hướngg dẫn sử dụng máy phân tích điện hóa đa năng

Kiểm tra xem vị trí của các điện cực trong bình điện phân đã lắp đúng vị trí của nó trên hộp điện cực chưa: Điện cực làm việc: thường dùng là điện cực đĩa quay Glassy Carbon – nối vào W

Viện hoá học – Viện khoa học và công nghệ Việt Nam

Phòng ứng dụng Máy tính trong Nghiên cứu Hoá học

-o -hướng dẫn sử dụng máy phân tích điện hóa đa năng

Địa chỉ liên hệ::

PGS.TS Lê Quốc Hùng

Phòng ứng dụng Máy tính trong Nghiên cứu Hóa học-Viện Hóa học Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam

18 Hoàng Quốc Việt- Cầu giấy- Hà Nội

Fax: 84-4-8 361 283

Điện thoại: 84-4-8 362 008

E-mail: hunglq@ich.vast.ac.vn

Giới thiệu chương trình đo DPP3 trên hệ máy đo điện hóa đa năng

*DPP: Differential Pulse Polarography, cực phổ xung vi phân.

Phần hướng dẫn này, chủ yếu dùng trong phân tích cực phổ xung vi phân, mọi h-ướng dẫn sử dụng chỉ tập trung vào phép phân tích này Để sử dụng được thiết bị này các bạn cần có kiến thức cơ bản về điện hóa và phân tích điện hóa khi sử dụng máy.

Hệ máy đo điện hóa đa năng là thiết bị dùng trong các phép đo điện hóa và phân tích điện hóa Một hệ máy đo điện hoá dùng trong phân tích cực phổ xung vi phân bao gồm:

 Máy đo

 Giá điện cực: gồm hệ điện cực (3 hoặc 4 điện cực), cốc đo, khay chứa.

 Phần mềm điều khiển

 Máy tính

Hình 1: Sơ đồ thiết bị đo điện hoá đa năng

Các bước cơ bản tiến hành khi thực hiện các đo đạc với thiết bị máy đo điện hoá đa năng bao gồm các bước chính sau:

1 Lắp thiết bị

2 bật máy đo, mở phần mềm và kiểm tra máy đo đã làm việc ổn định

3 Lắp đặt các điện cực trong bình điện phân vào hộp điện cực

4 chuẩn bị hóa chất cần thiết cho các phép đo

5 tiến hành đặt các thông số đo trên phần mềm và bắt đầu đo

6 đo đạc và tính toán kết quả

I - Lắp đặt

Trong phần lắp đặt cần kiểm tra lại xem vị trí của các phần nối giữa máy đo với máy tính, giữa máy đo với hộp điện cực đã chắc chắn và chính xác chưa Việc kiểm tra này rất quan trọng vì nếu các cáp nối này không chắc chắn và chính xác

nó có thể làm nhiễu đường đo hoặc không cho tín hiệu

Trong phần lắp đặt phải thực hiện đầy đủ các bước cơ bản sau:

1 Kiểm tra xem đã cắm điện nguồn vào máy đo chưa (bằng cách kiểm tra xem

điện đã vào máy đo bằng cách bật công tắc nguồn để xem có điện vào chưa)

2 Kiểm tra lại xem giữa máy đo với máy tính đã được nối

với nhau qua một dây cáp 25 chân qua cổng printer của

máy tính chưa Nếu dây cáp chưa nối thì các lệnh ra trên

máy tính không được thực hiện và máy tính sẽ báo cho biết

3 Kiểm tra lại xem giá

điện cực đã nối với máy đo qua một dây cáp 9 chân chưa

4 Kiểm tra xem vị trí của các điện cực trong bình điện phân đã lắp đúng vị trí của nó trên hộp điện cực chưa:

Điện cực làm việc:

thường dùng là điện

cực đĩa quay Glassy

Carbon – nối vào

WE

Điện cực so sánh

Ag/AgCl – nối vào RE

Điện cực đối dây Pt –

nối vào CE Vị trí nối điện cực trên hộpđiện cực

5 Kiểm tra lại xem thuỷ ngân trong bầu chứa làm bằng

thép không rỉ nối giữa trục quay và điện cực làm việc đã đủ

đầy để đảm bảo dây thép không rỉ ngập trong bầu thuỷ ngân

đó Điều này rất quan trọng do đây là điểm nối dẫn điện của

điện cực làm việc Nếu không đảm bảo được điều này, hệ

thống sẽ không làm việc được Sau một thời gian làm việc,

nếu thấy có hiện tượng ngắt mạch, kiểm tả xem lượng thuỷ

ngân đó còn đủ và sạch hay không, nếu cần, bổ sung thêm

một lượng Hg sạch vào, nếu bầu chứa có dấu hiệu của việc

bị bẩn cần lau bằng cồn và thêm Hg sạch vào

Sau khi đã tiến hành lắp đặt và kiểm tra lại các đầu cáp nối một cách chắc chắn thì

thực hiện bước thứ II đó là kiểm tra máy đo hoạt động

II bật máy đo, mở phần mềm và kiểm tra máy đo đã làm việc ổn định

để kiểm tra máy đo hoạt động trước hết phải bật máy đo lên (sau khi đã bật máy

tính), sau đó mới mở phần mềm đã được cài đặt trong máy tính (lưu ý không được

tiến hành theo trật tự ngược lại) Khi mở chương trình đo, trên màn hình xuất hiện cửa sổ giao diện như trên hình 2

Hình 2 Giao diện phần mềm của chương trình phân tích điện hóa

Trước khi tiến hành các phép đo trong ngày nên kiểm tra xem máy đã hoạt động ổn định chưa bằng cách cho chạy self test Để thực hiện công việc này thực hiện các bước sau:

1 ấn vào nút Reset parameter

2 ấn vào nút start test

Khi đó nếu trên cửa sổ của giao diện phần mềm xuất hiện một đồ thị là một đường thẳng đi qua điểm (0,0) như hình 2 là chứng tỏ máy làm việc bình thường Mọi kết quả khác đều đòi hỏi phải tiến hành kiểm tra lại hệ thiết bị như là các đầu nối của cáp giữa máy đo với máy tính, giữa điện cực với máy đo…

Bầu chứa thuỷ ngân

Hình 3 : Đồ thị sau khi ấn Start Test khi maý làm việc bình thường

Nếu có vấn đề với thiết bị (đường start test không tuyến tính) sẽ có cửa số báo hiệu đề gặp nhà sản xuất

III lắp đặt các điện cực trong bình điện phân vào hộp điện cực

Khi lắp đặt các điện cực trong các phép đo thì có hai kiểu lắp chính:

1 Với các phép đo ăn mòn

Có một hệ ba điện cực rời đi kèm với máy đo: bao gồm 1 điện cực làm việc

WE, một điện cực đối CE và một điện cực so sánh RE, khi tiến hành các đo đạc

về ăn mòn, trước hết nối hệ ba điện cực này vào máy đo qua vị trí của cáp 9 chân Sau khi nối hệ ba điện cực này với máy đo, ta tiến hành nối chúng với các điện cực trong bình đựng dung dịch đo ăn mòn theo đúng vị trí của các điện cực tương ứng trong bình điện phân

2 Với các phép phân tích điện hoá

Với các phép phân tích điện hoá chúng ta sử dụng hộp điện cực đằng sau hộp điện cực có ghi rõ vị trí cần lắp đặt của các điện cực trong bình điện phân Ngoài ra trong các phép đo cụ thể đi kèm như là đo nhiệt độ, DO, độ dẫn có các đầu đo đi kèm và vị trí lắp đặt của các đầu đo

để đảm bảo kết quả của các phép đo chúng ta phải áp dụng các qui tắc cơ bản trong bảo quản và sử dụng các điện cực:

 Điện cực so sánh Ag/AgCl cần phải đủ dung dịch nội trong thân điện cực (ở đây chúng tôi dùng dung dịch KCl bão hoà), được bảo quản bằng cách ngâm thường xuyên trong dung dịch KCl bão hoà Trong trường hợp nếu đo các mẫu nhiễm bẩn cả về mặt hoá học cũng như là vật lý, yêu cầu trước khi bảo quản phải được rửa sạch bằng dung dịch HNO3 2M trước khi đưa vào dung dịch bảo quản

 Điện cực đối bằng Pt, cần được giữ luôn luôn sạch sẽ, nếu trong thí nghiệm có

đo các mẫu có nồng độ chất phân tích cao, hoặc đo các mẫu hiện trường nhiễm bẩn thì cần ngâm trong dung dịch HNO3 qua đêm trước khi sử dụng tiếp

 Điện cực làm việc (WE): Cần đảm bảo tiếp xúc tốt (điều này có thể kiểm tra bằng cách xem giữa bề mặt điện cực làm việc với đầu thép không rỉ có tiếp xúc hay không bằng một đồng hồ đo điện), quan trọng hơn cả là bề mặt điện cực phải luôn giữ cho thật sạch và bóng Sau mỗi ngày đo điện cực cần được đánh bóng lại bằng bột nhôm oxit hoặc giấy lọc kỹ càng tuỳ theo độ bẩn sạch của điện cực Sau mỗi lần đo trong ngày thì tuỳ thuộc vào mẫu mà chúng ta cũng tiến hành đánh điện cực theo các cách khác nhau

Nếu dung dịch đo của chúng ra là các loại mẫu sạch, không có các thành phần lơ lửng (như là các mẫu nước khoáng, nước giếng khoan, nước máy…) chúng ta có thể sử dụng một trong hai cách đánh rửa điện cực sau:

1 đánh điện cực bằng giấy lọc: để thực hiện cách đánh điện cực theo cách này,

chúng ta phải tháo bình điện phân xuống, sau đó kê nhẹ tờ giấy lọc lên bề mặt

điện cực và ấn stir khi đó điện cực làm việc quay và lôi các chất bẩn ra khỏi

bề mặt làm việc của điện cực

2 đánh điện cực bằng điện hoá: theo phương pháp này trong phần option chọn PosScan_Treatment bằng cách tích vào Sau đó vào view ấn vào PrePosScan khi đó trên màn hình sẽ hiện ra cửa sổ của giao diện phần mềm đánh điện cực tự động bằng phương pháp điện hoá:

Hình 5: Giao diện phần mềm đánh điện cực tự động bằng phương pháp điện hoá.

3.

Trong phần Pos-Scan applied potentials bao gồm 4 cột chính:

cột đầu tiên là tên gọi cho các giá trị thế áp vào như U1 clean, U2 clean… các tên gọi này có thể đặt lại được theo mục đích

Cột thứ hai là lệnh dùng cho việc chọn áp thế nào: như trên hình ta thấy U1 clean – yes tức là U1 clean có làm việc nhưng U4 clean – No tức là trong phép đo của chúng ta không có U4 clean làm việc

Cột thứ ba là thời gian mà mình áp giá trị thế làm việc đó: thường là từ 5 tới 10s

Cột thứ tư là cột lựa chọn điều kiện làm việc, khi áp thế đánh rửa điện cực chúng ta có cho dung dịch khuấy hay là để dung dịch yên tĩnh

Sau đây là sơ đồ đo khi chúng ta thực hiện việc đo đạc phân tích điện hoá có đánh rửa điện cực tự động bằng phương pháp điện hoá:

Hình 6: Sơ đồ quá trình

đo trong đó có sử dụng phần mềm đánh điện cực bằng phương pháp điện hoá

giai đoạn 1: là giai đoạn tích tụ làm giàu điện hoá, trong giai đoạn này một giá

trị điện thế âm được áp vào điện cực khi đó trên bề mặt điện cực sẽ xảy ra quá trình khử các ion kim loại về kim loại bám vào bề mặt điện cực cùng với thủy ngân Trong giai đoạn này dung dịch được khuấy trộn đểu để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình khuyếch tán các chất tới bề mặt điện cực Điện thế sử dụng ở đây thường là 1,1V đối với các phép phân tích xác định Cu, Pb, Cd và -1,3V đối với Zn

Giai đoạn 2: giai đoạn nghỉ, sau khi tích tụ các kim loại lên trên bề mặt điện

cực thì chúng ta giữ nguyên giá trị điện thế áp ở trên ngừng khuấy để cho bề mặt điện cực nghỉ trong khoảng thời gian là 10-30s, giai đoạn này có tác dụng làm cho các kim loại phân bố đều lên trên toàn bộ bề mặt điện cực

Giai đoạn 3: đó là giai đoạn hoà tan và ghi đo dòng hoà tan trong giai đoạn này

dung dịch hoàn toàn được yên tĩnh

Giai đoạn 4: sau khi hoà tan hết các kim loại bám trên bề mặt điện cực chúng

ta áp một giá trị thế âm (thông thường với điện cực so sánh là Ag/AgCl chúng tôi đã để chế độ mặc định cho nó là -1,6V) để tiến hành điện phân cho khí H2 thoát ra làm sạch bề mặt điện cực Giai đoạn này thường khuấy trộn đều để cho

bề mặt điện cực được rửa sạch, giai đoạn này thường kéo dài trong khoảng 10-15s

Giai đoạn 5: trong giai đoạn này một giá trị thế rất dương (thông thường trong

phần mềm đã để chế độ mặc định là 1V) để hoà tan tất cả các kim loại có trên

bề mặt điện cực, do đó giai đoạn này dung dịch cũng được khuấy trộn đều, giai đoạn này thường tiến hành trong khoảng 10-15s

Giai đoạn 6: trong giai đoạn này thường đưa điện thế về 0V để cho điện cực

nghỉ trước khi bắt đầu vào một phép đo mới, giai đoạn này dung dịch không khuấy trộn và thường kéo dài khoảng 5s

IV chuẩn bị hóa chất cần thiết cho các phép đo

Trong phân tích việc chuẩn bị dung dịch đo có ảnh hưởng rất lớn tới kết quả

đo, do đó việc chuẩn bị dung dịch đầy đủ cho các phép đo có vai trò rất quan trọng, như chúng ta đã biết thì với một dung dịch có nồng độ nhất định, theo thời gian thì lượng chất trong dung dịch cũng thay đổi theo vì sự hấp phụ của các chất phân tích vào thành bình, rồi các phản ứng hoá học xảy ra có thể làm giảm lượng chất cần

phân tích hoặc làm tăng lượng chất cần phân tích do đó chúng ta phải thường

xuyên kiểm tra và thay hoá chất chuẩn để đảm bảo độ lặp, độ chính xác của phép

đo

Ngoài ra khi đo các mẫu dung dịch, chúng ta phải tiến hành các sử lý cơ bản như lọc các chất cặn lắng đọng, tiến hành các sử lý về mặt vật lý như chiếu tia cực tím để loại bỏ sự có mặt của các chất hữu cơ có trong nước, sục khí trơ như N2 đuổi oxi hoà tan có mặt trong dung dịch (với dung dịch có môi trường phản ứng là axit), hoặc cho thêm các tác nhân hoá học như Na2SO3 (với dung dịch có môi trường phản ứng là môi trường kiềm)

Với các phép phân tích về Cd, Pb, Cu: dung dịch điện phân thường được điều chỉnh về pH khoảng 1-2 bằng HCl 1:1 Tuy nhiên trong môi trường axit mạnh như thế thì sự xuất hiện của Zn lại không ổn định, do đó Zn thường được xác định riêng trong môi trường đệm axetat pH khoảng 6

Chuẩn bị dung dịch đo:

Lấy một thể tích nước cất (hoặc mẫu) khoảng 20-50 ml cho vào bình điện phân, thêm khoảng 100-200 l KCl bão hoà (nhằm tăng độ dẫn điện của môi trường), và 50 l HgCl2 (để tạo màng thuỷ ngân) và thêm khoảng 50 l HCl (với

Cd, Pb, Cu) điều chỉnh pH của dung dịch xuống khoảng pH 1-2 hoặc 50 l CH3COONH4 (với Zn) điều chỉnh pH 6

* Trong trường hợp mẫu đã qua bảo quản bằng axit đặc, chúng ra cần phải đưa

về các giá trị pH phù hợp với các phép đo cụ thể, tuyệt đối không thêm các chất có tính axit mạnh hoặc bazơ mạnh vào để làm thay đổi nhanh giá trị của pH nền, điều

đó có thể làm hỏng tính chất của nền và do đó ảnh hưởng tới kết quả đo, điều này đặc biệt quan trọng trong các phép phân tích có sử dụng tới các phối tử để tạo phức.

V Tiến hành đặt các thông số đo trên phần mềm và bắt đầu đo

Đây là giao diện phần mềm với các chức năng cho như sau:

1 Chế độ đo và chức năng trong các MENU

Chương trình có 2 cửa sổ chính:

Cửa sổ 1: cửa sổ Param (Parameters): Đặt các thông số đo

Của sổ 2: cửa sổ Graphic Treatment: Hiển thị phổ đồ sau khi đo và xử lý kết

quả đo

Khi làm việc với cửa sổ Parameters:

Khi đó sẽ xuất hiện giao diện hình 7: Trong cửa sổ làm việc này có các thông số cần quan tâm sau:

a Remarks: Chú thích về phép đo

Đặt các thông tin cần thiết có liên quan đến phép đo và mẫu đo:

Date & Time: Ngày, giờ đo

Laboratory : Phòng thí nghiệm tiến hành phân tích

Analyser : Tên thí nghiệm viên

Sample : Đặc điểm mẫu đo (địa điểm lấy mẫu, tên mẫu, màu, mùi, trong, đục )

b Rtest: Kiểm tra máy

Khi thực hiện thao tác này, thu được đường thẳng tuyến tính đi qua gốc toạ độ chứng tỏ máy hoạt động bình thường

c Các loại điện cực liên quan đến phép đo

+ Solide: Đặt chế độ làm việc với điện cực làm việc là điện cực rắn như: Glassy Carbon, vàng,

+ Mecury: Đặt chế độ làm việc với điện cực giọt thủy ngân

d các loại trục:

Fixed: Thang đo đặt cố định

AutoAxis: Tự động chuyển đổi thang đo cho phù hợp với chiều cao tín hiệu thu được của mẫu đo

e các thông số khác liên quan đến việc đặt chế độ đo tự động

 Start test: Bắt đầu tự kiểm tra máy

Hình 7: Giao diện cửa

sổ Param

 Meas.Num: Số lần đo lặp lại đối với một mẫu đo, số lần lặp lại này dùng để đánh giá độ lặp lại của phép đo qua các lần đo

 Duration(s): Thời gian tự động đo sau mỗi lần đo lặp lại

Chẳng hạn, bạn đặt Meas.Num là 10 và Duration là 60, có nghĩa là máy sẽ tự

động thực hiện mỗi phép đo sau mỗi 60 giây và đo lặp lại như vậy 10 lần.

Nếu bạn đặt Meas.Num là 10 và Duration là 0, có nghĩa là máy sẽ tự động đo lặp

lại liên tục 10 chu kỳ

 Sensibility: Độ nhạy, có giá trị trong khoảng từ 1-10, việc chọn giá trị độ nhạy tùy thuộc vào nồng độ của các chất có mặt trong dung dịch phân tích

 Star All: Bắt đầu đo sau khi đã đặt đầy đủ các thông sô cần thiết cho máy

 Connect: Nối và ngắt điện cực làm việc ra khỏi hệ đo.

 Stirring: Quay điện cực (đối với điện cực làm việc là cực quay)

 Reset Parameter: Đặt các thông số theo chế độ mặc định trong máy đo

f các thông số làm việc

1 Sen Hiện lên giá trị độ nhạy mà ta đặt bên Sensibility

2 U 1 (V): Thế điểm đầu cho quá trình quét thế

3 U 2 (V): Thế điểm cuối cho quá trình quét thế

4 U step: Bước nhảy thế

5 T step: Thời gian dừng giữa hai xung (hai bước nhảy thế)

6 T sample: Thời gian lấy mẫu, tự động bằng phần mềm

7 U pulse: Thế xung

8 U stripping (V): Thế hòa tan

9 Duration (s): Thời gian điện phân

10 T rest: Thời gian nghỉ sau khi điện phân

* Việc đặt các thông số ở trên hoàn toàn giữa vào kinh nghiệm của người phân

tích, tuy nhiên sau đây là một số kinh nghiệm dùng để chọn các thông số:

 để chọn được khoảng thế làm việc phù hợp với độ nhạy đã chọn, trước hết chuẩn bị một dung dịch có các thành phần của dung dịch chuẩn, sau đó vào

của sổ Graphic_treatment ấn vào start cyclic, khi đó sẽ thu được một phổ đồ

ứng với đường quét cyclic dung dịch phân tích Thông tin đưa ra từ đường cyclic bao gồm:

1 Cửa sổ quét thế phù hợp không quá rộng và cũng không quá hẹp, nếu cửa sổ làm việc quá rộng về cả phía âm và phía dương đều gây ra những ảnh hưởng đáng kể tới kết quả đo, nếu quét thế về phía quá âm thì sẽ xảy ra quá trình tạo khí H 2 trên bề mặt điện cực, do đó sẽ làm giảm khả năng tích tụ các chất trên

bề mặt điện cực, nếu quét thế về phía quá dương sẽ làm cho quá trình điện phân nước sinh ra khí O 2 là một tác nhân có hoạt tính cực phổ mạnh do đó gây ảnh hưởng rất lớn tới kết quả phân tích Vì vậy việc quét thế cyclic trước khi đo các dung dịch đóng vai trò quan trọng trong việc chọn cửa sổ thế làm việc Nếu cửa sổ quét thế quá hẹp có thể gây mất pic của kim loại cần xác định.