Khóa luận Xác định nồng độ 226Ra và 210Po trong một số loại phân bón lá kích thích tăng trưởng

Trên điều kiện làm việc của phòng thí nghiệm thì tôi đã tiến hành khảo sát một số loại phân bón lá có mặt trên thị trường Việt Nam. Kết quả mà khóa luận đạt được là đã xác định nồng độ 226Ra và nồng độ 210Po trong phân bón lá dạng rắn-lỏng. Trong đó, nồng độ 226Ra trong phân bón lá dạng rắn không vượt tiêu chuẩn. Mong rằng, kết quả khảo sát trên sẽ trở thành tài liệu tham khảo có giá trị trong việc hoàn thiện quy trình xác định 226Ra và 210Po trong các mẫu phân bón lá nói riêng và mẫu môi trường nói chung.

pdf65 trang | Chia sẻ: toanphat99 | Ngày: 22/07/2016 | Lượt xem: 1141 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Khóa luận Xác định nồng độ 226Ra và 210Po trong một số loại phân bón lá kích thích tăng trưởng, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ng tan trong nước. Khả năng đặc biệt của MnO2 là hấp thụ mạnh 226Ra và các đồng vị con cháu như 222Rn, 21 0Po, 214Po và 218Po. Nhược điểm: Khó sử dụng cho mẫu lớn. Quá trình hấp thu Ra trên đĩa MnO2 Phổ Alpha ghi nhận được N N E E 20 Hình 1.6: Quá trình hấp thu 226Ra trên đĩa MnO 2 1.6.2. Các phương pháp đo mẫu phân tích 226Ra [4], [7]  Xác định 226Ra bằng hệ phổ kế gamma: Ưu điểm: Dễ dàng đo các mẫu phân bón có nồng độ 226Ra cao, có thể đo đồng thời và độc lập các đồng vị của 226Ra. Nhược điểm: Không đo được những mẫu có nồng độ 226Ra thấp, thời gian đo quá lâu, thể tích mẫu cần đo lớn (khoảng 1lít), không thể sử dụng để đo với số lượng mẫu lớn.  Xác định 226Ra bằng hệ nhấp nháy lỏng: Ưu điểm: Đo các mẫu phân bón có nồng độ 226Ra cao, có thể đo đồng thời và độc lập các đồng vị của 226Ra. Nhược điểm: Mất khá nhiều thời gian và công sức, độ phân giải của phổ thu được rất kém cần phải hiệu chỉnh phổ bằng những thuật toán khác nhau để thu được phổ như mong muốn.  Xác định 226Ra bằng hệ đo Alpha Analyst: Ưu điểm: - Xác định trực tiếp các đồng vị phóng xạ, không mất thời gian chờ quá trình cân bằng phóng xạ từ các đồng vị con cháu như phương pháp hệ phổ kế gamma. Do đó, sẽ tiết kiệm được thời gian phân tích và cho kết quả chính xác. - Detector bán dẫn PIPS có nền phông phóng xạ thấp, độ phân giải năng lượng cao, dễ sử dụng, không yêu cầu cao thế hay việc làm mát detector như phổ kế gamma. - Giới hạn phát hiện tốt hơn hệ phổ kế gamma, do đó rất thích hợp để phân tích các đồng vị phóng xạ trong môi trường. - Thể tích mẫu đo nhỏ khoảng 150-200 mL. Nhược điểm: 21 - Xác định 226Ra thông qua phóng xạ alpha, cần phải chế tạo mẫu mỏng đều để tất cả các hạt alpha đều đi vào detector mà không mất nhiều công sức. Kết luận: Qua một số phương pháp làm mẫu phân tích và đo đạt trên thì với điều kiện phòng thí nghiệm của trường Đại học KHTN TP.HCM ta lựa chọn xác định nồng độ 226Ra trong các mẫu phân bón lá kích thích tăng trưởng bằng phương pháp hấp thụ Ra trên đĩa MnO2 và đo mẫu bằng hệ đo Alpha Analyst. 22 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ POLONIUM 2.1. Giới thiệu 2.1.1. Nguồn gốc và ứng dụng của polonium [3], [15], [17] Khi William Röntgen khám phá ra tia X và Henri Becquerel nhận thấy uranium là chất phóng xạ tự nhiên thì Marie quyết định chọn phóng xạ làm đề tài nghiên cứu. Thời đó chưa có nguồn phóng xạ nhân tạo nên Pierre và Marie Curie phải chiết uranium từ quặng pitchblende. Sau khi chiết hết uranium từ quặng pitchblende thì hai vợ chồng nhận thấy rằng hãy còn một chất liệu nào đó phát xạ. Họ tiếp tục phân tích quặng pitchblende và vào năm 1898 phát hiện ra nguyên tử polonium có hoạt tính mạnh hơn 400 lần uranium [15]. Họ thấy tính chất polonium tương tự với bismuth và sau đó đã tách polonium từ bismuth bằng sự thăng hoa chân không. Polonium là một nguyên tử hiếm khó có thể phát hiện được với những máy đo có độ nhạy cao. Trong một tấn quặng pitchblende chỉ có chưa tới 100 micro-gram. Để có đủ polonium đáp ứng nhu cầu cho ngành hạt nhân, người ta phải sản xuất thêm polonium bằng hai cách. Phương pháp thứ nhất là bắn hạt neutron vào những nguyên tử bismuth. Nhờ có thêm một neutron, đồng vị 209Bi trở thành đồng vị 210Bi. Sau đó, đồng vị 210Bi phát ra tia beta để trở thành đồng vị 210Po. Phương pháp thứ hai là dùng một máy tăng tốc để bắn hạt proton vào những nguyên tử bismuth. Nhờ có thêm một proton, đồng vị 209Bi trở thành đồng vị 210Po. Khi phân rã, 210Po biến thành đồng vị 206Pb, một đồng vị bền không phát xạ. Mỗi hạt alpha phát ra từ phản ứng phân rã trên có năng lượng bằng 5,307 MeV. Từ đó có thể tính được công suất của một gram polonium lên tới 140 watt. Công suất đó mạnh đến nỗi làm cho một khối polonium lúc nào cũng nóng và vùng khí xung quanh nó bị kích thích gây ra một hào quang màu xanh [17]. Nhờ khả năng làm nóng những vật xung quanh, polonium được dùng làm nguồn nhiệt giữ ấm hay làm pin phát điện cho những linh kiện của phi thuyền vũ trụ và vệ tinh nhân tạo. 23 Khi trộn polonium với beryllium thì hạt alpha do polonium phát ra làm vỡ hạt nhân beryllium và sinh ra neutron. Người ta dùng đặc tính này để làm nguồn neutron sử dụng cho các phản ứng phân hạch đầu tiên trong lò phản ứng hạt nhân hay để châm ngòi bom nguyên tử. Trong quá khứ, polonium từng được sử dụng để pha với những chất phụ gia cho nhiều ứng dụng như là sơn, lông chổi, Nhưng vì polonium rất độc hại nên ngày nay những ứng dụng này đã bị cấm. 2.1.2. Chuỗi phân rã và các đồng vị phóng xạ của 210Po 210Po là sản phẩm của chuỗi phân rã tự nhiên 238U, có chu kì bán hủy T1/2=138,376 ngày. 210Po có khoảng hơn 25 đồng vị phóng xạ. Một số đồng vị của polonium cũng tồn tại trong tự nhiên xảy ra trong chuỗi phân rã nhưng thời gian sống chúng ngắn vì vậy mà người ta chỉ quan tâm đến 208Po, 209Po và nhất là 210Po được trình bày trong Bảng 2.1. Bảng 2.1: Các đồng vị polonium [14] Đồng vị Chu kỳ bán rã Loại phân rã Năng lượng MeV Cường độ Chế tạo 208Po 2,9 năm Αlpha 5,215 99% Bi(d,3n) Βeta 1,401 0,02% 209Po 102 năm Αlpha 4,890 99,74% Bi(d,2n) Βeta 1,893 0,26% 210Po 138,38 ngày Αlpha 5,307 99,9% Bi(n ,β) Bi(p,γ) Bi(He-3,d) Pb(α,2nγ) 24 Hình 2.1: Chuỗi phóng xạ tự nhiện 238U phân rã thành 210Po [8] - 208Po, 209Po là hai đồng vị có thời gian sống dài không lợi về mặt kinh tế. Vì khi chế tạo trên chùm hạt của máy gia tốc hay lò phản ứng sẽ cần nhiều thời gian, không nhỏ hơn một chu kỳ bán rã của các đồng vị đó, tức khoảng năm bảy năm hoặc lâu hơn nữa. - 210Po có chu kỳ bán rã 138,376 ngày là thích hợp nhất, không quá ngắn và cũng không quá dài. 210Po chủ yếu phát ra các hạt alpha (trên 99,9%) có năng lượng rất lớn. 2.2. Đặc tính của polonium [11], [17] 2.2.1. Polonium kim loại Bảng 2.2 trình bày những đặc tính hóa lý của polonium 25 Bảng 2.2: Những đặc tính hóa lý của polonium Số hiệu nguyên tử 84 Mật độ nguyên tử (ở nhiệt độ phòng) 9,196g/mL Mật độ nguyên tử (ở nhiệt độ sôi) 9,398g/mL Nhiệt độ nóng chảy 2540C Nhiệt độ sôi 9620C Điện trở suất 0,4µΩM (ở 00C) Độ dẫn điện 20 W/mK Tính chất vật lý Có màu xám bạc, mềm, dễ bị trầy xước. Tính chất hóa học Dễ dàng hòa tan trong axit loãng nhưng chỉ tan nhẹ trong kiềm. Tương tác chậm với Cu ở nhiệt độ phòng và tăng nhanh khi nhiêt độ lên cao vì vậy phải bảo quản trong chân không hoặc trong khí trơ. Lưu ý: [11] - Polonium là một kim loại tồn tại dưới hai dạng thù hình: + Dạng alpha: Ở nhiệt độ thường thì polonium ở dưới dạng alpha, nghĩa là những nguyên tử sắp xếp theo tinh thể hình khối. Đây là trường hợp duy nhất một thể rắn có dạng tinh thể hình khối mà không lồng với nhau. + Dạng beta: Ở nhiệt độ trên 38° C thì tinh thể chuyển sang hình thoi. - Hai dạng thù hình có thể cùng tồn tại ở nhiệt độ từ 18-540C. - Khi phân rã polonium, hiệu ứng nhiệt sẽ giảm và kim loại sẽ chuyển sang pha alpha. 26 2.2.2. Trạng thái oxi hóa [17] Cấu hình electron của nguyên tố ponium trung tính ở trạng thái cơ bản: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 14 5s 2 5p 6 5d 10 6s 2 6p 4 Trạng thái oxi hóa vững bền ở các hóa trị: -2, +2, +4, +6. Trong đó, trạng thái oxi hóa +4 là bền vững nhất. 2.3. Hợp chất tan và không tan của polonium [11] 2.3.1. Hợp chất tan Polonium hòa tan trong các axit HF, HCl, H2SO4 tạo thành các hợp chất sau:  PoF2: polonium fluoride  PoCl2: polonium dichloride  PoCl4: polonium tetrachloride  PoBr2: polonium dibromide  PoBr4: polonium tetrabromide  PoSO4: polonium sulfate  Po(SO4)2: polonium disulfate 2.3.2. Hợp chất không hòa tan - Polonium hidroxic: Po(OH)2 - Polonium monosulfic: PoS - Polonium format: HCOOPo - Polonium teraiodide: Po(NO3)4 27 2.4. Polonium trong phân bón lá [3], [15] Người ta dùng phân bón có nguồn gốc nguyên liệu từ phosphate để bón cây. Trong phosphate có vết uranium. Uranium phân rã thành radon. Khi bón cây bằng phân phosphat thì cây hấp thụ những nguyên tử radon. Radon phân rã thành polonium. Điều này không nguy hại gì nếu hàm lượng polonium ban đầu thấp, khi đi vào cơ thể qua đường tiêu hóa nó sẽ mau chóng được bài tiết ra ngoài. Nhưng khi hút thuốc lá, hơi nóng có chứa những nguyên tử radon và polonium tách ra khỏi lá thuốc sẽ đi vào cơ thể. Chúng bám vào cổ họng, phổi không ra khỏi cơ thể và liên tục phát xạ. Mặc dù lượng polonium hít vào người rất ít, nhưng hút thuốc trong một thời gian dài sẽ là một trong những nguyên nhân mắc bệnh ung thư phổi. 2.5. Ảnh hưởng polonium đến sức khỏe và môi trường [15] Như đã nói, polonium trong tự nhiên rất hiếm để đáp ứng nhu cầu của ngành hạt nhân thì polonium được sản xuất nhân tạo. Vì vậy mức ảnh hưởng polonium tự nhiên với môi trường là không đáng kể. Như mọi chất phóng xạ, polonium rất nguy hiểm cho sức khỏe con người. Vì khi xâm nhập vào cơ thể polonium phát ra hạt alpha ion hóa các tế bào sống gây nên bệnh bạch cầu hay những bệnh ung thư khác. Để so sánh sự độc hại của polonium thì với cùng một trọng lượng, polonium độc hại hơn một triệu lần so với hydrogen cyanide (chất thường dùng để đầu độc con người). Một lý do nữa polonium đặc biệt nguy hiểm là tác dụng sinh học của nó khá dài, khoảng 50 ngày. Polonium chủ yếu chỉ phát tia alpha, mà tia alpha có quãng chạy ngắn. Vì thế, nếu không tiếp xúc gần một nguồn polonium thì không bị nhiễm xạ. Nguy cơ vô tình hấp thụ chất phóng xạ polonium gần như là không có. Polonium không khuếch tán qua màng da. Vậy polonium chỉ có thể xâm nhập cơ thể qua hô hấp hay ăn uống. 2.6. Các phương pháp lắng đọng polonium trên đĩa [3], [11], [12] Một trong những đặc trưng của ion Po2+ là dễ bị khử thành polonium kim loại lên trên bề mặt các kim loại quý (Pt, Au, Ag), kim loại Cu hoặc Ni trong môi trường axit HCl, HNO3 loãng. Một số các ion như Bi2+, Pb2+,cũng bị lắng đọng lên đĩa 28 bằng phương pháp mạ hóa học, vì vậy phải lựa chọn các điều kiện để tách các kim loại này trước khi tiến hành lắng đọng polonium. Một trong những phương pháp đó là mạ polonium lên đĩa bằng dòng điện hay còn gọi là điện phân (đĩa kim loại đóng vai trò là cathode) có khả năng chọn lọc cao hơn so với lắng đọng tự phát. Chỉ cần chọn cường độ dòng điện và dung dịch điện phân thích hợp là có thể loại bỏ các nhân phóng xạ khác gây ảnh hưởng đến quá trình lắng đọng 210Po như 210Bi, 210Pb. Tuy nhiên, do điều kiện tiến hành thí nghiệm còn hạn chế nên khóa luận chỉ lắng đọng 210Po lên đĩa thường như đĩa đồng (Cu) (không có điều kiện tiến hành dùng kim loại quý để lắng đọng) bằng phương pháp lắng đọng tự phát. 2.6.1. Kỹ thuật lắng đọng tự phát polonium lên bề mặt kim loại  Lắng đọng polonium lên đĩa bề mặt kim loại quý: Các kim loại quý như Au, Pt có thể được sử dụng để lắng đọng polonium trong phương pháp mạ hóa học khi có mặt chất khử như là khí H2 sẽ thu được polonium có độ tinh khiết cao. Tuy nhiên, chi phí cho kỹ thuật lắng đọng bằng kim loại quý sẽ tốn kém.  Lắng đọng polonium lên bề mặt đĩa đồng (Cu): Kim loại Cu thường được sử dụng để lắng đọng 210Po từ sự phân rã 226Ra hoặc 210Pb. Polonium lắng đọng trên đĩa Cu thường có những vết 210Bi (RaE) và thường không giữ lâu vì Cu bị oxi hóa ngoài không khí nên ta thấy xuất hiện muối clorua trên bề mặt đĩa mạ.  Lắng đọng polonium lên bề mặt đĩa nikel (Ni): Lượng vết polonium (cỡ miligam) hoặc lớn hơn có thể lắng đọng định lượng trên bề mặt kim loại Ni trong dung dịch HCl (0,1-1M). Có thể lắng đọng polonium bằng phương pháp mạ hóa học trên bề mặt Ni trong dung dịch HNO3 loãng (0,1- 0,2M) nhưng nó có thể gây oxi hóa bề mặt và thường không hiệu quả bằng HCl. Lượng vết chì và bismuth có thể cùng bị lắng đọng trong cùng một điều kiện lắng đọng tự phát polonium. 29 2.6.2. Kỹ thuật điện phân polonium lên bề mặt kim loại [3], [12] Lượng vết polonium trong dung dịch axit CH3COOH lắng đọng trên cathode bằng platinium ở mật độ dòng 4 µA/cm2 và 210Bi được hấp thụ với mật độ cao hơn (khoảng 10 µA/cm2). Dùng axit HNO3 để điện phân polonium khi có mặt palladium. Trong quá trình này, palladium lắng đọng trên anode còn polonium lắng đọng trên cathode bằng kim loại vàng (Au). Để tăng hiệu suất lắng đọng polonium người ta còn dùng điện cực quay với mật độ dòng 30 µA/cm2. Dung dịch HNO3 có thể lắng đọng một lượng lớn polonium với những nồng độ khác nhau. Polonium với độ sạch cao có thể thu được trong điều kiện mạ thông thường điện thế 0V. Với điện cực ngâm trong dung dịch axit HNO3 1,5M. Dùng dung dịch axit HCl điện phân thì phải cẩn thận vì điện cực anode bằng platinum dễ bị hòa tan sau khi lắng đọng polonium trên cathode. Người ta khắc phục bằng cách dùng graphit làm kiện cực anode. Dùng các dung dịch axit H2SO4, H3PO4, HClO4 để điện phân bị cản trở vì polonium có độ tan rất thấp trong môi trường axit này. Dùng axit HF làm môi trường điện phân thì polonium lắng động khá tốt. Dùng các loại axit hữu cơ trong quá trình mạ điện phân thì tiêu tốn thời gian mà chất lượng lớp mạ không tốt. 30 CHƯƠNG 3: HỆ ĐO ALPHA ANALYST 3.1. Tiện ích của hệ đo [1], [4] Như chúng ta đã biết, hạt alpha là hạt nặng mang điện dương, quãng chạy trong không khí rất ngắn nên việc khảo sát các vấn đề liên quan đến hạt alpha là rất khó khăn, đòi hỏi chúng ta phải có những phương pháp kỹ thuật tiên tiến và hiện đại từ những mẫu đo đến các trang thiết bị đều phải đạt tiêu chuẩn cho phép và chính xác thì mới có kết quả tốt theo ý muốn. Hệ đo Alpha Analyst là thiết bị đo hiện đại hiện nay do hãng Canberra sản xuất, giúp ta dễ dàng khảo sát các mẫu phóng xạ alpha, tiết kiện thời gian và cho kết quả chính xác. Tính chất hệ đo Alpha Analyst dùng đo hạt alpha trong miền năng lượng thấp (khoảng từ 3 đến 8 MeV) [21] nên nó phù hợp với các mẫu môi trường phát alpha. Các thao tác của quá trình đo, phân tích và xử lý, với việc đo bằng hệ đo Alpha Analyst chủ yếu được thực hiện trên phần mền ứng dụng Genie 2000 Alpha Analyst. Ngoài việc đưa mẫu vào hoặc lấy mẫu ra thì hệ đo này không có bất kì nút điều khiển nào khác và mẫu sau khi đã chuẩn bị tốt khi đưa vào hệ đo mẫu sẽ được bảo vệ tốt trong buồng chân không vì buồng đảm bảo số hạt alpha phát ra từ mẫu bằng với số hạt đến đầu dò. Nói chung hệ đo Alpha Analyst là thiết bị đo có hiệu suất cao khi đo alpha. Hình 3.1: Hệ đo Alpha Analyst tại Bộ môn Vật lý Hạt nhân – ĐH KHTN 31 Hình 3.2: Sơ đồ hệ đo Alpha Analyst 3.2. Buồng chân không (buồng đo) [4] Hệ đo Alpha Analyst được thiết kế để đo phổ alpha, do đó đòi hỏi giảm tối thiểu sự mất năng lượng của hạt alpha trong môi trường. Buồng đo chứa mẫu đo và detector, đồng thời có khả năng hút chân không rất tốt và nhanh (áp suất chân không có thể đạt tới giá trị nhỏ hơn 13,3 Pa). Khi đo có thể xem môi trường trong buồng đo gần như chân không hoàn toàn. Trong buồng chân không Hình 3.4 được thiết kế có các khe cách đều nhau. Với các khe cách đều, ta có thể thay đổi khoảng cách giữa mẫu đo và detector theo ý muốn, như thế ta có thể khảo sát mẫu với hệ đo Alpha Analyst theo khoảng cách để tìm ra vị trí nào của khe để mẫu phân tích cho kết quả tốt nhất. Hình 3.3: Máy hút chân không Hình 3.4: Buồng đo 32 3.3. Detector 3.3.1. Detector PIPS Vì hệ đo được dùng để đo hạt alpha (là hạt mang điện) nên đầu dò dùng là đầu dò bán dẫn silic. Trong hệ đo Alpha Analyst do hãng Canberra sản xuất, detector được sử dụng là detector PIPS, đây là sản phẩm công nghệ hiện đại. Đầu dò này đuợc dùng thay thế cho các đầu dò hàng rào mặt (SSB) và các đầu dò tiếp xúc khuếch tán (DJ), cả hai loại đều được chế tạo cùng một cách nhưng chúng được chế tạo vào những năm 1960. Hình 3.5: Đầu dò PIPS Nguyên tắc chế tạo đầu dò PIPS cũng tương tự như các đầu dò bán dẫn, nhưng có một số cải tiến để cho hiệu quả tốt hơn. Với đầu dò này mối nối p+n được chuẩn bị từ lớp silic mỏng, bề dày đặc trưng khoảng 300 µm, mỏng 50 nm. Để đầu dò hoạt động tốt người ta mới pha tạp chất nặng p+ trước mặt tiếp xúc. Sự tiếp xúc được tạo bằng cách nung , khắc axit và bằng cách nuôi cấy Bo năng lượng thấp. Ngoài ra còn có lớp n+ ở mặt sau của bản kim loại tiếp xúc với bản chính (xem Hình 3.6) [21]. 33 Hình 3.6: Cấu tạo đầu dò PIPS Lợi thế của đầu dò PIPS so với đầu dò SSB là dòng rò thấp và mỏng, của sổ vào đồng đều hơn (qua lớp p+). Đầu dò PIPS của Canberra được sử dụng trong hệ đo Alpha Analyst có một số ưu điểm sau:  Tất cả lề tiếp xúc bị dấu, không sử dụng chất bịt kín epoxy  Các tiếp xúc được nuôi cấy ion để hình thành tiếp xúc dốc đứng, mỏng, chính xác cho phổ alpha có độ phân giải năng lượng tốt  Cửa sổ vào ổn định và nhám, có thể được làm sạch dễ dàng và tin cậy  Dòng rò điển hình là 1/8 tới 1/1000 dòng rò của đầu dò SSB (đầu dò hàng rào mặt) và DJ (đầu dò tiếp xúc khuếch tán)  Độ dày lớp chết là bé hơn đầu dò SSB và DJ  Đầu dò chuẩn có thể nung tới 100oC  Nhạy với các hạt điện tích, đo hạt alpha có độ chính xác cao Không giống với đầu dò SSB có lề tiếp xúc được gắn bằng epoxy để đạt một số giới hạn ổn định, tất cả các tiếp xúc đầu dò PIPS được che kín trong lớp wafer silic. Đầu dò PIPS áp dụng kỹ thuật thích hợp để giảm tối thiểu độ dày cửa sổ trong khi vẫn giữ nguyên độ nhám, tin cậy và ổn định vốn có trong loại tiếp xúc này. Cửa sổ này không chỉ làm tốt khả năng phân giải điển hình như được đo thông thường, 34 mà còn cải tiến hơn tại khoảng cách đầu dò-nguồn, cần để đạt hiệu suất cao được yêu cầu đối với phổ alpha có độ phân giải năng lượng thấp. Bảng 3.1: Bề dày cửa sổ của đầu dò PIPS và SSB [21] Đầu dò Bề dày cửa sổ PIPS < 500 0 A SSB cửa vàng = 800 0 A SSB cửa nhôm > 2000 0 A 3.3.2. Đầu dò Alpha PIPS Đầu dò Alpha PIPS được tối ưu về khả năng phân giải năng lượng, độ nhạy cao và phổ alpha phông thấp. Cửa sổ mỏng của đầu dò PIPS cung cấp sự phân giải tăng cường với khoảng cách đầu dò-nguồn cần cho hiệu suất cao. Dòng rò thấp giúp làm giảm tối thiểu sự dịch đỉnh với thay đổi nhiệt độ. Các đầu dò Alpha PIPS có độ dày vùng hoạt cực tiểu lớn hơn 140 µm là đủ để hấp thụ toàn bộ các hạt alpha lên tới 15 MeV. Bề dày của vùng nghèo phụ thuộc điện thế áp dụng vào, vì thế điện thế cao thì bề dày tăng, có khả năng làm dừng hoàn toàn tất cả năng lượng hạt. Đối với hệ đo Alpha Analyst của Bộ môn Vật lý Hạt nhân đang khảo sát thì detector loại A1200 - 37AM là một trong số những đầu dò do hãng Canberra sản xuất được trình bày trong Bảng 3.2. 35 Bảng 3.2: Một số đầu dò Alpha PIPS của hãng Canberra sản xuất [21] Diện tích vùng hoạt (mm2) Khả năng phân giải (keV) Nền phông (số đếm/ngày) Mẫu 300 17 19 4 4 A300-17AM A300-19AM 450 18 20 6 6 A450-18AM A450-20AM 600 23 25 8 8 A600-23AM A600-25AM 900 25 30 12 12 A900-25AM A900-30AM 1200 30 37 16 16 A1200-30AM A1200-37AM Các thông số do nhà sản xuất cấp:  Diện tích vùng hoạt: 1200 mm2  Khả năng phân giải alpha: 37 keV  Điện thế phân cực yêu cầu: +40 V  Dòng rò (200 C): 12 nA  Độ sâu vùng nghèo tối thiểu: > 140 microns A 1200 - 37 AM Phân giải alpha (keV) Kiểu Diện tích hoạt động (mm2) 36  Thế phân cực cực đại (giới hạn): +100 V  Phông điển hình: 0,05 số đếm/giờ/cm2  Bán kính vùng hoạt động: 19,55 m 3.3.3. Hiệu suất đo [21] Về nguyên tắc, tất cả các detector sẽ cho xung ra khi có bức xạ tương tác với đầu dò. Đối với bức xạ là hạt alpha thì sự ion hóa hay kích thích nguyên tử sẽ xảy ra tức thời khi chúng đi vào thể tích hoạt động của detector. Sau khi hạt đi qua một quãng đường ngắn so với tầm của nó thì số cặp ion được hình thành trên đường đi của nó đủ lớn để đảm bảo được rằng xung tạo ra được ghi nhận. Hiệu suất ghi của detector sẽ phụ thuộc vào bản chất nguồn phát như kích thước nguồn, độ dày nguồn, hình dạng nguồn. Vì hạt alpha mất năng lượng trên đường đi do đó năng lượng đến đầu dò cũng sẽ mất mát, bên cạnh đó việc hút chân không trước khi đo cũng không đảm bảo đạt được môi trường chân không lý tưởng đây là những nguyên nhân dẫn đến hiệu suất ghi không thể đạt 100%. 3.4. Bộ tiền khuếch đại Chức năng bộ tiền khuếch đại là khuếch đại các tín hiệu yếu từ đầu dò và tải tín hiệu nhờ cáp nối tiền khuếch đại với bộ phận còn lại của hệ đo. Đồng thời tiền khuếch đại cũng bổ sung một lượng tạp âm nhỏ nhất có thể. Vì tín hiệu tiền khuếch đại là tương đối yếu, nên các tiền khuếch đại được lắp gần đầu dò để giảm thiểu độ dài cáp. Trong hệ đo Alpha Analyst, bộ tiền khuếch đại là loại bộ tiền khuếch đại nhạy điện tích (do hãng Canberra sản xuất), bao gồm hai loại được trình bày trong Bảng 3.3. Điện dung trong bộ tiền khuếch đại được thiết kế và tính toán thích hợp với ứng dụng của hệ đo. Với việc sử dụng tiền khuếch đại đầu dò bán dẫn 2004 là loại nhạy điện tích, thích hợp cho khuếch đại dùng trong đầu dò phát hiện hạt alpha, có những ưu điểm với đặc trưng cơ bản sau:  Lối vào đầu dò: tiếp nhận xung điện tích từ đầu dò bán dẫn  Lối kiểm tra: điện tích được nối với tiền khuếch đại tại 2,2 pC/V; inZ =93 MΩ 37  Lối vào cao thế: cho phép điện áp đầu dò tới ± 2000 V DC, đầu dò nối tiếp với trở điện áp 110 MΩ  Lối ra năng lượng: xung đuôi bị đảo, thời gian tăng, hằng số thời gian giảm 50 µs Bảng 3.3: Hai loại tiền khuếch đại hạt điện tích Si của hãng Canberra [21] Thế điện áp Tiền khuếch đại Tạp âm Độ nhạy điện tích hay năng lượng Khả năng tần số (điện tích hay năng lượng) Thời gian tăng 2000V 2003T/200BT < 2keV 20mV/MeV SI 2,3.105MeV/s < 5 5000V 2004 < 2,8keV 20mV/MeV SI 4,5.105MeV/s < 20 Tóm lại: Bộ tiền khuếch đại dùng trong hệ đo Alpha Analyst là tối ưu nhất cho việc phát hiện và phân tích phóng xạ hạt alpha. 3.5. Bộ khuếch đại Bộ khuếch đại phục vụ cho hai mục đích cơ bản: khuếch đại tín hiệu từ tiền khuếch đại và hình thành xung để có dạng thuận tiện cho việc xử lý tiếp theo. Trong cả hai trường hợp, bộ khuếch đại thường phải giữ những thông tin quan trọng như thông tin về thời gian hay thông tin về biên độ. Trong hệ đo Alpha Analyst, bộ khuếch đại được thiết kế với độ tối ưu có thể điều chỉnh hệ số khuếch đại trên một dải rộng. Đó là “những bộ khuếch đại hình thành dạng xung chuẩn Gauss”, vì dạng xung của nó gần với dạng của một đường cong Gauss. Do đó, bộ khuếch đại này có tỉ số tín hiệu trên tạp âm tốt hơn 17 - 19% so với loại khác. Đồng thời hình thành xung chuẩn Gauss giảm được độ rộng xung ra tại 0,1% của biên độ xung. Tại một hằng số thời gian, dạng xung Gauss có thể giảm độ rộng biên độ xung từ 22 đến 52% so với bộ lọc loại CR - RC. Nói chung bộ khuếch đại trong hệ đo Alpha Analyst đáp ứng tốt cho xử lý phổ của detector bán dẫn nói chung và detector PIPS nói riêng. Với tạp âm nhỏ, độ 38 rộng biên độ xung nhỏ, đảm bảo xung ra tốt và có thể điều chỉnh hệ số khuếch đại theo yêu cầu. 3.6. Bộ ADC (bộ biến đổi tương tự thành số) Bộ biến đổi tương tự thành số (Analog to Digital Coverter- ADC) đo biên độ cực đại của một xung tương tự và biến đổi giá trị đó thành mã số. Mã số tỉ lệ với biên độ tương tự tại lối vào ADC. Đối với các xung tới liên tiếp, mã số từ ADC được dẫn tới bộ nhớ dành riêng hoặc tới máy tính và phân loại bằng biểu đồ. Biểu đồ này biểu diễn phổ của biên độ xung vào. Với xung vào tới từ bộ khuếch đại phổ kế năng lượng alpha nên phổ tương ứng với phổ năng lượng được quan sát bằng đầu dò kèm theo. 3.7. Bộ phân tích biên độ đa kênh MCA Máy phân tích đa biên độ nhiều kênh MCA (Multi Channel Analyzer) bao gồm ADC, một bộ nhớ biểu đồ, bộ chỉ thị biểu đồ được ghi trong bộ nhớ. Mục đích của ADC là đo biên độ xung tương tự và biến đổi nó thành số. Lối ra số là biểu diễn tỷ lệ của biên độ tương tự lối vào ADC. Biểu đồ biểu hiện phổ biên độ xung lối vào. Các xung vào tới từ bộ khuếch đại phổ năng lượng nên biểu đồ tương ứng với phổ năng lượng được thu nhận bằng đầu dò. Trong hệ đo có sử dụng máy tính để chỉ thị phổ, sự kết hợp ADC và bộ nhớ biểu đồ được gọi là bộ đệm đa kênh (Multi Channel Buffer - MCB). Việc sử dụng vi xử lý trong cấu trúc cho phép MCA phân tích số liệu phức tạp và mạnh sao cho kết quả cuối cùng được chỉ thị và được in chính xác. Nói chung hệ đo Alpha Analyst được thiết kế với khả năng hút chân không tốt, detector nhạy với điện tích cho hiệu suất cao, hệ điện tử hoạt động tốt và ổn định nên có khả năng đo phóng xạ alpha độ chính xác và hiệu quả tốt nhất. 39 CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM 4.1. Giới thiệu về phân bón kích thích tăng trưởng [19] Các mẫu đã khảo sát là các dạng phân bón lá kích thích tăng trưởng được bán phổ biến trên thị trường Việt Nam. Trong những mẫu đó có tám mẫu dạng rắn và ba mẫu dạng lỏng. Thành phần có trong các mẫu bao gồm các chất đa lượng, trung lương và vi lượng Phân bón lá là loại phân bón có chứa các hợp chất dinh dưỡng hòa tan trong nước được phun lên lá để cây hấp thụ qua các biểu bì và khí khổng (lỗ khổng) của lá. Phân bón lá chỉ là một biện pháp bổ sung tức thời do nó đáp ứng nhanh và kịp thời nhu cầu của cây, cho thời gia thu hoạch nông sản nhanh làm tăng năng suất, phẩm chất và mẫu mã nông sản nhưng không thể thay thế cho phân bón trong đất. Phân bón lá gồm nhiều loại, bổ sung tất cả các chất dinh dưỡng cho cây, gồm các chất đa lượng (N, P, K), các chất trung lượng (Ca, Mg, S, Si) và các chất vi lượng (Cu, Zn, Mn, B, Fe, Mo). Phần lớn các phân bón lá hiện nay gồm hỗn hợp các chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng. Ngoài ra, người ta còn kết hợp sử dụng một số chất từ các hợp chất hữu cơ như amino acid, các loại vitamin, các humat và các oligosacarit được tách chiết từ rong biển, thủy phân từ nguồn thịt cá, thịt trùng, nhộng tằm, đầu tôm ngoài cung cấp chất dinh dưỡng cho cây một cách cân đối còn có tác dụng kích thích tăng trưởng, chống stress do thời tiết hay do ngộ độc và tăng sức chống bệnh cho cây. Lưu ý: Trong chất kích thích không có chất dinh dưỡng. Nếu muốn vừa kích thích vừa cung cấp chất dinh dưỡng thì phải dùng loại phân có chất kích thích hoặc pha chung phân bón lá với chất kích thích [18]. 4.2. Thực nghiệm 4.2.1. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất 4.2.1.1. Dụng cụ - Bếp điện - Cân điện tử 40 - Cốc, đũa thủy tinh,tô bằng sứ - Teflon, kẹp - Bút đo pH - Đĩa inox, đĩa đồng có đường kính 2,8cm - Đèn hồng ngoại - Khẩu trang hoạt tính, bao tay - Pipet loại 5-50µL, 10mL 4.2.1.2. Thiết bị - Máy khuấy từ gia nhiệt - Hệ phân tích Alpha Analyst có trong phòng thí nghiệm Bộ môn Vật lý Hạt nhân trường KHTN - Máy dập đĩa kim loại của Bộ môn Vật lý Hạt nhân trường KHTN 4.2.1.3. Hóa chất • Acetone (CH3COCH3) • EDTA (C10H16N2O8) • Ascorbic acid (C6H8O6) • Ammonium hydroxide (NH4OH) 0,5M • Hydrocloric acid (HCl) 0.5M • Bột KMnO4 • Bình phun sơn Acrylic màu trắng • Nước cất 4.2.2. Xác định nồng độ 226Ra trong mẫu phân bón lá kích thích tăng trưởng 4.2.2.1. Cách tạo đĩa MnO2 Chọn một tấm inox có bề dày 2mm. Dùng máy dập kim loại có tại Bộ môn Vật lý Hạt nhân - Trường Đại học KHTN, dập tấm kim loại để tạo ra đĩa kim loại có hình tròn, đường kính 28 mm. - Dùng dung dịch Acetone (CH3COCH3) rửa sạch bề mặt đĩa, sau đó dùng nước cất rửa sạch lại bề mặt đĩa rồi đem đi sấy khô bằng đèn hồng ngoại. 41 - Dùng bình sơn phun Acrylic màu trắng, lắc đều, phun một lớp mỏng lên bề mặt đĩa đồng, rồi đem sấy khô bằng đèn hồng ngoại trong khoảng thời gian từ 20- 30 phút. - Sau 20-30 phút lớp sơn trên bề mặt đĩa được sấy khô, tiếp tục phun một lớp sơn mỏng thứ hai lên trên lớp sơn mỏng thứ nhất để tạo độ phẳng cho bề mặt đĩa. Sau đó đem sấy khô bằng đèn hồng ngoại trong khoảng thời gian từ 25-35 phút. - Trong khoảng thời gian sấy khô đĩa đồng, chuẩn bị dung dịch KMnO4 0,1M bằng cách: cân 4,74g bột KMnO4 hòa tan vào 282 mL nước cất để tạo ra 300 mL dung dịch KMnO4 0,1M. - Ngâm các đĩa đã được phun sơn vào 300 mL dung dịch KMnO4 0,1M trong 3 giờ, điều chỉnh nhiệt dộ dung dịch từ 50-550C bằng bếp điện. - Nung nóng dung dịch KMnO4 0,1M ở nhiệt độ 50-550C sẽ tạo ra phản ứng nhiệt phân, phân hủy KMnO4 thành MnO2 theo phương trình (4.1) 2KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O2 (4.1) (Nâu đen) - Sau khoảng thời gian ngâm hơn 3 giờ, chúng ta có thể lấy đĩa ra, rửa nhẹ bằng nước cất. Để khô đĩa ngoài không khí khoảng 10-15 phút hoặc có thể sấy khô đĩa bằng đèn hồng ngoại. - Quan sát đĩa trước và sau khi ngâm ta thấy có sự khác biệt do trên đĩa sau ngâm có lớp MnO2 bám trên bề mặt đĩa. Hình 4.1: Đĩa trước khi ngâm KMnO4 Hình 4.2: Đĩa sau khi ngâm KMnO4 t= 50-550C 42 Sau khi tiến hành thí nghiệm nhiều lần thì đã tìm thấy những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ MnO2 trên đĩa: - Lớp sơn: Bám trên bề mặt đĩa phải đạt độ đồng đều nhất định và không được quá dày - Nhiệt độ: Khi ngâm đĩa trong dung dịch KMnO4 từ 50-550C. Nếu thấp hơn 500C thì lớp MnO4 bám trên bề mặt đĩa rất ít nên sẽ không có màu nâu đậm. Nếu ở nhiệt độ cao hơn 550C thì đĩa có màu đen và lớp sơn bám trên bề mặt đĩa sau quá trình chờ đĩa khô sau quá trình ngâm bị tróc. - Thời gian ngâm: Nếu đĩa ngâm trong thời gian ngắn sẽ không đủ thời gian để MnO2 lắng đọng trên bề mặt đĩa. Do đó, không tạo ra lớp MnO2 có bề dày cần thiết. - Nồng độ của dung dịch KMnO4 cần phải đạt 0,1M để đảm bảo khối lượng kết tủa MnO2 tạo ra lắng đọng trên bề mặt đĩa. 4.2.2.2. Quá trình hấp thụ 226Ra trên đĩa MnO2  Mẫu phân bón lá kích thích tăng trưởng dạng rắn Bước 1: Chuẩn bị mẫu - Cho 200mL nước cất vào cốc 250mL - Cho 1g mẫu phân bón lá kích thích tăng trưởng vào cốc - Thêm 0,1g EDTA vào cốc: Trong mẫu tồn tại nhiều đồng vị phóng xạ như uranium, thorium, plutoniumkhi cho EDTA vào nó phản ứng với các đồng vị phóng xạ tạo các phức bền, cô lập hoạt động của các ion kim loại giúp việc hấp thụ Ra trên đĩa MnO2 thuận lợi hơn. - Điều chỉnh độ pH của mẫu từ 7-7,5 bằng dung dịch NH4OH và dung dịch HCl 0,5M. Khi điều chỉnh độ pH trong mẫu bằng hóa chất thì cần phải khuấy đều mẫu trong vòng 20-30 phút. Bước 2: Khuấy mẫu ở nhiệt độ phòng bằng máy khuấy từ gia nhiệt - Dùng kẹp ống nghiệm, kẹp teflon có gắn đĩa MnO2 cho vào mẫu đã chuẩn bị ở bước một rồi quay mẫu trong khoảng thời gian 6 giờ bằng máy khuấy từ gia nhiệt như Hình 4.3. Điều chỉnh tốc độ quay phù hợp để tạo ra độ xoáy của dòng nước đập vào mặt đĩa MnO2 như Hình 4.4. 43 Hình 4.3: Khuấy từ ở nhiệt độ phòng Hình 4.4: Chiều quay của dung dịch Bước 3: Lấy đĩa sau khi khuấy - Sau khi quay 6 giờ, lấy đĩa MnO2 ra, sấy khô nhanh bằng đèn hồng ngoại ở nhiệt độ không vượt quá 600C. Chú ý: một mẫu khuấy hai lần nên phải lưu mẫu sau khi khuấy một lần và ở lần khuấy tiếp theo phải kiểm tra lại độ pH của mẫu và điều chỉnh sao cho độ pH vẫn nằm trong khoảng 7- 7,5. Bước 4: Đo mẫu sau khuấy bằng hệ đo Alpha Analyst trong thời gian 86400s. Chú ý: Để quá trình ion hóa hạt alpha với phần tử vật chất không xảy ra thì buồng đo phải được hút chân không trước khi đo mẫu. Phải đặt mẫu ở một ví trí cố định trên khe đo để đảm bảo kết quả đo thống nhất trong cùng khoảng cách.  Mẫu phân bón lá kích thích tăng trưởng dạng lỏng Bước 1: Chuẩn bị mẫu - Cho khoảng 180mL nước cất vào cốc 250mL - Cho khoảng 20mL mẫu phân bón lá - Thêm 0,1g EDTA - Điều chỉnh độ pH của mẫu từ 7-7,5 bằng dung dịch NH4OH và dung dịch HCl 0,5M Đĩa MnO2 Chiều quay Nam châm 44 Khi điều chỉnh độ pH trong mẫu bằng hóa chất thì cần phải khuấy đều mẫu trong vòng 20-30 phút Bước 2, 3, 4: Thực hiện như mẫu phân bón dạng rắn Chú ý: Để quá trình ion hóa hạt alpha với phần tử vật chất không xảy ra thì buồng đo phải được hút chân không trước khi đo mẫu. Phải đặt mẫu ở một ví trí cố định trên khe đo để đảm bảo kết quả đo thống nhất trong cùng khoảng cách. Hình 4.5: Buồng đặt đĩa MnO 2 Hình 4.6: Khay đặt đĩa MnO 2 Sử dụng 200mL nước cất hòa tan 1g mẫu hay 20mL dung dịch mẫu. Thêm 0,1g EDTA và điều chỉnh pH: 7-7,5 45 4.2.3. Xác định nồng độ 210Po trong mẫu phân bón lá kích thích tăng trưởng 4.2.3.1. Mẫu phân bón lá kích thích tăng trưởng dạng rắn Bước 1: Chuẩn bị mẫu - Cho 200mL nước cất vào cốc 250mL - Cho 1g mẫu phân bón lá vào cốc - Thêm 0,5g ascorbic acid: cô lập Fe3+ có trong mẫu vì ion này sẽ ảnh hưởng đến quá trình lắng đọng polonium trên đĩa - Điều chỉnh độ pH của mẫu từ 1-1,5 bằng dung dịch NH4OH và dung dịch HCl 0,5M. Khi điều chỉnh độ pH trong mẫu bằng hóa chất thì cần phải khuấy đều mẫu trong vòng 20-30 phút. Hình 4.7: Sơ đồ các bước thực hành hấp thụ 226Ra trên đĩa MnO2 46 Bước 2: Khuấy mẫu ở nhiệt độ 800C bằng máy khuấy từ gia nhiệt - Dùng kẹp ống nghiệm, kẹp đĩa Cu cho vào mẫu đã chuẩn bị ở bước một rồi quay mẫu trong khoảng thời gian 2 giờ bằng máy khuấy từ gia nhiệt như Hình 4.8. Điều chỉnh tốc độ quay phù hợp để tạo ra độ xoáy của dòng nước đập vào mặt đĩa Cu như Hình 4.9. Bước 3: Lấy đĩa sau khi khuấy Đem rửa và phơi đĩa khô trước khi đo, không phơi dưới đèn hồng ngoại vì nhiệt độ của đèn có thể làm bay hơi polonium bám trên bề mặt đĩa. Bước 4: Đo mẫu sau khuấy bằng hệ đo Alpha Analyst trong thời gian 86400s. 4.2.3.2. Mẫu phân bón lá kích thích tăng trưởng dạng lỏng Bước 1: Chuẩn bị mẫu - Cho 190mL nước cất vào cốc 250mL - Cho 10mL mẫu phân bón lá vào cốc - Thêm 0,5g ascorbic acid - Điều chỉnh độ pH của mẫu từ 1-1,5 bằng dung dịch NH4OH và dung dịch HCl 0,5M. Khi điều chỉnh độ pH trong mẫu bằng hóa chất thì cần phải khuấy đều mẫu trong vòng 20 - 30 phút Bước 2, 3, 4: Thực hiện như mẫu phân bón lá dạng rắn. Hình 4.8: Khấy mẫu ở t=800C Hình 4.9: Chiều quay của dung dịch Đĩa MnO2 Chiều quay Nam châm 47 Lưu ý: Một mẫu phân bón lá kích thích tăng trưởng dạng lỏng hay rắn đều được khuấy hai lần. Sơ đồ các bước thực hành thí nghiệm hấp thụ 210Po trên đĩa đồng (Cu) như Hình 4.10 4.3. Phương pháp tính toán số liệu thực nghiệm [4], [5], [12] 4.3.1. Xác định nồng độ 226Ra và 210Po trong mẫu phân bón lá dạng lỏng Nồng độ 226Ra và 210Po được tính toán thông qua công thức 4.2: 𝐴 = 𝑆 𝑡 ∗ 𝜀 ∗ fg ∗ 𝑉 ∗ f (4.2) Hình 4.10: Sơ đồ các bước thực hành hấp thụ 210Po trên đĩa đồng (Cu) Sử dụng 200mL nước cất hòa tan 1g mẫu hay 10mL dung dịch mẫu. Thêm 0,5g ascorbic acid và điều chỉnh pH: 1-1,5 Đặt đĩa đồng (Cu) trong mẫu đã chuẩn bị và quay trong 2 giờ bằng máy khấy từ Lấy đĩa ra khỏi dung dịch mẫu đem rửa và phơi khô Đo đĩa bằng hệ đo Alpha Analyst 48 Trong đó: A: Nồng độ 226 Ra và 210Po có trong một lít (Bq/L) t: Thời gian đo (s) ε: Hiệu suất ghi của detector fg: Hệ số hình học S: Diện tích đỉnh phổ V: Thể tích mẫu cần đo (L) f: Xác suất phát tia alpha Sai số được xác định như sau: 𝛥𝐴 = 𝐴 ∗ ���𝛥𝑆 𝑆 � 2 + �𝛥𝑉 𝑉 � 2 + �𝛥𝜀 𝜀 � 2 + �𝛥𝑡 𝑡 � 2 + �𝛥ff �2� (4.3) Trong đó: ∆A: Sai số nồng độ riêng của đồng vị phóng xạ ∆S: Sai số diện tích đỉnh tại các đỉnh năng lượng tương ứng ∆f: Sai số xác suất phát của tia alpha ∆t: Sai số thời gian đo ∆V: Sai số thể tích của đồng vị phóng xạ ∆ε: Sai số hiệu suất ghi của detector 4.3.2. Xác định nồng độ 226Ra và 210Po trong mẫu phân bón lá dạng rắn 𝐴 = 𝑆 𝑡 ∗ 𝜀 ∗ fg ∗ 𝑚 ∗ f (4.4) Trong đó: A: Nồng độ 226 Ra và 210Po có trong một kg (Bq/kg) t: Thời gian đo (s) ε : Hiệu suất ghi của detector fg: Hệ số hình học S: Diện tích đỉnh phổ m: Khối lượng mẫu Sai số được xác định như sau: 49 𝛥𝐴 = 𝐴 ∗ ���𝛥𝑆 𝑆 � 2 + �𝛥𝑚 𝑚 � 2 + �𝛥𝜀 𝜀 � 2 + �𝛥𝑡 𝑡 � 2 + �𝛥ff �2� (4.5) Trong đó: ∆A: Sai số nồng độ riêng của đồng vị phóng xạ ∆S: Sai số diện tích đỉnh tại các đỉnh năng lượng tương ứng ∆f: Sai số xác suất phát của tia alpha ∆t: Sai số thời gian đo ∆m: Sai số khối lượng mẫu Các giá trị fg, m, ɛ , V được cho bởi Bảng 4.1 Bảng 4.1: Các giá trị fg, m, ɛ , V [12] mRa 1,00 ± 0,01(g) ɛ 24,76 ± 0,83(%) VPo 10,00 ± 0,01(mL) mPo 1,0000 ± 0,0001(g) fg 0,2597 ± 0,0014 4.4. Kết quả thực nghiệm:  Kết quả nồng độ 226Ra ở trong mẫu phân bón lá dạng rắn được trình bày trong Bảng 4.2, mẫu phân bón lá dạng lỏng trong Bảng 4.3 Bảng 4.2: Nồng độ 226Ra ở trong mẫu phân bón lá dạng rắn Mẫu phân bón lá số Nồng độ (Bq/kg) 1 4,86 ± 0,95 2 10,98 ± 1,46 3 5,51 ± 0,62 50 4 7,69 ± 1,33 5 4,50 ± 0,91 6 8,55 ± 1,32 7 10,08 ± 1,39 Trung bình 7,45 ± 1,14 Bảng 4.3: Nồng độ 226Ra ở trong mẫu phân bón lá dạng lỏng Mẫu phân bón lá số Nồng độ (Bq/L) 9 0,19 ± 0,04 10 0,19 ± 0,04 11 0,57 ± 0,07 Trung bình 0,32 ± 0,05 • Nhận xét: Các kết quả ở Bảng 4.2 cho thấy các mẫu phân bón dạng rắn có nồng độ 226Ra dao động trong khoảng 4,50-10,98 (Bq/kg). Trong đó, mẫu số 2 có nồng độ phóng xạ cao nhất (10,98 ± 1,46 Bq/kg) và nồng độ của mẫu này cao gấp 1,5 lần so với nồng độ trung bình của bảy mẫu (7,45 ± 1,14 Bq/kg). Mẫu số 5 có nồng độ phóng xạ thấp nhất (4,50 ± 0,91 Bq/kg). Các kết quả ở Bảng 4.3 cho thấy các mẫu phân bón lá dạng lỏng có nồng độ 226Ra dao động trong khoảng 0,19-0,57 (Bq/L). Trong đó, mẫu số 11 có nồng độ phóng xạ cao nhất (0,57 ± 0,07 Bq/L) và nồng độ của mẫu này cao gấp 1,8 lần so với nồng độ trung bình của ba mẫu (0,32 ± 0,05 Bq/L). Mẫu số 9, 10 có nồng độ phóng xạ thấp (0,19 ± 0,04Bq/L).  Kết quả nồng độ 210Po ở trong mẫu phân bón lá dạng rắn được tình bày trong Bảng 4.4, mẫu phân bón lá dạng lỏng trong Bảng 4.5. Bảng 4.4: Nồng độ 210Po ở trong mẫu phân bón lá dạng rắn Mẫu phân bón lá số Nồng độ (Bq/kg) 51 1 9,54 ± 1,35 2 33,66 ± 2,71 3 0,82 ± 0,23 4 1,44 ± 0,51 5 41,94 ± 3,14 8 7,56 ± 1,19 Trung bình 15,83 ± 1,52 Bảng 4.5: Nồng độ 210Po ở trong mẫu phân bón lá dạng lỏng Mẫu phân bón lá số Nồng độ (Bq/L) 9 0,94 ± 0,13 10 1,31 ± 0,16 11 0,13 ± 0,05 Trung bình 0,79 ± 0,11 • Nhận xét: Các kết quả ở Bảng 4.4 cho thấy các mẫu phân bón lá dạng rắn có nồng độ 210Po dao động trong khoảng 0,82-41,94 (Bq/kg). Trong đó, mẫu số 5 có nồng độ phóng xạ cao nhất (41,94 ± 3,14 Bq/kg) và nồng độ của mẫu này cao gấp 2,65 lần so với nồng độ trung bình của sáu mẫu (15,83 ± 1,52Bq/kg). Mẫu số 3 có nồng độ phóng xạ thấp nhất (0,82 ± 0,23 Bq/kg). Các kết quả ở Bảng 4.5 cho thấy các mẫu phân bón lá dạng lỏng có nồng độ 210Po dao động trong khoảng 0,13-1,31 (Bq/L). Trong đó, mẫu số 10 có nồng độ phóng xạ cao nhất (1,31 ± 0,16Bq/L) và nồng độ của mẫu này cao gấp 1,66 lần so với nồng độ trung bình của ba mẫu (0,79 ± 0,11 Bq/L). Mẫu số 11 có nồng độ phóng xạ thấp nhất (0,13 ± 0,05 Bq/L). Ngoài ra, nồng độ phóng xạ trung bình trong các mẫu phân bón dạng lỏng của 226Ra (0,32 ± 0,05 Bq/L) thấp hơn so với 210Po (0,79 ± 0,11 Bq/L). 52 Số lượng mẫu phân bón dạng rắn mà ta dùng khảo sát nồng độ phóng xạ 226Ra tuy nhiều hơn so với số lượng mẫu dùng khảo sát 210Po (trong đó có năm mẫu giống nhau) nhưng nồng độ phóng xạ trung bình của226Ra vẫn thấp hơn so với nồng độ phóng xạ trung bình của 210Po . Nếu chỉ xét riêng năm mẫu phân bón dạng rắn vừa khảo sát 226Ra vừa khảo sát 210Po, thì nồng độ phóng xạ trung bình của 226Ra trong năm mẫu là 6,71 ± 1,05 (Bq/kg) thấp hơn so với nồng độ phóng xạ trung bình của 220Po là 17,48 ± 1,59 (Bq/kg). Số liệu trên cho thấy nồng độ phóng xạ trung bình của 210Po cao gấp 2,6 lần so với nồng độ phóng xạ trung bình của 226Ra. Ở Việt Nam, hiện nay chưa có tiêu chuẩn để đánh giá mức độ an toàn của nồng độ 226Ra và 210Po trong phân bón. Tuy nhiên, theo tạp chí bảo vệ môi trường thì giới hạn nồng độ 226Ra trong phân bón dạng rắn không được vượt quá 35 Bq/kg [13]. Như vậy hầu hết các mẫu phân bón dạng rắn đã khảo sát ở trên không vượt quá tiêu chuẩn quy định cho nồng độ 226Ra. Vì chưa có tiêu chuẩn cho nồng độ 226Ra có trong phân bón lá dạng lỏng cũng như 210Po trong phân bón lá dạng lỏng và dạng rắn nên số liệu thu được ở trên sẽ là nguồn tham khảo cho những nghiên cứu chuyên sâu sau này. Việc xác định mức độ phóng xạ trong phân bón lá có an toàn với người sử dụng hay không là một vấn đề cấp thiết, có ảnh hưởng không nhỏ đến sức khỏe con người. Các kết quả xác định nồng độ phóng xạ 226Ra và 210Po ở trên mang tính tham khảo. Vì vậy, chúng ta cần tiến hành nhiều thí nghiệm khác nhau để kiểm chứng lại mức độ chính xác của kết quả. Từ đó, ta có được số liệu đáng tin cậy để xây dựng nên một chuẩn phóng xạ an toàn trong phân bón. KẾT LUẬN Tổng kết đề tài: 53 Sau quá trình nghiên cứu lý thuyết và tiến hành thực nghiệm thì khóa luận đã hoàn thành và đạt được một số mục đích ban đầu mà khóa luận đặt ra: - Tìm hiểu lý thuyết về nguyên tố phóng xạ radium và polonium hỗ trợ quá trình làm thí nghiệm. - Tiếp cận với hệ đo Alpha Analyst  Về mặt lý thuyết: Tìm hiểu các bộ phận hệ đo.  Về thực hành: Sử dụng phần mềm Genie 2000 Alpha Acquisition & Analyst dùng trong phổ kế alpha. - Tiến hành các thao tác thực nghiệm như chuẩn bị dung dịch mẫu, chuẩn bị đĩa MnO2 hấp thụ 226Ra, quay mẫu bằng máy khuấy từ để lắng đọng đồng vị phóng xạ cần khảo sát 226Ra và 210Po. Trên điều kiện làm việc của phòng thí nghiệm thì tôi đã tiến hành khảo sát một số loại phân bón lá có mặt trên thị trường Việt Nam. Kết quả mà khóa luận đạt được là đã xác định nồng độ 226Ra và nồng độ 210Po trong phân bón lá dạng rắn-lỏng. Trong đó, nồng độ 226Ra trong phân bón lá dạng rắn không vượt tiêu chuẩn. Mong rằng, kết quả khảo sát trên sẽ trở thành tài liệu tham khảo có giá trị trong việc hoàn thiện quy trình xác định 226Ra và 210Po trong các mẫu phân bón lá nói riêng và mẫu môi trường nói chung. Hướng phát triển tiếp theo: Để khóa luận hoàn thiện thêm thì chúng ta cần phải nghiên cứu thêm một số vấn đề như: - Cần phải xác định 226Ra và 210Po trong các mẫu phân bón bằng nhiều phương pháp khác nhau để tăng độ tin cậy cho kết quả khảo sát. - Xác định các đồng vị phóng xạ khác có trong các mẫu phân bón từ đó xây dựng một chuẩn an toàn bức xạ cho phân bón đảm bảo sức khỏe con người. 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Lê Công Hảo, Nguyễn Đình Gẫm, Hồ Viết Sinh, Mai Văn Nhơn (2008), Khai thác và vận hành hệ phân tích Alpha Analyst với bộ mẫu chuẩn, Đại học khoa học tự nhiên- Đại Học Quốc Gia TP.HCM. [2] Mai Thị Vân Anh (2011), Phương pháp xác dịnh nồng độ Ra-226 trong nước, Đại học Sư phạm TP.HCM. [3] Đoàn Ngọc Hiền (2011), Đánh giá hoạt độ phóng xạ của của Po-210 trong một số mẫu thuốc lá bằng hệ đo tổng alpha, beta UMF2000, Đại học Sư phạm TP.HCM [4] Nguyễn Thanh Hiển (2012), Xác định nhanh hoạt độ Ra-226 bằng hệ đo Alpha Analyst, Đại học khoa học tự nhiên-Đại Học Quốc Gia TP.HCM. [5] Trương Thị Hồng Loan (2006), Các phương pháp thống kê đánh giá số liệu thực nghiệm, Đại học khoa học tự nhiên-Đại Học Quốc Gia TP.HCM. Tiếng Anh [6] Brigden, K.Stringer, R. & Santillo (2002), Heavy metal and radionuclide contamination of fertilizer products and phosphogypsum waste produced by The Lebanese Chemical Company,Lebanon, Greenpeace Research Laboratories, Department of Biological Sciences, University of Exeter, Exeter EX4 4PS, UK. [7] H.W. Kirby, Murrell L. Salutsky, W.R.Grace & Co (1964), The Radiochemistry of Radium, National Academy of Science – National Research Council, Wasington. [8] International atomic energy agency Vienna (2010), Analytical methodology for the determination of radium isotopes in environmental samples. [9] L.X. Cardoso, S.O. Souza, Fernanda C.L. Ferreira, Orlando C. Ferreira, Elenilson Barboza, Carlos E. Alhanati (2011), Determination of the Specific Activity of Soil and Fertilizers in Sergipe – Brazil, World Academy of Science, Engineering and Technology. 55 [10] M.A. Samad, M.I. ALI1, D. PAUL1 and S.M.A. Islam (2012), Assessment of radiological significance of the wastes generated from the triple super phosphate (TSP) fertilizer factory, Chittagong, Bangladesh, Department of Physics, Jahangirnagar University, Savar, Dhaka, Bangladesh. [11] P.E. Figgins (1961), The Radiochemistry of Polonium, National Academy of Science – National Research Council, Wasington. [12] Tran Nguyen Thuy Ngan (2012), Determination of Po-210 and Pb-210 activity concentrations in cigarettes produced in Viet Nam by alpha spectroscopy, Viet Nam national university-Ho Chi Minh city. [13] W. Boukhenfouf, A. Boucenna (2011), “The radioactivity measurements in soil and fertilizers using gamma spectrometry technique”, Journal of Environmental Radioactivity, (102), 336-339. Trang Web [14] [15] [16] [17] [18] [19] v%E1%BB%81-phan-bon/khai-niem-phan-bon-la.html [20] 813&folder_id=30&folder_type=2&postid=38&realpostid=38&search_key= &search_value=&startpos_list=1&list_type= [21] 13a/4785c535.dir/6.PDF 56 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Thống kê các mẫu phân bón lá kích thích tăng trưởng đã khảo sát: Mẫu phân bón số Tên phân bón Dạng Thông tin 1 BIMIX NITROPHOS Rắn Loại phân bón: Phân bón lá Nơi sản xuất: CTY CP Cây Trồng Bình Chánh Thành phần: 20-10-14 Công dụng: - Chuyên dùng cho rau ăn lá - Cho lá to, dày, xanh mượt 2 HVL Rắn Loại phân bón: Phân bón lá Nơi sản xuất:CTY TNHH MTV SX TM Hoa Vạn Lợi Thành phần: NPK: 38-5-0,25 Công dụng: - Sử dụng vào thời kỳ đầu sinh trưởng: bung rễ, bật mầm - Dùng cho rau màu 3 TĂNG TRƯỞNG MK4 BOLAS Rắn Loại phân bón: phân bón lá Tăng trưởng MK4 Nơi sản xuất: CTY TNHH TM-DV-SX Long Phú Thành phần: NPK: 2-1-1 Công dụng: - Chuyên dùng cho rau: thu hoạch nhanh-rau tươi lâu - Tăng lực cho rau màu, cây ăn lá, lấy 57 búp - Thúc đẩy phát triển nhanh và cân đối giữa thân và cành 4 HVP-1601WP Rắn Loại phân bón: Phân bón lá Nơi sản xuất: CTY CPDV KTNN TP.HCM Thành phần: NPK: 15-30-15 Công dụng: - Cho nhiều hoa, đồng loạt, đậu nhiều trái - Tăng sức đề kháng - Giúp bộ rễ phát triển mạnh 5 TL SMART 22.22.10.1+TE Rắn Loại phân bón: Phân bón lá Nơi phân phối: Tiến Nông Thành phần: NPK: 22-22-10 Công dụng: - Tăng khả năng đâm cành, đẻ nhánh, ra đọt non, cây non, trái non - Nuôi dưỡng lá, cho hạt to, bông bự, hạn chế vàng lá, héo rũ cây non - Chuyên dùng: cho cây ăn trái, cây công nghiệp, hoa kiểng, cây lúa và rau màu 6 HVP 1601WP Rắn Loại phân bón: Phân bón lá Nơi sản xuất: CTY CPDV KTNN TP.HCM Thành phần: NPK: 19-31-17 Công dụng: - Giúp phong lan cho nhiều mầm, kích thích ra hoa, màu sắc rực rỡ, lau tàn Loại phân bón: Phân bón hữu cơ 58 7 SEAWEED Rắn Nhà phân phối: CTY TNHH MTV BOLY Việt Nam Thành phần: NPK: 1,5-3-20 Công dụng: - Kích thích ra hoa, chắc hạt. - Tăng ra đọt và phát triển bộ rễ - Dùng cho cây công nghiệp, rau màu, cay ăn trái và hoa kiểng 8 HVP 1601 WP Rắn Loại phân bón: Phân bón lá Nơi sản xuất: CTY DV KTNN TP.HCM Thành phần: NPK:10-50-10 Công dụng: - Kích thích ra hoa nhiều ra đậu nhiều trái - Chống rụng hoa và trái, cho trái to, ngọt, đẹp và bảo quản được lâu - Dùng cho cây ăn trái, công nghiệp, rau màu và hoa kiểng 9 AC GABA CYTO Lỏng Loại phân bón: Phân bón lá Nơi sản xuất: CTY TNHH Hóa Sinh Á Châu Thành phần: NPK:2-2-1 Công dụng: - Tăng cường sinh trưởng - Kích thích ra hoa, rễ, giảm rụng hoa và trái, làm xanh lá - Dùng cho: lúa, bắp, dưa hấu, cà chua, rau, đậu, cây ăn trái Loại phân bón: Phân bón lá Nơi sản xuất: CTY CPDV KTNN TP.HCM 59 10 HUMAT HVP 401.N Lỏng Thành phần: NPK: 2-1-1 (axit humic, inert ingredients) Công dụng: - Kích thích ra rễ và hoa cho phong lan và các hoa kiểng khác 11 ROOT-PLEX Lỏng Loại phân bón: phân bón lá hữu cơ Nơi sản xuất: CTY TNHH Đạt Nông Thành phần: NPK: 0-1-5 Công dụng: - Kích thích ra mầm, rễ bung mạnh - Tăng sức đề kháng cho cây, cải tạo đất, giảm độc tố có hại cho cây - Dùng cho rau củ, cây công nghiệp, cây ăn quả và các loại hoa Lưu ý: - Từ mẫu số 1-8 là mẫu phân bón dạng rắn. - Từ mẫu số 9-11 là mẫu phân bón dạng lỏng. 60 Phụ lục 2: Bảng số liệu thu được khi xử lý phổ alpha bằng phần mềm Genie 2000 Alpha Acquisition & Analyst: Mẫu đo Ra số Diện tích đỉnh S Sai số tương đối của diện tích đỉnh:δS Sai số tuyệt đối của diện tích đỉnh: ΔS Thời gian đo mẫu t (s) 1 27 19,25% 5,1975 86400 2 61 12,80% 7,8080 86400 3 87 10,72% 9,3264 245655,15 4 35 16,90% 5,9150 70784,11 5 25 20,00% 5,0000 86400 6 44 15,08% 6,6352 80000 7 56 13,36% 7,4816 86400 9 26 19,61% 5,0986 85369,37 10 21 21,82% 4,5822 86400 11 63 12,60% 7,9380 86421,71 Mẫu đo Po số Diện tích đỉnh S Sai số tương đối của diện tích đỉnh:δS Sai số tuyệt đối của diện tích đỉnh: ΔS Thời gian đo mẫu t (s) 1 53 13,74% 7,2822 86400 2 187 7,31% 13,6340 86400 3 13 27,74% 3,6062 246806,03 4 8 35,36% 2,8288 86400 5 233 6,70% 15,6110 86400 8 42 15,43% 6,4806 86400 9 52 13,87% 7,2124 86400 10 73 11,70% 8,5410 86400 11 7 37,80% 2,6460 86400 61 Phụ lục 3: Hình ảnh phổ các mẫu đã khảo sát:  Phổ Ra gồm các mẫu số 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 11. Mẫu số 1 Mẫu số 2 Mẫu số 3 Mẫu số 4 226Ra 226Ra 226Ra 226Ra 62 Mẫu số 5 Mẫu số 6 Mẫu số 7 Mẫu số 9 226Ra 226Ra 226Ra 226Ra 63 Mẫu số 10 Mẫu số 11  Phổ Po gồm các mẫu số 1, 2, 3, 4, 5, 8, 9, 10, 11. Mẫu số 1 Mẫu số 2 Mẫu số 3 Mẫu số 4 1 2 3 4 5 6 7 8 0 2 4 6 8 10 12 14 16 N E(MeV) 210Po 1 2 3 4 5 6 7 8 0 2 4 6 8 10 12 14 16 N E(MeV) 210Po 1 2 3 4 5 6 7 8 0 5 10 15 20 25 30 N E(MeV) 210Po 1 2 3 4 5 6 7 8 0 2 4 6 8 10 12 14 16 N E(MeV) 210Po 226Ra 226Ra 64 Mẫu số 5 Mẫu số 8 Mẫu số 9 Mẫu số 10 Mẫu 11 1 2 3 4 5 6 7 8 0 2 4 6 8 10 12 14 16 N E(MeV) 210Po 1 2 3 4 5 6 7 8 0 2 4 6 8 10 12 14 16 N E(MeV) 210Po 1 2 3 4 5 6 7 8 0 2 4 6 8 10 12 14 16 N E(MeV) 210Po 1 2 3 4 5 6 7 8 0 2 4 6 8 10 12 14 16 N E(MeV) 210Po 1 2 3 4 5 6 7 8 0 2 4 6 8 10 12 14 16 N E(MeV) 210Po

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdftvefile_2013_09_09_8278284806_7504.pdf
Luận văn liên quan