Tài liệu Nghiên cứu nâng cao khả năng phân tích gang hợp kim cao cr trên máy phân tích phổ metal - lab 75-80j của italy

Bé c«ng th−¬ng tËp ®oμn c«ng nghiÖp than - kho¸ng s¶n viÖt nam ViÖn C¬ khÝ N¨ng l−îng vμ Má - TKV ------- [ \ ------- b¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tμI nghiªn cøu khoa häc c«ng nghÖ nghiªn cøu n©ng cao kh¶ n¨ng ph©n tÝch gang hîp kim cao Cr trªn m¸y ph©n tÝch phæ metal – lab 75-80j cña italy C¬ quan chñ qu¶n : Bé C«ng Th−¬ng C¬ quan chñ tr× : ViÖn C¬ khÝ N¨ng l−îng vµ Má - TKV Chñ nhiÖm ®Ò tμI : ThS. B¹ch §«ng Phong DuyÖt viÖn Chñ nhiÖm ®Ò tµI ThS. B¹ch §«ng Phong Hµ néi - 2007 Nghiªn cøu n©ng cao kh¶ n¨ng ph©n tÝch gang hîp kim cao Cr trªn m¸y ph©n tÝch phæ Metal – Lab 75-80J cña Italy c¬ quan thùc hiÖn vμ phèi hîp chÝnh TT Tªn c¬ quan Néi dung thùc hiÖn, phèi hîp 1 ViÖn C¬ khÝ N¨ng l−îng & Má-TKV Chñ tr×, thùc hiÖn chÝnh 2 H·ng GNR - Italy Phèi hîp l¾p ®Æt vµ hiÖu chuÈn thiÕt bÞ nh÷ng ng−êi thùc hiÖn TT Hä vµ tªn Chøc danh, nghÒ nghiÖp N¬i c«ng t¸c 1 B¹ch §«ng Phong ThS. Khoa häc vµ C«ng ViÖn CKNL vµ Má - TKV nghÖ VËt liÖu 2 TrÇn V¨n Khanh KS. VËt liÖu häc vµ ViÖn CKNL vµ Má - TKV NhiÖt luyÖn 3 NguyÔn Thu HiÒn KS. LuyÖn kim ®en 4 TrÇn ThÞ Mai ViÖn CKNL vµ Má - TKV KS. VËt liÖu häc vµ ViÖn CKNL vµ Má - TKV NhiÖt luyÖn 5 NguyÔn V¨n S¸ng KS. HÖ thèng ®iÖn ViÖn CKNL vµ Má - TKV 6 Vò ChÝ Cao KS. ChÕ t¹o m¸y ViÖn CKNL vµ Má - TKV 7 Lª Thanh B×nh KS. VËt liÖu häc vµ ViÖn CKNL vµ Má - TKV NhiÖt luyÖn 2 Nghiªn cøu n©ng cao kh¶ n¨ng ph©n tÝch gang hîp kim cao Cr trªn m¸y ph©n tÝch phæ Metal – Lab 75-80J cña Italy Môc lôc ®Æt vÊn ®Ò .............................................................................................6 Ch−¬ng I: Kh¸i qu¸t vÒ phæ ph¸t x¹ nguyªn tö vμ m¸y quang phæ ph¸t x¹..................................................................8 I. Nh÷ng Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ phæ ph¸t x¹ nguyªn tö ..................8 1. Tãm t¾t vÒ cÊu t¹o nguyªn tö..............................................................8 2. Sù xuÊt hiÖn phæ ph¸t x¹ .....................................................................8 3. Nguyªn t¾c cña phÐp ®o phæ ph¸t x¹ (AES) ......................................9 4. §èi t−îng cña ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch phæ ph¸t x¹ .......................10 5. C¸c −u ®iÓm vµ nh−îc ®iÓm ..............................................................10 iI. c¸c lo¹i m¸y quang phæ ph¸t x¹ nguyªn tö............................11 1. M¸y quang phæ l¨ng kÝnh..................................................................12 1.1. Giíi thiÖu vÒ l¨ng kÝnh.................................................................12 1.2. C¸c ®Æc tr−ng cña m¸y quang phæ l¨ng kÝnh.............................13 2. M¸y quang phæ c¸ch tö .....................................................................16 2.1. Giíi thiÖu vÒ c¸ch tö ....................................................................17 2.2. C¸c ®Æc tr−ng cña m¸y quang phæ c¸ch tö ................................19 3. S¬ ®å quang häc mét sè m¸y quang phæ ph¸t x¹............................22 4. Vïng lµm viÖc cña m¸y quang phæ...................................................23 Ch−¬ng II: L¾p ®Æt c¸c cÊu kiÖn t¨ng nÒn ph©n tÝch vμ hiÖu chuÈn thiÕt bÞ.......................................................25 I. L¾p ®Æt c¸c cÊu kiÖn t¨ng nÒn ph©n tÝch ..................................25 1. §Æc tr−ng kü thuËt cña m¸y quang phæ Metal-Lab 75-80J...........25 2. §Æc ®iÓm chung vÒ gang hîp kim cao Cr ........................................28 3. Nhu cÇu cña thÞ tr−êng vÒ ph©n tÝch ®èi víi gang hîp kim cao Cr .............................................................................................................29 4. Yªu cÇu vµ c¸c phô kiÖn cho viÖc t¨ng kh¶ n¨ng ph©n tÝch gang hîp kim cao Cr .......................................................................................29 4.1. ChÊt l−îng khÝ b¶o vÖ ..................................................................29 4.2. C¸c phô kiÖn t¨ng nÒn ph©n tÝch ................................................30 5. L¾p ®Æt cÊu kiÖn t¨ng kh¶ n¨ng ph©n tÝch gang hîp kim cao Cr .............................................................................................................31 II. HiÖu chuÈn thiÕt bÞ ...........................................................................34 1. HiÖu chuÈn Profile .............................................................................34 3 Nghiªn cøu n©ng cao kh¶ n¨ng ph©n tÝch gang hîp kim cao Cr trªn m¸y ph©n tÝch phæ Metal – Lab 75-80J cña Italy 1.1. ChuÈn bÞ mÉu...............................................................................34 1.2. HiÖu chØnh Profile cho buång quang häc thø nhÊt ...................34 1.3. HiÖu chØnh Profile cho buång quang häc thø hai .....................36 2. HiÖu chuÈn nÒn ph©n tÝch gang hîp kim cao Cr.............................38 III. kiÓm tra, so s¸nh kÕt qu¶ ph©n tÝch víi thiÕt bÞ kh¸c ......43 Ch−¬ng III: KÕt luËn chung .......................................................44 I. NhËn xÐt vμ ®¸nh gi¸ kÕt qu¶ ........................................................44 II. VÒ mÆt ý nghÜa khoa häc vμ c«ng nghÖ ...................................44 III. VÒ mÆt thùc tiÔn .............................................................................44 Tμi liÖu tham kh¶o ....................................................................46 Phô lôc ..................................................................................................47 4 Nghiªn cøu n©ng cao kh¶ n¨ng ph©n tÝch gang hîp kim cao Cr trªn m¸y ph©n tÝch phæ Metal – Lab 75-80J cña Italy Tãm t¾t ®Ò tμI §Ò tµi nghiªn cøu t¨ng kh¶ n¨ng ph©n tÝch gang hîp kim cao Cr trªn m¸y ph©n tÝch phæ Metal – Lab 75-80J nh»m môc ®Ých t¨ng c−êng n¨ng lùc thiÕt bÞ vµ ®¸p øng nhu cÇu ®µo t¹o ®éi ngò c¸n bé thö nghiÖm, ®o l−êng cã ®ñ kü n¨ng cho Phßng ThÝ nghiÖm. Trong ®Ò tµi nµy chóng t«i ®· tiÕn hµnh kh¶o s¸t nguyªn lý, ®iÒu kiÖn vµ quy t¾c ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ hiÖn cã cña Phßng ThÝ nghiÖm. §Ò tµi ®· nghiªn cøu vµ tham kh¶o ý kiÕn chuyªn gia cña h·ng vÒ kh¶ n¨ng cã thÓ t¨ng thªm ch−¬ng tr×nh ph©n tÝch gang hîp kim cao Cr cho thiÕt bÞ. Chóng t«i còng ®· cïng chuyªn gia cña h·ng nghiªn cøu vÒ kh¶ n¨ng t−¬ng thÝch khi tiÕn hµnh t¨ng thªm kh¶ n¨ng ph©n tÝch cho thiÕt bÞ hiÖn cã cña phßng vµ ®i ®Õn kÕt luËn r»ng ta cã thÓ më réng thªm kh¶ n¨ng ph©n tÝch cho thiÕt bÞ mµ kh«ng x¶y ra tranh chÊp g× vµ hoµn toµn kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn ®é chÝnh x¸c cña kÕt qu¶ ph©n tÝch. Nhãm ®Ò tµi ®· phèi hîp cïng chuyªn gia cña h·ng GNR tiÕn hµnh l¾p ®Æt c¸c cÊu kiÖn cÇn thiÕt cho viÖc më réng kh¶ n¨ng ph©n tÝch cho thiÕt bÞ nh− hÖ thèng thu nhËn tÝn hiÖu, g−¬ng ph¶n x¹… Sau ®ã thùc hiÖn hiÖu chuÈn PROFILE vµ hiÖu chuÈn ch−¬ng tr×nh ph©n tÝch míi ®−îc më réng thªm. Nhãm ®Ò tµi còng ®· tiÕn hµnh kiÓm tra thùc nghiÖm viÖc hiÖu chuÈn cña thiÕt bÞ qua hÖ sè hiÖu chuÈn Coefficients, kÕt qu¶ nhËn ®−îc n»m trong giíi h¹n cho phÐp. Qua ®ã kh¼ng ®Þnh r»ng viÖc cµi ®Æt t¨ng kh¶ n¨ng ph©n tÝch gang hîp kim cao Cr cho thiÕt bÞ lµ hoµn toµn t−¬ng thÝch vµ kh«ng lµm ¶nh h−ëng ®Õn ®é chÝnh x¸c cña thiÕt bÞ. Trong ®Ò tµi nµy chóng t«i còng ®· ®−a ra mét sè kÕt qu¶ thö nghiÖm so s¸nh víi c¸c thiÕt bÞ kh¸c cïng lo¹i vµ mét sè kÕt qu¶ thö nghiÖm thùc tÕ cho c¸c kh¸ch hµng. Tõ kho¸: C¸ch tö, PMT, g−¬ng ph¶n x¹, MetaL-Lab 75-80J, gang hîp kim cao Cr. 5 Nghiªn cøu n©ng cao kh¶ n¨ng ph©n tÝch gang hîp kim cao Cr trªn m¸y ph©n tÝch phæ Metal – Lab 75-80J cña Italy ®Æt vÊn ®Ò Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch quang phæ ph¸t x¹ nguyªn tö lµ kÜ thuËt ph©n tÝch phæ ho¸ lÝ ®· vµ ®ang ®−îc ph¸t triÓn, øng dông réng r·i trong nhiÒu ngµnh khoa häc kÜ thuËt, trong s¶n xuÊt c«ng nghiÖp nh− ho¸ häc, ®Þa chÊt, luyÖn kim, v.v… ®Æc biÖt lµ ë c¸c n−íc ph¸t triÓn. Cïng víi sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña c¸c ngµnh khoa häc kÜ thuËt, ®Æc biÖt lµ ngµnh vËt lÝ, ho¸ häc vµ luyÖn kim, sù ph¸t triÓn cña kÜ thuËt ®o vµ ghi tÝn hiÖu phæ sè ho¸ ®· lµm t¨ng kh¶ n¨ng øng dông to lín cña nã. B»ng ph−¬ng ph¸p nµy ng−êi ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®Þnh tÝnh, b¸n ®Þnh l−îng vµ ®Þnh l−îng ®−îc h¬n n¨m chôc kim lo¹i vµ gÇn mét chôc nguyªn tè ¸ kim trong c¸c ®èi t−îng mÉu kh¸c nhau (v« c¬ vµ h÷u c¬). Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch nµy ®· trë thµnh c«ng cô ph©n tÝch nguyªn tè ®¾c lùc cho nhiÒu lÜnh vùc. §èi víi ngµnh luyÖn kim, ®©y lµ mét ngµnh sö dông ph−¬ng ph¸p quang phæ ph¸t x¹ ph©n tÝch thµnh phÇn ho¸ häc vµo môc ®Ých cña m×nh kh¸ sím. ChÝnh tÝnh chÊt nhanh chãng vµ ®é nh¹y cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ mét ®iÒu rÊt cÇn thiÕt ®èi víi ngµnh luyÖn kim. Nã cã thÓ lµ c«ng cô gióp c¸c nhµ luyÖn kim x¸c ®Þnh ngay ®−îc thµnh phÇn cña c¸c chÊt ®ang nãng ch¶y trong lß luyÖn kim; qua ®ã mµ hä cã thÓ ®iÒu chØnh nguyªn liÖu ®−a vµo ®Ó chÕ t¹o ®−îc nh÷ng hîp kim cã thµnh phÇn mong muèn, kiÓm tra thµnh phÇn, kiÓm tra nguyªn liÖu. ë n−íc ta, kÜ thuËt ph©n tÝch theo phæ ph¸t x¹ nguyªn tö còng ®· ®−îc ph¸t triÓn vµ øng dông trong kho¶ng h¬n hai chôc n¨m nay. Mét sè c¬ së nghiªn cøu khoa häc ®· ®−îc trang bÞ m¸y ph©n tÝch phæ ph¸t x¹ nguyªn tö, hoÆc do Nhµ n−íc ta ®Çu t−, hoÆc do tõ c¸c nguån vèn kh¸c nhau nh−ng thùc tÕ do khi mua kh«ng ®ñ kinh phÝ hoÆc do mét lý do nµo ®ã mµ c¸c thiÕt bÞ nµy ch−a hoµn toµn ®Çy ®ñ chøc n¨ng ®ång bé cña m¸y. HiÖn nay, sù ra ®êi cña c¸c trung t©m nghiªn cøu, thö nghiÖm vµ kiÓm ®Þnh vËt liÖu trªn c¶ n−íc ®· ®¸p øng kÞp thêi cho cho sù ph¸t triÓn cña ngµnh vËt liÖu, ®Æc biÖt lµ trong lÜnh vùc nghiªn cøu vµ chÕ t¹o c¸c lo¹i vËt liÖu míi. Mét trong nh÷ng thiÕt bÞ quan träng ®Ó ®¸nh gi¸ chÊt l−îng vµ tÝnh chÊt cña vËt liÖu lµ thiÕt bÞ ph©n tÝch thµnh phÇn ho¸ häc cña kim lo¹i vµ hîp b»ng quang phæ ph¸t x¹. Phßng ThÝ nghiÖm VËt liÖu TÝnh n¨ng Kü thuËt cao thuéc ViÖn C¬ khÝ N¨ng l−îng vµ Má ®· ®−îc trang bÞ mét m¸y phæ MetaL-Lab 75-80J cña h·ng GNR – Italy cho viÖc nghiªn cøu vµ kiÓm tra thµnh phÇn cña vËt liÖu. ThiÕt bÞ ®· ®−îc cµi ®Æt víi 9 nÒn c¬ b¶n lµ: Fe, Cu, Al, Pb, Sn, Co, Ni, Ti, Zn. Tuy nhiªn, ®Ó n©ng cao h¬n n÷a kh¶ n¨ng lµm viÖc cña thiÕt bÞ vµ ®¸p øng nhu cÇu cña kh¸ch hµng, Phßng ThÝ nghiÖm VËt liÖu TÝnh n¨ng Kü thuËt cao ViÖn C¬ khÝ N¨ng l−îng & Má ®· thùc hiÖn ®Ò tµi: "T¨ng kh¶ n¨ng ph©n tÝch gang 6 Nghiªn cøu n©ng cao kh¶ n¨ng ph©n tÝch gang hîp kim cao Cr trªn m¸y ph©n tÝch phæ Metal – Lab 75-80J cña Italy hîp kim cao Cr trªn m¸y ph©n tÝch phæ Metal – Lab 75-80J cña Italy" ®Õn nay ®Ò tµi ®· hoµn thµnh phÇn thùc nghiÖm. §Ò tµi gåm 3 néi dung chÝnh sau: 1. Nghiªn cøu nguyªn lý vµ ®iÒu kiÖn ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ. 2. L¾p ®Æt c¸c cÊu kiÖn. 3. TiÕn hµnh hiÖu chuÈn thiÕt bÞ. §Ò tµi ®· thùc hiÖn theo ®óng ®Ò c−¬ng, ®· tiÕn hµnh l¾p ®Æt c¸c cÊu kiÖn, cËp nhËt phÇn mÒm ®Ó t¨ng kh¶ n¨ng ph©n tÝch gang hîp kim cao Cr cho thiÕt bÞ vµ hiÖu chuÈn thiÕt bÞ. øng dông ph©n tÝch mÉu cho kh¸ch hµng. TËp thÓ ®Ò tµi xin ch©n thµnh c¶m ¬n Vô Khoa häc, C«ng nghÖ Bé C«ng Th−¬ng, ViÖn C¬ khÝ N¨ng l−îng vµ Má, Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa Hµ néi, H·ng GNR - Italy, Trung t©m ®o l−êng khu vùc I ®· quan t©m gióp ®ì vµ t¹o mäi ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho chóng t«i hoµn thµnh ®Ò tµi nµy. 7 Nghiªn cøu n©ng cao kh¶ n¨ng ph©n tÝch gang hîp kim cao Cr trªn m¸y ph©n tÝch phæ Metal – Lab 75-80J cña Italy Ch−¬ng I Kh¸i qu¸t vÒ phæ ph¸t x¹ nguyªn tö vμ m¸y quang phæ ph¸t x¹ I. Nh÷ng Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ phæ ph¸t x¹ nguyªn tö 1. Tãm t¾t vÒ cÊu t¹o nguyªn tö Theo thuyÕt §alton, nguyªn tè ho¸ häc bao gåm nh÷ng nguyªn tö cña cïng mét lo¹i vµ nguyªn tö lµ phÇn tö nhá nhÊt cßn gi÷ ®−îc tÝnh chÊt ho¸ häc cña nguyªn tè. Nguyªn tö cña mçi nguyªn tè ho¸ häc cã cÊu t¹o kh¸c nhau nªn chóng cã tÝnh chÊt kh¸c nhau. QuyÕt ®Þnh tÝnh chÊt vËt lÝ vµ ho¸ häc cña chóng lµ cÊu t¹o cña líp vá electron trong nguyªn tö, ®Æc biÖt lµ c¸c ®iÖn tö ho¸ trÞ. Nguyªn tö cña mçi nguyªn tè ho¸ häc ®Òu ®−îc x©y dùng tõ mét h¹t nh©n nguyªn tö vµ c¸c electron (®iÖn tö). Trong nguyªn tö, h¹t nh©n ë gi÷a, c¸c ®iÖn tö chuyÓn ®éng xung quanh h¹t nh©n theo nh÷ng quü ®¹o (Orbital) t−¬ng ®èi. H¹t nh©n chiÕm thÓ tÝch rÊt nhá trong kh«ng gian cña nguyªn tö (kho¶ng 1/10.000 thÓ tÝch nguyªn tö), nh−ng l¹i chiÕm hÇu nh− toµn bé khèi l−îng cña nguyªn tö. NÕu coi ®−êng kÝnh nguyªn tö lµ 10-8 cm th× ®−êng kÝnh h¹t nh©n chØ chiÕm kho¶ng 10-12 cm. Nh− vËy, líp vá cña nguyªn tö ngoµi h¹t nh©n lµ rÊt réng, nã chÝnh lµ kh«ng gian chuyÓn ®éng cña ®iÖn tö. Sù chuyÓn ®éng cña ®iÖn tö trong kh«ng gian nµy rÊt phøc t¹p, nã võa tu©n theo quy luËt cña chuyÓn ®éng sãng, l¹i võa tu©n theo quy luËt chuyÓn ®éng cña c¸c h¹t vi m«. Song trong mét ®iÒu kiÖn nhÊt ®Þnh vµ mét c¸ch t−¬ng ®èi, ng−êi ta vÉn thõa nhËn c¸c ®iÖn tö chuyÓn ®éng trong kh«ng gian cña nguyªn tö theo c¸c quü ®¹o. Nh−ng theo quan ®iÓm hiÖn ®¹i cña c¬ l−îng tö th× ®ã lµ c¸c ®¸m m©y electron. Trong líp vá nguyªn tö, ®iÖn tö ph©n bè thµnh tõng líp øng víi sè l−îng tö chÝnh cña nguyªn tö (n). Trong tõng líp l¹i cã nhiÒu quü ®¹o øng víi sè l−îng tö phô l cña nguyªn tö. §ã lµ c¸c ph©n líp. Nh−ng theo nguyªn lÝ v÷ng bÒn th× ®iÖn tö bao giê còng chiÕm vµ lµm ®Çy nh÷ng quü ®¹o cã møc n¨ng l−îng thÊp tr−íc. Sau ®ã míi ®Õn nh÷ng quü ®¹o cã møc n¨ng l−îng cao h¬n. Thø tù s¾p xÕp ®ã lµ: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p, v.v… 2. Sù xuÊt hiÖn phæ ph¸t x¹ Trong ®iÒu kiÖn b×nh th−êng, c¸c ®iÖn tö chuyÓn ®éng trªn c¸c quü ®¹o øng víi møc n¨ng l−îng thÊp nhÊt. Khi ®ã nguyªn tö ë tr¹ng th¸i bÒn v÷ng, tr¹ng th¸i c¬ b¶n. ë tr¹ng th¸i nµy nguyªn tö kh«ng thu vµ còng kh«ng ph¸t 8 Nghiªn cøu n©ng cao kh¶ n¨ng ph©n tÝch gang hîp kim cao Cr trªn m¸y ph©n tÝch phæ Metal – Lab 75-80J cña Italy n¨ng l−îng. Nh−ng nÕu cung cÊp n¨ng l−îng cho nguyªn tö th× tr¹ng th¸i ®ã kh«ng tån t¹i n÷a. Theo quan ®iÓm cña thuyÕt l−îng tö, khi ë tr¹ng th¸i khÝ, ®iÖn tö chuyÓn ®éng trong kh«ng gian cña nguyªn tö, ®Æc biÖt lµ c¸c ®iÖn tö ho¸ trÞ, nÕu chóng nhËn ®−îc n¨ng l−îng ë bªn ngoµi (®iÖn n¨ng, nhiÖt n¨ng, ho¸ n¨ng, … ) th× ®iÖn tö sÏ chuyÓn lªn møc n¨ng l−îng cao h¬n. Khi ®ã nguyªn tö ®· bÞ kÝch thÝch. Nã tån t¹i ë tr¹ng th¸i kÝch thÝch. Nh−ng tr¹ng th¸i nµy kh«ng bÒn v÷ng. Nguyªn tö chØ l−u l¹i ë tr¹ng th¸i nµy nhiÒu nhÊt lµ 10-8 gi©y. Sau ®ã nã lu«n lu«n cã xu h−íng trë vÒ tr¹ng th¸i c¬ b¶n ban ®Çu bÒn v÷ng. NghÜa lµ gi¶i phãng n¨ng l−îng mµ chóng ®· hÊp thô ®−îc trong qu¸ tr×nh trªn d−íi d¹ng cña c¸c bøc x¹ quang häc. Bøc x¹ nµy chÝnh lµ phæ ph¸t x¹ cña nguyªn tö, nã cã tÇn sè ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: ΔE = (E n − E 0 ) = hν hay ΔE = hc λ (1) Trong ®ã: En vµ E0 lµ n¨ng l−îng cña nguyªn tö ë tr¹ng th¸i c¬ b¶n vµ tr¹ng th¸i kÝch thÝch n; h lµ h»ng sè Plank (6,626.10-27 erk.s) hay h = 4,1.10-15 eV.s; c lµ tèc ®é ¸nh s¸ng (3.108 m/s) ≡ 2,99793.108 m/s; ν lµ tÇn sè cña bøc x¹ ®ã; λ lµ b−íc sãng cña bøc x¹ ®ã. Trong biÓu thøc trªn, nÕu gi¸ trÞ ΔE lµ ©m ta cã qu¸ tr×nh hÊp thô vµ khi gi¸ trÞ ΔE d−¬ng ta cã qu¸ tr×nh ph¸t x¹ cña nguyªn tö. 3. Nguyªn t¾c cña phÐp ®o phæ ph¸t x¹ (AES) Tõ viÖc nghiªn cøu nguyªn nh©n xuÊt hiÖn phæ phat x¹, chóng ta cã thÓ kh¸i qu¸t ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch dùa trªn c¬ së ®o phæ ph¸t x¹ cña nguyªn tö sÏ bao gåm c¸c b−íc sau: + B−íc 1: MÉu ph©n tÝch cÇn ®−îc chuyÓn thµnh h¬i (khÝ) cña nguyªn tö hay ion tù do trong m«i tr−êng kÝch thÝch. §ã lµ qu¸ tr×nh ho¸ h¬i vµ nguyªn tö ho¸ mÉu. Sau ®ã dïng nguån n¨ng l−îng phï hîp ®Ó kÝch thÝch ®¸m h¬i ®ã ®Ó chóng ph¸t x¹. §Êy lµ qu¸ tr×nh kÝch thÝch phæ cña mÉu. + B−íc 2: Thu, ph©n li vµ ghi toµn bé phæ ph¸t x¹ cña vËt mÉu nhê m¸y quang phæ. Tr−íc ®©y, phæ ®−îc ghi lªn kÝnh ¶nh hay phim ¶nh. ChÝnh m¸y quang phæ sÏ lµm nhiÖm vô nµy. Nh−ng nh÷ng trang bÞ hiÖn ®¹i ngµy nay cã thÓ thu vµ ghi trùc tiÕp c¸c tÝn hiÖu c−êng ®é ph¸t x¹ cña mét v¹ch phæ d−íi d¹ng c¸c pic 9 Nghiªn cøu n©ng cao kh¶ n¨ng ph©n tÝch gang hîp kim cao Cr trªn m¸y ph©n tÝch phæ Metal – Lab 75-80J cña Italy trªn b¨ng giÊy hay chØ ra c¸c sè ®o c−êng ®é v¹ch phæ trªn m¸y in hoÆc ghi l¹i vµo ®Üa tõ cña m¸y tÝnh. + B−íc 3: §¸nh gi¸ phæ ®· ghi vÒ mÆt ®Þnh tÝnh vµ ®Þnh l−îng theo nh÷ng yªu cÇu ®· ®Æt ra. §©y lµ c«ng viÖc cuèi cïng cña phÐp ®o. Nh÷ng trang bÞ c¬ b¶n (tèi thiÓu) ph¶i cã cho mét phÐp ph©n tÝch phæ: + Nguån n¨ng l−îng ®Ó ho¸ h¬i, nguyªn tö ho¸ mÉu vµ kÝch thÝch phæ cña mÉu ph©n tÝch, ®Ó cã phæ cña nguyªn tè ph©n tÝch. + HÖ thèng trang bÞ ®Ó thu, ph©n li vµ ghi l¹i phæ ph¸t x¹ cña mÉu ph©n tÝch theo vïng phæ ta mong muèn. + HÖ thèng trang bÞ ®Ó ®¸nh gi¸ ®Þnh tÝnh, ®Þnh l−îng vµ chØ thÞ hay biÓu thÞ c¸c kÕt qu¶. 4. §èi t−îng cña ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch phæ ph¸t x¹ Bªn c¹nh môc ®Ých nghiªn cøu vËt lÝ quang phæ nguyªn tö, phÐp ®o phæ ph¸t x¹ nguyªn tö lµ mét ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch vËt lÝ dùa trªn tÝnh chÊt ph¸t x¹ cña nguyªn tö ë tr¹ng th¸i h¬i ®Ó x¸c ®Þnh thµnh phÇn ho¸ häc cña c¸c nguyªn tè, c¸c chÊt trong mÉu ph©n tÝch. V× vËy nã cã tªn lµ ph©n tÝch quang phæ ho¸ häc. Ph−¬ng ph¸p nµy ®−îc sö dông chñ yÕu ®Ó ph©n tÝch ®Þnh tÝnh vµ ®Þnh l−îng c¸c nguyªn tè ho¸ häc trong kim lo¹i thuéc nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau nh−: ®Þa chÊt, ho¸ häc, ho¸ dÇu, n«ng nghiÖp, thùc phÈm, m«i tr−êng vµ ®Æc biÖt lµ trong lÜnh vùc luyÖn kim. Tuy ph©n tÝch nhiÒu ®èi t−îng nh−ng thùc chÊt lµ x¸c ®Þnh c¸c kim lo¹i lµ chÝnh, nghÜa lµ c¸c nguyªn tè cã phæ ph¸t x¹ nh¹y, khi ®−îc kÝch thÝch b»ng mét nguån n¨ng l−îng thÝch hîp; sau ®ã lµ mét vµi ¸ kim nh−: Si, P, C… V× vËy, ®èi t−îng chÝnh cña ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch dùa theo phÐp ®o phæ ph¸t x¹ cña nguyªn tö lµ c¸c kim lo¹i nång ®é nhá trong c¸c lo¹i mÉu kh¸c nhau. Víi ®èi t−îng ¸ kim th× ph−¬ng ph¸p nµy cã nhiÒu nh−îc ®iÓm vµ h¹n chÕ vÒ ®é nh¹y, còng nh− nh÷ng trang bÞ ®Ó thu, ghi phæ cña chóng, v× phæ cña hÇu hÕt c¸c ¸ kim l¹i n»m ngoµi vïng tö ngo¹i vµ kh¶ biÕn, nghÜa lµ ph¶i cã thªm nh÷ng trang bÞ phøc t¹p míi cã thÓ ph©n tÝch ®−îc c¸c ¸ kim. 5. C¸c −u ®iÓm vµ nh−îc ®iÓm Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch quang phæ ph¸t x¹ nguyªn tö së dÜ ®−îc ph¸t triÓn rÊt nhanh vµ ®−îc sö dông trong nhiÒu lÜnh vùc cña khoa häc, kü thuËt c«ng nghiÖp, n«ng nghiÖp vµ ®êi sèng v× nã cã nh÷ng −u ®iÓm rÊt c¬ b¶n: + Ph−¬ng ph¸p nµy cã ®é nh¹y rÊt cao. B»ng ph−¬ng ph¸p nµy nhiÒu nguyªn tè cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh ®¹t ®Õn ®é nh¹y tõ n.10-3 ®Õn n.10-4 %. Nh−ng víi nh÷ng trang bÞ hiÖn ®¹i vµ víi nh÷ng nguån kÝch thÝch phæ míi Plasma cao 10 Nghiªn cøu n©ng cao kh¶ n¨ng ph©n tÝch gang hîp kim cao Cr trªn m¸y ph©n tÝch phæ Metal – Lab 75-80J cña Italy tÇn c¶m øng ICP (Inductivity Coupled Plasma) ng−êi ta cã thÓ ®¹t ®Õn ®é nh¹y tõ n.10-5 ®Õn n.10-6 % ®èi víi nhiÒu nguyªn tè mµ kh«ng cÇn ph¶i lµm giÇu mÉu ph©n tÝch. + Ph−¬ng ph¸p nµy gióp chóng ta cã thÓ tiÕn hµnh ph©n tÝch ®ång thêi nhiÒu nguyªn tè trong mét mÉu, mµ kh«ng cÇn t¸ch riªng chóng ra khái nhau. MÆt kh¸c, l¹i kh«ng tèn nhiÒu thêi gian, ®Æc biÖt lµ ph©n tÝch ®Þnh tÝnh vµ b¸n ®Þnh l−îng. + Víi nh÷ng tiÕn bé cña kÜ thuËt hiÖn nay vµ víi nh÷ng trang bÞ hiÖn nay ®· ®¹t ®−îc th× ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch theo phæ ph¸t x¹ nguyªn tö lµ mét phÐp ®o chÝnh x¸c t−¬ng ®èi cao. Trong nhiÒu tr−êng hîp, víi nång ®é nhá (cì ppm) mµ sai sè cña phÐp ®o lµ d−íi 10%. TÊt nhiªn víi nh÷ng trang bÞ vµ m¸y mãc cæ ®iÓn th× sai sè cã thÓ lín h¬n. Song thùc tÕ nã ®· bÞ nh÷ng trang bÞ hiÖn ®¹i ®Èy lïi. + Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch theo phæ ph¸t x¹ lµ mét ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch tiªu tèn Ýt mÉu, ®Æc biÖt lµ kÜ thuËt phæ ph¸t x¹ ICP. + Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch nµy cã thÓ kiÓm tra ®−îc ®é ®ång nhÊt vÒ thµnh phÇn cña vËt mÉu ë nh÷ng vÞ trÝ kh¸c nhau. V× thÕ còng ®−îc øng dông ®Ó kiÓm tra ®é ®ång nhÊt cña bÒ mÆt vËt liÖu. + Phæ cña mÉu nghiªn cøu th−êng ®−îc ghi vµ l−u l¹i, nã lµ nh÷ng tµi liÖu l−u tr÷ vµ khi cÇn thiÕt cã thÓ ®¸nh gi¸ hay xem xÐt l¹i mµ kh«ng cÇn ph¶i cã mÉu ph©n tÝch. Bªn c¹nh nh÷ng −u ®iÓm ®· nªu, ph−¬ng ph¸p nµy còng cã mét sè nh−îc ®iÓm vµ h¹n chÕ nhÊt ®Þnh nh−: + Ph−¬ng ph¸p nµy chØ cho chóng ta biÕt ®−îc thµnh phÇn nguyªn tè cña mÉu ph©n tÝch mµ kh«ng chØ ra ®−îc tr¹ng th¸i liªn kÕt cña nã ë trong mÉu. + §é chÝnh x¸c cña phÐp ph©n tÝch phô thuéc vµo nång ®é chÝnh x¸c cña thµnh phÇn cña d·y mÉu ®Çu v× c¸c kÕt qu¶ ®Þnh l−îng ®Òu ph¶i dùa theo c¸c ®−êng chuÈn cña c¸c d·y mÉu ®Çu ®· ®−îc chÕ t¹o s½n tr−íc. MÆc dÇu cã mét sè nh−îc ®iÓm vµ h¹n chÕ nh−ng ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch quang phæ ph¸t x¹ nguyªn tö ngµy cµng ®−îc ph¸t triÓn vµ øng dông réng r·i trong nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau ®Ó x¸c ®Þnh l−îng vÕt c¸c nguyªn tè trong c¸c ®èi t−îng mÉu kh¸c nhau. §ã lµ mét ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch nhanh, cã ®é chÝnh x¸c b¶o ®¶m vµ ®é nh¹y kh¸ cao. iI. c¸c lo¹i m¸y quang phæ ph¸t x¹ nguyªn tö M¸y quang phæ lµ mét dông cô dïng ®Ó thu, ph©n li vµ ghi l¹i phæ cña mét vïng phæ quang häc nhÊt ®Þnh. Vïng phæ nµy lµ mét gi¶i phæ cña vËt mÉu nghiªn cøu tõ sãng ng¾n ®Õn sãng dµi. Tuú theo bé phËn dïng ®Ó ph©n li ¸nh 11 Nghiªn cøu n©ng cao kh¶ n¨ng ph©n tÝch gang hîp kim cao Cr trªn m¸y ph©n tÝch phæ Metal – Lab 75-80J cña Italy s¸ng trong m¸y dùa theo hiÖn t−îng vËt lÝ nµo (khóc x¹ hay nhiÔu x¹) mµ ng−êi ta chia c¸c m¸y quang phæ thµnh hai lo¹i. 1. M¸y quang phæ l¨ng kÝnh Lµ m¸y quang phæ mµ hÖ t¸n s¾c cña chóng ®−îc chÕ t¹o tõ 1 hay 2 hoÆc 3 l¨ng kÝnh. Sù ph©n li ¸nh s¸ng ë ®©y dùa theo hiÖn t−îng khóc x¹ cña ¸nh s¸ng qua hai m«i tr−êng cã chiÕt xuÊt kh¸c nhau (kh«ng khÝ vµ thuû tinh hay kh«ng khÝ vµ th¹ch anh). 1.1. Giíi thiÖu vÒ l¨ng kÝnh L¨ng kÝnh lµ mét bé phËn quan träng cña m¸y quang phæ l¨ng kÝnh. Nã quyÕt ®Þnh kh¶ n¨ng, tÝnh chÊt ph©n li ¸nh s¸ng cña m¸y quang phæ. L¨ng kÝnh lµ mét m«i tr−êng trong suèt, ®ång nhÊt vµ ®¼ng h−íng trong mét vïng phæ nhÊt ®Þnh. Nã giíi h¹n bëi 5 mÆt ph¼ng nh− trong h×nh 1 ta cã: ABC vµ A’B’C’ lµ hai mÆt tiÕt diÖn cña l¨ng kÝnh, nã song song víi nhau. BB’CC’ lµ mÆt ®¸y cña l¨ng kÝnh. C¸c mÆt ABB’A’ vµ AA’CC’ lµ hai mÆt bªn cña l¨ng kÝnh. C¹nh AA’ gäi lµ c¹nh ®Ønh cña l¨ng kÝnh. Gãc ®èi diÖn víi mÆt ®¸y gäi lµ gãc ®Ønh cña l¨ng kÝnh. A B C A’ B’ C’ H×nh 1 : CÊu t¹o cña mét l¨ng kÝnh Mét l¨ng kÝnh th−êng ®−îc ®Æc tr−ng bëi hai ®¹i l−îng chÝnh ®ã lµ gãc ®Ønh A (hay c¹nh ®¸y) vµ chiÕt suÊt n cña vËt liÖu lµm l¨ng kÝnh. NÕu ta chiÕu mét chïm s¸ng SI vµo mét mÆt bªn cña l¨ng kÝnh th× hiÖn t−îng khóc x¹ sÏ x¶y ra nh− trong h×nh 2. A D i I K i’ H S B b C H×nh2 : MÆt tiÕt diÖn cña l¨ng kÝnh 12 Nghiªn cøu n©ng cao kh¶ n¨ng ph©n tÝch gang hîp kim cao Cr trªn m¸y ph©n tÝch phæ Metal – Lab 75-80J cña Italy Trong ®ã: SI KH i i’ D ABC : Tia tíi : Tia lã : Gãc tíi cña tia s¸ng : Gãc lã cña tia s¸ng : Gãc lÖch cña chïm s¸ng sau khi qua l¨ng kÝnh : TiÕt diÖn chÝnh cña l¨ng kÝnh. ë ®©y ta cã c«ng thøc ®Æc tr−ng cho 1 l¨ng kÝnh lµ: sin (D + A) ⎛A⎞ = n.sin ⎜ ⎟ 2 ⎝2⎠ ⎛A⎞ 2 sin ⎜ ⎟ dD dn ⎝2⎠ = . dλ dλ ⎛A⎞ 1 − n 2 .sin 2 ⎜ ⎟ ⎝2⎠ (2) ChÝnh hai ®¹i l−îng nãi trªn cã ¶nh h−ëng trùc tiÕp ®Õn sù ph©n li chïm s¸ng, nghÜa lµ quyÕt ®Þnh gãc lÖch D cña chïm s¸ng. ChÝnh v× thÕ khi chÕ t¹o l¨ng kÝnh ng−êi ta ph¶i chän nh÷ng vËt liÖu cã chiÕt suÊt lín vµ chÕ t¹o gãc ®Ønh cña l¨ng kÝnh cã ®é lín cho phï hîp. VËt liÖu lµm l¨ng kÝnh còng ph¶i trong suèt, ®ång nhÊt vµ ®¼ng h−íng trong mét vïng phæ nhÊt ®Þnh, nã ph¶i bÒn víi nhiÖt ®é vµ ¸nh s¸ng. ChiÕt suÊt ph¶i hÇu nh− kh«ng phô thuéc vµo nhiÖt ®é vµ ®é Èm. Trong vïng kh¶ kiÕn, ®Ó chÕ t¹o l¨ng kÝnh ng−êi ta th−êng dïng mét vµi lo¹i thuû tinh nh−: thuû tinh flin nÆng, flin nhÑ, thuû tinh krau. Trong vïng tö ngo¹i ng−êi ta th−êng dïng th¹ch anh. NÕu c¶ vïng phæ ph¶i dïng thuû tinh ®Æc biÖt. 1.2. C¸c ®Æc tr−ng cña m¸y quang phæ l¨ng kÝnh §Ó ®¸nh gi¸ chÊt l−îng, hiÖu qu¶ vµ kh¶ n¨ng sö dông cña mét m¸y quang phæ, ng−êi ta th−êng dïng 3 th«ng sè ®Æc tr−ng c¬ b¶n sau: a> §é t¸n s¾c gãc: Trong c¸c m¸y quang phæ l¨ng kÝnh, l¨ng kÝnh th−êng ®−îc ®Æt ë vÞ trÝ cùc tiÓu ®èi víi tia s¸ng trung t©m cña mét vïng phæ cña m¸y. V× thÕ, ®é t¸n s¾c gãc sÏ ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: 13 Nghiªn cøu n©ng cao kh¶ n¨ng ph©n tÝch gang hîp kim cao Cr trªn m¸y ph©n tÝch phæ Metal – Lab 75-80J cña Italy ⎛A⎞ 2 sin ⎜ ⎟ dD dn ⎝2⎠ Dg = = . dλ ⎛ A ⎞ dλ 1 − n 2 .sin 2 ⎜ ⎟ ⎝2⎠ (3) NÕu gãc ®Ønh A cña l¨ng kÝnh b»ng 600 th× c«ng thøc trªn sÏ lµ: Dg = 2 1− n 2 . dn dλ (4) NÕu m¸y quang phæ cã m l¨ng kÝnh nh− nhau trong hÖ t¸n s¾c th× ®é t¸n s¾c cña m¸y ®ã sÏ b»ng m lÇn cña m¸y 1 l¨ng kÝnh. Cßn nÕu c¸c l¨ng kÝnh cã gãc ®Ønh A kh¸c nhau, th× ®é t¸n s¾c chung sÏ lµ tæng cña ®é t¸n s¾c tõng l¨ng kÝnh theo c¸ch bè trÝ. NghÜa lµ ®é t¸n s¾c gãc chung b»ng tæng ®é t¸n s¾c gãc cña tõng l¨ng kÝnh cã trong hÖ t¸n s¾c cña m¸y quang phæ. Nh− vËy, theo c¸c biÓu thøc trªn, chóng ta thÊy ®é t¸n s¾c gãc cña mét m¸y quang phæ l¨ng kÝnh phô thuéc vµo c¸c yÕu tè sau: + Sè l¨ng kÝnh cã trong hÖ t¸n s¾c; + Gãc ®Ønh A cña l¨ng kÝnh; + ChiÕt suÊt cña vËt liÖu lµm l¨ng kÝnh; + BiÕn thiªn theo b−íc sãng (sãng ng¾n lÖch nhiÒu, sãng dµi lÖch Ýt). V× thÕ, muèn t¨ng ®é t¸n s¾c gãc cña mét m¸y quang phæ l¨ng kÝnh ng−êi ta ph¶i chÕ t¹o hÖ t¸n s¾c cã nhiÒu l¨ng kÝnh ghÐp l¹i víi nhau. Trong thùc tÕ ng−êi ta th−êng ghÐp hai hoÆc ba l¨ng kÝnh. BiÖn ph¸p thø hai lµ chän nh÷ng vËt liÖu cã chiÕt suÊt lín ®Ó chÕ t¹o l¨ng kÝnh vµ chÕ t¹o c¸c l¨ng kÝnh cã gãc ®Ønh A lín. Nh−ng biÖn ph¸p chÕ t¹o gãc A lín còng chØ thùc hiÖn ®−îc trong mét møc ®é nhÊt ®Þnh, th«ng th−êng ®Õn 900 lµ lín nhÊt. V× khi t¨ng gãc ®Ønh A cña l¨ng kÝnh th× hiÖn t−îng ph¶n x¹ toµn phÇn ë mÆt bªn cña l¨ng kÝnh sÏ nhanh chãng xuÊt hiÖn, lµm mét phÇn chïm s¸ng sÏ kh«ng ra khái l¨ng kÝnh vµ ta sÏ bÞ mÊt chïm tia ®ã. b> §é t¸n s¾c dµi: §é t¸n s¾c gãc chØ cho biÕt sù kh¸c nhau vÒ gãc lÖch cña 2 tia s¸ng, nghÜa lµ tia s¸ng ®ã bÞ lÖch ®i mét gãc lín bao nhiªu ®é sau khi ph©n li mµ ch−a chØ ra ®−îc hai v¹ch phæ gÇn nhau sÏ c¸ch nhau lµ bao nhiªu trªn mÆt ph¼ng tiªu (hay kÝnh ¶nh). Do ®ã, trong thùc tÕ, ®Ó ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng t¸n s¾c cña mét m¸y quang phæ ng−êi ta cßn ph¶i sö dông thªm c¶ ®é t¸n s¾c dµi. Nh−ng ®é t¸n s¾c dµi l¹i phô thuéc vµo ®é t¸n s¾c gãc cña tiªu cù vµ thÊu kÝnh buång ¶nh f2 vµ nã ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: D1 = f dD dl = 2 . dλ sin E dλ (5) 14 Nghiªn cøu n©ng cao kh¶ n¨ng ph©n tÝch gang hîp kim cao Cr trªn m¸y ph©n tÝch phæ Metal – Lab 75-80J cña Italy Trong ®ã: + dl: Kho¶ng c¸ch gi÷a hai v¹ch phæ trªn mµn ¶nh (mÆt ph¼ng tiªu); + E: Gãc nghiªng cña hép ¶nh víi quang trùc buång ¶nh cña m¸y; + dλ: HiÖu sè ®é dµi sãng cña hai v¹ch phæ, tøc lµ: dλ = (λ 2 − λ 1 ) vµ λ= λ 2 + λ1 2 (6) Theo c«ng thøc trªn, muèn t¨ng ®é t¸n s¾c dµi cña mét m¸y quang phæ l¨ng kÝnh ng−êi ta ph¶i: - T¨ng ®é t¸n s¾c gãc; - T¨ng tiªu cù cña thÊu kÝnh buång ¶nh f2. Nh−ng biÖn ph¸p nµy chØ ®¹t ®−îc trong mét giíi h¹n nhÊt ®Þnh. V× khi f2 cµng lín th× c−êng ®é s¸ng cña v¹ch phæ cµng gi¶m, nghÜa lµ ®−îc vÒ ®é t¸n s¾c th× mÊt vÒ c−êng ®é (hai yÕu tè nµy tØ lÖ nghÞch víi nhau). Do ®ã, trong thùc tÕ, ng−êi ta ph¶i tÝnh to¸n vµ chän gi¸ trÞ f2 cho phï hîp ®Ó sao cho cã ®é t¸n s¾c ®ñ lín mµ c−êng ®é v¹ch phæ vÉn ®¶m b¶o cßn trªn 80%. Tuy nhiªn, ®Ó dÔ ®¸nh gi¸ vµ so s¸nh ®é t¸n s¾c dµi cña c¸c m¸y quang phæ víi nhau, trong thùc tÕ ng−êi ta l¹i th−êng dïng gi¸ trÞ nghÞch ®¶o cña ®é t¸n s¾c dµi, nghÜa lµ thay biÓu thøc dl/dλ b»ng biÓu thøc dλ/dl. Nh− vËy, ®¹i l−îng míi quy −íc nµy cho ta biÕt cø trªn ®¬n vÞ ®é dµi cña kÝnh ¶nh (mm) hay mÆt ph¼ng tiªu cã chøa bao nhiªu ®¬n vÞ ®é dµi sãng, nghÜa lµ m¸y quang phæ nµo cã gi¸ trÞ dλ/dl cµng lín th× cã ®é t¸n s¾c dµi cµng nhá. §é t¸n s¾c dµi cña mét m¸y quang phæ cã liªn quan trùc tiÕp ®Õn ®é dµi cña vïng phæ mµ m¸y thu nhËn ®−îc. Víi mét vïng phæ nhÊt ®Þnh ®é t¸n s¾c dµi cµng lín th× vïng phæ cña m¸y cµng d¶i ra trªn mét kho¶ng réng, nghÜa lµ mÆt ph¼ng tiªu lín, nh− thÕ trªn mét kÝnh ¶nh cã chiÒu dµi nhÊt ®Þnh th× chØ thu ®−îc mét phÇn cña toµn vïng phæ cña m¸y nÕu m¸y ®ã cã ®é t¸n s¾c lín. c> N¨ng suÊt ph©n li: N¨ng suÊt ph©n li (kh¶ n¨ng ph©n gi¶i) cña mét m¸y quang phæ trong mét vïng nµo ®ã ®−îc biÓu thÞ b»ng tØ sè: R= λ Δλ hay R= λ dλ (7) Trong ®ã Δλ (dλ) = λ2 - λ1 vµ λ2, λ1 lµ ®é dµi sãng cña hai v¹ch phæ gÇn nhau mµ cßn cã thÓ t¸ch ra thµnh hai v¹ch râ rÖt trªn h×nh ¶nh (mÆt ph¼ng tiªu). Nh÷ng m¸y quang phæ cã n¨ng suÊt ph©n gi¶i R cµng lín th× hai v¹ch phæ cã ®é dµi sãng λ1 vµ λ2 nµy cµng n»m xa nhau trªn kÝnh ¶nh. 15 Nghiªn cøu n©ng cao kh¶ n¨ng ph©n tÝch gang hîp kim cao Cr trªn m¸y ph©n tÝch phæ Metal – Lab 75-80J cña Italy NÕu m¸y quang phæ cã hÖ t¸n s¾c gåm m l¨ng kÝnh nh− nhau th× ta cã: Rt = m.Ri (8) C«ng thøc nµy cho ta thÊy n¨ng suÊt ph©n li cña mét m¸y quang phæ l¨ng kÝnh phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè, nh−: + Sè l¨ng kÝnh trong hÖ t¸n s¾c (m); + ChiÕt suÊt cña vËt liÖu lµm l¨ng kÝnh (n); + Sin(A/2); + §−êng kÝnh cña thÊu kÝnh buång ¶nh (d2); + Sù biÕn thiªn cña chiÕt suÊt theo b−íc sãng (dn/dλ). V× vËy, nÕu chän c¸c th«ng sè trªn cho phï hîp khi chÕ t¹o l¨ng kÝnh vµ chÕ t¹o m¸y quang phæ ta sÏ thu ®−îc kh¶ n¨ng ph©n gi¶i tèt nhÊt. Nh−ng ®−êng kÝnh cña thÊu kÝnh buång ¶nh l¹i ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: d2 = b . [1 − n 2 .sin 2 (A / 2)] 2.sin(A / 2) (9) Trong ®ã b lµ chiÒu dµi c¹nh ®¸y cña l¨ng kÝnh. Nh− vËy, n¨ng suÊt ph©n gi¶i cña m¸y quang phæ l¨ng kÝnh sÏ lµ: R = m.b. dn dλ (10) Ngoµi nh÷ng yÕu tè ®· nªu trªn, n¨ng suÊt ph©n li cña mét m¸y quang phæ cßn bÞ ¶nh h−ëng bëi mét sè yÕu tè kh¸c nh−: + TÝnh chÊt vµ ®é mÞn (cì h¹t) cña líp nhò t−¬ng trªn kÝnh ¶nh. Víi yÕu tè nµy, nh÷ng kÕt qu¶ thùc nghiÖm cho thÊy r»ng, líp nhò t−¬ng trªn kÝnh ¶nh cµng nh¹y th× ¶nh h−ëng cµng nhiÒu ®Õn kh¶ n¨ng ph©n li cña v¹ch phæ. V× nh÷ng kÝnh ¶nh cã ®é nh¹y cao th−êng cã líp nhò t−¬ng chøa c¸c h¹t AgBr b¾t ¸nh s¸ng cã kÝch th−íc lín. Nh−ng trong nh÷ng hÖ thèng m¸y míi gÇn ®©y, yÕu tè nµy hoµn toµn ®−îc lo¹i trõ v× phæ ®−îc ghi trùc tiÕp lªn b¨ng giÊy hoÆc ®o trùc tiÕp. + Mét yÕu tè n÷a ¶nh h−ëng ®Õn n¨ng suÊt ph©n li cña m¸y quang phæ lµ ®é réng cña khe m¸y (khe vµo cña chïm s¸ng). Nãi chung, viÖc t¨ng ®é réng cña khe m¸y sÏ ®−a ®Õn kÕt qu¶ lµm gi¶m n¨ng suÊt ph©n li cña m¸y v× ®é réng cña khe m¸y cµng lín th× ®é réng cña v¹ch phæ còng cµng lín. 2. M¸y quang phæ c¸ch tö Lµ m¸y quang phæ mµ hÖ t¸n s¾c lµ mét c¸ch tö ph¼ng hay lâm ph¶n x¹. B¶n chÊt cña sù t¸n s¾c ¸nh s¸ng ë ®©y lµ sù nhiÔu x¹ cña tia s¸ng qua c¸c khe hÑp. 16 Nghiªn cøu n©ng cao kh¶ n¨ng ph©n tÝch gang hîp kim cao Cr trªn m¸y ph©n tÝch phæ Metal – Lab 75-80J cña Italy 2.1. Giíi thiÖu vÒ c¸ch tö C¸ch tö lµ mét hÖ gåm nhiÒu khe hÑp (v¹ch) song song víi nhau vµ c¸ch ®Òu nhau. Mçi khe nh− lµ mét ch¾n s¸ng, cßn chç kh«ng cã v¹ch nh− lµ mét khe s¸ng. C¸ch tö cã t¸c dông ph©n li ¸nh s¸ng nh− l¨ng kÝnh. Nh−ng b¶n chÊt sù ph©n li ¸nh s¸ng ë c¸ch tö kh¸c l¨ng kÝnh. Sù ph©n li ¸nh s¸ng cña c¸ch tö lµ do hiÖn t−îng nhiÔu x¹ cña chïm s¸ng qua khe hÑp cßn sù ph©n li ¸nh s¸ng cña l¨ng kÝnh lµ theo hiÖn t−îng khóc x¹ cña ¸nh s¸ng qua hai m«i tr−êng cã chiÕt suÊt kh¸c nhau. C¸ch tö cã hai lo¹i: + C¸ch tö ph¶n x¹; + C¸ch tö truyÒn x¹. §Ó chÕ t¹o m¸y quang phæ ng−êi ta th−êng dïng c¸ch tö ph¶n x¹, v× nÕu dïng c¸ch tö truyÒn x¹ sÏ bÞ mÊt nhiÒu n¨ng l−îng khi chïm s¸ng ®i qua c¸ch tö. Trong mçi lo¹i trªn l¹i cã c¸ch tö ph¼ng vµ c¸ch tö lâm. HiÖn t¹i, m¸y quang phæ METAL-LAB 75-80J cña phßng thÝ nghiÖm ®· ®−îc Nhµ n−íc trang bÞ lµ sö dông c¸ch tö ph¶n x¹ lâm, tõ thùc tÕ ®ã chóng t«i chØ xin ®Ò cËp ®Õn cÊu t¹o vµ b¶n chÊt cña c¸ch tö ph¶n x¹ lâm lµ chÝnh. MÆt c¸ch tö d α β §Õ c¸ch tö H×nh 3 : CÊu t¹o cña c¸ch tö ph¶n x¹ lâm. C¸c ®¹i l−îng ®Æc tr−ng cho mét c¸ch tö lµ hai th«ng sè chÝnh sau ®©y: + Chu kú cña c¸ch tö: Lµ kho¶ng c¸ch gi÷a hai v¹ch trªn c¸ch tö vµ ®−îc kÝ hiÖu lµ d. + H»ng sè cña c¸ch tö: Lµ sè v¹ch trªn mét ®¬n vÞ ®é dµi cña c¸ch tö vµ ®−îc kÝ hiÖu lµ k, tøc lµ sè v¹ch ®−îc kh¾c trªn 1 mm. Nh− vËy, gi÷a chu kú vµ h»ng sè cña c¸ch tö cã liªn quan víi nhau theo biÓu thøc: d.k = 1 (11) NÕu gäi L lµ chiÒu dµi cña c¸ch tö th× tæng sè v¹ch trªn mét c¸ch tö sÏ lµ: N = k.L (12) 17 Nghiªn cøu n©ng cao kh¶ n¨ng ph©n tÝch gang hîp kim cao Cr trªn m¸y ph©n tÝch phæ Metal – Lab 75-80J cña Italy VÒ cÊu t¹o th× c¸ch tö ph¶n x¹ gåm cã hai phÇn. §ã lµ bÖ ®ì vµ mÆt c¸ch tö. + BÖ ®ì lµ tÊm thuû tinh hay th¹ch anh dµy tõ 1,5 ®Õn 2 cm, cã hai mÆt song song víi nhau vµ th−êng cã diÖn tÝch tõ 4 x 4 hay 4 x 6 ®Õn 8 x 12. + MÆt c¸ch tö lµ líp kim lo¹i nh«m tinh khiÕt (99,999%) vµ dµy tõ (0,2 ÷ 0,5) mm. Líp kim lo¹i nµy ®−îc ®−a lªn bÖ ®ì b»ng con ®−êng ®iÖn ph©n ®Æc biÖt trong m«i tr−êng tr¬. MÆt líp kim lo¹i nh½n bãng vµ ®−îc kh¾c lªn ®ã nhiÒu v¹ch song song vµ c¸ch ®Òu nhau. Sè v¹ch ®−îc kh¾c lªn líp kim lo¹i nµy th−êng lµ tõ (650 ÷ 3600) v¹ch/mm. Sè v¹ch trªn 1mm cµng nhiÒu th× kh¶ n¨ng ph©n li ¸nh s¸ng cña c¸ch tö cµng lín. V× vËy, nÕu chóng ta chiÕu mét chïm s¸ng song song kh«ng ®¬n s¾c vµo mÆt c¸ch tö theo mét gãc tíi α nµo ®ã th× chç cã v¹ch trªn c¸ch tö nh− mét ch¾n s¸ng, chç kh«ng cã v¹ch nh− mét khe s¸ng vµ d−íi t¸c dông cña hiÖn t−îng nhiÔu x¹ trªn bÒ mÆt c¸ch tö th× chïm s¸ng ®a s¾c sÏ ®−îc ph©n li thµnh phæ. NÕu gäi β lµ gãc lã cña tia s¸ng, ®é dµi sãng lµ λ th× ta lu«n lu«n cã biÓu thøc: - sinα + sinβ = m.k.λ (13) BiÓu thøc nµy ®−îc gäi lµ c«ng thøc c¬ b¶n cña c¸ch tö. C«ng thøc nµy gi¶i thÝch cho ta nguyªn nh©n sù t¸n s¾c cña c¸ch tö, ta cã: sinβ = m.k.λ + sinα (14) ë ®©y α lµ gãc tíi cña chïm s¸ng, m vµ k lµ kh«ng ®æi ®èi víi mét c¸ch tö. Nªn øng víi mçi b−íc sãng λ ta sÏ cã mét gi¸ trÞ sinβ, tøc lµ cã mét gi¸ trÞ β. Cã nghÜa lµ c¸ch tö ph©n li chïm s¸ng ®a s¾c thµnh tõng tia ®¬n s¾c lÖch ®i theo tõng gãc β kh¸c nhau. Nh−ng ë ®©y sãng dµi bÞ lÖch nhiÒu cßn sãng ng¾n bÞ lÖch Ýt h¬n. §ång thêi c¸ch tö cho ta phæ cã nhiÒu bËc, øng víi c¸c gi¸ trÞ m cña cïng mét ®é dµi sãng λ. Sè m ®−îc gäi lµ bËc cña phæ c¸ch tö. NÕu tia tíi vu«ng gãc víi mÆt c¸ch tö, tøc lµ gãc tíi α = 0 th× c«ng thøc (14) sÏ cã d¹ng lµ: sinβ = m.k.λ (15) Trong tr−êng hîp nµy gãc ph¶n x¹ cña c¸c tia s¸ng kh«ng phô thuéc vµo gãc tíi α mµ chØ phô thuéc vµo h»ng sè k cña c¸ch tö vµ ®é dµi sãng cña tia s¸ng mµ th«i. Trong thùc tÕ ng−êi ta hay ®Æt c¸ch tö ë vÞ trÝ nµy trong m¸y quang phæ. NÕu gãc tíi α = β th× c«ng thøc (14) sÏ lµ: sin β = m.k .λ 2 (16) 18 Nghiªn cøu n©ng cao kh¶ n¨ng ph©n tÝch gang hîp kim cao Cr trªn m¸y ph©n tÝch phæ Metal – Lab 75-80J cña Italy §©y chÝnh lµ tia s¸ng λ cã gãc tíi α t¸c dông ®óng vµo gi÷a kÝnh ¶nh cña mét vïng phæ cña hép ¶nh. V× thÕ c«ng thøc nµy ®−îc sö dông ®Ó tÝnh gãc tíi α khi chän vïng phæ cho mét phÐp ph©n tÝch. §ã còng lµ vÞ trÝ cùc tiÓu cña tia s¸ng trung t©m cña vïng phæ cÇn chän trong m¸y. MÆt kh¸c, còng chÝnh do hiÖn t−îng nhiÔu x¹ qua khe hÑp t¹o ra phæ cña c¸ch tö cho nªn kho¶ng c¸ch tõ vÞ trÝ cùc ®¹i c¸c v©n s¸ng ®Õn t©m h×nh nhiÔu x¹ ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: x t = m.f 2 . λ k (17) NghÜa lµ: - Cùc ®¹i thø 1 c¸ch t©m mét ®o¹n x t1 = 1.f 2 . λ k - Cùc ®¹i thø 2 c¸ch t©m mét ®o¹n x t 2 = 2.f 2 . λ k - Cùc ®¹i thø 3 c¸ch t©m mét ®o¹n x t 3 = 3.f 2 . λ k ………………… - Cùc ®¹i thø m c¸ch t©m mét ®o¹n x tm = m.f 2 . λ k §iÒu nµy gi¶i thÝch cho ta t¹i sao ®é t¸n s¾c dµi cña c¸ch tö ë bËc thø m gÊp m lÇn ë bËc thø 1, nghÜa lµ cã ®é t¸n s¾c ë bËc thø m lµ: D dm = D d1 m (18) Víi m lµ sè nguyªn vµ m ≥ 1. 2.2. C¸c ®Æc tr−ng cña m¸y quang phæ c¸ch tö §Ó ®¸nh gi¸ chÊt l−îng, hiÖu qu¶ vµ kh¶ n¨ng sö dông cña mét m¸y quang phæ c¸ch tö, ng−êi ta còng th−êng dïng 3 th«ng sè ®Æc tr−ng c¬ b¶n lµ: a> §é t¸n s¾c gãc: Tõ c«ng thøc c¬ b¶n cña c¸ch tö (13), nÕu xÐt sù biÕn thiªn cña gãc lÖch β theo ®é dµi sãng λ th× ta cã: cosβ.dβ = (m.k).dλ Hay lµ: Dg = dβ m.k = dλ cos β (19) (20) 19 Nghiªn cøu n©ng cao kh¶ n¨ng ph©n tÝch gang hîp kim cao Cr trªn m¸y ph©n tÝch phæ Metal – Lab 75-80J cña Italy BiÓu thøc nµy chÝnh lµ c«ng thøc tÝnh ®é t¸n s¾c gãc cña m¸y quang phæ c¸ch tö. Nh− vËy, ®é t¸n s¾c gãc cña mét m¸y quang phæ c¸ch tö sÏ: + TØ lÖ thuËn víi h»ng sè k cña c¸ch tö vµ bËc m cña phæ c¸ch tö. + TØ lÖ nghÞch víi cos cña gãc ph¶n x¹ β. NghÜa lµ ë mét c¸ch tö th× víi c¸c bËc phæ cµng cao ®é t¸n s¾c gãc cña m¸y cµng lín. VÝ dô: - NÕu m b»ng 1 ta cã: dβ 1.k = dλ cos β - NÕu m b»ng 2 ta cã: dβ 2.k = dλ cos β - NÕu m b»ng 3 ta cã: dβ 3.k = dλ cos β - NÕu m b»ng 4 ta cã: dβ 4.k = dλ cos β - v.v… Mét c¸ch tæng qu¸t, nghÜa lµ ®é t¸n s¾c gãc ë bËc m th× lín gÊp m lÇn ®é t¸n s¾c gãc ë bËc 1. D gm = D g1 m (21) Nh−ng c¸c bËc phæ cña c¸ch tö l¹i xuÊt hiÖn ®ång thêi, phæ cña c¸c bËc cµng cao th× c−êng ®é cµng yÕu. GÇn ®Õn 70% n¨ng l−îng lµ tËp trung ë bËc 1 (v©n nhiÔu x¹ thø nhÊt). ChÝnh v× thÕ khi ghi phæ ph¶i dïng kÝnh läc phï hîp ®Ó lo¹i bá nh÷ng bËc phæ kh«ng cÇn thiÕt. Cho nªn tÝnh chÊt ®a bËc cña phæ c¸ch tö võa lµ −u ®iÓm, nh−ng còng võa lµ nh−îc ®iÓm cña m¸y quang phæ c¸ch tö, v× ë phæ cña c¸c bËc cao ta ®−îc vÒ ®é t¸n s¾c nh−ng l¹i mÊt vÒ c−êng ®é. Nªn trong thùc tÕ, ng−êi ta chØ dïng phæ bËc 1, hay ®«i khi ®Õn bËc 2 mµ th«i. b> §é t¸n s¾c dµi: §é t¸n s¾c dµi cña m¸y quang phæ c¸ch tö ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: dl 1 = .m.k.f 2 dλ cos β (22) Nh− vËy, ®é t¸n s¾c dµi cña m¸y quang phæ c¸ch tö tØ lÖ thuËn víi ®é t¸n s¾c gãc cña nã vµ tiªu cù f2 cña hÖ buång ¶nh. Hay nãi mét c¸ch kh¸c, ®é t¸n s¾c dµi lµ: 20