ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN DUY SANG NGHIÊN CỨU BỘT ỚT ĐÃ CHIẾU XẠ GAMMA BẰNG CƠ CHẾ NHIỆT HUỲNH QUANG Ngành: Vật lý nguyên tử hạt nhân Mã số ngành: 62 44 05 01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Tp Hồ Chí Minh – Năm 2019 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đai học quốc gia Tp Hồ Chí Minh Người hướng dẫn khoa học: HDC: TS Trần Văn Hùng HDP: PGS TS Nguyễn Quốc Hiến Phản biện 1: PGS TS Đỗ Quang Bình Phản biện 2: PGS TS Nguyễn An Sơn Phản biện 3: TS Hờ Mạnh Dũng Phản biện độc lập 1: TS Hồng Sỹ Thân Phản biện độc lập 2: TS Nguyễn Tất Thắng Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp nhà nước họp vào hời………giờ………ngày………tháng………năm……… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tổng hợp Quốc gia Tp.HCM Thư viện Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên - HCM i MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN THỰC PHẨM ĐÃ CHIẾU XẠ 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1.2 Công nghệ xạ ứng dụng bảo quản thực phẩm 1.3 Phát thực phẩm chiếu xạ 1.4 Thiết bị nghiên cứu xác định thực phẩm chiếu xạ 1.5 Kết luận chương CHƯƠNG NHIỆT HUỲNH QUANG VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHÁT HIỆN THỰC PHẨM CHIẾU XẠ 2.1 Cơ chế nhiệt huỳnh quang 2.2 Các mô hình tượng nhiệt huỳnh quang 2.3 Ứng dụng nhiệt huỳnh quang phát thực phẩm chiếu xạ 2.4 Thực nghiệm xử lý mẫu bột ớt 2.5 Kết luận chương CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ XỬ LÝ PHỔ NHIỆT HUỲNH QUANG 10 3.1 Mô phân tích phổ nhiệt huỳnh quang 10 3.2 Các phương pháp xác định thông số bẫy 11 3.3 Xác định đặc trưng phổ nhiệt huỳnh quang 12 3.4 Ước lượng liều xạ mẫu 14 3.5 Kết luận chương 14 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU BỘT ỚT ĐÃ CHIẾU XẠ 15 4.1 Xác định đặc trưng phổ nhiệt huỳnh quang bột ớt 15 4.2 Xác định tính chiếu xạ mẫu dựa việc tái chiếu xạ 16 4.3 Xác định thông số động học bột ớt 18 4.4 Sự phù hợp phổ nhiệt huỳnh quang theo mơ hình động học 20 4.5 Kết luận chương 21 MỞ ĐẦU Bằng nhãn quan người phân biệt đâu mẫu thực phẩm chiếu xạ Nhu cầu phải có thủ tục pháp lý để khẳng định xác liệu thực phẩm chiếu xạ hay chưa thương mại hóa thực phẩm chiếu xạ Luận án thực với mục đích phát bột ớt chiếu xạ, đưa kết luận xác mức liều xạ đặc trưng phổ nhiệt huỳnh quang mẫu bột ớt, từ phương pháp nghiên cứu làm sở để ứng dụng cho loại thực phẩm khác Nghiên cứu góp phần tạo tâm lý an tâm người tiêu dùng thực phẩm chiếu xạ cho thấy thực phẩm chiếu xạ liều an toàn Đối tượng nghiên cứu luận án phổ nhiệt huỳnh quang bột ớt Phương pháp nghiên cứu luận án thực nghiệm kết hợp với mơ phân tích xử lý phổ nhiệt huỳnh quang bột ớt, phương pháp kiểm tra tính bão hòa, xác định số fading theo thời gian, ước lượng thời gian tồn phổ nhiệt huỳnh quang Bố cục luận án bao gồm: tổng quan phương pháp phát thực phẩm chiếu xạ, nhiệt huỳnh quang ứng dụng phát thực phẩm chiếu xạ, phương pháp phân tích xử lý phổ nhiệt huỳnh quang, kết nghiên cứu bột ớt chiếu xạ Các kết thu được công bố tạp chí uy tín ngồi nước Đặc biệt, có ba cơng trình cơng bố hai tạp chí quốc tế uy tín nằm danh mục SCIE Clarivate Analytics: tạp chí “Journal of Taibah University for Science” tạp chí “Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms” Bên cạnh việc công bố kết nghiên cứu tạp chí, kết thu q trình thực luận án báo cáo hội nghị CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN THỰC PHẨM ĐÃ CHIẾU XẠ 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1.1.1 Tình hình nghiên cứu giới Nhiệt huỳnh quang hay nhiệt phát quang (TL) xem phương pháp phát thực phẩm chiếu xạ Nó dựa thay đổi tính chất khống chất chứa bên thực phẩm bị chiếu xạ TL phát triển mạnh phương pháp ứng dụng nhiều lĩnh vực khác đo liều xạ bao gồm ứng dụng chữa bệnh, phác đồ điều trị bệnh nhân ung thư, xác định tuổi cổ vật khảo cổ địa chất, thăm dị khống sản, tìm kiếm quặng uranium, nghiên cứu thiên thạch mặt trời Các báo cáo nghiên cứu giới cho thấy tầm quan trọng việc phải xác định thực phẩm chiếu xạ Trước hết phân biệt mẫu thực phẩm chiếu xạ hay chưa, sau ước lượng liều xạ thông số đặc trưng phổ TL mẫu 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước Ở Việt Nam, phát thực phẩm chiếu xạ vấn đề chưa nghiên cứu Các phương pháp TL, quang phát quang, electron cộng hưởng chưa dùng để phát thực phẩm chiếu xạ Các thiết bị phục vụ cho phương pháp quang phát quang, electron cộng hưởng khơng dùng xác định thực phẩm Đối với phương pháp TL, nước ta có hệ đo nhiệt huỳnh quang (TLD) dùng để đo phổ TL 1.2 Công nghệ xạ ứng dụng bảo quản thực phẩm 1.2.1 Công nghệ xạ Nghiên cứu triển khai ứng dụng công nghệ xạ Việt Nam bắt đầu vào năm 1980 chủ yếu tiến hành Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt sở sử dụng lò phản ứng hạt nhân nguồn chiếu xạ gamma Năm 1999, trung tâm Nghiên cứu Triển khai Công nghệ Bức xạ TP HCM (Vinagamma) đưa vào hoạt động thiết bị chiếu xạ ng̀n Cobalt60 cơng nghiệp Kể từ xuất hàng loạt sở chiếu xạ khắp nước 1.2.2 Thực phẩm chiếu xạ gamma Thực phẩm chiếu xạ chứng minh lành tính mang lại lợi ích kinh tế - xã hội to lớn Thực phẩm chiếu xạ gamma công nghệ sử dụng lượng tia gamma để xử lý thực phẩm nhằm nâng cao chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm, nâng cao thời gian bảo quản thực phẩm, khử trùng, diệt khuẩn nhanh Cùng với sự phát triển nhanh chóng số lượng thiết bị chiếu xạ, sự chấp nhận ứng dụng công nghệ xạ, hàng loạt điều, luật, quy định có tính pháp lý nhà nước ban hành 1.3 Phát thực phẩm chiếu xạ 1.3.1 Các phương pháp phát thực phẩm chiếu xạ Việc kiểm soát thực phẩm chiếu xạ trở nên cần thiết mà chiếu xạ thực phẩm ngày ứng dụng thương mại hóa rộng rãi Trong thực tế, thật khó để đưa phương pháp phát thực phẩm chiếu xạ cách tối ưu Mỗi phương pháp phát thực phẩm dựa thay đổi mặt vật lý, hóa học sinh học mẫu thực phẩm 1.3.2 Lựa chọn phương pháp thực phẩm cho nghiên cứu Các phương pháp vật lý xác định thực phẩm chiếu xạ bao gồm phương pháp quang phát quang (PL), nhiệt huỳnh quang (TL) electron cộng hưởng (ESR) Tuy nhiên với điều kiện nước có hệ đo TLD phục vụ cho nghiên cứu phát thực phẩm chiếu xạ, phương pháp TL lựa chọn Phương pháp TL nguyên tắc áp dụng để xác định thực phẩm chiếu xạ loại thực phẩm có khống chất silicat tách Giới hạn phát độ ổn định phương pháp phụ thuộc vào số lượng chủng loại khoáng thu từ mẫu riêng lẻ dải nhiệt độ phổ TL chọn để phân tích Thực phẩm chọn đảm bảo nguyên tắc cho việc tách khoáng chất thực tốt 1.4 Thiết bị nghiên cứu xác định thực phẩm chiếu xạ 1.4.1 Thiết bị chiếu xạ gamma Nguồn xạ tạo lượng xạ ion hóa xuyên qua thực phẩm giúp cho thực phẩm bảo quản lâu Trong nghiên cứu, thiết bị sử dụng để chiếu xạ thực phẩm thiết bị SVST Co-60/B hoạt động theo kiểu hàng hoá xử lý di chuyển bao quanh nguồn cố định Cobalt-60 Thiết bị Hungary thiết kế chế tạo đặt Vinagamma 1.4.2 Hệ đo nhiệt huỳnh quang Hệ đo nhiệt huỳnh quang (TLD) kết việc ứng dụng phương pháp TL, thường dùng để xác định liều xạ định liều cá nhân, giám sát môi trườmg xác định liều y khoa Trong nghiên cứu phát thực phẩm chiếu xạ, hệ đo TLD sử dụng để phân biệt thực phẩm chiếu xạ hay chưa, ước lượng liều xạ thông số đặc trưng phổ TL mà hệ đo Sơ đờ bố trí hệ đo TLD cho Hình 1.1 Hình 1.1 Sơ đờ ngun lí hệ đo TLD Hệ đo TLD làm việc sự nung nóng vật liệu TL đo lượng ánh sáng phát từ xạ photon thông qua trình kích thích bẫy electron vùng cấm tinh thể Các mẫu khoáng đặt giá nung đun nóng thơng qua nhiệt điện Ánh sáng phát từ mẫu cho qua lọc sau cho qua ống nhân quang Ống nhân quang nơi chuyển đổi thông lượng ánh sáng phát từ mẫu sang tín hiệu electron Bên ống nhân quang, photon tương tác với âm cực quang, lượng từ photon âm cực quang hấp thụ chuyển đổi thành tín hiệu electron Ống nhân quang có dương cực phụ, sau khuếch đại khoảng dương cực phụ, electron bị hút dương cực ghi nhận thông qua máy đếm xung Phổ TL thu thông qua số đếm xung theo nhiệt độ 1.5 Kết luận chương Trong chương này, luận án trình bày tổng quan vấn đề liên quan đến TL, tình hình sử dụng công nghệ xạ nước giới, ứng dụng công nghệ xạ bảo quản thực phẩm Với nghiên cứu ban đầu cho thấy chiếu xạ thực phẩm phương pháp hữu ích tiết kiệm bảo quản thực phẩm Việc chiếu xạ liều giúp thực phẩm tươi, an toàn, tạo tâm lý an tâm người tiêu dùng thực phẩm chiếu xạ Luận án trình bày phương pháp chủ yếu để xác định thực phẩm chiếu xạ, lựa chọn phương pháp mẫu thực phẩm phù hợp, thiết bị cần thiết cho nghiên cứu Kết cho thấy, việc nghiên cứu phát thực phẩm chiếu xạ theo chế TL cần dựa sở tiêu chuẩn EN 1788 TCVN 7412 Trong hai yếu tố định sự thành cơng phương pháp bao gờm việc lựa chọn mẫu chứa khống chất tách phải có hệ đo TLD phù hợp CHƯƠNG NHIỆT HUỲNH QUANG VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHÁT HIỆN THỰC PHẨM CHIẾU XẠ 2.1 Cơ chế nhiệt huỳnh quang 2.1.1 Hiện tượng nhiệt huỳnh quang Nhiệt huỳnh quang hay nhiệt phát quang (TL) tượng phát ánh sáng từ vật liệu (bao gồm chất cách điện chất bán dẫn) nung nóng mà trước vật liệu chiếu xạ cách có chủ đích hay tình cờ xạ ion hóa Các yếu tố đảm bảo cho việc phát tín hiệu TL: vật liệu phải chất bán dẫn chất cách điện, kim loại khơng phát tín hiệu TL, vật liệu phải có thời gian để hấp thụ đủ lượng phơi chiếu xạ nung nóng để phát tín hiệu TL 2.1.2 Cơ chế đơn giản giải thích tượng nhiệt huỳnh quang Cơ chế đơn giản để giải thích tượng TL dựa lý thuyết vùng lượng mơ hình ngun tử lập, ngun tử chất bán dẫn chất cách điện có vùng hóa trị, vùng dẫn vùng cấm 2.2 Các mơ hình tượng nhiệt huỳnh quang Hiện tượng TL bắt nguồn từ sự dịch chuyển electron lỗ trống đến mức lượng tạo sự sai khác mặt cấu trúc tinh thể - khuyết tật vật liệu Hình 2.1 sơ đờ cấu trúc vùng lượng đơn giản mơ tả tượng TL Hình 2.1 Giản đồ vùng lượng mô tả tượng TL 2.2.1 Mơ hình bẫy tâm tái hợp Mơ hình đơn giản sử dụng nghiên cứu TL mơ hình có hai mức lượng bao gờm bẫy tâm tái hợp cịn gọi mơ hình hai mức (OTOR) mơ tả Hình 2.2 Các ký hiệu sử dụng mơ hình bao gờm: N tổng mật độ (cm-3), n mật độ electron bẫy (cm-3), n0 mật độ electron ban đầu bẫy (cm-3), nc mật độ hạt mang điện tự vùng dẫn (cm-3), h mật độ lỗ trống tâm tái hợp (cm-3), E lượng bẫy (eV), s tần số thoát (s-1), An hệ số bắt bẫy hay gọi xác suất tái bẫy (cm3s-1), Ah hệ số tái hợp tâm tái hợp hay gọi xác suất tái hợp (cm3 s-1), I cường độ phát TL Hình 2.2 Giản đờ lượng mơ tả mơ hình hai mức (OTOR) 2.2.2 Mơ hình động học bậc Mơ hình bậc (mơ hình Randall Wilkins) trường hợp riêng mơ hình OTOR (trong vùng cấm tồn loại tâm bắt tâm tái hợp) xảy xác suất tái bẫy không đáng kể so với xác suất tái hợp tức electron bị kích thích nhiệt khỏi tâm bắt chuyển lên vùng dẫn tái hợp với lỗ trống tâm tái hợp 2.2.3 Mơ hình động học bậc hai 11 Hình 3.2 Phổ TL mẫu KL1 3.2 Các phương pháp xác định thông số bẫy 3.2.1 Phân tích phổ TL cách lấy gia tăng ban đầu Garlick Gibson đưa phương pháp gia tăng ban đầu (IR) để xác định giá trị lượng bẫy Phương pháp IR dựa sở phổ TL giai đoạn gia tăng ban đầu đỉnh phát quang, cường độ TL tỷ lệ thuận với hàm mũ lượng bẫy theo dạng: ITL  exp(-E/kT) Đồ thị liên quan ln(ITL) 1/kT cho phép xác định giá trị lượng bẫy 3.2.2 Phân tích phổ TL cách lấy tồn đỉnh Phân tích phổ TL cách lấy tồn đỉnh (WGP) dựa cách tính diện tích phổ TL đỉnh Tích phân n(T) phổ TL khoảng nhiệt độ từ T0 đoạn đầu sự gia tăng nhiệt độ cuối Tf đường TL kết thúc chia cho tốc độ gia nhiệt cho giá trị n nhiệt độ T0 Đồ thị gồm ln(I /nb) 1/kT đường thẳng có hệ số góc −E Nếu biết trước bậc động học b tính giá trị lượng bẫy Khi b chưa biết vẽ số đường thẳng để chọn giá trị b cho hợp lý Ở đây, giá trị lượng tính tốn sau làm khớp theo dạng đường thẳng 3.2.3 Phân tích phổ nhiệt huỳnh quang dựa vào hình dạng đỉnh Phương pháp phân tích phổ TL dựa vào hình dạng đỉnh (PS) cịn có tên phương pháp Chen sử dụng để xác định thông số động học phổ TL Dựa vào việc cường độ TL tăng giảm quanh đỉnh phổ mà 12 theo Chen xác định thông số động học Phương pháp dựa nhiệt độ cực đại Tm, nhiệt độ ban đầu T1 nhiệt độ cuối T2 Hai giá trị T1 T2 lấy nửa cường độ TL cực đại Im 3.2.4 Phương pháp giải chập phổ nhiệt huỳnh quang Phương pháp giải chập (GCD) dùng phân tích phổ TL thực nghiệm Trong đó, hai giá trị đo từ thực nghiệm cường độ TL cực đại Im nhiệt độ cực đại Tm giải chập theo mơ hình động học 3.2.5 Sai số độ xác phép phân tích phổ TL Sai số giá trị lượng phép phân tích phổ TL liên quan đến sai số việc làm khớp phổ dạng đường thẳng cho bởi: n σ2E = {n−2 ∑i=1(yi − a − bxi )2 } ∑ x2i 2 n ∑ xi −(∑ xi ) (3.1) đó, n số số liệu có để làm khớp, a, b số đường thẳng cần làm khớp, độ lớn a giá trị lượng bẫy, (xi , yi ) số liệu tương ứng trục hồnh trục tung đờ thị cần làm khớp Khi σE sai số giá trị lượng bẫy Đối với phương pháp GCD, độ xác q trình giải chập phổ TL đánh giá qua hệ số FOM cho bởi: FOM = ∑p|yex −yfit | ∑p yfit (3.2) đó, yex cường độ TL thực nghiệm, yfit cường độ TL theo hàm động học cần giải chập Hệ số FOM nhỏ phổ TL giải chập gần với phổ thực nghiệm 3.3 Xác định đặc trưng phổ nhiệt huỳnh quang 3.3.1 Phương pháp xóa nhiệt Phương pháp xóa nhiệt cho phép xóa đỉnh phổ TL trước, đỉnh nằm nhiệt độ thấp Mẫu nâng lên đến nhiệt độ vượt nhiệt độ đỉnh Tm để làm trống hết bẫy đỉnh Sau làm lạnh nhanh mẫu, xóa nhiệt quét nhiệt lại từ đầu Bằng cách áp dụng cách xóa nhiệt 13 nêu cho đỉnh nằm nhiệt độ thấp lên đến nhiệt độ cao ta tìm nhiệt độ cho đỉnh 3.3.2 Kiểm tra tính bão hòa mẫu Để kiểm tra xem mẫu bão hòa hay chưa, phương pháp bán thực nghiệm dựa việc làm khớp phổ TL hai mô hình GOK OTOR đưa Để đưa kết luận tính bão hịa mẫu ứng với liều xạ tương ứng, tiến hành so sánh giá trị n0 N, hai giá trị khác nhiều có nghĩa mẫu chưa bão hịa Cịn hai giá trị n0 N gần mẫu đạt trạng thái bão hịa 3.3.2.1 Kiểm tra tính bão hịa mẫu mơ Mẫu bão hòa (GL1) chưa bão hòa (GL2) mơ tính tốn theo mơ hình OTOR Kết tính tốn cho thấy mẫu phù hợp với điều kiện mơ ban đầu 3.3.2.2 Tính bão hòa mẫu thực nghiệm Sử dụng phổ thực nghiệm TLD-100 từ dự án GLOCANIN để xác định tính bão hòa Kết sau giải chập phổ TL cho thấy, tất đỉnh cho tỷ số n0 /N gần 1, đỉnh phổ TL mẫu TLD-100 đạt trạng thái gần bão hòa 3.3.3 Hiện tượng suy giảm cường độ nhiệt huỳnh quang Hiện tượng suy giảm cường độ TL (gọi tắt fading) tượng mà cường độ đỉnh phổ TL giảm theo thời gian bảo quản tác động điều kiện môi trường bao gồm: nguồn xạ, nhiệt độ, ánh sáng, xạ vũ trụ thời gian bảo quản mẫu Chỉ số fading cho bởi:  p = − t ln( ) (3.3) 3.3.4 Ước lượng thời gian sống bẫy nhiệt huỳnh quang Trên thực tế, vật liệu sau tách khống khơng phải lúc đo phổ TL Các phổ TL tồn thời gian tín hiệu TL đo phổ TL Trong nghiên cứu TL, thời gian sống 14 (Lifetime) electron bẫy TL định việc phổ TL cịn đo hay không Singh and Gartia đưa phương pháp tính thời gian sống theo mơ hình động học bậc tổng quát (GOK): τ= exp( E ) kT (3.4) s(2−b) Sử dụng số liệu thực nghiệm mẫu TLD-100 dự án GLOCANIN Các giá trị bán thời gian sống đỉnh TL lớn Điều cho thấy, phổ TL hai mẫu TLD-100 tờn lâu qua nhiều năm 3.4 Ước lượng liều xạ mẫu Phương pháp gọi phương pháp thêm liều, sau chiếu xạ lần đầu, mẫu tách khoáng để lấy khoáng chất đo cường độ TL Mẫu sau chiếu xạ lần với mức liều xạ kGy, 1,5 kGy, kGy rồi lại xử lý tách khoáng lần để đo cường độ TL Hàm ước lượng có phương trình: TL(D) = a [1 − exp (− D+b )] c (3.5) Trong a, b c số ước lượng dựa việc làm khớp chương trình Origin, phương pháp đánh giá qua hệ số tin cậy R2 Hệ số gần việc ước lượng xác Giá trị b cho phép ước lượng liều D0 (TL=0 D = -b) 3.5 Kết luận chương Chương trình bày phương pháp phân tích xử lý phổ TL Phổ TL mô chương trình R gói thư viện TGCD Các phương pháp đưa bao gờm cách xóa nhiệt để tìm vị trí đỉnh phổ TL, sự bão hịa số fading, xác định thời gian thời gian sống, phương pháp thêm liều Thông qua phương pháp xử lý phổ bao gồm: IR, WGP, PS GCD để xác định thông số bẫy TL lượng bẫy, tần số thoát, bậc động học tỷ số tái hợp tái bẫy 15 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU BỘT ỚT ĐÃ CHIẾU XẠ 4.1 Xác định đặc trưng phổ nhiệt huỳnh quang bột ớt 4.1.1 Phân biệt mẫu bột ớt dựa vào vị trí đỉnh phổ TL Để phân biệt mẫu bột ớt qua chiếu xạ chưa chiếu xạ, mẫu bột ớt sau tách khoáng đo hệ đo TLD Kết cho thấy, cường độ TL tăng dần theo liều xạ, mẫu không chiếu xạ cường độ TL thấp, mẫu chiếu xạ cường độ TL cao (Hình 4.1) Hình 4.1 Phổ TL mẫu bột ớt chiếu xạ với liều xạ khác 4.1.2 Ước lượng thời gian tồn phổ TL mẫu bột ớt 4.1.2.1 Xác định số fading mẫu bột ớt Để khảo sát fading theo thời gian, mẫu bột ớt tách khống đo hệ đo TLD hai lần đo sau khoảng thời gian 15 ngày Chỉ số fading mẫu bột ớt tính theo mơ hình động học bậc kết cho Bảng 4.1 Bảng 4.1 Chỉ số fading theo thời gian bảo quản mẫu bột ớt Liều xạ (kGy) 15 ngày (số đếm) 2504 4173 4850 6108 7304 30 ngày (số đếm) 1980 3212 4184 4975 5923 Chỉ số fading 1,56 % 1,74 % 0,98 % 1,36 % 1,39 % 16 Kết sau 15 ngày, với mẫu bột ớt, cường độ TL giảm ít, số fading giảm khơng q 2%, cho thấy phổ TL mẫu bột ớt cịn đo điều kiện bảo quản thương mại kéo dài đến vài tháng 4.1.2.2 Xác định thời gian sống bẫy TL mẫu bột ớt Thời gian sống electron bẫy TL mẫu bột ớt theo mơ hình GOK tính tốn thơng qua thông số E, b, s Các giá trị thời gian sống mẫu bột ớt tính theo đơn vị giờ chuyển đổi qua đơn vị ngày để xác định thời gian cịn đo phổ TL theo đơn vị ngày Thời gian sống nhỏ mẫu bột ớt thuộc mẫu bột ớt chiếu xạ kGy bảo quản 30 ngày 3264 giờ tức khoảng 136 ngày (hơn 4,5 tháng) Như vậy, với mẫu bột ớt chiếu xạ, thời gian đo phổ TL kéo dài đến 4,5 tháng 4.1.3 Kết luận bão hòa mẫu bột ớt Các mẫu bột ớt chiếu xạ xác định tính bão hịa dựa chương trình R gói thư viện TGCD Các kết xác định tính bão hòa cho Bảng 4.2 Bảng 4.2 Kiểm tra tính bão hịa mẫu bột ớt Mẫu kGy kGy kGy kGy kGy Tỷ số n0 /N 0,45 0,51 0,62 0,85 0,91 Các kết cho thấy, tỷ số n0 /N chưa Do đó, mẫu bột ớt chiếu xạ với liều xạ lên đến kGy chưa đạt đến trạng thái bão hòa 4.2 Xác định tính chiếu xạ mẫu dựa việc tái chiếu xạ 4.2.1 Phân biệt mẫu bột ớt chiếu xạ Kết phân biệt mẫu bột ớt không chiếu xạ, chiếu xạ với liều xạ từ kGy trở lên cho Bảng 4.3 Trong đó, mẫu bột ớt phân biệt chiếu xạ đánh dấu (+), ngược lại mẫu bột ớt chưa chiếu xạ đánh dấu (-) 17 Bảng 4.3 Phân biệt mẫu bột ớt chiếu xạ phương pháp tỷ lệ Mẫu Liều xạ (kGy) TL1 TL2 (số đếm) (số đếm) TL1/TL2 Kết 91 2169 0,04 (-) 2 1669 2475 0,67 (+) 2346 2853 0,82 (+) 3604 3517 1,02 (+) 4801 4121 1,16 (+) Chưa biết 87 1425 0,06 (-) Chưa biết 4762 4899 0,97 (+) Kết cho thấy, việc sử dụng phương pháp tỷ lệ để phân biệt mẫu bột ớt chiếu xạ hay chưa chiếu xạ phù hợp Kết nghiên cứu tương đồng với nghiên cứu Elahi cộng sự 4.2.2 Ước lượng liều xạ mẫu bột ớt Dùng phương pháp ước lượng với mẫu bột ớt chiếu xạ với liều xạ kGy sau tái chiếu xạ mẫu kGy kGy, thu kết Hình 4.2 Kết cho thấy giá trị ước lượng liều xạ mẫu bột ớt 1,98 kGy, cho hệ số tin cậy R2=0,998 Vì vậy, kết luận mẫu bột ớt có liều xạ kGy Hình 4.2 Ước lượng mẫu bột ớt với liều xạ kGy 18 Thực phương pháp ước lượng với tất mẫu bột ớt chiếu xạ với liều xạ từ kGy trở lên mẫu bột ớt chưa biết trước liều xạ, kết cho Bảng 4.4 Bảng 4.4 Kết xác định liều xạ bột ớt Mẫu Liều thực (kGy) Liều ước lượng (kGy) R2 0,01 ± 0,03 0,996 2 1,98 ± 0,12 0,998 4,12 ± 0,14 0,998 5,81 ± 0,20 0,997 7,83 ± 0,19 0,995 Chưa biết 0,01 ± 0,11 0,996 Chưa biết 9,81 ± 0,16 0,997 Kết cho thấy, mẫu bột ớt ước lượng gần với liều xạ thực tế, hệ số tin cậy lớn 0,995 Việc ước lượng liều xạ cho mẫu rau thơm (oregano) D’Oca cộng sự cho Bảng 4.5 Kết ước lượng liều thu mẫu rau thơm tương tự mẫu bột ớt tức cho liều ước lượng gần với liều xạ thực tế chiếu lên mẫu Bảng 4.5 Kết xác định liều xạ D’Oca cộng sự Mẫu Liều thực (kGy) Liều ước lượng (kGy) TL1/TL2 0,082 0,10 0,5 0,37 0,88 1,5 1,56 3,2 2,10 3,9 4.3 Xác định thông số động học bột ớt 4.3.1 Năng lượng bẫy Phương pháp IR dùng để xác định giá trị lượng bẫy cho mẫu bột ớt chiếu xạ với liều chiếu khác từ kGy đến kGy 19 bảo quản sau 15 ngày 30 ngày sau chiếu xạ Các kết giá trị lượng bẫy E theo phương pháp IR tính tốn Bảng 4.6 Bảng 4.6 Các giá trị E mẫu bảo quản 15 ngày Mẫu Liều (kGy) Quãng nhiệt độ (oC) E (eV) Sai số (eV) R2 153-198 0,63398 0,02882 0,98975 2 141-175 0,90347 0,02093 0,99572 139-167 0,86679 0,01591 0,99698 128-162 0,85231 0,01019 0,99871 122-158 0,81479 0,02929 0,98976 Kết cho thấy, với mẫu bột ớt không chiếu xạ lượng bẫy nhỏ E = 0,66400 eV Với mẫu bột ớt chiếu xạ với liều xạ từ kGy trở lên, lượng bẫy có sự thay đổi, liều xạ kGy cho E = 0,92367 eV, liều xạ kGy cho E = 0,80916 eV Giá trị lượng bẫy mẫu không chiếu xạ mẫu chiếu xạ khác nhiều nên dùng để phân biệt mẫu bột ớt chiếu xạ Correcher cộng sự dùng phương pháp IR để xác định giá trị lượng bẫy mẫu hạt vừng chiếu xạ cho kết Bảng 4.7 Kết Correcher cộng sự mẫu hạt vừng tương đồng với kết nghiên cứu mẫu bột ớt tức lượng bẫy thay đổi mẫu bị chiếu xạ Bảng 4.7 Các giá trị E mẫu hạt vừng cho Correcher cộng sự Mẫu Liều xạ Bảo quản Quãng nhiệt E (eV) Sai số R2 (kGy) (giờ) độ (oC) - 154-176 0,68 0,03 0,989 10 500 140-160 0,82 0,02 0,997 10 1000 144-162 0,99 0,01 0,999 10 11000 154-180 1,05 0,01 0,999 5 11000 154-180 1,12 0,02 0,999 11000 154-180 1,14 0,01 0,997 (eV) 20 4.3.2 Tần số thoát electron bẫy Phương pháp PS dùng để tính tần số thoát electron bẫy TL mẫu bột ớt chiếu xạ kGy với thời gian bảo quản sau 15 ngày 30 ngày Giá trị s mẫu bảo quản 15 ngày 6,52 x 109 (s-1) so với giá trị s mẫu bảo quản 30 ngày 29,5 x 109 (s-1) Kết cho thấy, sau bảo quản, giá trị s tăng lên tức số eletron thoát bẫy TL đơn vị thời gian tăng Tuy nhiên, với kết giá trị s mẫu bột ớt kGy bảo quản 15 ngày 30 ngày khơng thể xác định thời gian bảo quản cho mẫu 4.3.3 Bậc động học Kết cho thấy giá trị bậc động học mẫu bột ớt liều xạ kGy thay đổi không nhiều, giá trị b mẫu bảo quản sau 15 ngày 1,859, bảo quản sau 30 ngày 1,902 Như vậy, bậc động học phổ TL mẫu bột ớt kGy không thay đổi phân tích với mơ hình GOK sau thời gian bảo quản 4.3.4 Tỷ số tái hợp tái bẫy Khi phân tích xử lý phổ TL mẫu bột ớt theo mơ hình OTOR, mẫu cần xác định tỷ số tái hợp tái bẫy R Tỷ số tái hợp tái bẫy R không lớn Kết cho thấy, giá trị R mẫu bột ớt theo thời gian bảo quản thay đổi không đáng kể Giá trị R mẫu bột ớt liều xạ kGy bảo quản sau 15 ngày 0,37 bảo quản sau 30 ngày 0,38 4.4 Sự phù hợp phổ nhiệt huỳnh quang theo mơ hình động học Kết cho thấy, theo mơ hình động học, giá trị lượng bẫy E có sự tương quan, bậc động học không thay đổi, giá trị tỷ số tái hợp tái bẫy R thay đổi không đáng kể Khi so sánh sự khác hai mơ hình GOK OTOR thơng số tần số electron bẫy TL mẫu bột ớt theo thời gian bảo quản mẫu liều xạ ln khác Tần số theo mơ hình GOK tần số theo mơ hình OTOR trường hợp mẫu bão hịa 21 Như vậy, khơng thể dựa vào tần số hai mơ hình để phân biệt mẫu chiếu xạ hay chưa xác định liều xạ cho mẫu bột ớt 4.5 Kết luận chương Trong chương này, luận án đạt kết việc xác định mẫu bột ớt chiếu xạ bao gồm đặc trưng phổ TL, phân biệt ước lượng liều xạ, xác định thông số động học, so sánh sự phù hợp phổ TL theo mơ hình động học Các đặc trưng mẫu bột ớt xác định bao gồm vị trí đỉnh phổ, ước lượng thời gian cịn đo phổ TL, kiểm tra sự bão hòa Khi khảo sát tính bão hịa mẫu bột ớt cho thấy mẫu bột ớt với mức liều xạ lên đến kGy chưa đạt đến trạng thái bão hòa Giá trị lượng bẫy TL dùng để phân biệt mẫu không chiếu xạ mẫu chiếu xạ Đối với tần số thoát electron bẫy TL, thơng số dùng để xác định tính bão hòa mẫu bột ớt Giá trị tần số theo hai mơ hình GOK OTOR điều kiện mẫu bão hòa Xét đến sự phù hợp phổ TL mẫu bột ớt theo mơ hình động học, kết cho thấy, hai mơ hình GOK OTOR sử dụng phân tích phổ TL 22 KẾT LUẬN CHUNG Luận án thực với mục đích phát bột ớt chiếu xạ, đưa kết luận mức liều xạ đặc trưng phổ TL mẫu bột ớt chiếu xạ Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, mơ phỏng, phân tích xử lý phổ TL bột ớt, kết hợp với phương pháp kiểm tra tính bão hòa, xác định số fading theo thời gian, ước lượng thời gian tồn phổ TL Dựa kết nghiên cứu, rút số kết luận chính sau: • Việc phát mẫu thực phẩm chiếu xạ phương pháp TL xem thực có tiêu chuẩn qui định cụ thể cho mẫu từ tách khoáng đo phổ TL Tuy nhiên, trình nghiên cứu thực tế, trở ngại lớn tìm kiếm mẫu thực phẩm phù hợp để tách khống đo phổ TL Thành cơng ban đầu việc tách khống đo phổ TL mẫu bột ớt đóng vai trị định đến kết phương pháp phát thực phẩm chiếu xạ Trong luận án này, mẫu bột ớt chọn để phát chiếu xạ xác định đặc trưng phổ TL Vị trí đỉnh phổ TL mẫu bột ớt nghiên cứu xác định với đỉnh nằm vị trí nhiệt độ cỡ 200 oC Kết tương đồng với nghiên cứu bột ớt Elahi cộng sự • Luận án đạt mục tiêu phân biệt mẫu bột ớt chiếu xạ dựa việc tái chiếu xạ Điều cần làm rõ với khoáng chất mẫu bột ớt kích nhiệt đo hệ đo TLD lần khơng lấy mẫu để tái chiếu xạ đo phổ TL lần Việc tái chiếu xạ thực lại mẫu tách khống trước phải mẫu chưa bị kích nhiệt Đây điều chưa nêu tiêu chuẩn qui định phát thực phẩm chiếu xạ • Các nghiên cứu phát thực phẩm giới phân biệt thực phẩm chiếu xạ mà ít ước lượng liều xạ chiếu lên mẫu thực phẩm Thực phẩm bảo quản phương pháp chiếu xạ 23 chứng minh phương pháp hiệu quả, an tồn tiết kiệm Việc khơng chiếu xạ chiếu xạ liều làm cho thực phẩm không cịn an tồn Từ đặt u cầu cho thực phẩm chiếu xạ muốn bảo quản tốt phải chiếu xạ liều qui định Do đó, phương pháp ước lượng liều xạ thực phẩm chiếu xạ có ý nghĩa quan trọng việc phát chiếu xạ, tạo niềm tin, sự an tâm người tiêu dùng thực phẩm chiếu xạ, mang lại lợi ích kinh tế thúc đẩy xã hội phát triển • Khi nghiên cứu phổ TL, việc nghiên cứu phổ biến thường xác định thông số động học bẫy TL mà chưa nghiên cứu cách xác định tính bão hịa mẫu thực phẩm Mẫu thực phẩm bị chiếu xạ liều dần đạt đến trạng thái bão hịa Kết luận án cho thấy mẫu bột ớt chiếu xạ với liều xạ lên đến kGy chưa bão hòa Việc xác định mẫu thực phẩm có bão hịa chưa xem điểm bật luận án • Một vấn đề phát thực phẩm chiếu xạ thời gian xử lý mẫu thực phẩm sau chiếu xạ trước đo phổ TL Những mẫu thực phẩm chiếu xạ sau tách khống khơng phải lúc đo phổ TL tín hiệu theo thời gian bảo quản Điều chưa đề cập đến tiêu chuẩn qui định phát thực phẩm chiếu xạ Luận án thời gian tờn phổ TL ước lượng thông qua thời gian sống bẫy TL Thông số mang nhiều ý nghĩa định thời gian cịn đo phổ TL Đây xem điểm luận án • Các mẫu thực phẩm sau thời gian bảo quản, cường độ TL bị suy giảm Đối với bột ớt sau khoảng thời gian 15 ngày, số fading suy giảm nhẹ nhỏ % Phổ TL mẫu bột ớt cịn đo sau khoảng thời gian kéo dài đến vài tháng Tuy nhiên, mẫu, sự suy giảm số fading khác bị ảnh hưởng nhiều yếu tố mơi 24 trường điều kiện thực nghiệm tách khống Kết cơng bố cơng trình [10],[11] phần danh mục nhóm tác giả • Các thơng số bẫy lượng bẫy, tần số thoát, bậc động học tỷ số tái hợp tái bẫy mẫu bột ớt tính tốn phương pháp IR, WGP, PS GCD Luận án cho thấy dùng lượng bẫy TL để phân biệt mẫu thực phẩm chiếu xạ Nghiên cứu Correcher cộng sự [18] cho thấy sự khác lượng bẫy mẫu thực phẩm chiếu xạ Kết cơng bố cơng trình [8] phần danh mục nhóm tác giả • Phổ TL thực nghiệm thu thường phức tạp bao gồm sự chồng chập nhiều đỉnh đơn Dựa gói thư viện TGCD chương trình R, luận án giải triệt để vấn đề liên quan đến giải chập tách đỉnh phổ TL Một điểm bật luận án cho thấy phổ TL mẫu bột ớt giải chập phù hợp với hai mơ hình GOK OTOR Kết cơng bố cơng trình [9] phần danh mục nhóm tác giả Vấn đề chiếu xạ thực phẩm phân biệt mẫu thực phẩm chiếu xạ hay chưa Qua nghiên cứu luận án, vấn đề không dừng lại việc phân biệt mẫu bột ớt chiếu xạ hay chưa mà cho phép ước lượng liều xạ mẫu bột ớt khác Những điểm luận án: mô giải chập phổ TL từ gói thư viện TGCD chương trình R, đưa phương pháp bán thực nghiệm xác định tính bão hịa mẫu mơ mẫu thực nghiệm, đưa thông số thời gian sống electron bẫy TL Hướng phát triển: cần nghiên cứu phương pháp quang phát quang, electron cộng hưởng để so sánh với phương pháp TL, kết có khảo sát mẫu bột ớt cần thêm nghiên cứu khác cho mẫu thực phẩm gia vị khác, nghiên cứu xác định thời gian sống bẫy TL theo mơ hình động học khác 25 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ [1] Nguyễn Duy Sang (2013), Nghiên cứu ứng dụng tượng nhiệt huỳnh quang việc xác định sản phẩm chiếu xạ Việt Nam, Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, 29, 105-110 [2] Nguyễn Duy Sang (2015), Đo phổ nhiệt huỳnh quang bột ớt với liều chiếu xạ khác nhau, Tạp chí Khoa học Trường Đại học Sư Phạm TP Hờ Chí Minh, (75), 62-70 [3] Nguyễn Duy Sang (2015), Nghiên cứu tách khoáng silicat từ bột ớt nhằm đo phổ nhiệt huỳnh quang, Tạp chí Khoa học Trường Đại học Huế, 11, 201206 [4] Nguyen Duy Sang, Tran Van Hung, Nguyen Quoc Hien, Cao Van Chung, and Nguyen Van Hung (2015), Dose assessment of gamma Co-60 irradiated chili powder by thermoluminescent technique, The 11th Regional Conference on Nuclear Science and Technology [5] Nguyễn Duy Sang (2016), Nghiên cứu ảnh hưởng chiếu xạ gamma đến giá trị lượng bẫy từ phổ nhiệt phát quang, Hội nghị chuyên ngành NHEP 2016 Vật lý hạt nhân, Vật lý Năng lượng cao vấn đề liên quan Hà Nội [6] Nguyễn Duy Sang (2016), Tính tốn thơng số động học từ phổ nhiệt huỳnh quang mẫu bột ớt chiếu xạ, Tạp chí Khoa học Trường Đại học Sư Phạm TP Hờ Chí Minh, 12(90), 31-38 [7] Nguyen Duy Sang (2016), Fitting thermoluminescence glow curves by using the R package TGCD to calculate the kinetic parameters of chilli powder samples, The 10th Scientific Conference University Of Science – VNUHCM, 184 [8] Nguyen Duy Sang (2016), Study of the effect of gamma-irradiation on the activation energy value from the thermoluminescence glow curve, Journal of Taibah University for Science, 11(6), 1221-1225 [9] Nguyen Duy Sang, Tran Van Hung, Nguyen Quoc Hien and Nguyen Van Hung (2017), Using the computerized glow curve deconvolution method and the R package TGCD to determination of thermoluminescence kinetic parameters of chilli powder samples by GOK model and OTOR one, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 394, 113-120, [10] Nguyen Duy Sang, Tran Van Hung, Nguyen Quoc Hien and Nguyen Van Hung (2017), Estimate lifetime of thermoluminescence traps in GOK model of chilli powder samples by using the R package TGCD, Journal of Science and Technology Development VNU-HCM, 20, 74-78 [11] Nguyen Duy Sang, Tran Van Hung, Nguyen Quoc Hien and Nguyen Van Hung (2018), Determine dose-saturation level from thermoluminescence curves by the GOK and OTOR models, Journal of Taibah University for Science, 12(6), 846-851