Tiểu luận Phân tích phổ hấp thụ nguyên tử

nguồn nuôi là năng lượng cảm ứng điện từ với hai tần số khác nhau nên đèn EDL cũng được chia thành hai loại:  Đèn EDL sóng ngắn, nguồn nuôi tần số 450 MHz,  Đèn EDL sóng rađio, nguồn nuôi tần số sóng rađio 27,12 MHz. Cường độ vạch phổ và vùng tuyến tính của As-193,7 và Se-196,1 đối với hai loại đèn HCL và EDL. Khi đèn làm việc, dưới tác dụng của năng lượng cao tần cảm ứng đèn được nung nóng đỏ, kim loại hay muối kim loại trong đèn được hóa hơi và bị nguyên tử hóa. Các nguyên tử tự do được sinh ra đó sẽ bị kích thích và phát ra phổ phát xạ của nó trong điều kiện khí kém dưới tác dụng nhiệt khi đèn làm việc. Đó chính là phổ vạch của kim loại chứa trong đèn EDL. Ngoài ưu điểm về độ nhạy và giới hạn phát hiện, đèn EDL của các á kim hay bán á kim thường có độ bền cao hơn đèn HCL. Đồng thời vùng tuyến tính của phép đo một nguyên tố khi dùng đèn EDL thường rộng hơn so với việc dùng đèn HCL . 23 Ngày nay các hãng sản xuất máy đo phổ hấp thụ nguyên tử đã sản xuất được đến 30 loại đèn EDL cho 30 nguyên tố. Nhưng tốt và được dùng nhiều chỉ có 12 nguyên tố á kim và bán á kim là As, Bi, Cd, Hg, P, Pb, Se, Sn, Te, TI và Zn. Các đèn EDL của các nguyên tố này đều đã có bán theo các máy của hãng. Những đèn EDL của các nguyên tố khác còn lại ít được sử dụng, vì nó không ưu việt hơn đèn HCL, mà giá thành lại đắt hơn. Ngoài đèn catot rỗng và đèn phóng điện không điện cực, người ta cũng đã chế tạo ra được nhiều loại đèn phát tia bức xạ đơn sắc của các nguyên tố, như đèn catot rỗng cường độ cao (trình intensity cmiss Ion lamp - HIEL), đèn gradient nhiệt độ (controlled temperature-gradient lamp - CTGL), đèn phóng điện có độ chói sáng cao (glow-discharge lamp - GDL). Các loại kiện này có ưu điểm hơn đèn HCL một chút về độ nhạy, về vùng tuyến tính, về giới hạn phát hiện. Nhưng các đèn loại này lại khó chế tạo và đắt tiền, mặt khác lại kém bền vững. Vì thế nó ít được dùng và không được bán ngoài thị trường, chủ yếu chỉ được đùng trong nghiên cứu lí thuyết về phổ. 1.4.2.1.3. Đèn phổ liên tục có biến điệu: Trong khoảng vài năm lại đây, một loại nguồn phát xạ phổ liên tục cũng được dùng làm nguồn phát bức xạ cộng hưởng cho phép đo AAS. Đó là đèn hydrogen nặng (D2- lamp), các đèn xenon áp suất cao (Xe-lamp), các đèn hoạt của kim loại W. Đó là các loại đèn phát phổ liên tục trong vùng tử ngoại và vùng khả kiến (UV-VIS). Các tác giả Fassel, Ivanop, Gibson, Mc Gê, Winerfordner là những người đầu tiên đã nghiên cứu và sử dụng các loại đèn này làm nguồn phát bức xạ cộng hưởng cho phép đo AAS. Đèn này tuy phát ra phổ liên tục, nhưng nhờ hệ thống biến điệu và hệ lọc giao thoa, nên chùm sáng phát xạ đó đã bị biến điệu và lượng tử hóa thành chùm sáng không liên tục có phổ dạng răng cưa, mỗi răng cưa cách nhau 0,2 nm, nên mỗi răng cưa đó được coi như là 1 tia đơn sắc hệ máy đo phổ hấp thụ nguyên tử dùng nguồn sáng bức xạ liên tục. 24 Trong đó nguồn sáng được đặt trước hệ thống biến điệu và bộ lọc giao thoa. Chùm sáng này khi đi qua hệ thống biến điệu và bộ lọc giao thoa sẽ bị biến điệu theo những độ dài sóng nhất định dao động với biên độ như nhau. Sau đó cũng được chiếu vào môi trường hấp thụ là ngọn lửa hay cuvet graphit. Các nguyên tử tự do trong môi trường hấp thụ sẽ hấp thụ một phần năng lượng của chùm sáng ứng với một dải biến điệu ∆λ của vùng phổ. Phần còn lại sẽ đi vào bộ đơn sắc và detector để phát hiện và đo cường độ sau khi qua bộ khuyếch đại băng sóng theo dải phổ của đèn để nắn lại tần số. Tiếp đó cường độ vạch phổ hấp thụ cũng được đo và chỉ thị theo các cách đã biết, như hiện số digital, ghi pic trên recorder, hay dùng printer in lên băng giấy. Nguồn phát phổ liên tục có ưu điểm là dễ chế tạo, rẻ tiền và có độ bền tương đối cao, vì chỉ cần một đèn đã có thể thực hiện được phép đo AAS đối với nhiều nguyên tố trong một vùng phổ UY hay VIS. Do đó nó rất ưu việt đối với các máy phổ hấp thụ nhiều kênh và xác định đồng thời hay liên tiếp nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu phân tích, mà không phải thay đèn HCL cho việc đo phổ mỗi nguyên tố. Với đèn này, vùng tuyến tính rộng, lại không có hiện tượng tự hấp thụ riêng (tự đảo). Song về độ đơn sắc và độ chọn lọc hay độ nhạy, thì nói chung trong nhiều trường hợp còn kém các đèn HCL hay đèn EDL nhưng lại ưu việt và dễ dàng đối với quá trình phân tích tự động hàng loạt trong các máy đo phổ hấp thụ nhiều kênh. Chính vì thế mà trong khoảng năm năm lại đây các loại đèn phổ liên tục đã được phát triển, cải tiến và đã bắt đầu được sử dụng rất nhiều trong phép đo AAS và nhiều hệ thống máy đo phổ hấp thụ với nguồn phát phổ liên tục cũng đã được bán trên thị trường thế giới. 1.4.2.1.4. Các loại nguồn đơn sắc khác : Ngoài ba loại nguồn phát bức xạ đơn sắc chủ yếu đã được trình bày ở trên, trong phép đo phổ hấp thụ nguyên tử, người ta cũng sử dụng một vài loại nguồn phát tia bức xạ đơn sắc khác nữa như đèn catot rỗng có độ dọi cao, ống phát xạ đặc biệt, tia laze. Nhưng những loại này chỉ chủ yếu dùng trong nghiên cứu lí thuyết vật lí. 1.4.2.2. Hệ thống nguyên tử hóa mẫu : 25 Để nguyên tử hóa mẫu, trong phép đo phổ hấp thụ nguyên tử người ta thường dùng hai kĩ thuật khác nhau. Đó là kĩ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa của đèn khí và kĩ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa. Ứng với hai kĩ thuật nguyên tử hóa đó có hai loại dụng cụ để nguyên tử hóa mẫu. • Hệ thống nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn lửa gồm hai phần chính: + Buồng aerosol hóa (Nebulizer system), tạo thể sợi khí mẫu, + Đèn nguyên tử hóa mẫu (burner head). Khí để tạo ra ngọn lửa nguyên tử hóa mẫu thường hay được dùng là hỗn hợp của 2 chất khí (1 chất oxy hóa và 1 chất cháy), ví dụ như hỗn hợp không khí nén với axetylen hay khí N2O với khí axetylen. Đôi khi cũng dùng hỗn hợp của khí hydro với axetylen hay không khí và khí propan. • Hệ thống nguyên tử hóa không ngọn lửa. Hệ thống này gồm ba phần chính là: + Cuvet graphit hay thuyền Ta để chứa mẫu, để nguyên tử hóa. + Nguồn năng lượng để nung cuvet hay thuyền Ta. + Bộ điều khiển để thực hiện việc nguyên tử hóa mẫu theo các giai đoạn của một chương trình phù hợp. Muốn thực hiện phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (F-AAS), trước hết phải chuẩn bị mẫu phân tích ở trạng thái dung dịch. Sau đó dẫn dung dịch mẫu vào ngọn lửa đèn khí để hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu phân tích và thực hiện phép đo. Quá trình nguyên tử hóa trong ngọn lửa gồm hai bước kế tiếp nhau. Bước một là chuyển dung dịch mẫu phân tích thành thể các hạt nhỏ như sương mù trộn đều với khí mang và khí cháy. Đó là các hạt sol khí (thể aerosol). Quá trình này được gọi là quá trình aerosol hóa hay nebulize hóa. Kĩ thuật thực hiện quá trình này và hiệu suất của nó ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả của phép đo AAS. 26 Sau đó dẫn hỗn hợp aerosol cùng hỗn hợp khí đốt vào đèn (burner head) để nguyên tử hóa. Khí mang là một trong hai khí để đốt cháy tạo ra ngọn lửa. Thông thường người ta hay dùng khí oxy hóa (không khí nén hay khí N2O). Hai giai đoạn trên được thực hiện bằng một hệ thống trang bị nguyên tử hóa mẫu . Hệ thống này gọi là Nebulizer System, gồm hai phần chính:  Đèn nguyên tử hóa mẫu (burner head). Các đèn này thường có hai dạng khác nhau, hoặc hình tròn có nhiều lỗ hay hình một khe hẹp có độ rộng từ 0,5 - 1,0 mm và chiều dài 5 cm hay 10 cm. Loại khe dài 10 cm cho hỗn hợp khí đốt axetylen và không khí nén; loại khe dài 5 cm là cho hỗn hợp khí đốt axetylen và khí N2O Còn loại miệng tròn chỉ thích hợp cho phép đo phổ phát xạ.  Buồng aerosol hóa mẫu. Đó là buồng để điều chế các hạt sol khí của mẫu với khí mang. Để thực hiện công việc này người ta áp dụng hai kĩ thuật theo nguyên lí khác nhau. Đó là kĩ thuật pneumatic-mao dẫn (phun khí) và kĩ thuật ultrasonic (siêu nm). Do đó cũng có hai loại hệ trang bị khác nhau để điều chế sol khí của mẫu. a. Aerosol hóa mẫu theo kĩ thuật pneumatic-mao dẫn. 27 Theo cách này người ta dùng hệ thống nebulize và khí mang để tạo ra thể sợi khí của mẫu phân tích nhờ hiện tượng mao dẫn . Trước hết nhờ ống mao dẫn S và dòng khí mang K mà dung dịch mẫu được dẫn vào buồng aerosol hóa. Trong buồng này, dung dịch mẫu được đánh tung thành thể bụi (các hạt rất nhỏ) nhờ quả bi E và cánh quạt Q, rồi được trộn đều với hỗn hợp khí đốt và được dẫn lên đèn nguyên tử hóa (burner head). Khi hỗn hợp khí đốt cháy ở burner head sẽ tạo ra ngọn lửa, dưới tác dụng của nhiệt của ngọn lửa các phần tử mẫu ở thể sợi khí sẽ bị hóa hơi và nguyên tử hóa tạo ra các nguyên tử tự do của các nguyên tố có trong mẫu phân tích. Đó là những phần tử hấp thụ năng lượng và tạo phổ hấp thụ nguyên tử của nguyên tố cần nghiên cứu. Nhưng cần chú ý rằng, ngoài ảnh hưởng của thành phần khí đốt và tốc độ dẫn hỗn hợp khí đến cường độ vạch phổ, thì tốc độ dẫn dung dịch mẫu vào buồng aerosol hóa cũng ảnh hưởng đáng kể đến cường độ vạch phổ . Nghĩa là tốc độ dẫn mẫu V phụ thuộc vào các tham số r, P, L và η. Nhưng trong một hệ thống máy thì r và L thường là cố định, P được giữ không đổi, cho nên V chỉ còn phụ thuộc chủ yếu vào độ nhớt η của dung dịch mẫu . b. Aerosol hóa mẫu bằng siêu nm.Theo kĩ thuật này, để aerosol hóa mẫu phân tích người ta dùng hệ thống siêu nm có tần số từ 1-4,5 MHz. Lực siêu nm có thể được truyền qua tướng rắn hay qua thể lỏng đến dung dịch mẫu để thực hiện việc aerosol hóa mẫu, nghĩa là dưới tác dụng của lực siêu nm, mẫu dung dịch cũng được phân tán (đánh tơi) thành những hạt rất nhỏ và trộn đềuvới hỗn hợp khí để dẫn lên đèn (burner head) nguyên tử hóa. Như vậy, muốn có các hạt aerosol nhỏ thì phải sử dụng tần số siêu nm cao. Tần số và công suất của máy phát siêu nm đều ảnh hưởng đến kích thước của hạt aerosol. Trong hai kĩ thuật aerosol hóa, thì kỹ thuật pneumatic là đơn giản, trang bị rẻ tiền, không phức tạp như kĩ thuật siêu nm. Nhưng kĩ thuật siêu nm có ưu điểm cho độ nhạy cao hơn. Vì kích thước các hạt sol khí khá nhỏ, hiệu suất tạo sol khí cao và quá trình aerosol ít phụ thuộc vào khí mang và quá trình dẫn mẫu. Đặc biệt là việc aerosol hóa các dung dịch mẫu có nồng độ muối 28 cao thì nó ưu việt hơn kĩ thuật pneumatic. Mặt khác, sự aerosol hóa bằng siêu nm thường cho độ lặp lại tốt hơn 1.4.2.3. Hệ thống đơn sắc máy quang phổ hấp thụ nguyên tử Hệ thống đơn sắc chính là hệ thống để thu, phân li, chọn và phát hiện vạch phổ hấp thụ cần phải đo. Trong phép đo phổ hấp thụ nguyên tử hệ thống đơn sắc này là một máy quang phổ có độ phân giải tương đối cao có thể là hệ máy một chùm tia hay hệ máy 2 chùm tia. Cấu tạo của nó gồm ba phần chính: - Hệ chuẩn trực, để chuẩn trực chùm tia sáng vào; - Hệ thống tán sắc (phân li) để phân li chùm sáng đa sắc thành đơn sắc; - Hệ buồng tối (buồng ảnh) hội tụ, để hội tụ các tia cùng bước sóng lại. Đặc trưng cho hệ quang của máy AAS là các thông số. + Độ tán sắc góc; + Độ tán sắc dài; + Độ phân giải (tán sắc); + Vùng phổ làm việc của hệ. Bốn thông số này cũng là các yếu tố để xem xét chất lượng của một máy quang phổ AAS. Trước hệ chuẩn trực là khe vào của chùm sáng đa sắc và sau hệ buồng ảnh là khe ra của chùm tia đơn sắc cần đo.sơ đồ quang học, nguyên tắc của hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử. Theo sơ đồ này, chùm tia phát xạ cộng hưởng của nguyên tố cần nghiên cứu được phát ra từ đèn catot rỗng sau khi qua môi trường hấp thụ, sẽ được hướng vào khe máy và vào hệ chuẩn trực, rồi vào bộ phận tán sắc, vào hệ hội tụ để chọn 1 tia cần đo. Như vậy chùm sáng đa sắc được chuẩn trực, được phân li và sau đó chỉ một vạch phổ cần đo được chọn và hướng vào khe đo để tác dụng vào nhân quang điện (detector- photomultiveler) để phát hiện và xác định cường độ của vạch phổ hấp thụ đó. Muốn hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử cho được kết quả tốt thì hệ thống tán sắc phải bảo đảm được một số yêu cầu bắt buộc sau đây: 29  Nó phải có độ tán sắc đủ lớn để có thể tách và cô lập được tốt các vạch phổ cần đo, tránh sự quấy rối, sự chen lấn của các vạch phổ khác ở bên cạnh. Trong các máy hiện nay, bộ phận này thường là một hệ cách tử có hằng số từ 1200 đến 2400 vạch/mm.  Phải không gây ra bất kì một hiện tượng sai lệch nào làm mất năng lượng của chùm sáng ở trong máy, như sự hấp thụ, sự tán xạ, sự khuyếch tán của các bộ phận cấu tạo thành máy. Đặc biệt là các hệ thống gương, các thấu kính, khe vào, khe ra của chùm sáng. Các thấu kính phải trong suốt trong vùng phổ làm việc của máy.  Khe vào và khe ra của máy phải có độ mở chính xác và phải điều chỉnh được cho phù hợp với từng vạch phổ và có độ lặp lại cao trong mỗi phép đo.  Detector để phát hiện cường độ vạch phổ phải có độ nhạy cao. Có như thế mới có thể phát hiện được sự thay đổi nhỏ trong quá trình hấp thụ của vạch phổ của mỗi nguyên tố.Đó là các điều kiện tối thiểu của hệ quang học trong máy phổ hấp thụ nguyên tử. Với sự phát triển của khoa học và kĩ thuật, ngày nay người ta có thể thỏa mãn được tất cả các yêu cầu đó. Chính vì thế hiện nay đã có rất nhiều máy đo phổ hấp thụ nguyên tử có chất lượng cao đã được bán trên thị trường quốc tế. Đó là các máy đo phổ hấp thụ nguyên tử của hãng Perkin Elmer, Varian, Becman, Philips Pye Unicam, Wet Zeiss, Shimadu, Instr, Lad, Alpha,... Hệ tán sắc. Đó là một hệ thống lăng kính hay một tấm cách tử. Hệ này có nhiệm vụ phân li (tán sắc) chùm sáng đa sắc thành các tia đơn sắc, tức là phân li một nguồn sáng phức tạp nhiều bước sóng khác nhau thành một dải phổ của chúng theo từng sóng riêng biệt lệch đi những góc khác nhau. Nếu hệ tán sắc được chế tạo bằng lăng kính thì chúng ta có máy quang phổ lăng kính. Và ngược lại, nếu hệ tán sắc là cách tử ta có máy quang phổ cách tử. Trong máy lăng kính, tia sóng ngắn sẽ bị lệch nhiều, sóng dài lệch ít, còn trong máy cách tử thì ngược lại. Lăng kính là một bộ phận quan trọng của máy quang phổ lăng kính. Nó quyết định khả năng, tính chất phân li ánh sáng của máy quang phổ. Lăng kính là một môi trường trong suốt, đồng nhất và đẳng hướng trong một vùng phổ nhất định. 30 Vật liệu để làm lăng kính cũng phải trong suốt, đồng nhất và đẳng hướng trong một vùng phổ nhất định. Nó phải bền với nhiệt độ và ánh sáng. Chiết suất phải hầu như không phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm. Trong vùng khả kiến, để chế tạo lăng kính người ta thường dùng một vài loại thủy tinh, như thủy tinh flin nặng, flin nhẹ, thủy tinh krau. Trong vùng tử ngoại người ta thường dùng thạch anh. Nếu cả vùng phổ (UY + VIS) phải dùng thủy tinh đặc biệt. Để đánh giá chất lượng, hiệu quả và khả năng sử dụng của một máy quang phổ, người ta thường dùng ba thông số đặc trưng cơ bản là độ tán sắc góc, độ tắn sắc dài và độ phân giải. a. Độ tán sắc góc. Trong mỗi máy quang phổ, sự biến thiên của góc lệch D theo độ dài sóng của tia sáng là một đặc trưng quan trọng. Nó nói lên khả năng tán sắc góc của một máy quang phổ và được gọi là độ tán sắc góc của máy quang phổ đó. Trong các máy quang phổ lăng kính, lăng kính thường được đặt ở vị trí cực tiểu đối với tia sáng trung tnm của một vùng phổ của máy. Vì thế độ tán sắc góc sẽ được tính theo công thức: Nếu máy quang phổ có m lăng kính như nhau trong hệ tán sắc, thì độ tán sắc của máy đó sẽ bằng m lần của máy 1 lăng kính. Còn nếu các lăng kính có góc đỉnh A khác nhau, thì độ tán sắc chung sẽ là tổng của độ tán sắc từng lăng kính theo cách bố trí. Nghĩa là độ tán sắc góc chung bằng tổng độ tán sắc góc của từng lăng kính có trong hệ tán sắc của máy quang phổ. Như vậy, theo các biểu thức trên, chúng ta thấy độ tán sắc góc của một máy quang phổ lăng kính phụ thuộc vào các yếu tố sau:  Số lăng kính có trong hệ tán sắc.  Góc đỉnh A của lăng kính.  Chiết suất của vật liệu làm lăng kính.  Biến thiên theo bước sóng (sóng ngắn lệch nhiều, sóng dài lệch ít). 31 Vì thế, muốn tăng độ tán sắc góc của một máy quang phổ lăng kính người ta phải chế tạo hệ tán sắc có nhiều lăng kính ghép lại với nhau. Trong thực tế người ta thường ghép hai hoặc ba lăng kính. Biện pháp thứ hai là chọn những vật liệu có chiết suất lớn để chế tạo lăng kính và chế tạo các lăng kính có góc đỉnh A lớn. Nhưng biện pháp chế tạo góc A lớn cũng chỉ thực hiện được trong một mức độ nhất định, thông thường đến 90 là lớn nhất. Vì khi tăng góc đỉnh A của lăng kính thì hiện tượng phản xạ toàn phần ở mặt bên của lăng kính sẽ nhanh chóng xuất hiện, làm một phần chùm sáng sẽ không ra khỏi lăng kính, và ta bị mất chùm tia đó. b. Độ tán sắc dài. Độ tán sắc góc chỉ cho biết sự khác nhau về góc lệch của 2 tia sáng, nghĩa là tia sáng đó bị lệch đi nội góc lớn bao nhiêu độ sau khi phân li, mà chưa chỉ ra được hai vạch phổ gần nhau sẽ cách nhau là bao nhiêu trên mặt phẳng tiêu (hay kính ảnh). Do đó, trong thực tế, để đánh giá khả năng tán sắc của một máy quang phổ người ta còn phải sử dụng thêm cả độ tán sắc dài. Nhưng độ tán sắc dài phụ thuộc vào độ tán sắc góc và tiêu cự của thấu kính buồng ảnh f2, và nó được tính theo công thức: c. Năng suất phân li. Năng suất phân li (khả năng phân giải) của một máy quang phổ trong một vùng nào đó được biểu thị bằng tỉ số: Nếu máy quang phổ có hệ tán sắc gồm m lăng kính như nhau thì Rt= mRi Công thức này cho ta thấy năng suất phân li của một máy quang phổ lăng kính phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như:  Số lăng kính trong hệ tán sắc (m);  Chiết suất của vật liệu làm lăng kính (n);  Sin của 1/2 góc đỉnh của lăng kính (A/2)  Đường kính của thấu kính buồng ảnh (d2); 32  Sự biến thiên của chiết suất theo bước sóng (dn/dλ) 1.4.2.4. Detector : Detector là một loại dụng cụ quang học dùng để thu nhận và phát hiện tín hiệu quang học theo hiệu ứng quang điện của nó. Trước đây để thu nhận cường độ của chùm sáng người ta thường dùng kính ảnh hay phim ảnh sau đó là tế bào quang điện. Đó là các dụng cụ cổ điển có độ nhạy kém, nhất là kính ảnh, vì kính ảnh có nhiều nhược điểm, như khó bảo quản, dễ bị ảnh hưởng bởi độ ẩm, nhiệt độ, thời tiết. Mặt khác, nó lại là một dụng cụ trung gian để thu nhận chùm sáng và sau đó phải xử lí tiếp mới có được cường độ vạch phổ. Tức là đo độ đen của kính ảnh đã bị chùm sáng tác dụng vào. Với sự phát triển của khoa học và kĩ thuật, ngày nay người ta đã chế tạo ra được nhiều loại detector quang học kiểu ống có thể khuyếch đại tín hiệu đo lên được đến cỡ triệu lần. Đó là các ống nhân quang điện (photomultivler tube). Nhân quang điện kiểu ống là một loại dụng cụ để thu nhận tín hiệu quang học có tính chất vạn năng, nó có độ nhạy và độ chọn lọc cao. Nhiều hãng đã chế tạo được các detector loại này. Vùng phổ hoạt động của các detector kiểu ống loại này thường là từ 190 - 900 nm, có khi đến 1100 nm. Tất nhiên là thông số này phụ thuộc vào bản chất của nguyên liệu để chế tạo bản catot của nó. Nguyên tắc cấu tạo của nhân quang điện kiểu ống Hệ số khuếch đại của loại detector này thường đến 106, đôi khi có loại đến 107. Nguyên liệu chế tạo bản catot của các detector kiểu ông là các hợp kim của các kim loại kiềm với Sb, Ga hay As, ví dụ hợp kim Cs- Sb; Ga-As; Na-K-Cs-S 1.5.Phương pháp định lượng bằng phổ AAS: 1.5.1.Phương pháp đồ thị chuẩn: 33 Trước hết người ta phải chuẩn bị một dãy mẫu đầu, dãy mẫu chuẩn (thông thường là 5 mẫu đầu) và các mẫu phân tích trong cùng một điều kiện. Ví dụ các mẫu đầu có nồng độ của nguyên tố X cần xác định là C1, C2, C3, C4, C5, và mẫu phân tích là C1X, C2X,…Sau đó chọn các điều kiện phù hợp và đo cường độ của một vạch phổ hấp thụ của nguyên tố phân tích trong tất cả các mẫu đầu và mẫu phân tích đã chuẩn bị ở trên. Phương pháp này đơn giản, dễ thực hiện và thích hợp với mục đích phân tích hàng loạt mẫu của cùng một nguyên tố, như trong kiểm tra chất lượng thành phần, kiểm tra nguyên liệu sản xuất. Vì mỗi khi dựng một đường chuẩn chúng ta có thể xác định được nồng độ của một nguyên tố trong hàng trăm mẫu phân tích. 1.5.2. Phương pháp thêm chất chuẩn Trong thực tế phân tích, đặc biệt là xác định lượng chất kim loại, khi gặp phải các đối tượng phân tích có thành phần phức tạp và không thể chuẩn bị được một dãy mẫu đầu (mẫu chuẩn) phù hợp về thành phần với mẫu phân tích, thì tốt nhất dùng phương pháp thêm chất chuẩn. Chỉ như thế mới loại trừ được yếu tố ảnh hưởng về thành phần của mẫu. 34 Độ hấp thụ Nồng độ xác định Độ hấp thụ mẫu xác định Nồng độ chất chuẩn O Nguyên tắc của phương pháp này là người ta dùng ngay mẫu phân tích làm nền để chuẩn bị một dãy mẫu đầu, bằng cách lấy một lượng mẫu phân tích nhất định và cho thêm vào đó những lượng xác định của nguyên tố cần xác định theo từng bậc nồng độ Ví dụ: Lượng thêm vào là ΔC1 , ΔC2 , ΔC3,….như thế chúng ta sẽ có một dãy mẫu chuẩn là: C0 = CX C1 = ( CX + ΔC 1) C2 = ( CX + ΔC2 ) C3 = ( CX + ΔC3 ) Trong đó Cx là nồng độ của nguyên tố cần xác định trong mẫu phân tích. Tiếp đó chọn các điều kiện thí nghiệm phù hợp và một vạch phổ của nguyên tố phân tích, tiến hành ghi cường độ hấp thụ của vạch phổ đó theo tất cả dãy mẫu đầu, chúng ta thu được các giá trị tương ứng là D0 ,D1 ,D2 , D3. Phương pháp này có ưu điểm là quá trình chuẩn bị mẫu dễ dàng, không cần nhiều hóa chất tinh khiết cao để chuẩn bị mẫu đầu nhân tạo. Mặc khác loại trừ được hoàn toàn ảnh hưởng về thành phần của mẫu cũng như cấu trúc vật lý của các chất tạo thành mẫu. Hạn chế được nhiều sai số phân tích gây ra bởi những yếu tố gây nhiễu do sự khác nhau về thành phần vật lý và hóa học của mẫu và chất chuẩn. 35 Nồng độ của chất chuẩn thêm vàoNồng độ của mẫu xác định O Độ hấp thụ 1.6. Đối tượng và ưu, nhược điểm của phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS: 1.6.1. Đối tượng của phương pháp: Đối tượng chính của phương pháp là phân tích lượng nhỏ các kim loại trong nhiều đối tượng mẫu khác nhau của các chất vô cơ và hữu cơ và đặc biệt là hàm lượng các kim loại có trong dầu mỏ và các phân đoạn dầu mỏ Với các trang thiết bị hiện nay, bằng phương pháp phân tích này người ta có thể định lượng được hầu hết các kim loại và một số á kim đến giới hạn nồng độ cỡ ppm bằng kỹ thuật F-AAS và đến nồng độ ppb bằng kỹ thuật ETA-AAS với sai số phân tích dao động trong khoảng 3 – 10% Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử được sử dụng khá phổ biến để xác định các kim loại trong các mẫu quặng, đất, đá, nước khoáng, dầu mỏ, các mẫu y học, sinh học, các sản phẩm nông nghiệp, rau quả, thực phẩm, nước uống, các nguyên tố vi lượng trong phân bón, thức ăn gia súc…. Phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử đang được phát triển rất nhanh, không những để phân tích các kim loại, mà phương hướng đang phát triển nhất hiện nay là nghiên cứu xác định các chất hữu cơ, như các hợp chất halogen, lưu huỳnh, photpho. Nó cũng đã và đang được sử dụng như một công cụ phân tích cho nhiều ngành khoa học và kinh tế. 1.6.2. Những ưu điểm và nhược điểm của phương pháp: Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử có độ nhạy và độ chọn lọc tương đối cao. Gần 60 nguyên tố đã được xác định bằng phương pháp này với độ nhạy từ 10^-4 – 10^-5 . Đặc biệt nếu sử dụng kỹ thuật nguyên tử hóa không ngon lửa thì có thể đạt đến độ nhạy 10^-7 . Do có độ nhạy cao nên trong nhiều trường hợp không phải làm giàu mẫu nguyên tố cần xác định trước khi phân tích, do đó tốn ít nguyên liệu, tốn ít thời gian không cần phải dùng nhiều hóa chất tinh khiết cao khi làm giàu mẫu . Mặt khác cũng tránh được sự nhiễm bẩn mẫu khi xử lý qua các giai đoạn phức tạp. Trong phương pháp này các động tác thực hiện nhẹ nhàng. Các kết quả phân tích có thể được lưu lại trên máy tính . Đồng thời có thể xác định đồng thời hoặc liên tiếp nhiều nguyên tố trong một mẫu, các kết quả phân tích rất ổn định, sai số nhỏ 36 Nhược điểm chính của phương pháp này là chỉ cho ta biết thành phần nguyên tố của chất ở trong mẫu phân tích mà không chỉ ra trạng thái liên kết của nguyên tố ở trong mẫu. Vì thế, nó chỉ là phương pháp phân tích thành phần hóa học của nguyên tố mà thôi. 2. Ứng dụng của phương pháp phổ hấp thu nguyên tử trong thực phẩm: 2.1. Xác định hàm lượng thuỷ ngân trong thủy sản 2.1.1. Phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn này qui định phương pháp xác định hàm lượng thuỷ ngân trong thuỷ sản và sản phẩm thuỷ sản bằng quang phổ hấp thụ nguyên tử. 2.1.2. Nguyên tắc a. Mẫu thuỷ sản được vô cơ hoá bằng axit nitric (HNO3) đậm đặc trong bình phá mẫu bằng nhựa teflon có nắp vặn kín. Thuỷ ngân (Hg) trong dung dịch mẫu bị hyđrit hoá bằng dòng khí hyđro. Hyđrit thuỷ ngân dễ bay hơi bị cuốn theo dòng khi hyđro và được bơm vào hệ thống quang phổ hấp thụ nguyên tử. Tại đây, hyđrit thuỷ ngân bị phân huỷ thành hơi thuỷ ngân và được xác định theo phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử không dùng ngọn lửa. b. Các phản ứng xảy ra trong hệ thống bay hơi nguyên tử Hyđrit: NaBH4 + HCl = NaCl + BH2 + 2H 4H + HgCl2 = HgH2 + 2 HCl HgH2 = Hg + H2 2.1.3. Thiết bị, dụng cụ, hoá chất và chất chuẩn 2.1.3.1. Thiết bị và dụng cụ a. Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng đèn catốt thuỷ ngân rỗng với hệ thống bay hơi nguyên tử hyđrit. b. Bình phá mẫu bằng nhựa teflon có nắp vặn kín dung tích 50ml. c. Tủ sấy nhiệt độ 1500C. d. Dụng cụ thuỷ tinh đã được rửa sạch bằng axit nitric nồng độ 8N và tráng lại bằng nớc cất trước khi sử dụng. e. Cân phân tích có độ chính xác loại đến 0,01g và loại đến 0,0001g. 2.1.3.2. Hoá chất và chất chuẩn a. Axit nitric đậm đặc 37 b. Axit sulfuric (H2SO4) đậm đặc. c. Axit clohyđric (HCl) nồng độ 1N. d. Dung dịch hoà tan: Cho khoảng 300 - 500ml nước cất vào bình định mức 1000 ml, cho thêm 58 ml axit nitric và 67ml axit sulfuric, sau đó định mức đến vạch bằng nước cất. e. Dung dịch hyđroxit natri (NaOH) nồng độ 0,25M: Hoà tan 10,0 g hyđroxit natri trong 1000 ml nước cất. f. Dung dịch tetrahyđrua boric natri (NaBH4), nồng độ 3 %: Hoà tan 1,50 g tetrahyđrua boric natri trong 10,0ml dung dịch hyđroxit natri. g. Dung dịch thuỷ ngân chuẩn - Dung dịch chuẩn gốc 1,0mg/ml: Hoà tan 1,000g thuỷ ngân trong 1000ml axit sulfuric nồng độ 1N. - Dung dịch chuẩn trung gian 1mg/ml: Pha loãng 1ml dung dịch chuẩn gốc thành 1000 ml bằng dung dịch axit sulfuric nồng độ 1N. - Dung dịch chuẩn làm việc: Pha loãng dung dịch chuẩn trung gian thành các dung dịch chuẩn làm việc có hàm lượng thuỷ ngân lần lượt là 0,0; 2,0; 4,0; 6,0; 8,0 và 10,0 mg/l bằng dung dịch axit nitric nồng độ 1N. 2.1.4. Phương pháp tiến hành 2.1.4.1 Vô cơ hoá mẫu a. Cân khoảng 1,00g mẫu sao cho khối lượng khô không nhiều hơn 300mg. Ðối với mẫu có hàm lượng chất béo cao, lượng mẫu dùng sao cho khối lượng khô không lớn hơn 200mg. Cho mẫu vào bình phá mẫu. Thêm 5,0ml axit nitric đậm đặc rồi vặn chặt nắp đậy kín bình lại. b. Ðể bình vào tủ sấy đã đặt ở nhiệt độ 1500 C trong vòng 30 - 60 phút hoặc cho đến khi dung dịch trở nên trong. c. Lấy bình ra khỏi tủ sấy, để nguội đến nhiệt độ trong phòng rồi mở nắp và chuyển dung dịch mẫu vào bình định mức 250 ml. Tráng rửa bình phá mẫu bằng khoảng 95ml dung dịch hoà tan (IV.3.2.d), rót nước rửa vào bình định mức và định mức bằng nước cất cho tới vạch rồi lắc đều. 38 2.1.4.2. Chuẩn bị mẫu trắng Mẫu trắng được chuẩn bị bằng cách thay 1g mẫu bằng 1ml nước cất rồi tiến hành theo các bước như quá trình vô cơ hoá mẫu. 2.1.4.3 Tiến hành phân tích a. Tối ưu hoá các điều kiện làm việc của máy quang phổ hấp thụ nguyên tử và hệ thống bay hơi nguyên tử hyđrit. b. Nối hệ thống, nhưng chưa nối đầu khí vào của bình đun chứa mẫu. Ðiều chỉnh lưu lượng không khí đầu ra của bơm để đạt được lưu lượng khoảng 2lít/phút bằng cách điều chỉnh tốc độ của bơm thông qua điện áp kế. c. Nối hoàn chỉnh hệ thống thiết bị theo sơ đồ lắp đặt hệ thống quang phổ hấp thụ nguyên tử. d. Xây dựng đường chuẩn bằng cách bơm các mẫu chuẩn với hàm lượng thuỷ ngân lần lượt là 0,0; 2,0; 4,0; 6,0; 8,0 và 10,0ppb rồi xác định độ hấp thụ của chúng thông qua diện tích pic. e. Khi đường chuẩn có độ tuyến tính tốt, tiến hành bơm các dung dịch mẫu thử và mẫu trắng rồi xác định độ hấp thụ của chuẩn thông qua diện tích pic. Tính hàm lượng thuỷ ngân trong mẫu thông qua đường chuẩn sau khi đã trừ đi mẫu trắng. 2.1.3.4 Yêu cầu về độ tin cậy của phép phân tích a. Ðộ lặp lại của 2 lần bơm Ðộ lệch chuẩn (CVs) tính theo độ hấp thụ của 2 lần bơm liên tiếp của cùng một dịch chuẩn phải nhỏ hơn 0,5%. b. Ðộ thu hồi (R) Ðộ thu hồi được xác định bằng cách sử dụng 5 mẫu đã cho vào một lượng dung dịch thuỷ ngân chuẩn biết chính xác nồng độ. Ðộ thu hồi tính được phải nằm trong khoảng từ 85% đến 115%, độ thu hồi trung bình phải lớn hơn 90%. 2.1.5. Tính kết quả Hàm lượng thuỷ ngân trong mẫu thử thuỷ sản được tính theo công thức sau: M xm xC HgHg 250 10 3−= Trong đó: - CHg là hàm lượng thuỷ ngân có trong mẫu thử (mg/g); 39 - mHg là hàm lượng thuỷ ngân có trong dung dịch mẫu tính được theo đường chuẩn (m g/l); - V là thể tích dung dịch dùng để hoà tan mẫu thử (ml); - M là khối lượng của mẫu thử (g). 2.2. Hàm lượng chì trong thủy sản 2.2.1. Phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn này qui định phương pháp xác định hàm lượng chì trong thuỷ sản và sản phẩm thuỷ sản bằng quang phổ hấp thụ nguyên tử. 2.2.2. Phương pháp tham chiếu Tiêu chuẩn này được xây dựng dựa theo phương pháp chuẩn số 972.23 của Hiệp hội các nhà hoá học phân tích (AOAC) công bố năm 1995. 2.2.3 Nguyên tắc Mẫu thuỷ sản sau khi được tro hoá trong lò nung sẽ được hoà tan hoàn toàn bằng dung dịch axit clohyđric loãng. Chì trong dung dịch mẫu được xác định trên máy quang phổ hấp thụ nguyên tử. 2.2.4 Thiết bị, dụng cụ, hoá chất và chất chuẩn 2.2.4.1.Thiết bị và dụng cụ - Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử có trang bị đèn catốt chì rỗng bước sóng cài đặt là 283,3 nm, sử dụng ngọn lửa axêtylen-không khí với chiều rộng của đầu đốt là 4 inch. - Chén sứ dung tích 50 ml, độ sâu 5 cm hoặc cốc thuỷ tinh có mỏ bằng thạch anh, dung tích 100 ml. - Tủ sấy nhiệt độ 1500 C. - Lò nung kiểm soát được nhiệt độ trong khoảng từ 250 đến 6000 C với sai lệch không quá 100 C. - Dụng cụ thuỷ tinh đã được rửa sạch bằng axit nitric nồng độ 8N và tráng lại bằng nước cất trước khi sử dụng. - Cân phân tích có độ chính xác loại đến 0,01g và loại đến 0,0001 g. 2.2.4.2 Hoá Chất và chất chuẩn 40 - Dung dịch axit clohyđric (HCl), nồng độ 1N: Pha loãng 82 ml axit clohyđric đậm đặc bằng nước cất đến 1000 ml. - Dung dịch axit nitric (HNO3) nồng độ 1N. - Axit percloric (HClO4) đậm đặc, nồng độ 70,5 %. - Ôxit lantan (La2O3). - Ethylendinitrilotetraaxetat (sau đây viết tắt là EDTA) - Dung dịch đệm + Cho 163 g EDTA vào trong bình định mức 2000 ml, sau đó thêm 200 ml nước cất và một lượng vừa đủ hyđroxit amon (NH4OH) để hoà tan hết EDTA. Thêm 8 giọt chỉ thị methyl da cam vào dung dịch ETDA. + Cho 500 ml nước cất vào một cốc thuỷ tinh rồi từ từ cho thêm 60 ml dung dịch axit percloric đậm đặc, khuấy đều rồi để nguội. Sau đó, cho 50 g ôxit lantan vào cốc rồi khuấy đều để hoà tan hết lượng ôxit lantan này. + Rót từ từ dung dịch ôxit lantan vào dung dịch ETDA pha ở trên, vừa rót vừa khuấy mạnh. Nếu cần thiết, thêm hyđroxit amon vào dung dịch trên để giữ cho dung dịch có tính kiềm đối với methyl da cam (dung dịch có màu vàng). Ðịnh mức đến vạch bằng nước cất. - Dung dịch chì chuẩn + Dung dịch chuẩn gốc, 1,0 mg/ml Hoà tan 1,5985 g nitrat chì chuẩn trong khoảng 500 ml dung dịch axit nitric nồng độ 1N. Sau đó, định mức thành 1000 ml bằng dung dịch axit nitric nồng độ 1N trong bình định mức. + Dung dịch chuẩn trung gian, 10m g/ml Lấy chính xác 10 ml dung dịch chuẩn gốc cho vào bình định mức 1000 ml, thêm 82 ml dung dịch axit clohyđric nồng độ 1N vào bình. Sau đó, định mức lên bằng nước cất. + Dung dịch chuẩn làm việc Pha loãng dung dịch chuẩn trung gian thành các dung dịch chuẩn làm việc có hàm lượng chì lần lượt là 0,0; 0,2; 0,6; 1,0; 3,0; 5,0 và 10,0 m g Pb/ml bằng dung dịch axit clohyđric nồng độ 1N trong các bình định mức dung tích 50 ml. 2.2.5. Phương pháp tiến hành 41 2.2.5.1 Chuẩn bị mẫu trắng Làm bay hơi 4 ml dung dịch axit nitric đậm đặc trong chén sứ đến khô trên bếp cách thuỷ. Hoà tan cặn bằng 20 ml dung dịch axit clohyđric nồng độ 1N và chuyển dung dịch vào bình định mức 25 ml. Ðể nguội bình và định mức tới vạch bằng axit clohyđric nồng độ 1N. Chú thích: Yêu cầu tổng hàm lượng chì trong mẫu trắng không được lớn hơn 10 m g. 2.2.5.2 Chuẩn bị mẫu thử - Cân khoảng 25,0 g mẫu cho vào chén sứ rồi sấy khô trong tủ sấy trong thời gian 2 giờ ở nhiệt độ từ 1350 C đến 1500 C. Chuyển chén sứ vào lò nung và tăng dần nhiệt độ đến 5000C. Giữ nhiệt độ lò ở 5000 C trong thời gian 16 giờ để tro hoá mẫu. - Lấy chén sứ ra để nguội đến nhiệt độ trong phòng. Cho 2 ml axit nitric đậm đặc vào chén rồi làm bay hơi dung dịch trong chén vừa đến khô trên bếp cách thuỷ. Ðặt chén sứ trở lại vào lò nung ở nhiệt độ thường, sau đó tăng dần nhiệt độ đến 5000 C và giữ ở nhiệt độ này trong khoảng 1 giờ. - Lấy chén ra, để nguội và lặp lại thao tác trên cho đến khi tro có màu trắng hoàn toàn. - Cho 10 ml dung dịch axit clohyđric nồng độ 1N vào chén có tro rồi hoà tan tro bằng cách đun nóng. Chuyển gạn dung dịch vào bình định mức dung tích 25 ml. - Ðun nóng phần tro còn lại trong chén 2 lần, mỗi lần với 5 ml dung dịch axit clohyđric nồng độ 1N rồi rót dung dịch vào bình định mức 25 ml nói trên. Ðể nguội và định mức tới vạch bằng axit clohyđric nồng độ 1N rồi lắc đều. 2.2.5.3 Tiến hành phân tích - Tối ưu hoá các điều kiện làm việc của máy quang phổ hấp thụ nguyên tử tại bước sóng cộng hưởng 283,3 nm và đặt tốc độ dòng của hỗn hợp axêtylen-không khí theo hướng dẫn của nhà sản xuất về điều kiện làm việc chuẩn đối với chì. - Xây dựng đường chuẩn với các hàm lượng của chì lần lượt là 0,0; 0,2; 0,6; 1,0; 3,0; 5,0 và 10,0 m g/ml (4.2.7, c) dựa trên độ hấp thụ của chúng. Trong trường hợp tín hiệu nhận được yếu, phải điều chỉnh độ khuyếch đại để có được độ hấp thụ A của dung dịch chuẩn (hàm lượng 0,2 m g/ml) không nhỏ hơn 1 %. - Khi đường chuẩn có độ tuyến tính tốt, tiến hành đo độ hấp thụ của dung dịch mẫu thử và mẫu trắng đã chuẩn bị như sau: 42 + Ðối với dung dịch mẫu thử trong, không có cặn lắng Tiến hành xác định độ hấp thụ 3 lần theo các bước sau đây: Bơm lần lượt một dung dịch chuẩn sau đó là dung dịch mẫu thử. Nếu số lượng mẫu nhiều thì bơm lần lượt một dung dịch chuẩn và 3 dung dịch mẫu thử cho đến khi bơm hết dung dịch chuẩn, mẫu thử và mẫu trắng. + Ðối với các dung dịch mẫu thử đục Thêm 1 ml dung dịch đệm vào các dung dịch mẫu thử đã và mẫu trắng đã chuẩn bị và các dung dịch chuẩn. Sau đó, tiến hành xác định độ hấp thụ của các dung dịch - Tính hàm lượng chì trong mẫu thông qua đường chuẩn sau khi đã trừ đi mẫu trắng. 2.2.5.4 Yêu cầu về độ tin cậy của phép phân tích - Ðộ lặp lại của 2 lần bơm Ðộ lệch chuẩn (CVs) tính theo độ hấp thụ của 2 lần bơm liên tiếp của cùng một dịch chuẩn phải nhỏ hơn 0,5 %. - Ðộ thu hồi (R) Ðộ thu hồi được xác định bằng cách sử dụng 5 mẫu đã cho vào một lượng dung dịch chì chuẩn biết chính xác nồng độ. Ðộ thu hồi tính được phải nằm trong khoảng từ 85 % đến 115 %, độ thu hồi trung bình phải lớn hơn 90 %. 2.2.6 Tính kết quả Hàm lượng chì trong mẫu thử thuỷ sản được tính theo công thức sau: 2.2.6.1 Ðối với dung dịch mẫu thử trong, không có cặn lắng mPb CPb = -------- x 25 M 2.2.6.2 Ðối với dung dịch mẫu thử đục phải bổ sung thêm dung dịch đệm Vđ 25 CPb = mPb x --------------- x ------------- Vđ - 1 M Trong đó: - CPb là hàm lượng chì có trong mẫu thử (m g/g); - mPb là hàm lượng chì có trong dung dịch mẫu tính được theo đường chuẩn (m g/ml); 43 - 25 là thể tích dung dịch axit clohyđric nồng độ 1N dùng để hoà tan mẫu (ml); - Vđ là thể tích dung dịch mẫu thử đã bổ sung 1 ml dung dịch đệm để phân tích (ml); - M là khối lượng mẫu thử (g). 2.3. X¸c ®Þnh hµm lîng As trong rau m¸ vµ c¶i xanh b»ng ph- ¬ng ph¸p quang phæ hÊp thu nguyªn tö (AAs) ë ViÖt Nam, vÊn ®Ò « nhiÔm asen (As) ®ang ®e däa søc kháe hµng triÖu ngêi trong nh÷ng n¨m qua. KÕt qu¶ ph©n tÝch mÉu níc giÕng khoan khu vùc phÝa B¾c (Hµ Néi, Hµ T©y, Hµ Nam..) cho thÊy h¬n 90% mÉu níc giÕng khoan « nhiÔm asen (As). T¹i ®ång b»ng s«ng Cöu Long, còng ph¸t hiÖn níc ngÇm cña c¸c tØnh nh: An Giang, §ång Th¸p, Sãc Tr¨ng.. cã møc ®é « nhiÔm As rÊt cao . §éc tÝnh vµ tÝnh linh ®éng cña As phô thuéc rÊt nhiÒu vµo d¹ng hãa häc cña As. Trong khi As v« c¬ lµ chÊt g©y ung th th× As h÷u c¬: monometyl asen (MMA) vµ dimetyl asen (DMA) lµ chÊt kÝch thÝch ung th , vµ ®éc tÝnh cña d¹ng As(III) v« c¬ th× cao h¬n nhiÒu lÇn so víi As(V) cïng lo¹i ë cïng nång ®é . V× vËy, viÖc x¸c ®Þnh tõng d¹ng riªng biÖt cña As trong mÉu thùc phÈm rau lµ rÊt quan träng, gãp phÇn ®¸nh gi¸ mét c¸ch khoa häc ®éc tÝnh vµ nguy c¬ g©y h¹i cña As cho søc kháe con ngêi qua nguån thùc phÈm. T¸ch x¸c ®Þnh trùc tiÕp d¹ng As b»ng quang phæ hÊp thi nguyªn tö (AAS) liªn hîp s¾c ký láng cao ¸p (HPLC) kÕt hîp xö lý b»ng tia UV lµ ph¬ng ph¸p ph©n tÝch hiÖn ®¹i cã ®é chÝnh x¸c cao vµ tin cËy cao ®îc sö dông trong nghiªn cøu nµy. 2.3.1. Hóa chất 44 Chất chuẩn As: NaAsO2 (As3+),Na2HAsO4.7H2O (As5+), DMA(C2H6AsO2Na) Fluka;MMA(CH3NaHAsO3) Sigma. Hóa chất khác : metanol, NH4H2PO4 và (NH4)2HPO4,K2S2O8, HCl, NaOH Merck. 2.3.2. Thiết bị : Hình : Sơ đồ phân tích liên tục trực tiếp các dạng As bằng kỹ thuật ghép HPLC-UV-HG- AAS 2.3.3. ChuÈn bÞ mÉu ph©n tÝch Rau m¸ vµ rau c¶i xanh trång trªn ®Êt « nhiÔm As (35 mg/kg), thu ho¹ch sau 45 ngµy,mÉu ®îc röa s¹ch b»ng níc cÊt ®Ó lo¹i bá ®Êt vµ bôi bÈn. Dïng dao nhùa t¸ch riªng phÇn rÔ vµ phÇn l¸, sÊy kh« 60oC trong 72 giê. T¬ng tù Nh vËy hai lo¹i rau m¸ vµ c¶i xanh còng ®îc trång trªn ®Êt nÒn kh«ng « nhiÔm As ®Ó ®èi chøng. Quy tr×nh xö lý mÉu: (1) V« c¬ hãa mÉu b»ng hçn hîp axit HNO3:HCl (10:3), ë 165oC trong 5 phót trªn thiÕt bÞ vi sãng (MarsX 5 plus, CEM, Mü). §Þnh lîng hµm lîng As tæng trªn thiÕt bÞ AAS kü thuËt hydrua hãa. (2) T¸ch chiÕt d¹ng As dÔ tan trong ®Êt vµ rau [3]: ChiÕt d¹ng As dÔ tan trong ®Êt b»ng dung dÞch H3PO4 0,5 M. ChiÕt d¹ng As dÔ tan trong mÉu rau b»ng hçn hîp dung m«i metanol: níc (1:1), ë nhiÖt ®é 75oC, trªn thiÕt bÞ vi sãng (MarsX 5 plus, CEM, Mü). 45 X¸c ®Þnh d¹ng As dÔ tan b»ng kü thuËt ghÐp HPLC-UV-HG-AAS. 2.3.4. Điều kiện phân tích dạng As bằng phương pháp HPLC-UV-HG-AAS HPLC: Cột tách sắc ký: Hamilton PRP- X100(250mm.4,1 mm i.d.10 m). Pha động A : 12 mmol/l KH2PO4- K 2HPO4; pH =6,5.B:2,4 mmol/l KH2PO4-K2HPO4; pH =6. Tốc đô dòng pha động : 1ml/min. Hóa hơi hidrit HG : Tốc độ HCl 4M : 1,6 ml/min ; Tốc độ K2S2O8: 1 ml/min; Tốc độ khí mang Argon :50 ml/min. AAS :Bước sóng 193,7 nm; khe sáng : 5nm; Cường độ dòng đen catot rỗng :12mA 2.3.5. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 2.3.5.1. HPLC-UV-HG-AAS của các dạng tồn tại của asen Sau khi phân tích xác định thời gian lưu của từng chất chuẩn riêng biệt , tiến hành tách phân tích hỗn hợp 4 chất chuẩn As (III), As (V), DMA và MMA . Thứ tự giải hấp khỏi cột tách sắc ký tùy thuộc vào giá trị pKa và được kiểm soát bởi pH của pha động . Với các điều kiện sắc ký như trên các dạng của As sẽ bị rửa giải ra khỏi cột theo thứ tự As3+, DMA, MMA và As5+. 2.3.5.2. Dạng As trong rễ cây rau má và cải xanh Để trả lời cho câu hỏi As (V) từ đất bị hấp thụ bởi cây trồng sẽ chuyển đổi dạng như thế nào? Tiến hành xác định dạng As trong rễ, lá rau má và cải xanh. Kết quả phân tích trình bày trong bảng Bảng : dạng asen dễ tan trong rễ rau má và cải xanh Mẫu Dạng As(mg/kg) As3+ DMA MMA As5+ Rễ rau má 1,70 KPH KPH 0,06 46 Rễ cải xanh 37,00 KPH KPH 6,64 KPH :Không phát hiện Các thể hiện trên sắc ký đồ ở hình đã khẳng định chỉ có As dạng vô cơ trong rễ cây và đã có sự khử As(V) về As (III) trong rễ cây rau. Kết quả cho thấy hàm lượng As(III)cao hơn As(V). Điều này có thể giải thích như sau: trong đất, As là một oxyanion AsO3-4 đóng giả vai trò của PO3-4, cạnh tranh với photphat để đi vào trong rễ , nó được vận chuyển ngang qua màng huyết tương theo hệ thống vận chuyển photphat . Tại rễ, đã xảy ra quá trình khử As trong rễ của hai loại rau này rất đáng kể, có đến 92% As trong rễ rau má và 82% As trong rễ rau cải xanh ở dạng As(III) so với tổng lượng As được chiết bằng hỗn hợp dung môi methanol/ nước. Những kết quả thu được còn cho thấy trong khi trong rễ rau má hàm lượng As (III) cao gấp 28 lần As (V) , thì trong rễ cải xanh chỉ cao hơn 5 đế 6 lần, cho dù, cải xanh hấp thụ và tích lũy As nhiều hơn rau má . Điều đó chứng tỏ mức độ khử As (V) của rau cải thấp hơn so với rau má . Tuy 47 có sự khác nhau như vậy nhưng quy luật trong rễ của hai loại rau này chủ yếu là As (III) vô cơ. 2.3.5.3 Dạng As trong lá rau má và cải xanh Kết quả xác định dạng As trong lá rau má và cải xanh trình bày ở bảng: Bảng : dạng asen dễ tan trong lá rau má và cải xanh Mẫu Dạng As(mg/kg) As3+ DMA MMA As5+ Lá rau má Ô nhiễm 1,12 KPH KPH KPH Đối chứng 0,16 KPH KPH KPH Lá cải xanh Ô nhiễm 21,66 KPH KPH KPH Đối chứng KPH KPH KPH KPH KPH: không phát hiện Từ kết quả phân tích cho thấy không phát hiện có quá trình metyl hóa As trong lá rau má và cải xanh nhằm làm giảm độc tính của As. Dựa vào kết quả phân tích có thể dự đoán : hoặc đã có sự khử hoàn toàn As(V) thành As(III) trong quá trình As di chuyển từ rễ lên lá . Hoặc chỉ có As (III) di chuyển lên lá Để làm sáng tỏ dự đoán trên đã tiến hành xác định và so sánh lượng As dễ tan và tổng As có trong cây . Kết quả phân tích lượng As trình bày ở bảng : Mẫu As dễ tan Dạng khác Tổng As (HNO3/HCl) ppm % ppm % ppm Rau má Lá 1,12 62 0,69 38 1,81 Rễ 1,76 80 0,35 20 2,19 Cải xanh Lá 21,66 79 1,35 21 27,37 Rễ 43,64 88 1,63 12 49,48 48 Dạng khác = tổng As(HNO3/HCl)-As dễ tan.Từ kết quả trên cho thấy , lượng As dễ tan trong rau má thấp hơn với rau cải xanh ,có khoảng 79 đến 88% As trong rau cải xanh là dạng dễ tan . Trong khi đó , rau má chỉ có từ 62 đến 80 %.Lượng As còn lại ở những dạng không dễ tan chiếm từ 12 đến 38 % tùy từng loại. 2.3.5.4. kết luận 1. Asen tan trong dung dÞch ®Êt ë d¹ng v« c¬ lµ As(V), chóng lan truyÒn tõ m«i trêng ®Êt lªn rau m¸ vµ c¶i xanh trong qu¸ tr×nh sinh trëng. 2. §· kh«ng ph¸t hiÖn qu¸ tr×nh metyl ho¸ As trong ®Êt vµ trong c©y rau. As tÝch lòy trong rÔ vµ trong l¸ chñ yÕu ë d¹ng As(III). 3. §· cã sù khö As(V) thµnh As(III) trong rÔ rau m¸ vµ c¶i xanh vµ tïy tõng lo¹i rau lîng As(V) chØ cßn l¹i trong rÔ tõ 10 ®Õn 22%. 49 4. HÊp thu vµ tÝch lòy As cña rau m¸ thÊp h¬n so víi rau c¶i nãi lªn ®Æc ®iÓm sinh häc vµ sù nh¹y c¶m cña mçi lo¹i thùc vËt rÊt kh¸c nhau ®èi víi ®éc tè kim lo¹i. Tuy vËy, kh¶ n¨ng vËn chuyÓn As tõ rÔ lªn l¸ ë c©y rau m¸ l¹i cao h¬n so víi rau c¶i.    Phân tích thực phẩm là một lĩnh vực quan trọng trong chế biến thực phẩm, ngày nay công nghệ tăng cao, nhu cầu đời sống của con người cũng đòi hỏi các nhà sản xuất chế biến thực phẩm phải đáp ứng được nhu cầu về chất lượng thực phẩm mà không gây hại cho sức khỏe người tiêu dùng và giá cả hợp lý. Vì vậy vấn đề sử dụng những phương pháp phân tích thực phẩm là vấn đề hết sức quan trọng. Hiện nay phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử đáng được quan tâm, trong đó có phổ hấp thụ nguyên tử AAS và là phương pháp được ứng dụng trong thực tế, trong nhiều ngành công nghiệp đặc biệt là ngành công nghiệp thực phẩm. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử này sẽ giúp chúng ta phát hiện được những kim loại nặng có trong thực phẩm như rau , củ , quả , thủy sản, ….và kim loai nặng có trong nước , đất…. Đề tài phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS là đề tài mang tính thực tiễn , có ứng dụng trong dời sống và sản xuất . Sư dụng phương pháp AAS sẽ biết được hàm lựơng và độc tính của kim loại , không những thế sẽ biết được khả năng tan của kim loại trong những thực phẩm khác nhau . 50 Nhưng ở nước ta hiện nay phương pháp phổ nguyên tử AAS chỉ phát triển trong những năm gần đây, đặc biệt là trong các trường đại học viện nhiên cứu phụ vụ cho công việc giảng day , dich vụ phân tích . TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Hồ Viết Qúy – Phân tích hóa lý – Nhà xuất bản giáo dục – Năm 2000 2. Nguyễn Thị Dung (biên soạn) – Giáo trình phân tích bằng quang phổ - Dự án giáo dục kỹ thuật và dạy nghề (VTEP) Hà Nội – 2008 3. Phạm Luận – Phương pháp phân tích phổ nguyên tử - Nhà xuất bản đại học quốc gia Hà Nội – 2003 4. www.google.com.vn MỤC LỤC 1.Cơ sở của phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử……………………………………….4 1.3. Nguyên tắc …………………………………………………………………………..4 1.4. Quá trình nguyên tử hóa mẫu:………………………………………………………..5 1.4.1. Nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn lửa………………………………………………..5 1.4.2. Nguyên tử hóa không ngọn lửa……………………………………………………7 1.4.2.1. Đặc điểm và nguyên tắc …………………………………………………………7 1.4.2.2. Sấy khô mẫu …………………………………………………………………….7 1.4.2.3. Tro hoá luyện mẫu ……………………………………………………………...8 1.4.2.4. Nguyên tử hoá …………………………………………………………………..8 1.2.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng . ………………………………………………………….8 1.4.2.6. Tối ưu hóa các diều kiện cho phép đo không ngọn lửa mẫu. …………………..9 1.5. Các yếu tố ảnh hưởng trong phép đo AAS:…………………………………………10 1.3.2 Khái quát chung………………………………………………………………….10 1.3.2. Các yếu tố về phổ ………………………………………………………………...10 1.3.2.1. Sự hấp thụ nền………………………………………………………………….10 1.3.2.2. Sự chen lấn của vạch phổ ……………………………………………………...11 1.3.2.3. Sự hấp thụ của các hạt rắn………………………………………………………11 51 1.3.3. Các yếu tố vật lí …………………………………………………………………..11 1.3.3.1 Độ nhớt và sức căng bề mặt của dung dịch mẫu ………………………………..11 1.3.3.2 Hiệu ứng lưu lại …………………………………………………………………12 1.3.3.3. Sự Ion hóa của chất phân tích …………………………………………………13 1.3.3.4 Sự phát xạ của nguyên tố phân tích ……………………………………………13 1.3.4. Các yếu tố hóa học ………………………………………………………………14 1.3.4.1 Nồng độ axit và loại axit trong dung dịch mẫu ………………………………..15 1.3.4.2 Về ảnh hưởng của các Cation có trong mẫu: …………………………………..15 1.3.4.3 Ảnh hưởng của các an Ion có trong mẫu ……………………………………….17 1.3.4.4 Thành phần nền của mẫu ………………………………………………………..17 1.3.4.5Ảnh hưởng của dung môi hữu cơ ………………………………………………..18 1.4.Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử………………………………………………….18 1.4.1. Phân loại …………………………………………………………………………18 1.4.1.1.Máy quang phổ hấp thụ một chùm tia…………………….……………………..18 1.4.1.2. Máy quang phổ hấp thụ hai chùm tia………………………………………...…19 1.5.2. Cấu tạo máy quang phổ hấp thụ nguyên tử............................................................19 1.4.2.1. Nguồn bức xạ: .....................................................................................................19 1.4.2.4.1. Đèn catot rỗng (HCL) ………………………………………………………..20 1.4.2.4.2. Đèn phóng điện không diện cực (EDL)………………………………………22 1.4.2.4.3. Đèn phổ liên tục có biến điệu:……………………………………………...…24 1.4.2.4.4. Các loại nguồn đơn sắc khác :………………………………………………...25 1.4.2.5. Hệ thống nguyên tử hóa mẫu :………………………………………………..25 1.4.2.6. Hệ thống đơn sắc máy quang phổ hấp thụ nguyên tử ……………………….28 1.4.2.7. Detector : ……………………………………………………………………..32 1.5.Phương pháp định lượng bằng phổ AAS:…………………………………………..33 1.5.1.Phương pháp đồ thị chuẩn:………………………………………………………..33 1.5.2. Phương pháp thêm chất chuẩn……………………………………………………34 1.6. Đối tượng và ưu, nhược điểm của phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS: 1.6.1. Đối tượng của phương pháp:……………………………………………………...35 52 1.6.2. Những ưu điểm và nhược điểm của phương pháp:……………………………….36 2. Ứng dụng của phương pháp phổ hấp thu nguyên tử trong thực phẩm :……………..36 2.1. Xác định hàm lượng thuỷ ngân trong thủy sản …………………………………….36 2.1.1. Phạm vi áp dụng………………………………………………………………….36 2.1.2. Nguyên tắc ………………………………………………………………………37 2.1.3. Thiết bị, dụng cụ, hoá chất và chất chuẩn..............................................................37 2.1.3.1. Thiết bị và dụng cụ .............................................................................................37 2.1.3.2. Hoá chất và chất chuẩn........................................................................................37 2.1.3. Phương pháp tiến hành......................................................................................................38 2.1.3.1 Vô cơ hoá mẫu......................................................................................................38 2.1.3.2. Chuẩn bị mẫu trắng .............................................................................................38 2.1.3.3 Tiến hành phân tích...............................................................................................38 2.1.3.4 Yêu cầu về độ tin cậy của phép phân tích…………..…………………………..39 2.1.4. Tính kết quả…………………………………...………………………………….39 2.2. Hàm lượng chì trong thủy sản ………………………………………………..…….40 2.2.1. Phạm vi áp dụng…………………………………………………………….…….40 2.2.2. Phương pháp tham chiếu………………………………………………………….40 2.2.3 Nguyên tắc ………………………………………………………………………..40 2.2.4 Thiết bị, dụng cụ, hoá chất và chất chuẩn…………………………………………40 2.2.4.1.Thiết bị và dụng cụ ……………………………………………..………………40 2.2.4.2 Hoá Chất và chất chuẩn …………………………………………………………40 2.2.5. Phương pháp tiến hành……………………………………………………………41 2.2.5.1 Chuẩn bị mẫu trắng…………………………………………………………..….41 2.2.5.2 Chuẩn bị mẫu thử…………………………………………………………..……42 2.2.5.3 Tiến hành phân tích………………………………………………………….…..42 2.2.5.4 Yêu cầu về độ tin cậy của phép phân tích……………………………………….43 2.2.6 Tính kết quả………………………………………………………………………..43 2.2.6.1 Ðối với dung dịch mẫu thử trong, không có cặn lắng…………………………...43 2.2.6.2 Ðối với dung dịch mẫu thử đục phải bổ sung thêm dung dịch đệm…………….43 53 2.3. X¸c ®Þnh hµm lîng As trong rau m¸ vµ c¶i xanh b»ng ph¬ng ph¸p quang phæ hÊp thu nguyªn tö (AAs) 2.3.5. Hóa chất ………………………………………………………………………….44 2.3.6. Thiết bị :…………………………………………………………………………..44 2.3.7. ChuÈn bÞ mÉu ph©n tÝch ………………………………………………………….45 2.3.8. Điều kiện phân tích dạng As bằng phương pháp HPLC-UV-HG-AAS………….45 2.3.5. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ……………………………………………..……..45 2.3.5.1. HPLC-UV-HG-AAS của các dạng tồn tại của asen ……………………………45 2.3.5.2. Dạng As trong rễ cây rau má và cải xanh ………………………………………46 2.3.5.3 Dạng As trong lá rau má và cải xanh ……………………………………………47 54