Bộ công thơng tập đoàn công nghiệp than-khoáng sản việt nam viện cơ khí năng lợng và mỏ Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu xác định đờng cong chuẩn cho phép xác định pha định lợng Chủ nhiệm đề tài: ks . trần văn khanh 6788 14/4/2008 hà nội - 2007 Bộ công thơng tập đon công nghiệp than - khoáng sản việt nam Viện Cơ khí Năng lợng v Mỏ - TKV [\ báo cáo tổng kết đề tI nghiên cứu khoa học công nghệ nghiên cứu xây dựng đờng cong chuẩn cho phép xác định pha định lợng Cơ quan chủ quản : Bộ Công Thơng Cơ quan chủ trì : Viện Cơ khí Năng lợng và Mỏ - TKV Chủ nhiệm đề tI : KS. Trần Văn Khanh Chủ nhiệm đề tàI KS. Trần Văn Khanh Duyệt viện Hà nội - 2007 Nghiên cứu xây dựng đờng cong chuẩn cho phép xác định pha định lợng những ngời thực hiện TT Họ và tên Chức danh, nghề nghiệp Nơi công tác 1 Trần Văn Khanh KS. Vật liệu học và Nhiệt luyện Viện CKNL và Mỏ - TKV 2 Bạch Đông Phong ThS. Khoa học và Công nghệ Vật liệu Viện CKNL và Mỏ - TKV 3 Nguyễn Thu Hiền KS. Luyện kim đen Viện CKNL và Mỏ - TKV 4 Trần Thị Mai KS. Vật liệu học và Nhiệt luyện Viện CKNL và Mỏ - TKV 5 Nguyễn Văn Sáng KS. Hệ thống điện Viện CKNL và Mỏ - TKV 6 Vũ Chí Cao KS. Chế tạo máy Viện CKNL và Mỏ - TKV 7 Lê Thanh Bình KS. Vật liệu học và Nhiệt luyện Viện CKNL và Mỏ - TKV 2 Nghiên cứu xây dựng đờng cong chuẩn cho phép xác định pha định lợng Tóm tắt đề tI Đề tài nghiên cứu xây dựng đờng cong chuẩn cho phép xác định pha định lợng nhằm mục đích tăng cờng năng lực thiết bị và đáp ứng nhu cầu đào tạo đội ngũ cán bộ thử nghiệm, đo lờng có kỹ năng cao cho Phòng Thí nghiệm. Trong đề tài này chúng tôi đã nghiên cứu u nhợc điểm của các phơng pháp xây dựng đờng cong chuẩn và tiến hành lựa chọn phơng pháp tối u nhất để xây dựng một số đờng cong cụ thể ứng dụng trong thực tế. Đề tài đã tiến hành lựa chọn các bộ mẫu chuẩn để xây dựng đờng cong chuẩn sao cho phù hợp nhất. Bằng thực nghiệm đề tài cũng đã chỉ ra rằng việc trộn mẫu phải tiến hành qua hai bớc (trộn cơ học và hòa đều cả hỗn hợp trong chất lỏng sau đó cho bay hơi) để đạt đợc độ chính xác nh mong muốn. Trong đề tài chúng tôi đã đa ra quy trình chi tiết để xây dựng nên một đờng cong chuẩn cho phép xác định pha định lợng. Trong quá trình xây dựng đờng cong chuẩn nhóm đề tài đã sử dụng phần mềm làm công cụ hỗ trợ việc tính toán và đa ra kết quả thí nghiệm. Trong đề tài này chúng tôi cũng đã đa ra một số kết quả phân tích thử nghiệm thực tế cho các khách hàng. Từ khoá: Đờng cong chuẩn, mẫu chuẩn, mẫu nghiên cứu, máy phân tích cấu trúc bằng nhiễu xạ tia X D8 Advanced. 3 Nghiên cứu xây dựng đờng cong chuẩn cho phép xác định pha định lợng Mục lục Lời nói đầu 6 Chơng I: Tổng quan chung về phân tích pha định lợng 7 I. tình hình nghiên cứu v ứng dụng phân tích pha định lợng 7 1. Tình hình nghiên cứu ở nớc ngoài 7 2. Tình hình nghiên cứu ở trong nớc 7 II. sự cần thiết của đề ti 8 III. mục tiêu của đề ti 8 Chơng II: kỹ thuật phân tích pha định lợng bằng nhiễu xạ tia rơnghen 10 I. cơ sở lý thuyết 10 1. Sự xuất hiện của tia X 10 2. Bản chất của tia X 10 3. Sự tơng tác của X với vật chất 13 II. nguyên lý cấu tạo phổ kế Rơnghen 15 1. Nguyên lý 15 2. Cấu tạo 16 III. Cơ sở chung của phơng pháp 16 1. Phơng pháp so sánh trực tiếp cờng độ của các pha 20 2. Phơng pháp mẫu chuẩn trong 22 3. Phơng pháp mẫu chuẩn ngoài 24 4. Phơng pháp cặp vạch tơng đơng 27 Chơng III: Thực nghiệm xây dựng đờng cong chuẩn cho phép xác định pha định lợng 29 I. phơng pháp nghiên cứu 29 II. thiết bị nghiên cứu 30 1. Máy phân tích cấu trúc bằng nhiễu xạ tia Rơnghen 30 2. Cân phân tích 31 3. Máy trộn mẫu 31 III. Quy trình xây dựng đờng cong chuẩn 31 1. Chuẩn bị mẫu 31 2. Quét phổ 32 4 Nghiên cứu xây dựng đờng cong chuẩn cho phép xác định pha định lợng 3. Quy trình xây dựng đờng cong chuẩn 32 4. Cách thực hiện phép phân tích định lợng 40 5. Quy trình xây dựng đờng cong chuẩn cho phân tích định lợng một số pha cụ thể 41 5.1. Quy trình xây dựng đờng cong chuẩn cho phân tích định lợng pha Cellulose trong bông 41 5.2. Quy trình xây dựng đờng cong chuẩn cho phân tích định lợng pha ZnO trong lớp phủ Zn 51 IV. Nhận xét 66 Chơng IV: Kết luận chung 69 I. Nhận xét v đánh giá kết quả nghiên cứu 69 II. kiến nghị 69 Tài liệu tham khảo 71 Phụ lục 72 5 Nghiên cứu xây dựng đờng cong chuẩn cho phép xác định pha định lợng Lời nói đầu Phân tích cấu trúc bằng tia Rơnghen đã trở thành một trong những phơng pháp phổ cập ở nớc ta để nghiên cứu cấu trúc kim loại, bán dẫn, các khoáng vật, bông, vật liệu xây dựng và nhiều đối tợng khác. Hiện nay, một số cơ sở trong nớc đã đợc trang bị các thiết bị phục vụ cho phân tích cấu trúc bằng tia Rơnghen nhập từ nhiều nớc khác nhau. Nhiều trờng học và cơ quan nghiên cứu đã xây dựng các phòng thí nghiệm phân tích cấu trúc. Môn học Phân tích cấu trúc bằng tia Rơnghen đã đợc đa vào chơng trình đào tạo đại học của nhiều ngành. Những năm cuối thế kỷ 20, cũng nh các môn khoa học khác, phân tích cấu trúc bằng tia Rơnghen đang phát triển với tốc độ nh vũ bão trên một bình diện rộng khắp, với một mức độ sâu sắc và trên phạm vi quốc tế. Hàng năm, nhiều nớc trên thế giới cũng đã tổ chức các hội nghị quốc gia về lĩnh vực phân tích cấu trúc bằng tia Rơnghen. Gần đây ở nớc ta, phân tích cấu trúc bằng tia Rơnghen đã nhận đợc sự quan tâm của cán bộ khoa học kỹ thuật có liên quan ở các ngành khác nhau nhng số lợng còn ít, cha bao quát đợc nhiều mặt phong phú của nó và nhất là việc ứng dụng cụ thể trong tính toán, phân tích còn cha đợc quan tâm đúng mức. Hiện nay, Phòng Thí nghiệm Vật liệu Tính năng Kỹ thuật cao thuộc Viện Cơ khí Năng lợng và Mỏ đã đợc trang bị một máy phân tích cấu trúc bằng tia Rơnghen D8 Advance của hãng Bruker CHLB Đức cho việc nghiên cứu, tính toán và phân tích cấu trúc của vật liệu. Đây là một trong những thiết bị tiên tiến và hiện đại nhất của hãng sản xuất với nhiều tính năng nh: phân tích cấu trúc pha tinh thể định tính, định lợng, mô phỏng cấu trúc mạng tinh thể, nghiên cứu sự chuyển biến cấu trúc pha theo nhiệt độ Tuy nhiên, để nâng cao hơn nữa khả năng làm việc của thiết bị và đáp ứng nhu cầu đào tạo cán bộ có kỹ năng cao trong công tác thí nghiệm khoa học, Bộ Công thơng đã xem xét và hỗ trợ giao đề tài: Nghiên cứu xây dựng đờng cong chuẩn cho phép xác định pha định lợng cho Viện Cơ khí Năng lợng và Mỏ. Trên cơ sở đó chúng tôi đã thực hiện đề tài này. Trong quá trình thực hiện, chúng tôi xin chân thành cảm ơn các cán bộ Vụ Khoa học, Công nghệ - Bộ Công Thơng, Hãng Bruker CHLB Đức, Trờng đại học Bách khoa Hà nội cùng tất cả các chuyên gia, đồng nghiệp trong và ngoài Viện đã nhiệt tình giúp đỡ đề tài hoàn thành. Những ngời thực hiện 6 Nghiên cứu xây dựng đờng cong chuẩn cho phép xác định pha định lợng Chơng I Tổng quan chung về phân tích pha định lợng I. tình hình phân tích pha định lợng hiện nay 1. Tình hình nghiên cứu ở nớc ngoài Việc nghiên cứu xây dựng đờng cong chuẩn cho phép xác định pha định lợng đã và đang đợc thực hiện tại nhiều nớc trên thế giới, nhất là các nớc công nghiệp phát triển. Việc nghiên cứu về phân tích pha định lợng đã đợc quan tâm từ rất sớm, rất nhiều các công trình nghiên cứu về cấu trúc và thành phần pha thành công đã góp phần không nhỏ vào việc cải tiến và nâng cao khả năng làm việc của chi tiết, vật liệu 2. Tình hình nghiên cứu ở trong nớc Phơng pháp nhiễu xạ tia Rơnghen là một phơng pháp rất hữu hiệu để phân tích cấu trúc pha tinh thể. Chúng ta có thể ứng dụng phơng pháp này để phân tích định tính, định lợng pha trong tinh thể, xác định chính xác hằng số mạng, mô phỏng cấu trúc vật liệu, nghiên cứu textua Hiện nay, ở Việt Nam việc nghiên cứu và ứng dụng phép phân tích pha định tính đã đợc một số phòng thí nghiệm thuộc các Viện nghiên cứu và các Trờng đại học trong cả nớc thực hiện và đã đem lại những lợi ích nhất định. Mặc dù vậy nhng việc nghiên cứu xây dựng các đờng chuẩn cho phân tích pha định lợng và ứng dụng chúng vào thực tế vẫn còn ít đợc quan tâm vì nhiều lý do khác nhau nh thiết bị, mẫu chuẩn, v.v Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của ngành cơ khí, xu hớng tăng tỷ lệ nội địa hoá và giảm nhập khẩu nhằm giúp chúng ta giảm chi phí, tiết kiệm ngoại tệ và chủ động nguồn hàng đã trở thành mục tiêu quan trọng của Đảng và Nhà nớc trong quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá. Rất nhiều các chi tiết và linh kiện quan trọng trong các máy móc thiết bị đã đợc chúng ta chế tạo ra và thay thế xứng đáng các chi tiết, linh kiện nhập ngoại. Tuy nhiên, để nâng cao hơn nữa khả năng làm việc của chúng thì chúng ta phải không ngừng cải tiến cả về kết cấu lẫn vật liệu, trong đó việc nghiên cứu và cải tiến vật liệu đóng một vai trò rất quan trọng, chính vì lý do đó mà trong những năm gần đây việc nghiên cứu và xây dựng nên các đờng chuẩn cho phân tích pha định lợng đã bắt đầu thu hút đợc sự quan tâm của nhiều nhà khoa học thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau ở Việt nam. 7 Nghiên cứu xây dựng đờng cong chuẩn cho phép xác định pha định lợng Dựa vào các đờng cong chuẩn này ta có thể ứng dụng để đánh giá một cách chính xác bản chất và tính chất của vật liệu. II. sự cần thiết của đề ti Trong những năm qua ở nớc ta cùng với sự phát triển của ngành Vật liệu thì việc phân tích và nghiên cứu các tính chất trong vật liệu là một trong những chỉ tiêu không thể thiếu, nó là chỉ tiêu đặc biệt quan trọng đối với các ngành nh Cơ khí, Vật liệu, Thuỷ lợi, v.v Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và các ngành công nghiệp nớc ta, đòi hỏi các sản phẩm ngày càng phải đợc nâng cao về chất lợng, kéo dài tuổi thọ làm việc và do đó làm tăng tính hiệu quả kinh tế. Mặt khác, sự xuất hiện và tồn tại của các dạng cấu trúc pha khác nhau trong vật liệu sẽ tạo nên những tính chất rất khác nhau về cơ, lý tính của vật liệu. Trên thực tế, thì rất nhiều các công trình, chi tiết sau khi đợc thay thế, sửa chữa bằng các vật liệu do ta chế tạo thì có tuổi thọ và khả năng làm việc không nh ta mong muốn. Nguyên nhân thì có rất nhiều nhng một trong những yếu tố có gây ảnh hởng lớn đó là cấu trúc pha và thành phần pha của vật liệu. Hiện nay, ở Việt Nam một số đơn vị cũng đã đợc trang bị các thiết bị cho phân tích cấu trúc của vật liệu nh: Trung tâm địa chất khoáng sản, Trờng Đại học Bách khoa Hà nội, Trờng Đại học Quốc gia, Viện Khoa học Vật liệu, v.v Tuy nhiên, qua khảo sát chúng tôi đợc biết các thiết bị này đợc sử dụng để phân tích định tính và phân tích cấu trúc tinh thể là chủ yếu. Xuất phát từ thực tế trên chúng tôi nhận thấy rằng việc nghiên cứu xây dựng các bộ đờng cong chuẩn cho phân tích pha định lợng là rất cần thiết, vì thông qua việc ứng dụng các đờng cong chuẩn này chúng ta có thể xác định một cách chính xác thành phần các pha tồn tại trong vật liệu, từ đó cải tiến công nghệ sao cho đạt đợc cấu trúc và thành phần pha nh mong muốn. III. mục tiêu của đề ti Hiện nay, Phòng thí nghiệm của chúng tôi đã đợc trang bị một máy phân tích cấu trúc bằng nhiễu xạ Rơnghen D8 Advanced của hãng Bruker CHLB Đức. Đây là thiết bị đã đợc Phòng thí nghiệm sử dụng để phân tích định tính pha và nghiên cứu cấu trúc tinh thể trong nhiều năm qua. Mặt khác, hiện nay chính sách công nghiệp hóa, hiện đại hóa của Đảng và Nhà nớc ta đã góp phần thúc đẩy sự phát triển của khoa học kỹ thuật của Nớc nhà. Rất nhiều các linh kiện, chi tiết đòi hỏi có chất lợng cao để theo kịp xu thế phát triển chung của xã hội. Do đó, để đáp ứng đòi hỏi ngày càng cao của xã hội thì việc nghiên cứu và nâng cao tính chất cơ, lý tính của vật liệu là mục tiêu rất quan trọng. 8 Nghiên cứu xây dựng đờng cong chuẩn cho phép xác định pha định lợng Vì vậy, để phát huy tối đa khả năng của thiết bị và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội, chúng tôi nhận thấy rằng cần phải xây dựng nên các bộ đờng chuẩn cho phân tích pha định lợng và ứng dụng chúng để phân tích định lợng pha cho một số vật liệu, chi tiết. Ngoài mục đích nêu trên thì một trong những mục tiêu quan trọng của đề tài là giúp cho Phòng Thí nghiệm đào tạo đợc một đội ngũ cán bộ có đủ kỹ năng và thành thạo trong công tác đo lờng, thử nghiệm và nghiên cứu khoa học. 9 [...]... ảnh nhiễu xạ của hỗn hợp với thành phần pha biết trớc và bằng cách so sánh cờng độ các vạch, xác định cặp tơng đơng 28 Nghiên cứu xây dựng đờng cong chuẩn cho phép xác định pha định lợng Chơng III Thực nghiệm xây dựng đờng cong chuẩn cho phép xác định pha định lợng I phơng pháp nghiên cứu Mục đích của việc phân tích pha định lợng là xác định lợng chứa của các pha có trong vật liệu, nguyên lý chung là... thể xây dựng đồ thị chuẩn của 23 Nghiên cứu xây dựng đờng cong chuẩn cho phép xác định pha định lợng biểu thức (43), từ đó theo tỷ số IA/IS bất kỳ có thể xác định lợng chứa của pha A Việc chọn pha để làm mẫu chuẩn sẽ dựa vào các nguyên tắc sau: + Các đờng có cờng độ cao của pha chuẩn không trùng với các đờng có cờng độ cao của pha cần xác định trong mẫu nghiên cứu + Hệ số hấp thụ của pha chuẩn và pha. .. hợp pha trong mẫu nghiên cứu Nếu cờng độ của hai vạch bằng nhau (IA = IS) thì ta rút ra đợc biểu thức xác định vA nh sau: 26 Nghiên cứu xây dựng đờng cong chuẩn cho phép xác định pha định lợng vA = K 2 S K 3S s K 2 A K 3 2 s (48) Đối với loại hỗn hợp pha xác định và loại mẫu chuẩn xác định thì các hệ số trong biểu thức (48) là xác định Do đó, nếu bằng thực nghiệm mà ta xây dựng trớc đợc đồ thị chuẩn. .. cờng độ cao của pha chuẩn không trùng với các đờng có cờng độ cao của pha cần xác định trong mẫu nghiên cứu + Hệ số hấp thụ của pha chuẩn và pha cần xác định phải gần nhau 31 Nghiên cứu xây dựng đờng cong chuẩn cho phép xác định pha định lợng + Có thể tạo dạng hạt với kích thớc bé (5 ữ 25) m để pha trộn - Cân định lợng mẫu: Cần tiến hành cân định lợng mẫu trên cân phân tích có độ chính xác cao theo các... Nghiên cứu xây dựng đờng cong chuẩn cho phép xác định pha định lợng Để xác định một cách chính xác peak đặc trng của pha thì chúng ta có thể sử dụng phơng pháp phân tích phổ định tính, bằng phơng pháp này chúng ta có thể xác định đợc chính xác vị trí góc nhiễu xạ tơng ứng với các peak đặc trng của pha Bớc 6: Định nghĩa Peak cần nghiên cứu cần xác định thành phần pha định lợng Hình 3.7: Cửa sổ định nghĩa... 16000C 30 Nghiên cứu xây dựng đờng cong chuẩn cho phép xác định pha định lợng 2 Cân phân tích Cân phân tích XT 220 A của hãng Precisa Thụy sỹ với một số thông số kỹ thuật sau: + Dải đo: 0 ữ 220 g + Độ phân giải: 10-4g Hình 3.2: Cân phân tích 3 Máy trộn mẫu Đây là thiết bị dùng để trộn mẫu cho quá trình phân tích pha định lợng III Quy trình xây dựng đờng cong chuẩn Quy trình xây dựng đờng cong chuẩn cho. .. chuẩn Do vậy, có rất nhiều phơng pháp phân tích pha định lợng khác nhau Dới đây là một số phơng pháp phân tích thông dụng đã đợc ứng dụng trên thế giới hiện nay: 19 Nghiên cứu xây dựng đờng cong chuẩn cho phép xác định pha định lợng 1 Phơng pháp so sánh trực tiếp cờng độ của các pha Giả sử hỗn hợp chứa n pha, mỗi pha có kiểu mạng tinh thể xác định Viết biểu thức (27) cho một đờng xác định của mỗi pha, ... phơng pháp xây dựng đờng cong chuẩn Hình 3.4: Cửa sổ lựa chọn phơng pháp xây dựng đờng chuẩn Trong phần mềm này chỉ hỗ trợ cho việc xây dựng đờng chuẩn theo 3 phơng pháp đó là: 33 Nghiên cứu xây dựng đờng cong chuẩn cho phép xác định pha định lợng - Phơng pháp thêm mẫu chuẩn - Phơng pháp mẫu chuẩn trong - Phơng pháp cặp vạch tơng đơng Từ cửa sổ này ta chọn chế độ phơng pháp mẫu chuẩn trong Bớc 4: Nhập... là phân tích pha định tính) rồi sau đó sử dụng đờng chuẩn của pha đó để xác định hàm lợng tồn tại trong vật liệu (hay còn gọi là phân tích pha định lợng) Bớc thứ nhất phân tích pha định tính thờng chỉ mất ít thời gian và cho độ tin cậy cao nên trong khuôn khổ đề tài này chúng tôi chỉ nêu vắn tắt về quy 29 Nghiên cứu xây dựng đờng cong chuẩn cho phép xác định pha định lợng trình phân tích định tính, trong... tính toán và xây dựng nên các bộ đờng cong chuẩn Tuy nhiên, phần mềm này chỉ hỗ trợ chúng trong các khâu tính toán còn việc xây dựng nên đờng cong hoàn toàn phụ thuộc vào ngời thiết lập ra chúng Do đó, chúng tôi đã thừa hởng và áp dụng những thành tựu của khoa học kỹ thuật này vào quá trình xây dựng đờng cong chuẩn của mình Sau đây 32 Nghiên cứu xây dựng đờng cong chuẩn cho phép xác định pha định lợng . 2 Nghiên cứu xây dựng đờng cong chuẩn cho phép xác định pha định lợng Tóm tắt đề tI Đề tài nghiên cứu xây dựng đờng cong chuẩn cho phép xác định pha định lợng nhằm mục đích. Nghiên cứu xây dựng đờng cong chuẩn cho phép xác định pha định lợng 3. Quy trình xây dựng đờng cong chuẩn 32 4. Cách thực hiện phép phân tích định lợng 40 5. Quy trình xây dựng đờng cong chuẩn. 6 Nghiên cứu xây dựng đờng cong chuẩn cho phép xác định pha định lợng Chơng I Tổng quan chung về phân tích pha định lợng I. tình hình phân tích pha định lợng hiện nay 1. Tình hình nghiên