Luận án Tiến sĩ: Điện hóa TNT trên điện cực cho phân tích môi trường - Lê Thị Vinh Hạnh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HOÁ HỌC ------------ LÊ THỊ VINH HẠNH NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA CỦA THUỐC NỔ TNT TRÊN CÁC VẬT LIỆU ĐIỆN CỰC KHÁC NHAU NHẰM ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội - 2014 I BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HOÁ HỌC ------------ LÊ THỊ VINH HẠNH NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA CỦA THUỐC NỔ TNT TRÊN CÁC VẬT LIỆU ĐIỆN CỰC KHÁC NHAU NHẰM ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành: Hóa Lý thuyết và Hóa lý Mã số: 62.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS Vũ Thị Thu Hà 2. TS Lê Quốc Hùng Hà Nội – 2014 II LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và không trùng lặp với bất kỳ công trình khoa học nào khác. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực, chưa từng được công bố trên bất kỳ tạp chí nào đến thời điểm này ngoài những công trình của tác giả.

Hà Nội, ngày 12 tháng 11 năm 2014 Tác giả luận án I LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và lòng kính trọng đối với Thầy Cô hướng dẫn: PGS. Vũ Thị Thu Hà và GS.TS Lê Quốc Hùng bởi những chỉ dẫn quý báu về phương pháp luận và định hướng nghiên cứu để luận án được hoàn thành. Tác giả cũng bày tỏ lời cảm ơn đối với Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất và thời gian để tác giả hoàn thành luận án. Tác giả xin trân trọng cảm ơn các nhà khoa học và các đồng nghiệp trong Phòng ứng dụng Tin học trong nghiên cứu Hóa học đã đóng góp các ý kiến xây dựng và trao đổi về các vấn đề lý thuyết cũng như thực tiễn để luận án được hoàn thiện.

Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn các thủ trưởng và các bạn đồng nghiệp tại Khoa Hóa lý – Kỹ thuật, Học viện Kỹ thuật Quân sự đã tạo điều kiện về thời gian, cũng như những đóng góp quý báu về chuyên môn trong suốt quá trình thực hiện và bảo vệ luận án. Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình, người thân và bạn bè đã luôn chia sẻ, động viên tinh thần những lúc khó khăn và là nguồn cổ vũ không thể thiếu đối với tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận án này. Tác giả Luận án II MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. II MỤC LỤC.

III DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT.VIII DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU. X DANH MỤC CÁC BẢNG .XIII DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ. XV MỞ ĐẦU. 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THUỐC NỔ TNT .1 Tính chất điện hóa của TNT.2 Ứng dụng của điện hóa trong việc xử lý và phân tích TNT .3 Vai trò của môi trường làm việc trong nghiên cứu tính chất điện hóa của TNT.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TNT.1 Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) .2 Phương pháp sắc ký khí.1 Phương pháp sắc ký khí (GC).2 Phương pháp sắc ký khí phân giải cao (HRGC) .3 Một số phương pháp khác .3 PHƯƠNG PHÁP VON-AMPE PHÂN TÍCH TNT .1 Một số điện cực làm việc dùng trong phương pháp Von- Ampe.1 Điện cực rắn.2 Điện cực biến tính bởi chất lỏng ion .3 Vi điện cực .4 Một số loại điện cực làm việc khác.2 Phân tích TNT bằng phương pháp Von-Ampe .1 Phương pháp Von-Ampe sóng vuông (SWV) .2 Phương pháp Von-Ampe xung vi phân (DPV) .3 Phương pháp Von-Ampe thế vòng (CV) .4 Phương pháp Von-Ampe hòa tan hấp phụ (AdSV) .38 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM .1 THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ VẬT LIỆU.1 Thiết bị và dụng cụ.2 Vật liệu chế tạo điện cực .1 Hóa chất tinh khiết .1 Dung dịch gốc .2 Dung dịch điện li .3 CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC .1 Điện cực thường.1 Điện cực glassy cacbon (GC) .2 Điện cực vàng (Au).2 Điện cực biến tính.3 Vi điện cực.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.1 Nghiên cứu đặc tính Von-Ampe của điện cực bằng phương pháp Von-Ampe tuần hoàn (CV).2 Nghiên cứu tính chất điện hóa của TNT bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan hấp phụ xung vi phân (AdSV-DPV) .3 Phương pháp xử lý số liệu .54 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.1 ĐIỆN CỰC THƯỜNG .1 Khảo sát đặc tính điện hóa của các điện cực thường.1 Ảnh hưởng của việc hoạt hóa bề mặt điện cực đến khả năng làm việc của điện cực thường .2 Nghiên cứu đặc tính Von-Ampe tuần hoàn trên các điện cực thường .2 Khảo sát tính chất điện hóa của TNT trên các điện cực thường .1 Khảo sát tín hiệu Von-Ampe của TNT trên các điện cực thường.2 Khảo sát ảnh hưởng của dung dịch nền đến tín hiệu điện hóa của TNT trên điện cực thường.3 Khảo sát ảnh hưởng của sự khuếch tán TNT trong dung dịch trên điện cực thường .4 Khảo sát ảnh hưởng của sự hấp phụ TNT trên bề mặt điện cực thường .5 Khảo sát độ lặp lại của các điện cực thường .6 Khảo sát sự phụ thuộc của mật độ dòng píc khử vào nồng độ TNT trong dung dịch ở điều kiện tối ưu .2 ĐIỆN CỰC BIẾN TÍNH.1 Điện cực biến tính với chất lỏng ion [C4min][BF4] (CpC4mim) .1 Nghiên cứu đặc tính Von-Ampe tuần hoàn trên các điện cực biến tính CpC4mim.2 Khảo sát tín hiệu Von-Ampe của TNT trên điện cực biến tính CpC4mim.3 Khảo sát ảnh hưởng của sự khuếch tán TNT trong dung dịch điện ly trên điện cực biến tính CpC4mim .4 Khảo sát ảnh hưởng của sự hấp phụ TNT trên bề mặt điện cực biến tính CpC4mim.5 Khảo sát độ lặp lại của các điện cực biến tính CpC4mim.6 Khảo sát sự phụ thuộc của mật độ dòng píc khử vào nồng độ TNT trong dung dịch ở điều kiện tối ưu trên điện cực biến tính CpC4mim.2 Điện cực biến tính với chất lỏng ion [TOMA][C1C1N] (CpTOMA).1 Nghiên cứu đặc tính Von-Ampe tuần hoàn trên các điện cực biến tính CpTOMA .2 Khảo sát tín hiệu Von-Ampe của TNT trên điện cực biến tính CpTOMA.3 Khảo sát sự phụ thuộc của mật độ dòng píc khử vào nồng độ TNT trong dung dịch ở điều kiện tối ưu trên điện cực biến tính CpTOMA .3 VI ĐIỆN CỰC .1 Khảo sát đặc tính điện hóa của các vi điện cực .1 Ảnh hưởng của việc hoạt hóa bề mặt điện cực đến khả năng làm việc của vi điện cực .2 Nghiên cứu đặc tính Von-Ampe tuần hoàn trên các vi điện cực.2 Khảo sát tính chất điện hóa của TNT trên các vi điện cực.1 Khảo sát tín hiệu Von-Ampe của TNT trên các vi điện cực.2 Khảo sát ảnh hưởng của dung dịch nền đến tín hiệu điện hóa của TNT trên vi điện cực.3 Khảo sát ảnh hưởng của sự khuếch tán TNT trong dung dịch trên vi điện cực.4 Khảo sát ảnh hưởng của sự hấp phụ TNT trên bề mặt vi điện cực.5 Khảo sát độ lặp lại của các vi điện cực.6 Khảo sát sự phụ thuộc của mật độ dòng píc khử vào nồng độ TNT trong dung dịch ở điều kiện tối ưu trên vi điện cực.4 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA CỦA TNT VÀ ỨNG DỤNG CHO VIỆC PHÁT HIỆN TNT .1 So sánh các điện cực chế tạo từ vật liệu cacbon .2 Thử nghiệm phát hiện TNT trong chất lỏng ion.1 Khảo sát thời gian bay hơi của aceton trong IL .2 Khảo sát tín hiệu Von-Ampe của TNT trên vi điện cực ViC2 trong môi trường chất lỏng ion.3 Khảo sát ảnh hưởng của môi trường IL khác nhau đến tín hiệu Von-Ampe của TNT trên điện cực ViC2.4 Khảo sát ảnh hưởng của sự khuếch tán TNT trong môi trường IL trên điện cực ViC2.5 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ TNT trên điện cực ViC2 trong môi trường IL .6 Khảo sát sự phụ thuộc của mật độ dòng píc khử vào nồng độ TNT trong môi trường IL ở điều kiện tối ưu.3 Thử nghiệm sử dụng điện cực biến tính trong phân tích mẫu thực.

117 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ. 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 120 VII DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ý nghĩa Viết tắt Tiếng Việt Tiếng Anh Adsorptive Stripping AdSV Von-Ampe hấp phụ hòa tan Voltammetry CE Điện cực đối Counter Electrode Ống cacbon kích thước Carbon Nanotube CNT nano Cp Bột Cacbon Carbon powder CPE Điện cực cacbon bột nhão Carbon paste electrode CV Von-Ampe thế vòng Cyclic Voltammetry Differential Pulse DPV Von-Ampe xung vi phân Voltammetry Gc Sắc ký khí Gas chromatography GDMS Phổ khối dẫn điện phát sáng Glow discharge MS GN Tấm graphen kích thước nano Graphene Nanosheet GO Oxít graphen Graphene Oxide High-performance liquid HPLC Sắc ký lỏng hiệu năng cao chromatography High-Resolution Gas HRGC Sắc ký khí phân giải cao Chromatography IDMS Phổ khối pha loãng ion Ion dilution MS IL Chất lỏng ion Ionic Liquid Điện cực cacbon bột nhão Ionic liquid carbon paste ILCPE biến tính chất lỏng ion electrode IMS Phổ độ linh động ion Ion mobility spectrometry LOD Giới hạn phát hiện Limit of detection LOQ Giới hạn định lượng Limit of Quantitation LSV Von-Ampe thế tuyến tính Linear Scan Voltammetry Molecular Imprinted MIP Polyme in phân tử Polymers MS Phổ khối Mass spectrometry VIII Multi Wall Carbon MWCNT Ống cacbon nano đa lớp Nanotubes Cacbon mao quản trung bình Ordered Mesoporus Carbon OMC trật tự. Ox Chất oxy hóa Oxidizer Pa Dầu Parafin Paraffin oil PBS Dung dịch đệm phốt phát Photphate Buffer Solution RE Điện cực so sánh Reference Electrode Red Chất khử Reductant RSD Độ lệch chuẩn tương đối Relative Standard Deviation SD Độ lệch chuẩn Standard Deviation SE Độ sai chuẩn Standard Error SWV Von-Apme sóng vuông Square Wave Voltammetry WE Điện cực làm việc Working Electrode IX DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Ý nghĩa TNT 2,4,6-trinitro toluen 2,6-DNT 2,6-dinitrotoluene 2,4-DNT 2,4-dinitrotoluene 2-NT 2-nitrotoluene 4-NT 4-nitrotoluene RDX Hexogen PETN 1,3-Dinitrato-2,2-bis (nitratomethyl)propane Tetryl 2,4,6-trinitrophenyl-N-methylnitramine HMX 1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocane Tributyl-(methoxylethyl) phosphonium bis [P444CCOC][C2C2N] (pentafluoroethansulfonyl) amide Trioctyl methyl ammonium bis [TOMA][C1C1N] (trifluoromethylsulfonyl) imide [C4mim][BF4] 1-Butyl-3-methyl-imidazolium tetrafluoroborate TBAB Tetrabutylammonium bromide GC Điện cực glassy cacbon Au Điện cực vàng thường Điện cực biến tính từ bột cacbon bột nhão, parafin và CpC4mim chất lỏng ion [C4mim][BF4] Điện cực biến tính từ bột cacbon bột nhão, parafin và CpTOMA chất lỏng ion TOMAC1C1N ViC1 Vi điện cực cacbon fiber dạng tổ hợp ngẫu nhiên ViC2 Vi điện cực cacbon fiber dạng tổ hợp tuyến tính ViAu Vi điện cực vàng Ag/AgCl Điện cực so sánh bạc bạc clorua v Tốc độ quét thế U1 Thế ban đầu U2 Thế kết thúc Imax Dòng tối đa X Luận án đủ ở file: Luận án full