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
- Xem thêm -
.PDF 
46 
281 
145 
