Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu xác định các nguyên tố đất hiếm trong các mẫu công nghệ sản xuất đất hiếm tinh khiết bằng quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP-OES)

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:16

Thêm vào BST

Báo xấu

95
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Việc nghiên cứu, phát triển phương pháp phân tích đáp ứng yêu cầu kiểm tra và đánh giá chất lượng sản phẩm công nghệ sản xuất các nguyên tố đất hiếm đóng vai trò quan trọng và cần thiết. Trước những yêu cầu thực tế đặt ra, ‘‘Nghiên cứu xác định các nguyên tố đất hiếm trong các mẫu công nghệ sản xuất đất hiếm tinh khiết bằng quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP-OES)’’ được tiến hành. Sau đây là tóm tắt luận văn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu xác định các nguyên tố đất hiếm trong các mẫu công nghệ sản xuất đất hiếm tinh khiết bằng quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP-OES)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Nguyễn Phương Thoa NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM TRONG CÁC MẪU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐẤT HIẾM TINH KHIẾT BẰNG QUANG PHỔ PHÁT XẠ PLASMA CẢM ỨNG (ICP-OES) Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60440118 DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA PHÂN TÍCH Hà Nội – Năm 2015
Công trình được hoàn thành tại Khoa Hóa học- Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Xuân Chiến Phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Văn Ri Phản biện 2: PGS.TS. Huỳnh Văn Trung Luận văn được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn Thạc sĩ họp tại: Phòng họp Bộ môn Hóa phân tích-Khoa Hóa học-Trường Đại học Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN Vào hồi 1h30 ngày 20 tháng 01 năm 2016 Có thể tìm luận văn tại: Khoa Hóa học-Đại học Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN Trung tâm Thông tin-Thư viện-ĐHQGHN
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1 Tính chất vật lý, hóa học của nhóm các nguyên tố đất hiếm: Tính chất của đất hiếm kim loại, oxit, hidroxit và các muối của chúng 1.2.Ứng dụng của các nguyên tố đất hiếm Các sản phẩm của đất hiếm được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp, y học. Những NTĐH độ tinh khiết cao sẽ có giá trị lớn về mặt kinh tế. Chúng được sử dụng trong chế tạo nam châm, hợp kim pin, hợp kim kim loại, xúc tác tự động, phụ gia sản xuất thủy tinh, gốm sứ…[30]. Các NTĐH cũng được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực hạt nhân. 1.3. Các phương pháp xác định hàm lượng các NTĐH  Phương pháp xác định Ce và các NTĐH bằng phương pháp khối lượng  Phương pháp chuẩn độ  Phương pháp quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP-OES)  Xác định các NTĐH bằng ICP-MS  Xác định các NTĐH bằng kích hoạt nơtron  Xác định các NTĐH bằng huỳnh quang tia X (XRF)  Một số phương pháp khác 1
CHƯƠNG 2. THIẾT BỊ HÓA CHẤT NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Thiết bị hóa chất 2.2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu gồm các nội dung sau: 2.2.1. Xác định các NTĐH trong mẫu lantan tinh khiết 2.2.1.1. Nghiên cứu lựa chọn bước sóng xác định các NTĐH trong nền lantan tinh khiết 2.2.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của công suất plasma 2.2.1.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường 2.2.1.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ bơm 2.2.1.5. Đường chuẩn xác định các NTĐH, độ tuyến tính 2.2.1.6. Giới hạn phát hiện LOD, giới hạn định lượng LOQ 2.2.1.7. Nghiên cứu ảnh hưởng lẫn nhau giữa các NTĐH 2.2.1.8.Ảnh hưởng của các nguyên tố khác 2.2.1.9. Phân tích trong mẫu nhân tạo, mẫu thêm 2.2.2. Xác định các NTĐH trong mẫu gadolini tinh khiết 2.2.2.1. Nghiên cứu lựa chọn bước sóng xác định các NTĐH trong nền gadolini tinh khiết 2.2.2.2. Đường chuẩn xác định các NTĐH, độ tuyến tính 2.2.2.3. Giới hạn phát hiện LOD, giới hạn định lượng LOQ 2.2.2.4. Ảnh hưởng lẫn nhau giữa các NTĐH 2.2.2.5.Ảnh hưởng của các tạp chất đi kèm lên vạch phát xạ của các NTĐH 2.2.2.6. Phân tích trong mẫu nhân tạo, mẫu thêm 2.2.2.7. Phân tích mẫu thực tế 2
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Xác định các NTĐH trong mẫu lantan tinh khiết 3.1.1. Nghiên cứu lựa chọn bước sóng xác định các NTĐH trong nền lantan tinh khiết: Dựa vào phần mềm Master và dung dịch lantan 4,6 g/l. Các bước sóng tối ưu thu được như sau: Bảng 3.4: Bước sóng tối ưu xác định các NTĐH trong lantan tinh khiết Nguyên Bước sóng Nguyên Bước sóng STT STT tố (nm) tố (nm) 1 Ce 418,660 9 Ho 345,600 2 Pr 422,293 10 Er 337,271 3 Nd 406,109 11 Tm 313,126 4 Sm 332,118 12 Yb 222,446 5 Eu 272,778 13 Lu 291,139 6 Gd 310,050 14 Sc 335,373 7 Tb 350,917 15 Y 324,228 8 Dy 340,780 3.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của công suất plasma Yb Tm 12000000 Lu 1200000 Sm Sc Ce Er Pr 10000000 Dy 1000000 Cuong do vach phat xa Ho Cuong do vach phat xa Tb 8000000 Nd 800000 600000 6000000 400000 4000000 200000 2000000 0 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 Cong suat plasma Cong suat plasma 3
Gd Eu 25000000 45000 Y 40000 20000000 Cuong do vach phat xa 35000 Cuong do vach phat xa 30000 15000000 25000 10000000 20000 15000 5000000 10000 5000 0 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 0 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 Cong suat plasma Cong suat plasma Hình 3.10: Ảnh hưởng của công suất plasma lên cường độ vạch phát xạ Khi công suất plasma tăng từ 900 tới 1200 W thì cường độ vạch phát xạ của các nguyên tố Dy, Ho, Tb, Pr tăng không đáng kể. Với các NTĐH còn lại khi công suất plasma tăng thì cường độ vạch phát xạ tăng lên rõ rệt và có xu hướng vẫn tăng tiếp nếu nâng công suất plasma. Do đó, công suất plasma 1200 W được sử dụng để đảm bảo độ nhạy của vạch phân tích cho các khảo sát tiếp theo. 3.1.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường Yb Lu Eu Sc 24000000 Y 6300000 Dy Er Ho 5600000 21000000 Tb Nd 4900000 Cuong do vach phat xa Cuong do vach phat xa 18000000 4200000 15000000 3500000 12000000 2800000 9000000 2100000 6000000 1400000 3000000 700000 0 0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 Nong do axit (mol/l) Cuong do axit (mol/l) 4
Gd Tm Sm Ce 45000 Pr 1000000 40000 35000 Cuong do vach phat xa Cuong do vach phat xa 800000 30000 600000 25000 20000 400000 15000 10000 200000 5000 0 0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 Cuong do axit (mol/l) Nong do axit (mol/l) Hình 3.11: Ảnh hưởng của nồng độ axit lên cường độ vạch phát xạ Cường độ vạch phát xạ của tất cả các NTĐH gần như không đổi khi nồng độ axit nằm trong khoảng 0,3 tới 1,5 mol/l. Với các NTĐH Sc, Sm, Gd cường độ vạch phát xạ tăng khi nồng độ axit từ 0,1 tới 0,3 mol/l. Cường độ vạch phát xạ của Sc và Gd giảm khi nồng độ axit lớn hơn 2,0 mol/l. Do đó nồng độ axit tối ưu nằm trong khoảng 0,3 mol/l tới 1,5 mol/l. 3.1.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ bơm Yb Tm 25000000 Eu 1200000 Sm Lu Ce Y Pr 20000000 Sc 1000000 Er Cuong do vach phat xa Cuong do vach phat xa Dy Ho 800000 15000000 Tb Nd 600000 10000000 400000 5000000 200000 0 5 10 15 20 25 30 35 0 5 10 15 20 25 30 35 Toc do bom (ml/phut) Toc do bom (ml/phut) 5
Gd 50000 45000 40000 Cuong do vach phat xa 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 5 10 15 20 25 30 35 Toc do bom (ml/phut) Hình 3.12: Ảnh hưởng của tốc độ bơm lên cường độ vạch phát xạ Với tất cả các NTĐH khi tốc độ bơm tăng từ 5 tới 20 ml/phút, cường độ vạch phát xạ sẽ tăng lên. Khi tốc độ bơm lớn hơn 20 ml/phút thì cường độ vạch phát xạ thay đổi không đáng kể. Do đó tốc độ bơm tối ưu nằm trong khoảng 20 ml/phút tới 31 ml/phút. 3.1.5. Đường chuẩn xác định các NTĐH, độ tuyến tính a b 6
c d Hình 3.13: Đường chuẩn các NTĐH trong nền La Đường chuẩn xây dựng để xác định các NTĐH trong nền La 4,6 g/l nằm trong khoảng 0,5 mg/l tới 10 mg/l với hệ số R2 đều lớn hơn 0,999. 3.1.6. Giới hạn phát hiện LOD, giới hạn định lượng LOQ Bảng 3.6: Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của các NTĐH trong nền La Nguyên tố và LOD LOQ Nguyên tố và LOD LOQ STT STT bước sóng (mg/l) (mg/l) bước sóng (mg/l) (mg/l) 1 Ce 418,660 0,005 0,018 9 Ho 345,600 0,011 0,038 2 Pr 422,293 0,025 0,085 10 Er 337,271 0,006 0,021 3 Nd 406,109 0,010 0,032 11 Tm 313,126 0,005 0,017 4 Sm 332,118 0,057 0,190 12 Yb 222,446 0,006 0,020 5 Eu 272,778 0,039 0,129 13 Lu 291,139 0,004 0,012 6 Gd 310,050 0,025 0,083 14 Sc 335,373 0,001 0,005 7 Tb 350,917 0,038 0,125 15 Y 324,228 0,009 0,032 8 Dy 340,780 0,006 0,018 7
Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ): giới hạn phát hiện của các NTĐH trong nền La từ 0,001 mg/l tới 0,057 mg/l, giới hạn định lượng từ 0,005 tới 0,190 mg/l. 3.1.7. Nghiên cứu ảnh hưởng lẫn nhau giữa các NTĐH Ảnh hưởng lẫn nhau giữa các NTĐH đối với các bước sóng đã chọn cho các NTĐH trong nền La 4,6 g/l đều nhỏ hơn 5 %. 3.1.8. Nghiên cứu ảnh hưởng của các nguyên tố đi kèm Ảnh hưởng của các tạp chất khác Zn, Cu, Pb, Mg, Si, Cr, Al, Ca, Fe đều nhỏ hơn 5 %. 3.1.9. Phân tích trong mẫu nhân tạo, mẫu thêm Sai số khi phân tích hàm lượng các NTĐH trong nền lantan 4,6 g/l nằm trong khoảng 0,125 % tới 5,125 %, với độ thu hồi từ 91,8 tới 103,8 % . 3.1.10. Phân tích mẫu thực tế Kết quả xác định cho thấy, các mẫu lantan tinh chế có độ tinh khiết cao. Hàm lượng tạp chất đất hiếm đa phần nhỏ hơn giới hạn phát hiện của phương pháp. Do đó, để xác định được hàm lượng của những nguyên tố này, mẫu cần được cho qua cột trao đổi ion để tách và làm giàu các NTĐH có hàm lượng thấp hơn giới hạn phát hiện. Các nguyên tố có hàm lượng xác định được là các nguyên tố đất hiếm nhóm nhẹ (Ce, Pr, Nd). Đối với mẫu MSS, hàm lượng Ce, Pr, Nd lần lượt là 28,0; 21,7; 21,4 mg/kg. Đối với mẫu M1, hàm lượng Ce, Pr lần lượt là 15,8; 13,6 mg/kg. Các kết quả này trùng với các kết quả phân tích phía Nhật Bản. 3.2. Xác định các NTĐH trong mẫu gadolini tinh khiết 3.2.1. Nghiên cứu lựa chọn bước sóng xác định các NTĐH trong nền gadolini tinh khiết: Dựa vào phần mềm Master và dung dịch lantan 4,6 g/l. Các bước sóng tối ưu thu được như sau: 8
Bảng 3.24: Bước sóng tối ưu xác định các tạp chất đất hiếm trong nền Gd Bước sóng Bước sóng STT Nguyên tố STT Nguyên tố (nm) (nm) 1 Ce 418,660 9 Ho 345,600 2 Pr 417,939 10 Er 369,265 3 Nd 415,608 11 Tm 313,126 4 Sm 388,529 12 Yb 289,138 5 Eu 381,966 13 Lu 547,699 6 La 379,083 14 Sc 361,384 7 Tb 356,174 15 Y 371,030 8 Dy 353,602 3.2.2. Đường chuẩn xác định các NTĐH, độ tuyến tính a b 9
c d Hình 3.24: Đường chuẩn các NTĐH trong nền Gd 5,0 g/l Đường chuẩn xây dựng để xác định các NTĐH trong Gd 5,0 g/l nằm trong khoảng 0,5 mg/l tới 10 mg/l với hệ số R2 đều lớn hơn 0,999. 3.2.3. Giới hạn phát hiện LOD, giới hạn định lượng LOQ Bảng 3.25: Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng cho các NTĐH trong nền Gd Nguyên tố và LOD LOQ Nguyên tố và LOD LOQ STT STT bước sóng (mg/l) (mg/l) bước sóng (mg/l) (mg/l) 1 Ce418,660 0,020 0,066 9 Ho345,600 0,036 0,120 2 Pr417,939 0,046 0,152 10 Er369,265 0,035 0,115 3 Nd415,608 0,035 0,116 11 Tm 313,126 0,027 0,089 4 Sm388,529 0,073 0,244 12 Yb289,138 0,002 0,005 5 Eu381,966 0,047 0,158 13 Lu547,699 0,009 0,030 6 La379,083 0,035 0,117 14 Sc361,384 0,005 0,018 7 Tb356,174 0,039 0,131 15 Y371,030 0,026 0,088 8 Dy353,602 0,033 0,110 10
Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ): giới hạn phát hiện của các NTĐH trong nền Gd từ 0,002 mg/l tới 0,073 mg/l. Giới hạn định lượng từ 0,005 tới 0,244 mg/l. 3.2.4. Nghiên cứu ảnh hưởng lẫn nhau giữa các NTĐH Ảnh hưởng lẫn nhau giữa các NTĐH đối với các bước sóng đã chọn cho các NTĐH trong nền Gd 5,0 g/l đều nhỏ hơn 5 %. 3.2.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của tạp chất Ảnh hưởng của các tạp chất khác Zn, Cu, Pb, Mg, Si, Cr, Al, Ca, Fe đều nhỏ hơn 5 %. 3.2.6. Phân tích trong mẫu nhân tạo, mẫu thêm Sai số khi phân tích hàm lượng các NTĐH trong nền Gd 5,0 g/l nằm trong khoảng 0,125 % tới 5,125 %. Với độ thu hồi từ 90,0 % tới 108,8 % . 3.2.7. Phân tích mẫu thực tế Như vậy trong quá trình tách và tinh chế Gd tinh khiết, sản phẩm vẫn còn lẫn một lượng nhỏ Sm, Eu, Tb đối với mẫu M1 và Eu, Tb đối với mẫu M2, M3, M4. 3.3. Quy trình phân tích các NTĐH trong mẫu lantan và gadolini tinh khiết. 3.3.1. Phân tích các NTĐH trong mẫu lantan tinh khiết Mẫu sản phẩm lantan tinh khiết: Nung La2(CO3)3.xH2O ở 950o C được La2O3. Cân m (g) La2O3 vào cốc 100 ml, tẩm ướt mẫu bằng nước cất. Mẫu được hòa tan bằng HNO3 1:1, chuyển toàn bộ mẫu vào bình định mức 50 ml, định mức tới vạch bằng nước cất hai lần. Dựng đường chuẩn hỗn hợp các NTĐH từ các dung dịch chuẩn các NTĐH có nồng độ 0,5; 2,0; 6,0; 10,0 mg/l trong nền La 4,6 g/l để xác định hàm lượng các NTĐH trong mẫu với các thông số công suất plasma 1200W, nồng độ axit 0,7 mol/l, tốc độ bơm 22 ml/phút. Các bước sóng tối ưu như sau: Ce 418,660 nm; Pr 422,293 nm; Nd 406,109 nm, Sm 332,118 nm; Eu272,778 nm; Gd 310,050 nm; Tb 350,917 nm; Dy 340,780 nm; Ho 345,600 nm; Er 337,271; Tm 313,126 nm; Yb 222,446 nm; Lu 291,139 nm; Sc 335,373 nm; Y 324,228 nm. 11
3.3.2. Phân tích các NTĐH trong mẫu gadolini tinh khiết Các mẫu chiết gadolini được lấy từ giàn chiết, lọc, loại bỏ dung môi và pha loãng theo tỉ lệ thích hợp trong axit nitric 0,7 mol/l. Dựng đường chuẩn hỗn hợp các NTĐH từ các dung dịch chuẩn các NTĐH có nồng độ 0,5; 2,0; 6,0; 10,0 mg/l trong nền Gd 5,0 g/l để xác định hàm lượng các NTĐH trong mẫu với các thông số công suất plasma 1200W, nồng độ axit 0,7 mol/l, tốc độ bơm 22 ml/phút. Các bước sóng tối ưu như sau: Ce 418,660nm, Pr 417,939 nm, Nd 415,608 nm, Sm 388,529 nm, Eu 381,966 nm , La 379,083 nm, Tb 356,174 nm, Dy 353,602 nm, Ho 345,600 nm, Er 369,265 nm, Tm 313,126 nm, Yb 289,138 nm, Lu 547,699 nm, Sc 361,384 nm, Y 371,030 nm. 12
KẾT LUẬN Việc nghiên cứu xác định các nguyên tố đất hiếm trong các mẫu công nghệ sản xuất đất hiếm tinh khiết bằng quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP-OES) đã thu được các kết quả sau:  Các bước sóng để phân tích các NTĐH trong mẫu có hàm lượng lantan lớn: Ce 418,660 nm; Pr 422,293 nm; Nd 406,109 nm, Sm 332,118 nm; Eu272,778 nm; Gd 310,050 nm; Tb 350,917 nm; Dy 340,780 nm; Ho 345,600 nm; Er 337,271; Tm 313,126 nm; Yb 222,446 nm; Lu 291,139 nm; Sc 335,373 nm; Y 324,228 nm.  Các bước sóng để phân tích các NTĐH trong mẫu có hàm lượng gadolini lớn: Ce 418,660nm, Pr 417,939 nm, Nd 415,608 nm, Sm 388,529 nm, Eu 381,966 nm , La 379,083 nm, Tb 356,174 nm, Dy 353,602 nm, Ho 345,600 nm, Er 369,265 nm, Tm 313,126 nm, Yb 289,138 nm, Lu 547,699 nm, Sc 361,384 nm, Y 371,030 nm.  Đường chuẩn xây dựng để xác định các NTĐH trong nền La 4,6 g/l và Gd 5,0 g/l nằm trong khoảng 0,5 mg/l tới 10 mg/l với hệ số R2 đều lớn hơn 0,999.  Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ): giới hạn phát hiện của các NTĐH trong nền La từ 0,001 mg/l tới 0,057 mg/l, giới hạn định lượng từ 0,005 tới 0,190 mg/l. Giới hạn phát hiện của các NTĐH trong nền Gd từ 0,002 mg/l tới 0,073 mg/l. Giới hạn định lượng từ 0,005 tới 0,244 mg/l.  Ảnh hưởng lẫn nhau giữa các NTĐH đối với các bước sóng đã chọn cho các NTĐH trong nền La 4,6 g/l và Gd 5,0 g/l đều nhỏ hơn 5 %. Ảnh hưởng của các tạp chất khác Zn, Cu, Pb, Mg, Si, Cr, Al, Ca, Fe đều nhỏ hơn 5 %.  Sai số khi phân tích hàm lượng các NTĐH trong nền lantan 4,6 g/l và Gd 5,0 g/l nằm trong khoảng 0,125 % tới 5,125 %. Với độ thu hồi từ 91,8 tới 103,8 % với La và từ 90,0 % tới 108,8 % với Gd.  Đã có một báo cáo tại hội nghị khoa học và công nghệ hạt nhân toàn quốc. 13
14