Báo cáo vật lý đại cương bài Khảo sát độ dẫn điện riêng của dung dịch và ứng dụng trong y học.

ĐỘ DẪN ĐIỆN RIÊNG CỦA DUNG DỊCH

Tổ/ Nhóm/ Lớp:

Điểm:

Họ tên:

Nhận xét:

BÁO CÁO THỰC HÀNH VẬT LÝ
BÀI 3: KHẢO SÁT ĐỘ DẪN ĐIỆN RIÊNG CỦA DUNG DỊCH
Các thông số hệ thống không thay đổi trong quá trình thực hành:

3.1. Độ dẫn điện riêng của dung dịch NaCl nồng độ C0 (10 điểm)
Đồ thị độ dẫn điện riêng theo thời gian.

Nhận xét 3.1 về độ dẫn điện riêng trung bình của dung dịch C0.
-

Độ dẫn điện của dung dịch NaCl có nồng độ C0 = 1000 mg/l tăng giảm không
đều trong 20s, thấp nhất ở 0s, 3s, 9s và 11s với độ dẫn điện là 1664 µS/cm, cao

-

nhất ở giây thứ 19 với độ dẫn điện là 1672 µS/cm.
Độ dẫn điện trung bình của dung dịch NaCl có nồng độ C0 là 1667 µS/cm.

1

ĐỘ DẪN ĐIỆN RIÊNG CỦA DUNG DỊCH

3.2. Độ dẫn điện riêng của dung dịch NaCl nồng độ C1 (10 điểm)
Đồ thị độ dẫn điện riêng theo thời gian.

Nhận xét 3.2 về độ dẫn điện riêng trung bình của dung dịch C1.
-

Độ dẫn điện của dung dịch NaCl có nồng độ C1 = 800 mg/l tăng giảm không
đều trong 20s, thấp nhất ở t = 8s với độ dẫn điện là 1369 µS/cm, cao nhất ở t =

-

3s với độ dẫn điện là 1384 µS/cm.
Độ dẫn điện trung bình của dung dịch NaCl có nồng độ C1 là 1377 µS/cm, thấp
hơn độ dẫn điện trung bình của C0.

2


ĐỘ DẪN ĐIỆN RIÊNG CỦA DUNG DỊCH

3.3. Độ dẫn điện riêng của dung dịch NaCl nồng độ C2 (10 điểm)
Đồ thị độ dẫn điện riêng theo thời gian.

Nhận xét 3.3 về độ dẫn điện riêng trung bình của dung dịch C2.
-

Độ dẫn điện của dung dịch NaCl có nồng độ C2 = 600 mg/l tăng giảm không
đều trong 20s, thấp nhất ở t = 9s với độ dẫn điện là 984.7 µS/cm, cao nhất ở t =

-

20s với độ dẫn điện là 999.6 µS/cm.
Độ dẫn điện trung bình của dung dịch NaCl có nồng độ C2 là 993.3 µS/cm, thấp
hơn độ dẫn điện trung bình của C0 và C1.

3


ĐỘ DẪN ĐIỆN RIÊNG CỦA DUNG DỊCH

3.4. Độ dẫn điện riêng của dung dịch NaCl nồng độ C3 (10 điểm)
Đồ thị độ dẫn điện riêng theo thời gian.

Nhận xét 3.4 về độ dẫn điện riêng trung bình của dung dịch C3.
-

Độ dẫn điện của dung dịch NaCl có nồng độ C3 = 400 mg/l tăng giảm không
đều trong 20s, thấp nhất ở giây thứ nhất và thứ hai với độ dẫn điện là 709

-

µS/cm, cao nhất ở t = 16s với độ dẫn điện là 727.4 µS/cm.
Độ dẫn điện trung bình của dung dịch NaCl có nồng độ C3 là 718.4 µS/cm, thấp
hơn độ dẫn điện trung bình của C0, C1, và C2.

4

ĐỘ DẪN ĐIỆN RIÊNG CỦA DUNG DỊCH

3.5. Độ dẫn điện riêng của dung dịch NaCl nồng độ C4 (10 điểm)
Đồ thị độ dẫn điện riêng theo thời gian.

Nhận xét 3.5 về độ dẫn điện riêng trung bình của dung dịch C4.
-

Độ dẫn điện của dung dịch NaCl có nồng độ C4 = 200 mg/l tăng giảm không
đều trong 20s, thấp nhất ở t = 9s với độ dẫn điện là 401.1 µS/cm, cao nhất ở t =

-

5s với độ dẫn điện là 409.8 µS/cm.
Độ dẫn điện trung bình của dung dịch NaCl có nồng độ C4 là 404.9 µS/cm, thấp
hơn độ dẫn điện trung bình của C0, C1, C2, và C3.

 Kết luận 3.1 về sự ảnh hưởng của nồng độ đến độ dẫn điện riêng trung bình của
dung dịch.
- Nồng độ dung dịch NaCl càng giảm, độ dẫn điện riêng trung bình của dung
dịch càng giảm.
→ Độ dẫn điện riêng trung bình của dung dịch tỷ lệ thuận với nồng độ dung dịch.

5


ĐỘ DẪN ĐIỆN RIÊNG CỦA DUNG DỊCH

3.6. Từ các thực nghiệm trên,
3.6.1. Trình bày các bước xây dựng đồ thị đường chuẩn, là đồ thị thiết lập mối quan hệ

độ dẫn điện riêng và nồng độ của dung dịch NaCl? (10 điểm)
-

Bước 1: Pha dung dịch NaCl với nồng độ C0 = 1000mg/l; C1 = 800mg/l; C2 =

-

600mg/l; C3 = 400mg/l; C4 = 200mg/l vào các cốc có mỏ
Bước 2: Khởi động phần mềm “Logger Pro 3”
Bước 3: Cho đầu dò vào dung dịch có nồng độ C0
Bước 4: Khi nhấn nút “Collect” để ghi nhận độ dẫn điện riêng thì sau khoảng

-

20s nhấn nút “Stop”
Bước 5: Bấm tổ hợp phím “Ctrl + J” → Chọn Stat → Lưu lại hình ảnh đồ thị
Bước 6: Làm tương tự với những dung dịch còn lại
Bước 7: Khởi động Microsoft Excel
Bước 8: Nhập số liệu như bảng dưới đây:

-

Nồng độ dd NaCl (mg/l)
1000
800
600
400
200
Bước 9: Chọn vùng số liệu:

-

Bước 10: Chọn Insert → Chọn Scatter → Chọn kiểu đầu tiên

Độ dẫn điện riêng trung bình (µS/cm)
1667
1377
993.3
718.4
404.9

→ Được đồ

thị như sau:
-

Bước 11: Nhấp chuột phải vào ô vuông trên đồ thị → Chọn Add Trendline →
Click vào 2 ô Display Equation on chart và Display R-Squared value on chart
→ Nhấn Close. Ta được đồ thị đường chuẩn của độ dẫn điện riêng trung bình
theo nồng độ của dung dịch NaCl như sau:

Đồ thị đường chuẩn của độ dẫn điện riêng trung bình theo nồng độ của dung dịch
NaCl
3.6.2. Tìm các tham số tạo nên phương trình đường chuẩn? (5 điểm)
6


ĐỘ DẪN ĐIỆN RIÊNG CỦA DUNG DỊCH

Tham số tạo nên phương trình đường chuẩn y = 1.5914x + 77.28 là:

• a = 1.5914
• b = 77.28
3.6.3. Tìm hệ số tương quan của phương trình đường chuẩn (Correlation hay R^2)? (5
điểm)
Hệ số tương quan của phương trình đường chuẩn y = 1.5914x + 77.28 là:
• r2 = 0.9977
3.7. Từ thực nghiệm đến thực tiễn (30 điểm)
3.7.1. Liệt kê tên của các dụng cụ, thiết bị ghi nhận hay áp dụng hiệu ứng độ dẫn điện
của dung dịch? (10 điểm)
-

Sensor đo độ dẫn điện kiểu điện từ
Bút đo độ mặn
Máy điện di mao quản sử dụng detector đo độ dẫn không tiếp xúc (CE - C4D)
Máy quan trắc môi trường/quan trắc nước mặt

3.7.2. Mô tả chức năng chính của một dụng cụ, thiết bị ở mục (3.7.1)? (10 điểm)
1. Sensor đo độ dẫn điện kiểu điện từ dùng để xác định độ dẫn của dung dịch.
2. Bút đo độ mặn để đo ion Natri để tính nồng độ muối NaCl, đo độ mặn của đất
để cải thiện nông nghiệp; kiểm nghiệm thực phẩm ; nuôi trồng thủy hải sản.
3. Máy điện di mao quản sử dụng detector đo độ dẫn không tiếp xúc (CE - C 4D)
dùng để phân tích dược phẩm, dược liệu, thực phẩm...
4. Máy quan trắc môi trường/quan trắc nước mặt để đo các chỉ tiêu pH, độ mặn,
oxy hòa tan, tổng rắn hòa tan, độ đục, nhiệt độ, nitrat, amoni.
3.7.3. Trình bày sơ đồ và nguyên lý hoạt động một dụng cụ, thiết bị ở mục (3.7.1)? (10
điểm)
1. Sensor đo độ dẫn điện kiểu điện từ
Sensor cảm ứng dòng điện trong dung dịch sau đó đo độ lớn từ trường tạo ra bởi
dòng điện này để xác định độ dẫn của dung dịch. Cuộn dây Toroid A cảm ứng dòng
điện chạy luân phiên trong dung dịch, dòng tín hiệu này chạy trong một vòng lặp

xuyên qua lõi sensor và bao quanh dung dịch. Cuộn dây Toroid B dò từ trường do
dòng điện cảm ứng sinh ra tỉ lệ thuận với độ dẫn điện của dung dịch. Bộ phân tích
trong sensor xử lý tín hiệu này và hiển thị lên bộ điều khiển giá trị đọc tương ứng.
7


ĐỘ DẪN ĐIỆN RIÊNG CỦA DUNG DỊCH

2. Bút đo độ mặn
Muối tồn tại dưới dạng ion natri (mang điện tích dương) và ion chloride (mang
điện tích âm) di chuyển tự do trong nước. Một khi trường điện từ xuất hiện, điện tích
dương sẽ di chuyển về điện cực âm và điện tích âm sẽ di chuyển về điện cực dương,
máy sẽ tính toán để cho ra kết quả đo.
3. Máy điện di mao quản sử dụng detector đo độ dẫn không tiếp xúc (CE C4D)
Điện di mao quản là một kỹ thuật tách các chất dựa trên sự di chuyển khác nhau
của các phân tử chất (chủ yếu là các ion mang điện tích) trong dung dịch chất điện ly
có chất đệm pH và trong tác dụng của điện trường nhất định do thế (V) đặt vào hai đầu
mao quản sinh ra.

Sơ đồ phân tích hệ điện di mao quản
Trong phương pháp điện di mao quản, detector đo độ dẫn là một trong những
loại detector rất được chú ý, tuy có độ nhạy thấp hơn so với các kĩ thuật điện hóa khác
nhưng lại có ưu điểm là detector đa năng có thể dùng cho rất nhiều loại chất phân tích
khác nhau. Detector này có thể thu nhỏ, thuận lợi khi kết hợp với các mao quản có
đường kính hẹp, thậm chí với các microchip mà không ảnh hưởng đến độ nhạy và các
tính chất khác của detector.
 Nguyên lý hoạt động C4D
Nguyên lý hoạt động của C4D được minh họa trong hình 1

8

ĐỘ DẪN ĐIỆN RIÊNG CỦA DUNG DỊCH

Hình 1. Nguyên lý hoạt động của cảm biến đo độ dẫn không tiếp xúc
Nguồn điện xoay chiều (V) với tần số (f) được áp vào điện cực thứ nhất. Tại
điện cực thứ hai, tín hiệu đo được ở dạng cường độ dòng điện (I). Theo đó, dòng điện
thu được tại điện cực thứ 2 sẽ phụ thuộc vào độ lớn của điện thế V và tần số f.

Hình 2. Sơ đồ biểu diễn cấu trúc (A) và mạch điện tương đương (B) của cảm biến đo
độ dẫn không tiếp xúc
Tín hiệu đầu ra thu được ở dạng cường độ dòng điện (xoay chiều), sau đó sẽ
được chuyển đổi và khuếch đại thành tín hiệu dạng vôn thế (xoay chiều), thông qua
việc sử dụng một điện trở khuếch đại (Rfeedback). Vôn thế xoay chiều sau đó được
chuyển đổi thành vôn thế 1 chiều, lọc nhiễu và khuếch đại, sau cùng chuyển đổi thành
tín hiệu số hóa trước khi được hiển thị và lưu trữ trên máy tính.
Như vậy, detector đo độ dẫn không tiếp xúc ngoài ưu điểm là phân tích đa năng
còn có ưu điểm là không nhất thiết phải có sự tiếp xúc trực tiếp của các điện cực với
dung dịch đo nhờ lợi dụng tính chất kết nối tụ điện với dung dịch bên trong mao quản
hoặc ống phản ứng. Đây là một cách rất thông minh loại trừ ảnh hưởng của điện thế
cao trong quá trình phân tách điện di đến hệ điện tử của detector và không làm nhiễm
bẩn dung dịch phân tích.
9


ĐỘ DẪN ĐIỆN RIÊNG CỦA DUNG DỊCH

4. Máy quan trắc môi trường/quan trắc nước mặt
• Thiết bị đo độ dẫn/TDS/độ mặn - Inductive Conductivity sensor
 Nguyên lý hoạt động

Độ dẫn điện đo theo nguyên lý cảm ứng điện được thực hiện bằng cách cho một
dòng điện xoay chiều (AC) đi qua lõi quấn các cuộn dây cảm ứng với dòng điện trong
dung dịch điện ly. Dòng điện cảm do dung dịch này sinh ra một dòng điện trong lõi
quấn dây thứ hai. Lượng dòng điện cảm trong lõi thứ hai tỉ lệ thuận với độ dẫn điện
của dung dịch.
 Ưu điểm
Ưu điểm chính của độ dẫn cảm ứng là các lõi dây không tiếp xúc với dung dịch.
Vì các lõi dây được cô lập khỏi dung dịch nên các chất dầu và chất ô nhiễm khác với
số lượng vừa phải sẽ không gây nhiễu cho phép đo. Ngoài ra, vỏ bọc lõi dây có thể
chọn lựa để chịu đựng được trong môi trường có tính ăn mòn, nơi mà có thể nhanh
chóng làm mòn dần các sensor truyền thống sử dụng điện cực kim loại.

10