Nghiên cứu xác định các nguyên tố đất hiếm trong các mẫu công nghệ sản xuất đất hiếm tinh khiết bằng quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP OES)

20 336 0
  • Loading ...
1/20 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 17/08/2016, 16:09

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Phương Thoa NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM TRONG CÁC MẪU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐẤT HIẾM TINH KHIẾT BẰNG QUANG PHỔ PHÁT XẠ PLASMA CẢM ỨNG (ICP-OES) LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Phương Thoa NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM TRONG CÁC MẪU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐẤT HIẾM TINH KHIẾT BẰNG QUANG PHỔ PHÁT XẠ PLASMA CẢM ỨNG (ICP-OES) Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60440118 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Xuân Chiến Hà Nội – Năm 2015 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, xin chân thành cảm ơn TS.Nguyễn Xuân Chiến giao đề tài, tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện cho hoàn thành luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS TS Lê Bá Thuận tạo điều kiện cho làm luận văn nơi làm việc Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đồng nghiệp Trung tâm Nghiên cứu Chuyển giao Công nghệ đất hỗ trợ, tạo điều kiên, quan tâm, động viên, ủng hộ để hoàn thành luận văn Cuối xin gửi lời cảm ơn tới gia đình giúp đỡ nhiều suốt trình làm luận văn Hà Nội, ngày 29 tháng 12, năm 2015 Học viên Nguyễn Phương Thoa DANH MỤC VIẾT TẮT STT Ký hiệu viết tắt NTĐH ICP-OES ICP-MS XRF HPIC Ln Tiếng Anh Rare earth element Inductively coupled plasma- optical emission spectrometry Inductively coupled plasma- mass spectrometry X-ray fluorescent High performance ion chromatography Lanthanoit PET Positron emission tomography 10 HF MHZ 11 ICP-AES 12 ETV-ICP-MS High frequency Megahertz Inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry Electrothermal vaporisation ICPmass spectrometry 13 14 15 16 HPGe CRM REE ND 17 INAA 18 19 LOD LOQ High purity germanium Certificate reference material Rare earth element Non-detection Instrumental Neutron Activation Analysis Limit of detection Limit of quantitation i Tiếng Việt Nguyên tố đất Quang phổ phát xạ plasma cảm ứng Phổ khối lượng plasma cảm ứng Huỳnh quang tia X Sắc ký ion hiệu cao Các nguyên tố đất Chụp cắt lớp phát xạ positron Cao tần megahec Quang phổ phát xạ nguyên tử plasma cảm ứng Phổ khối lượng plasma cảm ứng hóa nhiệt điện Ge siêu tinh khiết Mẫu chuẩn đối chứng Nguyên tố đất Không phát Kích hoạt nơtron Giới hạn phát Giới hạn định lượng MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tính chất vật lý, hóa học nhóm nguyên tố đất 1.2.Ứng dụng nguyên tố đất 1.3 Các phương pháp xác định hàm lượng NTĐH 1.3.1 Phương pháp xác định Ce NTĐH phương pháp khối lượng 1.3.2 Phương pháp chuẩn độ 1.3.3 Phương pháp quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP-OES) 1.3.3.1 Nguyên lý phương pháp 1.3.3.2 Cấu tạo hoạt động phận hệ thống ICP-OES 1.3.3.3 Xác định nguyên tố đất ICP-OES 11 1.3.4 Xác định NTĐH ICP-MS 16 1.3.5 Xác định NTĐH kích hoạt nơtron 17 1.3.6 Xác định NTĐH huỳnh quang tia X (XRF) 19 1.3.7 Một số kỹ thuật khác xác định NTĐH 20 CHƯƠNG THIẾT BỊ HÓA CHẤT NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 2.1 Thiết bị hóa chất 22 2.2 Nội dung phương pháp nghiên cứu 22 2.2.1 Xác định NTĐH mẫu lantan tinh khiết 22 2.2.1.1 Nghiên cứu lựa chọn bước sóng xác định NTĐH lantan tinh khiết 22 2.2.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng công suất plasma 23 2.2.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng môi trường 23 ii 2.2.1.4 Nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ bơm 23 2.2.1.5 Đường chuẩn xác định NTĐH, độ tuyến tính 23 2.2.1.6 Giới hạn phát LOD, giới hạn định lượng LOQ 23 2.2.1.7 Nghiên cứu ảnh hưởng lẫn NTĐH 24 2.2.1.8.Ảnh hưởng nguyên tố khác 24 2.2.1.9 Phân tích mẫu nhân tạo, mẫu thêm 25 2.2.2 Xác định NTĐH mẫu gadolini tinh khiết 25 2.2.2.1 Nghiên cứu lựa chọn bước sóng xác định NTĐH gadolini tinh khiết25 2.2.2.2 Đường chuẩn xác định NTĐH, độ tuyến tính 26 2.2.2.3 Giới hạn phát LOD, giới hạn định lượng LOQ 26 2.2.2.4 Ảnh hưởng lẫn NTĐH 26 2.2.2.5.Ảnh hưởng tạp chất kèm lên vạch phát xạ NTĐH 26 2.2.2.6 Phân tích mẫu nhân tạo, mẫu thêm 27 2.2.2.7 Phân tích mẫu thực tế 27 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28 3.1 Xác định NTĐH mẫu lantan tinh khiết 28 3.1.1 Nghiên cứu lựa chọn bước sóng xác định NTĐH lantan tinh khiết 28 3.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng công suất plasma 32 3.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng môi trường 33 3.1.4 Nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ bơm 34 3.1.5 Đường chuẩn xác định NTĐH, độ tuyến tính 35 3.1.6 Giới hạn phát LOD, giới hạn định lượng LOQ 36 3.1.7 Nghiên cứu ảnh hưởng lẫn NTĐH 37 3.1.8 Nghiên cứu ảnh hưởng nguyên tố kèm 39 3.1.9 Phân tích mẫu nhân tạo, mẫu thêm 51 iii 3.1.10 Phân tích mẫu thực tế 52 3.2 Xác định NTĐH mẫu gadolini tinh khiết 54 3.2.1 Nghiên cứu lựa chọn bước sóng xác định NTĐH gadolini tinh khiết 54 3.2.2 Đường chuẩn xác định NTĐH, độ tuyến tính 58 3.2.3 Giới hạn phát LOD, giới hạn định lượng LOQ 59 3.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng lẫn NTĐH 60 3.2.6 Phân tích mẫu nhân tạo, mẫu thêm 72 3.2.7 Phân tích mẫu thực tế 74 3.3 Quy trình phân tích NTĐH mẫu lantan gadolini tinh khiết 78 3.3.1 Phân tích NTĐH mẫu lantan tinh khiết 78 3.3.2 Phân tích NTĐH mẫu gadolini tinh khiết 78 KẾT LUẬN 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 PHỤ LỤC 85 iv DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Khoảng cường độ, khoảng bước sóng số vạch phát xạ NTĐH 28 Bảng 3.2: Các bước sóng phân tích lựa chọn Master 29 Bảng 3.3: Hệ số ảnh hưởng La lên NTĐH 30 Bảng 3.4: Bước sóng tối ưu xác định NTĐH lantan tinh khiết 32 Bảng 3.5: Các thông số tối ưu vận hành ICP-OES 35 Bảng 3.6: Giới hạn phát giới hạn định lượng NTĐH La 37 Bảng 3.7: Hệ số ảnh hưởng lẫn NTĐH 38 Bảng 3.8: Hệ số ảnh hưởng Zn lên NTĐH nồng độ Zn khác 40 Bảng 3.9: Hệ số ảnh hưởng Cu lên NTĐH nồng độ Cu khác 41 Bảng 3.10: Hệ số ảnh hưởng Pb lên NTĐH nồng độ Pb khác 42 Bảng 3.11: Hệ số ảnh hưởng Cr lên NTĐH nồng độ Cr khác 43 Bảng 3.12: Hệ số ảnh hưởng Mg lên NTĐH nồng độ Mg khác 45 Bảng 3.13: Hệ số ảnh hưởng Fe lên NTĐH nồng độ Fe khác 46 Bảng 3.14: Hệ số ảnh hưởng Si lên NTĐH nồng độ Si khác 47 Bảng 3.15: Hệ số ảnh hưởng Al lên NTĐH nồng độ Al khác 48 Bảng 3.16: Hệ số ảnh hưởng Ca lên NTĐH nồng độ Ca khác 50 Bảng 3.17: Hàm lượng NTĐH tìm mẫu nhân tạo 51 Bảng 3.18: Độ thu hồi phân tích NTĐH mẫu La tinh khiết 52 Bảng 3.19: Hàm lượng NTĐH sau chạy cân giai đoạn 53 Bảng 3.20: Hàm lượng NTĐH trong sản phẩm tách La, Ce giai đoạn 53 Bảng 3.21: Hàm lượng NTĐH sản phẩm lantan tinh khiết giai đoạn 54 v Bảng 3.22: Các bước sóng phân tích lựa chọn Master 55 Bảng 3.23: Hệ số ảnh hưởng Gd lên NTĐH 56 Bảng 3.24: Bước sóng tối ưu xác định tạp chất đất Gd 57 Bảng 3.25: Giới hạn phát giới hạn định lượng cho NTĐH Gd 59 Bảng 3.26: Hệ số ảnh hưởng lẫn NTĐH 60 Bảng 3.27: Hệ số ảnh hưởng Zn lên NTĐH nồng độ Zn khác 61 Bảng 3.28: Hệ số ảnh hưởng Cu lên NTĐH nồng độ Cu khác 62 Bảng 3.29: Hệ số ảnh hưởng Pb lên NTĐH nồng độ Pb khác 63 Bảng 3.30: Hệ số ảnh hưởng Cr lên NTĐH nồng độ Cr khác 64 Bảng 3.31: Hệ số ảnh hưởng Mg lên NTĐH nồng độ Mg khác 66 Bảng 3.32: Hệ số ảnh hưởng Fe lên NTĐH nồng độ Fe khác 67 Bảng 3.33: Hệ số ảnh hưởng Si lên NTĐH nồng độ Si khác 68 Bảng 3.34: Hệ số ảnh hưởng Al lên NTĐH nồng độ Al khác 69 Bảng 3.35: Hệ số ảnh hưởng Ca lên NTĐH nồng độ Ca khác 71 Bảng 3.36: Hàm lượng NTĐH tìm mẫu nhân tạo 72 Bảng 3.37: Độ thu hồi phân tích NTĐH mẫu Gd tinh khiết 73 Bảng 3.38: Hàm lượng NTĐH nguyên liệu ban đầu chiết tinh chế Gd giai đoạn 75 Bảng 3.39: Hàm lượng NTĐH sau chạy cân giai đoạn 75 Bảng 3.40: Hàm lượng NTĐH sản phẩm tách SEG giai đoạn 75 Bảng 3.41: Hàm lượng NTĐH sản phẩm tách EG giai đoạn 76 Bảng 3.42: Hàm lượng NTĐH sản phẩm Gd tinh khiết giai đoạn 76 vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Các trình xảy ICP-OES Hình 1.2: Sơ đồ khối phận hệ ICP-OES Hình 1.3: Bộ tạo phun sương dạng nén: (a) Bộ tạo phun sương đồng tâm, (b) Bộ tạo phun sương dòng mẫu khí Ar chéo nhau, (c) Bộ tạo phun sương Babington Hình 1.4: Cấu tạo buồng phun Scott Hình 1.5: Cấu tạo buồng phun li tâm Hình 1.6: Đèn nguyên tử hóa mẫu hệ ICP-OES Hình 1.7: Cách bố trí Torch kiểu hướng tâm 10 Hình 1.8: Cách bố trí Torch kiểu hướng trục 10 Hình 3.9: Hình ảnh phổ NTĐH Master thực tế 32 Hình 3.10: Ảnh hưởng công suất plasma lên cường độ vạch phát xạ 33 Hình 3.11: Ảnh hưởng nồng độ axit lên cường độ vạch phát xạ 34 Hình 3.12: Ảnh hưởng tốc độ bơm lên cường độ vạch phát xạ 35 Hình 3.13: Đường chuẩn NTĐH La 36 Hình 3.14: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ NTĐH vào nồng độ Zn 39 Hình 3.15: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ NTĐH vào nồng độ Cu 41 Hình 3.16: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ NTĐH vào nồng độ Pb 42 Hình 3.17: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ NTĐH vào nồng độ Cr 43 Hình 3.18: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ NTĐH vào nồng độ Mg 44 Hình 3.19: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ NTĐH vào nồng độ Fe 46 Hình 3.20: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ NTĐH vào nồng độ Si 47 Hình 3.21: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ NTĐH vào nồng độ Al 48 vii Hình 3.22: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ NTĐH vào nồng độ Ca 49 Hình 3.23: Phổ NTĐH 57 Hình 3.24: Đường chuẩn NTĐH Gd 5,0 g/l 58 Hình 3.25: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ NTĐH vào nồng độ Zn 61 Hình 3.26: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ NTĐH vào nồng độ Cu 62 Hình 3.27: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ NTĐH vào nồng độ Pb 63 Hình 3.28: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ NTĐH vào nồng độ Cr 64 Hình 3.29: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ NTĐH vào nồng độ Mg 66 Hình 3.30: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ NTĐH vào nồng độ Fe 67 Hình 3.31: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ NTĐH vào nồng độ Si 68 Hình 3.32: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ NTĐH vào nồng độ Al 69 Hình 3.33: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ NTĐH vào nồng độ Ca 70 viii MỞ ĐẦU Các nguyên tố đất (NTĐH) hay họ lantanit bao gồm nguyên tố Lantan (La), Ceri (Ce), Prometi (Pm), Neodim (Nd), Prazeodim (Pr), Samari (Sm), Europi (Eu), Gadolini (Gd), Tecbi (Tb), Dyspozi (Dy), Honmi (Ho), Erbi (Er), Tuli (Tu), Ytecbi (Yb) Lutecxi (Lu) có số thứ tự từ 57 đến 71 Trong Pm nguyên tố phóng xạ, không tồn trạng thái tự nhiên Nguyên tố Sc, Y có số thứ tự 21 39, chúng có tính chất hóa học chung có bán kính nguyên tử, bán kính ion giống nguyên tố họ lantanit nên Sc Y hợp họ họ NTĐH Chúng sử dụng nghành công nghiệp mũi nhọn giới, đặc biệt công nghiệp điện tử, xe hơi, lượng nguyên tử chế tạo máy Có nhiều nghiên cứu ứng dụng nguyên tố đất hiếm: nhóm Y, La, Ce, Eu, Gd, Tb dùng cho kỹ nghệ huỳnh quang, đặc biệt hình tinh thể lỏng; nhóm Nd, Sm, Gd, Dy, Pr dùng cho kỹ thuật nam châm vĩnh cửu thiết bị điện tử, phương tiện nghe nhìn; Er dùng sản xuất cáp quang; nhóm Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm dùng cho phát triển kỹ thuật làm lạnh từ tính thay phương pháp làm lạnh truyền thống khí nén Do nguyên tố đất có giá trị lớn, nên có nhiều kỹ thuật phát triển để khai thác, làm giàu, tách phân chia, nhằm mục đích thu đất có độ tinh khiết cao Việt Nam nước có nguồn đất phong phú Mỏ đất Yên Phú (Yên Bái) giàu nguyên tố đất phân nhóm trung đất phân nhóm nặng Mỏ đất Đông Pao (Lai Châu) giàu nguyên tố đất nhóm nhẹ Hiện nay, nước ta Viện Công nghệ xạ với Viện Khoa học Địa chất Tài nguyên khoáng sản Hàn Quốc hợp tác, tiến hành nghiên cứu xử lý, chế biến quặng đất Việt Nam; điều chế ứng dụng hợp chất Ceri từ bastnaesite Đông Pao Việt Nam; tách phân chia nguyên tố đất nhóm nhẹ nhóm trung với độ tinh khiết cao Có nhiều kỹ thuật phân tích nguyên tố đất hiếm: quang phổ hấp thụ nguyên tử không lửa, quang phổ hấp thụ nguyên tử lửa, phổ huỳnh quang tia X, kích hoạt nơtron, ICP-OES, ICP-MS Do nguyên tố đất có tính chất tương tự nhau, khiến cho việc xác định chúng khó khăn, phức tạp Đặc biệt, cần phải xác định nguyên tố đất hỗn hợp có chứa nguyên tố đất khác Vì vậy, việc nghiên cứu, phát triển phương pháp phân tích đáp ứng yêu cầu kiểm tra đánh giá chất lượng sản phẩm công nghệ sản xuất nguyên tố đất đóng vai trò quan trọng cần thiết Trước yêu cầu thực tế đặt ra, ‘‘Nghiên cứu xác định nguyên tố đất mẫu công nghệ sản xuất đất tinh khiết quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP-OES)’’được tiến hành CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tính chất vật lý, hóa học nhóm nguyên tố đất Các nguyên tố đất (NTĐH) chia thành hai nhóm có khác tính chất vật lý hóa học Nhóm nguyên tố nhóm nhẹ gọi “ nhóm Ce” gồm nguyên tố từ La đến Eu Nhóm nguyên tố nhóm nặng hay gọi “ nhóm ytri” gồm Y nguyên tố từ Gd đến Lu [8] Các kim loại đất kim loại màu trắng bạc, riêng Pr Nd có màu vàng nhạt Ở trạng thái bột, chúng có màu từ xám tới đen Đa số kim loại kết tinh trạng thái tinh thể lập phương Tất chúng khó nóng chảy khó sôi Các NTĐH có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, nhiệt độ thăng hoa tỉ khối biến đổi tuần hoàn theo điện tích hạt nhân Các oxit đất dạng vô định hình tinh thể, chúng bền với nhiệt khó nóng chảy Hidroxit dạng kết tủa vô định hình, không tan nước, độ bền nhiệt giảm xuống từ Ce tới Lu Ion đất Ln3+ có màu sắc biến đổi tùy thuộc vào cấu hình 4f Những electron có cấu hình 4f0, 4f7, 4f14 màu cấu hình electron 4f khác có màu khác Các muối clorua, bromua, iodua, nitrat, sunfat NTĐH tan nước, muối florua, cacbonat, photphat oxalate không tan [3] Các NTĐH có cấu hình electron hóa trị dạng tổng quát 4f2-145d0-16s2 Với cấu hình này, nguyên tử NTĐH có xu hướng 2, 3, electron hóa trị để tạo thành ion có số oxi hóa (II), (III), (IV) Trong đó, ion có số oxi hóa (III) đặc trưng Oxit nguyên tố đất Ln2O3 dạng kết tủa vô định hình, dễ tan axit, không tan dung dịch kiềm tan kiềm nóng chảy Hidroxit chúng có tính bazơ mạnh, dễ dàng tan axit tạo thành muối NTĐH Muối NTĐH LnX3, Ln 2(SO4)3, Ln(NO3)3 điều chế cách hòa tan oxit, hidroxit, cacbonat NTĐH với axit tương ứng Trong muối Ln 2(CO3)3, Ln2(C2O4)4 nhiệt phân tạo thành oxit Ln 2O3 Người ta sử dụng tính chất để điều chế oxit đất Ngoài trạng thái oxi hóa đặc trưng +3, NTĐH có trạng thái oxi hóa khác, đặc trưng Ce số oxi hóa +4 Muối Ce(IV) bị thủy phân mạnh tan nước [3] 1.2.Ứng dụng nguyên tố đất Các sản phẩm đất sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp, nông nghiệp, y học Những NTĐH độ tinh khiết cao có giá trị lớn mặt kinh tế Chúng sử dụng chế tạo nam châm, hợp kim pin, hợp kim kim loại, xúc tác tự động, phụ gia sản xuất thủy tinh, gốm sứ…[30] Các NTĐH ứng dụng nhiều lĩnh vực hạt nhân Sự phát lân quang lantan sử dụng phim chụp tia X laze để giúp giảm tới 75% liều phóng xạ vào bệnh nhân Promethy sử dụng nguồn phát beta cho thiết bị đo chiều dày Nó sử dụng pin lượng hạt nhân nhờ việc bắt chùm sáng tế bào quang điện chuyển đổi thành dòng điện Những pin loại sử dụng 147Pm có tuổi thọ khoảng năm Ngoài ra, Pm hứa hẹn nguồn tạo tia X thiết bị cầm tay Samari sử dụng làm tác nhân hấp thụ nơtron lò phản ứng hạt nhân Er nguyên tố hoạt động NTĐH, nghiên cứu để sử dụng lò phản ứng hạt nhân Gd nguyên tố hiệu để phát rò rỉ phóng xạ nhà máy điện hạt nhân Cùng với số kim loại khác Fe, Cr để chống lại nhiệt độ cao oxi hóa hợp kim Các hạt nhân Lu ổn định, phát xa xạ beta sau kích hoạt nơtron nhiệt Do sử dụng làm xúc tác cracking, alkyl hóa, hydrogen hóa, polymer hóa Lu có lẫn Ce oxyorthosilicate sử dụng làm detector chụp xạ hình cắt lớp positron (PET) [13] 1.3 Các phương pháp xác định hàm lượng NTĐH 1.3.1 Phương pháp xác định Ce NTĐH phương pháp khối lượng Phương pháp dùng để xác định hàm lượng nguyên tố đất thông qua việc cân khối lượng oxit chúng Các nguyên tố đất kết tủa oxalat nhiệt độ khoảng 80oC môi trường pH < Kết tủa để qua đêm, đem lọc nung 800 o C Để nguội cân khối lượng oxit thu [7] 1.3.2 Phương pháp chuẩn độ Dung dịch nguyên tố đất chuẩn độ EDTA môi trường đệm acetat pH=6 với thị asenazo (III) Tại điểm tương đương, dung dịch chuyển từ màu xanh sang màu tím hồng [1] 1.3.3 Phương pháp quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP-OES) 1.3.3.1 Nguyên lý phương pháp Quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP-OES) kỹ thuật phân tích hàm lượng nguyên tố dạng vết với đặc điểm: nhiệt độ kích thích lớn (70008000 K), mật độ điện tích lớn, có khả xác định nhiều nguyên tố lúc, phát xạ thấp, ảnh hưởng mặt hóa học tương đối thấp, độ ổn định tốt dẫn tới kết phân tích xác Kỹ thuật có giới hạn phát thấp (0,1ng/ml100ng/ml) hầu hết nguyên tố, phạm vi tuyến tính rộng, có hiệu kinh tế [21] Nguyên tắc kỹ thuật ICP-OES: mẫu bị hóa sau bị nguyên tử hóa, ion hóa, bị kích thích lên mức lượng cao hơn, sau trở mức lượng thấp Năng lượng giải phóng dạng chùm sáng bước sóng λ hay photon với tần số  mang lượng h. Số lượng photon phát tỉ lệ với số nguyên tử nguyên tố có mặt mẫu [36] Các trình nguyên tử hóa ICP-OES hình 1.1 Hình 1.1: Các trình xảy ICP-OES 1.3.3.2 Cấu tạo hoạt động phận hệ thống ICP-OES Các phận hệ ICP-OES gồm có bơm nhu động, phận tạo sương (nebulizer), buồng phun, máy phát cao tần, đèn nguyên tử hóa mẫu, phận quang học, máy tính Sơ đồ khối phận ICP-OES hình 1.2 Hình 1.2: Sơ đồ khối phận hệ ICP-OES  Bơm nhu động (peristaltic pump): thiết bị để dẫn dung dịch mẫu lỏng vào nebulizer hệ thiết bị ICP-OES Bơm vận hành nhờ điều khiển từ máy tính Phần mềm điều khiển có đặc tính điều khiển để bơm bơm dung dịch với tốc độ nhanh, thông thường, có chế độ rửa thông minh giúp cải tiến chế độ rửa giải thời gian phân tích mẫu  Nebulizer có kiểu: Nebulizer phun dạng nén tức sử dụng dòng khí tốc độ cao để tạo aerosol Nebulizer phun dạng siêu âm tức phá vỡ mẫu dạng lỏng thành aerosol mịn nhờ dao động siêu âm tinh thể áp điện Do đó, tạo thành aerosol với kỹ thuật không phụ thuộc vào tốc độ dòng khí Chỉ hạt mịn có đường kính khoảng µm đưa vào plasma Tuy nhiên, nebulizer kiểu phun dạng nén sử dụng phổ biến tính tiện lợi [21] Bộ phận tạo sol khí (nebulizer) sử dụng để dẫn mẫu vào ICP, mẫu dạng lỏng chuyển thành aerosol dẫn vào plasma  Có loại nebulizer phun dạng nén sử dụng ICP-OES: nebulizer đồng tâm, nebulizer dòng mẫu khí Ar chéo nhau, nebulizer Babington hình 1.3 Hình 1.3: Bộ tạo phun sương dạng nén: (a) Bộ tạo phun sương đồng tâm, (b) Bộ tạo phun sương dòng mẫu khí Ar chéo nhau, (c) Bộ tạo phun sương Babington  Buồng phun (spray chamber): trước dẫn hạt aerosol vào plasma, chúng qua buồng phun Tại đây, hạt có kích thước lớn bị loại bỏ [23]  Có loại buồng phun: Buồng phun Scott li tâm (Cyclone) hình 1.4,1.5 Hình 1.4: Cấu tạo buồng phun Scott  Các hạt aerosol theo lối định Những hạt lớn rơi xuống đáy buồng phun tốc độ chúng không đủ để thoát khỏi buồng phun Ưu điểm loại buồng phun thích hợp với tất loại dung dịch, sử dụng với nebulizer.Tuy nhiên, có số nhược điểm độ nhạy thấp so với buồng phun kiểu li tâm, nhiều thời gian rửa [23] Hình 1.5: Cấu tạo buồng phun li tâm  Buồng phun loại làm thủy tinh vật liệu trơ Aerosol vào buồng phun nhờ hiệu ứng cyclone, hạt mịn khỏi buồng phun Ưu điểm độ nhạy tốt Tuy nhiên, hàm lượng muối dung môi nước hay hữu không 40 g/l [23]  Máy phát cao tần HF làm việc tần số cao, phổ biến hai tần số 27,12 MHZ 450 MHZ, có nhiệm vụ phát tần số cao để cung cấp lượng cho cuộn cảm cao tần đầu miệng đèn nguyên tử hóa mẫu, tạo plasma nhiệt độ cao Nhờ có nhiệt độ cao nên hóa nguyên tử hóa hầu hết mẫu phân tích trạng thái với hiệu suất cao, phổ phát xạ ion chủ yếu [29, 30]  Đèn nguyên tử hóa mẫu (Torch) chế tạo thạch anh chịu nhiệt, gồm ba ống lồng vào nhau, gắn vào phần đáy, ống có đường khí dẫn vào Hình 1.6: Đèn nguyên tử hóa mẫu hệ ICP-OES  Trong đó, ống ống mao dẫn để dẫn mẫu vào plasma nhờ khí mang; ống thứ hai ống để tạo khí plasma; ống thứ ống tạo khí làm lạnh cho đèn nguyên tử hóa  Phía ống thứ ba cuộn cảm cao tần đồng, nối với máy phát cao tần HF làm lạnh dòng nước chảy qua làm việc Công suất làm việc cuộn cảm định nhiệt độ plasma kích thích phổ [21] [...]... thực tế đặt ra, ‘ Nghiên cứu xác định các nguyên tố đất hiếm trong các mẫu công nghệ sản xuất đất hiếm tinh khiết bằng quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP- OES) ’được tiến hành 2 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tính chất vật lý, hóa học của nhóm các nguyên tố đất hiếm Các nguyên tố đất hiếm (NTĐH) được chia thành hai nhóm có sự khác nhau rất ít về tính chất vật lý và hóa học Nhóm các nguyên tố nhóm nhẹ còn gọi... ICP-MS Do các nguyên tố đất 1 hiếm có những tính chất tương tự nhau, khiến cho việc xác định chúng khá khó khăn, phức tạp Đặc biệt, khi cần phải xác định các nguyên tố đất hiếm trong cùng một hỗn hợp có chứa các nguyên tố đất hiếm khác Vì vậy, việc nghiên cứu, phát triển phương pháp phân tích đáp ứng yêu cầu kiểm tra và đánh giá chất lượng sản phẩm công nghệ sản xuất các nguyên tố đất hiếm đóng vai trò quan... đích thu được đất hiếm có độ tinh khiết cao Việt Nam là nước có nguồn đất hiếm phong phú Mỏ đất hiếm Yên Phú (Yên Bái) giàu các nguyên tố đất hiếm phân nhóm trung và đất hiếm phân nhóm nặng Mỏ đất hiếm Đông Pao (Lai Châu) giàu nguyên tố đất hiếm nhóm nhẹ Hiện nay, ở nước ta Viện Công nghệ xạ hiếm cùng với Viện Khoa học Địa chất và Tài nguyên khoáng sản Hàn Quốc đã hợp tác, tiến hành nghiên cứu xử lý,... quặng đất hiếm Việt Nam; điều chế và ứng dụng các hợp chất của Ceri từ bastnaesite Đông Pao Việt Nam; tách và phân chia các nguyên tố đất hiếm nhóm nhẹ và nhóm trung với độ tinh khiết cao Có nhiều kỹ thuật hiện đại để phân tích các nguyên tố đất hiếm: quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa, quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa, phổ huỳnh quang tia X, kích hoạt nơtron, ICP-OES, ICP-MS Do các nguyên tố. .. C trong 3 giờ Để nguội và cân khối lượng oxit thu được [7] 1.3.2 Phương pháp chuẩn độ Dung dịch các nguyên tố đất hiếm được chuẩn độ bằng EDTA trong môi trường đệm acetat pH=6 với chỉ thị asenazo (III) Tại điểm tương đương, dung dịch chuyển từ màu xanh sang màu tím hồng [1] 1.3.3 Phương pháp quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP- OES) 1.3.3.1 Nguyên lý của phương pháp Quang phổ phát xạ plasma cảm ứng. .. được sử dụng làm detector trong chụp xạ hình cắt lớp positron (PET) [13] 4 1.3 Các phương pháp xác định hàm lượng các NTĐH 1.3.1 Phương pháp xác định Ce và các NTĐH bằng phương pháp khối lượng Phương pháp này dùng để xác định hàm lượng của các nguyên tố đất hiếm thông qua việc cân khối lượng các oxit của chúng Các nguyên tố đất hiếm được kết tủa oxalat ở nhiệt độ khoảng 80oC trong môi trường pH < 2 Kết... bán kính nguyên tử, bán kính ion giống các nguyên tố trong họ lantanit nên Sc và Y hợp cùng một họ là họ các NTĐH Chúng được sử dụng trong các nghành công nghiệp mũi nhọn hiện nay trên thế giới, đặc biệt là trong công nghiệp điện tử, xe hơi, năng lượng nguyên tử và chế tạo máy Có rất nhiều nghiên cứu về ứng dụng đối với các nguyên tố đất hiếm: nhóm Y, La, Ce, Eu, Gd, Tb dùng cho kỹ nghệ huỳnh quang, ... tính chất này để điều chế các oxit đất hiếm Ngoài trạng thái oxi hóa đặc trưng +3, các NTĐH còn có những trạng thái oxi hóa khác, đặc trưng nhất là Ce số oxi hóa +4 Muối của Ce(IV) bị thủy phân rất mạnh khi tan trong nước [3] 1.2 .Ứng dụng của các nguyên tố đất hiếm Các sản phẩm của đất hiếm được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp, y học Những NTĐH độ tinh khiết cao sẽ có giá trị... cảm ứng (ICP- OES) là kỹ thuật phân tích hàm lượng các nguyên tố ở dạng vết với những đặc điểm: nhiệt độ kích thích lớn (70008000 K), mật độ điện tích lớn, có khả năng xác định được nhiều nguyên tố cùng lúc, phát xạ nền thấp, ảnh hưởng về mặt hóa học tương đối thấp, độ ổn định tốt dẫn tới kết quả phân tích chính xác Kỹ thuật có giới hạn phát hiện thấp (0,1ng/ml100ng/ml) đối với hầu hết các nguyên tố, phạm... cường độ phát xạ của các NTĐH vào nồng độ Cr 64 Hình 3.29: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ của các NTĐH vào nồng độ Mg 66 Hình 3.30: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ của các NTĐH vào nồng độ Fe 67 Hình 3.31: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ của các NTĐH vào nồng độ Si 68 Hình 3.32: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ của các NTĐH vào nồng độ Al 69 Hình 3.33: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ của các NTĐH vào
- Xem thêm -

Xem thêm: Nghiên cứu xác định các nguyên tố đất hiếm trong các mẫu công nghệ sản xuất đất hiếm tinh khiết bằng quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP OES) , Nghiên cứu xác định các nguyên tố đất hiếm trong các mẫu công nghệ sản xuất đất hiếm tinh khiết bằng quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP OES) , Nghiên cứu xác định các nguyên tố đất hiếm trong các mẫu công nghệ sản xuất đất hiếm tinh khiết bằng quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP OES)

Từ khóa liên quan

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn