Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu chế tạo vi cảm biến điện hóa trên cơ sở vật liệu lai polyme dẫn - graphen, định hướng ứng dụng xác định ion chì (II) và thuốc trừ sâu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br /> <br /> VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC<br /> VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM<br /> <br /> HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ<br /> <br /> ……..….***…………<br /> <br /> ĐĂNG THỊ THU HUYỀN<br /> <br /> NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VI CẢM BIẾN ĐIỆN HÓA TRÊN<br /> CƠ SỞ VẬT LIỆU LAI POLYME DẪN-GRAPHEN, ĐỊNH HƢỚNG<br /> ỨNG DỤNG XÁC ĐỊNH ION CHÌ (II) VÀ THUỐC TRỪ SÂU<br /> <br /> Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý<br /> Mã số:<br /> 62.44.01.19<br /> <br /> TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC<br /> <br /> Hà Nội – 2016<br /> <br /> Công trình đƣợc hoàn thành tại: Viện Kỹ thuật nhiệt đới - Viện<br /> Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.<br /> <br /> Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: 1. PGS. TS. Trần Đại Lâm<br /> 2. PGS. TS. Nguyễn Tuấn Dung<br /> <br /> Phản biện 1: .......................................................................................<br /> ....................................................................................<br /> Phản biện 2: .......................................................................................<br /> ......................................................................................<br /> Phản biện 3: .......................................................................................<br /> ......................................................................................<br /> <br /> Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp nhà<br /> nước họp tại Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học<br /> và Công nghệ Việt Nam vào hồi giờ<br /> ngày<br /> tháng<br /> năm<br /> <br /> Có thể tìm hiểu luận án tại:<br /> - Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ<br /> - Thư viện Quốc gia Việt Nam<br /> <br /> MỞ ĐẦU<br /> 1. Tính cấp thiết của luận án<br /> Trong số các polyme hữu cơ, polyme dẫn là vật liệu triển vọng<br /> nhất ứng dụng làm cảm biến nhờ có các điện tử π bất định xứ dọc theo<br /> mạch polyme làm cho chúng trở thành vật liệu bán dẫn hoặc thậm chí<br /> có tính dẫn cao. Một số polyme dẫn được chứng minh là những vật<br /> liệu cảm biến tốt ở nhiệt độ phòng. Các loại cảm biến trên cơ sở các<br /> vi điện cực sử dụng polyme dẫn đã được ứng dụng nhiều trong vật lí,<br /> sinh học, hóa học bởi những ưu điểm đặc trưng như cấu trúc đơn giản,<br /> nhỏ gọn, độ tin cậy cao, độ ổn định lâu dài, dễ chế tạo, đặc biệt là khả<br /> năng tương thích sinh học cao. Do vậy, các nghiên cứu ứng dụng vật<br /> liệu polyme dẫn đang là một trong những hướng nghiên cứu được các<br /> nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm. Tuy nhiên ngoài những<br /> đặc tính vượt trội, polyme dẫn có yếu điểm là độ bền cơ học và độ ổn<br /> định của tính chất điện thấp. Để giải quyết vấn đề này, biện pháp<br /> được sử dụng nhiều nhất là biến tính, kết hợp với các vật liệu nano,<br /> tạo thành nanocomposit. Nhờ các kĩ thuật biến tính, người ta có thể<br /> tạo ra những cảm biến có độ chọn lọc, độ nhạy, độ ổn định hay bền<br /> vững cao. Gần đây, hướng chế tạo nanocomposit polyme dẫn với vật<br /> liệu nanocacbon được đặc biệt quan tâm và thu được các kết quả rất<br /> khả quan. Graphen là thành viên mới mẻ nhất vừa được khám phá<br /> năm 2004 và ngay sau khi được phát minh, graphen đã nhanh chóng<br /> được nghiên cứu chế tạo nanocomposit với polyme dẫn và kỳ vọng có<br /> được đặc tính vượt trội nhờ kết hợp các ưu điểm của cả hai vật liệu<br /> thành phần.<br /> Việt Nam là nước có khí hậu nhiệt đới, thuận lợi cho việc phát<br /> triển cây trồng tuy nhiên đó cũng là điều kiện thuận lợi cho việc sinh<br /> trưởng và phát triển của sâu bệnh. Để giữ vững an ninh lương thực<br /> quốc gia, việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật là một biện pháp thiết<br /> yếu. Nhưng việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật tràn lan, sai mục đích,<br /> không tuân thủ quy định sử dụng an toàn, đã gây ra tình trạng ô nhiễm<br /> môi trường, gây nguy hiểm đến sức khỏe con người. Bên cạnh đó, do<br /> quá trình đô thị hóa nhanh chóng, sự phát triển các làng nghề, các khu<br /> công nghiệp đã thải ra một lượng lớn các chất ô nhiễm vô cơ và hữu<br /> cơ. Trong đó các ion kim loại nặng được coi là chất ô nhiễm rất nguy<br /> hiểm do có độc tính cao và khả năng tích tụ sinh học. Chì là một trong<br /> số các kim loại nặng có độc tính thuộc dạng cao nhất, chì tích tụ trong<br /> cơ thể người sẽ làm tăng huyết áp, gây ra các chứng đau thần kinh,<br /> phá hủy não, gan, thận, hệ thống tuần hoàn,… trường hợp nặng có thể<br /> dẫn đến tử vong. Vấn đề nhiễm độc chì rất đáng lo ngại do thực tế chì<br /> 1<br /> <br /> có mặt khắp nơi trên thế giới. Do đó xác định vết chì trong các môi<br /> trường công nghiệp, thực phẩm, chuẩn đoán lâm sàng được quan tâm<br /> đặc biệt.<br /> Hiện nay, các phương pháp truyền thống để xác định thuốc bảo<br /> vệ thực vật và ion kim loại đó là phương pháp sắc ký kết hợp với khối<br /> phổ, các phương pháp này có độ nhạy, độ chọn lọc cao. Tuy nhiên,<br /> phân tích tốn nhiều thời gian, vận hành thiết bị phức tạp và chỉ được<br /> sử dụng tại các phòng thí nghiệm, không phù hợp với quan trắc hiện<br /> trường. Nhu cầu đặt ra cần phải phát triển một phương pháp phân tích<br /> đơn giản, thiết bị nhỏ gọn, cho kết quả nhanh chóng, chính xác. Cảm<br /> biến là một công cụ phân tích hiện đại đáp ứng được yêu cầu trên.<br /> Xuất phát từ lí do đó, luận án hướng tới vấn đề: “Nghiên cứu<br /> chế tạo vi cảm biến điện hóa trên cơ sở vật liệu lai polyme dẫn –<br /> graphen, định hƣớng ứng dụng xác định ion chì (II) và thuốc trừ<br /> sâu” làm chủ đề nghiên cứu.<br /> 2. Mục tiêu nghiên cứu:<br /> Chế tạo được vi điện cực phủ vật liệu lai polyme dẫn – graphen<br /> ứng dụng làm cảm biến điện hóa và tối ưu hóa quá trình phân tích ion<br /> Pb(II) và thuốc trừ sâu methamidophos.<br /> 3. Nội dung nghiên cứu:<br /> - Chế tạo vật liệu lai polyme dẫn-graphen: Tổng hợp màng dạng<br /> layer-by-layer và composit giữa polyanilin, poly(diaminonaphtalen)<br /> với graphen bằng phương pháp trùng hợp điện hóa.<br /> - Nghiên cứu đặc trưng vật liệu: hình thái, cấu trúc hóa học, hoạt<br /> tính điện hóa.<br /> - Khảo sát tính nhạy của cảm biến với ion chì (II), tối ưu quá trình<br /> phân tích và xây dựng đường chuẩn xác định ion chì (II).<br /> - Khảo sát tính nhạy của cảm biến với thuốc trừ sâu, xây dựng<br /> đường chuẩn xác định thuốc trừ sâu methamidophos.<br /> CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN<br /> Phần tổng quan đề cập đến các vấn đề liên quan đến nội dung luận án:<br />  Tổng quan về polyme dẫn bao gồm giới thiệu chung, phân loại,<br /> phương pháp tổng hợp, các ứng dụng trong chế tạo cảm biến và 2<br /> polyme dẫn được sử dụng trong luận án là poly(1,5diaminonaphtalen) và polyanilin.<br />  Tổng quan về graphen bao gồm khái niệm, các tính chất đặc<br /> trưng và các phương pháp tổng hợp.<br />  Tổng quan về vật liệu lai polyme dẫn – graphen bao gồm khái<br /> niệm, phương pháp chế tạo và ứng dụng trong cảm biến.<br /> 2<br /> <br />  Tổng quan về phân tích ion kim loại nặng trong nước bao gồm<br /> tác hại của ion kim loại nặng, các phương pháp phân tích và tình hình<br /> nghiên cứu xác định ion kim loại nặng.<br />  Tổng quan về phân tích thuốc trừ sâu bao gồm giới thiệu về<br /> thuốc trừ sâu, các phương pháp phân tích thuốc trừ sâu và tình hình<br /> nghiên cứu xác định thuốc trừ sâu.<br /> CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM<br /> 2.1. Nguyên liệu, hóa chất<br /> - Graphen oxit<br /> - Monome 1,5-diaminonaphtalen (1,5-DAN) và anilin (ANi).<br /> - Axetylthiocholin chloride (ATCh), Acetylcholine esterase<br /> (AChE, 1000IU), Methamidophos, Glutaraldehit 25% (GA).<br /> - Tinh thể Pb(NO3)2, axit HClO4 nồng độ 70-72%, CH3COOH,<br /> HCl, CH3COONa, H2SO4, KCl, LiClO4, muối đệm phosphat (PBS).<br /> 2.2. Phƣơng pháp thực nghiệm<br /> 2.2.1. Chế tạo vật liệu lai polyme dẫn – graphen<br /> Quá trình tạo chế tạo màng polyme dẫn – graphen được sơ đồ<br /> hóa như sau:<br /> <br /> 3<br /> <br />