Chế tạo sensor điện hóa để phân tích lượng vết thuốc nổ Trinitrotoluene (TNT) trong môi trường

Luận văn thạc sĩ hóa họ c
Ph¹m ThÞ H¶i YÕn


1
MỞ ĐẦU

Hợp chất nitro thơm là những hợp chất được sản xuất chủ yếu cho mục
đích quân sự, là thành phần chính trong một số loại thuốc nổ phổ biến. Chúng
là các chất độc, gây ô nhiễm đáng chú ý đối với môi trường ở những nơi sản
xuất, nơi cất giữ và khu vực xung quanh, ảnh hưởng lớn đến sức khỏe của
người bị phơi nhiễm. Cụ thể với trinitrotoluene (TNT) là chất độc có thể gây
tổn thương toàn diện cơ thể, nó có thể xâm nhập vào cơ thể bằng nhiều con
đường: da, niêm mạc, hô hấp và tiêu hóa. Những người làm việc, tiếp xúc
nhiều với TNT, da có thể bị kích thích và chuyển sang màu vàng, dễ bị
bệnh thiếu máu và bệnh về phổi. Những ảnh hưởng về phổi và máu và những
ảnh hưởng khác sẽ phát triển dần và tác động vào hệ thống miễn dịch. Đồng
thời TNT cũng được ghi vào danh sách các chất có khả năng gây ung thư cho
con người. Một số khu đất thử nghiệm của quân đội đã bị nhiễm TNT. Nước
thải từ những nhà máy sản xuất vũ khí, bao gồm nước mặt và nước ngầm, có
thể chuyển thành màu tím bởi sự hiện diện của TNT. Những sự ô nhiễm như
vậy, gọi là "nước tím", rất khó khăn và tốn kém để xử lý [41].
Việc phát triển các phương pháp đơn giản có độ nhạy cao và hiệu quả
kinh tế để xác định dư lượng thuốc nổ và các sản phẩm phân hủy của chúng
trong môi trường ngày càng được quan tâm do độc tính, độ bền của chúng
trong môi trường, việc này có ý nghĩa quan trọng đối với vấn đề an ninh quốc
gia và ứng dụng môi trường [35]. Nhiều phương pháp đã được sử dụng để
phân tích và xác định hợp chất nổ TNT như: sắc ký khí [23], sắc ký lỏng [24],
đo phổ khối, đo quang và phương pháp điện hóa [37]. Trong đó phương pháp
điện hóa thu hút được nhiều quan tâm hơn cả do có độ nhạy, độ chọn lọc cao,

khoảng tuyến tính rộng, thiết bị đơn giản, nhỏ gọn mà không quá đắt tiền, và

Luận văn thạc sĩ hóa học
Ph¹m ThÞ H¶i YÕn


2
phương pháp có thể dùng phân tích ngoài hiện trường. Có rất nhiều loại điện
cực có thể được sử dụng để phân tích điện hóa TNT cũng như các hợp chất nổ
khác, bao gồm: điện cực sợi cacbon, kim cương, glassy cacbon, điện cực
vàng, hỗn hống của vàng và điện cực thủy ngân [35,37].
Với mục đích nghiên cứu hoạt tính điện hóa của TNT trên các loại điện
cực khác nhau bằng các thiết bị đo đạc, các điện cực do chính phòng Ứng
dụng Tin học trong nghiên cứu Hóa học chế tạo, từ đó tạo cơ sở khoa học cho
việc lựa chọn điều kiện tối ưu và phát triển ứng dụng phương pháp điện hóa
trong phân tích dư lượng TNT trong các mẫu môi trường, chúng tôi đã chọn
đề tài luận văn là: “Chế tạo sensor điện hóa để phân tích lượng vết thuốc nổ
Trinitrotoluene (TNT) trong môi trường ”.
Nội dung của bản luận văn đề cập đến các vấn đề:
- Chế tạo và hoạt hóa các điện cực làm việc bằng kỹ thuật quét thế vòng
- Khảo sát hoạt tính điện hóa của TNT bằng phương pháp quét thế vòng
(CV).
- Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ đo trên từng điện cực đến quá trình
đo bằng kỹ thuật xung vi phân (DPP), xác định chế độ đo tối ưu đối với từng
điện cực.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường đến quá trình đo bằng kỹ thuật
xung vi phân, xác định môi trường tối ưu cho phép phân tích.
- Xác định độ lặp lại của điện cực.
- Xây dựng đường chuẩn trong phép đo bằng kỹ thuật xung vi phân đối
với mỗi điện cực ở chế độ và môi trường đo đã xác định ở trên.

Luận văn thạc sĩ hóa học
Ph¹m ThÞ H¶i YÕn


3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. KHÁI QUÁT VỂ TNT [32,41]
1.1.1 TNT
TNT là từ viết tắt của 2,4,6-trinitrotoluen, ngoài ra hợp chất này còn có
các tên gọi khác như: Trilite, Tolite, Trinol, Trotyl, Tolit, Triton. Đây là hợp
chất nhân tạo, có công thức hóa học C
6
H
2
(NO
2
)
3
CH
3
. TNT là chất rắn màu
vàng, không mùi, khối lượng phân tử là 227,13; khối lượng riêng
d=1,654g/cm
3
, nhiệt độ nóng chảy t
0
nc

= 80,35
0
C, độ hút ẩm của TNT chỉ
khoảng 0.03% trong điều kiện nhiệt độ 30
0
C với độ ẩm tương đối 90%. TNT
rất ít tan trong nước, ete và CS
2
. Trong nước độ tan của TNT là 130mg/L ở
20
0
C. TNT tan tốt trong tetraclorua cacbon, rượu, benzen, piriđin.
TNT được tổng hợp từ phản ứng nitrat hóa toluen với hỗn hợp của 2
axit đặc là axit nitric và axit sunfuric. Công thức cấu tạo của TNT được nêu
trên hình 1.1


Hình 1.1: Công thức cấu tạo của TNT

1.1.2 Quá trình của TNT đi vào môi trường và vào cơ thể con người
1.1.2.1 Quá trình của TNT trong môi trường
TNT xâm nhập vào môi trường trong nước thải và chất thải rắn từ việc
sản xuất hợp chất này hay từ quá trình chế tạo và phá hủy bom, lựu đạn hay
từ quá trình tái chế chất nổ. TNT di chuyển trong nguồn nước mặt đi qua các

Luận văn thạc sĩ hóa học
Ph¹m ThÞ H¶i YÕn


4

lớp đất đến nguồn nước ngầm. TNT được cho là di chuyển trong pha nước là
chính, không có sự bay hơi của TNT từ nước mặt vào khí quyển hay phần
lắng vào đất hay trầm tích cũng coi như không đáng kể. Tuy nhiên một lượng
nhỏ TNT có thể được hấp thụ trong cá và cây cối. Nồng độ sinh học của TNT
trong cây và sinh vật thủy sản là có giới hạn [32].
1.1.2.2 Con đường TNT xâm nhập vào cơ thể người và bị loại thải ra ngoài [32]
Những con đường quan trọng nhất mà con người bị nhiễm TNT là uống
nước bị ô nhiễm hoặc da bị tiếp xúc với TNT qua nguồn nước mặt bị ô nhiễm.
Tuy nhiên, những người bình thường có thể bị nhiễm TNT được thải vào khí
quyển sau những hoạt động phi quân sự hóa vũ khí và xử lí thông qua việc
đốt hoặc nổ vũ khí; hoặc bị nhiễm TNT do ăn các loại thực phẩm đã hấp thụ
TNT từ đất ô nhiễm hay những thực phẩm bị bụi TNT từ không khí lắng đọng
lên. Điều này xảy ra chủ yếu ở những vùng lận cận xưởng sản xuất, các khu
vực quân sự. Đối với những người lao động làm việc trực tiếp với TNT thì
nguy cơ bị thâm nhiễm là cao hơn hẳn, họ có thể hít thở phải không khí có
chứa bụi hoặc hơi TNT, hoặc tiếp xúc trực tiếp với bụi TNT qua da.
TNT khi xâm nhập vào cơ thể người sẽ theo máu đi đến toàn bộ các cơ
quan trong cơ thể. Khi đến gan, nó sẽ phân hủy và biến đổi thành một vài hợp
chất khác nhau. Hầu hết các hợp chất này sẽ di chuyển trong đường máu cho
đến khi đến thận và chúng sẽ bị loại thải ra ngoài cơ thể thông qua nước tiểu.
1.1.2.3 Ảnh hưởng của TNT đến sức khỏe con người
Các công nhân sản xuất thuốc nổ đã phải chịu nhiều tác động không tốt
đến sức khỏe như là một bệnh nghề nghiệp khi thường xuyên làm việc trong
môi trường có hàm lượng TNT cao. Những tác động này bao gồm sự rối loạn
hệ tuần hoàn như bệnh thiếu máu, suy giảm chức năng gan. Nhiều nghiên cứu
được thực hành trên động vật chỉ ra rằng khi bị thâm nhiễm TNT, cá thể có

Luận văn thạc sĩ hóa học
Ph¹m ThÞ H¶i YÕn

5
hiện tượng mở rộng lá lách và chịu một số tác động lên hệ thống miễn dịch.
Ngoài ra, khi con người tiếp xúc lâu dài với TNT qua da, có thể xuất
hiện những phản ứng dị ứng trên da, ví dụ như: ngứa, tấy đỏ, rát. Thêm vào
đó, việc thâm nhiễm TNT trong một thời gian dài có liên quan đến việc phát
triển của bệnh đục thủy tinh thể ở người.
Không có một thông tin nào cho thấy TNT có thể là nguyên nhân gây ra
những dị tật bẩm sinh, tuy nhiên khi nghiên cứu trên những động vật đã xử lí
với lượng TNT cao, các nhà khoa học nhận thấy TNT là nguyên nhân gây ra
những ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ thống sinh sản của nam giới, và có thể
gây ra những khối u ở bàng quang, tiết niệu. Vì vậy, TNT được xếp vào danh
sách những hóa chất có thể gây ung thư cho con người.
1.1.3. Ứng dụng của TNT [31,41]
TNT là loại thuốc nổ mạnh, quan trọng được dùng nhiều trong lĩnh vực
quân sự để chế tạo bom và lựu đạn. Giá trị của nó nằm ở chỗ không nhạy với
sốc và ma sát, nhưng có thể bùng nổ dưới tác động của kíp nổ, vì thế giảm
thiểu nguy cơ nổ ngoài ý muốn. Nhiệt độ tự phát nổ của TNT cao hơn nhiều
so với nhiệt độ nóng chảy của TNT nhờ đó nó có thể trộn chung một cách an
toàn với các chất nổ khác. TNT không hút ẩm và hầu như không tan trong
nước nên được sử dụng hiệu quả trong môi trường ẩm ướt.
Các loại thuốc nổ có chứa TNT :
- Amatol: TNT + nitrat amoni, làm thuốc nổ để nhồi vào trong các
loại đạn dược như bom không quân, đầu đạn, thủy lôi
- Baratol: TNT + barium nitrate, được sử dụng trong bom nguyên tử.
- Comp-B (Composition B):RDX (Hexogen) + TNT, là thuốc nổ nhồi
vào trong các đầu đạn pháo, rốc két, mìn mặt đất, và lựu đạn cầm
tay hoặc được sử dụng trong việc kích nổ các loại vũ khí hạt nhân

Luận văn thạc sĩ hóa học

Ph¹m ThÞ H¶i YÕn


6
- Octol: HMX + TNT, được dùng trong các loại đạn dược, vật nổ đòi
hỏi tốc độ nổ lớn như trong các lượng nổ lõm, các loại đầu đạn tên
lửa sát thương, có thể sử dụng cho các loại vũ khí thông minh như
các tên lửa dẫn hướng.
- Pentolite:50% PETN + 50%TNT, là một chất nổ mạnh dùng cho
quân đội và cho một số mục đích dân sự, ví dụ như làm đầu đạn
hoặc thuốc đẩy.
- Torpex: 42% RDX, 40% TNT và 18% bột nhôm, sử dụng các ngư
lôi, bom động đất.
Thêm vào đó, TNT cũng có những ứng dụng trong ngành công nghiệp
thuốc nổ và một số ngành công nghiệp khác, ví dụ trong sản xuất thuốc
nhuộm và hóa chất ảnh, TNT được sử dụng như một chất trung gian trong quá
trình sản xuất.
1.1.4 Tình hình nghiên cứu TNT trong nước và quốc tế [1,2,7,9,18, 32,35]
Vì khả năng ứng dụng rộng rãi của TNT trong lĩnh vực quốc phòng và
công nghiệp nên nó cũng được các nhà khoa học rất quan tâm.
Ở nước ta, việc nghiên cứu về thuốc nổ đã được nghiên cứu từ lâu,
nhưng chủ yếu nghiên cứu về tính năng sử dụng TNT, ảnh hưởng của TNT
đến môi trường và sức khỏe con người và quá trình phân hủy của nó xảy ra
trong môi trường. Một số nghiên cứu khác là phân tích hàm lượng TNT bằng
các phương pháp sắc ký, phổ khối.
Còn trên thế giới, những nghiên cứu về TNT đã được đầu tư rất lớn. Có
nhiều công trình đã được công bố, đặc biệt là những nghiên cứu liên quan đến
môi trường, xác định nồng độ TNT trong các mẫu môi trường bằng các
phương pháp khác nhau; tuy nhiên hầu hết các nghiên cứu đó được thực hiện
trên những thiết bị đắt tiền và sử dụng những vật liệu phức tạp.

Luận văn thạc sĩ hóa học
Ph¹m ThÞ H¶i YÕn


7
Trong đề tài này, chúng tôi cũng nghiên cứu để ứng dụng phương pháp
phân tích điện hóa trong phân tích TNT trong mẫu môi trường, tuy nhiên hệ
thống thiết bị được sản xuất trong nước, đơn giản trong quá trình sử dụng và
tiện lợi về kinh tế; đặc biệt có thể dùng phân tích mẫu ngoài hiện trường.
1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TNT
Nhiều phương pháp đã được sử dụng để phát hiện, xác định lượng chất
TNT trong cả mẫu sinh học lẫn mẫu môi trường.
Các mẫu sinh học chủ yếu là mẫu máu, nước tiểu và mẫu mô. Các
phương pháp thường được sử dụng để phân tích mẫu sinh học là phương pháp
sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) ghép nối khối phổ và phương pháp HPLC
với detector hồng ngoại. Hai phương pháp này có giới hạn phát hiện cỡ ppb.
Chúng khác nhau ở giai đoạn xử lý mẫu và ở loại detector.
Trong đề tài này chúng tôi chỉ quan tâm đến mẫu môi trường.
Với các mẫu môi trường, phương pháp chủ yếu được sử dụng để phân
tích TNT trong không khí là sắc ký khí (GC) với detector cộng kết điện tử
(ECD), rồi đến các phương pháp dựa trên cở sở là phương pháp phổ khối
(MS) như phổ khối pha loãng ion (IDMS) và phổ khối dẫn điện phát sáng
(GDMS) và phương pháp phổ độ linh động ion (IMS) cũng được sử dụng
thành công để xác định hơi TNT trong mẫu khí. TNT và các sản phẩm phân
hủy của nó trong nước uống, nước mặt, nước ngầm, nước thải và nước biển
thường được xác định bằng các phương pháp HPLC với detector hồng ngoại
(UV) và phương pháp sắc ký khí phân giải cao với detector cộng kết điện tử
(HRGC/ECD). Ngoài ra, phương pháp so màu và quang phổ cũng được sử
dụng cho việc phân tích TNT và các mạch dài hiđrocacbon thơm khác. Các

phương pháp sắc ký lỏng và sắc ký khí với các detector như trên cũng được
dùng để phân tích TNT trong mẫu rắn. Trước đó, mẫu rắn phải được chiết

Luận văn thạc sĩ hóa học
Ph¹m ThÞ H¶i YÕn


8
bằng các dung môi hữu cơ.
1.2.1. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) [13,19,26,29]
Phương pháp HPLC là một phương pháp phân tích được ứng dụng rất
nhiều trong việc phân tích TNT trong cả mẫu lỏng và rắn trong môi trường.
Phương pháp này thường được ghép nối thêm một detector để xác định TNT,
và thường là detector hồng ngoại, ngoài ra có thể là detector điện hóa.
Trước hết mẫu lỏng được hấp phụ lên một pha rắn, sau đó được giải
hấp bằng dung môi acetone hoặc decloromethane, cô đặc và được tách rửa tử
cột pha đảo bằng metanol/nước. Ngoài ra, pha động còn có thể là
methanol/acetonitrile/nước.
Với mẫu rắn, quá trình phân tích có khác một chút với mẫu lỏng ở các
bước đầu. Mẫu rắn cần được làm khô, nghiền nhỏ, trộn đều rồi chiết với một
dung môi hữu cơ, thường là acetonitrile, sau đó được hòa tan trong dung dịch
nước CaCl
2
hoặc quay li tâm rồi lọc. Cuối cùng được tách pha đảo bằng dung
môi methanol/water.
Phương pháp HPLC là phương pháp khá nhanh chóng, chính xác và
chọn lọc. Khi phân tích chất nổ, thường là những chất kém bền nhiệt, phương
pháp này cũng không yêu cầu nhiệt độ. Độ nhạy và chọn lọc của phương pháp
cũng có thể được cải thiện khi ghép nối với detector điện hóa hay detector
mảng diot quang.

1.2.2. Phương pháp sắc ký khí
1.2.2.1. Phương pháp sắc ký khí (GC) [11,14]
Phương pháp sắc ký khí ghép nối với detector cộng kết điện tử ECD
được dùng chủ yếu trong phân tích mẫu khí chứa hơi TNT. Mẫu được hấp phụ
lên pha rắn, thường có cấu trúc hình ống (như sợi ống than thủy tinh). Sau đó
được giải hấp bằng benzene hoặc toluene hoặc acetonitrle.

Luận văn thạc sĩ hóa họ c
Ph¹m ThÞ H¶i YÕn


9
1.2.2.2. Phương pháp sắc ký khí phân giải cao (HRGC) [20,30]
Phương pháp này được sử dụng để phân tích TNT trong mẫu nước.
Detector ghép nối với hệ HRGC thường là detector cộng kết điện tử (ECD).
Đây cũng là một phương pháp có độ nhạy cao và chọn lọc và độ chính xác rất
cao.
Trước hết cần lọc mẫu với toluene, sau đó bơm mẫu vào thiết bị. Dung
dịch rửa giải thường là etyl axetat. Metanol cũng có thể được dùng làm dung
môi trao đổi.
1.2.3. Phương pháp quang phổ [39]
Có thể dùng phương pháp quang phổ để phân tích mẫu lỏng và rắn.
Chủ yếu phân tích TNT gián tiếp thông qua sản phẩm có màu sắc sinh ra từ
những phản ứng của TNT.
Phương pháp này có độ đúng và độ chính xác cao. Tuy nhiên lại không
thuận tiện về thiết bị. Mặc dù vậy, việc hệ đo phổ vận hành bằng pin cũng
đang được nghiên cứu để sử dụng trong lĩnh vực này.
1.2.4. Phương pháp phân tích điện hóa (electrochemical analysis)
Phương pháp phân tích điện hóa là phương pháp phân tích dựa trên
việc ứng dụng các quy luật, hiện tượng có liên quan đến phản ứng điện hóa

xảy ra trên ranh giới tiếp xúc giữa các điện cực và dung dịch phân tích hoặc
tính chất điện hóa của dung dịch tạo môi trường giữa các điện cực. Ngày nay,
có rất nhiều phương pháp phân tích điện hóa khác nhau đều có cơ sở là điện
hóa học. Với độ nhạy cao, khoảng tuyến tính rộng, thời gian phân tích nhanh,
có khả năng phân tích đồng thời nhiều chất khác nhau, đồng thời hệ thống cơ
sở lý thuyết phát triển cho phép xác định nhiều thông số động học, phương
pháp điện hóa đã trờ thành một công cụ nghiên cứu và phân tích quan trọng.


Luận văn thạc sĩ hóa họ c
Ph¹m ThÞ H¶i YÕn


10
Phân loại các kỹ thuật điện hóa
Bảng 1.1. Phân loại chung về các phương pháp đo điện hóa thuộc nhóm động

Phép phân
tích ampe
Phép đo ampe - thời
gian;
Phép đo bước nhảy
ampe - thời gian thế
điện kép

Phép đo điện lượng - thời gian; Phép đo bước
nhảy điện lượng - thời gian thế điện kép

Bước thế
Phép đo von – ampe dòng mẫu; Von – ampe
xung vi phân; Von – ampe sóng vuông
Quét von – ampe
tuyến tính


Ổn định
Von – ampe vòng
Khuấy dung dịch/
Bình có dòng

Thủy động
lực
Điện cực đĩa quay;
Điện cực đĩa vòng
quay




Quét thế



Phép đo
von -
ampe
Von – ampe hòa tan anot (ổn
định/thủy động lực)

Khuấy dung dịch







Khống chế
thế
Thế
không
đổi
Điện
phân
khối
Điện phân dòng chảy
Dòng không đổi
Dòng tăng tuyến tính
Dòng nghịch chuyển

Phép đo
điện thế - thời
gian
Vòng
Phép đo điện
lượng
Chuẩn độ điện lượng

Khống chế
dòng
Điện phân
Khống chế
điện tích
Bước nhảy điện tích Các phương pháp tĩnh điện
Von – ampe dòng xoay chiều (Cực phổ dòng xoay chiều)
Kỹ thuật
tổng trở
Phương pháp phổ tổng trở (EIS)

Các kỹ thuật điện hóa có thể chia làm hai nhóm chính, đó là:
Nhóm tĩnh (static, i = 0), ví dụ như phép đo điện thế (potentiometry).

Luận văn thạc sĩ hóa học
Ph¹m ThÞ H¶i YÕn


11
Đo thế nghỉ theo thời gian là một kỹ thuật thuộc nhóm tĩnh. Việc sử dụng điện
cực chọn lọc ion và pH kế là những ứng dụng thông thường nhất của phép đo
này. Nhóm động (dynamic, i ≠ 0), bao gồm hầu hết các kỹ thuật đo điện hóa
khác, bảng sau đây sẽ liệt kê những phương pháp thông dụng nhất thuộc
nhóm này.
Trong các phương pháp trên, các phương pháp sắc ký hay quang phổ
đều có những ưu điểm lớn trong việc phân tích TNT. Tuy nhiên, chúng đều
yêu cầu cao về hệ thống thiết bị cũng như là hóa chất. Các phương pháp này
cũng đòi hỏi phải xử lí mẫu trước khi tiến hành phân tích. Vì vậy không thuận
lợi về mặt cơ động để đo thực tế hiện trường. Đây cũng là các phương pháp
cần có sự đầu tư lớn về kinh tế cho máy móc, thiết bị và hóa chất.

Trong khi đó, phương pháp điện hóa có hệ thiết bị đơn giản, gọn nhẹ,
thuận tiện cho hướng nghiên cứu phân tích trực tiếp mẫu không qua xử lí và
phân tích hiện trường. Thêm vào đó, hệ máy đo điện hóa đã được chế tạo
thành công trong nước, tại phòng Ứng dụng Tin học trong nghiên cứu Hóa
học, với giá thành rẻ hơn mà chất lượng làm việc lại tương đương với các
máy điện hóa đắt tiền của nước ngoài. Vì thế, đề tài chúng tôi chọn là theo
hướng nghiên cứu để ứng dụng trong phân tích điện hóa TNT bằng chính hệ
máy đo chế tạo được.
Trong các phương pháp điện hóa, phương pháp von-ampe được sử
dụng rất rộng rãi trong công việc phân tích.
1.3. PHƯƠNG PHÁP VON - AMPE
Phương pháp von-ampe phát triển từ phương pháp cực phổ, do nhà hóa
học Tiệp Khắc Jaroslav Heyrovsky phát minh năm 1922 và đã nhận được giải
Nobel Hòa Bình năm 1959.
Danh từ phương pháp von-ampe được dùng để chỉ một nhóm các

Luận văn thạc sĩ hóa học
Ph¹m ThÞ H¶i YÕn


12
phương pháp phân tích điện hóa sử dụng điện cực làm việc không phải là điện
cực giọt thủy ngân như trong phương pháp cực phổ. Dòng ghi được là hàm số
của nồng độ các chất có tham gia phản ứng điện hóa trên bề mặt điện cực. Có
nhiều kỹ thuật để ghi dòng von – ampe, mỗi kỹ thuật có nguyên tắc riêng.
1.3.1. Các kỹ thuật ghi đường von - ampe
1.3.1.1 Von-ampe quét tuyến tính (Linear Scan Voltammetry) [12]
Trong kỹ thuật này, thế được quét tuyến tính theo thời gian giống như
trong phương pháp cực phổ cổ điển, nhưng tốc độ quét lớn hơn (khoảng 10¸
30 mV/s). Đồng thời ghi dòng là hàm của thế đặt lên điện cực làm việc. Khi

dùng cực HDME và tốc độ quét thế > 20 mV/s, quá trình oxy hóa khử kim
loại (khi phân tích theo phương pháp ASV) là thuận nghịch, khi đó dòng đỉnh
hòa tan (I
p
) tuân theo phương trình:
1 3 1 1
2 2 2 2
1 2
. . . . . . . .
p dp
I D t C k n v P k D n
 
= −
 
 
(1.1)
Trong đó,
I
p
(A) : Độ lớn dòng đỉnh trên đường von-ampe hòa tan
n : Số electron trong phản ứng điện cực
D (cm
2
/s) : Hệ số khuếch tán của kim loại trong hỗn hống
C (mol/cm
3
) : Nồng độ ion kim loại trong dung dịch phân tích
P (cm) : Bán kính của HDME
v (mV/s) : Tốc độ quét thế
k

1
, k
2
: Hằng số
t
đp
(s) : Thời gian điện phân
Kỹ thuật von-ampe quét tuyến tính có nhược điểm là độ nhạy chưa cao
và giới hạn phát hiện còn lớn do vẫn còn bị ảnh hưởng nhiều bởi dòng tụ điện.


Luận văn thạc sĩ hóa học
Ph¹m ThÞ H¶i YÕn


13
1.3.1.2. Kỹ thuật quét von – ampe vòng (cyclic voltammetry) [16,28,31,45]
Phương pháp von-ampe vòng là phương pháp quen thuộc trong các
nghiên cứu điện hóa. Bản chất của chúng là phương pháp thế động
(potentiodynamic), thế được quét phân cực với tốc độ không đổi theo chiều
âm dần tới một giá trị xác định rồi lập tức cho phân cực ngược lại và quan sát
đáp ứng dòng. Mỗi bước quét tiến được tiếp tục bởi một bước quét lui về phía
ban đầu.

Hình 1.2. Sơ đồ phép đo von-ampe vòng
Trong đó : WE là điện cực làm việc
CE là điện cực đối
RE là điện cực so sánh
RE WE CE
N
2
, Ar
Dòng
Thế
Thời gian
Thế

Luận văn thạc sĩ hóa họ c
Ph¹m ThÞ H¶i YÕn


14
Phương trình đường von-ampe trong trường hợp khử thuận nghịch ion
kim loại thành kim loại trên điện cực rắn đĩa trơ đã được Delahay thiết lập, ở
20
0

C có dạng:
( )
0,058
onstant lg
gh
E C I I
n
= + −

Trong đó: E : Điện thế

gh
I
: dòng giới hạn I : dòng đo được
n : số electron trao đổi trong phản ứng oxi hóa khử thuận nghịch
Phân tích đáp ứng dòng có thể cho thông tin về nhiệt động học và động
học của quá trình vận chuyển electron tại bề mặt dung dịch - điện cực, cũng
như động học và cơ chế của các phản ứng hóa học dung dịch.
Sơ đồ phép đo von - ampe vòng hệ ba điện cực được giới thiệu trên hình 1.1.
1.3.1.3. Kĩ thuật cực phổ xung vi phân (Differential Pulse Polarography)
[8,25,33]
Kỹ thuật von-ampe xung vi phân (DPP) là một trong những kỹ thuật
được dùng phổ biến hiện nay. Điện cực được phân cực bằng một điện áp một
chiều biến thiên tuyến tính. Vào cuối mỗi chu kỳ sẽ đặt thêm một xung vuông
góc có biên độ không đổi. Tùy theo từng thiết bị mà biên độ xung có thể thay
đổi từ 10¸ 100 mV và bề rộng xung không đổi trong khoảng 30¸ 100 ms.
Dòng được ghi hai lần: 17 ms trước khi nạp xung (I
1
) và 17 ms trước khi ngắt
xung (I

2
), khoảng thời gian ghi dòng thông thường là 10¸ 30 ms. Dòng thu
được là hiệu của hai giá trị dòng đó (I = I
1
- I
2
) và I ghi được là hàm của thế
đặt lên cực làm việc. Biến thiên thế theo thời gian và dạng đường von-ampe
hòa tan được nêu ở hình 1.6. Khi xung thế được áp vào, dòng tổng cộng trong
hệ tăng lên do sự tăng dòng Faraday (I
f
) và dòng tụ điện (I
c
). Dòng tụ điện
giảm nhanh hơn nhiều so với dòng Faraday vì:
(1.2)


Luận văn thạc sĩ hóa học
Ph¹m ThÞ H¶i YÕn


15
*
t
RC
c
I e
−
:

và
-1
2
f
I t
:

Trong đó: t : thời gian R : điện trở
C* : điện dung vi phân của lớp kép


t
pulse
t
step
U
step
∆Ε
(I )
1
(I )
2
(I )
1
(I )
2
t
meas1
t
meas2

t
meas1
t
meas2
E
start
E
Thời gian
Ip
I = I - I
1 2
Ep
I
E
(a)
(b)

Hình 1.3: (a) Sự biến thiên thế theo thời gian, (b) Dạng đường von-ampe hòa
tan trong kỹ thuật von-ampe xung vi phân.
∆
E (mV) – biên độ xung t
pulse
(ms) – bề rộng xung
t
step
(s) - thời gian mỗi bước thế U
step
(mV) - bước thế
t
meas

(ms) - thời gian đo dòng E
start
(mV) - thế đầu

Dòng tụ điện ghi được trước lúc nạp xung và trước lúc ngắt xung là gần
như nhau, do đó hiệu số dòng ghi được chủ yếu là dòng Faraday. Như vậy, kỹ
thuật von-ampe hòa tan xung vi phân cho phép loại trừ tối đa ảnh hưởng của
dòng tụ điện.
Theo lý thuyết (phương trình 1.1), cường độ dòng tăng theo căn bậc hai
của tốc độ quét thế (v =
step
step
t
U
). Vì vậy tốc độ quét thế quá nhỏ dòng ghi được
sẽ có cường độ thấp, làm giảm khả năng phát hiện, tuy nhiên nếu tốc độ quét

Luận văn thạc sĩ hóa học
Ph¹m ThÞ H¶i YÕn


16
thế quá cao sẽ gây ra hiện tượng bề mặt chưa kịp ổn định dẫn đến độ lặp lại
của phép đo không tốt.
Cùng với tốc độ quét thế, biên độ xung (
∆
E hay còn kí hiệu là U
pulse
)
và bề rộng xung (t

sample
hay t
pulse
) cũng ảnh hưởng đến tín hiệu dòng ghi được.

1.3.1.4. Kỹ thuật von-ampe bậc thang (Staircase Voltammetry)[25]
Kỹ thuật von-ampe bậc thang lợi dụng độ giảm nhanh hơn của dòng tụ
điện theo thời gian so với dòng Faraday để loại trừ ảnh hưởng của dòng tụ
điện. Trong kỹ thuật này, thế được quét theo kiểu bậc thang với chiều cao DE
(thường từ 5¸ 10 mV) và bề rộng bậc thang T (khoảng 6 ms). Trong mỗi bậc,
dòng được ghi ở một thời điểm xác định và dòng ghi được là hàm của thế đặt
lên cực làm việc.
Kỹ thuật von - ampe bậc thang có ưu điểm là cho phép quét thế nhanh
hơn, có thể quét với tốc độ 800¸ 1600 mV/s, thời gian quét mất khoảng 2¸ 3s
và như vậy rút ngắn được thời gian phân tích. Mặt khác, giới hạn phát hiện
đạt được tương đương với kỹ thuật von-ampe xung vi phân.











Luận văn thạc sĩ hóa học
Ph¹m ThÞ H¶i YÕn

17
1.3.1.5. Kỹ thuật von-ampe sóng vuông (Square Wave Voltammetry)
[13,24,25]
∆
E
Chu kì xung = 1/
γ
t
meas1
t
meas2
(I )
1
(I )
2
Thời gian
U
step
Các chu kì đo (n)
Các chu kì
chuẩn bị
t
step
E
start
1
2
E
Ip

Ep
I
E
I = (I - I )/n
Σ
1i 2i
(a)
(b)

Hình 1.4 : Sự biến thiên thế theo thời gian và dạng đường von-ampe hòa tan
trong kỹ thuật von-ampe sóng vuông .
γ
(Hz) - tần số xung
I
1i
và I
2i
- dòng đo được ở thời điểm t
meas1
và t
meas2
thứ i
n - Số chu kì đo trong mỗi bước thế
Các đại lượng khác như ở hình 1.3
Kỹ thuật von-ampe sóng vuông được Barker đề xuất từ năm 1958 và
sau đó được Osteryoung cải tiến vào những năm 1977 - 1980. Trong kỹ thuật
này, những xung sóng vuông đối xứng có biên độ nhỏ và không đổi (khoảng
50 mV) được đặt chồng lên mỗi bước thế. Trong mỗi chu kỳ xung, dòng được
đo ở hai thời điểm: thời điểm một (dòng dương I
1

) và thời điểm hai (dòng âm
I
2
). Dòng thu được là hiệu của hai giá trị đó (I = I
1
- I
2
) và I được ghi là hàm
của thế đặt lên điện cực làm việc. Theo cách ghi như vậy, kỹ thuật này loại trừ
được tối đa ảnh hưởng của dòng tụ điện. Trong một số trường hợp, kỹ thuật

Luận văn thạc sĩ hóa học
Ph¹m ThÞ H¶i YÕn


18
von-ampe sóng vuông có độ nhạy cao hơn so với kỹ thuật von-ampe xung vi
phân, nhưng về giới hạn phát hiện nói chung là tương đương nhau.
1.3.1.6. Von-ampe dòng xoay chiều hòa tan bậc một (The 1
st
Harmonic
Alternating Current Voltammetry)
Trong kỹ thuật này, thế xoay chiều hình sin có biên độ nhỏ (từ vài mV
đến 35 mV) và tần số 10¸ 250 Hz được đặt chồng lên thế một chiều biến thiên
tuyến tính chậm theo thời gian. Trong mỗi chu kỳ thế xoay chiều, dòng được
đo ở nửa cực đại (dòng dương
I
+
) và nửa cực tiểu ( dòng âm
I

−
). Dòng
Faraday xoay chiều lệch pha 45
0
(đối với hệ thuận nghịch) so với biên độ thế
xoay chiều áp vào, còn dòng tụ điện thì lệch pha 90
0
. Như vậy, bằng cách
dùng đetectơ nhạy pha, dòng tụ điện được loại trừ và chỉ ghi thành phần dòng
Faraday xoay chiều. Dòng ghi được ( I ) là hiệu của hai dòng
I
+

và
I
−
(
I
=
I
+


-
I
−

) và I ghi được là hàm của thế đặt lên cực làm việc. Kỹ thuật này có
độ nhạy cao và trong một số trường hợp cũng đạt được giới hạn phát hiện
tương đương với kỹ thuật von-ampe xung vi phân và von-ampe sóng vuông.

1.3.2. Kỹ thuật áp thế và hệ phản ứng điện hóa
1.3.2.1. Kỹ thuật áp thế
Trong một bình điện phân hệ ba điện cực: điện cực hoạt động hay còn
gọi là điện cực làm việc (glassy cacbon), cực so sánh (Ag/AgCl) và cực đối
(Pt), đặt một điện áp tăng dần vào điện cực hoạt động. Khi điện áp đưa vào thì
không có sự ôxy hóa hay khử ở cực platin. Tuy nhiên vì điện thế của điện cực
platin bị đẩy ngày càng âm hơn so với cực Ag/AgCl nên sẽ có lúc xảy ra sự
khử . Giả sử ta đảo ngược sự phân cực và kéo cực platin hoạt động theo chiều
dương so với Ag/AgCl, cũng sẽ không có sự ôxy hóa hay khử gì xảy ra cho
đến khi một phản ứng hóa học có thể xảy ra ở thế đủ lớn, cực sẽ trở nên có
khả năng ôxy hóa. Dựa vào đặc tính này, ta áp các giá trị thế khác nhau vào

Luận văn thạc sĩ hóa họ c
Ph¹m ThÞ H¶i YÕn


19
điện cực làm việc, dẫn đến sự khử hoặc ôxy hóa làm sạch bề mặt điện cực.
1.3.2.2 Hệ phản ứng điện hóa[41]
Dù ghi đường von - ampe bằng kỹ thuật nào thì cũng cần một hệ phản
ứng điện hóa để thực hiện quá trình điện hóa. Hệ phản ứng gồm 2, 3 hoặc 4
điện cực nhúng trong một bình điện phân có chứa dung dịch chất điện li. Hệ
được nối với máy đo, đây chính là bộ phận cung cấp thế áp vào các điện cực.
Máy đo được tích hợp nhiều phần mềm tương ứng với các kỹ thuật ghi dòng
von – ampe khác nhau và được điều khiển thông qua máy tính, các thông số
và hình dạng đường von – ampe cũng được ghi lại và biểu diễn thông qua
máy tính.
* Dung dịch điện li

Điều cần chú ý đầu tiên trong việc lựa chọn dung dịch nền là đặc tính

cực phổ của nguyên tố cần xác định. Thế bán sóng có ảnh hưởng lớn đến điều
kiện điện phân và có thể dự đoán được trình tự điện phân. Thế đỉnh pic anốt
trong phương pháp von-ampe được xác định bằng phương trình:
1
2
0,059
p
E E
n
= +
(1.3)
Trong đó: E
p
: Thế đỉnh pic
E
1/2
: Thế bán sóng
n: Số electron tham gia phản ứng
Tuy nhiên giá trị này chỉ có thể đánh giá trên cơ sở đặc tính cực phổ khi
biết trước các điều kiện thuận nghịch của phản ứng điện cực. Với việc tăng
mức độ bất thuận nghịch của phản ứng điện cực thì thế đỉnh anốt có xu hướng
dịch chuyển về phía dương hơn. Sự sai lệch trong mỗi giai đoạn của quá trình
cực phổ thường đặc trưng cho mức độ thuận nghịch của phản ứng điện cực.
Trong phương pháp cực phổ dòng xoay chiều tính thuận nghịch của
phản ứng điện cực cũng là một đặc trưng quan trọng để lựa chọn dung dịch

Luận văn thạc sĩ hóa học
Ph¹m ThÞ H¶i YÕn

20
nền. Tuy nhiên những chất dễ làm sạch thường được sử dụng làm nền cực phổ
nhiều hơn so với những chất có hoạt tính von-ampe cao hơn nhưng lại khó tồn
tại ở trạng thái tinh khiết.
Nếu trong dung dịch chứa những tác nhân tạo phức thì quá trình tách có
thể thực hiện bằng cách lựa chọn thế điện phân thích hợp. Có thể nâng cao độ
chọn lọc của phương pháp von – ampe bằng cách thay đổi dung dịch nền.
Trong phép đo von – ampe hòa tan thì dung dịch cần có độ dẫn thích hợp.
Dung dịch mẫu có độ dẫn thấp (như dung dịch nước) chỉ có thể phân tích trực
tiếp khi thêm một lượng nhỏ dung dịch chất điện ly với nồng độ thích hợp để
tăng độ dẫn.
Trong phương pháp cực phổ thông thường, việc loại bỏ không khí hòa
tan trong dung dịch nền là cần thiết. Không khí có thể được loại bỏ bằng cách
cho một dòng khí Nitơ tinh khiết đi qua dung dịch phân tích. ôxy hòa tan có
thể bị khử ở hai giai đoạn sau:

222
OHO
khu
→
(1.4)

OHOH
khu
222
→
(1.5)
Nếu ôxy hòa tan không được loại bỏ hết thì hai phản ứng trên sẽ tạo ra
hai dòng và chúng là nguyên nhân làm tăng dòng dư. Hơn nữa, cùng với sự
ôxy hóa của hỗn hống có thể xảy ra phản ứng trực tiếp giữa hỗn hống và ôxy

hòa tan và quá trình này làm tăng giá trị dòng anôt.
* Điện cực

Trong phương pháp von-ampe thường sử dụng hệ gồm 3 điện cực: điện
cực làm việc, điện cực so sánh và điện cực phụ trợ.
Điện cực so sánh (RE): là một điện cực có thế điện cực ổn định và
biết trước. Sự ổn định thế đạt được là do sử dụng một hệ oxi hóa khử có
nồng độ của các thành phần không đổi do là hệ đệm hoặc dung dịch bão

Luận văn thạc sĩ hóa học
Ph¹m ThÞ H¶i YÕn


21
hòa. Điện cực so sánh được sử dụng như một nửa của tế bào điện hóa,
cho phép xác định được thế của nửa còn lại là thế trên điện cực làm việc.
Điện cực so sánh thường dùng điện cực bạc - bạc clorua bão hòa
( Ag/AgCl/ KCl bão hòa, viết tắt là SAgE) hoặc điện cực calomen bão
hòa (Hg/Hg
2
Cl
2
/KCl bão hòa viết tắt là SCE). Ưu điểm của loại điện cực này
là dễ được lặp lại và ổn định ngay cả khi có dòng điện lưu thông qua điện cực.
Điện cực phụ trợ (hay còn gọi là điện cực đối, CE): cùng với điện cực
làm việc tạo nên một mạch kín mà dòng điện là dòng cấp vào hoặc là dòng đo
được. Thường thế của điện cực đối không đo được và được điều chỉnh cho
cân bằng với phản ứng xảy ra trên điện cực làm việc. Mô hình này cho phép
đo thế trên điện cực làm việc so với điện cực so sánh mà không làm ảnh
hưởng đến sự ổn định của điện cực so sánh tạo ra do dòng điện chạy qua nó.

Điện cực đối thường có bề mặt hoạt động lớn hơn rất nhiều so với điện cực
làm việc để đảm bảo bán phản ứng xảy ra trên điện cực đối đủ nhanh, do đó
không hạn chế quá trình xảy ra trên điện cực làm việc. Điện cực đối thường
được chế tạo bằng những vật liệu trơ như vàng, platin hay cacbon.
Điện cực làm việc (WE): là điện cực mà trên đó xảy ra phản ứng điện
hóa được quan tâm. Tùy thuộc vào phản ứng xảy ra trên điện cực là phản ứng
khử hay oxi hóa mà điện cực làm việc đóng vai trò là catot hay anot. Thông
thường, điện cực làm việc có thể là các kim loại trơ như vàng, bạc, platin hay
cacbon trơ như than thủy tinh (glassy cacbon), than nhão, sợi than, và có thể
là điện cực giọt thủy ngân hay điện cực màng thủy ngân.
1.4
. ĐIỆN CỰC TRONG PHÂN TÍCH ĐIỆN HÓA [8,42,43,44]
1.4.1. Điện cực giọt thủy ngân: có dạng giọt treo hoặc giọt ngồi. Vì sau mỗi
lần đo phải tạo một giọt thủy ngân khác nên yêu cầu chủ yếu khi sử dụng điện
cực giọt thủy ngân là các giọt sau mỗi lần tạo ra phải có kích thước không đổi

Luận văn thạc sĩ hóa họ c
Ph¹m ThÞ H¶i YÕn


22
và có độ lặp lại cao. Nếu thỏa mãn được yêu cầu này thì điện cực giọt thủy
ngân có khả năng ứng dụng cao, đặc biệt là trong phân tích các ion kim loại.
Do khoảng thế cho phép dùng điện cực thủy ngân rất rộng, phân tích được
nhiều kim loại và điện cực cũng thuận lợi cho việc lựa chọn điều kiện phân
tích.
1.4.2. Điện cực màng thủy ngân: là loại điện cực tạo thành do điện phân kết
tủa tạo một màng thủy ngân lên bề điện cực rắn. Độ dày hay mỏng của lớp
màng thủy ngân được điều khiển bằng việc đặt thời gian điện phân. Với loại
điện cực này, có thể thể tận dụng được những ưu điểm của điện cực giọt thủy

ngân nhưng lại dễ chế tạo để có độ lặp lại cao. Tuy nhiên, so với điện cực giọt
thủy ngân, độ tinh khiết của màng không tốt bằng do sau mỗi lần đo giọt thủy
ngân lại được làm mới, còn màng thủy ngân được tạo thành trong dung dịch,
có thể bị lẫn một số kim loại khác hoặc chất bẩn.
Có hai phương pháp tạo màng và sử dụng điện cực màng thủy ngân:
tạo màng in-situ và tạo màng ex-situ. Tạo màng in-situ là điều chế màng ngay
trong dung dịch phân tích. Điện cực này thuận lợi cho phân tích lượng vết các
kim loại do chúng bị kết tủa cùng thủy ngân và tạo thành hỗn hỗng trên bề
mặt điện cực, vì thế có thể điện phân làm giàu kim loại lên màng thủy ngân.
Điều này giúp hạ thấp giới hạn phát hiện.
Tạo màng ex-situ là điện cực được tạo màng trong dung dịch muối thủy
ngân, sau đó được đưa vào dung dịch phân tích làm điện cực làm việc.
Trường hợp này có thể dùng để phân tích các hợp chất khác kể cả các hợp
chất hữu cơ.
Tuy nhiên, ngày nay việc sử dụng điện cực thủy ngân được hạn chế, do
tính độc của nó, ảnh hưởng đến môi trường cũng như sức khỏe con người.


Luận văn thạc sĩ hóa học
Ph¹m ThÞ H¶i YÕn


23
1.4.3. Điện cực rắn đĩa tĩnh: có bề mặt là một mặt phẳng hình tròn (có
đường kính khoảng 3-5 mm) làm bằng vật liệu trơ như Pt, vàng và đặc biệt là
các loại cacbon có độ tinh khiết cao, trơ và có bề mặt dễ đánh bóng để diện
tích bề mặt không đổi. Trong đó glassy cacbon (than thủy tinh) là vật liệu tốt
nhất để chế tạo điện cực rắn đĩa, vì loại vật liệu này có độ bền rất cao, không
thay đổi ngay cả khi ngâm nhiều giờ trong nước cường thủy và rất dễ đánh
bóng bề mặt, tiết diện thực tế có thể bằng tiết diện hình học nếu bề mặt được

đánh bóng cẩn thận. Ngoài ra, có thể dùng cacbon ngâm tẩm hoặc cacbon
nhão để chế tạo điện cực rắn đĩa. Khoảng thế làm việc của các loại điện cực
này khá lớn: từ -1V đến +1V trong môi trường axit và từ -1,8V đến +1V trong
môi trường trung tính và môi trường kiềm.
1.4.4. Điện cực rắn đĩa quay: Là một loại điện cực làm việc thủy động lực.
Điện cực quay trong suốt quá trình thực nghiệm tạo một dòng chất phân tích
đến điện cực. Cấu tạo điện cực giống điện cực rắn đĩa tĩnh, nhưng được ghép
nối với một động cơ điện có thể điều khiển được tốc độ quay của điện cực.
Cũng như các điện rắn đĩa khác, loại vật liệu tốt nhất là các kim loại quý, than
thủy tinh. Khi điện cực quay, từng lớp dung dịch chảy đến rồi đi qua bề mặt
điện cực. Dòng dung dịch này giúp cho dòng điện đạt trạng thái ổn định
nhanh hơn quá trình khuếch tán.
1.4.5. Vi điện cực [3,5,22]
Việc định nghĩa chính xác về vi điện cực thực ra là vẫn chưa rõ ràng và
rất khó để đưa ra giới hạn chính xác về kích thước đặc trưng cho vi điện cực.
Một cách gần đúng có thể định nghĩa những điện cực có kích thước nhỏ cỡ
vài chục micromet trở xuống thì có thể gọi là vi điện cực. Trong hai thập kỷ
cuối của thế kỷ 20, một số nhà nghiên cứu đã công bố rộng rãi về phương
pháp, cách chế tạo và ứng dụng của vi điện cực. Vi điện cực gồm 2 dạng: vi

Luận văn thạc sĩ hóa học
Ph¹m ThÞ H¶i YÕn


24
điện cực dạng đơn (single) và vi điện cực dạng tổ hợp (composite). Chúng
được tạo ra với nhiều hình dạng khác nhau trên các vật liệu khác nhau và kỹ
thuật chế tạo cũng rất đa dạng. Với vi điện cực dạng đơn có thể đo được
những dòng thấp (10
-12

÷ 10
-9
Ampe) nhưng lại gặp khó khăn trong việc tạo ra
các dụng cụ đo có độ nhạy cao, còn với vi điện cực dạng tổ hợp (array,
ensemble) được sử dụng rộng rãi hơn.
Khi đem so sánh với điện cực thường, vi điện cực có những đặc tính
nổi bật như sau:
- Tốc độ của quá trình chuyển khối nhanh do sự khuếch tán xuyên tâm.
- Không phụ thuộc vào sự đối lưu.
- Nhanh chóng đạt được trạng thái ổn định.
- Có khả năng thực hiện các thí nghiệm với tốc độ cao do sự giảm dòng
tụ điện, hằng số điện trở điện dung RC nhỏ, không đổi.
Vì thế đưa đến việc ứng dụng vi điện cực trong việc nghiên cứu những
quá trình xảy ra trong khoảng thời gian ngắn.
- Có khả năng đo đạc trong những môi trường đặc biệt như các dung
dịch có nồng độ chất điện ly rất nhỏ, trong các dung môi không phân cực,
trong chất rắn và ngay cả trong chất khí. Vì vi điện cực hạn chế được sự giảm
thế ohm và dòng đáp ứng rất nhỏ.
- Không cần thiết thực hiện sự khử ôxy.
- Nâng cao được tỷ lệ giữa dòng Faraday và dòng tụ điện (I
F
/I
C
), tỷ lệ
tín hiệu/ nhiễu nên độ nhạy cao.
- Có thể tăng được tín hiệu dòng nhờ sử dụng vi điện cực dạng tổ hợp.
Với những đặc điểm ưu việt như vậy nên vi điện cực đã mở ra những
hướng đi mới mẻ trong các lĩnh vực nghiên cứu của điện hoá, công nghệ sinh
học, y học và môi trường.

Luận văn thạc sĩ hóa học
Ph¹m ThÞ H¶i YÕn


25
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM

Như chúng ta đã biết, hầu hết các loại thuốc nổ được phân thành một số
nhóm đại diện bởi các hợp chất nitro, este axit nitric, muối của axit pecloric,
nitric hay clohidric, azid và các hợp chất khác có thể sinh ra nổ, và hỗn hợp
các loại thuốc nổ từ các nhóm trên. Quá tình khử của các loại thuốc nổ rất
phức tạp. Phương pháp von – ampe sóng vuông có thể dùng để đánh giá
nhanh tính chất oxy hóa khử của chúng. Quá trình khử của các hợp chất thơm
poly nitro là phức tạp, cơ chế khử phụ thuộc vào số nhóm nitro và vị trí của
của chúng trong vòng thơm cũng như vào pH và các điều kiện điện ly khác
nhau. Sơ đồ phản ứng khử của TNT được biểu diễn theo sơ đồ dưới đây:




Hình 2.1: Sơ đồ phản ứng khử TNT tiêu biểu

2.1. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, HÓA CHẤT VÀ VẬT LIỆU
2.1.1. Thiết bị
- Hệ thiết bị CPA-HH5 là một hệ máy potentio-galvanostat sử dụng cho
mục đích phân tích điện hoá: von – ampe vòng (Cyclic Voltammetry), cực
phổ thường (Normal Polarography), cực phổ xung (Pulse Polarography), cực
phổ xung vi phân (Differential Pulse Polarography) Thiết bị này được ghép