Luận án Nghiên cứu chế tạo vi cảm biến điện hóa trên cơ sở vật liệu lai polyme dẫn – graphen, định hƣớng ứng dụng xác định ion chì (II) và thuốc trừ sâu

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .i

DANH MỤC BẢNG .iii

DANH MỤC HÌNH VẼ.iv

MỞ ĐẦU.1

CHưƠNG 1. TỔNG QUAN.3

1.1. Polyme dẫn điện và ứng dụng trong chế tạo cảm biến.3

1.1.1. Giới thiệu chung về polyme dẫn điện.3

1.1.1.1. Phân loại polyme dẫn điện .3

1.1.1.2. Đặc điểm dẫn điện của polyme dẫn .5

1.1.2. Các phương pháp tổng hợp polyme dẫn.6

1.1.2.1. Phương pháp trùng hợp hóa học.6

1.1.2.2. Phương pháp trùng hợp điện hóa .8

1.1.3. Ứng dụng của polyme dẫn trong cảm biến .9

1.1.4. Poly(1,5-diaminonaphtalen) và polyanilin. 12

1.1.4.1. Poly(1,5-diaminonaphtalen). 12

1.1.4.2. Polyanilin . 16

1.2. Vật liệu lai polyme dẫn - graphen. 19

1.2.1. Graphen . 19

1.2.1.1. Khái niệm và các tính chất đặc trưng . 19

1.2.1.2. Các phương pháp tổng hợp graphen . 23

1.2.2. Vật liệu lai polyme dẫn – graphen . 25

1.2.2.1. Phương pháp chế tạo. 26

1.2.2.2. Ứng dụng trong cảm biến. 28

1.3. Phân tích ion kim loại nặng trong nước . 32

1.3.1. Giới thiệu chung về ion kim loại nặng . 32

1.3.2. Các phương pháp phân tích ion kim lo ại. 331.3.2.1. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) . 33

1.3.2.2. Phương pháp phổ khối plasma cao tần cảm ứng (ICP – MS). 33

1.3.2.3. Phương pháp điện hóa . 34

1.3.3. Tình hình nghiên cứu xác định ion kim loại trên thế giới và Việt Nam. 34

1.4. Phân tích thuốc trừ sâu . 37

1.4.1. Khái niệm, phân loại và tình hình sử dụng thuốc trừ sâu. 37

1.4.1.1. Khái niệm . 37

1.4.1.2. Phân loại . 37

1.4.1.3. Tình hình sử dụng thuốc trừ sâu. 37

1.4.2. Các phương pháp phân tích thuốc trừ sâu. 38

1.4.3. Tình hình nghiên cứu xác định thuốc trừ sâu trên thế giới và Việt Nam. 39

1.4.4. Methamidophos . 41

1.4.5. Giới thiệu enzym, cơ chất và phản ứng enzym – cơ chất . 42

1.4.5.1. Enzym . 42

1.4.5.2. Cơ chất . 44

1.4.5.3. Phản ứng enzym – cơ chất . 46

CHưƠNG 2. THỰC NGHIỆM .48

2.1. Nguyên liệu, hóa chất . 48

2.2. Phương pháp thực nghiệm . 48

2.2.1. Chế tạo vật liệu lai polyme dẫn – graphen. 48

2.2.1.1. Chế tạo vật liệu lai P(1,5-DAN) – graphen. 49

2.2.1.2. Chế tạo vật liệu lai PANi – graphen . 51

2.2.2. Xác định hàm lượng chì . 51

2.2.3. Cố định enzym lên bề mặt điện cực. 52

2.2.4. Thực nghiệm phản ứng cơ chất – enzym . 53

2.2.5. Xác định hàm lượng thuốc trừ sâu methamidophos . 53

2.3. Phương pháp nghiên cứu. 552.3.1. Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) . 55

2.3.2. Phương pháp phổ tán xạ Raman. 56

2.3.3. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (FE-SEM) . 56

2.3.4. Các phương pháp điện hóa. 57

2.3.4.1. Phương pháp vôn – ampe vòng (Cyclic Voltammetry – CV) . 57

2.3.4.2. Phương pháp vôn - ampe sóng vuông (Square Wave Voltammetry -

SWV) . 58

2.3.4.3. Phương pháp đo dòng (Chronoamperometry - CA) . 59

2.3.5. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (High Performance Liquid

Chromatography - HPLC). 60

CHưƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.61

3.1. Chế tạo cảm biến điện hóa trên cơ sở vật liệu lai poly(1,5-diaminonaphtalen)

P(1,5-DAN) và graphen. 61

3.1.1. Màng tổ hợp đa lớp Gr/P(1,5-DAN). 61

3.1.1.1. Tổng hợp bằng phương pháp điện hóa . 61

3.1.1.2. Nghiên cứu đặc trưng màng Gr/P(1,5-DAN) . 64

3.1.2. Màng nanocomposit poly(1,5-diaminonaphtalen)-graphen. 68

3.1.2.1. Phương pháp đồng kết tủa điện hóa. 68

3.1.2.2. Phương pháp trùng hợp in-situ . 74

3.1.3. Khảo sát tính nhạy ion Pb(II). 82

3.1.3.1. Màng tổ hợp đa lớp Gr/P(1,5-DAN). 82

3.1.3.2. Màng composit P(1,5-DAN)/RGO . 84

3.1.4. Tối ưu hóa quá trình xác định chì và xây dựng đường chuẩn . 85

3.1.4.1. Khảo sát hàm lượng graphen pha tạp . 85

3.1.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của điều kiện làm giàu . 86

3.1.4.3. Xây dựng đường chuẩn xác định Pb(II) . 88

3.1.4.4. Ảnh hưởng nhiễu của các ion khác . 913.1.4.5. Ứng dụng phát hiện chì trong mẫu nước sinh hoạt . 92

3.1.5. Nghiên cứu ứng dụng làm cảm biến enzym . 93

3.2. Chế tạo cảm biến điện hóa trên cơ sở vật liệu lai polyanilin-graphen . 96

3.2.1. Tổng hợp màng tổ hợp đa lớp Gr/PANi . 96

3.2.2. Nghiên cứu đặc trưng màng Gr/PANi . 97

3.2.3. Ứng dụng xác định thuốc trừ sâu .102

3.2.3.1. Khảo sát phản ứng enzym – cơ chất bằng phương pháp CV.102

3.2.3.2. Xây dựng đường chuẩn xác định thuốc trừ sâu methamidophos .104

3.2.3.3. Ứng dụng phát hiện methamidophos trong mẫu rau.109

KẾT LUẬN.114

ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN .116

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .117

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN .117

TÀI LIỆU THAM KHẢO.118

PHỤ LỤC .128