xác định crom trong mẫu sinh học bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN CAO THỊ MAI HƢƠNG ĐỀ TÀI: XÁC ĐỊNH CROM TRONG MẪU SINH HỌC BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ KHÔNG NGỌN LỬA Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60 44 29 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2011 BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT AAS Atomic absorption spectrophotometry ( Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử) Abs Cr Absorbance of chromium ( Độ hấp thụ quang của crom) BG Background signal (blank signal) ( Tín hiệu đường nền ) CV Coefficient variation (Hệ số biến động) E R Relative error ( Sai số tương đối) F - AAS Flame atomic absorption spectrophotometry ( Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật ngọn lửa ) F - AES Flame atomic emission spectrophotometry ( Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử kỹ thuật ngọn lửa) GF - AAS Graphite furnace atomic absorption spectrophotometry ( Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật không ngọn lửa) ETA-AAS Electro Thermal Atomizers Atomic Absorption Spectrocopy (Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật không ngọn lửa) IAEA-CRM International Atomic Energy Agency-Certified Reference Materials (Mẫu chuẩn) HPLC High Performance Liquid Chromatography ( Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao) HCL Hollow cathode lamp ( Đèn catot rỗng ) HMDE Hanging mercury drop electrode ( Điện cực giọt thủy ngân treo) ICP - MS Inductively coupled plasma mass spectrometry ( Phương pháp khối phổ plasma cao tần cảm ứng ) LOD Limit of detection (Giới hạn phát hiện ) LOQ Limit of quantitortion ( Giới hạn định lượng ) ppb part per billion ( Phần tỷ ) ppm part per million ( Phần triệu) RSD Relative standard deviation (Độ lệch chuẩn tương đối) SS Sum of square ( Tổng các bình phương) UV - Vis Ultraviolet - Visible spectrophotometry (Phương pháp quang phổ tử ngoại - khả kiến ) DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1- Hàm lượng Cd, Cr, Pb trong đất trồng rau Bảng 3.1 - Khảo sát chọn vạch đo phổ của Crom Bảng 3.2 - Khảo sát chọn cường độ dòng đèn HCL Bảng 3.3 - Khảo sát độ rộng khe đo Bảng 3.4 - Khảo sát nhiệt độ tro hoá mẫu Bảng 3.5 - Khảo sát nhiệt độ nguyên tử hoá mẫu Bảng 3.6 - Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit HNO 3 Bảng 3.7 - Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit HCl Bảng 3.8 - Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit H 2 SO 4 Bảng 3.9 - Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit CH 3 COOH Bảng 3.10 - Khảo sát ảnh hưởng của các chất cải biến hóa học Bảng 3.11 - Khảo sát nồng độ của (NH 4 )H 2 PO 4 Bảng 3.12 - Khảo sát thành phần các nguyên tố có trong rau Bảng 3.13- Khảo sát ảnh hưởng của các kim loại kiềm thổ Bảng 3.14 - Khảo sát ảnh hưởng của các cation kim loại hóa trị III Bảng 3.15 - Khảo sát ảnh hưởng của các cation kim loại nặng hóa trị II Bảng 3.16 - Khảo sát ảnh hưởng của tổng các cation kim loại Bảng 3.17 - Khảo sát ảnh hưởng của các anion Bảng 3.18 - Khảo sát ảnh hưởng của tổng các cation và anion Bảng 3.19 - Giới hạn hàm lượng các cation và anion Bảng 3.20 - Kết quả khảo sát khoảng tuyến tính của Crom Bảng 3.21 - Kết quả sai số và độ lặp lại của phép đo Bảng 3.22- Kết quả phân tích bằng phương pháp đường chuẩn Bảng 3.23 - Kết quả phân tích bằng phương pháp thêm chuẩn Bảng 3.24 - Kết quả so sánh giữa phương pháp đường chuẩn và thêm chuẩn Bảng 3.25 - Kết quả so sánh giữa phương pháp GF-AAS và ICP-MS Bảng 3.26 - Hiệu suất thu hồi Cr lượng thêm chuẩn Bảng 3.27 - Hiệu suất thu hồi Cr theo mẫu chuẩn Bảng 3.28 - Kết quả phân tích của hai mẫu rau bằng phương pháp đường chuẩn 5 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 - Hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử Model AA 6800 Hình 2.2 - Bộ phận nguyên tử hoá chứa cuvet graphit Hình 2.3 - Bộ phận lấy mẫu tự động ASC - 6100 Hình 3.4 - Đồ thị khảo sát nhiệt độ nguyên tử hóa của crom Hình 3.5 - Khảo sát khoảng tuyến tính của crom Hình 3.6 - Đường chuẩn của crom Hình 3.7 - Đồ thị thêm chuẩn xác định crom trong mẫu rau cải bắp cải non Hình 3.8 - Đồ thị thêm chuẩn xác định crom trong mẫu rau cải cúc Hình 3.9 - Đồ thị thêm chuẩn xác định crom trong mẫu rau cần 6 MỞ ĐẦU Xã hội ngày một phát triển, nhu cầu của con người ngày càng cao. Sự tăng trưởng mạnh của nền kinh tế đã đưa nhu cầu của con người từ mong muốn “ăn no, mặc đủ” lên “ăn ngon, mặc đẹp”. Vì thế nhu cầu về thực phẩm sạch, đảm bảo sức khỏe đã trở thành nhu cầu thiết yếu, cấp bách và được xã hội quan tâm hàng đầu. Ở nước ta, sự bùng nổ dân số cùng với tốc độ đô thị hoá, công nghiệp hoá nhanh chóng đã tạo ra một sức ép lớn tới môi trường sống Việt Nam . Vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm đối với nông sản nhất là rau xanh đang được cả xã hội quan tâm. Rau xanh là nguồn thực phẩm cần thiết và quan trọng không thể thiếu được trong mỗi bữa ăn hàng ngày, là nguồn cung cấp vitamin, khoáng chất, vi lượng, chất xơ, cho cơ thể con người không thể thay thế được. Ngoài ra, rau còn được dùng như một loại thuốc chữa các bệnh thông thường: nước rau má giúp giải nhiệt, rau ngải cứu giúp an thai, rau diếp cá dùng để hạ sốt, rau muống giúp cầm máu. Tuy nhiên, hiện nay nhiều khu vực trồng rau đang có nguy cơ bị ô nhiễm do chất thải của các nhà máy, xí nghiệp cùng với việc sử dụng phân bón một cách thiếu khoa học dẫn đến một số loại rau có thể bị nhiễm các kim loại nặng, có ảnh hưởng đến sức khoẻ con người. Các nguyên tố thuộc nhóm kim loại nặng như Cr, Pb, Cd gây độc hại đối với cơ thể con người tuỳ thuộc vào hàm lượng của chúng. Một số khác như Cu, Fe, Zn là những nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ thể con người. Tuy nhiên khi hàm lượng của chúng vượt quá ngưỡng cho phép chúng bắt đầu gây độc. Thời gian gần đây, vấn đề rau sạch đang là vấn đề nóng bỏng được nhiều cơ quan môi trường và Xã hội quan tâm: Theo báo Lao Động số 288 Ngày 12/12/2008 thì Trung bình 33km 2 mới có 1 điểm bán rau an toàn. Theo Chi cục Bảo vệ thực vật Hà Nội, đến thời điểm này, sản lượng rau an toàn của toàn thành phố hàng năm chỉ đáp ứng được gần 14% nhu cầu rau xanh của người dân thủ đô. Như thế, việc điều tra, đánh giá chất lượng rau sạch trở nên vô cùng cấp thiết. Một trong các chỉ tiêu dùng để đánh giá độ an toàn của thực phẩm nói chung và rau sạch nói riêng là chỉ tiêu về hàm lượng các kim loại nặng. Nhằm mục đích phục vụ sức khỏe con người và bảo vệ môi trường, nhằm đóng góp cho chương trình nhà nước về nghiên cứu và điều tra điều kiện dinh dưỡng của người Việt nam, trong bản luận văn này chúng tôi nghiên cứu việc sử dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS) để phân tích (xác định) lượng vết crom trong mẫu sinh học. 7 Chƣơng 1 - TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung về nguyên tố Crom.[18] Crom là một nguyên tố thuộc phân nhóm VIB, chu kỳ 4 trong bảng hệ thống tuần hoàn, có cấu hình lớp electron ngoài cùng: 3d 5 4s 1 . Crom được ký hiệu là Cr, số thứ tự nguyên tử là 24, nguyên tử lượng Crom là 51,996 đvC, Crom có số oxi hoá đặc trưng nhất là +3 và kém đặc trưng hơn là +6. Ngoài ra, trong hợp chất Crom còn có các số oxi hoá: +1; +2; +4; +5. Trữ lượng trong thiên nhiên của Crom là 6.10 -3 % tổng số nguyên tử trong vỏ trái đất, nghĩa là tương đối phổ biến. Khoáng vật chính của Crom là sắt cromit Fe(CrO 2 ) 2 . Crom được sử dụng trong luyện kim, trong mạ điện hoặc trong nhuộm màu, thuộc da… Các hợp chất cromat thường thêm vào nước mặn để ức chế sự ăn mòn kim loại. Trong nước tự nhiên, Cr 3+ tồn tại ở dạng Cr(OH) 2+ ,  )OH(Cr , còn Cr(IV) tồn tại ở dạng 2 4 CrO , và 2 72 OCr . Người ta cho rằng Cr 3+ tạo phức bền với các amin và nó được bám vào các khoáng sét. Crom được coi là không cần thiết cho cây trồng nhưng lại là nguyên tố cần thiết cho động vật. Crom kim loại được điều chế bằng các phương pháp nhiệt nhôm, dùng bột nhôm khử Crom(III) oxit. Cr 2 O 3 + 2Al = 2Cr + Al 2 O 3 Crom thu được chứa 97,99% Cr và tạp chất sắt. 1.2.Tính chất của Cr [ 9] 1.2.1. Tính chất vật lý: Về mặt lý học, crom thể hiện rõ rệt tính chất kim loại. Nó là kim loại màu trắng bạc có ánh kim, dẫn điện và nhiệt tốt. Crom tinh khiết dễ chế hoá cơ học nhưng khi lẫn tạp chất thì trở nên cứng và giòn. Vì vậy, kim loại Crom kỹ thuật rất cứng. Việc đưa crom vào thép làm tăng độ cứng, độ bền nhiệt, độ bền ăn mòn, và độ bền hoá chất của các loại thép đặc biệt. Thép dụng cụ chứa 3% ÷ 4% Cr, thép không rỉ chứa 18% ÷ 25% Cr. Một số hằng số vật lý quan trọng của Cr:  Nhiệt độ nóng chảy (T nc ): 1890 o C 8  Nhiệt độ sôi (T s ): 3390 o C  Thế điện cực (E o ): -0,91V  Độ âm điện theo paoling: 1,6  Bán kính nguyên tử : 1,27 A o  Năng lượng iôn hoá : 6,77 eV 1.2.2. Tính chất hoá học: Crom là chất khử giống như Al, trên bề mặt được bao phủ màng oxit mỏng, bền với không khí. Crom không phản ứng trực tiếp với H 2 , ở điều kiện thường không phản ứng với O 2 nhưng khi đốt cháy trong không khí tạo thành Cr 2 O 3 4Cr (rắn) + 3O 2 = 2Cr 2 O 3 ΔH = - 1141 KJ/mol Tuy nhiên ở nhiệt độ cao, Crom phản ứng với nhóm Halogen. Thế điện cực tiêu chuẩn của Crom o Cr/Cr 2 E  = - 0,91 (V). Crôm khử được H + trong các dung dịch HCl, H 2 SO 4 loãng, nóng giải phóng H 2 . Cr + 2H + = Cr 2+ + H 2 Crom bị thụ động trong axit HNO 3 và H 2 SO 4 đặc nguội. Crom không tác dụng với nước do có lớp oxit bảo vệ. Crom tan được trong dung dịch kiềm. Cr + NaOH + H 2 O = NaCrO 2 + 3/2 H 2 Crom tác dụng với muối của những kim loại có thế tiêu chuẩn cao hơn tạo thành muối Cr(II) Cr + Cu 2+ = Cr 2+ + Cu 1.2.3. Các hợp chất của Crom 1.2.3.1. Hợp chất Cr(II) Các hợp chất của Cr(II) đều có tính khử như CrO ở 1000 o C bị khí H 2 khử thành crom kim loại. Còn Crom(II) hiđroxit thể hiện tính khử mạnh hơn 2Cr(OH) 2 + O 2 (kk) = 2Cr(OH) 3 Và dễ bị oxi hoá thành Cr (III). Ví dụ: 9 4CrCl 2 + 4HCl + O 2 = 4CrCl 3 + 2H 2 O Muối Cr(II) ít bị thuỷ phân  23 Cr/Cr E = - 0,41 (V), các muối tan được trong nước cho iôn hiđrat hoá [Cr(H 2 O) 6 ] 2+ có màu xanh lam. 1.2.3.2. Hợp chất Cr(III) Các hợp chất của Cr(III) bền hơn hợp chất của Cr(II) và có nhiều ứng dụng thực tế. a. Cr(III) oxit: Là hợp chất bền nhất của crom, nó nóng chảy ở 2265 o C và sôi ở 3027 o C. Cr 2 O 3 trơ về mặt hoá học, nhất là sau khi đã nung nóng, nó không tan trong nước, dung dịch axit và dung dịch kiềm. Tính lưỡng tính của Cr 2 O 3 chỉ thể hiện khi nấu chảy với kiềm hay Kali hiđrô sunfat. Cr 2 O 3 + 2KOH = 2KCrO 2 + H 2 O Cr 2 O 3 + 6KHSO 4 = Cr 2 (SO 4 ) 3 + 3K 2 SO 4 + 3H 2 O b. Cr(III) hiđroxit: Cr(OH) 3 có tính chất giống với nhôm hiđrôxit, nó là kết tủa nhầy, màu lục nhạt, không tan trong nước và là chất lưỡng tính. Khi mới điều chế Cr(III) hiđroxit tan dễ dàng trong axit và dung dịch kiềm. Cr(OH) 3 + 3H 3 O + = [Cr(H 2 O) 6 ] 3+ Cr(OH) 3 +  OH + nH 2 O =    224 )OH()OH(Cr Tất cả những ion này được gọi chung là hiđroxo Cromit, nó luôn kém bền, khi đun nóng trong dung dịch đã phân huỷ tạo thành kết tủa Cr(OH) 3 . Sở dĩ như vậy là vì Cr(OH) 3 có tính axit yếu hơn Al(OH) 3 . Cr(III) hiđrôxit tan không đáng kể trong dung dịch NH 3 nhưng tan dễ dàng trong amoniac lỏng tạo thành phức hecxanano. Cr(OH) 3 + 6NH 3 = [Cr(NH 3 ) 6 ](OH) 3 c. Muối Crom(III): Người ta đã biết được nhiều muối Crom(III) nhưng muối này độc với người. Nhiều muối Crom(II) cũng có cấu tạo và tính chất giống với muối nhôm(III). Bởi vì các ion [...]... đã ứng dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử xác định Mn và Cr trong mẫu thực phẩm J.Medina [39] và các cộng sự đã xác định Hg, Cd, Cr, Pb trong sinh vật biển bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa Với giới hạn phát hiện là 0,1 ppb và giới hạn định lượng là 0,9 ppb 1.4.2.2.4 Phƣơng pháp phổ khối plasma cao tần cảm ứng ICP-MS[13] Khi dẫn mẫu phân tích vào ngọn lửa plasma, trong điều kiện... với tia phát xạ nhạy của nguyên tố cần nghiên cứu vào đám hơi nguyên tử tự do thì các nguyên tử tự do sẽ hấp thụ năng lượng của các tia chiếu vào và tạo ra phổ hấp thụ nguyên tử của nó Đo phổ này sẽ xác định được nguyên tố cần phân tích Trong phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử thì quá trình chuyển hóa chất cần xác định thành hơi nguyên tử (quá trình nguyên tử hóa mẫu) là quan trọng nhất... thuật nguyên tử hóa mà ta có các phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử với độ nhạy khác nhau Với kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu phân tích bằng kĩ thuật ngọn lửa, ta có phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) có độ nhạy cỡ 0,1ppm; Với kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu phân tích trong cuvet graphit nhờ năng lượng nhiệt của dòng điện có công suất lớn, ta có phương 18 pháp phân... cực giọt thủy ngân (SMDE và HMDE) Người ta đã kết hợp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) ngọn lửa hoặc lò graphit và phương pháp Von - Ampe xác định crom Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử xác định crom tổng và phương pháp von - ampe có khả năng phân biệt giữa Cr(tổng) và Cr(VI) Phương pháp này có giới hạn phát hiện là 5,2 ng/l, cho phép xác định Cr(VI) trong khoảng nồng độ từ 35μg/l đến 2mg/l Tác giả Lê Lan... để xác định hàm lượng các kim loại Tùy thuộc vào hàm lượng chất phân tích mà có thể sử dụng các phương pháp khác nhau Vì hàm lượng kim loại nặng trong thực phẩm rất nhỏ chỉ cỡ ppb nên việc áp dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF- AAS) rất phù hợp với đối tượng này Mặt khác phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa cho phép xác định lượng vết với độ chính xác. .. tử hóa mẫu 24  Nghiên cứu lựa chọn chất cải biến hóa học thích hợp để tạo nền ổn định quá trình tro hóa và nguyên tử hóa mẫu, loại trừ ảnh hưởng của nền mẫu với nguyên tố crom  Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến phép xác định crom bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS)  Khảo sát khoảng tuyến tính và xây dựng đường chuẩn  Xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định. .. pháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS) có độ nhạy cao hơn kĩ thuật ngọn lửa 50 - 1000 lần; cỡ 0,1 - 1ppb và sai số không vượt quá 15% Thực tế cho thấy phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử có nhiều ưu việt như: độ nhạy, độ chính xác cao, lượng mẫu tiêu thụ ít, tốc độ phân tích nhanh Với ưu điểm này, AAS được thế giới dùng làm phương pháp tiêu chuẩn để xác định lượng nhỏ và lượng... thụ năng lượng của tia sáng và sinh ra phổ hấp thụ nguyên tử của nó Trên cơ sở sự xuất hiện của phổ hấp thụ nguyên tử, chúng ta thấy phổ hấp thụ nguyên tử chỉ được sinh ra khi nguyên tử tồn tại ở trạng thái khí tự do và ở mức năng lượng cơ bản Vì thế, muốn thực hiện được phép đo phổ hấp thụ nguyên tử của một nguyên tố, cần thực hiện các quá trình sau: - Chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn,... đó, nguyên tử cần xác định trong đám hơi đó sẽ hấp thụ bức xạ, tạo ra phổ hấp thụ của nó - Nhờ một hệ thống máy quang phổ, người ta thu toàn bộ chùm sáng sau khi đi qua môi trường hấp thụ, phân ly chúng thành phổ và chọn một vạch phổ nhạy của nguyên tố cần phân tích để hướng vào khe đo cường độ của nó Cường độ đó chính là tín hiệu hấp thụ của vạch phổ hấp thụ nguyên tử Trong một giới hạn nhất định của... từ 0,007 đến 0,456 mg/g trong ngũ cốc và rau quả (tươi), từ 0,625 mg/g đến dưới giới hạn phát hiện trong sữa Claude Veillon, [29] và các cộng sự nghiên cứu xác định Cr trong mẫu sinh học: huyết thanh, huyết tương, nước tiểu bằng ba phương pháp : phương pháp phân tích kích hoạt neutron(NAA), khối phổ (MS) và phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS) Giới hạn phát hiện của Crom là: LOD = 0,1ppb (GF-AAS) . Người ta đã kết hợp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) ngọn lửa hoặc lò graphit và phương pháp Von - Ampe xác định crom. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử xác định crom tổng và phương pháp von - ampe. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN CAO THỊ MAI HƢƠNG ĐỀ TÀI: XÁC ĐỊNH CROM TRONG MẪU SINH HỌC BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ KHÔNG NGỌN LỬA. ( Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật không ngọn lửa) ETA-AAS Electro Thermal Atomizers Atomic Absorption Spectrocopy (Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật không ngọn