NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH ĐIỆN CỰC THAN THỦY TINH BẰNG VẬT LIỆU CÓ CẤU TRÚC NANO ỨNG DỤNG ĐỂ XÁC ĐỊNH THỦY NGÂN TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC
Hóa phân tích
Luận án này tập trung nghiên cứu biến tính bề mặt điện cực than thủy tinh (GCE) sử dụng các hạt vàng dạng cầu (AuNP), graphen oxit (GO) cùng 4-pyridine ethanthiol (PET) và 2-aminoethanthiol (AET) để tạo đơn lớp tự sắp xếp (SAM), nhằm nâng cao độ nhạy và độ chọn lọc trong việc phân tích lượng vết thủy ngân (Hg(II)) trong mẫu nước.
Nghiên cứu đã chế tạo thành công lớp phủ AuNP cũng như composit AuNP-GO trên bề mặt GCE bằng phương pháp điện hóa, chứng minh sự có mặt của AuNP và GO đã làm tăng diện tích bề mặt hoạt động điện hóa của điện cực biến tính lên 26,98%. Các điện cực biến tính với SAM đơn cấu tử (PET, AET) và hai cấu tử (PET-AET) đã được nghiên cứu để tăng độ chọn lọc đối với Hg(II) trong quá trình làm giàu. Kết quả Vol-Ampe xung vi phân cho thấy chiều cao dòng pic ứng với tín hiệu Hg(II) tăng đáng kể, đặc biệt với điện cực biến tính PET-AET-SAM/AuNP-GO đạt 3,50 µA, với giới hạn phát hiện Hg(II) là 18,99 ppt.
Khả năng tăng độ nhạy phát hiện Hg(II) của điện cực PET-AET-SAM/AuNP-GO được lý giải nhờ sự tăng diện tích bề mặt hoạt động điện hóa do GO, cùng với sự thay đổi định hướng của các phân tử PET, AET khi có GO, tạo liên kết hidrô và tương tác điện tử π, dẫn đến cấu trúc bền và tăng khả năng liên kết với Hg(II) tại các nhóm chức. Điện cực này còn thể hiện ưu điểm về khoảng tuyến tính rộng (30 ppt – 3500 ppt, với hệ số tương quan R² = 0,999) và độ bền cao, có thể sử dụng tới 112 lần với độ lặp lại RSD 5,19%.
Nghiên cứu cũng đã ứng dụng điện cực biến tính vào phân tích một số mẫu nước biển và nước thải công nghiệp. Các kết quả thu được có độ chính xác chấp nhận được khi so sánh với phương pháp hấp thụ nguyên tử, cho thấy tiềm năng ứng dụng của loại điện cực này trong việc phân tích phát hiện lượng vết Hg(II) trong các mẫu môi trường thực.
1. Lý do lựa chọn đề tài
2.1. Hóa chất
2.2. Chế tạo điện cực
2.2.1. Chế tạo lớp AuNP trên điện cực GCE
2.2.2. Chế tạo các SAM biến tính lớp AuNP trên điện cực GCE
2.2.2.1. Chế tạo SAM 4-pyridinethanthiol (PET-SAM)
2.2.2.2. Chế tạo SAM 2-aminoethanethiol (AET-SAM)
2.2.2.3. Chế tạo SAM hai cấu tử (PET-AET- SAM)
2.2.3. Chế tạo lớp composit AuNP-GO trên điện GCE
2.2.4. Chế tạo các SAM biến tính lớp AuNP-GO trên điện cực GCE
2.3. Phương pháp nghiên cứu
2.4. Phân tích mẫu thực
2.4.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu
2.4.2. Tiến trình phân tích
2.5. Phương pháp thống kê và phần mềm xử lý số liệu thực nghiệm
3.1. Tạo AuNP trên bề mặt GCE
3.1.1. Các kỹ thuật điện hóa hoạt hóa bề mặt GCE
3.1.2. Các điều kiện điện phân tạo AuNP
3.1.3. Sự tạo thành AuNP trên bề mặt GCE
3.2. Tạo composit AuNP-GO trên bề mặt GCE.
3.2.1. Các phương pháp tạo AuNP-GO trên bề mặt GCE
3.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến việc tạo composit AuNP-GO
3.2.3. Cấu trúc bề mặt composit AuNP-GO trên bề mặt GCE
3.3. Sử dụng các SAM biến tính điện cực
3.4. Cơ sở lý thuyết sử dụng SAM biến tính điện cực phân tích Hg (II)
3.5. Sử dụng điện cực biến tính các SAM để phân tích Hg (II)
3.5.1 Quá trình làm giàu
3.5.2. Ảnh hưởng của chiều quét thế đến việc xác định Hg(II)
3.5.3. PET-SAM/AuNP phân tích Hg (II)
3.5.3.1. Vai trò của AuNP trong điện cực biến tính phân tích Hg (II)
3.5.3.2. Ảnh hưởng của các ion đến tín hiệu Hg (II)
3.5.3.3. Khảo sát số lần sử dụng điện cực
3.5.3.4. Xây dựng đường chuẩn
3.5.3.5. Đánh giá giới hạn phát hiện của phương pháp
3.5.4.1. Khảo sát điều kiện chế tạo PET-AET-SAM
3.5.4.2. So sánh tín hiệu dòng thủy ngân trên điện cực SAM/AuNP
3.5.4.4. Khảo sát số lần sử dụng điện cực
3.5.4.5. Xây dựng đường chuẩn
3.5.4.6. Đánh giá giới hạn phát hiện của phương pháp
3.5.5. PET-AET-SAM/AuNP-GO phân tích Hg (II)
3.5.5.1. Khảo sát điều kiện chế tạo PET-AET-SAM/AuNP-GO
3.5.5.2. Khảo sát thời gian ngâm thủy ngân
3.5.5.3. So sánh tín hiệu dòng thủy ngân của các điện cực SAM/AuNP-GO
3.5.5.5. Khảo sát số lần sử dụng điện cực
3.5.5.6. Xây dựng đường chuẩn
3.5.5.7. Giới hạn phát hiện của phương pháp
3.5.6 Kỹ thuật điện hóa làm sạch điện cực
3.6. Ứng dụng phân tích Hg (II) trong mẫu thực
3.6.1. Phân tích mẫu giả trong phòng thí nghiệm
3.6.2. Kết quả đo mẫu thực trong phòng thí nghiệm
3.6.2.1. Kết quả đo mẫu nước biển và nước thải công nghiệp qua xử lý