Phân tích hàm lượng một số kim loại trong khói bụi xe gắn máy bằng phương pháp phân tích huỳnh quang tia X

Phân tích hàm lượng một số kim loại trong khói bụi xe gắn máy bằng phương pháp phân tích huỳnh quang tia XPhân tích hàm lượng một số kim loại trong khói bụi xe gắn máy bằng phương pháp phân tích huỳnh quang tia XPhân tích hàm lượng một số kim loại trong khói bụi xe gắn máy bằng phương pháp phân tích huỳnh quang tia XPhân tích hàm lượng một số kim loại trong khói bụi xe gắn máy bằng phương pháp phân tích huỳnh quang tia X

, j

D~ Hli nghien cuukhoa hQcca'p trliong

'Phan Tich Ham Lu'Q'ng'MQtS6'Kim"Lo~i Trong Kh6i

'-BQi Xe Gan May Bang Phu'dng Phap Pban.Tich, , " . .

"

,~

Chu nhi~m d~ t~li:ThS Tr~n Phong'Dung

BQ Mon V~t Ly H~t Nhan, Khoa V~t Ly

I M1)CTIEU BE TAI"""""""""""""""""""""""""""""""""" ' 1

II.3 PHlJONG PHAP PHAN TICH BJNH U.J<;JNG 7

II.3.1 PHVONG PHAP cHUAN NGOAI TUYEN TINH 7

II.4 PHVONG PHAP TUYI;T BOI HIJ;U CHINH BANG THVC NGHII;M (PHVONG

Phl;l Ll;lC Kit Qua Phan Tich Mtiu

Tili li~u kham khao

p~' ~ £)2 tai nghien ctiu cap truang"

I MT)CTIED DE TAl

Tren co sd nhung tai li~u tham khao, b~ng phuong phap phan tich ph6 huynhquang tia X, chung t6i phan tich ham lUQngmQt sO'nguyen to' h6a hQc c6 trong b1;1ikh6i xeg~n may (vung nQi thanh Thanh Ph6 H6 Chi Minh) voi ngu6n ph6ng x(,\kich thich 55Fe(vanh khuyen) va H3Zr (mQt phia) Ke't qua dUQCxli' 19 tren phftn m~m AXIL theo phuongphap Regression of Count rate vs Concentration (sli' d1;1ngcac tinh toall h6i quy d~ suy raham luQng) Voi mong mu6n nhung ke't qua nghien cUu nay g6p phftn b6 sung themphuong phap phan tich nhanh, hi~u qua d6i yoi nhung m~u m6i trudng, d6ng thdi ap d1;1ng

ma hlnh phan tich nay d~ xac dinh ham lUQng mQt s6 nguyen to' gay 6 nhi€m khac c6trong khi thai cua xe

Trang1

D€ tdi nghien cliu dip trrJiJng

,,?

II TONG QUAN:

11.1.HE THONG PHAN TICH HUYNH QUANG:[1,3,6,8]

II.1.1.Nguyen 19 hoat dong:

Buc X(;lkich thich phat ra ttr mQt ngu6n d6ng vi ph6ng XC;lkhong b~n se tvdQngphan ra Qua trinh phan ra c6 th~ xay ra doi vai mQt nhan hay mQt chu6i

Cac photon mai tuong tac vai cac nguyen tti' trong m~u b~ng hi~u ung quangdi~n ho~c b~ng tan XC;l(Compton, Rayleigh), tuy thuQc VaGnang lU<;1ngtia X va b?c songuyen tti' cua cac nguyen to' trong m~u Nhfi'ng nguyen to' nay tan XC;lvoi tia X d~ tC;lothanh n~n phong khong mong muan va d~t ra mQt giai hC;lncho phep do huynh quang

Khi nang lUQngkich thich tia X chi vtra IOn hon nang lUQnglien kSt cua di~n tti'tren lOp vo nguyen tti' tuong ung thl xac swlt phat huynh quang la IOn nha't Xac sua't naysuy giam nhanh nSu tiSp t1,lcgia tang nang lUQngkich thich, di~u d6 cho tha'y buc XC;ld~ctning c6 nang lU<;1ngtha'p VI V?y vai mQt nang lUQngdon nang chi c6 th~ nhC;ly(c6 xacsua't huynh quang dang k~) vai mQt so' nguyen to' Tuy nhien trong vai truong h<;1pkhiphan tich nhfi'ng nguyen to ra't nh~ thl vi~c sti' d1,lngbuc XC;llien t1,lCcho dQ nhC;lytot honbuc XC;l don nang.

Do hi~u sua't cua ang phat XC;ltia X cao nen d~ sti' d1,lng dUQc ph6 tia X da nangnay nguoi ta dung cac 10C;libia trung gian Chieu buc X<;1nay len bia d~ t<;10huynh quangthu ca'p la nhfi'ng tia X d~c trung cua bia Tia X nay gftn nhu don nang dUQcdung d€ kichthich cac m~u cftn phan tich Phuong phap nay c6 thu?n l<;1ila ta c6 th~ Iva chQn cae biathu ea'p b~ng thao tac co hQc

B€ kich thich cac nguyen to' trong m~u phat tia X huynh quang d~c trling phaiehQn ngu6n kich thich c6 nang luQng IOn hon nang lu<;1ngqnh ha'p ph1,lcua nguyen to' cftnphan tich Tia X huynh quang thu ca'p phat ra tll' m:1u se di den dftu do va tuong tac vaicac nguyen tti' cl'ta V?t li~u dung lam detecror (0 day la cha't ban d:1n), hinh thanh cacxung di~n Cac xung di~n nay sau khi qua bQ ph~n ti~n khuech d<;1i,bQ ph?n khuech a<;1i bien dQ dUQc tang len ma'y b?c truac khi di VaG may phan tich bien aQ sau d6 so' ]j~u aUQcaua VaGxu ly b~ng phftn m~m chuyen dl;tng(AXIL) i,

Trang 2

f)~ tai nghien cuu cap Wang

11.1.2 Ngu6n phong xa kich thkh:

Cac ngu6n phong x~ dU<;1cd~t trung bdi dc thong so sau:

-HQat dQ ngu6n

- Chu ky ban huy

- LQaibuc x~ phat ra

- Nang lU<;1ngbuc x~ phat ra

Sl! °00 tri hlnh hQCcua ngu6n d6ng vi c6 3 d~ng chinh

** Ngu6n vanh khuyen: Thich hQp cho dc dgu do c6 di~n tich nho nhu dgu do Si(Li).Ngu6n du<;1Ct~o bdi mQt so cac ngu6n rieng bi~t, d~c bi~t d~t thanh hlnh vanh khuyen.N6 c6 u'u di~m la truong chie'u deu theo mQi huong nen hi~u suat kich thich IOn

** Ngu6n di~m: Thich h<;1pcho cac dgu do c6 di~n tich rQng, nhung c6 h~n che': do c6 s\!,che ch~n vong tam nen giam hi~u suat dgu do

** Ngu6n mot phia: Thich h<;1pcho cac dgu do c6 di~n tich trung blnh so voi ngu6n

Trang ba d~ng ngu6n tren thl ngu6n vanh khuyen du'Qc s11 dl,mg nhieu nhat

II.1.3 D§u do:

Buc x~ so cap chie'u de'n se tuong tac voi m~u t~o ra dc 16 trong trang lOpvo nguyen t11va sinh ra tia X d~c trung m6i nguyen to Ngu'oi ta dung dgu do ban d~n d~

phat hi~n va do nang lu<;1ngcua chung

Ph6 ke' detector ban d~n chuy~n d6i nang luQng cua tia X thanh chum xung ke' cobien dQty1~voi nang luQng cua tia X, sau d6 nguoi ta dung may phan tich da kenh d~ thunh~n ph6 bien dQ nay BQ phan giai cua dgu do ban d~n cao nen c6 th~ phan bi~t au'<;1c

v~ch ph6 cua nhung nguyen to co b~c so nguyen t11ggn nhau Voi tinh chat nay chung ta

phan tich du'Qcnhieu nguyen to cung mQtluc trang m~u Di~n tich cua m6i dinh aon lingvoi tia X d~c trung cua nguyen to ty l~ voi n6ng dQ cua nguyen to do trong m~u phan

tich

II.2 CAC LOAI MAD: [2,5,8,9]

Trong qua tdnh phan rich, ngu'oi ta chia m~u lam 3 lQai:

D~ tUi nghien cl1u dIp tntiJng

11.2.1 M§u chu§n: Miiu nay thuang dUQc Iffy tu cac v~t lit%utv nhien d~c trungcho lO'.limfiu phan tich va dUQccac phong thinghit%m IOn phan tich ham lUQng b~ng cac

ky thu~t phan tich c6 dQ tin c~y, dQ chinh xac cao

.Phudng phap chu§n bi:

- M~u dia chelt:chQnm~u qu~ng tv nhien c6 chua cac nguyen to cftn phan tich,sau d6 dung mQt lUQngxac d!nh, nghi~n nho saG cho cac nguyen to phan bo d~u trongmau

- M~u sinh hoc: chQn mfiu chua cac nguyen to n~n va cac nguyen to vi IUQngtuang duang cac nguyen to trong m~u phan tich

- M~u day: selykho, nghi~n nho va phan b6 d~u tren giffylQc

- M[Unffiang:hoa tan muoi hay kim lO'.licua nguyen to can lam chu~n,sau d6

. nho len giffy lQc Boi khi cftn pha them chelt n~n tra (khong d6ng g6p VaGhffp th\l buc X'.l

kich thich so cffp) d~ ep thanh vien Cac cheltn~n tra c6 th~ la acid ho~c muoi cua acid

huu co

II.2.2 M§u so sanh: Bay la lO'.limiiu nhan t'.lOb~ng cach pha che' tu nhung hoa

cheltc6 chua cac nguyen to trong m~u phan tich voi ham lUQngxac d!nh, chinh xac

Boi voi lO'.limfiu nay c6 th~ thay the'm~u chu~n trang truang hQpm~u chu~n kh6

t':lOhay m~u chu~n qua ton kern

Phu'dng phap chu§n hi:

L1,1'athQn hQp chfft h6a hQc c6 thanh phftn khong d6i trong qua trlnh stYdvng.Khoi lUQngP cua hQp chfft trong miiu dUQctinh theo cong thuc sau:

WM

P = B 100 AfJ

Trang d6 :

P: Khoi lUQnghQp chtt cua nguyen to phan tich dua VaGmiiu so sanh

B: Khoi lU'Qngm~u so sanh

W(%): Ham lUQngnguyen to quan tam

A: So khoi nguyen to can phan tich

~-,

Trang 4

EJJ tdi nghien cuu dip trItt'",I:

~:SOnguyen tli'cua nguyen to dn phan tich co trang hQpcha'ttuong ung

M: Khoi lUQngphan tli' cua hQp cha't

Thong thudng ngudi ta chu§n bi mot lo~t cac m~u so sanh chua mot hay nhi€unguyen to dn xac dinh, voi dO bi€n thien cua m~u phai bao g6m ta't ca cac gia tri ham

lUQngco the co cua nguyen to dn phan tich trong m~u

M~u so sanh thudng dUQcchu§n bi duoi d~ng bot Khi tron l~n cac thanh ph~n khac

nhau dn chu yd€n st! giong nhau v€ b€ m~t hoa hQc trang h6n hQP.

NgUdi ta thUdng chuffn bi b~ng 3 phuong phap sau:

-Phl1cJng phdo 1: tu nhung hQp cha't hoa hQc cua cac nguyen to dn xac dinh ~o

cha't n~n cho m~u phan tich, them nguyen to dn xac dinh VaGduoi d~ng muoi nitrat vadun nong tu tu de chuyen nitrat thanh oxit ho~ckim lo~i

- Phaang ohdp 2 : tron d~u cha't n€n voi cac cha'tdn xac dinh

-Phaang ohdo 3: them vao cha't n€n mot lUQngdung dich nitrat cua nguyen to do

xac dinh, sau do trQnd~u va lam kho b~ng cach nung nong

Trang tht!c h~lllh, ngudi ta thuang sli'.d~lOgphuong phap thu 2 VI no don gian hon caephuong phap khac

II.2.3 M§u phan tIch:

BUQcla'y tu v~t li~u dn phan tich M~u phan rich phai bieu hi~n d~y au cae tlnh

cha't cua doi tUQngphan rich khi la'y ph6 huynh quang tia X, nghla Ia thanh ph:1n hoa hQccua m~u phai phu hQp voi thanh ph~n cua chat ban d~u

EJ€tiJi nghien cdu clip trilc'lng

Cae bude ehuffn bt nhu sau: sa'y kho lam s<;lehm~u (lo<;litru cae t<;lpeha't nhu r€diy, soi da, ) nghi~n nho, ray thanh bQt vdi dQ mtn nha't dtnh va la'y mau lheo quy t~eehia tu

Tuy theo ml;ledich va thie't bt phan tich ma m~u bQt ehia thanh cae d<;lngsau:

- M~u e6 b~ day bao hoa: bQt eho vao khuon, dung may nen ep thanh vien, e6 th8trQn them eha't n~n nhu bQt than, keo lam eha't ke't dinh,

- M~u bQt'd<;lngvien: di d~u mQt Wp bQt m~u th~t mong len khuon, d6 tie'p len mI.'>!

Wp bQt than ho~e acid oxalic sau d6 ep thanh vien B~ m~t m~u la mQt Wp ra't mong I:hatbQt dn phan tich

- M~u d<;lngfilm mong: m~u mong dudi d<;lngbQt vdi kkh thude ra't nho Mftu d<;lngfilm ra't ly tUc1ngeho phan tich huynh quang VIham lUQngnguyen t6trong miu ty l~ vdieuang dQ tia X d~e trung Cac hi~u ung ha'p phl;lva euang dQ bt lO<;libo hOclnroan

c Chutln bi mdu long:

Chu~n bi m~u long la don gian nha't Ne'u c6 sl.fphan tan trang cha't long thl d~dang khii' n6 b~ng each khua'y trQn E>6ivdi dung dich co th€ phan rich ph6 huynh quangtia X tnlc tie'p , ho~c c6 th€ dung phuong phap co d~c hay t<;lOmang mongo

Cach don gian nha't la d6 dffy dung dich vao trong ch~u b~ng thep khong gi haythau nh1,1'a,day la mang mong hii'uco c6 dQeang th~t t6t.

d Chutln'12i mdu khi:

Trong m~u khi (khi dUQcla'y tu cac ong kh6i nha may, 6ng kh6i xe ) thuang 1.0cac h<;ltbi nhi€m bffn cac nguyen to' cffn phan tich Cac h<;ltdl(QChung tfen gia'y lQc haycac ta'm film mongo

Trang 6

D€ tai nghien cU'u cdp truilng

n.3 PHUONG PHA.P PHAN TICR DINR LUONG:

II.3.! Phlidng phap chuiin ngoai tlly~n tinh:

Tli phuong trlnh ma tel eu'dng dQ phat huynh quang thli' ea'p trong tru'dng hQpngu6n kieh don nang:

Go la h~ so' chi phlf thuQc VaGb6 tri hlnh hQc

Tru'dng hQp m~u phan tich day:

,u(E) =W t Pi (E) + (1- Wi),ull (E)

Voi J.l;(E) va PI(EI) la h~ so' suy,giam kh6i Cl'tanguyen to' i dn xac dinh tl((ing ling voi

bue X? so cap va bCCcX? thCCca'p.

TI,llIg 7

\Y.

lI;(E,) = K ,,(E,) + piE,)

sin !fit SIn1Jf 2

Jii(Eo) Jin(Ej) la h~ s6 suy giam kh6i cua cha't n€n tuong ung voi buc x~ SOca'p va bucx~ thu ca'p.

w= aI+ b (III)B6 xac dinh cac h~ so' a, b ta dung phuong phap blnh phuong cttc ti8u 86 dQ chinhxac cao duang chugn doi khi la rnQtda thuc b~c hai hay IOnhon Tuy nhien cac di~u ki~nngoai thuang thay d6i theo thai gian, do d6 d~n den hi~n tUQngtroi ph6 va duang chuffnphiii lam thuang xuyen 86 kh~c pht,lctlnh tr~ng nay nguai ta dung ti s6 cuang dQtU'ong

d6i IIIe Trang d6 Ie la cuang dQ cua rnQt v~ch quy chi€u nhu v~ch coherent hayincoherent cua ngu6n kich Phuong trlnh (III) tra thanh:

D~ tdi nghien criu cOp tnldng

II.3.2 Phu'dng {>hap chuftn noi:

f)u'a vao mQt lu'Qngnguyen to' B nao d6 b~c so' nguyen tti' khac voi b~c s6 cuanguyen to' A dn phan tich mQt don vi Nguyen to' c6 ham lu'Qng da biet tru'oc gQi Iiinguyen to' chu~n nQi hay nguyen to' so sanh Ta se so sanh cu'ong dQ d~c tru'ng cua hainguyen to' nay Ta c6 bi€u thti'c lien h~ sau:

W A= ~w B.IAIIB (V)

WB la ham lu'Qngnguyen to' c6 trong m.1u

~ la h~ so' cu'ong dQ du'Qcxac dinh b~ng tht,tcnghi~m sau:

to B nhu' nhau trang cac mftu so sanh L~p d6 thi phan tich thl h~ so g6c cua duang th~ng

la h~ so' cu'ong dQ <po

II.4 PHUONG PHAP TUYET DOl HIEU CHINH BANG THUC NGHIEM:(PHUONG PHAP HAM KICH THICH):

Tli phu'ong trlnh tinh cu'ang dQbti'c x~ huynh quang thti' cap:

Ii(Ei) =Qif Golo Wi (1- exp[ -pT{!l(Eo).(sin\}Jlrl + !l(Ei).(sin'P2rl}])/{!l(Eo).(sin\}Jlrl +

!l(Ei).(sin\}J2r1} (VII)

Trang d6:

Qif =ll(Ei)( 4rc)'"CkiCDkJ '"Cki la h~ so' hap ph1,1kh6i quang di~n cua bti'c x~ d~c tnfng nguyen to I, nen n6 Iii mOt ham Zi' Do c16ta co th€ c1~t:

TranI{ 9

DB tiLinghien crill cap trilling

Qif GoIo = F(Zi)

- F(Zj) gQi la ham kich thich

Khi d6 ,phuong trlnh (VII) co th€ trlnh bay nhu' sau:

Ij(Ej) = F(Z) Wj (1- exp[ -pT{!l(Eo).(sin'¥lrl + !l(Ej).(sin'¥2rl}])/{!l(Eo).(sin'¥lr' +

!l(Ej).(sin'¥2rl} (VIII)

Thi nghi~m bo tri sao eho cae goc '¥ I, '¥2 g~n b~ng 90°.

Ta e6:

Ij(Ej) =F(Z) Wi (1- exp[ -pT {!l(Eo) + !l(Ej) }])/ {!l(Eo) + !l(Ej)} (IX)

Doi voi m~u mong ta eo:

sa dl,lng mQt m~u chu§'n chI eo mQt.nguyen to dllY nha't tu'ong ung voi cac gia tIi Zj

khac nhau bao quanh gia tri Zj cila nguyen to dn phan tich, b~ng thlfC nghi~m ta do

cu'CfngdQ I cila buc x~ d~e tru'ng nguyen to duy nha't trong m~u Voi cac gia tri p, T da

bie't cila m~u mong, ta tinh du'Qccac gia tri F(Z) tu'ong ung tti' phu'ong trlnh:

F(Z) =I/pT

Do do, voi gia tri Zj cila nguyen to dn phan tich ta dUQcgia tri F(Zj) tu'ong ung.

Doi voi m~ll phan tich (m~u m6ng), ta do cu'CfngdQ Ij, con gia tri p,T tinh tti'bi€u thuc :

pT =P/S

Trong d6 P la khoi lUQngm~u, S la di~n tich b~ rn~tmau

Thay cac gia tri da do du'Qcvao phu'ongtrlnh (X) ta co:

I(Ei)

\\i =-p

F(ZJs

Tru'CfnghQp kh6ng t~o du'Qc rn~ll mong, ta phai xac dinh cac h~ so ha'p thl,l khoi

!l(Eo), !l(Ej) b~ng cach tra bang ho~c xac dinh b~ng thlfc nghi~m Thay cac gia tri co c1u'Qcvao phu'ong trlnh (IX) ta tinh dUQc Wi.

D€ tJi nghien cuu c(ip trwYng

II.5 PHAN MEM AXIL:

Axilla phin m~m xtr ly ph6 huynh quang tia X va phan tich dinh lUQngcac nguyento' trong m~u G6m cac chuc nang sau:

@ Trao d6i thong tin tu may phan tich da kenh

@ Chuy~n d6i tu d;;tngdu li~u ph6, luu tru duoi d;;tngformat Axil

@ Str dl:lllgphuong phap fit binh phuong cvc ti~u d~ phan rich ph6

@ Tinh toan cac ke't qua phan tich dinh lUQng

@ Ve ph6 va in du li~u

Phin m~m Axil xtr ly so' li~u nhanh chong va co th~ phan tich dinh lU<;5ngnguyentheo tung dip dQkhac nhau

UNG DUNG PHAN MEM AXIL:

Xac dinh ham lu<;5ngcac nguyen to' trang m~u phan tich, diu tien ta din bitt thanhphin nguyen to' co trang m~u Sau do t<;tObQ m~u so sanh phu hQp DiYli~u cua bQ m~u

so sanh sau khi chie'u huynh quang tia X duc;fcphan tich xtr ly b~ng phan m~m Axil so'li~u nh~n dUQc la di~n tich dinh cua cae nguyen to' (co ham IUQngtu'ong ling bie't truoe).Chuong trlnh phan tich ph6 str sl,J.ngfile "*.INP" d~ luu triYdiYli~u

Xay dvng phuong trlnh duong chuin ham lUQngva cuong dQ cua be>m§u &0sanh ta

co th~ str dl,J.ng:

- Regression of Count rate vs Concentration (sa dl,J.ngcac tinh toan h6i quy di suy ra hamIUQng).Phuong phap nay dUQcl~p thanh 4 phuong phap sau:

phuong phap dung nguyen to'nQichu~n (Element as internal standard)

phuong phap str dl,J.ngbue X;;tkhong ke't hc;fpnhu la ehuin nQi

(Incoherent radiation as int.stand )

phuong phap sa dl,J.ngbue x<;tke't hc;p nhu Iii ehuii'n nQi

(Coherent radiation as int.stand )

Phuong phap ehuii'nngQai(No internal standard)

D€ tiii nghien ctiu dip trlldng

-Direct comparision of count rates (so sanh tn!c tie'p cac tinh to<:inv~ cu'ong dQ dinh huynhquang cua chutin va m~u phan tich)

- Element sensitivitives (xily dvng du'ong chutin ham lu'Qng theo cu'ong dQ dinh huynhquang)

Tmn" I?

DB tiii nghien CzlUca'p trliifng

111.2Di~u ki~n thttc nghi~m:

- Thai gian la'y m~u:30 phut

- Ta't d cac m~u do trong cung di~u ki~n : 10 phut

- D(,ingm~u mongo

- Ngu6n ph6ng X(,ikich thich Fe-55(vanh khuyen), H3Zr (mQt phia)

111.3 BQ la'y m~u khi: