các phương pháp hiện đại ứng dụng phân tích thực phẩm

Giới thiệu • ICP Inductively Coupled Plasma dùng để chỉ ngọn lửa plasma tạo thành bằng dòng điện có tần số cao cỡ MHz được cung cấp bằng máy phát radio, ngọn lửa plasma có nhiệt độ rất c

Trang 1

BÀI GIẢNG CÁC PHƯƠNG PHÁP HIỆN ĐẠI ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH

Trang 2

Phương pháp quang phổ phát xạ plasma ghép

cặp phản ứng (ICP- MS)

Trang 3

NỌI DUNG

1   Giới thiệu về kỹ thuật quang phổ khối

plasma cảm ứng

2   Nguyên lý hoạt động

3   Ưu điểm của phương pháp

4   Xác định kim loại nặng trong nhuyễn thể hai

mảnh vỏ bằng kỹ thuật ICP – MS

Trang 4

Phần 1:

Giới thiệu về kỹ thuật quang phổ khối

plasma cảm ứng

Trang 5

1 Giới thiệu

•   ICP (Inductively Coupled Plasma) dùng để chỉ ngọn lửa plasma tạo thành bằng dòng điện có tần số cao (cỡ MHz) được cung cấp bằng máy phát radio, ngọn lửa plasma có nhiệt độ rất cao, có tác dụng chuyển các nguyên tố trong mẫu cần phân tích thành dạng ion

•   MS (Mass Spectrometry) là phép ghi phổ theo số khối hay chính xác hơn là theo tỷ số giữa số khối và điện tích (m/Z)

Trang 6

1 Giới thiệu

•  Phương pháp này được phát triển vào cuối năm

1980 trong kỹ thuật phân tích và được ứng dụng trong các lĩnh vực sau:

Trang 8

Phần 2

Nguyên lý hoạt động

Trang 9

2 Nguyên lý hoạt động

•  PP phân tích này dựa trên các nguyên tắc của sự bay hơi, phân tách, ion hóa của các nguyên tố hóa học khi chúng được đưa vào môi trường plasma có nhiệt độ cao Sau đó các ion này được phân tách ra khỏi nhau dựa vào khối lượng và điện tích (m/z) của chúng, bằng thiết bị phân tích khối lượng có từ tính và độ phân giải cao, khuếch đại tín hiệu và đếm bằng thiết bị điện tử kĩ thuật số

Trang 10

•  Dưới tác dụng của nguồn ICP, các phân tử trong mẫu phân tích được phân li thành các nguyên tử tự do ở trạng thái hơi

•  Các phần tử này khi tồn tại trong môi trường kích thích phổ ICP năng lượng cao sẽ bị ion hóa, tạo ra đám hơi ion của chất mẫu (thường có điện tích +1)

•  Dẫn dòng ion đó vào buồng phân cực để phân giải chúng theo số khối (m/Z) sẽ tạo ra phổ khối của nguyên

tử chất cần phân tích và được phát hiện nhờ các đầu dò thích hợp

Trang 11

•  Các quá trình xảy ra trong nguồn ICP

- Hóa hơi mẫu, nguyên tử hóa các phân tử, ion hóa các nguyên tử, sự phân giải của các ion theo số khối sẽ sinh ra phổ ICP-MS:

•  Hóa hơi: MnXm(r)  Mnxm(k)

•  Phân li: MnXm(k)  nM(k) + mX(k)

•  Ion hóa: M(k)0 + Enhiệt  M(k)+

Trang 14

Phần 3

Ưu điểm của phương pháp

Trang 15

Các phương pháp xác định kim loại

•  Phương pháp điện hóa

•  PP trắc quang

•  PP huỳnh quan tia X(XRF)

•  Kích hoạt notron (NAA)

•  PP huỳnh quang

•  Quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)

•  Quang phổ phát xạ nguyên tử (AES)

Trang 16

3.Ưu điểm của PP phân tích bằng ICP-MS

•  Có độ phân giải cao

•  Dễ tách các nhiễu ảnh hưởng lẫn nhau do đó có thể phát hiện được hầu hết các nguyên tố trong bảng tuần hoàn

•  Nguồn ICP là nguồn năng lượng kích thích phổ

có năng lượng cao, nó cho phép phân tích hơn

70 nguyên tố và có thể xác định đồng thời chúng với độ nhạy và độ chọn lọc rất cao có thể phân tích các đồng vị và tỷ lệ của chúng

Trang 17

•  Tuy có độ nhạy cao nhưng nguồn ICP lại là nguồn kích thích phổ rất ổn định, nên phép đo ICP - MS có độ lặp lại cao và sai số rất nhỏ

•  Phổ ICP - MS ít vạch hơn phổ ICP - AES nên có độ chọn lọc cao, ảnh hưởng thành phần nền hầu như ít xuất hiện, nếu có thì cũng rất nhỏ, dễ loại trừ

•  Vùng tuyến tính trong phép đo ICP - MS rộng hơn hẳn các kỹ thuật phân tích khác, có thể gấp hàng trăm lần và khả năng phân tích bán định lượng rất tốt do không cần dùng mẫu chuẩn mà vẫn cho kết quả tương đối chính xác có thể phân tích các đồng vị và tỷ lệ của chúng

Trang 18

•  Với nhiều ưu điểm vượt trội, kỹ thuật phân tích ICP -

MS được ứng dụng rộng rãi để phân tích nhiều đối tượng khác nhau đặc biệt là trong các lĩnh vực phân tích vết và siêu vết phục vụ nghiên cứu sản xuất vật liệu bán dẫn, vật liệu hạt nhân, nghiên cứu địa chất

và môi trường

Trang 19

4 Tiến hành phân tích KL nặng trên ICP-MS

4.1 Nguyên tắc xử lý mẫu

•  Xử lý mẫu là quá trình hoà tan và phá huỷ cấu trúc của mẫu, giải phóng và chuyển các chất cần xác định về dạng đồng thể phù hợp với phép đo đã chọn, từ đó xác định hàm lượng chất mà chúng ta mong muốn Có 2 PP

•   Xử lí ướt : Dùng các axit, Kiềm, HH A, HHK mạnh, đặc và nóng để phân huỷ mẫu trong điều kiện đun nóng trong bình Kendal, trong hộp kín hay trong lò vi sóng

•   Xử lý khô : nung để xử lý mẫu trong lò nung ở nhiệt độ thích hợp (450 o C – 700 o C), sau đó hoà tan bã mẫu bằng

dd muối hay axit phù hợp Khi nung, các chất hữu cơ của mẫu sẽ bị đốt cháy hoàn toàn thành CO2 và H2O

Trang 20

Qui trình xử lý mẫu

Cân 0,5 ± 0,0001g mẫu vào bình Kendal

3ml HNO3 đặc Đun ở 95 o C trong 1h

Thêm 1 ml H2SO4, đun ở 140 o C, 30 phút Thêm 2 ml HNO3 đặc đun ở 200 o C (tan hết)

Thêm 3 ml H2O2 đun ở 200 o C (hết khí nâu)

Lọc bỏ cặn, định mức thành 50 ml bằng HNO3 2%

Thêm 10 ml H2O, 1 ml H2O2 đun ở 240 o C

(Xuất hiện khói trắng)

ICP-MS

Trang 21

4.2 Hóa chất và dụng cụ

•  Hóa chất được sử dụng là các loại hóa chất tinh khiết của Merck như: HNO3, HClO4, H2O2, H2SO4, HF…dung dịch chuẩn đa nguyên tố dùng cho phân tích ICP-MS

•  Dụng cụ thí nghiệm: bình Kendal dung tích 100 ml, cốc, bình định mức các loại 100ml, 50ml, 25ml, cốc 50ml, phễu lọc, pipet các loại, bếp điện, giấy lọc…

•  Thiết bị: máy đo ICP-MS và các thiết bị phụ

Trang 22

4.3 Tối ưu hoá điều kiện phân tích bằng ICP-MS

•  Sự hiệu chỉnh ảnh hưởng của các mảnh ion oxít

phải đơn giản và càng ít bước càng tốt

•  tỷ số m-z.doc

Trang 23

b) Độ sâu mẫu (Sample Depth - SDe):

•  SDe là khoảng cách giữa đỉnh cone giao diện đến bên phải vòng dây tạo plasma

Trang 24

c) Công suất cao tần (Radio Frequency Power - RFP):

-  RFP là công suất điện tần số radio cung cấp cho cuộn dây tạo plasma Công suất càng lớn nhiệt độ ngọn lửa plasma càng lớn và ngược lại Khi tăng dần CS, cường

độ vạch phổ tăng dần nhưng đến một giá trị nào đó cường độ vạch phổ lại giảm và sau đó không thay đổi

d)Lưu lượng khí mang (Carier Gas Flow Rate - CGFR):

-  CRFR có ảnh hưởng đáng kể đến độ nhạy của PP CGFR lớn lượng mẫu được đưa vào vùng plasma lớn

và ngược lại

thong so toi uu.doc

Trang 25

Đầu dò khối phổ

•  Một chất khi hấp thụ một năng lượng ở giới hạn nào

đó sẽ làm kích thích hệ electron của phân tử Khi ở trạng thái kích thích, phân tử chỉ tồn tại ≤ 10-8s, nó lập tức trở về trạng thái cơ bản ban đầu và giải phóng năng lượng đã hấp thụ Khi năng lượng giải toả được phát ra dưới dạng ánh sáng thì gọi là hiện tượng phát quang Hoá học phân tích sử dụng hiện tượng này để định tính và định lượng các chất

Trang 26

•  Dựng đường chuẩn

-  Đường chuẩn của các kim loại Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn,

Cd, Pb, As được xây dựng với 3 điểm có nồng độ lần lượt là: 20 ppb, 100 ppb, 200 ppb

-  Đường chuẩn Fe được xây dựng bởi 3 điểm có nồng độ lần lượt là: 40ppb, 200ppb, 400 ppb

-  Đường chuẩn Hg được xây dựng bởi 3 điểm có nồng độ lần lượt là: 1ppb, 5ppb, 10 ppb

-  duong chuan.doc

4 4 Đánh giá phương pháp phân tích

Trang 27

4.5 Đánh giá độ đúng của phép đo

•  Để kiểm tra tính ổn định và chính xác của thiết bị đo, sử dụng 3 dung dịch chuẩn kiểm tra có chứa đồng thời các

KL với các nồng độ ở khoảng đầu, giữa và cuối của đường chuẩn để kiểm tra độ đúng của các phép đo

+ Dung dịch 1: Fe có nồng độ 40 ppb, các ion kim loại còn lại có nồng độ 20 ppb

•  Sử dụng các đường chuẩn được thiết lập để tìm nồng

độ các dung dịch chuẩn kiểm tra

Trang 28

BÀI GIẢNG CÁC PHƯƠNG PHÁP HIỆN ĐẠI ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH

Trang 29

GIỚI THIỆU VỀ SẮC KÝ KHÍ

*Lịch sử hình thành và phát triển

Năm 1903 Nhà thực vật người Nga Mikhail Tsvet phát minh ra sắc ký khi ông đang nghiên cứu về Chlorophyll

(Chữ Sắc trong Sắc ký có nghĩa là màu vừa là tên của

Tsvet trong nghĩa tiếng Nga, vừa là màu của các sắc tố thực vật khi ông phân tích lúc đó)

Kỹ thuật sắc ký phát triển trong suốt thế kỷ 20 Các nhà nghiên cứu nhận thấy nền tảng của sắc ký Tsvet có thể được áp dụng theo nhiều cách khác nhau, từ đó xuất hiện nhiều loại sắc ký khác nhau

Trang 30

- Pha tĩnh: Thường là pha rắn hoặc lỏng

- Pha động là khí (thường gọi là khí mang)

- Phân loại sắc ký khí: Dựa vào bản chất pha tĩnh có hai loại sắc ký khí:

+) Sắc ký khí rắn (gas solid chromatography - GSC): Chất phân tích

được hấp phụ trực tiếp trên pha tĩnh là các tiểu phân rắn

+) Sắc ký khí lỏng (gas liquid chromatography - GLC): Pha tĩnh là 1

chất lỏng không bay hơi

Trang 32

Giới thiệu về sắc ký khí (tt)

Hướng di chuyển của pha động

Trang 33

Cấu tạo của Sắc ký khí

- Trước khi sử dụng khi

mang phải được cho

qua các bộ lọc để

loại bỏ Oxy, nước và

vết các chất hữu cơ

Trang 34

Cấu tạo của Sắc ký khí (tt)

2 Buồng tiêm : Là bộ phận đưa

mẫu vào cột của máy sắc ký Có

hai loại:

- Buồng tiêm cho cột nhồi

- Buồng tiêm cho cột mao quản

Trang 35

   Cột nhồi:

- Thường dùng cho hệ thống máy thế hệ cũ hoặc

hoặc các máy dùng cho mục đích đặc biệt

- Làm bằng thép không gỉ, thủy tinh,…

- Chiều dài: 1-3m, đường kính khoảng 3-6mm

- Thường được nhồi bởi các hạt có đường kính

(150-125µm)

- Hiệu quả thấp là do số đĩa lý thuyết nhỏ hơn

8000

- Nếu cột quá dài sẽ gây áp suất đầu cột quá lớn,

vì vậy cột không thể dài quá dẫn đến số đĩa lý

thuyết thấp

Trang 36

Hiện nay, có một số loại cột nhồi mới có đường kính nhỏ ( nhỏ hơn 1mm) cho phép nâng chiều dài cột lên vài chục mét Thường dùng trong một số trường hợp đặc biệt

mà cột mao quản không đáp ứng được Các loại này ứng dụng chủ yếu trong:

  Các phép phân tích cần độ phân giải cao

  Hoặc cơ chế hấp phụ đặc biệt

  Hoặc dùng phân tích với nhiệt độ rất cao

Trang 37

 Cột mao quản: Thường được làm bằng vật liệu

fuced silica có tính bền về mặt vật lý rất cao và

trơ về mặt hóa học

- Có chiều dài thông thường từ 10-30m Trong

những trường hợp cần tăng hiệu quả tách người

ta có thể tăng chiều dài cột lên 100-150m

- Đường kính cột thường nằm trong khoảng

0,1-0,53mm

- Cột mao quản chia làm 2 loại chính:

+ Wcot: Cột mao quản phim mỏng

+ Plot: Cột mao quản lớp mỏng

Trang 38

* Cột Plot

Tại thành ống mao quản được phủ một lớp hạt xốp,

đồng thời là pha tĩnh

- Bề dày lớp xốp và pha tĩnh trong khoảng 5-50 µm

- Đay là loại cột trung gian giữa cột mao quản và

- Nếu lớp pha tĩnh không gắn trực tiếp nên thành

cột mà qua một lớp trung gian gọi là Scot

Trang 39

- Bề dày của lớp pha tĩnh này quyết định hệ số lưu giữ và dung lượng mẫu của cột

- Cột Wcot chia làm 3 loại:

+) Cột ống hẹp có đường kính trong từ 0,05 – 0,1mm thường dùng trong fast GC

+) Cột thông thường có đường kính trong từ 0,18-0,32mm

thường được sử dụng cho các phép phân tích thông thường hiện nay

+) Côt ống rộng thường đươc dùng được dùng với các máy GC đang sử dụng cột nhồi, do lượng mẫu và tốc độ khí mang khá lớn

Trang 40

Một số hình ảnh của cột GC

Trang 42

- Detector ion hóa ngọn lửa FID

- Detector quang kế ngọn lửa

- Detector khối phổ

- Detector quang hóa

Trang 43

Detector Giới hạn phát hiện Khoảng

tuyến tính

Đáp ứng của detector

Detector dẫn nhiệt TCD 400 pg/ml (propan) > 105 Tất cả các hợp chất

hữu cơ Detector ion hóa ngọn lửa

(Flame Ionization - FID)

2 pg/s (C) > 10 7 Các hợp chất có

carbon Detctor quang kế ngọn lửa

Spectrometric - MSD)

25 fg - 100 pg 10 5 Hầu hết các hợp

chất hữu cơ

Trang 44

Hình ảnh một số đầu dò của GC

Trang 47

Nguyên tắc hoạt động của máy

* Bơm mẫu:

Trong điều kiện lý tưởng mẫu được bơm vào các lớp đệm phân chia sẽ được bay hơi nhanh và đồng nhất với khí vận chuyển

Trang 48

Nguyên tắc hoạt động của máy (tt)

+) Bơm mẫu chia dòng:

Mẫu được bơm nhanh qua các vách

ngăn vào vùng bay hơi có nhiệt độ

cao Chất mẫu qua buồng trộn và

bốc hơi hoàn toàn hoà trộn mẫu

chất tan và dung môi thành dung

dịch đồng nhất.Tại điểm phân

chia , một phần nhỏ hơi đi vào cột

sắc ký, nhưng hầu hết đi qua van

tiêm 2 để thải ra lỗ thông hơi đi ra

ngoài Nếu nhiệt độ vòi phun quá

cao dòng khí chảy qua van 1 để

loại bỏ hơi mẫu dư thừa và khí tràn

ra từ các vách ngăn cao su

Trang 49

Là phương pháp mẫu chất

được tiêm trực tiếp vào cột mà

không cần thông qua vòi phun

nóng Nhiệt độ ban đầu của cột

Trang 50

* Quá trình tách

Mẫu chất lỏng hoặc chất

khí dễ bay hơi được tiêm

thông qua một vách ngăn

vào cổng nóng, trong đó nó

nhanh chóng bay hơi Hơi

được quét qua cột của ống

bằng He, N2, hoặc H2 và

tách chất phân tích lưu

lượng thông qua một máy

dò, các thông số được hiển

thị trên máy tính

Trang 51

Kỹ thuật và phương thức làm việc của

sắc ký khí

* Các cách tiến hành phân tích sắc ký khí

Phương pháp sắc ký dựa vào sự phân bố khác nhau của các chất giữa hai pha động và tĩnh Có nhiều nguyên nhân đưa đến sự phân bố khác nhau của các chất, nhưng chính sự lặp đi lặp lại hiện tượng hấp phụ - phản hấp phụ của các chất khi dòng pha động chuyển động qua pha tĩnh là nguyên nhân chủ yếu của việc tách sắc ký

Tuỳ thuộc chế độ đưa mẫu vào hệ thống sắc ký cũng như các thao tác tiến hành sắc ký, người ta chia cách tiến hành sắc ký thành ba loại:

Trang 52

KỸ THUẬT VÀ PHƯƠNG THỨC

LÀM VIỆC CỦA SẮC KÝ KHÍ (tt)

1 Phương pháp tiền lưu

Đây là phương pháp sắc ký đơn giản nhất người ta cho hỗn hợp, ví dụ, hai chất A và B liên tục chảy qua cột có nạp sẵn các các chất hấp phụ Người ta xác định nồng độ các cấu tử trong dung dịch chảy ra khỏi cột và xây dựng đồ thị theo

hệ toạ độ: nồng độ cấu tử- thể tích dung dịch chảy qua cột đồ thị này thường gọi là sắc ký đồ hay đường cong thoát (có tác giả gọi là đường cong xuất) Do các cấu tử

bị hấp phụ lên cột, nên trước hết từ cột chỉ chảy ra dung môi Sau đó trong dung dịch thoát sẽ có cấu tử bị hấp phụ yến hơn trên cột, ví dụ cấu tử A, sau đó đến phần dung dịch chứa hỗn hợp A+B, đường cong thoát theo phương pháp tiền lưu cho trên hình dưới Trong phương pháp tiền lưu, ta chỉ thu được dung dịch thoát có cấu

tử A tinh khiết ở lúc đầu, sau đó là hỗn hợp A+B Phương pháp tiền lưu không cho phép tách hoàn toàn các cấu tử ra khỏi nhau nên thực tế ít được dùng vào mục đích phân tích các chất

Trang 53

Kỹ thuật và phương thức làm việc

của sắc ký khí (tt)

2 Phương pháp rửa giải

Trong phương pháp rửa giải, đầu tiên người ta cho Vml dung dịch chứa hỗn hợp các cấu tử (ví dụ, hỗn hợp hai cấu tử A và B, trong đó A có ái lực với cột nhỏ hơn B) chạy qua cột Các cấu tử A, B chứa trong Vml trước hết sẽ bị giữ lại ở phần trên của cột Sau đó cho dung dịch rửa (thường là dung môi hoà tan các cấu tử) chảy qua cột Lúc đó các cấu tử bị giữ ở phần trên của cột sẽ bị dung môi “rửa”

và đưa dẫn xuống phía dưới Cấu tử A có ái lực với cột nhỏ hơn B nên chuyển

động xuống phía dưới nhanh hơn B Nếu cột đủ dài và chế độ chảy của dung dịch rửa thích hợp thì sau một thời gian cho chảy dung dịch rửa, các cấu tử tách ra

thành từng vùng Các vùng này sẽ tuần tự thoát ra khỏi cột, mỗi vùng lại được

cách nhau bằng một phần dung môi Hình bên dưới biểu diễn đường cong thoát của quá trình rửa giải Trong phương pháp rửa giải, người ta cũng hay dùng những dung dịch chứa một cấu tử có ái lực với cột nhưng phải nhỏ hơn ái lực của các cấu

tử cần tách với cột

Định dạng
Số trang	76
Dung lượng	4,21 MB