ky thuat hydrie pptx

Mục lục MỤC LỤC MỤC LỤC i LỜI NÓI ĐẦU ii CHƯƠNG I 1 I. Giới thiệu 1 II. HG-AAS 1 III. Cấu tạo và hoạt động 3 1. The Hollow Cathode Lamp (đèn Cathod rỗng): HCL 3 2. Hydride Generation 3 3. The Optical Cell and Flame 4 4. Cấu tạo toàn bộ hệ thống HG-AAS 5 CHƯƠNG II 6 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA KỸ THUẬT HYDRIDE 6 I. Các tác nhân phản ứng 6 II.Trang bị 7 III. Khí mang 8 IV. Hệ thống tạo khí hydrua 8 V. Nguyên tử hóa mẫu 11 VI. Kỹ thuật hydride ứng dụng trong AES 15 VII. Ứng dụng kỹ thuật hydride trong phân tích 18 1. Ge 18 2. Sn 19 3. Pb 20 KẾT LUẬN iii TÀI LIỆU THAM KHẢO iv i Lời nói đầu LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại ngày nay, ứng dụng của khoa học kỹ thuật ngày càng vượt bậc đã đem lại nhiều thành tụ to lớn trong sản xuất nhất là trong lĩnh vực hóa học. Chính vì vậy việc sử dụng hóa chất vào các lĩnh vực : nông nghiệp, thủy sản…bừa bãi, dẫn đến dư lượng hóa chất có trong thực phẩm không tốt cho sức khỏe người tiêu dùng. Do vậy, các phương pháp phân tích mới ra đời để phát hiện dư lượng đó, trong đó phương pháp phân tích phổ nguyên tử chiếm gần một nữa các phương pháp phân tích khác. Đặc biệt là “KỸ THUẬT HYDRIDE”. “KỸ THUẬT HYDRIDE” được ứng dụng để phân tích Pb, Se, Ge…và có thể phát hiện với hàm lượng vết. Vậy “KỸ THUẬT HYDRIDE ” như thế nào? Cách phân tích ra sao? Để hiểu về nó thì đề tài “KỸ THUẬT HYDRIDE” sẽ giúp các bạn hiểu về nó, cũng như ứng dụng nó vào trong lĩnh vực phân tích như thế nào ? ii Chương I CHƯƠNG I CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG HG -AAS I. Giới thiệu Nguyên tử hoá mẫu phân tích là một công việc hết sức quan trọng của phép đo phổ hấp thu nguội. Bởi vì chỉ có các nguyên tử tự do ở trạng thái hơi mới có phổ hấp thu nguyên tử, nghĩa là số nguyên tử tự do trong trạng thái hơi là yếu tố quyết định cường độ vạch phổ hấp thu, và quá trình nguyên tử hoá mẫu tốt hay không tốt đều có ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả phân tích một nguyên tố. Chính vì thế người ta thường ví quá trình nguyên tử hoá mẫu là hoạt động trái tim của phép đo phổ hấp thu nguyên tử. Mục đích của quá trình này là tạo ra được đám hơi các nguyên tử tự từ mẫu phân tích, với hiệu suất cao và ổn định, để phép đo đạt kết quả chính xác và có độ lặp lại cao. Đáp ứng mục đích đó, để nguyên tử hoá mẫu phân tích, ngày nay người ta thường dùng 3 kỹ thuật : 1. Kỹ thuật hoá nguyên tử hoá mẫu trong ngọn lửa đèn khí (F-AAS) 2. Kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu không ngọn lửa (ETA-AAS) 3. Kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu bằng hệ hấp thu nguội (HG-AAS) Mỗi kỹ thuật đều có ưu điểm khác nhau, nhưng kỹ thuật HG-AAS có ưu điểm nổi bậc khi phân tích hàm lượng vết :Hg, As, Pb, Sb, Sn, Se mà phương pháp F-AAS không thể phát hiện được. II. HG-AAS 1 Chương I Các hydrua của antimony,arsenic, bismuth, germanium, lead, selenium, tellurium và tin được hình thành từ phản ứng với sodium tetrahydroborate (NaBH 4 ) đã cung cấp một biện pháp thuận lợi cho việc phân tích các phân tử khí trong hỗn hợp nhiều chất. Phương pháp phân tích này thành công đối với hàm lượng vết của các nguyên tố bằng cách nguyên tử hoá mẫu hấp thu nguội và đây là điều mà cách nguyên tử hoá mẫu bằng ngọn lửa không thể áp dụng phân tích cho hàm lượng vết. Đặc biệt phương pháp này rất thuận lợi khi phân tích arsenic, selenium. Kỹ thuật hấp thu nguội có thể dùng cho phổ hấp thu và cả phổ phát xạ. Kỹ thuật hấp thu nguôi dựa trên nguyên tắc chuyển hoá các nguyên tố cần phân tích sang trạng thái hydrua dễ bay hơi, điều này các phương pháp khác không làm được khi các nguyên tố đó chỉ ở hàm lượng vết. Người đầu tiên phát hiện phổ hấp thu nguyên tử này là Holak, ông dựa trên phản ứng Marsh đã biết là phân huỷ hợp chất arsenic thành nguyên tử arsenic tự do trong ngọn lửa không khí / acetylene. Từ đó phương pháp này đã được nhiều người quan tâm. Kỹ thuật này có nhiều thiết bị khác biệt so với kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu khác. Phổ nguyên tử sử dụng kỹ thuật hydride hiện đại dùng trong phân tích hàm lượng của antimony,arsenic, bismuth, germanium, lead, selenium, tellurium và tin trong mẫu. Ví dụ nó dùng để phân tích hàm lượng vết của kim loại và các chất ô nhiễm có trong sản phẩm sinh học. Mặc dù giai đoạn chuẩn bị mẫu phân tích ít được đề cập đến, nhưng nó rất quan trọng và nếu không được chuẩn bị kỹ sẽ ảnh hưởng đến kết quả phân tích. Mẫu sau khi được chuẩn bị sẽ được tiến hành định lượng các hợp chất hydrua bay ra và chuyển hoá thành trạng thái nguyên tử tự do. Điều này được minh hoạ bằng thí nghiệm xác định hàm lượng selenium trong sản phẩm sinh học sử dụng 2 Chương I kỹ thuật hydride. Và nhiều thí nghiệm được tiến hành bằng các kỹ thuật độc lập cũng chứng minh cho sự chính xác và rõ ràng khi tiến hành bằng kỹ thuật hydride. Tuy nhiên để sử dụng kỹ thuật này thành công cần phải hiểu rõ nguyên tắc của nó. Hydride đặc biệt thích hợp để xác định arsenic và selenium ở hàm lượng vết, bởi vì bước sóng hấp thụ của hai nguyên tố này dưới 200 nm, điều này rất khó đối với kỹ thuật nguyên tử hoá bằng ngọn lửa. Bên cạnh đó, kỹ thuật hydride cho hiệu suất phân tích cao đối với các mẫu có hàm lượng thấp và có thể sử dụng cho mục đích nghiên cứu chuyên môn sâu hơn. III. Cấu tạo và hoạt động Về cấu tạo HG-AAS cũng có các thành phần chính tương tự như F-AAS, nhưng có thêm các bộ phận khác như hydride generator. Sau đây là một số bộ phận chính: 1. The Hollow Cathode Lamp (đèn Cathod rỗng): HCL Cathod sử dụng là kim loại trơ, bền nhiệt và áp suất trong đèn là áp suất của khí trơ. Cấu tạo của đèn tương tự trong máy AAS, đèn dùng phát ánh sáng có bước sóng thích hợp để các nguyên tố hấp thụ. 2. Hydride Generation Thiết bị chính là bơm nhu động (peristaltic pump), nó dùng bơm mẫu phân tích và dung dịch NaBH 4 , dung dịch HCl để thực hiện phản ứng tạo hydrua. Sau khi hydrua tạo thành sẽ được tách khỏi dung dịch và dẫn vào optical cell để thực hiện quá trình nguyên tử hóa mẫu. 3 Chương I 3. The Optical Cell and Flame Optical Cell là ống hình trụ, được phủ bằng một lớp silica trong suốt. Ống được đốt nóng bởi ngọn lửa không khí/acetylen, nhiệt độ của ngọn lửa cắt đứt liên kết hydrua tạo thành các nguyên tử tự do. Ống được đặt đồng tâm với chùm tia sáng, do đó các nguyên tử tự do hấp thu ánh sáng và cho phổ hấp thu. 4 Chương I 4. Cấu tạo toàn bộ hệ thống HG-AAS 5 Chương II CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA KỸ THUẬT HYDRIDE I. Các tác nhân phản ứng Công việc đầu tiên của kỹ thuật hydride là phải tạo ra các sản phẩm là hợp chất hydrua của các nguyên tố cần phân tích. Điều này dễ dàng tiến hành bằng cách sử dụng chất khử NaBH 4 phản ứng với các nguyên tố trong mẫu phân tích. Tác nhân khử lúc đầu được sử dụng ở dạng rắn từng viên nhỏ nhưng không phù hợp. Do đó nó được hoà tan trong dung môi tạo thành dung dịch NaBH 4 . Dung dịch này được dẫn vào hệ thống hydride sẽ cho hiệu suất cao hơn. Nồng độ chất khử sử dụng phải thích hợp với các nguyên tố phân tích và trang thiết bị liên quan. Nồng độ thường được khuyến khích sử dụng là 5-50 g/l trong môi trường base (NaOH, KOH). Sau đó lọc qua màng mỏng với các lỗ có đường kính 0,45 và quá trình lọc này phải được ổn định khoảng 3 tuần. Phản ứng nhanh giữa NaBH 4 và HCl có thể gây ra trở ngại là tạo bọt khí, đặc biệt không phân tích được chất lỏng sinh học như : nước tiểu và máu. Trong trường hợp này cần thêm vào chất chống tạo bọt. Sự tinh khiết của tác chất sử dụng là rất quan trọng. Bởi vì nó ảnh hưởng đến phản ứng tạo khí hydrua và sự hấp thu trong ống thạch anh. Bên cạnh đó nồng độ của acid HCl sử dụng cũng phải thích hợp (thường là nồng độ cao). 6 Chương II II.Trang bị Một trong những thuận lợi của kỹ thuật hydride là trang thiết bị đơn giản, nhưng đảm bảo đúng qui tắc của phổ hấp thu nguyên tử. Tất cả các trang thiết bị đều được thiết kế thành một hệ thống tự động hoá và nó không có trở ngại gì khi phân tích hàm lượng vết. Sau đây là các bộ phận cấu trúc chi tiết gồm nhiều phần thực hiện các nhiệm vụ khác nhau : phần đơn giản nhất là dụng cụ dùng để thực hiện phản ứng tạo khí hydrua, và khí hydrua được luồng khí trơ (H 2 ) vận chuyển vào ống thạch anh đặt dọc đồng tâm với chùm sáng. Phần thứ hai là bơm nhu động (peristaltic pumps) nó dùng để bơm mẫu và tác nhân khử vào thiết bị, để xảy ra phản ứng tạo hydrua, và khi không có không khí lẫn vào thì khí hydrua dễ dàng tách ra bởi thiết bị phân tách khí – lỏng hay bởi màng phân tích. Thuận lợi của bơm nhu động là hiện thị hỗn hợp các tác nhân tham gia phản ứng, và với khả năng khống chế pH tốt nó còn khắc phục sự cản trở của các nguyên tố khác trong kỹ thuật hydride. Tuy nhiên giới hạn phát hiện còn thấp so với kỹ thuật khác. Sturman đã thiết kế bộ phận phân tách khí – lỏng rất đặc biệt đó là : acid và NaBH 4 được trộn bằng bơm nhu động. Bằng cách này acid nitric trong mẫu bị phân huỷ, do đó dùng để xác định arsenic và selenium rất tốt mặc dù có vài kim loại cản trở. Bơm nhu động khống chế điều kiện xảy ra phản ứng và chuyển arsenic thành các dẫn xuất : monomethyl arsonic acid [As(III) và dimethyl arsinic acid (As (V)]. Như vậy tác nhân được tiếp tục bơm vào mẫu để kết hợp với nhau, và tín hiệu được phát ra ngoài ngay sau khi điểm cân bằng được thiết lập. Tuy nhiên để thành công thì mẫu phải được bơm từ từ 7 Chương II vào và tín hiệu ghi nhận được là tín hiệu tổng hợp. Sử dụng kỹ thuật hấp thu nguội, Perttersson đã xác định được selenium ở hàm lượng 0,1Ġ, nhưng nếu có đồng ở nồng độ 1 mg/l sẽ gây cản trở. Pacey cũng làm tương tự để xác định arsenic là bơm mẫu gián đoạn, sau đó bơm tác nhân khí để gây phản ứng tạo hydrua, dùng khí trơ đẩy khí hydrua vào ống thạch anh đặt dọc đồng tâm với chùm tia sáng, ngọn lửa đốt thạch anh cắt đứt liên kết hydrua tạo ra các nguyên tử tự do và nguyên tử tự do hấp thu ánh sáng đơn sắc. Khi xác định As(V) và sử dụng tác nhân khử là KI sẽ có nhiều tín hiệu không rõ ràng, nhưng định lượng As(III) thì không cần dùng KI. Nhiều tác giả cũng nghiên cứu về thiết bị khí hydrua dạng màng lọc kích thước lỗ dạng micromet. Và với thiết bị này phản ứng xảy ra nhanh hơn và khắc phục được sự cản trở củ Cu(II) và Ni(II). Nghiên cứu gần đây cho thấy vấn đề hấp thu các chất phân tích lên bề mặt thiết bị là vấn đề rất quan trọng. Reamer đã dung Ġ để kiểm tra khả năng hấp thụ, và selenium hydrua bị hấp thụ trên polypropylene, thủy tinh và teflon. Thí nghiệm được lặp lại với dimethyldichlorosilance do bị hấp thụ bởi thuỷ tinh nên đã giảm bớt nồng độ khi tham gia phản ứng khử. III. Khí mang Khí mang thường dùng là argon và nitrogen và để tránh sự ngưng tụ của khí argon, helium thì nitrogen được sử dụng nhiều hơn làm khí mang ở dạng nitrogen lỏng . Một hỗn hợp 1% về thể tích oxygen / argon sẽ làm tăng khả năng hấp thụ ánh sáng so với nitrogen. Và một ít oxygen hiện diện cũng làm tăng hiệu suất nguyên tử hoá mẫu. IV. Hệ thống tạo khí hydrua 8