TS. Nguyễn Thế Quỳnh - phát triển nhiều hướng nghiên cứu ứng dụng mới trong ngành khoa học vật liệu

Ngày: 30/09/2024 | 6661

Hơn 30 năm qua, TS. Nguyễn Thế Quỳnh và các cộng sự Viện Khoa học Vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (Viện Hàn lâm) đã dành tài sức và đam mê cho những nghiên cứu có gia trị thực tiễn quan trọng nhằm phát triển các loại phổ kể huỳnh quang tia X, đóng góp vào sự phát triển chung của ngành khoa học Vật liệu. Ông tập trung cải tiến các hệ máy phổ kế huỳnh quang tia X và xây dựng quy trình phân tích định lượng nhanh đồng thời nhiều thành phần trong vật liệu, ứng dụng thành công trong ngành chế tác trang sức và có nhiều triển vọng trong lĩnh vực công - nông nghiệp công nghệ cao.

TS. Nguyễn Thế Quỳnh sinh năm 1960, hiện là Nghiên cứu viện chính, nguyên Quyền Trưởng phòng Phát triển thiết bị và Phương pháp phân tích - Viện Khoa học vật liệu. Từ người lính Quân chủng Phòng không - Không quân, năm 1982 ra quân, ông tiếp tục học tập tại Khoa Vật lý Hạt nhân, Trường Đại học Tổng hợp Hà Nội và đạt học vị tiến sĩ năm 2007 chuyên ngành Vật lý nguyên tử và hạt nhân. Ngay từ những ngày đầu công tác tại Viện Khoa học vật liệu, ông và các cộng sự luôn theo đuổi hướng nghiên cứu chế tạo các loại đầu thu ghi nhận bức xạ hạt nhân và máy phổ kế huỳnh quang tia X dùng để phân tích hàm lượng các nguyên tố hóa học trong các loại vật liệu và hình thành một hướng nghiên cứu riêng về thiết kế chế tạo thiết bị và phương pháp phân tích chuyên dụng đồng hành cùng với sự phát triển của ngành vàng và một số lĩnh vực khác. Nhìn lại hơn 30 năm, TS Quỳnh chưa quên cơ duyên trở thành nhà khoa học với hướng nghiên cứu mà ông đam mê không ngừng nghỉ.

Nghiên cứu thắp lửa ngành chế tác trang sức

Phổ kế huỳnh quang tia X là thiết bị hiện đại để phân tích định tính và định lượng thành phần nguyên tố của vật liệu với nhiều ưu điểm như không đòi hỏi phải phá hủy mẫu, phân tích nhanh đồng thời nhiều nguyên tố, mẫu phân tích có thể ở nhiều dạng khác nhau: Kim loại, bột, lỏng, khí... vùng hàm lượng có thể đo được trải rộng từ vài phần triệu đến 100%, độ chính xác và lặp lại cao, chi phí vận hành thấp... Vì các ưu điểm đó mà các hệ máy và phương pháp phân tích được ứng dụng rất rộng rãi trên thế giới trong nhiều lĩnh vực. 

Ở Việt Nam, những năm 90 của thế kỷ XX, phổ kế huỳnh quang tia X là thiết bị phân tích hiện đại, đắt tiền, đầu thu ghi nhận tia X luôn phải làm lạnh bằng nitơ lỏng xuống âm 196 0C, thiết bị cồng kềnh, đòi hỏi môi trường làm việc đạt được các tiêu chuẩn cao. Nắm bắt công nghệ mới, ông và cộng sự đã thiết kế chế tạo máy phổ kế huỳnh quang tia X nội địa từ rất sớm. Năm 1989, nhóm nghiên cứu của ông đã phát triển thành công phương pháp phân tích hàm lượng vàng trong hợp kim 2 thành phần vàng - bạc trên máy phổ kế huỳnh quang tia X, model SDG - 88 - 2048 và được đưa ra thử nghiệm trên thị trường đúng thời kỳ đất nước đổi mới. Thời điểm này, ngành vàng mới bắt đầu được tự do kinh doanh và nhanh chóng tăng mạnh sức mua do gần 100 Quỹ tín dụng nhân dân bị “vỡ”, người dân đổ xô mua vàng tích trữ. Sự có mặt của các máy phổ kế huỳnh quang tia X và phương pháp phân tích chuyên dụng các kim loại quý dùng làm trang sức của nhóm tác giả đã góp phần quan trọng giúp thị trường vàng trong nước hoạt động minh bạch, giảm thiểu sự gian lận tuổi vàng, ổn định về chất lượng vàng trao đổi trên thị trường qua đó, quyền lợi của người tiêu dùng được đảm bảo tốt hơn. Sau hơn một năm thử nghiệm, khi Viện Đo lường Việt Nam (Tổng Cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng quốc gia) hiệu chuẩn máy huỳnh quang tia X, model SDG - 88 - 2048, bằng bộ mẫu chuẩn vàng quốc gia thì phương pháp phân tích của TS. Quỳnh và cộng sự đã được công nhận là phương pháp tốt nhất trong việc xác định hàm lượng vàng (tuổi vàng) trao đổi trên thị trường. Năm 2002, phương pháp phân tích đã được đưa vào tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7055:2002, xuất bản lần 1 “vàng và hợp kim vàng - phương pháp huỳnh quang tia X để xác định hàm lượng vàng”.

Không ngừng cải tiến công nghệ, TS. Nguyễn Thế Quỳnh và đồng nghiệp đã nghiên cứu thay thế nguồn kích thích mẫu là đồng vị phóng xạ 241Am bằng đèn phát tia X công xuất thấp 4W và cho ra đời các hệ máy có độ chính xác và an toàn bức xạ cao. Nhờ đó, năm 2013, từ phương pháp phân tích hàm lượng vàng, bạc trong hợp kim 2 thành phần ban đầu, nay đã mở rộng tính năng phân tích chính xác đồng thời hàm lượng nhiều thành phần (Pt, Au, Ag, Pd, Rh, Cd, Ni, Cu, Zn…) trong vàng ta, vàng trang sức, bạch kim trang sức, bạc trang sức và hội vàng (các hợp kim trung gian dùng pha vào vàng, bạch kim làm trang sức) với độ tin cậy cao. Phương pháp phân tích mới này giúp giải mã và kiểm soát công nghệ trên tất cả các công đoạn chế tác trang sức.

Trong những năm qua, TS Quỳnh luôn đồng hành cùng sự phát triển của các doanh nghiệp chế tác và kinh doanh trang sức, góp phần không nhỏ thúc đẩy sự phát triển ngành. Đáp lại những phấn đầu của ông và cộng sự, máy đo tuổi vàng dạng xách tay VietSpace - GT3000S đã đoạt được giải Nhì Giải thưởng “Sáng tạo Khoa học Công nghệ Việt Nam” - VIFOTEC năm 2011; Thiết bị phân tích nhanh thành phần các kim loại quý (vàng, bạc, bạch kim và hội vàng) kiểu GT3000S đã được tặng Cúp Vàng tại Hội chợ Quốc tế về Công nghệ “International Techmart Vietnam 2012”. Tính đến năm 2014, có gần 100 máy đo tuổi vàng của nhóm nghiên cứu đã và đang hoạt động tại hơn 30 tỉnh, thành phố trên cả nước. Năm 2015, nghiên cứu đã được Cục Sở hữu trí tuệ cấp bằng độc quyền giải pháp hữu ích số 1526: “Bộ mẫu chuẩn và phương pháp phân tích kim loại quý dùng làm trang sức”. Từ năm 2017 đến nay, nhóm đã nghiên cứu phát triển thành công loại phổ kế huỳnh quang tia X để bàn VietSpace model GT - 4500 thế hệ mới cho vàng, bạch kim và bạc trang sức. Hệ máy và phương pháp phân tích mới có độ chính xác cao hơn, cấu trúc gọn nhẹ, sử dụng đơn giản, thời gian phân tích nhanh, có chế độ bảo hành tốt, đã ứng dụng thành công cho nhiều cơ sở kinh doanh vàng, chế tác đồ trang sức trong cả nước, đạt tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7055:2014, xuất bản lần 2 “vàng và hợp kim vàng - phương pháp huỳnh quang tia X để xác định hàm lượng vàng”, tạo tiền đề cho các doanh nghiệp chế tác trang sức sản xuất các sản phẩm cao cấp.

TS. Quỳnh chia sẻ: Ngành trang sức đặc biệt là ngành chế tác bạc Việt Nam đang phát triển rất tốt và có nhiều triển vọng trong tương lai. Tuy nhiên, để đẩy mạnh sự phát triển của ngành, cần quản lý tốt hơn nữa. Đơn cử như việc sử dụng cadimi (2-3%) pha với bạc trong chế tác trang sức làm sản phẩm đẹp hơn đang rất phổ biến ở Việt Nam. Tuy nhiên, cadimi là một trong ba kim loại được coi là nguy hiểm nhất đối với cơ thể con người (hai thứ còn lại là chì và thủy ngân), bị cấm sử dụng trong chế tác trang sức ở các nước phát triển. Vì vậy, sản phẩm trang sức bạc nước ta rất khó xuất khẩu trên thị trường khó tính như Châu Âu. Ông hy vọng, nghiên cứu của ông và cộng sự Việt Khoa học vật liệu sẽ tiếp tục đóng góp cho sự phát triển bền vững của ngành chế tác trang sức Việt Nam.  

Phát triển phương pháp phân tích mới trong công nghiệp

Phổ kế huỳnh quang tia X cũng được sử dụng để phân tích định lượng các thành phần hóa học trong nguyên liệu trên các dây chuyền sản xuất công nghiệp vật liệu vô cơ, đặc biệt là ngành sản xuất xi măng. Từ thập niên 90 của thế kỷ trước, TS. Quỳnh cùng đồng nghiệp đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thế hệ máy mới để ứng dụng trong lĩnh vực khai thác và chế biến khoáng sản. 

TS. Quỳnh cho biết: Nhận thấy, máy phổ kế huỳnh quang tia X phân tách theo năng lượng nội địa chưa đạt được khả năng phân giải các vạch phổ tia X của các nguyên tố nhẹ tốt như loại phổ kế phân tách theo bước sóng nhập ngoại và tốc độ thu thập tia X cũng kém hơn. Trong khi, đây là 2 thông số chính quyết định đến cấp độ chính xác của phép phân tích hàm lượng các nguyên tố, nhất là các nguyên tố nhẹ như Si, Al, Mg. Do đó, các nhà máy xi măng công xuất lớn đều phải sử dụng máy phổ kế huỳnh quang tia X phân tách theo bước sóng độc quyền của một vài hãng lớn trên thế giới. Nắm bắt công nghệ mới, nhóm nghiên cứu đã quyết định bắt tay vào cải tiến thiết bị nội địa. Đến năm 2009, hệ phổ kế huỳnh quang tia X, sử dụng đầu thu tia X làm lạnh bằng điện và nguồn kích thích mẫu bằng đèn phát tia X, model XRF5006-HQ02 đã được chế tạo thành công đáp ứng yêu cầu thực tế. 

Tháng 4 năm 2014, thiết bị và phương pháp phân tích của nhóm tác giả đã được đưa vào nhà máy xi măng Bút Sơn, Kim Bảng, Hà Nam để thử nghiệm. Quá trình này được các chuyên gia công nghệ của nhà máy phân tích, đánh giá. Kết quả thử nghiệm cho thấy, về cơ bản, hệ máy và phương pháp đã đáp ứng được yêu cầu phân tích thành phần vật liệu cho công nghiệp sản xuất xi măng trong nước và kiến nghị một số cải tiến kỹ thuật để phù hợp hơn với dây chuyền sản xuất thực tế.

Tiếp đó, TS. Quỳnh và các đồng nghiệp đã cho ra đời một thế hệ máy mới ứng dụng trong lĩnh vực khai thác và chế biến khoáng sản. Đó là hệ máy kiểu XRF5006-HQ02, có cấu hình cao hơn với chương trình phân tích định lượng, có thể áp dụng cho nhiều loại vật liệu khác nhau như: quặng sắt Phú Yên, quặng ilmenit Thái Nguyên, bô xít Tây Nguyên, cao lanh, quặng chì kẽm... các vật liệu phế thải gây ô nhiễm môi trường từ các nhà máy như: hạt nix (từ các nhà máy sửa chữa tàu biển), bụi tro (từ các nhà máy nhiệt điện, nhà máy luyện thép)... Kết quả nghiên cứu mở ra hướng phát triển mới với năng lực tự chế tạo các dòng thiết bị phân tích hiện đại đáp ứng nhu cầu phát triển trong nhiều lĩnh vực như: Chế biến khoáng sản, xử lý chất thải rắn, phân tích chất lượng đất trồng trọt, khảo cổ… Sự chủ động từ khâu thiết kế, chế tạo thiết bị, chuyển giao quy trình phân tích, đào tạo cán bộ kỹ thuật, bảo hành sửa chữa của nhóm nghiên cứu đã tạo thêm niềm tin cho doanh nghiệp và hy vọng thiết bị sẽ được ứng dụng rộng rãi vào thực tế trong tương lại không xa.

Phát triển phương pháp phân tích mới trong nông nghiệp

Tiếp nối thành công, từ năm 2015, TS Quỳnh và cộng sự đã tiếp tục cải tiến, hoàn thiện thiết bị và phương pháp phân tích mới áp dụng trong lĩnh vực nông nghiệp. Năm 2020 -2024, thiết bị và quy trình phân tích huỳnh quang tia X mới chưa từng có trong các tiêu chuẩn quốc tế và quốc gia về thử nghiệm phân bón đã được ông và cộng sự ứng dụng thành công để phân tích phân bón vô cơ với đề tài: “Nghiên cứu phát triển phương pháp phân tích định lượng các chất dinh dưỡng trong phân bón hỗn hợp NPK bằng phương pháp huỳnh quang tia X và phương pháp hóa học” (mã số UDPTCN 02/20 - 22). Hệ phổ kế XRF VietSpace 5006 - 2020 có tốc độ thu thập tia X cao (250.000 xung/giây - gấp 5 lần trước khi nâng cấp), khắc phục những hạn chế của các phương pháp đánh giá chất lượng phân bón dựa vào kết quả thử nghiệm theo các tiêu chuẩn quốc gia đang sử dụng hiện nay tại các phòng thí nghiệm được chỉ định. Nghiên cứu đã được Cục Sở hữu trí tuệ cấp bằng độc quyền giải pháp hữu ích số 2787: “Phương pháp xác định hàm lượng phospho trong phân bón hỗn hợp NPK”.

Thiết bị và các phương pháp phân tích mới giúp các doanh nghiệp kịp thời kiểm tra chất lượng nguyên liệu để có số liệu tính toán, điều chỉnh phối liệu sản xuất và kiểm tra chất lượng từng công đoạn, bảo đảm sản phẩm phân bón sản xuất đạt mức chất lượng thiết kế. Nghiên cứu có thể áp dụng tại nhiều đơn vị có liên quan như: Chi cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng, Cục Quản lý thị trường các tỉnh nhằm thực hiện công tác quản lý nhà nước về chất lượng phân bón và các doanh nghiệp sản xuất, kinh doanh phân bón.

Để hệ máy và phương pháp phân tích phân bón mới được ứng dụng rộng rãi tại các tỉnh thành trong cả nước, cần sự cố gắng và đồng hành của nhiều đơn vị có liên quan. Bước tiếp theo sau dự án này, TS Quỳnh và cộng sự sẽ tiến hành đề xuất với Cục Bảo vệ thực vật và Viện Tiêu chuẩn Chất lượng Việt Nam (Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng Quốc gia) tiến hành thẩm định, để sớm chuyển quy trình phân tích phân bón mới thành tiêu chuẩn cơ sở của Viện Khoa học vật liệu và tiến tới được công nhận là tiêu chuẩn quốc gia.

Hơn 30 năm, hệ phổ kế huỳnh quang tia X và các phương pháp phân tích chuyên dụng đã góp phần quan trọng trong sự phát triển của công nghệ tinh luyện, chế tác vàng và hứa hẹn thúc đẩy hơn nữa trong lĩnh vực khai thác, chế biến khoàng sản, nông nghiệp hiện đang có nhiều kết quả khả quan. TS Quỳnh tin tưởng, hướng nghiên cứu mà ông và các đồng nghiệp đã dày công xây dựng sẽ tiếp tục được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực và trong tương lại không xa, đây sẽ là công nghệ gốc quan trọng trong tiến trình xây dựng kinh tế số, kinh tế xanh và kinh tế tuần hoàn.

Cơ sở khoa học và công nghệ là giá trị cốt lõi để phát triển kinh tế xã hội vì vậy, ông muốn lan tỏa đến thế hệ nghiên cứu trẻ để tiếp nối hướng nghiên cứu này, đóng góp nhiều hơn nữa cho khoa học và ứng dụng hiệu quả trong đời sống xã hội. Dù khó khăn, thử thách còn nhiều nhưng ông luôn cảm thấy thật may mắn khi được đào tạo và cống hiến cho ngành khoa học vật liệu với nhiều hướng nghiên cứu phát triển mới. Một lần nữa, chúc mừng và mong được nhìn thấy nhiều thành công hơn nữa của TS. Nguyễn Thế Quỳnh và cộng sự trong tương lai.

Tin: Chu Thị Ngân