(Luận văn thạc sĩ) tổng hợp và nghiên cứu khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của ag kích thước nanomet

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

NGUYỄN ĐÌNH ĐẠT

TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÁNG KHUẨN,
KHÁNG NẤM CỦA Ag KÍCH THƯỚC NANOMET

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2014


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

NGUYỄN ĐÌNH ĐẠT

TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÁNG KHUẨN,
KHÁNG NẤM CỦA Ag KÍCH THƯỚC NANOMET

Chun ngành: HĨA VÔ CƠ
Mã số: 60440113

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. TRỊNH NGỌC CHÂU

Hà Nội – Năm 2014

LỜI CÁM ƠN

Trước hết tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đối với PGS-TS. Trịnh Ngọc
Châu, Bộ môn Hóa vơ cơ, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên
– Đại học Quốc Gia Hà Nội và TS Nguyễn Thi Bích Hường – Giảng viên Học
Viện Hậu Cần đã giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất để tơi hồn thành luận văn
này.

Tơi xin chân thành cảm ơn tới q thầy cơ trong khoa Hóa, cũng như
ban lãnh đạo trường Đại học KHTN - ĐHQGHN đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ
cho tôi.

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn q thầy cơ quản lý phịng thí nghiệm bộ
mơn Hóa vơ cơ, khoa Hóa học trường Đại học KHTN - ĐHQGHN đã giúp đỡ
tôi rất nhiều trong quá trình làm luận văn.


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
Chương 1. TỔNG QUAN ..................................................................................... 3
1.1. Khái quát về hạt nano .................................................................................... 3
1.2. Hạt nano kim loại - bạc nano ........................................................................ 5
1.2.1. Giới thiệu về bạc nano .............................................................................. 5
1.2.2. Tính chất của hạt bạc nano ...................................................................... 5
1.2.3. Các phương pháp chế tạo hạt bạc nano .................................................... 8
1.2.3.1. Phương pháp bay hơi vật lý .................................................................. 9
1.2.3.2. Phương pháp ăn mịn laze..................................................................... 9
1.2.3.3. Phương pháp hóa siêu âm .................................................................... 9
1.2.3.4. Phương pháp khử hóa học .................................................................. 10

1.2.4. Các phương pháp vật lý nghiên cứu cấu trúc hạt bạc nano...................... 12
1.2.4.1. Phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến (UV-Vis) .......................................... 12
1.2.4.2. Ảnh TEM .......................................................................................... 14
1.2.4.3. Ảnh FE-SEM .................................................................................... 15
1.2.4.4. Phổ hấp thụ nguyên tử ....................................................................... 15
1.2.5. Đặc tính kháng khuẩn của bạc ................................................................ 18
1.2.5.1. Cơ chế kháng khuẩn của bạc nano ..................................................... 18
1.2.5.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng diệt khuẩn của keo bạc nano ...... 20
1.2.6. Ứng dụng của hạt bạc nano .................................................................... 20
1.3. Khái quát về vi khuẩn .................................................................................. 24
1.4. Khái quát về nấm mốc .................................................................................. 24
Chương 2. THỰC NGHIỆM ............................................................................... 26
2.1. Chế tạo dung dịch keo bạc nano .................................................................. 26
2.1.1. Hoá chất ................................................................................................. 26
2.1.2. Vải dùng trong nghiên cứu ...................................................................... 26
2.1.3. Vi khuẩn và hóa chất cho thử nghiệm vải kháng khuẩn............................ 26


2.1.4. Các máy móc thiết bị, dụng cụ ................................................................. 27
2.2. Phương pháp điều chế .................................................................................. 28
2.3. Kỹ thuật thực nghiệm ................................................................................... 30
2.3.1. Phổ tử ngoại – khả kiến (UV-VIS) ........................................................... 30
2.3.2. Chụp ảnh bằng kính hiển vi điện tử truyền qua TEM .............................. 30
2.3.3. Phổ hấp thụ nguyên tử AAS..................................................................... 31
2.3.4. Chụp ảnh bằng kính hiển vi điện tử quét FE – SEM ............................... 32
2.4. Thử hoạt tính sinh học của vải tẩm keo bạc nano ...................................... 33
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................... 36
3.1. Điều chế dung dịch keo bạc nano ................................................................. 36
3.1.1. Chọn chất bảo vệ ..................................................................................... 36
3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của phương pháp gia nhiệt ...................................... 37

3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của cơng suất lị vi sóng .......................................... 38
3.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian gia nhiệt ............................................ 39
3.1.5. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ chất bảo vệ và bạc nitrat ( AgNO3:PVP ) .. 42
3.1.6. Khảo sát độ bền của dung dịch keo bạc nano theo thời gian ................... 45
3.2. Kết quả chụp SEM các mẫu vải .................................................................. 47
3.3. Kết quả xác định hàm lượng bạc nano bằng phương pháp AAS .............. 49
3.4. Kết quả thử hoạt tính sinh học .................................................................... 49
KẾT LUẬN .......................................................................................................... 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 56
Tiếng Việt .......................................................................................................... 56
Tiếng Anh .......................................................................................................... 57
Internet .............................................................................................................. 59


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Plasmon bề mặt của kim loại ................................................................. 6
Hình 1.2: Dao động của đám mây electron khi bị chiếu sáng ................................ 7
Hình 1.3: Cơng thức cấu tạo PVP ......................................................................... 11
Hình 1.4: Cơ chế ổn định hạt bạc nano của PVP ................................................... 12
Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý phương pháp đo UV-VIS. ............................................ 13
Hình 1.6: Sơ đồ nguyên tắc của một máy đo quang phổ hấp thụ nguyên tử............ 16
Hình 1.7: Tác động của ion bạc lên vi khuẩn ....................................................... 19
Hình 1.8: Ion bạc vơ hiệu hóa enzym chuyển hóa oxy của vi khuẩn ..................... 19
Hình 1.9: Ion bạc liên kết với các base của DNA ................................................. 19
Hình 1.10: Bình sữa bạc nano và tất bạc nano ..................................................... 22
Hình 1.11: Các sản phẩm gia dụng có khả năng kháng khuẩn ............................ 23
Hình 1.12: Các loại khẩu trang bạc nano ............................................................. 23
Hình 2.1: Vải may lễ phục, quân phục ................................................................... 26
Hình 2.2: Hình ảnh máy khuấy từ và lị vi sóng điều chế dung dịch keo nano Ag ... 28
Hình 2.3: Máy quang phổ UV-VIS ......................................................................... 30

Hình 2.4: Kính hiển vi điện tử truyền qua............................................................. 31
Hình 2.5: Mẫu vải thí nghiệm và vải ngâm trong dung dịch dịch keo bạc nano ..... 31
Hình 2.6: Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử theo phương pháp không ngọn lửa.. 32
Hình 2.7: Kính hiển vi điện tử qt ....................................................................... 33
Hình 2.8: Dung dịch keo bạc nano pha chế được và các mẫu vải đã cắt nhỏ ........ 35
Hình 3.1: Dung dịch keo bạc nano điều chế được với chất bảo về PVP và SDS..... 36
Hình 3.2: Trình bày sự hình thành các hạt kim loại Ago qua từng giai đoạn. ........ 37
Hình 3.3: Dung dịch keo bạc nano điều chế trên bếp khuấy từ .............................. 37
Hình 3.4: Dung dịch keo bạc nano điều chế trong lị vi sóng ................................. 37
Hình 3.5: Các dung dịch keo bạc nano điều chế được .......................................... 39
Hình 3.6: Các dung dịch keo bạc nano điều chế trong những thời gian gia nhiệt . 40
Hình 3.7:Phổ UV-vis của các mẫu keo bạc nano khảo sát theo thời gian .............. 41
Hình 3.9: Các dung dịch keo bạc nano điều chế theo tỉ lệ AgNO3:PVP khác nhau43
Hình 3.10: Phổ UV-vis các dung dịch khảo sát theo tỉ lệ AgNO3:PVP .................. 43
Hình 3.11: Kết quả chụp TEM mẫu 1c và giản đồ phân bố kích thước hạt............. 44
Hình 3.12: Kết quả chụp TEM mẫu 3c và giản đồ phân bố kích thước hạt............ 44
Hình 3.13: Hình ảnh dung dịch keo bạc nano theo thời gian ................................. 45
Hình 3.14: Sơ đồ quy trình điều chế keo bạc nano ................................................. 46
Hình 3.15: Ảnh mẫu vải 1 chưa tẩm dung dịch keo bạc nano ................................ 47
Hình 3.16: Ảnh mẫu vải 1 đã tẩm dung dịch keo bạc nano .................................... 47
Hình 3.17: Ảnh mẫu vải 2 chưa tẩm keo bạc nano ................................................. 48
Hình 3.18: Ảnh mẫu vải 2 tẩm dung dịch keo bạc nano ......................................... 48
Hình 3.19: Kết quả thử hoạt tính sinh học của mẫu vải 1 ...................................... 50
Hình 3.20: Kết quả thử hoạt tính sinh học mẫu vải 2 ............................................. 52


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT............................................................. 8
Bảng 1.1: Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu ................... 3

Bảng 1.2: Số nguyên tử và kích thước của hạt bạc nano ......................................... 5
Bảng 2.1: Các hóa chất sử dụng ............................................................................. 26
Bảng 2.2: Các thí nghiệm đã làm với chất bảo về PVP ở cơng suất lị 100W ......... 29
Bảng 2.3: Các thí nghiệm đã làm với chất bảo về PVP ở công suất lị 230W ......... 29
Bảng 3.1: Các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của cơng suất của lị vi sóng .......... 38
Bảng 3.2: Các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian gia nghiệt .................. 40
Bảng 3.3: Các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ AgNO3:PVP .................... 42
Bảng 3.4: Hàm lượng bám dính của bạc nano trên hai mẫu vải .............................. 49
Bảng 3.5: Kết quả thử hoạt tính sinh học mẫu vải 1 tẩm dung dịch keo bạc nano . 51
Bảng 3.6: Kết quả thử hoạt tính sinh học mẫu vải 2 .............................................. 53


BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT

TEM

Transmission electron microscopy

Kính hiển vi điện tử truyền qua

FE-SEM

Scanning transmission electron

Kính hiển vi điện tử quét

microscopy
PVP

Polyvinyl pyrolidone

SDS

Sodium dodecyl sunfate

UV-VIS

Ultraviolet–visible spectroscopy

Phổ tử ngoại và phổ khả kiến

VSV

Vi sinh vật

KHTN

Khoa học tự nhiên

ĐHQGHN

Đại học Quốc Gia Hà Nội


MỞ ĐẦU

Ngày nay trên thế giới cũng như trong nước, khoa học và công nghệ nano
đang phát triển rất mạnh mẽ và được ứng dụng rộng rãi trong các ngành khoa
học khác nhau như điện tử, vật lý, hóa học, sinh học, y học, mơi trường...trong đó
nổi bật là các ứng dụng của nó trong các việc xử lý nhiễm khuẩn, không gây độc

hại cho con người và không gây kích ứng da…trong đó cơng nghệ bạc nano được
các nhà nghiên cứu đặc biệt quan tâm.
Bạc nano có rất nhiều tính chất khác hẳn với bạc khối như tính chất quang,
từ, điện…nhưng đặc trưng nhất của bạc nano là tính kháng khuẩn. Bạc nano có khả
năng giết chết hơn 650 loại vi khuẩn khác nhau chỉ trong vòng một phút. Tất
cả các vi khuẩn không bị lờn với kháng sinh bạc và vì thế, các hạt bạc nano khơng
bị mất tác dụng. Ngoài ra, các hạt bạc nano cũng sẽ giúp tạo ra các oxygen hoạt tính
từ trong khơng khí hoặc từ trong nước và từ đó phá hủy các màng tế bào của vi
khuẩn. Các hạt bạc nano đã được đưa vào mọi chất dẻo và ứng dụng khá rộng
rãi trong đời sống. Bạc nano được đưa vào các polymer như polyetylen (PE),
polypropylen (PP), các loại giấy, vải… có khả năng giết chết nhiều loại vi khuẩn
như Escherichia coli, Proteus mirabilis, Bacillus pumilus, Bacillus cereus,
Aspergillussp…
Trên thế giới đã có nhiều cơng trình nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng bạc
nano như: tổng hợp keo bạc trong pha nước/dầu (Wanzhong Zhang,
Xueliang Qiao, Jianguo Chen) ; chế tạo khẩu trang phẩu thuật chứa bạc nano với
hiệu suất kháng khuẩn cao (Sougata Sarkar, Atish Dipankar Jana, Samir Kumar
Samanta, Golam Mostafa); cơ chế kháng khuẩn của bạc nano (Y. Li, P. Leung, L.
Yao, Q. w. Song, E. Newton); tổng hợp và khảo sát các tính chất lý hố của hạt
bạc nano trong cao su thiên nhiên (N. H. H. Abu Bakar, J. Ismail, M. Abu Bakar);
sản xuất bạc nano ứng dụng trong dược phẩm (X. Chen, H. J. Schluesener); chế tạo
màng lọc nước kháng khuẩn bằng mút xốp Polyurethane chứa bạc nano (Prashant
Jain, T. Pradeep); hiệu quả tính kháng của dung dịch keo bạc nano lên vải sợi (H.
J. Lee, S. Y. Yeo, S. H. Jeong); phân hủy nhiệt tạo ra hạt bạc nano (S. Navaladian,
B. Viswanathan, R. P. Viswanath, T. K. Varadarajan).
1


Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực nano trên thế giới, trong
nước cũng có khá nhiều đề tài nghiên cứu về lĩnh vực này tiêu biểu như: ứng dụng

dung dịch keo bạc nano ngâm tẩm trên vật liệu polyurethan để xử lý nguồn nước
uống nhiễm khuẩn; chế tạo bạc nano trên nền cao su thiên nhiên bằng phương pháp
khử hóa học; chế tạo hạt keo bạc nano trong PVP bởi tia gama (Bùi Duy Du, Đặng
Văn Phú, Nguyễn Ngọc Duy, Nguyễn Thị Kim Lan, Võ Thị Kim Lang, Ngô Võ
Kế Thành, Nguyễn Thị Phương Phong và Nguyễn Quốc Hiền); chế tạo màng
lọc nước kháng khuẩn bằng mút xốp Polyurethane chứa bạc nano (Nguyễn Thị
Phương Phong, Võ Kế Thành, Phan Huê Phương).
Dung dịch keo bạc nano được điều chế với tiền chất là bạc nitrat, chất bảo
vệ là polyvinyl pyroidone (PVP), chất khử là ethyleneglycol có sự hỗ trợ của nhiệt
vi sóng. Đây là một phương pháp khá tiện lợi, đơn giản, thời gian phản ứng nhanh.
Từ những ưu điểm của bạc nano cũng như tính hữu ích, sự khác biệt của phương
pháp khử hóa học so với phương pháp khác đã thúc đẩy cho chúng tôi chọn đề
tài:
“Tổng hợp và nghiên cứu khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của Ag
kích thước nanomet ”
làm đề tài nghiên cứu khoa học với các mục tiêu sau:
 Điều chế dung dịch keobạc với chất khử là ethyleneglycol bằng phương
pháp khử hóa học có sự hỗ trợ nhiệt của vi sóng.
 Khảo sát kích thước của hạt bạc nano điều chế được theo chất bảo vệ, theo thời
gian, theo công suất lị vi sóng, theo tỉ lệ của chất bảo vệ và AgNO3
 Khảo sát khả năng bám dính của dung dịch keo bạc nano điều chế được trên
một số loại vải dùng trong quân đội
 Khảo sát khả năng kháng khuẩn của dung dịch bạc nano đối với một số
chủng vi khuẩn, chủng nấm gây bệnh phổ biến bằng phương pháp vịng vơ
khuẩn.

2


Chương 1. TỔNG QUAN

1.1.

Khái quát về hạt nano

Công nghệ nano là ngành công nghệ liên quan đến việc nghiên cứu, chế
tạo các vật liệu có cấu trúc, hình dạng với kích thước nanơmét (nm) (1nm = 10-9
m). Các hạt nano (nanoparticles) có kích thước khoảng vài nm đến 100 nm, vật
liệu nano là những vật liệu có kích thước từ vài nm đến vài trăm nm. Ở kích thước
nano, vật liệu sẽ có những tính năng đặc biệt do sự thu nhỏ kích thước và tăng diện
tích mặt ngồi [6], [12]. Ý tưởng cơ bản về công nghệ nano được đưa ra bởi nhà
vật lý học người Mỹ Richard Feynman vào năm 1959, ông cho rằng khoa học
đã đi vào chiều sâu của cấu trúc vật chất đến từng phân tử, nguyên tử. Nhưng
thuật ngữ “công nghệ nano” mới bắt đầu được sử dụng vào năm 1974 do Nario
Taniguchi một nhà nghiên cứu tại trường đại học Tokyo sử dụng để đề cập khả
năng chế tạo cấu trúc vi hình của mạch vi điện tử.
Khi vật liệu ở vào kích cỡ nanomet thì chúng có đặc điểm nổi bật là các đặc
tính liên quan đến hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng kích thước.
Trước tiên là về hiệu ứng bề mặt. Khi vật liệu có kích thước nhỏ thì tỉ số giữa
số nguyên tử trên bề mặt và tổng số nguyên tử của vật liệu gia tăng. Hiệu ứng bề
mặt ln có tác dụng với tất cả các giá trị của kích thước, hạt càng bé thì hiệu
ứng càng lớn và ngược lại [6], [12]. Bảng 1.1 cho biết một số giá trị điển hình của
hạt nano hình cầu.
Bảng 1.1: Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu

Đường kính
hạt nano
(nm)
10

Số

Tỉ số ngun tử Năng lượng

ngun tử trên bề mặt (%) bề mặt

Năng lượng bề mặt
trên năng lượng tổng

30.000

20

(J/mol)
4,8.104

5

4.000

40

8,6. 104

14,3

2

250

80

2,04. 105

14,3

1

30

90

9,23. 105

82,2

3

(%)
7,6


Thứ hai, về hiệu ứng kích thước. Hiệu ứng kích thước của vật liệu nano đã
làm cho vật liệu này có nhiều đặc điểm khác với các vật liệu truyền thống. Mỗi
một tính chất của vật liệu đều được quy định bởi một độ dài đặc trưng hay còn
gọi là kích thước tới hạn. Các tính chất của vật liệu có độ dài đặc trưng đều ở
kích thước nanomet mà ngày nay người ta thường nói là “vật liệu nano”.
Ở vật liệu khối, kích thước vật liệu lớn hơn nhiều lần so với độ dài đặc
trưng với các tính chất vật lí đã biết. Nhưng khi kích thước của vật liệu có thể so
sánh với độ dài đặc trưng đó thì tính chất có liên quan đến độ dài đặc trưng bị
thay đổi đột ngột, khác hẳn so với tính chất đã biết trước đó. Khơng có sự

chuyển tiếp một cách liên tục về tính chất khi đi từ vật liệu khối đến vật liệu
nano. Khi nói đến vật liệu nano, người ta đã nghiên cứu đến tính chất đi kèm
của vật liệu đó. Cùng một vật liệu, cùng một kích thước, khi xem xét tính chất
này thì khác so với vật liệu khối nhưng cũng có thể xem xét tính chất khác thì
lại khơng có gì khác biệt. Tuy nhiên, hiệu ứng bề mặt luôn luôn thể hiện dù ở bất
cứ kích thước nào.
Ví dụ: đối với kim loại, qng đường tự do trung bình của điện tử có giá
trị vài chục nm. Khi dòng điện chạy qua một dây dẫn kim loại, nếu kích thước
của dây rất lớn so với quãng đường tự do trung bình của điện tử trong kim loại
này thì chúng ta sẽ có định luật Ohm cho dây dẫn. Định luật cho thấy sự tỉ lệ
tuyến tính của dịng và thế đặt ở hai đầu sợi dây.
Nếu thu nhỏ kích thước của sợi dây cho đến khi nhỏ hơn độ dài quãng
đường tự do trung bình của điện tử trong kim loại thì sự tỉ lệ liên tục giữa
dịng và thế khơng cịn nữa mà tỉ lệ gián đoạn với một lượng tử độ dẫn là e2/ħ,
trong đó e là điện tích của điện tử, ħ là hằng số Planck. Lúc này hiệu ứng lượng
tử xuất hiện. Có rất nhiều tính chất bị thay đổi giống như độ dẫn, tức là bị lượng tử
hóa do kích thước giảm đi. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng chuyển tiếp cổ
điển - lượng tử trong các vật liệu nano do việc giam hãm các vật thể trong một
không gian hẹp mang lại (giam hãm lượng tử).

4


1.2. Hạt nano kim loại - bạc nano
1.2.1. Giới thiệu về bạc nano
Nano kim loại là khái niệm dùng để chỉ các hạt có kích thước nano được
tạo thành từ các kim loại. Hạt bạc nano là các hạt bạc có kích thước từ 1 nm
đến 100nm.
Cấu hình electron của bạc: 1s2 2s22p63s23p63d104s24p64d105s1
Bán kính nguyên tử Ag: 0,288 nm.

Bán kính ion bạc: 0,23 nm.

Bảng 1.2: Số nguyên tử và kích thước của hạt bạc nano

Kích thước của hạt nano Ag (nm)

1

5

20

Số nguyên tử

31 3900 250000

1.2.2. Tính chất của hạt bạc nano
❖ Đặc tính chung của bạc nano
- Hạt bạc nano có khả năng kháng khuẩn tốt hơn so với vật liệu khối do

khả năng giải phóng nhiều ion Ag+ hơn nhờ có diện tích bề mặt lớn.
- Các hạt bạc nano có hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt. Hiện tượng

này làm cho các dung dịch có chứa hạt bạc nano có màu các màu sắc khác
nhau phụ thuộc vào nồng độ và kích thước hạt nano.
- Tính khử khuẩn, chống nấm, khử mùi, có khả năng phát xạ tia hồng ngoại đi

xa.
- Khơng có hại cho sức khỏe con người với liều lượng tương đối cao.
- Có khả năng phân tán ổn định trong các loại dung môi khác nhau (trong các

dung môi phân cực như nước và trong các dung môi không phân cực như
benzene, toluene).
- Độ bền hóa học cao, khơng bị biến đổi dưới tác dụng của ánh sáng và các

tác nhân oxy hóa khử thơng thường.
- Ổn định ở nhiệt độ cao [6], [12].

5


❖ Tính chất quang

Ở kích thước nanomet, các hạt nano kim loại, đặc biệt là các kim loại
quý như vàng, bạc, đồng, platin có một hiệu ứng đặc biệt đó là “Cộng hưởng
Plasmon bề mặt” (surface plasmon resonance - SPR), làm cho chúng có những
màu sắc khác nhau khi ánh sáng truyền qua.
Trong kim loại có một loại plasma là plasma khí điện tử được sinh ra do các
electron trong kim loại tách ra khỏi liên kết với nguyên tử chuyển thành
các electron dẫn chuyển động tự do. Khi có sự kích thích của ánh sáng, những
chuyển động tự do này của electron trên bề mặt kim loại sẽ tạo ra sóng truyền
dọc theo bề mặt kim loại, gọi là sóng điện từ bề mặt (surface electromagnetic
waves) truyền đi theo phương song song với kim loại hay với bề mặt chung của
mơi trường điện mơi như hình 1.1. Hiện tượng này được gọi là “Plasmon bề
mặt” của kim loại (surface plasmon - SPs) [33], [6].

Hình 1.1: Plasmon bề mặt của kim loại

Sự kích thích của plasmon bề mặt bởi ánh sáng gọi là “cộng hưởng
Plasmon bề mặt” (surface plasmon resonance_SPR). Hiện tượng này có được khi

tần số của ánh sáng tới cộng hưởng với tần số dao động plasma của các điện tử
dẫn trên bề mặt kim loại.
Hiện tượng trên được giải thích như sau: Khi có ánh sáng, tức là có điện từ
trường tương tác với bề mặt kim loại, dao động của vec tơ điện trường và vectơ từ
trường của ánh sáng làm cho điện tử tự do của kim loại dao động, các điện tử ở
chỗ này bị nén lại, mật độ điện tử tăng lên; điện tử ở chỗ kia bị dãn ra, mật độ
điện tử giảm xuống. Vì vậy, ánh sáng tạo ra sóng mật độ điện tử lan truyền
trong plasma điện tử ở kim loại.
6


Thơng thường các dao động bị dập tắt nhanh chóng bởi các sai hỏng
mạng hay bởi chính các nút mạng tinh thể trong kim loại khi quãng đường tự
do trung bình của điện tử nhỏ hơn kích thước. Nhưng khi kích thước của kim
loại nhỏ hơn quãng đường tự do trung bình thì hiện tượng dập tắt khơng cịn
nữa mà điện tử sẽ dao động cộng hưởng với ánh sáng kích thích. Do vậy, tính chất
quang của hạt nano có được do sự dao động chung của các điện tử dẫn đến từ
q trình tương tác với bức xạ sóng điện từ. Khi dao động như vây, các điện
tử sẽ phân bố lại trong hạt nano làm cho hạt nano bị phân cực điện tạo thành một
lưỡng cực điện [6], [14].

Hình 1.2: Dao động của đám mây electron khi bị chiếu sáng

Các hạt bạc nano có hiệu ứng hấp thụ và tán xạ ánh sáng rất mạnh do hiệu
ứng cộng hưởng plasmon bề mặt. Màu sắc của dung dịch nano là do hiệu ứng
Plasmon bề mặt gây ra. Hình dáng, độ lớn và mật độ của hạt nano sẽ ảnh hưởng
đến tính chất quang của dung dịch nano. Các hạt nano vàng, bạc, đồng thể hiện
bước sóng cộng hưởng Plasmon bề mặt trong vùng ánh sáng khả kiến, sẽ có một
phần ánh sáng đó bị hấp thụ, một phần phản xạ; phần ánh sáng phản xạ này quy
định màu sắc của hạt nano kim loại.

Ví dụ: Hạt bạc nano kích thước nhỏ sẽ hấp thụ ánh sáng trong vùng phổ
màu từ tím đến màu lục (400nm-500nm) trong khi đó nó lại phản xạ ánh sáng
vàng (600nm) nên dung dịch có màu vàng. Khi kích thước hạt bạc nano tăng lên
thì bước sóng cộng hưởng Plasmon bề mặt lớn hơn, nếu kích thước hạt tiếp tục
tăng tới gần mức giới hạn của vật liệu khối thì hiện tượng cộng hưởng plamon
bề mặt sẽ di chuyển về vùng phổ gần hồng ngoại, hầu như tất cả ánh sáng khả
7


kiến bị phản xạ làm cho các hạt nano ở kích thước này có màu gần như trong
suốt.
❖Tính chất từ

Ở trạng thái khối, bạc có tính nghịch từ do sự bù trừ cặp điện tử. Khi thu
nhỏ kích thước đến kích thước nano thì sự bù trừ trên sẽ khơng tồn diện nữa
và hạt bạc nano có từ tính khá mạnh.
❖Tính chất điện

Bạc là một trong những kim loại dẫn điện tốt nhất. Khi kích thước của
hạt giảm dần về kích cỡ nanomet, hiệu ứng lượng tử do giam hãm làm rời rạc
hóa cấu trúc vùng năng lượng. Hệ quả của q trình lượng tử hóa này đối với
hạt bạc nano là xuất hiện một hiệu ứng gọi là hiệu ứng chắn Coulomb (Coulomb
Blockade) làm cho đường I-U bị nhảy bậc, với giá trị mỗi bậc sai khác nhau
một lượng e/2C đối với U và e/RC đối với I, trong đó e là điện tích của điện tử, C
và R là điện dung và điện trở kháng nối hạt nano với điện cực.
❖Tính chất nhiệt

Nhiệt độ nóng chảy của bạc nguyên chất ở dạng khối là khá lớn. Khi
kích thước bạc giảm xuống cỡ nanometer thì nhiệt độ nóng chảy của bạc giảm
xuống thấp hơn (xấp xỉ vài trăm độ C).

1.2.3. Các phương pháp chế tạo hạt bạc nano
Có 2 phương pháp để điều chế hạt nano kim loại bạc: phương pháp từ dưới
lên và phương pháp từ trên xuống. Phương pháp từ dưới lên “bottom-up” là phương
pháp tạo hạt nano từ các nguyên tử hoặc ion kết hợp lại với nhau. Phương pháp từ
trên xuống “top-down” là phương pháp tạo các hạt nano từ vật liệu khối ban đầu.
Đối với hạt bạc nano, người ta thường điều chế bằng phương pháp từ dưới lên.
Nguyên tắc là khử ion Ag+ thành Ag. Các ion này sau đó liên kết với nhau tạo thành
hạt nano và các hạt nano này sẽ được bọc bởi các chất ổn định như PVP, PVE,
chitosan.v.v. Các phương pháp từ trên xuống ít được sử dụng vì bạc nano chế tạo
bằng phương pháp này thường có kích thước hạt lớn và khơng đồng đều. Hiện nay
các vật liệu kim loại nano như vàng (Au), Sắt (Fe), đồng (Cu), bạc (Ag) dưới dạng
bột hay dung dịch keo được chế tạo chủ yếu bằng các phương pháp sau:
8


1.2.3.1. Phương pháp bay hơi vật lý
Bay hơi vật lý là phương pháp từ trên xuống, đó là một cơng cụ góp phần
cho sự phát triển của cơng nghệ nano. Bay hơi vật lý bao gồm kỹ thuật ngưng tụ khí
trơ, đồng ngưng tụ và ngưng tụ dịng hơi phun trên bia bắn.
+ Kỹ thuật ngưng tụ khí trơ: cho hóa hơi sợi dây bạc tinh khiết ở nhiệt độ cao
trong điều kiện chân khơng, sau đó dịng hơi bạc nguyên tử quá bão hòa được
ngưng tụ và phát triển thành hạt bạc khi tiếp xúc với khí heli và được làm lạnh bởi
nitơ lỏng.
+ Kỹ thuật đồng ngưng tụ: tương tự như ngưng tụ khí trơ nhưng q trình hình
thành và phát triển hạt xảy ra trên lớp bằng dung mơi thích hợp.
Kỹ thuật ngưng tụ khí trơ và đồng ngưng tụ được thực hiện ở nhiệt độ cao
(>2.0000C), sản phẩm tạo ra có độ tinh khiết cao, kích thước hạt bạc nano trung
bình 75nm (phương pháp ngưng tụ khí trơ), 12nm (phương pháp đồng ngưng tụ)
[9].
1.2.3.2. Phương pháp ăn mòn laze

Đây là phương pháp từ trên xuống. Vật liệu ban đầu là một tấm bạc được đặt
trong một dung dịch có chứa chất hoạt hóa bề mặt. Một chùm laser dạng xung có
buớc sóng 532 nm, độ rộng xung là 10 ns, tần số 10Hz, năng lượng mỗi xung là
90mJ, đường kính vùng kim loại bị tác dụng từ 1nm - 3nm. Dưới tác dụng của chùm
laser xung, các hạt nano có kích thước khoảng 10 nm được hình thành và được bao
phủ bởi chất hoạt hóa bề mặt CnH2n+1SO4Na (với n = 8, 10, 12, 14) nồng độ từ 0,001
đến 0,1 M [16].
1.2.3.3. Phương pháp hóa siêu âm

Phương pháp hóa siêu âm là các phản ứng hóa học được hỗ trợ bởi sóng siêu
âm cũng được dùng để tạo hạt nano. Hóa siêu âm là một chuyên ngành của hóa học,
trong đó các phản ứng hóa học xảy ra dưới tác dụng của sóng siêu âm như một dạng
xúc tác. Sóng siêu âm là sóng dọc, là quá trình truyền sự co lại và giãn nở của chất
lỏng. Tần số thường sử dụng trong các máy siêu âm là 20 kHz cao hơn ngưỡng
nhận biết của tai người (từ vài Hz đến 16 kHz). Khi sóng siêu âm đi qua một chất
lỏng, sự giãn nở do siêu âm gây ra áp suất âm trong chất lỏng kéo các phân tử chất
9


lỏng ra xa nhau. Nếu cường độ siêu âm đủ mạnh thì sự giãn nở này sẽ tạo ra những
lỗ hổng trong chất lỏng. Sự phát triển của các lỗ hổng phụ thuộc vào cường độ siêu
âm. Khi cường độ siêu âm cao, các lỗ hổng nhỏ có thể phát triển rất nhanh. Sự giãn
nở của các lỗ hổng đủ nhanh trong nửa đầu chu kì của một chu kì sóng siêu âm, nên
đến nửa sau chu kì thì nó khơng có đủ thời gian để co lại nữa. Dưới các điều kiện
này, kích thước của một lỗ hổng sẽ dao động theo các chu kì giãn nở và co lại.
Trong khi dao động như thế lượng khí hoặc hơi khuyếch tán vào hoặc ra khỏi lỗ
hổng phụ thuộc vào diện tích bề mặt. Diện tích bề mặt sẽ lớn hơn trong quá trình
giãn nở và nhỏ hơn trong quá trình co lại. Do đó, sự phát triển của lỗ hổng trong quá
trình giãn nở sẽ lớn hơn trong quá trình co lại. Sau nhiều chu kì siêu âm, lỗ hổng sẽ
phát triển. Lỗ hổng có thể phát triển đến một kích thước tới hạn mà tại kích thước

đó lỗ hổng có thể hấp thụ hiệu quả năng lượng của sóng siêu âm. Kích thước này
gọi là kích thước cộng hưởng, nó phụ thuộc vào tần số của sóng âm. Ví dụ, với tần
số 20 kHz, kích thước này khoảng 170 mm. Lúc này, lỗ hổng có thể phát triển rất
nhanh trong một chu kì duy nhất của sóng siêu âm. Một khi lỗ hổng đã phát triển
quá mức, ngay cả trong trường hợp cường độ siêu âm thấp hay cao, nó sẽ khơng thể
hấp thụ năng lượng siêu âm một cách có hiệu quả được nữa. Và khi khơng có năng
lượng tiếp ứng, lỗ hổng khơng thể tồn tại lâu được. Chất lỏng ở xung quanh sẽ đổ
vào và lỗ hổng bị suy sụp. Sự suy sụp của lỗ hổng tạo ra một môi trường đặc biệt
cho các phản ứng hố học - các điểm nóng (hot spot). Hóa siêu âm được ứng dụng
để chế tạo rất nhiều loại vật liệu nano như vật liệu nano xốp, nano dạng lỏng, hạt
nano, ống nano.
1.2.3.4. Phương pháp khử hóa học
Khử hóa học là một phương pháp được sử dụng phổ biến để chế tạo bạc nano
theo phương thức từ dưới lên.
Trước hết là về cơ chế của q trình khử hóa học: Phương pháp khử hóa học
là dùng các tác nhân hóa học để khử ion bạc thành bạc kim loại. Thông thường,
phản ứng được thực hiện trong dung dịch lỏng nên cịn gọi là phản ứng hóa ướt.
Ag+ + e- → Ag0
Thông thường, nguồn cung cấp ion Ag+ là các muối của bạc như AgNO3.
Các tác nhân khử thường dùng là: natri bohydrua, focmandehyt, xitrat,
ethyleneglycol, NaBH4, ethanol,…. Gần đây có một số cơng trình nghiên cứu chế
10


tạo keo bạc nano và bột bạc nano từ bạc nitrat nhưng sản phẩm trung gian là oxit
bạc (Ag2O) rồi từ Ag2O tiếp tục khử về Ag0 nhằm thu được keo bạc có nồng độ cao.
Để các hạt bạc nano phân tán tốt trong dung môi mà không bị kết tụ thành đám,
người ta bao phủ hạt bạc nano bằng một lớp polyme, điều này giúp cho các hạt
được bảo vệ tốt hơn tránh hiện tượng kết tủa, hơn nữa phương pháp này có thể làm
cho bề mặt hạt nano có tính chất cần thiết.

Về các tác nhân khử hóa học: Tác nhân khử Sodium citrate “C6H5O7Na3’'
Trong quá trình khử, bề mặt của hạt bạc nano hấp thụ các ion Ag+ tạo ra lớp ion
dương trên bề mặt. Tiếp đó các ion âm citrate có nghiệm vụ bám xung quanh các
hạt nano bằng lực hút tĩnh điện ngăn không cho chúng kết hợp lại với nhau. Nhờ
vậy mà bề mặt của hạt bạc nano có một lớp keo citrate giúp chúng lơ lửng và phân
tán đều trong dung dịch. Citrate trong q trình vừa đóng vai trị làm tác nhân khử
ion Ag+ để tạo thành hạt bạc nano, vừa đóng vai trò làm chất ổn định cho hạt bạc
nano.
Tác nhân khử NaBH4 khác với phương pháp sử dụng Sodium citrate, ở
phương pháp này sau khi kết thúc phản ứng khử, người ta sử dụng các polyme như
PVP, PVA, PEG, Chitosan…, làm tác nhân ổn định. Các polyme này bao bọc hạt
bạc nano, ngăn chúng kết tụ với nhau, vì vậy mà hạt nano được bảo vệ tốt và tránh
kết tủa.
Tác nhân khử polyol: Dùng chất khử là các ancol đa chức để khử Ag+ thành
Ag kim loại. Quá trình khử được thực hiện trong mơi trường là chính các ancol có
hịa tan các chất hoạt động bề mặt, các polyme này bao bọc hạt nano Ag tạo thành
và ngăn không cho chúng kết tụ với nhau. Hạt nano điều chế được có kích thước
nhỏ và bền vững.
Cơ chế ổn định hạt bạc của PVP được mơ tả như sau:

Hình 1.3: Công thức cấu tạo PVP

11


PVP được tổng hợp từ phản ứng trùng hợp các vinyl pyrolidon, là các polyme ưa
nước và hòa tan trong nước, không độc, được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực y tế
Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, các hạt bạc hấp thụ mạnh lên bề mặt của
PVP, chuỗi polyvinyl pyrolidon tạo ra hiệu ứng không gian, ngăn cản sự kết hợp
giữa các hạt. Cơ chế ổn định hạt bạc của PVP gồm các giai đoạn:

+ Đầu tiên, PVP chuyển một cặp electron từ nguyên tử oxi và nitơ trên mạch
sang các orbital s và p các ion bạc tạo nên kiên kết phối trí với ion bạc.
+ PVP thúc đẩy sự hình thành nhân của kim loại bạc do phức ion Ag+ - PVP
dễ bị khử hơn so với ion Ag+ tự do trong dung dịch vì ion Ag+ nhận điện tử từ PVP.
+ Chuỗi PVP ngăn cản sự kết tụ của các hạt bạc do hiệu ứng khơng gian.

Hình 1.4: Cơ chế ổn định hạt bạc nano của PVP
1.2.4. Các phương pháp vật lý nghiên cứu cấu trúc hạt bạc nano
1.2.4.1. Phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến (UV-Vis)

Phổ tử ngoại và khả kiến, viết tắt là UV - Vis (Ultraviolet – Visible),
là phương pháp phân tích được sử dụng rộng rãi từ lâu. Phổ tử ngoại và khả kiến
của các hợp chất hữu cơ gắn liền với bước chuyển electron giữa các mức năng
lượng electron trong phân tử khi các electron chuyển từ các orbitan liên kết
hoặc không liên kết lên các orbitan phản liên kết có mức năng lượng cao hơn,
địi hỏi phải hấp thu năng lượng từ ngoài vào.
Máy đo phổ UV – Vis dùng để xác định độ tinh khiết của một hợp chất,
nhận biết cấu trúc các chất, phân tích hỗn hợp xác định khối lượng phân tử, dự
12


đốn kích thước phân tử… Khi tiến hành đo phổ của các mẫu thì mỗi mẫu sẽ cho
ta một dạng phổ có chiều cao đỉnh phổ xác định và đặc trưng cho dạng hợp chất
đó. Do vậy khi đo phổ hấp thụ của dung dịch bạc nano ta sẽ thu được dạng phổ
có đỉnh với chiều cao lớn nhất ứng với bước sóng khoảng 400 nm – 530 nm, từ
kết quả đó ta sẽ xác định được sơ bộ rằng ta đã chế tạo ra dung dịch bạc nano
và cũng dự đốn được kích thước của phân tử bạc nano.
Cho chùm ánh sáng có độ dài sóng xác định có thể thấy được (Vis)
hay không thấy được (UV – IR) đi qua vật thể hấp thụ (thường ở dạng dung
dịch). Dựa vào lượng ánh sáng đã bị hấp thụ bởi dung dịch mà suy ra nồng độ

của dung dịch đó.

Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý phương pháp đo UV-VIS.
Với Io= IA + Ir + I

(1.1)

Trong đó:
Io : Cường độ ban đầu của nguồn sáng.
I : Cường độ ánh sáng sau khi đi qua dung dịch.
IA: Cường độ ánh sáng bị hấp thu bởi dung dịch.
Ir : Cường độ ánh sáng phản xạ bởi thành cuvet và dung dịch, giá trị này
được loại bỏ bằng cách lặp lại 2 lần đo. Theo đó, các hạt bạc nano tạo ra có đỉnh
phổ hấp thụ tại bước sóng từ 400 nm đến 530 nm.
Xử lý số liệu để xác định đỉnh cường độ hấp thụ và bước sóng hấp thụ theo
thời gian, theo nồng độ và sự thay đổi kích thước hạt theo thời gian, theo nồng
độ [6], [12].

13


1.2.4.2. Ảnh TEM

Kính hiển vi điện tử truyền qua, Transmission Electron Microscopy,
(TEM) là một công cụ rất mạnh trong việc nghiên cứu cấu trúc ở cấp độ nano. Nó
cho phép quan sát chính xác cấu trúc nano với độ phân giải lên đến 0.2 nm.
Công dụng chủ yếu của thiết bị này là để xác định một cách chính xác kích thước
của hạt nano.
Dựa vào ảnh chụp các hạt bạc nano bằng TEM, chúng ta xác định được
kích thước và hình dáng của hạt nano tạo thành, sự phân bố hạt. Phương pháp này

ngày càng được sử dụng rộng rãi trong việc nghiên cứu vật liệu nano. Tuy
nhiên ảnh TEM không thể hiện được phần chất bảo vệ quanh hạt nano mà nó chỉ
thể hiện phần lõi bạc kim loại của hạt bạc mà thôi.
Nguyên tắc của phương pháp hiển vi điện tử truyền qua: hình ảnh TEM
thu được chính là do sự tán xạ của chùm electron xuyên qua mẫu.
Cấu tạo máy gồm 3 bộ phận chính:
• Hệ thống chiếu sáng (illumination system).
• Hệ thống thấu kính (objective lens and stage).
• Hệ thống phân tích hình ảnh (image system).

Hệ thống chiếu sáng gồm: Súng phóng chùm electron, thấu kính hội tụ,
màng ngăn. Hệ thống này có tác dụng chiếu chùm electron lên mẫu. Những thấu
kính hội tụ sử dụng trường điện từ để tập trung chùm electron
Chùm electron sẽ bị tán xạ khi đi qua mẫu và đến vật kính, những hình
ảnh đầu tiên về mẫu được tạo ra trên vật kính này. Bộ phận điều chỉnh độ mở
của vật kính tách chùm electron ra và tạo sự tương phản cho hình ảnh.
Hệ thống phân tích ảnh sử dụng nhiều thấu kính khác nhau bao
gồm intermediate lens và projector lens để phóng đại và tập trung hình ảnh lên
màn ảnh hiển thị [6], [12].

14


1.2.4.3. Ảnh FE-SEM

“FE - SEM” là loại kính hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh của bề mặt vật
liệu với độ phân giải cao, bằng cách sử dụng một chùm điện tử hẹp quét lên bề mặt
vật liệu. Việc tạo ảnh của vật liệu được thực hiện qua việc ghi nhận và phân
tích các bức xạ phát ra từ tương tác của chùm điện tử với bề mặt.
Cấu tạo: Gồm một súng phóng điện tử theo chiều từ dưới lên, ba thấu

kính tĩnh điện và hệ thống các cuộn quét điện từ đặt giữa thấu kính thứ hai và thứ
ba, và ghi nhận chùm điện tử thứ cấp bằng một ống nhân quang điện.
Nguyên lý hoạt động: Điện tử được phát ra từ súng phóng điện tử, sau
đó được tăng tốc và hội tụ thành chùm điện tử hẹp nhờ hệ thống thấu kính từ và
quét trên bề mặt vật liệu nhờ các cuộn quét tĩnh điện. Độ phân giải của FESEM được xác định từ kích thước của chùm điện tử hội tụ, kích thước của
chùm điện tử này được hạn chế bởi quang sai, do đó FE-SEM khơng có được
độ phân giải tốt nhất. Độ phân giải còn phụ thuộc vào tương tác giữa bề mặt vật
liệu và điện tử [6], [12].

1.2.4.4. Phổ hấp thụ nguyên tử
Như đã biết, vật chất được cấu tạo từ các nguyên tử và nguyên tử là phần tử
nhỏ nhất còn giữ được tính chất của nguyên tố. Trong điều kiện bình thường ngun
tử khơng thu hay phát ra năng lượng dưới dạng các bức xạ lúc này nguyên tử tồn tại
ở trạng thái cơ bản. Đó là trạng thái bền vững và có mức năng lượng thấp nhất của
nguyên tử. Khi ở trạng thái hơi nguyên tử tự do nếu chiếu một chùm tia sáng có
những bước sóng xác định vào đám hơi ngun tử đó thì các ngun tử tự do sẽ hấp
thụ các bức xạ có bước sóng nhất định, ứng với những tia bức xạ mà nó có thể phát
ra được trong q trình phát xạ. Lúc đó nguyên tử đã nhận năng lượng dưới dạng
các tia bức xạ và nó chuyển lên trạng thái kích thích, có năng lượng cao hơn trạng
thái cơ bản. Đó là tính chất đặc trưng của nguyên tử ở trạng thái hơi. Q trình đó
gọi là q trình hấp thụ năng lượng của nguyên tử. Phổ sinh ra trong quá trình này
15


được gọi là phổ hấp thụ nguyên tử.
Nghiên cứu sự phụ thuộc của cường độ một vạch phổ hấp thụ của một
nguyên tố và nồng độ C trong mẫu phân tích, lí thuyết và thực nghiệm cho thấy
rằng: trong một vùng nồng độ C nhỏ, mối quan hệ giữa cường độ vạch phổ hấp thụ
và nồng độ của nguyên tố đó trong đám hơi cũng tuân theo định luật Bugơ - Lămbe
- Bia:

D = 0,43. K.C.l
K : Hệ số hấp thụ, phụ thuộc vào chiều dài sóng
C : Nồng độ nguyên tố cần xác định có trong ngọn lửa
l : Chiều dày của lớp hấp thụ
D : Mật độ quang của ngọn lửa ( D= lg I0/ I)
Dựa vào giá trị mật độ quang, người ta xác định nồng độ nguyên tử của
nguyên tố cần xác định trong thể tích mẫu. Biểu thức trên chứng tỏ mật độ quang
của lớp hấp thụ tỉ lệ thuận với nồng độ của nguyên tử chứa trong đó tại bước sóng
hấp thụ ứng với ngun tố đó. Tính tỉ lệ này được bảo tồn trong một khoảng nồng
độ nhất định, tùy thuộc vào tính chất của nguyên tố cần xác định và tính chất của
đèn. Sự phụ thuộc trên là cơ sở thực tiễn của phương pháp phân tích hấp thụ ngun
tử định lượng.
5
3
6
1

2

4
7

Hình 1.6: Sơ đồ nguyên tắc của một máy đo quang phổ hấp thụ nguyên tử
1. Đèn catôt rỗng

2. Bộ ngắt chùm sáng

3. Ngọn lửa

4. Máy đơn sắc

5. Bộ phận quang

6. Bộ khuếch đại

7. Microampe

8. Bộ tự ghi
16

8


Kĩ thuật ngun tử hố khơng ngọn lửa ra đời sau kĩ thuật nguyên tử hoá
trong ngọn lửa. Nhưng kĩ thuật này phát triển rất nhanh và hiện được ứng dụng rất
phổ biến vì kĩ thuật này cung cấp cho phép đo AAS có độ nhạy rất cao có khi gấp
hàng trăm đến hàng nghìn lần phép đo trong ngọn lửa.
Phép đo khơng ngọn lửa địi hỏi một lượng mẫu tương đối nhỏ. Thông
thường mỗi lần đo chỉ cần từ 20 đến 50 l do đó khơng cần nhiều mẫu phân tích,
việc chuẩn bị mẫu cũng dễ dàng hơn.
Về nguyên tắc kĩ thuật ngun tử hố khơng ngọn lửa là q trình ngun tử
hố tức khắc trong thời gian rất ngắn nhờ năng lượng của dịng điện cơng suất lớn
và trong mơi trường khí trơ.
Dụng cụ để ngun tử hố theo kĩ thuật này gồm các nhóm chính như sau:
- Các loại cuvet graphít
- Các loại cốc graphít
- Các loại thuyền làm bằng kim loại chịu nhiệt như Tali
Quá trình ngun tử hóa khơng ngọn lửa thường gồm 3 giai đoạn:
+ Sấy khô mẫu: thường ở nhiệt độ 100 - 1500C trong thời gian 20 đến 40 giây
với lượng mẫu nhỏ hơn 100 l - nhiệt độ và thời gian sấy phụ thuộc vào bản chất

của các chất ở trong mẫu và dung mơi hịa tan.
+ Tro hóa: Đốt cháy các chất hữu cơ và nung luyện mẫu ở nhiệt độ thuận lợi
cho giai đoạn nguyên tử hóa - nhiệt độ tro hóa phụ thuộc vào bản chất của mỗi
nguyên tố và dạng hợp chất mà nguyên tố đó tồn tại - nhiệt độ tro hóa thường thấp
hơn nhiệt độ tro hóa giới hạn của nguyên tố từ 30 - 500C ; thời gian tro hóa thường
từ 20 - 60 giây với lượng mẫu đưa vào cuvét nhỏ hơn 100 l trong đó 1/3 thời gian
dùng để nâng nhiệt độ từ nhiệt độ sấy đến nhiệt độ tro hóa đã đặt; 2/3 thời gian
dùng để luyện mẫu ở nhiệt độ tro hóa đã chọn.
+ Nguyên tử hóa: là giai đoạn quyết định cường độ của vạch phổ, thời gian rất
ngắn, từ 3 đến 6 giây, đơi khi có thể đến 10 giây. Tốc độ tăng nhiệt độ rất lớn (1500
- 20000C/ 1 giây) để đạt ngay tức khắc đến nhiệt độ nguyên tử hóa.
Nhiệt độ nguyên tử hóa của mỗi nguyên tố phụ thuộc vào bản chất của
nguyên tố, trạng thái và thành phần của mẫu.
17