Nghiên cứu chế tạo cảm biến điện hoá và sinh học làm detector cho thiết bị phân tích dòng chảy phục vụ phân tích môi trường và thực phẩm

C h ế tạo m à n g polim e dẫn điện và điện cực chon loc ion : Polipirol PPy được tóng hợp bâng phương pháp điện hoá với mật độ dòng khôns đổi từ dung dịch pirol 0.5M lẽn trên bé mặt của

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

Co quan chủ quản : Đại học Q uốc gia H à nội

Co quan ch ú t r ì : Trường Đại học K hoa học Tụ n h iên , Đ ại học Q uốc gia H à nội

C liù trì đê t á i : PGS TS P hạm H u n g Việt

H Ả N Ộ I - 2 0 0 2

NỘI DUNG BÁO CÁO

2 B á o c á o

2.1 G iới t h i ệ u

N g ày nay, n h ờ áp d ụ n g các tiến bộ k h o a học kỹ th u ậ t vào các n g à n h k h o a học công nghệ, loài người đã đạt được các th ành tựu to lớn về m ọ i m ặt, d o đ ó đ ã m a n g lại cho con người c u ộ c s ố n g n g ày càng tiện nghi và h ạn h phúc hơn T u y nhiên , nhu cầu cùa cuộc sống con người luôn là độ n g lực thúc đấy sự phát m in h sáng tạo c ủ a các nhà khoa học để các sản p h ẩ m trí tuệ k h ô n a chỉ m a n g lại sự an toàn và hiệu q u ả ch o con người trên trái đất m à còn đ ả m bảo cho cuộc s ố n g c ủ a các phi h àn h đ o àn làm việc ngoài khô n g gian trong c ô n g tác chinh phục vũ trụ tìm k iế m các ngu ồ n tài n g u y ê n mới

và sự sống ngoài trái đất T h e o báo cáo gần đây tại hội nghị "C õiiíỊ lìíịliệ lìíU io/m icro áp

clụiiạ clio cú c itỉỊÌiiên cứu víĩ trụ ” do Cơ quan H àng k h ô n g Vũ trụ M ỹ (N A S A ) tổ chức

tháng 2 /2 0 0 0 | 1| để c h ế tạo người m á y và tàu vũ trụ với kích thước thu n h ỏ (nhằm giám chi phí về n ăn g lượng và đầu tư trong suốt q u á trình làm việc, do đó có thế làm việc dài ngày hơn tro n g vũ trụ) phục vụ cho ch in h phục vũ trụ N A S A đã và đ an g ráo riết thực hiện các n g h iê n cứu nhiều năm về các lĩnh vực :

loại vật liệu c o m p o s it siêu nhẹ và bền, các loại sợi và p o ly m e d ẫ n điện)

phảng)

thu n h ỏ tíc h h ợ p trên c h ip ( c h ơ m i c a l l a b - o n - u - c h i p )

N h ư vậv sự kết hợp c u a các m á y tính siêu nho (n h ư đã nói ớ trên) với vai trò như

bộ não người thu n h ậ n và xử lý thông tin trẽn cơ sớ tín hiệu thu n h ận từ các sen so r thích hợp với vai trò nhu các giác q u an cùa neười là điểu kiện tiên q u y ế t đế c h ế tạo các người m á y th ô n g m in h thu n h ỏ biết làm việc n h ư co n người Đ ế giải q u y ế t các m ụ c tiêu nêu trên N A S A k ê u gọi sự phối hợp n g h iê n cứu c ủ a các n h à k h o a học th u ộ c nhiều

ng àn h k hác n h a u đ ặc biệt là các n g à n h vật lý h o á học, s in h học và th ô n g tin trong

k h u ô n khổ c ủ a d ự á n liên n g à n h d o U ý ban k h o a học và c ô n g n g h ệ q u ố c g ia trực th u ộ c

văn p h òng T ổ n g th ố n g chủ trì Vì vậy đồ n g thời với việc n g h iê n cứu c h ế tạo các m á y tính siêu nhó, n g h iê n cứu c h ế tạo các sen so r điện h o á và sinh học thu n h ỏ là m ộ t trong số' các nhiệm vụ q u a n trọ n g đê’ khô n g chi phục vụ ch o m ụ c tiêu trước m ắ t là q u a n trắc

m ôi trường và thực p h á m trên trái đất n h ằm k h ả n g đ ịn h độ tin cậy và tính k h ả thi c ủ a

nó, m à còn p h ụ c vụ m ụ c đích lâu dài ch o n g h iê n cứu vũ trụ trong nhiều th ập kỷ tiếp theo Việc n g h iê n cứu c h ê tạo sen so r có đặc thù riêng đó là c h ấ t lượng c ủ a sán phẩm ngh iên cứu k h ô n g bị giới h ạ n bởi trình độ Irang thiết bị giữa các nước có trình độ kinh

tê k hác nhau, và các sản p h ẩ m tạo ra đều có thể tìm được các đối tư ợng áp d ụ n g tuỳ theo yêu cáu c ủ a các n g à n h kin h t ế đặc thù D o vậy, tro n g nh iều n ă m q u a , n g h iê n cứu

c h ế tạo các s e n s o r nói c h u n g k h ô n g chỉ phát triển ớ các nước c ô n g n g h iệ p tiên tiến m à còn được các nước đ a n g phát triển trong đó có Việt n a m q u a n tâm

Đại học Q u ố c gia H à nội - M ột trong những c ơ sớ ngh iên cứu và đ à o tạo đại học chất lượng c a o trong nh iều năm vừa qua đã kiên trì đầu tư và theo đuổi các hoạt độ n g nghiên cứu k h o a học đê k h ô n g nhữ ng xứng đ á n g là trường đại học đầu ng àn h của Việt nam trong lĩnh vực đ à o tạo m à còn dẫn đầu các trư ờng đại học trong cá nước về hoạt

đ ộ n g khoa học c ố n g nghệ Đại học Q u ố c gia Hà nội đ ã chứ trương phát huy k h ả năng nghiên cứu k h o a học và c ô n g nghệ của đội ngũ đ ô n g đ ả o các n h à k h o a học giầu kinh ngh iệm trong Đ H Q G th ô n g q u a đầu tư thực hiện các đề tài n g h iê n cứu trọng đ iểm

m an g tính liên n g à n h cao c ấ p Đ H Q u ố c gia Đề tài trọ n g đ iểm m ũ sỏ Q G T Đ 99.02 đã

được lựa chọn th eo tiêu ch í trên n h à m đầu tư vào hướng n g h iê n cứu c h ế tạo và áp du n g các sensor điện hoá và sinh học (có độ ổn định và tin cậy c a o và ít bảo dư ỡng và kích thước thu n hỏ) kết hợp với hệ thố n g m á y tính để thu th ập và xử lý tín hiệu từ các sensor nhằm phục vụ ch o p h ân tích m ôi trư ờng và thực ph ẩm Kết q u ả n g h iê n cứu này tạo tiền

đề khoa học ch o c h ế tạo s e n s o r ph ẳn g tích hợp (in te q ra te d p la n a r se n s o r te ch n o lo g y)

nhiều sensor trên m ộ t arrav n h ằm tăng độ c h ọ n lọc và g iảm giá th ành sán xuất khi đưa

ra á p d ụ n g th ự c t ế tr o n g m ộ t tư ơ n g lai g ầ n

2.2 K ết q u à n ổ i b ậ t

2.2.1 K ế t q u ả n g h iê n c ứ u k h o a h ọ c

Đ iện cực c h ọ n lọc ion Ự SE) là loại điện cực đ ặc hiệt, hoạt độ n g c ủ a điện cực chọn

lọc ion dựa trên c ơ sớ m à n g c h ọ n lọc ion và giá trị điện t h ế cú a điện cực phụ th uộc vào hoạt độ của ion c ầ n x á c định trong d u n g dịch và nó ch o p h ép xác địn h c h ọ n lọc m ộ t ion nào đó với sự có m ặ t của ion khác T h e o n g u y ê n tác cấu tạo của điện cực c h ọ n lọc ion thô n g th ư ờng sử d ụ n g d u n g dịch nội, th ế m à n g hìn h th à n h trên cơ sớ th ế cán báng xảy ra trên 2 bé m ậ t m à n g tiếp xúc với d u n g dịch nội và d ụ n g d ịch m ẫ u và độ ch ọ n lọc

c ủ a m à n g phụ th u ộ c vào th à n h phần cấu tạo c ủ a m à n g và d u n g dịch nội Vai trò c ủ a

du n g dịch nội tro n g đ iện cực này n h à m duy trì độ ổn đ ịn h c ù a t h ế đ iện cực và c h u y ể n diện tích phía bên trong đ iện cực Biện pháp d u y n h ất để thu n h ỏ kích thước c ủ a các điện cực chọn lọc ion đó là loại bỏ hoàn toàn d u n g d ịch nội trong điện cực thô n g

th ường và chê tạo điện cực hoàn toàn tiếp xúc rắn t r o n 2 đ ó m à n g c h ọ n loc ion được phu trực liẽp trẽn hề mặt kim loại hoặc diện cực so sá n h nội [2] N g u y ê n tắc c h ế tạo

này dã được n h ó m n g h iê n cứu cua (JS Ilư n ry F rci, D ạ i h ọ c Tốiìi> hợp A r iio iìu M ỹ để

xuất từ nhũìia n ă m 1970 và dã duợc sử ilụiiíi khá phổ biến ironsi các phò n g thí nghiệm phân tích m òi trường, thực phàm và lâm sàng d o giá ih àn h th ấp và dễ c h ế tạo Tuy nhiên các điện cực c h ọ n lọc ion tiếp xúc rắn theo n g u y ê n tắc này còn g ặ p phái m ộ t số vấn đề liên q u a n đ ế n đ ộ ổn địn h th ế cán bang cua đ iện cực, thời gian đ á p ứng và k h á

năng làm việc ổn đ ịn h c ủ a điện cực theo thời gian (c á c y ế u t ổ n à y Ịỉáy ra sa i s ố đ á n g k ể

đ ế n k ế t q u ả p h â n tích ) N h iề u c ô n g trình n ghiên cứu tro n g hơn 2 th ập niên 70 và 80 đã

n h ằ m tìm k iế m c á c giải p h áp k hắc phục các hạn c h ế về độ ổn định thê c ủ a điện cực [3], tuy nhiên tuy nhiên các kết q u á đạt được còn rất hạn chế d o liên q u a n đến q u á trình nghiên cứu c á c vật liệu thav th ế du n g dịch nội trong điện cực c h ọ n lọc ion thô n g thường bàng m ộ t lớp tiếp xúc rắn đ ó n g vai trò dẫn điện tử - ion giữa m à n g c h ọ n lọc ion

và bề m ặt điện cực

G ần đây, n h ờ phát m in h q u an trọng về p o lv m e d ầ n đ iện m à tác giả c ủ a c ô n g trình

nghiên cứu này GS Shirakavva, V iện K h o a h ọ c V ậ t liệu , Đ ạ i h ọ c T ô n g h ợ p T su k u b a ,

N h ậ t B án c ù n g với 2 g iá o sư người M ỹ đã được V iệ n H àn lâ m K h o a học H o à n g gia

T h ụ y Điển trao giải thư ớ ng N o b el k h o a học [4], các hợp chất p o ly m e d ẫ n điện đã được ứng dụng tro n g n g h iê n cứu c h ế tạo các sen so r hoá học và các ứng d ụ n g q u a n trọng khác trong c h ế tạo pin điện, linh kiện điện tử hữu c ơ và vật liệu báo vệ m ôi trường

C ác nghiên cứu ứng d ụ n g poly m e dẫn điện trong c h ế tạo se n so r hoá học ch ủ yếu tập trung th eo 2 hư ớng ch ín h đó là c h ế tạo các s e n so r k h í và sen so r đ o d ò n g dựa trên hiệu ứng hấp phụ và hiệu ứng oxi hoá khử của các p o ly m e dẫn điện T ro n g chê tạo sensor do thế, các p o ly m e dẫn điện thường được pha trộn vào thành phần m à n g để làm giám trớ kháng c ủ a của các diện cực úiig dụ n g các p o lv m e dần điện trong c h ế tạo điện cực chọn lọc ion tiếp xúc rắn là m ột vấn đé mới và tiên tiến d an g thu hút được sự quan tâm nghiên cứu [ 5 ]

Đề tài n g h iê n cứu Q G T Đ 9 9 0 2 th àn h công được là kết q u á của sự phôi hợp nghiên cứu giữ a n h ó m n g h iê n cứu về polvm e dẫn điện tại V iện N g h iê n cứu Polyine thô n g

m in h (I.P.R.I), Đại h ọ c T ổ n g hợp W o llo n g o n g , ú c d o GS T S K H G o rd o n G W allace làm Viện trư ớng và n h ó m ngh iên cứu c h ế tạo s e n so r điện hoá tại T ru n g tâm N g h iên cứu C ông n g h ệ M ôi trư ờ n g và Phát triển Bền vững (C E T A S D ), T rư ờ n g Đại học K H T N , Đại học Q u ố c gia H à nội do PGS TS P h ạm H ù n g Việt làm g iá m đốc, trong đó các hợp tác ngh iên cứu đ ầ u tiên về ứng dụ n g p o ly m e d ầ n đ iện c h ế tạo vi điện cực đo dò n g điên [61 đã được thực hiện bới NCS Đ ỗ Phúc Q u â n trong thời gian thực tập khoa học tai Viên I.P.R.I

N g u y ê n tắc tra o đổi điện tích c ủ a 2 loại điện cực c h ọ n lọc ion sử d ụ n g du n g dịch nội (A ) và đ iện cực c h ọ n lọc ion tiếp xúc rắn (B) trẽn c ơ sớ m à n g p o ly m e dẫn điện được trình bày tro n g hìn h 1 T h e o sơ đồ trong hình 1, c h ú n g ta thấy rằn g cả 2 loại điện cực này có q u á trình trao đổi điện tích tại các bề m ặ t tiếp xúc là tương tự V ấn đề m ấ u chốt ớ đâu là tố n g hợp điện hoá m à n g polym e dẫn điện và p h a tạ p ion cần c h ọ n lọc đối với mỗi loại đ iện cực, sa u đ ó phú du n g dịch m à n g c h ọ n lọc ion thích hợp đối với m ỗi loại ion Nội d u n g n g h iê n cứu chú vếu tập tru n g giải q u y ế t các vấn đề sau :

i T h à n h phấn m à n g c h ọ n lọc đối với từng loại ion đã đ ư ợc k h ảo sát và tối ưu trên

cơ s ở thav đổi các th ành phần ionophore, chất d é o hoá và hợp chất c a o phân tử

M à n g được c h ế tạo với độ dày từ 100- 200 f.im và được gắn vào thân điện cực vạn n ă n g P hilip IS561 và đ án h giá các đặc tính n h ư độ dốc k h o ả n g tu y ến tính,

H ì n h 2 Đ á n h giá k h ả n ă n g dẫn điện tử - ion hỗn hợp c ủ a m à n g p o ly m e dẫn điện ( 1)

đ iện cực th an h kính G C (2) điện cực than kín h phủ m à n g p o ly m e dẫn điện và (3)

dịch chất đ iện ly NaNCK, 0.1 M/l khi thay đổi tí lệ nồ n g độ F e 27 F e 1+

ii N g h iên cứu qui trình t ổ n s hợp điện hoá polvpyrol d ẫ n điện trên cơ sớ kháo sát

th ành p h ấn d u n g d ịch điện phân, nồng độ chất đ iện ly m ậ t độ d ò n g điện phân, thời gian tổ n g hợp đ iện hoá m à n g p olym e loại và n ồ n s độ c ú a các chất đopant

k h á c n h a u đ ê ỨI12 d u n c c h o m ư c đ íc h c h ê tạ o đ iệ n c ự c c h ọ n lọ c io n tiế p xúc rắn M à n g p o ly m e dẫn điện được đ án h íiiá b ằn g p h ư ơ n s pháp do điện thế quét thê toàn h o àn (C V ) c h ụ p anh hiên vi điện tử q u ét (S E M ) dê k iếm tra bề mặt

M ặt k h ác, đặc tính dần điện tử - ion hỗn hợp c ủ a m à n g p o ly m e dã được chứng

m in h b ă n g thực n g h iệ m (hình 2) Kếi q u á k h á o sát đ á p ứng đ iện th ế c u a điện

cực G C và đ iệ n cực P P v /N O i trong d u n g d ịc h g ồ m N O v 0 1 M và F e (C N )fiv / F e ( C N ) r,4' với c á c tỉ lệ phân tử g a m thay đổi tử 10': đến 102 được trình bày trong hìn h 2 T h ế m ạ c h hớ c ủ a cá 2 điện cực đ ề u phụ th u ộ c vào ti số nố n g độ

c ú a c ặ p oxi h o á k h ử F e ’+/ F e :+ th eo phư ơ n g trình N e rn s t với đ ộ dóc x ấ p xi 59

m V /d e c (đ ư ờ n g s ố 1 và 2 trên hình 2) N h ư vậy, tro n g d u n g dịch ch ứ a c ặ p oxi

hoá khứ, t h ế m ạ c h h ớ c ủ a poly m e liên q u an trực tiếp tới t h ế oxi hoá k h ử c ủ a

iii C h ế tạo đ iện cực c h ọ n lọc ion theo phương thức tiếp xúc rắn trên cơ sớ các điều kiện đã k h á o sát trong m ụ c (i) và (ii) và đ á n h giá các thô n g s ố q u an trọng

c ủa đ iện cực n h ư độ nhạy, kho án g tu y ến tính, độ dốc, độ chọn lọc và thời gian

đá p ứng và tuổi thọ c ú a điện cực C ác thô n g s ố cơ bản c ủ a các điện cực như sau :

thư ờ ng n ằ m trong k h o ả n g 5 x l 0 '5 M

thế sử d ụ n g các điện cực này để xác định các ion chọn lọc trong hầu hết các

m ầu môi trường

thì sự có m ặt c ủ a các ion gây ảnh hư ớng với n ồ n g độ tương đư ơng chí gây

sai sô 1 % T u y nhiên m ột số ion g â y ảnh hư ớ n g lớn đến việc xác địn h các

ion c h ín h thì h iế m khi có m ặt trong các m ẫ u m ô i trường T ro n g trường hợp

m ộ t s ố ion ít gây ảnh hư ớne như ng sự có m ặ t c ú a c h ú n g trong m ẫ u phân tích với h àm lượng lớn thì sẽ gây ảnh hư ớ n g đ á n g kê, d o đ ó phái áp dụng biện p h áp loại trừ trước khi đo mẫu

lìníi < 3 0 s th u ộ c loại đ á p ứiiìi nhanh)

giá trị han dầu

• Đ ộ ổn đ ịn h điện t h ế : 1 -2 m V /2 4 g iờ đ o liên tục, đ iều đ ó k h ả n g định m àn g

p o ly m e dẫn điện hoạt độ n g hoàn hảo n h ư d u n g d ịch nội đê d u y trì được độ

ổn địn h t h ế đ iện cực nội

này hoàn toàn phù hợp với các trớ kh án g đầu nối tín hiệu c ù a các m á y đo hiện nay N h ư đã dược biết, đối với điện cực ch ọ n lọc ion, khi giám kích thước c ú a điện cực, trớ k h á n g c ủ a điện cực tăng lén lất nhiều (cỡ trên 10

M Q ), vì vậy đ á p ứng cứa điện cực th ư ờng rất ch ậm Việc g iả m kích thước điện cực x u ố n g đến kích c ỡ 2 m m và với việc sử d ụ n g m à n g polv m e dẫn điện m à vẫn d u y trì được trở kh án g c ủ a điện cực n h ư điện cực th ô n g thường (đôi khi n h ỏ hơn) là m ột thành công q u a n trọng

H ì n h 6 V í dụ m in h h ọ a đáp ứng điện thê c ủ a điện cực chọn lọc ion kali theo

p hư ơne thức tiếp xúc rắn đ o trong d ò n g cháy FIA T ín hiệu điện t h ế được thu thập và xử lý b ằn g hệ gliép nối m áy tính PC với phấn m ề m điều khiến chuyên

(.lụng được xây tlụìiL! trôn co' sớ ch ư ơ n g trình LABVIENV

iv Thiết k ế thiết bị đ o qui m ô p h ò n a thí n g h iệ m bao g ồ m : xây dự ng bộ thu thập

và xử lý tín hiệu (A n a lo g - Digital In teríace) đ ồ n g thời 16 kênh với thời gian thu lliập c ỡ Ị.IS và c h ư ơ n g trình phấn m ề m c h u y ê n d ụ n g LABVIEVV điều khiển thiết bị p h ân tích b ằn g m á y vi tính đ ả m báo tin c ậ y ch o lưu giữ số liệu và hệ

th ố n g h o á tự đ ộ n g kết q u ả phân tích theo thời gian

tạo th à n h sản p h á m N H 4+ sau đó áp d ụ n g điện cực ch ọ n lọc ion am o n i để đo sán p h àm tạo th àn h và tìm môi tirơne q u an giữa tín hiệu diện thê và nó n g độ

củ a ure t r o n s m ẫu Giai đoạn nuhicn cứu này tạo c ơ sớ c h o giai đ o ạn tiếp theo

c ố địn h e n z v m lên trên lớp in à n a p o lv m e dần diện đế chẽ tạo se n so r sinh học

H ì n h 7 Sơ đ ổ m à n hình điều kh iển m á y tính thu thập và hiến thị kết q u á thu n h ận tín hiệu từ các đ iện cực c h ọ n lọc ion tiếp xúc rắn đo trong d ò n g chảy FIA sử dụ n g bình

dò n g c h ả y “ W all-jet flo w -cell”

vi T h a m d ự các hội nghị khoa học ch u y ên ng àn h trong nước và q u ố c tê :

chức n g ày 2 6 /9 /2 0 0 0

C h e m is try C o n g re ss Brisbane A ustralia July 2 0 0 ]

S ciences 2 0 0 1 ” và hội nghị “T he Sixth A sian C o n te re n c e on Analvtical

S c ie n c e s ” tổ ch ứ c tại T o k y o N hật Ban từ 6 /8 -1 0 /8 /2 0 0 1

2 2 2 Ý n g h ĩa k h o a h ọ c và h iệ u q u ả k in li té - x ã h ộ i

ưu việt hơn các sản p h ẩ m đã được th ương mại h o á hiện đang sử dụ n g tại Việt

n a m và là m CO' s ờ k h o a h ọ c tin c ậ y c h o phát tr iể n c ô n g n g h ệ c h ê tạ o s e n s o r

đ iệ n h o á c ủ a n ư ớ c ta.

có nu im hệ và vật liệu có san trên thị trườn 2 tron e nước, dần thay th ế các sản

p h ấm n h ậ p ngoại đát tiền, tiết kiệm thời gian và thav th ế các thiết bị phân tích đã lạc hậu

trư ờng đại học viện nghiên cứu c ũ n 2 n h ư ứng d ụ n g ch o phán tích mói trư ờng và phàn tích thực phám cua các Sớ K h o a học C ó n g nghệ và Mỏi trư ờng và c ơ sớ nuôi tô m nước lợ

3 K ết luận

phái triển lĩnh vực n g h iê n cứu chê tạo và ứng d ụ n g đ iệ n cực c h ọ n lọc ion tiếp xúc rắn t h ế hệ mới c ủ a nước ta C h ú n g tôi c ũ n g hv vọng rằn g phương pháp phàn tích tiên tiến sử dụ n g cực chọn lọc ion sẽ được phát triển rộng rãi trong phân tích m ôi trư ờng c ũ n g như trong các lĩnh vực k h o a học phân tích và công nghệ k hác

thế k h o ả n g đ á p ứng tu vến tính, thời gian đ á p ứng n h a n h và độ chọn lọc cao

n hư ng đ ộ bền cứa các điện cực cần được tiếp tục ngh iên cứu nhăm n aăn chặn sự m ất m át vật liệu m à n g (ionophore và chất d e o hoá) vào trong dung dịch m ẫ u đê chê tạo lóng chọn lọc ion để n ân g tuổi thọ lên đến kho ản g một vài th á n g mới có k h á năng trớ th ánh sản phám th ư ơng mại

đối với ion c ầ n phân tích trên cơ sớ tôi ưu các hệ đ ệ m ion thích hợp khi phân tích các ion

hợp n h iề u đ iện cực chọn lọc ion cho 1 đối tư ợng h oặc nhiều đối tượng phân tích (tro n g trư ờng hợp đo chất lỏng còn được gọi là lưỡi điện tử - electronic

to n g u e ) từ đ ó có thể tăn g được độ ch ọ n lọc ion khi kết hợp với m ỏ hình toán học ( c h e m o m e tr ic ) hiện nay sứ dụ n g rất phổ biến đối với các sensor đo chất khí

pin h oặc ác qui để phán tích ngoài hiện trường

sinh học là vấn để khó (trôn th ế giới đã có nhiều n h ỏ m nahión cứu nhưng độ tin cậy của phép đ o chưa dược klum s định khi đư a ra ứng d ụ n g ) cấn tiếp tục dầu lu n s liiê n cứu vì dây là xu hướng phân tích hiện dại trong thê kỹ 2 1

4 T à i liệu t h a m k h ả o

E n g in e e rin g Feb 28 2000

to e n v iro n m e n ta l pro b lem s Pure & A p p l.C h e m V o l.5 9 N o 4 (1987) 539- 544

A c o n d u c tiv e p o lv p y rro le m o d iíic d m ic ro e le c tro d e foi' selective

a m p e r o m e tr ic d ete c tio n o f nitrate in a ílcnv in jectio n sy stem P u b lish ed in the In te rn a tio n a l J o u rn al o f A n alv tical S ciences T h e Jap an Society lor

A n a ly tic a l C h e m is tr y 2001

H à n ộ i , n g à y 28 t h á n g 6 n ă m 2002

P G S T S P h ạ m H ù n g V iệt

G i á m đ o c T r u n g t â m N C C N M T &

PHU LUC

ẢNH HỆ ĐO ĐIỆN THÊ TRONG TRẠNG THÁI TĨNH

SỬ DỤNG ĐIỆN CỰC CHỌN LỌC ION TIẾP x ú c RẮN

ẢNH HỆ THỐNG PHÂN TÍCH DÒNG CHẢY FIA GHÉP NỐI MÁY TÍNH SỬ DỤNG ĐIỆN c ự c CHỌN LỌC ION TIẾP x ú c RẮN

2 Một sô hình ảnh của hệ đo

3 Danh mục các công trìn h khoa học liên quan tói đề tài đã cóng bố:

N g h i ê n c ử u c h ê t ạ o đ i ệ n c ự c c h ọ n l ọ c i o n n i t r a t t r ợ i ì í Ị t h á i r à n t r ê n cơ' s á

p o l y p y r o l s ứ ( l ụ n g c l i o P l i à n l í c h ctiện t lié t r o n g i l ò n ỵ c h à y T u y ế n tậ p H ội nghị K h o a học P h ân tích Hoá Lý và Sinh học V iệt N a m lẩn thứ nhất Hà Nội, 2 6 /9 /2 0 0 0 , tr 2 2 3-228

d iện cự c c h ọ n lọ c io n a m o iú trạng thái rắn trên c ơ s ở p o lv p y ro l T uyển tập

Hội nghị K h o a học P h ân tích Hoá, Lý và Sinh học Việt nam lấn thứ nhất,

A c o n i ỉ u c t i v e p o l y p y r r o l e m o c l i / i c d n i i c r o e l e c t r o c l e j b r s e l c c t i v c

a n ip c ro n ìc tric (lcỉcctio n <>[ nitratc in u fh>w in ịcctio n syslcni Analytical

Sciences 200 1 Vol 17 745-7 4 8 T he International Journal o t ' T h e Japan Society ĩo r A n a ly tic a l C hem istry

and P h am H u n g Vict A p p lic a tio n o f thin Ịih ìì <>f co n ịu ^ íitc d p o ly m c r in

s o l i í l - c o n l a c t i o n s e l e c t i v e s e n s o r s A n a l y t i c a l S c i e n c e s T h e I n te r n a t io n a l Journal o f T h e J a p a n Society for A nalytical C h e m istrv (in press)

A c o n d u c tiin g p o ly m e r b a se d so ìid -c o n ta c t p o ta s s iu m se le c tiv e electro d e,

A n aly tical Sciences 2 001, Vol 17, The International Journal o f T he Japan Society for A n a ly tic a l Chem istry

“D e v e ìo p m e n t a n d a p p ìic a tio n o f a lo w -c o st m u ìtic h a n n e ì c o n tro ỉỉe r system

fo r p o te n tio m e tr ic m e a su re m e n ts Itsiiií’ c o n d u ctin q p o lỵ m e r basecỉ sen so rs ÍII a flo \\’ in ịư ciio n u n ư lysis s y s le m " , Journa] o f V ietn am A nalytical Sciences (in preparalion)

“F a b ric a tio n f ì f Iillra-thin p o lv p y rro lc - u rea se film fo r p o te n tio m e tric

b io se n sin g o f Itre a ", JournaI oí V ietn am A n aly tical Sciences (in preparation)

Hội nghị Khoa học phán tích Hoá Lý và Sinh hoe Viéi nam lán thứ nhất Hà nôi 26iũ9nooo

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ĐIỆN c ự c CHON LOC ION NITRAT

T R Ạ N G T H Á I RẢN T R Ẽ N c ơ s ớ P O L IP IR O L

SỨ D Ụ N G C H O PHẢN T ÍC H ĐĨÈN T H Ế T R O N G DÒNG CHAY

Đỏ P h ú c Q u á n Đinh Duy Hái Nguyên Thị Hóng Hanh P h am Hùng Viét

T ru n g rám H oa học M òi trường, Trương dai ÌIOC Khoa hoe Tư Iiliiẽn.

Đ ai họ c Ouốc "ia Hù nói 334 tVguvén Trãi Thanh X uan - Hù noi

SUM M ARY

D ev eio p m e n t of a Polvi pvrrole) based Solid-Slate Nitrate lon- Seiective

Electrode for ư se in FIo\v Injection Potentiom etrv

P olvpynoiti tìlm u'US elecirochemicaHy denosiied 011 vlctssy carhon and •Ịold uthsiraiex Lincì Iised cu an im ernal solid coniacr iayer ọl soiid-siare nitrate selective electroiie A

■ỵxiưnuưic CYuliumon o írlie imponcmce piiram eiers atíeaim ’ tlie ekcirom otive iorcti lemt) response IX presentẹú The u oien n a í response 0J ihe eiectrocie siioìveci iin e a ru y in ihe ran g e /ro m 2x 10'' 1/ to Ix lO " M ío r nừrat with a detecúon lim it o í l x i ợ : M in botit

s ia iic a n d F ỈA ineasiirem enis and rhe resDunse úme O! eiecrrocie \vas less than j seconcừ.

1 Đặt van đè

X á c d in h n itra i có V Iia n ĩa dãc hiẽt q u a n t ro iiii iro n a c o n ụ la c q uan irisc m ui

trườna !à dáu hiệu cua sư 0 nhiễm và phu dirỡna cua nirơc iư ninén [ 1.2 ] và sư dunii cac ihực phám co chứa nitrat hàm iượniỉ quá cao sẽ iỉáy Linh huơna Cũ hai tcn sưc khoé con nsười [3] Do dó nshién cứu phươns pháp phán tích dơn 2ián nhanh, dô choi: loc và dỏ nhậv cao dê đánh siá hám lươna nitrat troniỉ mảu moi trưona iỉỉám chi phí philn tích là nít cán thiết Trona sò cac phuơn!Z pnáp phán lích narat thong dụnsĩ phươns phap diện thế sứ duns diên cưc chon loc lon có ưu iticm là thói áian

dáp ứng n hanh, k h o a n s luyén linh I'ón° VÌI chon loc do Jó kháu \ ư lý mau Jơn aián

do khóna phái pna loãna hoậc làm 2iáu máu va có ihé phán lích tại hiện irươníỉ [4.5] Vãi cúc K' do nen irén dién cực chon loc ion mtriu dã lién tuc đươc ngiiién cưu nhăm tìm qui trình ché tao dơn 2ián tăn" liộ chon lọc lon mirat mơ rộrm khoa nụ iuvón tinh xuốnu nóns dù cỡ micro mol [6 71-

Gân dãy iren cơ sớ níỉhicn cứu ché tạo thành conu Jiẽ:i circ chon loe :imoni Iicp xúc ran với câu trúc dièn cuc khỏna sư ilunn duna óicli noi iS| chúng toi đã ilép 1UC

2 T h ư c niịliièm

2.1 H o a c h á i và i l i i é l hi. Tăi c:i các iluna -licii Jcii dươc pha chc lừ c á t hoa ^hút iinn khiết phàn tích (loai PA; cùa 'nũna F!uka Bucks (Tliuy NỈ) trong nươc cui liai lán

dung v_\ic •••;« ;iéa :r.àna Iiiiư ;ctraoci' lumomnroir.ua TOA Bì o-imrophcny|t.Kiyl

' m

ctc (NPOE) hợp chải cao phán tư polvvinviclorua (P\ C; và lỉirahvdroíuran íTHF-i cùa hãng Fluka (Thụy sĩ) đã được sư dụnc dé chế tao mànc chon lọc lon nurat.

Máy Potenúo-Galvanosiat PGS-HH5B (Viện Hoá học Truns tám Khoa học Tư nhiên và Cóng nghệ Quóc gia chế tạo;, thiết bị cực phó VA 757 (Metrọhm Thụy sĩ), mậy đo điện thẻ milivolt pH/ion meter 692 (Metrohm Thụv sĩ) má\' khuấv từ Súrer

649 (Metrohm Thụy sĩ), máy tự 2hi BD40 (Kipp&Zonen Hà Lan), bơm nhu độns 4 kênh (Ismaiec Thụy sĩ), đién cực than kính, điện cưc vàns và bình dòn° chav kiéu phun thăng (\vall-jet) (Metrohm Thụy sĩ), van bơm mảu 6 chiếu 5020 Rheodvne (Supelco Mỹ) với vòng mảu 100 ul đién cực so sánh A 2/A 2CI tiếp xúc kép íOrion Research Mỹ), điện cực so sánh Ag/AgCl liếp xúc đơn và điên cực lưới Pt (Bioanalvtical System - BAS Mỹ)

2.2 C h ế tạo m à n g polim e dẫn điện và điện cực chon loc ion : Polipirol (PPy)

được tóng hợp bâng phương pháp điện hoá với mật độ dòng khôns đổi từ dung dịch pirol 0.5M lẽn trên bé mặt của điện cực lãm việc là diện cực than kính hoãc điện cực vàng đã được đánh bóng bằng bột nhóm cỡ hat 0.05ụm sau đó siéu ám tronọ nước cất hai lán Dung dịch chát điện lv sư duns ưons quá irinh điện phán là Na.NO-, VỚI

3 nồng độ khác nhau là 0.1M: 0.5M và IM dược thối khí nitơ ironc 10 phúi trước khi điện phân Mãt đó dòng đién phân là 2mA/cm: thời sian đién phán thay đối từ

120 đến 180 giãy

NPOE và 30 9r p v c có lóns khối lượn2 IOÍI m 2 noà lan iranc 2 ml THF Thê tích durì!2 dịch m â n ” sứ diins dé phu lén trcn be min au: mânỊỊ poiime ilniv doi irong khoán;: lừ 10-50 Lil Khi dunu moi b;i\ hoi hét ki\ón clicn cưc ironi: dun2 dicli NaNO: 10'*M irưóc khi sư dung dẽ khao S.ÍI đáp ũnỵ (ticn thế cua dien cuc iroii'.' iranc ihái do lĩnh vii dòna ch;i\ FIA

3 Kết q u à vá th ao luan

3.1 Khtio sát sư ìunh tlianh 111 ( 111 “ polipirnl

Polipirol ( PP\ I lao ihãnh irên bé mã: (li;n circ clit MI OM hoá c;ic piiitn lư pirol irona cluns dịch niicbc chứa cát IOI1 đòi Ihích inrp Ban chiu hoa iioc CUÌI pp\ cir duoc xác định là các ion doi (A ) dược kci họp V.UI pulime im nc qu.i innh c!iL*n phan vá dó dân diện cua poliiTk' ià d(.i các dión IU' liên hưp hãì dinh VI va Ju quá irmli dopinu [u ]

■Quá trình két hợp 1111011 tron2 duns d |d i đ i | v v;u> irona polime co ihé biêu dicn iheo sơ đổ sau :

hoá cùa polime tãnsĩ theo nòns đỏ cua lon niirai ưone dung dich diện phán (Iniĩli 1 )

Các ion nitral tronc màns polime nàv dónc vai irò là ìon đói ưong lớp polipirol và tham 2Ía vào quá trinh hỉnh thành thi cân bãnc cua lớp kép giũa màng polime VÓI màns chon loc ion

,?.2 Các yê n lò (inh hương (I('I 1 ( l á p ŨIIỊÌ (liẹn llie cua diện cực chọn lọc iitn

Điộn cục chọn lọc ion trụiiiỉ thái I';in dã ilirạc đu- lạo ihcniỊiii irinh trình hiiv Ironu phấn Ihực nghiệm Ọuá trình hình thành thí’ diện Circ co Ihc mó lá uronii lự như

tmne mrỡim hợp iliạ i cực su ri ụ 11 ị: iluni! địch ilicn Iv Iiụi O ic dặc lính của diện cực

phụ thuộc vào nhiều yêu lu nlui 111)1112 dọ cua ion ilối nom: cluiiii dịcli iliẹn phan, tlộ dày cùa mànu PPv/NOv (lộ ilà\ cùa mìinc chọn lọc ion và loại vật liệu làm diện cực

so sánh nội

* A i ỉ ì i h ư ờ ii v c ú n nn ntỉ t1õ Ịị ị ị i ilr íi vù il ir r i iỉicm (li c n n liú n I t , I

Kết quii do đircrnn làm việc cua ? điện cực m àn” polime dược lổns hợp tìr 3 dung

dịch nitral nồns dộ khác nliiiu (hiiili 2) cho iliiív rãntt khi ihav dổi nổnL đó niirai

Ironc dunc dịch diện phán ihì độ dốc của điện cực ihay dổi tronc pham vi ±0.7 mV/dec Mội số lác lỉià cho rànc khi nồn° độ chất điẽn Iv trong duns dịch điện phân tăng lén thì mức độ polime hoá cũng tãnc lén và dộ dan cùa p o lin e tãnc Nh.ư vậy quá trình thiếl lập cán bànc và độ ổn định của thủ màn" với polime cỏ độ dẫn cao sẽ xảv ra nhanh Mặl khác khi nổns clộ nilrai irons polime lớn sẽ xáv ru hiện

tượní; khuếch lán trao đối ion niirat từ iron c p olim e ra nuoài d u n s dịch miiu khi do

mẫu có nổnc dộ niiral thấp Vì vậy nổns dộ nitrat tại lớp đién kép sẽ lớn hơn so với trons duns dịch Hiện tượne nàv gãv ra sụ sai lệch vé nón2 độ giữa lớp diện kép và trons dunc dịch phán lích Kếi hơp các véu cáu \'à các kếi qua iliưc nshiệm chúrt£ tôi chọn nónc đó nilrai ironc dune dịch điện phán là 0.5 M/] đĩi cho !!Ìá irị đó dóc cùa điện cực cán lý thuvết nhai

Một thôns số quan trọnc khác cán đươc đánh giá đó là đò dày cua máng PPy/NO-

băn2 phươnc pháp điện hoa thì lươn" polime hình thành ti li ' 01 dien lương sư dung Irons quá trình điên phán Vì vậy các dièn cực với đó dà' cua mang polipnoi khac nhau đã được khào sát thóna qua đánh giá đường làm viéc ĨUH các điên cưc So sanh

PPy/NO, đién phan trons các duni; dich có nong

dộ niĩrat thay dổi từ 0.1-1M Tốc dỏ qué! ihé

50mV/s dung dich diên lv chứa nurai 0.1 M/i

Hinli 2 : ĐÁ luyẽn tua các dién cuc nurai VÓI

mang PHy/NO: dien phân Iran? cuc dun^ dich

có nong đò nura! khác nhau Tlioi gian (licr phan l.iOs The lích dunp (licli man? ia 20ul

225

P P v N O ; thì điện cực với õ,,= 150s co khoang tuyến tính róna nhát lừ 3x.-0' l: 10"

ưiẹn the chậm, thẻ điện cực khòng 6n định và khoáng nó na độ tuyến tính từ !0' ^

en 10" M/l Khi tj= 120s thì khoáng nóng đó tuyến tính cũa điện cưc từ 10' 1 - ICT M/l (h ìn h 3) Khoang nồng độ tuyến lính này tương tu như điên cưc thốne thườna sư

dung dung dịch nội Với thời gian điện phản là lóõs ISOs và 200s thì thơi 2Ìan đáp

ưng va k h o a n g tu yên tính cùa đãc tuyén Jếu tươns tư nlurna 2Íá tri tuvệr doi của đó

diện cưc diện phân 150s

lia iliỉ l '•> -.11111 'Moiiụ ■ I.IC ■ NU > '1 , ■» • 1 r.:i

'*> lỉ.Mi ".tc Mì '•a:'iiì :K>I !a l ic i .".tc m ạ ; j - ::: :;c :ĩ ;i:c -II' ::v r ■!:c : 1 : ',J| !ic*i ll.m M iiii: 1 ■ • lic ii '.rc >.'11011 I K -011 ư l ì u r Ị : _ n ; * ; e : i 'M.

'Aiìli Ì\ự(hì'j rì/(I dó ,/ t i v m ù n ” cịìrỊi / | - | ’ ■"! vá 1:ic " uiiw noi

Đói '.'ới điện cực chon loc ion trơ khán 2 cua dicn cưc Jươc quvéỉ linh xú tro khána cua mána chon iọc lon Màna chon lọc lon càn 2 õàv thì tra khang màng càna lon do vậy đáp ứnạ cua điên cưc iẽ can 2 chàm Mãt khác, đién cực thi? xúc 'án là mót :ò hơp sáp xép cua các máns dẫn dica vù mà na chon loc ion Dó dày Tỉànạ

cùna aiám do đó lớp màna dẻ bị bon2 khoi bé mật đién cưc The-, nguyên uic ch-1 tạo đién cưc tiếp xúc rân trình bàv trons phún thưc nshiém manu chon !oc icn điíi phu trực tiếp lẽn bé mãt lớp polime Vi vậv dế đánh 2ÍÚ anh hườn ụ cua Jủ iuy mána chon loc Jến dáp ứna của điên cuc các the tích dung dich m ãn2 khúc aiiaa dã

tích đun? liich màna -'hon loc phu :rèn Ji-jn cuc so vinh nỏ! íả Jien -'JC :hv \inn

(h in h 4) cho thấy ứng vói thè lích dun£ dich màne là 3ũul điện cực có đáp ứni:

Nernst cao nhát Khi so sánh đáp ứne cua dién cực chon lọc nếp xúc rần ưén cơ sa

các điện cực so sánh nội ché lạo từ vài liệu than kính vã kim loai vàne (bảng 1 ) thấv

răng kim loai vàng cho kết qua tói hơn vậi liệu than kính

Đẻ khảo sái khả nãns đáp ứne

của diện cực tiếp xúc rán irong

trạng thái dòns chày, điện cuc đã

dược áp dụng do irong hệ FiA với

bình dòng chảy kiểu bình phun

thãns do hãns Metrohm (Thụv sĩ)

chế tạo Tín hiệu FJA cúa điện cực

khi ihay đối nóns đỏ các dung dich

qua do FIA cho thiív dièn cưc đáp

ửni; nhanh \ ã lặp lại vái diéii kién

CUÍỈ ciònu cnav FlA irons khoans

non'- ck' luvến linh 1X ! c - 1x 1(1

M ;l Tiiúi uu;n d u lin hicu F1A

liOP.u khoann ?0 s/iin hicu cho thà',

loe dó d ii tin hicu pháp Iiclì mâu

ironu I ỊMO 1.1 rái lon \'i v;:\ UI liu

n ạ n i é r c ư u dí.' á p ti LI n *J d K tli' phim

lic ii III iln iií:.

4 K el lua 11

i)ic n -:uc chon liK 101) nu;ai llic i' plninnL limc nép Mì ;.II1 lu n U ' M) nictnL' rmnìỊ

UIOÌ tht> CIKI ÔÚT c ụ i v} cii::v Ii-jp lu;- lich ỉcn ciru IỊU nivnv: Uì! nụniém cu; cnitiìL

C o r.ii m n iì nc:\' áư ọc hoan liid iilì voi su Im trọ cu a ác un i r o ìi” á ie iìi kiio a ÌIO'

£■«/)" n ạì/e Đ a i hoe O u m ỉ;u: H a nùi, m à so : O G T Đ 99.112

TA] LIỆL T H A M K H A O

; AVge.’ S u n c i Environiĩiental Chemistry V uerz PubiishiníỊ \\

Canada 1°94 pp 22 i

aiviivionium and n u ra u com pound.' to p a c iíic trcctrog ancỉ atncar c la n e ù

1999

3 Miciiaeì Hill Nitraies and niưites in food and V.aier r.Ili-' Hor\vood LimiiíC

1991

Environmemai Ensineer.nc: \!cGraw-Hill pp 5r>4

H in l; 5 Tu hicti Fi.*\ c!:J :'ti c u o irio ior m u v 1 :-,T

5 D irk Dc Dccr Mcasuremenl ol' niiraic uradicnis \\ ilh ;in 11)11 sclcciivc

microelectrode Analyúca Chimica Acla 219 1989 351-356

màng lòng hình ống nhăm xác định chọn lọc iinion niirat ironí: dòns: cháy Tạp

c h í H o á h ọ c T 31 Số đặc biệt 1993

7 Đ ỗ P h ú c Q u â n P lư im H i u i Ị i Việ t, T r c v n r w L e w is G n r il ti iì G W ullut:e. Chế

lạo vi đ iện cự c đo d ò n e 'Chọn lọ c lon niirai irẽn cơ sớ m àn s ló n ” kếi hợp với

polipiroi dẫn điện, Tạp chí phán tích Hoá Lý và sinh học T4 4 1999

8 Đ ỗ Phúc Q uân, Chu Xiiún Quang Pliạm HùiiỊi Việt Nahién cứu chế lạo điện

cực chọn lọc ion amom trạng thái rán trẽn cơ sớ polipirol Gứi đãne ớ Hói nshị khoa'học toàn quốc về phân tích Hoá Lv và Sinh học lán thứ 1 tổ chức vào 26 tháng 9 năm 2000 tại Hà nội

Processes in Poly(pyrrole) Composite Films J Electroanal Chem., 309 (1991), pp 333-340

A

228

w *\ NGHIÊN c ứ ư CHẾ TẠO ĐIỆN c ự c CHỌN LOC ION AMONI

|p TRẠNG THÁI RẮN TRÊN c ơ s ó POLIPIROL

''Trung tàm Hoá học Mói trường, Tritờng đại hoc Khoa hnc Tự nhién, Đai hoc Ouoc

A Novel Solid-State Ammonium lon Selective Electrode Based on Polvipvrrolei

Ả vu n ư ty ot solid-sitttỊ! iun sen so rs hctve hccn licvciupect ÌI' ihiciỉ Dcrnisciưctive p o iv i' membrcmes cire ccist un s o liíl electrode Sỉirùiccx \vtih 110 in iem u l cicctroivtc \nluiion h " solicl electrodti co m a cts leacl 10 sinw le ỉlcxiblư tciòncation procexsex sưnsurs o íth is ivpe iìuve hud ihe serioits dra\vH ack o f d riftin g ovcr tim e ỉn tlus Sỉiiciy II '.VIIS ĩounci liiui uciílmv polypyrroie film ó cnvccn in n cr reíerence tỉleciroilc a n d scnsiìiỊỊ memòrancs siẹniỉìccintlv ịmproYUÌ ihe p o ie n n u m e rn c .'ỉỉLihiìity ụi the rcsiiỊiiiỉii soiiíi-.sicitc cimniunmm Yt ieciive sensors The incrcuseci sia b ility ìs ilìougni lo bc the rc.suh nỉ u hciicr ùetìned irticrraeiul o o tem iu i benveen the ỵcn sin g m cm b ra n e ư n á the so iiii c ica rtiílc cnnicia.

1 Đặt vấn dé

Đ iệ n c ự c c h ọ n loc lo n t r a n e thá i rân d ã d ư ơ c s ư d u i i ” k h á rộ 112 rãi tr o n n c á c iĩn n Mrc phàn tích m ỏ i tr ư ờ n c thirc p h â m và lãm s à n c 11.2] n h ư n e c ậ p phai một Nổ ván dê ìicn

dính c ứ a n ù i n c c h ọ n lọc với b é n m ặ t c ù a vát d ẫ n Vlỏt phưcme thức c h ế tạo wdc đ iện cực

[heo kiêu tiếp x ú c rắn trên c ơ s ơ s ù d ụ n c m à n c h v d r o e e l [?]; m à n c poiim e q u a n e tr ù n c

hợp [ 4 - 6 j và c á c m à r >2 p o l i m e d ẫ n d iệ n n h ư polipiroi í71 polianiIinịS] p o l ú o c ty l- thiophen) [9] đã d ư ợ c q u a n tâ m n s h i ê n cứu

C á c p o l i m e d ẫ n d i ẽ n c ó t h ế t r ù n c n ơ p t h e o p h ư ơ n e p h á p d i ê n h o á lén trẽn bé m ặ t d a n

d iệ n với h ì n h d ạ n g v à k í c h t h ư ớ c đ ị n h tr ư ớ c d ế n c õ m i c r o rríéi i 1 0 - i 2 | K h i s ư d ụ n s c á c

p o lim e d ẫ n đ i ệ n k h ả n ă n a t r a o d ổ i đ i ê n t ừ - i o n đ ữ a m à n e c h o n lọc ion với p o l i m e v à

s iừ a p o l i m e v ớ i b ể m ặ t đ i ệ n c ự c so s á n h n ộ i đ ư ợ c t ã n a c ư ờ n s d o d ó tạ o d i ề u k iệ n t h u á n lợi c h o c á c q u á t r ì n h t h i ế t l ậ p t h ế c â n b ằ n s v à 2 ÍỮ ổ n đ i n h t h ế đ i è n cự c

Bài b á o n à y sẽ trìn h b à y k ế t q u ả đ á n h a i á k h ả n ã n a d á p Ú71S diện thế c ủ a đ iệ n cực chọn lọc ion a m o n i t h e o p h ư ơ n s th ứ c tiếp x ú c rắn trẽn c ơ s ờ m à n s polipirol k h ả o sát trons trạ n c thái đ o tĩnh C á c d i ệ n c ự c c h ọ n loc ion tiếp xúc rân nay có thê được tro n g các thiết bị p h â n tích x á c ta y đ ế p h ụ c vụ p h â n tích tại hiện trư ờng

2 Thực nghiệm

2.1 Hoá chất và thiết bị. T ấ t c à c á c d u n s d ị c h đ ể u d ư ợ c p h a c h ẽ từ c á c h o á chác l in h

<-|ua c ộ t t r a o d ô i io n P iro l e ủ a h à n s F l u k a d ã d ư ợ c c á t tr ư ớ c k h i >ư d u n g C á c vật iie u

rn àn s n h ư n o n a c t i n b is i I - b u t v l p e n t y l J a d i p a t < B B P A ) p n i y v i n y i c í o r u a p h á n tử l ư ơ n g cao ( P V C ) , k a l i t c t r a k i s ( 4 - c h l o r o p h c n y i ) b o r a t í K T - C l P B ) va i c t r a h y c i r o i u r a n i T H F ) c u a hãng F l u k a ( T h u ỵ SŨ đ ã đ ư ợ c SỪ d ụ n s d é c h ế t a o m à n s c h o n lo e IOI1 a m o m

Máy Poteniio-Galvanostai PGS-HH53 (Viện Hoá học Trune tăm Khoa họciríỊ

và Cõng nghệ Quốc gia chế tạoi thiết bị cực phò VA 757 (Meirohm Thụy sĩ)

điện th ế milivoh pH meter 744 CMeirohm Thụy sT) Máy khuây từ Stirer M 9 CMetn

Thụy sĩ), diện cực ihan kính Iglassv iirhoni (Metrohm Thụ\' sĩ) điện cực s ọ |

Ag/AgC! tiếp xúc kép (Orion Research MỸ), điện cực so sánh Ãg/AsCI liếp xúc đc

2 2 T ó n g hợp m àng po lim e dản điện đáp ứng với cation : Polipirol (PPy) đượQH

hợp bầng phương pháp diện hoá tại mài đố dòng khống đối từ dung dich pirol 0,5 mỊ ưén bé mât cùa diện cực than kính đã dược đánh bóng bảng bột nhóm cỡ hạt 0.051 sau đó siêu àm 30s tronc nước cấi hai lán Dunc dich chái đién ly làm ion doi lả NH1

1 M Mài đỗ dònc điện phán là 2.1 n'iA/cm: thời cian diện phán (tdr) khao sát tr

3 Kết quá và thao luan

T h e o q u i ir ìn h IÓI1C hợ p p o lim e m ó t;i iro n y p hán thirc n c h iệ m m iniỊ: p o lip iro l đã ^ dược két túu lén ucn bí nựil CIUI diện n : tli.ui kinh do MI 0 \I hu.1 các phim Iir piml tronc 'ÌỊỊỊỊ dunc dịch diện pliiin Đuớiii: thé-ihới Ị-;.m (là duoi' chi doiiL’ IhòI ironi: MIDI qu;i irình điện phim cho th;i\ rãni: M/ hình thìinh polime len ircn hc 111.11 dicn c 11c 1.11 Ó11 dinh Cúc cỏnc irình nchién cứu vc quá irình khi: po)imc uonc clmi'j dịch tliịrn l> cho iha\ khi

nhái các.' ion dối >c hi ciui plióiiiT 111 kho: polinu' I.so (lõ ] I vii kh:i nar thu 2 cức caiion

I I O I 1 C c l u n c d ị c h s ê k í ! h o r p V Ì K ' 1 1 0 1 1 2 m a n 1-' p o l i m t * d c c a n h ã n s d i c n i i đ i I S O đi) 2 ) Ọ i u i

n in h ira o đ ỏ i 1011 c u a p o lim c k in bị kliti iro n c cIiiiil: đ ịc h tliện l\ có ilic '■>1011 d ic n ih e o SO'

đổ sau :

Các cation sẽ có xu hướnc chui văo polime đế cán bãnc điện lích với các ion đối khi

polipirol tronc dunc: dịch N’H.C1 cho thíú có sự kẽt hợp lơn amoni \ào lớp màng polime tại thè ám 0.6V Mức độ kết hợp ion amoni \ãc' polime cùm: tha\ đói theo đõ dỳ\ cua lớp polime và các điéu kiện đo c v như thiíiih phán dunc dịch điện h \ii lốc độ quéi ihé Khi tãns tốc độ qué! thế cũnc như tãnc độ dà\ màn!: thi cuớnc đó OM hoá khư cua

11 ]

ít qua đo c \ ' [ronc d u n c dịch đệm k h ác nhau cũ rì ỉ: vho ih.iv rãnc thánh phán dung

d i ệ n l y cũnn có anh hươnc tới mức độ oxi hoá klnr cua polinie Trong các dung

7— -nhau nhu dệm Tris-HCl phót phát, đệm borat 2iá trị thế khừ

NU-DunỊ dich vúu

Hình 5 So dỏ quú innh trao Joi IOM lui các bc mai

dịch muối clorua của mót số cation hoá tri 1 và 2 ịliiiih 3 va 4) cho tháv các cation hoá

tạ 1 khác như lon kim loại kiém (trừ ion liti) cũne có khả nãne dươc kết hơp vào trong’

bộ khune cúa PPv, còn các cation hoá trị 2 (như kim loại kiém thói thi khóns dược kết hợp vào lóp polime Tuy nhiẽn khả năns két hợp các Canon hoá TỊ 1 cùa polime cũng khôna giống n h a u T ro n s số 4 cation hoá trị 1 dược khảo sát chúnc tôi nhán thấy rằng mỗi ion được kết hợp vào polime tại một giá trị thế khừ với cườns dộ khác nhau Sự kết hợp và giải phóns khôns chọn lọc các ion trona khi oxi hoá khử cùa polime là mộ thuộc tính cố hữu của polipiroỉ [16] Đế tăn2 tính chọn lọc cùa màns polipirol đối vói một ion xác định chúna tôi sừ duns màns chọn lọc ion để bao phủ bên ngoài cùa lớp, màng polime Tuv nhiên với cõng thức thành phán màns chọn lọc ion sừ dung cho dò điện thế cản bầns phù bên nsoài lóp polime thì cường độ dòna oxi hoá khử cùa polime ciảm x u ố n c s ầ n tới d á trị khỏp.2 bời vì hệ số khuếch tán truo dõi ion qua màng chọn lọc lon chậm hơn trons dunc dịch rất nhiéu

3.2 Đ áp ứng đìèn thè của các dièn cưc am oni tiếp xúc ràn

Theo qui [rình thực nshiém đã trình bàv màn2 polipirol với sư két hợp cùa NHjCl

rạnc [hái rán Với thời nian điẻn phán là 150s máns poiime đat dỏ dày cỡ nano mét

Độ dàv cúa m ù n s polime nàv 2 àn tươnc dươníi với dộ dàv cua lớp điện kép hình thành khi m àns chọn loc ion tiếp xúc với duns dich Do vậv viec thiết lập cán bãnc đóns tai lớp điện kép siữa màns chọn lọc ion và mận!! poiime xa\ ra rấl niiann Sơ dó quá trình

c ò c ũ n c í h a n h p h a n m a n " l o n ụ c n o n loe lon.

trao đoi lon amoni tại 2 bè mãi tiếp xúc cuii m ànc cnọn iọc vói dun*: ciich v;i hí mãt

diẹn cực than kính được irình bà\ tronc liinlì 5 Tror:^ trưcmc hợp màiiE lonc chọn ìc>i lon phu trực nép lén bé mật điện cực than kính lliinh ? l a và 2a) thì sự hình thanh the

can bang chi xay ra ơ phía màng tiếp xúc vôi dunc dich còn phiu mànn tiếp xúc với điẹn cực than kính thì bị cám và do sư vặn chuvén diẹn lích sập khó khăn lkm cho đáp ưng cua điện cực này chậm Truớn<: hợp siữa mànc chon loc lon và bé mặi diẽn cưc GC

c o đạt m ọi m an g m ò n c p olim e dãn điên ílĩinli 5 I b 2b va 3 b ) thì quá trình thiéi lạp the

tnap IU' M/l la quá trinh khó khán Đối với diện cưc tiếp xúc rắn kha nãnc đé m a rộnu giới hạn phái hiệp xuống nóng độ tháp là ván đé thu húi sự quan lãm nchièn cứu Sir dáp ứng cua điện cực hoàn loàn thuán nchịch khi tãnc hoác ciam nóns độ amoni Cúc dủc tính như thời gian đáp ứnc độ dóc hệ sỏ chọn lọc CU.I diẹn cực liếp xúc rán tươníi iư như điện cực thóna thườnc sư dunc dunc dịch nội vì su dụni: cúnc ihành phân mun;:

4 Kết luán

Điện cực chọn lọc ion amoni theo phuơní; ihức liếp \i.k i;m ctii chroc chế lạo VÓ! lóp tiếp xúc ran lii mán<_' món" polime dãn diện lõnu họr lliCK phương pháp dicn hcni cir khắc phục dược các vãn dé liên quan dến su 1)11 dinh ilií diii \ ÓI diệu i u : chon lọt' 1011 trạne ihúi rân M ặc dù diện ciiv chọn lọt' iơn mó 1.1 i;oii'j hiu h.in IUI\ lii doi \ <>1 lor

lạo c á t vi clien cuc chọn lọt' ion phãnu

!

ị C o n g t r i n h n a y d ư ợ c h o a lì t h a n h v ó i s u I m t r o CIIII (/(- 1(11 i r i ì i i ỉ ỉ ílií-n i k h o a l i m leỏng Itgliẹ Đ ui học Q iioc ỊỊÍU Hu noi mũ su : QG.TĐ.99M2

T ài lieu th a m k h a o

,1 Hcnri-' F rcist‘r Coalcil wirc 1011 Ndccihe cUvimúO' Iiìil ihcir ipplic.amn 1"

2 U i l o L e n i k c a n d K a r l C iim ith in n Coaied Film l£k’^tiI>dc- F re se m u ' z Anal

Bonnev Solid-State Sodium-Seleciive Sen>0iN B.i-al (111 Sacen-Pi imed \ ‘ỊÌ.\'iC \

c ./ M o o iì\ .Ĩonuĩlìíiii M Sìíiic: íiiiii I.D.R Mcmnranc DeMỊỊii iinciPhoiocunnc Encapsukuion of Fkupack Ba-ed lon-SeiiMU\e Field Effeci

Transistor Analvst Januury ìy.ss Vol 1 ]?.

P e r e r i r Ale.xcnuler T e l i i D i m ir r u k o p o u ì o s Itiu i L) B r y n n H ' err. A phom- cured coated \vire potassium io n -s c le c ti'í elecimde for U 'ỉ in ílo\\ iniccuon potentiomein' Eleciroaniih'si> 9 No 11 M ?-X ’

P c ĩe r u Alc.Xiintlcr T d is Diiuiĩi'iikupi>iilti\ iiih, [) Bryiiii Hiithci'!. P h o m - c i u c c l

114

Mmultaneously in a portuble battery- povvered flow mjeclion and Electroanaivsis 9 No 17 1331-1336 11997)

R o h e r i D o b a y G a b o r H a rs a n v i a nd Cs;iba Vi>v C o n d u c im u p o lv m e ri

e le c tio c h e m ic a l sensors on thick lilni substraie Eiectroainilvsi.s 1999 1.

E ik a n ự \vaiiỊỊ ;incl A n iu m Liu Po lianilinc chomicii11N' mcxliíìed clccirodc

Pin 5 jo b e r g J o h a n B o h ack u A n ơrzei Lc\vcnslum and lv as k a A ll- io lid -jS

in d o d c c y l m c i h y l Lim m om um đ i l o n d e ElcuiroaiialyMN Iụ ụ y 1 1 N o lU - l I riÉ

\O Ahnicil Giilal Elecimchcmistrv and Cli;li'iicicnzaiu)ii lít Sonic OnMMic Vlolecuil

II ' VIic.io.size' Concluciinsi P o lv n ic r E lectrndcs Elcciman;ilysi> I IWK) V o |jíí Ợ j

ì\ liilia n 11' Gunincr Philip V Burlert Appliciiiion of conductinc polymeg

A l c x a i h l e r O reunii: C o n d u c t i ii ” Pulvnic: 1' A c t r c M aterials :n E le a r o c h e m i c a l

42 pp 199-2 13

13 V/ Liciĩ IV H S n n rl VI \Iuriiii C.iUon 1110 Amon hisci'11011 in Separaie

Processeb in Polv ipvirolc) Coinposite Fiìms J Elcctroaiuil Chem 3(W 11 c>91)

pp 333-340

' - R lolm Ltnd G.G \VuIUh c Dopinc-ócaopmc 1 >i’ Polypyrroie: 1 Siud> L -'in;

Currcnt-measurinc and Resistancc-mc:ìMinn'j Tc;-:inuiuc'> J HiccĩiOLUIII1 Chem ' 5— ‘ i 0 0 ? I pp ! 45- ! 60

Kumur Woit c,'irisriuii -1 '• l /V/.sI HUI '■ ùHhin s Li’1 The -!-jLiric:

•icmiconducior/conductinc •x>i' mer contacts C::uc:ii rcvie\vs :n -oiid 'late an

electroin active a n io n s u sin c conciucĩinc polviĩie:' •iectrodos 'Ubseụuent

ch rom atocn ip h ic S ỉp a n iiio n E ìec:roanalysis 1997 N o.6