ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HÓA HỌC PHẠM THU GIANG KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CẤU TRÚC ĐIỆN CỰC ĐẾN KHẢ NĂNG ĐÁP ỨNG CỦA SENSOR OXY TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội – 2013 MỞ ĐẦU Ngày với tiến nhanh chóng khoa học công nghệ, phương pháp phân tích điện hoá nói chung điện hóa môi trường nói riêng đóng vai trò quan trọng khoa học sống hàng ngày Cùng với tiến kỹ thuật điện tử vi điện tử, máy móc dùng phân tích điện hóa ngày hoàn thiện đa dạng từ việc xác định hàm lượng chất vô môi trường dần đảm bảo xác Ở nước ta năm trước trang thiết bị cho quan trắc phân tích môi trường thiếu chưa đại hóa có bất cập quản lý kỹ thuật lưu trữ, xử lý số liệu Gần mạng lưới Quan trắc Phân tích Môi trường Quốc gia có bước phát triển nhanh Tuy nhiên, độ xác kết phân tích môi trường thu chưa cao phụ thuộc vào nhiều yếu tố, hệ thống máy đo đặc biệt quan trọng Nước ta nhập trang bị số thiết bị cho trạm quan trắc môi trường (chủ yếu cho khí) giá thành cao khó khăn việc sửa chữa, bảo hành nên vấn đề nghiên cứu chế tạo thiết bị phục vụ cho vấn đề cần thiết Trong nghiên cứu chế tạo sensor phục vụ quan trắc vấn đề cần quan tâm nghiên cứu thực Bên cạnh đó, vấn đề ô nhiễm môi trường mối quan tâm toàn nhân loại, không dừng lại quy mô quốc gia mà quy mô toàn cầu Trong đó, môi trường nước vấn đề cần quan tâm xem xét Nguồn nước tự nhiên dồi bảo đảm cho trái đất cân khí hậu Nước dung môi lý tưởng để hoà tan, phân bố hợp chất vô hữu cơ, tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển giới thủy sinh, loài thủy sản loài động, thực vật cạn Một tiêu quan trọng nước thải hàm lượng oxy hoà tan oxy thiếu tất thể sống cạn nước Oxy trì trình trao đổi chất, sinh lượng cho sinh trưởng, sinh sản tái sản xuất Oxy hòa tan chất quan trọng trình hóa học, sinh học hóa sinh Oxy hòa tan tiêu để đánh giá chất lượng nước, thước đo mức độ ô nhiễm chất hữu phân hủy sinh học (BOD) thường gặp kiểm soát môi trường nước Trong số phương pháp xác định DO việc sử dụng sensor phổ biến, sensor oxy theo kiểu Clark sử dụng rộng rãi ứng dụng rộng rãi phân tích bản, kiểm tra lên men phát triển biosensor [24] Trong hai thập niên qua, nhờ phát triển công nghệ bán dẫn kỹ thuật khí xác, sensor oxy kiểu Clark khác đề xuất chế tạo [11] Từ nhu cầu trên, hướng dẫn PGS TS Vũ Thị Thu Hà tiến hành thực đề tài “Khảo sát ảnh hưởng cấu trúc điện cực đến khả đáp ứng sensor oxy” Nội dung nghiên cứu luận văn tập trung vào điểm sau đây: - Nghiên cứu chế tạo sensor oxy sử dụng vật liệu điện cực khác với kích thước khác có khả làm việc ổn định, lâu dài môi trường làm việc - Nghiên cứu ảnh hưởng vật liệu sử dụng làm màng khuếch tán oxy đến tín hiệu sensor chế tạo - Khảo sát đáp ứng tín hiệu điện cực điều kiện chế tạo hàng loạt - So sánh khả đáp ứng độ ổn định sensor chế tạo nước với sensor nhập từ nước CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Vai trò oxy môi trường Tất sinh vật cần oxy để trì sống Oxy loại khí khó hoà tan không tác dụng với nước mặt hoá học Nồng độ oxy hòa tan (DO) có nhiều ý nghĩa mặt sinh hóa môi trường, tiêu bắt buộc việc đánh giá ô nhiễm môi trường nước 1.2 Các phương pháp đo nồng độ oxy hòa tan môi trường 1.2.1 Phương pháp đo cổ điển: Phương pháp đo DO cổ điển thực cách đốt nóng mẫu để đuổi khí hòa tan xác định oxy từ mẫu khí thu nhờ áp dụng phương pháp phân tích khí 1.2.2 Phương pháp chuẩn độ Winkler Quy trình quy định TCVN 7324: 2004; nhiên cách tiến hành gồm nhiều bước tiêu tốn thời gian 1.2.3 Phương pháp sensor quang học Ưu điểm: Đầu đo không cần bảo dưỡng thường xuyên Nhước điểm: Giá thành cao, chưa tự sản xuất nước 1.2.4 Phương pháp sensor điện hóa (điện cực màng) Phương pháp thích hợp để đo nước tự nhiên, nước thải, nước mặn Sensor oxy Clark giới thiệu vào năm 1953 [5] Lớp màng mỏng chủ yếu sử dụng Teflon, polyethylene… Dung dịch điện phân thường KCl hệ đệm Quy trình thực hiện: Nhúng đầu đo chứa màng chọn lọc, hai điện cực kim loại chất điện giải vào nước cần phân tích Khi áp điện thích hợp vào hai điện cực, oxy khuếch tán qua màng tham gia phản ứng catôt Dòng điện sinh tỷ lệ thuận với lượng oxy chui qua màng khuếch tán Vì vậy, đo dòng điện, biết DO CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1 Chuẩn bị thực nghiệm 2.1.1 Hóa chất, vật liệu a Hóa chất: H2SO4 đặc, KCl, Na2SO3 b Vật liệu: Dây platin (0,5mm 1mm); Dây vàng (0,5; 1,5mm); Dây vàng (25m); Màng polyethylen (PE); Màng polyvinylclorua (PVC) 2.1.2 Dụng cụ, thiết bị -Thiết bị đo điện hóa đa CPA-HH5 - Thiết bị đo điều chỉnh DO đa kênh với ÷ 16 sensor oxy Hai hệ thiết bị Phòng Tin học Hóa học – Viện hóa học nghiên cứu chế tạo - Sensor oxy số hiệu ET1117 hãng eDAQ – Úc sensor oxy U50 hãng HORIBA - Nhật Bản để so sánh đối chứng với điện cực tự chế tạo 2.2 Nội dung thực nghiệm 2.2.1 Chế tạo sensor oxy a Sensor oxy có điện cực làm việc kích thước lớn Hệ hai điện cực: điện cực so sánh Ag/AgCl Điện cực làm việc dây platin kích thước 0,5 mm 1mm; dây vàng kích thước 0,5 mm; mm 1,5 mm b Sensor oxy sử dụng dây vàng kích thước micro Hệ gồm hai điện cực: Điện cực làm việc sợi vàng (kích thước 25µm) điện cực so sánh Ag/AgCl 2.2.2 Khảo sát tính chất sensor tự chế tạo Để khảo sát tính chất điện hóa sensor tự chế tạo, tính chất điện cực làm việc khảo sát riêng rẽ Tương tự điện cực kích thước thông thường, sau chế tạo điện cực cần khảo sát đánh bóng học, rửa etanol nước cất Sau làm khô nitơ trước quét tuần hoàn (CV) hoạt hóa bình đo ba điện cực: điện cực làm việc, điện cực đối platin điện cực so sánh Ag/AgCl Các giá trị biểu diễn luận văn giá trị so với điện cực so sánh Ag/AgCl Môi trường điện ly H2SO4 0,5M với khoảng quét từ 0V đến 1,7V dùng để hoạt hóa điện cực Quá trình quét kết thúc tín hiệu thu đạt giá trị dòng ổn định Phép đo von-ampe tuần hoàn sử dụng để kiểm tra tính chất thuận nghịch điện cực Điện cực làm việc sau hoạt hóa lồng vào thân sensor, bơm dung dịch KCl 0,1M vào buồng chứa bọc màng chọn lọc oxy Màng bọc căng đồng để đảm bảo khả khuếch tán oxy qua màng đạt tối đa Dây Ag trần dùng để tạo điện cực so sánh dạng Ag/AgCl KCl Điện cực so sánh Ag/AgCl tạo thành việc quét CV khoảng từ 0,2V đến -0,9V với tốc độ quét 50mV/s thu đường CV ổn định Tốc độ quét chậm làm tăng độ bền điện cực so sánh, mà độ bền điện cực so sánh Ag/AgCl ảnh hưởng đến thành công phép đo DO [25] Tiến hành đo quét vòng (Cyclic Voltametry – CV) chu kỳ liên tiếp khoảng từ 0V đến -0,9V với tốc độ quét 100mV/s; đo đường cong phân cực khoảng ÷ -0,8V với tốc độ quét 50mV/s để tìm giá trị áp cho sensor khảo sát đáp ứng dòng theo thời gian, sử dụng chương trình đo PGSdynamCommond Đo tín hiệu dòng theo thời gian không khí (bão hòa oxy) dung dịch sunfit (không có oxy) để khảo sát độ lặp thời gian đáp ứng, sử dụng chương trình đo PGSStaticCommon 2.2.3 Đánh giá khả làm việc sensor điều kiện chế tạo hàng loạt Với mục đích chế tạo sensor để làm việc dài ngày quan trắc môi trường bể xử lý nước thải, việc đánh giá khả làm việc chúng điều kiện chế tạo hàng loạt kích thước điện cực làm việc khác thực Chúng tiến hành hai khảo sát đa kênh: thử nghiệm đồng thời 16 sensor vàng điều kiện (Hình 2.4); thử nghiệm sáu sensor khác nhau, bao gồm hai sensor Platin tự chế tạo kích thước 0,5 mm; ba sensor vàng tự chế tạo kích thước 0,5; 1,5mm; sensor Platin kích thước 1mm Úc để so sánh, sử dụng chương trình đo MultiDO cho phép đo hàng loạt CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Khảo sát ảnh hưởng vật liệu kích thước điện cực 3.1.1 Sensor Platin 3.1.1.1 Kích thước 0,5mm Đầu tiên, tiến hành khảo sát tính chất điện hóa sensor oxy phương pháp đo quét vòng (CV) phương pháp đo đường cong phân cực (polar) Kết cho thấy đường cong phân cực môi trường bão hòa oxy hoàn toàn trùng nhau, chúng tỏ sensor đáp ứng nhanh với thay đổi nồng độ oxy 1-Bão hòa oxy 2-Không có oxy I (mA/cm2) -1 -2 -3 -4 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 U (V) Hình 3.2: Đường cong phân cực lần đo sensor oxy sử dụng dây platin 0,5mm môi trường oxy bão hòa oxy Trong thí nghiệm đo dòng – thời gian, giá trị dòng i sai khác không đáng kể 10 chu kỳ, độ lệch chuẩn giá trị dòng môi trường bão hòa oxy dung dịch oxy tương ứng 0,3% 0,1% Hình 3.3: Sự phụ thuộc dòng – thời gian (i-t) sensor oxy sử dụng dây platin 0,5mm môi trường oxy bão hòa oxy áp vào -0,5V 12 chu kỳ Bảng 3.1: Giá trị dòng thu sensor oxy sử dụng dây platin 0,5mm môi trường oxy bão hòa oxy Sensor Pt 0,5mm Lần đo Không có oxy Oxy bão hòa Giá trị dòng Giá trị dòng Độ lệch chuẩn RSD trung bình (mA) tương đối trung bình (mA) (%) (RSD,%) Số Lần 0,10 0,3 2,80 0,5 Lần -0,05 0,0 3,33 0,1 Lần 0,02 0,1 2,73 0,2 Số Lần 0,01 0,1 0,57 0,8 Lần 0,34 0,9 1,28 0,7 Lần 0,93 0,9 2,06 0,4 Số Lần 1,41 0,1 3,14 0,0 Lần 0,87 0,1 2,50 0,0 Trung bình 0,45 0,2 2,30 0,3 3.1.1.2 Kích thước 1mm Chúng tiến hành khảo sát tương tự sensor sử dụng dây Platin kích thước 1mm Như kết luận dây Platin kích thước 0,5mm 1mm sử dụng để chế tạo sensor oxy, với độ ổn định lặp lại tốt 3.1.2 Sensor Vàng 3.1.2.1 Khảo sát sensor sử dụng điện cực vàng kích thước lớn Bão hòa oxy Không có oxy 10 i (mA/cm2) -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 U (V) -0.2 0.0 Hình 3.5: Đường CV chu kỳ liên tiếp lần đo sensor oxy sử dụng dây vàng 1,5mm môi trường oxy bão hòa oxy Các sensor mà điện cực làm việc vàng tiết diện 1,5 mm cho đường cyclic voltammetry lặp lại tốt chu kì, có khác biệt rõ hai môi trường oxy bão hòa dung dịch sunfit (hình 3.5) Trong môi trường oxy bão hòa, có thay đổi đột ngột dòng khử oxy Hình 3.6: Sự phụ thuộc dòng – thời gian (i-t) sensor oxy sử dụng dây vàng 1,5mm môi trường oxy bão hòa oxy áp vào -0,65V chu kỳ Đường đáp ứng dòng theo thời gian môi trường bão hòa oxy không khí sensor có điện cực làm việc vàng 1,5 mm tốt (Hình 3.6) Các đường đo thuộc chu kì môi trường ổn định, thể độ lệch chuẩn nhỏ, 0,5% môi trường oxy 0,4% môi trường oxy bão hòa Bảng 3.2: Giá trị dòng thu sensor oxy sử dụng dây vàng 1,5mm môi trường oxy bão hòa oxy Sensor vàng 1,5mm Lần đo 2 Không có oxy Bão hòa oxy Giá trị dòng trung Giá trị dòng trung bình (mA) RSD (%) bình (mA) RSD (%) 4,13 0,3 22,73 0,5 3,86 0,1 21,76 0,1 4,21 0,1 22,83 0,1 0,22 0,8 19,83 0,4 3,76 0,1 20,25 0,1 3,84 0,2 22,74 0,7 4,21 0,2 22,93 0,9 Trung bình 3,08 3,41 0,5 0,5 21,04 21,76 0,9 0,4 Kết tương tự thu khảo sát điện cực vàng 1mm 0,5 mm (Hình 3.7) chứng tỏ kích thước dây vàng khoảng 0,5 ÷1,5 mm dùng làm điện cực không ảnh hưởng nhiều đến tín hiệu đo dòng – thời gian sensor oxy 3.1.2.2 Khảo sát sensor sử dụng vi điện cực vàng Kết đo đường cong phân cực cho thấy sensor vi vàng có cho tín hiệu khử oxy, dẫn đến khác biệt đường đo môi trường Hình 3.10 đường đo đáp ứng dòng sensor có điện cực làm việc vàng kích thước 25 micromet không lặp lại, giá trị dòng trung bình (Bảng 3.3) có độ lệch chuẩn lớn Bảng 3.3: Giá trị dòng thu sensor oxy sử dụng dây vàng 25µm môi trường oxy bão hòa oxy Sensor vàng 25µm Lần đo Trung bình 2 Không có oxy Giá trị trung bình (mA) RSD (%) -0,07 0,0 -0,11 0,1 -1,47 0,4 -2,11 0,2 -6,05 0,3 -25,55 0,6 -5,89 0,5 Bão hòa oxy Giá trị trung bình (mA) RSD (%) -0,05 0,0 -0,05 0,0 3,64 0,4 2,43 0,3 -1,28 0,5 -20,77 0,4 -2,67 0,6 Hình 3.10: Sự phụ thuộc dòng – thời gian (i-t) sensor oxy sử dụng dây vàng 25µm môi trường oxy bão hòa oxy áp vào -0,5V chu kỳ 3.1.2.3 Khảo sát hàng loạt 16 điện cực vàng Vì sensor vi vàng có tính ổn định thấp, tuổi thọ ngắn nên chọn sensor vàng kích thước lớn để tiến hành khảo sát hàng loạt, cụ thể sau: kích thước 0,5mm (3 điện cực); 1mm (5 điện cực) 1,5mm (8 điện cực) Nhìn chung, sensor đáp ứng tốt, thời gian đáp ứng chủ yếu 20s đặc biệt có số sensor cho đáp ứng dòng nhanh (dưới 10s), thực tế cho thấy, khoảng kích thước khảo sát thời gian đáp ứng không phụ thuộc nhiều vào kích thước điện cực làm việc mà phụ thuộc vào kỹ thuật chế tạo Nghiên cứu chứng tỏ việc chế tạo sensor theo phương pháp thủ công, ảnh hưởng tính đồng sensor, vậy, thời gian đáp ứng sensor có khác Với thời gian đáp ứng nhanh vậy, sensor sử dụng để quan trắc liên tục, nguồn nước có dòng chảy lưu động, từ giúp người thực xây dựng đồ thị biến thiên hàm lượng DO đưa đánh giá chất lượng môi trường nước theo thời gian Đặc biệt, số liệu tính toán cho thấy đo môi trường bão hòa oxy với thời gian dài, giá trị DO thay đổi nhỏ, phần trăm sai lệch sau thời gian đo liên tục 66 phút nằm khoảng 0,21-3,68% Độ ổn định sensor đánh giá giá trị hàm lượng DO đo môi trường bão hòa oxy sau nhiều lần đo sai số quanh giá trị cân khoảng 0,05 mg/l tức 0,6% hầu hết sensor, cho thấy sensor làm việc ổn định thay đổi môi trường đo liên tục Chứng tỏ biến thiên giá trị đo sensor khác (kể kích thước) không đáng kể, giá trị đo có độ đồng tốt, dao động nhỏ quanh giá trị bão hòa 8,2 mg/l điều kiện nhiệt độ 25oC, độ mặn Sự dao động sai số trình chế tạo (chưa theo dây chuyền, tự động hóa) khiến bề mặt điện cực không hoàn toàn giống nhau, đặc biệt xử lý, độ phẳng, bóng bề mặt điện cực ảnh hưởng đến tiết diện thực tế phần làm việc Nguyên nhân giải thích cho kết đo số sensor kích thước 1,5 mm có sai khác lớn so với sensor kích thước nhỏ hơn, tăng kích thước tương ứng với tăng nhiều sai số bề mặt (nếu có) Một nguyên nhân khác gây sai khác hàm lượng DO cực đại đo sensor xảy sensor đo thời điểm khác nhau, có khác biệt điều kiện môi trường nhiệt độ, độ ẩm… Sau chế tạo khảo sát tính chất đơn lẻ sensor vàng, sử dụng 16 sensor phép đo DO đa kênh sử dụng hệ thiết bị đo đa kênh phần mềm MultiDO Hình 3.13 biểu diễn đường đo nồng độ DO đồng thời 16 kênh, với điện cực từ 01 ÷ 08 sử dụng dây vàng kích thước 1,5mm (Đường O1÷O8); điện cực số 09÷13 kích thước 1mm (Đường O9÷O13); sensor 14, 15, 16 có điện cực làm việc kích thước 0,5m (Đường O14÷O16) Từ thấy sensor đặt khoang đo đặt dung dịch không khí bão hòa, 16 kênh DO (mg/L) cho tín hiệu tương đối đồng Hình 3.13: Biến thiên DO theo thời gian đo môi trường khác 16 kênh đo riêng biệt, số liệu thu ngày 28-29 tháng năm 2012 3.2 Khảo sát ảnh hưởng vật liệu màng Chúng khảo sát thêm ảnh hưởng hai loại màng sản xuất nước, màng Polyethylen (PE) màng Polyvinylclorua (PVC) đến tín hiệu dòng – thời gian sensor oxy Do màng nhập đắt tiền, không chủ động trình làm việc nên hướng nghiên cứu tới màng sản xuất nước Sensor dùng để khảo sát màng sensor vàng kích thước 1,5mm Thực đo oxy hòa tan môi trường bão hòa oxy môi trường oxy (dung dịch sunfit) phương pháp đo quét vòng đo đường cong phân cực (polar) Làm lặp lại lần lần thay màng Các đường đo môi trường bão hòa oxy oxy (dung dịch sunfit) lặp lại tốt giữ nguyên màng (Hình 3.16) Khi thay màng đo ngày khác nhau, hình dạng đường đo môi trường không khác nhiều Đặc biệt dung dịch sunfit đường đo lặp lại tốt, môi trường bão hòa oxy giá trị dòng đường đo có chênh lệch, dự đoán chênh lệch khác độ căng màng lần lắp sensor 1-Bão hòa oxy 2-Không có oxy 1-Bão hòa oxy 2- Không có oxy 20 10 10 -10 -20 -5 I (mA/cm2) I (mA/cm2) -10 -15 -20 1 -25 -30 -30 -40 -1.0 -35 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 U (V) U (V) a màng PE b màng PVC Hình 3.16: Đường CV đo oxy hòa tan môi trường bão hòa oxy oxy với vật liệu màng khác Bảng 3.6: Giá trị trung bình dòng đo phép đo dòng đáp ứng theo thời gian môi trường bão hòa oxy oxy với loại màng Vật liệu màng Màng PE Màng PVC Lần đo 2 Không có oxy Giá trị dòng trung bình (mA) RSD (%) 0,2 3,86 3,76 0,3 0,1 4,21 0,22 0,1 Bão hòa oxy Giá trị dòng trung bình (mA) RSD (%) 21,76 0,6 20,25 0,5 22,83 0,6 19,83 0,4 Tiến hành khảo sát thay đổi dòng đáp ứng theo thời gian hai vật liệu màng khác nhau, thu kết biểu diễn hình 3.17, giá trị dòng đáp ứng tính toán bảng 3.6 a màng PE b màng PVC Hình 3.17: Sự phụ thuộc dòng – thời gian (i-t) sensor oxy môi trường oxy bão hòa oxy sử dụng vật liệu màng khác Như thấy hai loại màng có khả khuếch tán oxy, hình dạng đường đo hai loại màng phương pháp tốt khác không đáng kể, đồng thời giá trị tính toán đường đo đáp ứng dòng theo thời gian không sai khác nhiều 3.3 So sánh kết đo sensor tự chế tạo sản phẩm nhập ngoại 3.3.1 Sensor eDAQ (Úc) Sensor oxy số hiệu ET1117 hàng eDAQ (Úc) sử dụng dây platin kích thước 1mm làm điện cực catot, điện cực anot làm từ dây bạc Sử dụng điện cực phép đo DO đa kênh để kiểm chứng chất lượng sensor vàng chế tạo nước Khi sử dụng điện cực chọn để đo biến thiên DO hai môi trường, thay đổi từ oxy sang bão hòa oxy ngược lại, thu tín hiệu đồng nhất, cho thấy sensor nhạy với thay đổi nồng độ oxy, thời gian đáp ứng có khác ngắn (hình 3.18) Vàng 1,5mm Vàng 1mm 10 Vàng 0,5mm ET1117 Úc Bão hòa oxy DO (mg/L) Không có oxy 0 100 200 300 400 Thoi gian (s) Hình 3.18: Đường biến thiên nồng độ DO khảo sát đồng thời điện cực môi trường oxy bão hòa oxy 3.3.2 Sensor Horiba (Nhật Bản) Hình 3.20 trình bày kết đo DO thu từ sensor oxy tự chế tạo sensor oxy HORIBA Có thể thấy rằng, tín hiệu trùng khít đo môi trường bão hòa oxy môi trường chứa ion sunfit Thời gian đáp ứng hai loại sensor khảo sát nhanh phù hợp với 500 ,0 0 ,5 0 Y O1 ,0 0 Y DOU50 Thời gian đo (s) Hình 3.20: So sánh kết đo hai sensor: 01-Tự chế tạo U50-nhập ngoại từ HORIBA – Nhật KẾT LUẬN Về vật liệu kích thước điện cực làm việc: Như vậy, khảo sát ba loại điện cực: Platin kích thước lớn, vàng kích thước lớn vàng kích thước micro Cả ba loại điện cực cho kết đo DO tốt Trong đo, vật liệu Pt vật liệu giới lựa chọn nhiều cả, nhiên điều kiện Việt Nam, loại vật liệu đắt tiền, không sẵn có nguồn cung cấp Platin tiêu chuẩn, vật liệu vàng có nguồn cung cấp rộng rãi hơn, gia công chế tạo dễ Trong hai loại điện cực vàng, với mục đích sử dụng trường thử nghiệm dài hạn, tập trung vào nghiên cứu điện cực vàng kích thước lớn Từ khảo sát đồng thời 16 điện cực vàng kích thước lớn (0,5 ÷1,5 mm), kết cho thấy điện cực hoạt động ổn định, cho tín hiệu đồng đều, giá trị dòng đo tương đối đồng với độ lệch chuẩn nhỏ 2.Về vật liệu dùng làm màng khuếch tán oxy Theo khảo sát ban đầu, hai loại màng màng PE màng PVC cho oxy qua, cho tín hiệu khử oxy tốt Chưa thấy khác biệt nhiều hai loại màng Tuy nhiên, để khẳng định xác hơn, tìm loại màng tốt dùng cho sensor (khuếch tán oxy tốt, hạn chế cho khí khác ion lạ qua) cần làm nhiều thí nghiệm khảo sát So sánh kết đo sensor tự chế tạo sản phẩm nhập ngoại Chúng tiến hành so sánh tính sensor tự chế tạo nước sử dụng với sensor nhập ngoại từ Nhật Bản Úc, khả đáp ứng trình đo nồng độ oxy ổn định thời gian dài Kết luận sensor vàng nhạy với thay đổi nồng độ oxy, cho kết đồng với sensor nhập ngoại, ổn định theo thời gian Từ thấy sensor vàng tự chế tạo nước hoàn toàn đáp ứng yêu cầu đo đạc đề ra, cần lựa chọn để chế tạo hàng loạt, phục vụ cho việc đo dài ngày trường, điều kiện đo đạc môi trường có thành phần phức tạp [...]... (i-t) của sensor oxy sử dụng dây vàng 25µm trong môi trường không có oxy và bão hòa oxy ở thế áp vào là -0,5V trong 9 chu kỳ 3.1.2.3 Khảo sát hàng loạt 16 điện cực vàng Vì các sensor vi vàng có tính ổn định thấp, tuổi thọ ngắn nên chúng tôi chỉ chọn các sensor vàng kích thước lớn để tiến hành khảo sát hàng loạt, cụ thể như sau: kích thước 0,5mm (3 điện cực) ; 1mm (5 điện cực) và 1,5mm (8 điện cực) Nhìn... tháng 5 năm 2012 3.2 Khảo sát ảnh hưởng của vật liệu màng Chúng tôi khảo sát thêm ảnh hưởng của hai loại màng sản xuất trong nước, là màng Polyethylen (PE) và màng Polyvinylclorua (PVC) đến tín hiệu dòng – thời gian của sensor oxy Do màng nhập đắt tiền, không chủ động trong quá trình làm việc nên chúng tôi hướng nghiên cứu tới màng sản xuất trong nước Sensor dùng để khảo sát màng là sensor vàng kích thước... các sensor đều đáp ứng tốt, thời gian đáp ứng chủ yếu dưới 20s đặc biệt có một số sensor cho đáp ứng dòng rất nhanh (dưới 10s), thực tế cho thấy, trong khoảng kích thước khảo sát thời gian đáp ứng không phụ thuộc nhiều vào kích thước các điện cực làm việc mà phụ thuộc chính vào kỹ thuật chế tạo Nghiên cứu cũng chứng tỏ việc chế tạo sensor theo phương pháp thủ công, có thể ảnh hưởng tính đồng nhất của. .. làm điện cực catot, điện cực anot làm từ dây bạc Sử dụng điện cực này trong phép đo DO đa kênh để kiểm chứng chất lượng của các sensor vàng chế tạo trong nước Khi sử dụng 4 điện cực đã chọn để đo biến thiên DO trong hai môi trường, thay đổi từ không có oxy sang bão hòa oxy và ngược lại, chúng tôi thu được các tín hiệu đồng nhất, cho thấy các sensor đều nhạy với sự thay đổi nồng độ oxy, thời gian đáp ứng. .. hòa oxy 8 DO (mg/L) 6 4 2 Không có oxy 0 0 100 200 300 400 Thoi gian (s) Hình 3.18: Đường biến thiên nồng độ DO khi khảo sát đồng thời 4 điện cực trong 2 môi trường oxy bão hòa và không có oxy 3.3.2 Sensor Horiba (Nhật Bản) Hình 3.20 trình bày kết quả đo DO thu được từ sensor oxy tự chế tạo và sensor oxy của HORIBA Có thể thấy rằng, các tín hiệu hầu như trùng khít khi đo trong môi trường bão hòa oxy. .. trường chứa ion sunfit Thời gian đáp ứng của hai loại sensor khảo sát đều nhanh và phù hợp với nhau 7 6 5 4 3 0 500 1 ,0 0 0 1 ,5 0 0 Y O1 2 ,0 0 0 Y DOU50 Thời gian đo (s) Hình 3.20: So sánh kết quả đo trên hai sensor: 01-Tự chế tạo và U50-nhập ngoại từ HORIBA – Nhật bản KẾT LUẬN 1 Về vật liệu và kích thước của điện cực làm việc: Như vậy, chúng tôi đã khảo sát ba loại điện cực: Platin kích thước lớn, vàng... vào nghiên cứu điện cực vàng kích thước lớn Từ đó chúng tôi khảo sát đồng thời 16 điện cực vàng kích thước lớn (0,5 ÷1,5 mm), kết quả cho thấy các điện cực này hoạt động ổn định, cho tín hiệu đồng đều, giá trị dòng đo được tương đối đồng nhất với độ lệch chuẩn nhỏ 2.Về vật liệu dùng làm màng khuếch tán oxy Theo những khảo sát ban đầu, cả hai loại màng là màng PE và màng PVC đều có thể cho oxy đi qua,... 20,25 0,5 22,83 0,6 19,83 0,4 Tiến hành khảo sát sự thay đổi của dòng đáp ứng theo thời gian trên hai vật liệu màng khác nhau, chúng tôi thu được kết quả được biểu diễn trong hình 3.17, giá trị dòng đáp ứng được tính toán trong bảng 3.6 a màng PE b màng PVC Hình 3.17: Sự phụ thuộc dòng – thời gian (i-t) của sensor oxy trong môi trường không có oxy và bão hòa oxy sử dụng các vật liệu màng khác nhau... bóng của bề mặt điện cực sẽ ảnh hưởng đến tiết diện thực tế của phần làm việc Nguyên nhân này cũng có thể giải thích cho kết quả đo được trên một số sensor kích thước 1,5 mm có sự sai khác lớn hơn so với các sensor kích thước nhỏ hơn, là do sự tăng kích thước sẽ tương ứng với sự tăng nhiều hơn sai số do bề mặt (nếu có) Một nguyên nhân khác gây sự sai khác hàm lượng DO cực đại đo được trên các sensor. .. sensor tự chế tạo trong nước sử dụng với các sensor nhập ngoại từ Nhật Bản và Úc, về khả năng đáp ứng trong quá trình đo nồng độ oxy và sự ổn định trong thời gian dài Kết luận rằng các sensor vàng nhạy với sự thay đổi nồng độ oxy, cho kết quả đồng nhất với sensor nhập ngoại, ổn định theo thời gian Từ đó có thể thấy sensor vàng tự chế tạo trong nước hoàn toàn đáp ứng được các yêu cầu đo đạc đề ra, cần được