: Khóa luận tốt nghiệp
MỞ ĐẦU
Nếu thế kỷ XX được coi là thế kỷ của cuộc cách mạng công nghệ thông tin
thì thế kỷ XXI sẽ là thế kỷ của công nghệ nano. Công nghệ nano đang phát triển với
một tốc độ bùng nổ và hứa hẹn đem lại nhiều thành tựu cho loài người.
Đối tượng của ngành công nghệ nano là những vật liệu có kích cỡ nanomet
(10
-9
m). Với kích thước nhỏ như vậy, vật liệu nano có những tính chất vô cùng độc
đáo mà những vật liệu có kích thước lớn hơn không thể có được như hoạt tính xúc
tác cao, các tính chất điện - quang nổi trội,… Chính những tính chất ưu việt này đã
mở ra cho vật liệu nano những ứng dụng vô cùng to lớn trong nhiều lĩnh vực khác
nhau như: công nghệ điện tử - viễn thông, sức khoẻ - y tế, năng lượng và môi
trường [1]. Tuy là một ngành còn non trẻ, song với tốc độ phát triển và những thành
tựu nghiên cứu nổi bật gần đây, công nghệ nano có thể làm thay đổi một cách toàn
diện và sâu sắc mọi mặt trong đời sống.
Nhận thức được vai trò, tầm quan trọng của công nghệ nano và để không bị
tụt hậu so với các nước phát triển, từ năm 2004, nhà nước ta đã coi sự phát triển
công nghệ nano như một mũi nhọn về khoa học công nghệ để phục vụ cho các
ngành khoa học khác. Trong những năm gần đây, công nghệ nano nước ta đã thu
được một số thành tựu bước đầu đáng khích lệ như đã điều chế được các vật liệu
nano TiO
2
, Cu
2
O, Ag, các oxit phức hợp,… và đang nghiên cứu để đưa các sản
phẩm này vào ứng dụng trên quy mô công nghiệp [1]. Trong số những vật liệu nano
đó, Ag nano đã và đang thu hút nhiều sự quan tâm nghiên cứu do những ứng dụng
tuyệt vời của nó trong các lĩnh vực như: diệt khuẩn và khử trùng, chất khử mùi, mỹ
phẩm, dệt, chất xúc tác, cảm biến, vật liệu phức hợp nano, [2 - 4].
Ag vẫn chưa mang tính hệ thống. Vì vậy, hướng nghiên cứu chế tạo bạc có kích
thước nano để ứng dụng diệt khuẩn và thăm dò các ứng dụng khác vẫn đang rất cần
thiết.
Với những lí do trên, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp và ứng
dụng của vật liệu nano Ag” với mục tiêu:
Tổng hợp keo bạc có cấu trúc nano xuất phát từ nguồn nguyên liệu ban đầu
là AgNO
3
Khảo sát đặc trưng, hình dạng và kích thước của nano Ag tổng hợp được
Đánh giá hiệu quả diệt khuẩn của vật liệu nano Ag và một số ứng dụng
khác
: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 2
: Khóa luận tốt nghiệp
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về hóa học nano
1.1.1. Khoa học nano và công nghệ nano
Theo Viện Hàn lâm Hoàng gia Anh quốc: “Khoa học nano là ngành khoa
học nghiên cứu về các hiện tượng và sự can thiệp vào vật liệu tại các quy mô
nguyên tử, phân tử và đại phân tử. Tại các quy mô đó, tính chất của vật liệu khác
hẳn với tính chất của chúng tại các quy mô lớn hơn” [7].
Thuật ngữ “công nghệ nano” được biết đến từ những năm 70 của thế kỉ XX.
Có rất nhiều cách để định nghĩa công nghệ nano.
Theo giáo sư Norio Taniguchi của Đại học Khoa học Tokyo: “Công nghệ
nano bao gồm các quá trình của phân tách, làm bền và biến dạng của vật liệu bằng
một nguyên tử hoặc phân tử” [1].
Theo Viện Hàn lâm Hoàng gia Anh quốc: “Công nghệ nano là ngành công
nghệ liên quan đến việc chế tạo, thiết kế, phân tích cấu trúc và ứng dụng các cấu
sau:
Vật liệu nano không chiều: là vật liệu trong đó cả ba chiều đều có kích
thước nano, không còn chiều tự do nào cho điện tử, ví dụ: đám nano, hạt nano,
Vật liệu nano một chiều: là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano,
điện tử được tự do trên một chiều (hai chiều cầm tù), ví dụ: dây nano, ống nano,
Vật liệu nano hai chiều: là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano,
hai chiều tự do, ví dụ: màng mỏng, các lớp phủ bề mặt,
Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ
có một phần của vật liệu có kích thước nanomet, hoặc cấu trúc của nó có nano
không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau.
1.1.3. Cơ sở khoa học của công nghệ nano [1]
Có ba cơ sở khoa học để nghiên cứu công nghệ nano:
1.1.3.1. Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử
Đối với vật liệu vĩ mô gồm rất nhiều nguyên tử, các hiệu ứng lượng tử được
trung bình hóa với rất nhiều nguyên tử (1 µm
3
có khoảng 10
12
nguyên tử) và có thể
bỏ qua các thăng giáng ngẫu nhiên. Nhưng các cấu trúc nano có ít nguyên tử hơn thì
các tính chất lượng tử thể hiện rõ ràng hơn. Ví dụ: một chấm lượng tử có thể được
coi như một đại nguyên tử, nó có các mức năng lượng giống như một nguyên tử.
1.1.3.2. Hiệu ứng bề mặt
Khi vật liệu có kích thước nanomet, các số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ
chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử. Chính vì vậy các hiệu ứng có liên
quan đến bề mặt, gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất
của vật liệu có kích thước nanomet khác biệt so với vật liệu ở dạng khối.
1.1.3.3. Kích thước tới hạn
Các tính chất vật lý, hóa học của các vật liệu đều có một giới hạn về kích
thước. Nếu vật liệu mà nhỏ hơn kích thước này thì tính chất của nó hoàn toàn bị
dụng trong một số sản phẩm như các dụng cụ bảo quản thực phẩm, sơn, các vật liệu
may mặc, mỹ phẩm,…
Chắc chắn rằng với sự phát triển ngày càng cao của khoa học công nghệ,
chúng ta còn khám phá ra nhiều tính chất hữu dụng hơn nữa của bạc nano cũng như
các vật liệu nano khác để nâng cao chất lượng cuộc sống và đẩy nhanh sự tiến bộ
của loài người [9].
1.2.1. Các phương pháp điều chế nano Ag
Người ta có thể sử dụng các quy trình khác nhau cũng như các điều kiện
khác nhau: chất đầu, phương pháp, điều kiện lọc, rửa, sấy, nung,… để điều chế
: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 5
: Khóa luận tốt nghiệp
nano Ag kích cỡ khác nhau phục vụ cho những mục đích khác nhau. Nói chung,
cũng giống như các vật liệu nano khác, nano Ag chủ yếu được tổng hợp bằng hai
phương pháp chính là phương pháp vật lý và phương pháp hóa học. Ở đây chúng tôi
chỉ đề cập đến một số phương pháp điển hình đã được biết khá rộng rãi trên thế
giới.
1.2.1.1. Phương pháp vật lý
Đây là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc chuyển pha.
a) Phương pháp chuyển pha
b) Phương pháp bốc bay nhiệt
Các phương pháp vật lý để điều chế vật liệu nano như trên thường yêu cầu
những thiết bị phức tạp, trong những điều kiện khá khắt khe và khó điều chỉnh được
kích thước hạt.
1.2.1.2. Các phương pháp hóa học
Có nhiều phương pháp khác nhau để tổng hợp vật liệu nano bạc, trong đó
phương pháp hóa học là một phương pháp có nhiều ưu điểm. Ưu điểm nổi trội nhất
phải kể đến là mức độ đồng nhất hóa học rất tốt. Do đó có thể trộn lẫn các chất khác
nhau ở cấp độ phân tử. Không những thiết bị đơn giản, mà với phương pháp hóa
tạo thành. Các hạt này bền trong nhiều tháng, chứng tỏ PEG là một chất bảo vệ tốt.
Đây là một phương pháp mới và đơn giản để điều chế các hạt Ag nano. Khi
sử dụng PEG không cần phải thêm dung môi, chất hoạt động bề mặt hay chất khử.
Hình dạng và kích thước của nano Ag phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ của chất
phản ứng. Các kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng: Khi độ dài của mạch polymer
tăng lên thì khả năng khử của PEG cũng tăng. Các hạt Ag nano thu được bằng
phương pháp này có kích thước khá nhỏ và đồng đều, khoảng 8 - 10 nm.
c) Phương pháp khử hóa học [1, 13, 14]
Vật liệu nano Ag chủ yếu được điều chế bằng phản ứng khử ion Ag
+
trong
dung dịch bởi các tác nhân khử êm dịu với sự có mặt của các chất làm bền.
Tác nhân khử
Tác nhân khử là yếu tố có tính chất quyết định kích thước, hình dáng hạt tạo
thành. Nếu chất khử quá mạnh, quá trình khử diễn ra quá nhanh, số lượng Ag sinh
ra quá nhiều sẽ kết tụ lại với nhau tạo ra các hạt có kích thước lớn hơn. Ngược lại,
nếu chất khử quá yếu, quá trình tổng hợp sẽ đạt hiệu suất thấp, thời gian phản ứng
quá dài làm làm phát sinh nhiều sản phẩm phụ không mong muốn.
Các tác nhân khử rất đa dạng, thường là: formaldehyde, hydzazine, muối
tactrate, muối citrate, NaBH
4
, các polyol (ethylene glycol, glycerol, sorbitol,…),…
Tác nhân bảo vệ
Bằng cách khống chế sự lớn lên của các hạt Ag và ngăn cản sự keo tụ của
chúng, các chất bảo vệ này có vai trò chủ chốt trong việc điều chỉnh kích thước hạt
bạc. Các chất bảo vệ thường là các polymer và các chất hoạt động bề mặt như:
poly(vinyl pyrrolidone) (PVP), poly(vinyl ancol) (PVA), poly(ethylene glycol)
(PEG), cellulose acetate,…
Cơ chế làm bền có thể được giải thích như sau:
Phân tử các chất làm bền thường có các nhóm phân cực có ái lực mạnh với
O nên khó
khống chế phản ứng, đặc biệt khi pH cao, ion OH
-
làm mỏng lớp điện kép bao ngoài
hạt nano làm các hạt nano dễ tập hợp. Khi nồng độ thấp, tốc độ cung cấp chất phản
ứng nhỏ, các hạt nano thường tạo thành nhỏ và đồng đều hơn.
Phương pháp này thường được sử dụng nhiều trong phòng thí nghiệm vì quy
trình sản xuất ra nano Ag khá đơn giản, không đòi hỏi thiết bị quá hiện đại, dễ
khống chế các điều kiện phản ứng để thu được kích thước hạt theo mong muốn
đồng thời có thể tổng hợp với lượng lớn. Vì vậy phương pháp khử hóa học với
những ưu điểm nổi bật sẽ là sự lựa chọn tối ưu để tổng hợp các loại vật liệu này.
Hình 1.2 cho biết quá trình chế tạo hạt nano Ag bằng phương pháp này.
Hình 1.2. Quá trình chế tạo hạt nano Ag bằng phương pháp hóa khử.
1.2.1.3. Phương pháp vi sóng
Nhiệt độ cao và áp suất lớn là hai thông số vật lí quan trọng trong bất kì một
quá trình nào liên quan đến việc chế tạo vật liệu. Các lò nung nhiệt độ cao (trên
1400
o
C) có chương trình với thanh nung thông thường, giá cũng xấp xỉ hàng trăm
triệu đồng và đó cũng là điều mơ ước của rất nhiều phòng thí nghiệm tại Việt Nam.
Mặc dù vậy, nguồn nhiệt từ các lò nung này cũng chỉ được xếp vào hàng các nguồn
nhiệt cổ điển.
Bắt đầu từ năm 1950, việc sử dụng năng lượng vi sóng để nung nóng vật liệu
mới được phát hiện. Giờ đây, lò vi sóng đã trở thành thông dụng cho việc nung
nóng các sản phẩm thức ăn trong gia đình. Những thuận lợi tiềm tàng của nung
nóng vi sóng đã thôi thúc các nhà nghiên cứu thiết kế các loại lò vi sóng chuyên
: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 8
: Khóa luận tốt nghiệp
x
MnO
3
(A = Ca, Sr, Ba; x ≥ 0) sử dụng lò vi sóng. Để chế tạo được nhóm vật
liệu này, phương pháp truyền thống phải tiến hành nung tại 1500
o
C trong thời gian
7 ngày. Trong khi đó, sử dụng lò vi sóng tần số 2.45 GHz, công việc này chỉ mất 5
phút [16].
Năm 2002, nhóm O.P. Thakur, Ch. Prakash và D.K. Agrawal thuộc
Trường Đại học Pensylvania báo cáo kết quả nghiên cứu chế tạo gốm BaTiO
3
bằng
vi sóng. Nếu tiến hành theo phương pháp gốm truyền thống, phải tiến hành thiêu kết
tại 1450
o
C trong thời gian 4 giờ và cả chu trình mất 700 phút. Trong khi đó, nung vi
: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 9
: Khóa luận tốt nghiệp
sóng tại 1400
o
C chỉ mất 25 phút và cả chu trình hết 90 phút. Điều đáng quan tâm là
vật liệu chế tạo được lại có các tính chất tốt hơn phương pháp nung truyền thống
[17].
Năm 2004, đáng quan tâm nhất là giải thưởng công nghệ của nhóm tác giả
J. Hwang và X. Huang tại Trường Đại học công nghệ Michigan về việc sử dụng vi
sóng kết hợp với phương pháp phóng điện để chế tạo thép. Các tác giả này cho thấy,
nhiệt độ trên 1000
1. Bình phản ứng
: Khóa luận tốt nghiệp
1.2.2. Ứng dụng của nano Ag
Với sự phát triển của công nghệ nano, nano Ag là một đối tượng nhận được
nhiều chú ý của các nhà khoa học cũng như các doanh nghiệp. Vì bạc nano không
những mang lại những đặc tính đáng quý của vật liệu nano mà còn có những tính
chất riêng khác biệt ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
1.2.2.1. Ứng dụng của nano Ag đối với sức khoẻ và y học
Do con người luôn phải chịu sự tấn công của các loại vi khuẩn độc hại có
trong môi trường, chính vì vậy mà khoa học luôn phải tìm kiếm, tổng hợp nên các
vật liệu có khả năng diệt trừ vi khuẩn.
Dù không quá lâu khi thế giới phát hiện ra công nghệ nano Ag có những tính
năng tuyệt vời với khả năng bảo vệ sức khoẻ con người, nhưng chỉ hơn một năm trở
lại đây Việt Nam mới xuất hiện dòng sản phẩm ứng dụng công nghệ được coi là
cuộc cách mạng của thế kỉ XXI này.
Công nghệ nano Ag được biết phù hợp với điều kiện khí hậu, môi trường và
văn hoá tiêu dùng của nước ta. Với những ưu thế vượt trội, công nghệ nano – công
nghệ siêu nhỏ đang ngày càng được ứng dụng nhiều hơn trong lĩnh vực sử dụng sản
phẩm thiết yếu phục vụ đời sống con người và được coi là tiêu chí cạnh tranh hàng
đầu giữa các nhà sản xuất trên thị trường [2].
Với diện tích bề mặt lớn, chỉ cần dùng một lượng nhỏ nano Ag mà tác dụng
diệt khuẩn đã tăng lên rất nhiều. Bởi vậy mà rất nhiều vật dụng được tráng một lớp
nano Ag để diệt khuẩn như máy điều hoà nhiệt độ, tủ lạnh, bình lọc nước,… nhằm
kháng khuẩn và tiêu độc. Bên cạnh đó không thể không nhắc tới một nhãn hiệu
được tin dùng trong suốt thời gian qua đó là bình sữa tiệt khuẩn và các dụng cụ
đựng thức ăn cho trẻ nhỏ của Mummybear. Loại bình sữa tráng nano Ag này đang
được thu hút bởi tính năng ưu việt của nó như kháng khuẩn, tiêu độc, khử mùi, diệt
được 99.9% vi khuẩn E.coli và Staphylococcus gây bệnh tiêu chảy ở trẻ, ngoài ra
khăn ướt, hộp đựng thức ăn, quần áo trẻ em cũng đều được tráng một lớp bạc nano
1.2.3. Tình hình nghiên cứu nano Ag
Với những ứng dụng thực tiễn của nano Ag, con người đã tiến hành rất nhiều
nghiên cứu với nhiều phương pháp khác nhau nhằm tìm kiếm phương pháp thích
hợp nhất cho những ứng dụng thực tiễn nhất. Với điều kiện của một bài khóa luận,
chúng tôi trình bày một vài công trình nghiên cứu với các phương pháp và cách
thức nghiên cứu về nano Ag như sau:
1.2.3.1. Tình hình nghiên cứu nano Ag trên thế giới
a) Phương pháp khử vật lý
B.E. Ershov và E.A. Abkhalimov dùng phương pháp chiếu xạ (sử dụng tia
chiếu xạ gamma Co-60) để tổng hợp nano bạc, tạo môi trường khử từ Ag
+
về Ag
0
.
Nguyên liệu ban đầu là AgClO
4
, tác nhân khử là HCOONa, chất ổn định là
polyphosphat trong môi trường alcohol. Hệ dung dịch được đuổi khí bằng hệ thống
chân không và sau đó được đem vào chiếu xạ. Dùng AFM để xác định kích thước
hạt. Sử dụng phương pháp chiếu xạ có lợi thế là có thể điều khiển được tốc độ khử
như mong muốn bằng cách thay đổi cường độ chiếu xạ [21].
Phương pháp nhiệt phân được S. Navaladian và các cộng sự sử dụng để tạo
nano bạc từ nguồn nguyên liệu ban đầu là Ag
2
C
2
O
4
, với sự có mặt của chất ổn định
các chất polymer khác nhau sẽ cho các hệ hạt khác nhau. Tùy vào mục đích sử dụng
mà ta dùng các loại chất khử và polymer tương ứng. Như khi dùng nano bạc cho
ngành dược, là ngành đòi hỏi nhiều tiêu chuẩn về sức khỏe rất cao, từ đó có thể sử
dụng các chất khử như natricitrate, hydroquinone hay đường glucose, fructose và
dùng chất ổn định như PVP, PVA, chitosan, gelatin, để làm chất ổn định. Tất cả
các chất này là tương hợp sinh học, hoàn toàn không gây ảnh hưởng đến sức khỏe
con người [23 - 27]. Hoặc khi dùng hệ nano trong lĩnh vực môi trường hay xúc tác,
có thể sử dụng các chất khử như NaBH
4
, HCHO [23 - 25, 28] Ngoài các chất ổn
định có thể sử dụng như trên còn có thể dùng các loại như: SDS, CTAB, NP-9,
Tween 20 [29].
Để tổng hợp nano Ag, Sudipa Panigrahi và các cộng sự đã sử dụng
sacarose, glucose và fructose để vừa làm tác nhân khử, vừa làm chất ổn định.
Nguyên liệu ban đầu là AgNO
3
. Hệ này cho phổ hấp thụ cực đại ở 390 – 420 nm
[21, 24, 25, 30, 31]. Sau khi xem xét và so sánh 3 tác nhân trên, các tác giả đã rút ra
kết luận:
- Sacarose không thể dùng để khử bạc ngay cả khi pH thấp.
- Glucose thể hiện tính khử mạnh hơn fructose, vì vậy mà sự khử diễn ra
nhanh hơn và thu được hệ hạt có kích thước nhỏ, nhưng sự kết tụ diễn ra khá nhanh,
nên với glucose, nhìn chung tạo thành hệ hạt có kích thước không đồng đều.
- Khi dùng fructose, mặc dù đường kính hạt ban đầu được tạo ra lớn hơn
đường kính hạt đạt được bằng phương pháp glucose, nhưng các hạt tạo thành đều
nhau.
Ưu điểm của phương pháp này là sử dụng đường (glucose, fructose) làm tác
nhân khử đồng thời làm chất ổn định chúng luôn có sẵn, giá thành thấp và thân
thiện với môi trường; không cần phải dùng tác nhân ổn định hệ [25].
bằng tia phát xạ VFM xảy ra nhanh hơn nhiều. Kết quả là khi nồng độ AgNO
3
cao
hơn, thời gian phản ứng dài hơn và nhiệt độ phản ứng cao hơn làm gia tăng cỡ hạt;
trong khi đó nồng độ PVP càng cao cỡ hạt càng giảm [33].
Theo Kirti Patel và các cộng sự, các hạt nano Ag có kích thước trung bình
từ 15 đến 30 nm, có dạng đa diện với cấu trúc lập phương tâm mặt được tổng hợp từ
nguồn nguyên liệu ban đầu là AgNO
3
, sử dụng dung môi là ethylene glycol và
glycerol bằng phương pháp vi sóng. Các tác giả Ấn Độ này đã thực hiện phản ứng
với thời gian rất ngắn, chỉ trong 45 giây chiếu xạ vi sóng [34].
Cũng bằng phương pháp vi sóng, nhưng Ying Jie Zhu và Xian Luo Hu lại
xuất phát từ Ag
2
O trong dung môi ethylene glycol với thời gian thực hiện phản ứng
là 10 phút. Hai tác giả Trung Quốc này đã thu được sản phẩm Ag nano có cấu trúc
dây dài khoảng vài micromet, có đường kính 40 – 120 nm, có tỉ số mặt 20 – 140 và
cấu trúc thanh với chiều dài ngắn hơn, có tỉ số mặt nhỏ hơn 20 [35].
Theo các tác giả Nhật Bản, Masaharu Tsuji và các cộng sự cũng đi từ
AgNO
3
với dung môi ethylene glycol, với sự có mặt của các hạt Pt và chất ổn định
PVP bằng phương pháp vi sóng trong thời gian vài phút. Tùy theo nồng độ của Pt,
PVP, AgNO
3
hay thời gian chiếu vi sóng mà sản phẩm nano Ag thu được có hình
dạng và kích thước khác nhau: từ các sản phẩm nano một chiều (thanh nano và dây
: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 15
trong thời gian 20 phút. Kết quả thu được là: khi hàm lượng
AgNO
3
tăng thì kích thước hạt nano Ag cũng tăng theo. Cụ thể, khi hàm lượng
AgNO
3
nhỏ (1%) thì độ phân bố của hạt nano Ag đều, nhưng khi hàm lượng AgNO
3
tăng (4%) thì có hiện tượng kết dính lại với nhau, và khi hàm lượng AgNO
3
tăng lên
6% thì các hạt nano Ag kết dính lại với nhau.
Nguyễn Cửu Khoa và các cộng sự tổng hợp nano bạc cũng đi từ nguồn
nguyên liệu ban đầu là AgNO
3
, chất ổn định là PVA, chất khử là hydrazin hydrat
nhưng có thêm natricitrate. Các tác giả nhận thấy:
- Kích thước các hạt nano Ag tạo thành khi có mặt natricitrate sẽ nhỏ hơn so
với khi không có natricitrate, và kích thước này không thay đổi theo hàm lượng
natricitrate.
- Khi có mặt natricitrate, các hạt nano Ag sinh ra có kích thước ổn định với
hàm lượng AgNO
3
thay đổi từ 1 đến 14%. Khi hàm lượng AgNO
3
lên tới 15%, có
dấu hiệu gia tăng kích thước của nano Ag [44].
Để tìm ra loại chất khử phù hợp nhất cho quá trình điều chế nano bạc,
nhóm tác giả trong [45] tiến hành khảo sát một số loại chất khử như: natricitrate,
vitamin C (acid ascolic), natri borohydric. Kết quả là với chất khử NaBH
Ts Nguyễn Thị Phương Phong và các cộng sự cũng nghiên cứu tổng hợp
nano bạc bằng phương pháp vi sóng, nguyên liệu ban đầu là AgNO
3
, chất khử là
dung môi ethylene glycol (EG) và glycerol (GL), nhưng chất ổn định là PVP. Kết
quả cho thấy hạt nano bạc có dạng hình cầu, kích thước hạt nano bạc vào khoảng từ
8-11 nm và có sự phân bố đồng đều hạt nano bạc trong dung dịch [47 - 49].
1.3. Các phương pháp nghiên cứu tính chất vật liệu
1.3.1. Phương pháp phổ kích thích electron
Phương pháp phổ kích thích electron hay còn gọi là phương pháp phổ hấp
thụ. Sự hấp thụ của phân tử trong vùng quang phổ tử ngoại và khả kiến (UV – Vis)
phụ thuộc vào cấu trúc electron của phân tử. Sự hấp thụ năng lượng được lượng tử
hóa và do đó các electron bị kích thích nhảy từ obitan có mức năng lượng thấp lên
các obitan có mức năng lượng cao gây ra. Bước chuyển năng lượng này tương ứng
với sự hấp thụ các tia sáng có bước sóng λ khác nhau theo phương trình:
∆E = hc/λ
Trong đó: h là hằng số Planck và c là vận tốc ánh sáng.
Khi phân tử bị kích thích, các electron của các nguyên tử trong phân tử thực
hiện các bước nhảy như trong hình 1.4.
: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 17
: Khóa luận tốt nghiệp
Hình 1.4. Các bước nhảy của electron trong nguyên tử.
Trong đó:
+ n : obitan không liên kết.
+ л : obitan liên kết л.
+ л* : obitan л phản liên kết.
+ б : obitan liên kết б.
+ б* : obitan б phản liên kết.
: Khóa luận tốt nghiệp
1.3.2. Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmisson Electron Microscope –
TEM)[6]
Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) là phương pháp cho phép sử
dụng chùm tia electron năng lượng cao để quan sát các vật thể rất nhỏ. Độ phóng
đại của TEM là 400.000 lần đối với nhiều vật liệu và thậm chí lên đến 15 triệu lần
đối với các nguyên tử. Với ưu thế về độ phóng đại rất lớn, TEM là công cụ đặc biệt
quan trọng trong việc nghiên cứu các vật liệu nano. Hình 1.5 cho ta sơ đồ nguyên lý
hoạt động của kính hiển vi điện tử truyền qua TEM.
Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của kính hiển vi điện tử truyền qua TEM.
Nguyên lý làm việc của máy TEM được mô tả như sau: Chùm electron được
tạo ra từ nguồn sau khi đi qua các thấu kính hội tụ sẽ tập trung lại tạo thành một
dòng electron hẹp. Dòng electron này tương tác với mẫu và một phần xuyên qua
mẫu. Phần truyền qua đó được hội tụ bằng một thấu kính và tạo ảnh. Ảnh sau đó sẽ
được truyền đến bộ phận phóng đại. Cuối cùng tín hiệu tương tác với màn huỳnh
quang và sinh ra ánh sáng cho phép người dùng quan sát được ảnh. Phần tối của ảnh
đại diện cho vùng mẫu đã cản trở, chỉ cho một số ít electron xuyên qua (vùng mẫu
dày hoặc có mật độ cao). Phần sáng của ảnh đại diện cho những vùng mẫu không
cản trở, cho nhiều electron truyền qua (vùng này mỏng hoặc có mật độ thấp). Ảnh
TEM thu được sẽ là hình ảnh mặt cắt ngang của vật thể. Ảnh TEM có thể cung cấp
thông tin về hình dạng, cấu trúc kích thước của vật liệu nano.
1.3.4. Phương pháp định lượng vi sinh vật
: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 19
Nguồn cấp
electron
Thấu kính
hội tụ
Mẫu
trường và điều kiện ủ. Thông thường, điều kiện nuôi cấy (môi trường, nhiệt độ, thời
gian) cần đảm bảo sao cho số khuẩn lạc xuất hiện tối đa. Phương pháp đếm khuẩn
lạc dễ cho sai số nên cần thực hiện lặp lại ít nhất 2 đĩa cho 1 mẫu. Kết quả đếm
thường được trình bày bằng số đơn vị hình thành khuẩn lạc CFU/ml (colony –
forming unit) theo công thức sau:
A (CFU/ml) =
1 1
i i
N
nVf nVf+ +
Trong đó: A là số đơn vị hình thành khuẩn lạc trong 1 ml mẫu.
N là tổng số khuẩn lạc đếm được trên các đĩa đã chọn.
n
i
là số lượng đĩa cấy tại độ pha loãng thứ i.
V là thể tích dịch mẫu (ml) cấy vào mỗi đĩa.
: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 20
: Khóa luận tốt nghiệp
f là độ pha loãng tương ứng.
Mặc dù có nhược điểm như trên nhưng phương pháp đếm khuẩn lạc vẫn là
phương pháp tốt nhất để xác định mật độ tế bào sống. Ngoài ra, phương pháp này
còn có ưu điểm là độ nhạy cao, cho phép định lượng vi sinh vật ở mật độ thấp trong
mẫu. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong kiểm nghiệm vi sinh vật trong
nước, thực phẩm, bệnh phẩm.
: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 21
NO)
n
, được dùng làm chất ổn định. Công
thức cấu tạo của PVP như sau:
2.1.1.2. Thiết bị thí nghiệm
- Lò vi sóng (Sanyo, Nhật Bản).
- Máy khuấy từ (ARE, Mỹ)
- Cân điện tử (HR 200, Thụy Sỹ)
- Các dụng cụ thủy tinh: cốc, bình định mức, pipet, đũa thủy tinh, ống đong.
2.1.2. Cải tiến thiết bị lò vi sóng
Để thực hiện quá trình tổng hợp keo nano Ag theo phương pháp vi sóng, lò
vi sóng gia dụng (hiệu Sanyo, công suất 800W, tần số làm việc là 2,45GHz) được
cải tiến như sau: Mặt trên của lò có một lỗ khoan tròn đường kính 40 mm để lắp hệ
thống hồi lưu, nhằm mục đích duy trì thể tích của dung dịch trong quá trình phản
ứng. Hình 2.1 là lò vi sóng mà chúng tôi đã cải tiến để tổng hợp keo nano Ag.
: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 22
: Khóa luận tốt nghiệp
Hình 2.1. Lò vi sóng sau khi đã cải tiến
2.1.3. Tổng hợp keo nano Ag trong dung môi ethylene glycol
2.1.3.1. Khảo sát theo thời gian chiếu vi sóng
Hòa tan 0,0085 g muối AgNO
3
vào 50 ml nước cất thu được 50 ml dung dịch
AgNO
3
nồng độ 1 mM.
Khuấy đều 0,0139 g PVP trong 50 ml dung môi EG bằng máy khuấy từ
trong thời gian 1 phút thu được 50 ml dung dịch PVP/EG nồng độ 2,5 mM.
nồng độ 1 mM.
Khuấy đều 0,0444 g PVP trong 20 ml dung môi EG bằng máy khuấy từ
trong thời gian 1 phút thu được 20 ml dung dịch PVP/EG nồng độ 20 mM. Chia đôi
: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 23
: Khóa luận tốt nghiệp
20 ml dung dịch này, được mỗi dung dịch 10 ml. Thêm 10 ml dung môi EG vào 10
ml dung dịch PVP/EG 20 mM, được 20 ml dung dịch PVP/EG nồng độ 10 mM. Cứ
như thế chia đôi 20 ml dung dịch này, rồi lại thêm 10 ml dung môi EG vào sẽ thu
được 4 mẫu, mỗi mẫu chứa 10 ml dung dịch PVP/EG có nồng độ lần lượt là 20
mM;10 mM; 5 mM; 2,5 mM.
Hòa trộn từng 10 ml dung dịch AgNO
3
1 mM vào 4 mẫu chứa dung dịch
PVP/EG có nồng độ như trên theo tỉ lệ 1:1 và khuấy đều bằng máy khuấy từ trong
khoảng vài phút, được 4 mẫu chứa hỗn hợp 20 ml AgNO
3
/PVP/EG có tỉ số mol
PVP/AgNO
3
lần lựợt là r = 20; r = 10; r = 5; r = 2,5.
Lần lượt cho từng mẫu vào lò vi sóng (lò vi sóng được đặt ở chế độ cấp nhiệt
công suất 400 W) rồi chiếu xạ vi sóng ở thời gian như nhau là 5 phút, thu được keo
nano Ag có màu vàng tươi đặc trưng.
2.1.4. Tổng hợp keo nano Ag trong dung môi glycerol
2.1.4.1. Khảo sát theo thời gian chiếu vi sóng
Hòa tan 0,0085 g muối AgNO
3
vào 50 ml nước cất thu được 50 ml dung dịch
=
.
Hòa tan 0,0068 g muối AgNO
3
vào 40 ml nước cất thu được 40 ml dung dịch
AgNO
3
nồng độ 1 mM.
Khuấy đều 0,0444 g PVP trong 20 ml dung môi GL bằng máy khuấy từ
trong thời gian 1 phút thu được 20 ml dung dịch PVP/GL nồng độ 20 mM. Chia đôi
20 ml dung dịch này, được mỗi dung dịch 10 ml. Thêm 10 ml dung môi GL vào 10
: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 24
: Khóa luận tốt nghiệp
ml dung dịch PVP/GL 20 mM, được 20 ml dung dịch PVP/GL nồng độ 10 mM. Cứ
như thế chia đôi 20 ml dung dịch này, rồi lại thêm 10 ml dung môi GL vào sẽ thu
được 4 mẫu, mỗi mẫu chứa 10 ml dung dịch PVP/GL có nồng độ lần lượt là 20
mM;10 mM; 5 mM; 2,5 mM.
Hòa trộn từng 10 ml dung dịch AgNO
3
1 mM vào 4 mẫu chứa dung dịch
PVP/GL có nồng độ như trên theo tỉ lệ 1:1 và khuấy đều bằng máy khuấy từ trong
khoảng vài phút, được 4 mẫu chứa hỗn hợp 20 ml AgNO
3
/PVP/GL có tỉ số mol
PVP/AgNO
3
lần lựợt là r = 20; r = 10; r = 5; r = 2,5.
Lần lượt cho từng mẫu vào lò vi sóng (lò vi sóng được đặt ở chế độ cấp nhiệt
: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 25
Copyright: Tài liệu đại học ©