Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Hóa học: Chế tạo và nghiên cứu cấu trúc, tính chất điện hóa của một số điện cực biến tính vàng nano, ứng dụng phân tích lượng vết Hg(II)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br /> <br /> VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> VIỆT NAM<br /> <br /> HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ<br /> <br /> ------------<br /> <br /> PHẠM THỊ HẢI YẾN<br /> <br /> CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT<br /> ĐIỆN HÓA CỦA MỘT SỐ ĐIỆN CỰC BIẾN TÍNH<br /> VÀNG NANO, ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH<br /> LƯỢNG VẾT Hg(II)<br /> <br /> Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý<br /> Mã số: 62.44.01.19<br /> <br /> TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC<br /> <br /> Hà Nội – 2016<br /> <br /> Người hướng dẫn khoa học<br /> 1. PGS.TS. VŨ THỊ THU HÀ,<br /> Viện Hóa học – Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam.<br /> 2. TS. PHẠM HỒNG PHONG,<br /> Viện Hóa học – Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam.<br /> <br /> Phản biện 1: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br /> .................... .............<br /> Phản biện 2: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br /> .................... .............<br /> Phản biện 3: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br /> .................... .............<br /> Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp ...... họp tại<br /> Học viện Khoa học và Công nghệ, 18 Hoàng Quốc Việt – Cầu Giấy– Hà Nội.<br /> Vào hồi<br /> giờ<br /> phút<br /> ngày<br /> tháng năm<br /> <br /> Có thể tìm luận án tại:<br /> - Thư viện Viện Học viện Khoa học và Công nghệ.<br /> - Thư viện Quốc Gia Việt Nam<br /> <br /> MỞ ĐẦU<br /> 1. Tính cấp thiết và mục tiêu nghiên cứu của luận án<br /> Thủy ngân và các hợp chất của thủy ngân là một trong những tác nhân ô<br /> nhiễm có độc tính cao, gây ảnh hưởng xấu tới sức khỏe con người. Khi xâm<br /> nhập vào cơ thể con người một lượng lớn hơn mức độ cho phép, thủy ngân sẽ<br /> kết hợp với các tế bào và gây bệnh cho con người [1, 2]. Tổ chức Y tế Thế giới<br /> đã quy định hàm lượng cho phép của thủy ngân trong nước uống nằm trong<br /> khoảng hàm lượng vết (1 ppb). Vì thế để kiểm tra, đánh giá mức độ bị ô nhiễm<br /> thủy ngân của mẫu nước, các phương pháp phân tích cần có độ nhạy và độ chính<br /> xác cao. So với các phương pháp phân tích hiện đại khác, phương pháp phân<br /> tích điện hóa được dùng với mục đích giảm giá thành phân tích mẫu, đơn giản<br /> hóa việc xử lý mẫu, độ chính xác, độ nhạy cao và độ lặp lại tốt. Trong phương<br /> pháp này, việc lựa chọn điện cực làm việc - nơi xảy ra phản ứng điện hóa được<br /> quan tâm (từ vật liệu chế tạo đến cấu trúc hình học, hay việc biến tính bằng các<br /> hợp chất phù hợp) đóng vai trò quyết định để có được một kết quả phân tích tốt.<br /> Hiện nay, trên thế giới, để phân tích thủy ngân, nhiều loại vật liệu điện cực<br /> đã được chế tạo ở nhiều cấu trúc hình học ở các kích thước khác nhau, có độ<br /> bền, độ chọn lọc cao, khả năng phát hiện tốt, khoảng tuyến tính rộng và có thể<br /> sử dụng trong môi trường đặc biệt. Các hướng nghiên cứu gần đây tập trung vào<br /> vi điện cực, biến tính các điện cực bằng các vật liệu hữu cơ, polime, hoặc các vật<br /> liệu nano... Các nghiên cứu ở trong nước trong lĩnh vực phân tích thủy ngân chủ<br /> yếu sử dụng các phương pháp AAS [3] hoặc phương pháp chiết pha rắn-quang<br /> học [4]…, rất ít các nghiên cứu tập trung vào phân tích thủy ngân bằng phương<br /> pháp điện hóa. Các điện cực vàng cấu trúc nano, và vàng nano biến tính bằng<br /> đơn lớp tự sắp xếp của hợp chất hữu cơ (SAM) để phân tích thủy ngân là một<br /> hướng nghiên cứu rất mới trong nước hiện nay, đặc biệt là dạng cấu trúc vàng<br /> nano xốp hình cây.<br /> Do đó, chúng tôi lựa chọn đề tài: “Chế tạo và nghiên cứu cấu trúc, tính<br /> chất điện hóa của một số điện cực biến tính vàng nano, ứng dụng phân tích<br /> lượng vết Hg(II)” làm đề tài nghiên cứu cho luận án, với mục tiêu chế tạo một<br /> số loại điện cực biến tính vàng cấu trúc nano, đánh giá những đặc tính về cấu<br /> trúc và tính chất điện hóa của chúng và khảo sát khả năng ứng dụng của các điện<br /> cực vào phân tích ion Hg(II) trong môi trường nước.<br /> 2. Mục đích của luận án<br /> Nghiên cứu cấu trúc cũng như tính chất điện hóa của một số điện cực tự chế<br /> tạo: các điện cực vàng cấu trúc nano và vàng nano biến tính bằng hợp chất hữu<br /> cơ; đánh giá so sánh với điện cực vàng đĩa kích thước mm và vi điện cực vàng<br /> 1<br /> <br /> sợi kích thước cỡ micromet. Từ đó định hướng khả năng ứng dụng vào việc phát<br /> hiện và định lượng thủy ngân có trong mẫu nước.<br /> 3. Nội dung nghiên cứu của luận án<br /> <br /> <br /> Chế tạo các loại điện cực vàng có cấu trúc nano khác nhau, vi điện cực<br /> vàng sợi và điện cực vàng đĩa, điện cực vàng nano biến tính bằng đơn lớp<br /> tự sắp xếp các hợp chất hữu cơ<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Đánh giá hình thái bề mặt của các điện cực nano chế tạo được<br /> Đánh giá những đặc tính điện hóa của các loại điện cực<br /> Khảo sát khả năng ứng dụng các điện cực vào phân tích thủy ngân (II)<br />  Khảo sát tín hiệu điện hóa của thủy ngân khi xác định bằng các<br /> điện cực vàng đã chế tạo<br />  Khảo sát điều kiện tối ưu cho phân tích Hg(II) trên các điện cực<br />  Xây dựng được đường chuẩn tương ứng với từng điện cực<br />  Đánh giá khả năng phân tích Hg(II) của các điện cực đã chế tạo<br />  Ứng dụng vào phân tích mẫu, đối chiếu với phương pháp khác<br />  Đánh giá sự ảnh hưởng của một số kim loại nặng khác: Cd(II),<br /> Pb(II), Cu(II)…<br /> <br /> 4. Bố cục của luận án<br /> Luận án gồm 140 trang, gồm phần Mở đầu (4 trang), Chương tổng quan<br /> (36 trang), Chương thực nghiệm (13 trang), Chương kết quả và thảo luận (67<br /> trang), Kết luận (2 trang), Những đóng góp mới của luận án (1 trang), Kiến<br /> nghị và đề xuất (1 trang), Tài liệu tham khảo (12 trang), Danh mục các công<br /> trình công bố liên quan đến luận án (1 trang) và Phụ lục (3 trang).<br /> ----------------------------------------------CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN<br /> 1.1. Thủy ngân<br /> Thủy ngân là một kim loại nặng, có trạng thái lỏng ở điều kiện nhiệt độ<br /> thường, rất dễ bay hơi vào không khí, có độ dẫn điện cao, nhạy với sự thay đổi<br /> nhiệt độ, áp suất, có hệ số nở nhiệt là một hằng số ở trạng thái lỏng và dễ dàng<br /> tạo hợp kim với nhiều kim loại khác (gọi là hỗn hống). Trong các hợp chất, thủy<br /> ngân tồn tại ở cả dạng vô cơ và hữu cơ. Thủy ngân được ứng dụng trong nhiều<br /> lĩnh vực khác nhau như công nghiệp, nông nghiệp, y học… [5, 6].<br /> Thủy ngân có thể được phát thải ra môi trường theo nhiều con đường [7]: từ<br /> nguồn tự nhiên hoặc từ các hoạt động của con người. Trong môi trường, thuỷ<br /> ngân biến đổi qua nhiều dạng tồn tại hoá học [8].<br /> <br /> 2<br /> <br /> Các dạng tồn tại của thủy ngân xâm nhập vào cơ thể con người trực tiếp hoặc<br /> thông qua chuỗi thức ăn và tích lũy trong một số bộ phận trong cơ thể từ đó gây<br /> ra những vấn đề sức khỏe khác nhau và nghiêm trọng hơn có thể dẫn đến tử<br /> vong [3, 7]. Để đảm bảo an toàn sức khỏe, tổ chức Y tế Thế giới đã quy định<br /> hàm lượng cho phép của thủy ngân trong nước uống nằm trong khoảng hàm<br /> lượng vết (1 ppb).<br /> 1.2. Các phương pháp phân tích thủy ngân<br /> Các phương pháp thường được sử dụng trong phân tích thủy ngân là: phổ<br /> hấp thụ nguyên tử hóa hơi lạnh (CVAAS) [9], phổ huỳnh quang nguyên tử hóa<br /> hơi lạnh (CVAFS) [10, 11], phổ phát xạ nguyên tử (AES) [12, 13], phương pháp<br /> phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS) [14] và phương pháp điện hóa [15, 16].<br /> Trong đó, phương pháp phân tích điện hóa sử dụng hệ thiết bị đơn giản, gọn nhẹ<br /> và rẻ tiền và có quá trình vận hành dễ dàng, có thể tiết kiệm chi phí phân tích, và<br /> đơn giản hóa các bước phân tích.<br /> 1.3. Các loại điện cực làm việc trong phương pháp phân tích điện hóa<br /> 1.3.1. Điện cực vàng<br /> Điện cực vàng có đặc điểm trơ về mặt hóa học, có khoảng thế làm việc điện<br /> hóa rộng, đường nền thấp, dễ gia công, chế tạo thành các dạng khác nhau và dễ<br /> dàng tái tạo. Các điện cực vàng rất đa dạng về cấu trúc, hình dạng và kích thước:<br /> vàng trần dạng đĩa kích thước thông thường [15, 17, 18], dạng sợi [19], dạng đĩa<br /> kích thước micro, điện cực màng vàng [20] hay các điện cực vàng cấu trúc nano<br /> (nano dạng hạt, nano xốp…) [21, 22]. Điện cực vàng có lợi thế lớn khi phân tích<br /> thủy ngân, do có ái lực lớn với Hg và tạo thành hỗn hống trên bề mặt điện cực,<br /> do đó làm giảm giới hạn phát hiện (LOD) thủy ngân. LOD của các nghiên cứu<br /> sử dụng điện cực vàng đã công bố nằm trong khoảng 10-9  10-12 M.<br /> 1.3.2. Điện cực cacbon<br /> Điện cực cacbon có khoảng thế hoạt động điện hóa rộng, đặc biệt là về phía<br /> anot, được chế tạo dưới nhiều dạng khác với chi phí thấp. Trong phân tích thủy<br /> ngân, các điện cực cacbon rất ít khi được sử dụng phân tích trực tiếp mà thường<br /> được sử dụng làm điện cực nền để biến tính bằng các vật liệu khác như vàng<br /> [23], bitmut [51]. Một số loại vật liệu cacbon thường được sử dụng trong phân<br /> tích điện hóa là: cacbon thủy tinh [24], cacbon bột nhão [25], sợi cacbon [20],<br /> cacbon dạng ống nano [26], graphen và graphen oxit [27]<br /> 1.3.3. Điện cực boron-kim cương<br /> <br /> 3<br /> <br />