phủ là Trong thành phần lớp phủ, ngoài lượng nhỏ khác nhau, nên việc định lượng các NTĐH 8 trong 8 8 các nguyên tố đất hiếm còn có phụ gia là một số dung dịch đầu vào và trong mẫu lớp phủ rất cần 8 Ñaïi hoïc Huøng Vöông - K hoa hoïc Coâng ngheä
- Khoa hoïc - Coâng ngheä Bảng3: Thành phần NTĐH trong mẫu dung dịch phun sương và lớp phủ Bảng3: Thành phần NTĐH trong mẫu dung dịch phun sương và lớp phủ Dung dịch phun sương Lớp phủ Mẫu Dung dịchtốphun sương Nguyên Lớp phủ Mẫu Nguyên tố Cppm Tỉ lệ (%) Cppb Tỉ lệ (%) Cppm Tỉ lệ (%) Cppb Tỉ lệ (%) La 32,059 29,72 3,941 24,50 La 32,059 29,72 3,941 24,50 Ce 53,169 49,29 8,567 53,25 Ce M1 53,169 49,29 8,567 53,25 M1 Pr 7,323 6,79 0,979 6,08 Pr 7,323 6,79 0,979 6,08 Nd 15,323 14,20 2,601 16,17 Nd 15,323 14,20 2,601 16,17 La 32,059 29,72 5,880 28,27 La 32,059 29,72 5,880 28,27 Ce 53,169 49,29 10,498 50,47 Ce M2 53,169 49,29 10,498 50,47 M2 Pr 7,323 6,79 1,315 6,32 Pr 7,323 6,79 1,315 6,32 Nd 15,323 14,20 3,106 14,93 Nd 15,323 14,20 3,106 14,93 La 32,059 29,72 2,827 25,04 La 32,059 29,72 2,827 25,04 Ce 53,169 49,29 5,657 50,08 Ce M3 53,169 49,29 5,657 50,08 M3 Pr 7,323 6,79 0,714 6,32 Pr 7,323 6,79 0,714 6,32 Nd 15,323 14,20 2,099 18,58 Nd 15,323 14,20 2,099 18,58 La 32,059 29,72 4,216 26,25 La 32,059 29,72 4,216 26,25 Ce 53,169 49,29 8,241 51,31 Ce TB 53,169 49,29 8,241 51,31 TB Pr 7,323 6,79 1,003 6,24 Pr 7,323 6,79 1,003 6,24 Nd 15,323 14,20 2,602 16,20 Nd 15,323 14,20 2,602 16,20 Bảng 4: Hàm lượng các nguyên tố phụ gia trong lớp phủ Bảng 4: Hàm lượng các nguyên tố phụ gia trong lớp phủ Hàm lượng (mg/dm2) thiết để từ đó chọn được tỉ lệ phù Hàm lượng (mg/dm2) Mẫu Mẫu Mn Ni Zn hợp nhất. Xác định lượng đất hiếm Mn Ni Zn trong mẫu dung dịch phun sương M1 1,984 0,040 0,016 M1 1,984 0,040 0,016 và mẫu lớp phủ theo đường chuẩn M2 1,580 0,051 0,019 M2 1,580 0,051 0,019 bằng phương pháp ICP-MS M3 thu 1,532 M3 0,046 1,532 0,017 0,046 0,017 được kết quả thể hiện ở bảng 3. TB 1,699 TB 0,046 1,699 0,017 0,046 0,017 Tỉ lệ của các NTĐH trong dung LnO tới phép đo. Kết quả định lượng mẫu thực + dịch phun sương (đầu vào) và trong lớp phủ (đầu tế cho thấy có thể phân tích trực tiếp các NTĐH ra) tương đối giống nhau. Có thể khẳng định và các nguyên tố phụ gia khác có trong lớp phủ thành phần phụ gia đất hiếm trong dung dịch phun sương không thay đổi khi đi vào lớp phủ bằng phương pháp ICP-MS mà không cần phải pyrophotphat. qua khâu tách chiết và làm giàu. Ngoài các NTĐH, thành phần các nguyên tố Tài liệu tham khảo kim loại chuyển tiếp cũng hỗ trợ làm bền hóa lớp [1]. Hiroaki Onoda, Kazuo Kojima, Hiroyuki phủ cũng như làm tăng độ mịn của bề mặt lớp Nariai (2006), Additional effects of rare earth phủ nên cần được phân tích chính xác. Kết quả elements on formation and properties of some định lượng các nguyên tố phụ gia khác được chỉ transition metal pyrophosphates, Journal of alloys ra ở bảng 4. and compounds. Vol 408, pp 568 – 572 4. Kết luận [2]. Xinquan Zang, Young Yi, Younglin Liu, ICP-MS là một kĩ thuật phân tích có độ nhạy XiangLi, Jinglei Liu, Yumei Jiang (2006), Direct và độ chọn lọc cao cho phép nghiên cứu xác định determination of rare earth impurities in high đồng thời hàm lượng phụ gia các NTĐH trong lớp purity erbium oxide9 dissolved in nitric acid by 9 phủ một cách thuận lợi và thu được kết quả chính inductively coupled plasma mass spectrometry, xác với độ tin cậy cao. Việc nghiên cứu chọn điều kiện tối ưu đã cho phép hạn chế ảnh hưởng của (Xem tiếp trang 15) Ñaïi hoïc Huøng Vöông - Khoa hoïc Coâng ngheä 9
CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD
-
Ứng dụng phương pháp quang phổ đạo hàm để xác định đồng thời paracetamol và ibuprofen trong dược phẩm
7 p | 255 | 14
-
Nghiên cứu xác định hàm lượng một số chất nhóm Silymarin trong thực phẩm chức năng bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)
8 p | 174 | 12
-
Nghiên cứu xây dựng phương pháp xác định đồng thời Salbutamol, Ractopamine và Clenbuterol trong thức ăn chăn nuôi bằng kỹ thuật sắc ký lỏng siêu hiệu năng hai lần khối phổ
6 p | 95 | 9
-
Nghiên cứu xác định đồng thời cytidine 5’-monophosphate disodium và uridine 5’- monophosphate disodium trong thuốc tiêm đông khô bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)
7 p | 161 | 6
-
Nghiên cứu xác định đồng thời Bismut(Bi) và Cadimi(cd) bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan hợp chất sử dụng Resorcino
6 p | 75 | 5
-
Nghiên cứu xác định đồng thời telmisartan và hydrochlorothiazide trong dược phẩm bằng phương pháp quang phổ đạo hàm
12 p | 41 | 5
-
Xác định đồng thời Nisin A và Nisin Z trong sản phẩm dinh dưỡng bằng sắc ký lỏng khối phổ hai lần (LC-MS/MS)
9 p | 27 | 3
-
Nghiên cứu phương pháp xác định đồng thời paracetamol và các chất đi kèm trong một số loại thuốc cảm cúm, ứng dụng để kiểm nghiệm dược phẩm
7 p | 77 | 3
-
Nghiên cứu xác định đồng thời hàm lượng vết một số nguyên tố trong mỹ phẩm phấn má hồng bằng phương pháp phổ khối lượng plasma cao tần cảm ứng (ICP- MS)
6 p | 9 | 3
-
Nghiên cứu xác định đồng thời một số thuốc kháng sinh họ β – lactam bằng kỹ thuật đo quang kết hợp với mạng noron nhân tạo
6 p | 70 | 3
-
Nghiên cứu xác định đồng thời lượng siêu vết đồng và cađimi trong mẫu trà bằng phương pháp von-ampe hòa tan, sử dụng điện cực nano cacbon ống biến tính
6 p | 60 | 3
-
Nghiên cứu xác định đồng thời các dạng asen vô cơ và hữu cơ bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng kỹ thuật hiđrua hóa (HVG- AAS) kết hợp với thuật toán hồi qui đa biến
9 p | 70 | 2
-
Xác định đồng thời các halogen (F, Cl, Br) trong một số mẫu quặng bằng phương pháp nhiệt thủy phân kết hợp điện cực chọn lọc ion
8 p | 89 | 2
-
Xác định đồng thời Vitamin C, Xitrat và Oxalat trong nước tiểu bằng phương pháp động học trắc quang
6 p | 57 | 1
-
Xác định đồng thời nhóm acid béo 2-Chloro-1,3-propandiol (2-MCPD), 3-Chloro-1,2-propandiol (3-MCPD) và glycidol trong dầu thực vật bằng sắc ký khí ghép khối phổ GC-MS/MS
7 p | 45 | 1
-
Xác định đồng thời một số Pyrrolizidine alkaloids trong thực phẩm bảo vệ sức khỏe có nguồn gốc thảo dược
8 p | 55 | 1
-
Nghiên cứu xác định đồng thời cytidine 5’-monophosphate disodium và uridine 5’-monophosphate disodium trong thuốc tiêm đông khôbằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)
7 p | 60 | 1
-
Nghiên cứu xác định đồng thời hàm lượng vết Cd(II), Cu(II) và Pb(II) bằng phương pháp Von Ampe hòa tan anốt
5 p | 74 | 1
Chịu trách nhiệm nội dung:
Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA
LIÊN HỆ
Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM
Hotline: 093 303 0098
Email: support@tailieu.vn