Nghiên cứu xác định hàm lượng natri, kali, canxi và magie trong một số loại nấm lớn lấy từ vườn quốc gia pù mát nghệ an bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)

Các chế phẩm từ 1 số loại nấm lớn đã được dùng để hỗ trợ điều trị nhiềubệnh như: Bệnh gan, tiết niệu, tim mạch, ung thư…, một số loại khác được dungphổ biến trong bữa ăn người việt như n

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

PHAN THỊ THANH

NGHI£N CøU X¸C §ÞNH HµM L¦îNG NATRI, KALI, CANXI Vµ MAGI£ TRONG MéT Sè LO¹I NÊM LíN LÊY Tõ V¦êN QUèC GIA Pï M¸T - NGHÖ AN B»NG PH¦¥NG PH¸P

QUANG PHæ HÊP THô NGUY£N Tö (AAS)

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

NGHỆ AN - 2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

PHAN THỊ THANH

NGHI£N CøU X¸C §ÞNH HµM L¦îNG NATRI, KALI, CANXI Vµ MAGI£ TRONG MéT Sè LO¹I NÊM LíN LÊY Tõ V¦êN QUèC GIA Pï M¸T - NGHÖ AN B»NG PH¦¥NG PH¸P

QUANG PHæ HÊP THô NGUY£N Tö (AAS)

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Mã số: 60.44.01.18

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học:

TS ĐINH THỊ TRƯỜNG GIANG

NGHỆ AN - 2014

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giảng viên, Tiến sĩ Đinh Thị Trường Giang đã giao đề tài và hết lòng hướng dẫn, chỉ bảo tận tình truyền

đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu cho em trong suốt quá trình thực hiệnluận văn

Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn Hóaphân tích, các thầy, cô giáo hướng dẫn Phòng thí nghiệm thuộc khoa Hóa học,Trung tâm Phân tích chuyển giao An toàn Thực phẩm - Môi trường - TrườngĐại học Vinh và các cán bộ phân tích của Trung tâm Kiểm nghiệm dượcphẩm mỹ phẩm Nghệ An đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ em trong quá trìnhthực hiện luận văn

Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình và bạn bè đãquan tâm, động viên em hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình

Vinh, tháng 10 năm 2014.

Học viên

Phan Thị Thanh

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Sơ lược về Nấm 3

1.1.1 Giới thiệu về Nấm 3

1.1.2 Phân loại Nấm 3

1.1.3 Nấm lớn 4

1.2 Tổng quan về các nguyên tố natri, kali, canxi, magie 7

1.2.1 Tổng quan về nguyên tố natri 7

1.2.2 Tổng quan về nguyên tố kali 8

1.2.3 Vai trò sinh học của natri và kali 8

1.2.4 Tổng quan về nguyên tố canxi 9

1.2.5 Tổng quan về nguyên tố magiê 10

1.3 Các phương pháp phân tích natri, kali, canxi và magie 11

1.3.1 Các phương pháp phân tích natri, kali 11

1.3.2 Các phương pháp phân tích magie, canxi 12

1.4 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử 13

1.4.1 Sự xuất hiện phổ hấp thụ nguyên tử 13

1.4.2 Quá trình nguyên tử hóa mẫu 13

1.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng và phương pháp loại trừ của phép đo AAS 14

1.5 Các phương pháp định lượng của phổ hấp thụ nguyên tử 18

1.5.1 Phương pháp đồ thị chuẩn (đường chuẩn) 18

1.5.2 Phương pháp thêm tiêu chuẩn 19

1.5.3 Phương pháp đồ thị không đổi 20

1.5.4 Phương pháp dùng một mẫu chuẩn 21

1.6.1 Phương pháp xử lý mẫu ướt (bằng axit đặc oxi hóa mạnh) 21

1.6.2 Phương pháp xử lý mẫu khô 22

1.6.3 Phương pháp xử lý mẫu khô ướt kết hợp 22

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 24

2.1 Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu 24

2.1.1 Dụng cụ 24

2.1.2 Thiết bị 24

2.2 Chuẩn bị các hóa chất (loại tinh khiết phân tích dùng cho AAS) .25

2.2.1 Chất chuẩn 25

2.2.2 Hóa chất khác 26

2.3 Chuẩn bị mẫu 26

2.3.1 Mẫu chuẩn 26

2.3.2 Mẫu trắng 26

2.3.3 Mẫu thử 27

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29

3.1 Kết quả nghiên cứu các thông số ghi đo của máy 29

3.2 Xây dựng đường chuẩn, xác định giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của các kim loại Na, K, Ca, Mg 29

3.2.1 Xây dựng đường chuẩn, xác định giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của kim loại Na 29

3.2.2 Xây dựng đường chuẩn, xác định giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của kim loại kali 32

3.2.3 Xây dựng đường chuẩn, xác định giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của kim loại canxi 34

3.2.4 Xây dựng đường chuẩn, xác định giới hạn phát hiện (LOD)

và giới hạn định lượng (LOQ) của kim loại magiê 36

3.3.1 Xác định độ lặp lại của phương pháp đo phổ hấp thụ của các

kim loại Na, K, Ca,Mg 38

3.3.2 Độ thu hồi của phương pháp 41

3.4 Tiến hành phân tích mẫu nấm 42

3.5 So sánh với kết quả phân tích bằng ICP-MS 46

KẾT LUẬN 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

PHỤ LỤC 52

AAS Quang phổ hấp thụ nguyên tử

AbS Độ hấp thụ quang

AES Phổ phát xạ nguyên tử

F-AAS Quang phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật ngọn lửaFES Quang kế ngọn lửa

FIA Kỹ thuật bơm mẫu dòng chảy

GF-AAS Quang phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật graphitGPX Enzim glutathione peroxidase

HCL Đèn catot rỗng

HG-AAS Quang phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật hidrua hóaHMDE Điện cực giọt treo thủy ngân

ICP-AES Quang phổ phát xạ plasma cao tần cảm ứng

ICP-MS Phổ khối lượng plasma cao tần cảm ứng

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

Hình 1.1: Hình ảnh một số nấm lớn 5

Hình 1.2: Các loại nấm Linh chi 6

Hình 1.3: Đồ thị chuẩn của phương pháp đường chuẩn 19

Hình 1.4: Đồ thị chuẩn của phương pháp thêm tiêu chuẩn 20

Hình 2.1: Máy AAS- 7000 24

Hình 3.1: Dung dịch chuẩn với nồng độ tăng dần 30

Hình 3.2: Đồ thị đường chuẩn của Natri 30

Hình 3.3: Đồ thị đường chuẩn của kali 32

Hình 3.4: Đồ thị đường chuẩn của canxi 34

Bảng 1.1: Tính chất vật lý của natri 7

Bảng 1.2: Tính chất vật lí của kali 8

Bảng 1.3: Tính chất vật lí của canxi 9

Bảng 1.4: Tính chất vật lí của magie 10

Bảng 1.5: Dãy chuẩn của phương pháp thêm chuẩn 20

Bảng 2.1: Chương trình vô cơ hóa mẫu trong lò vi sóng 27

Bảng 2.2: Lượng cân các mẫu nấm 28

Bảng 3.1: Các thông số ghi đo của máy 29

Bảng 3.2: Kết quả xây dựng đường chuẩn của natri bằng phương pháp F-AAS 30

Bảng 3.3: Kết quả xây dựng đường chuẩn của kali bằng phương pháp F-AAS 32

Bảng 3.4: Kết quả xây dựng đường chuẩn của canxi bằng phương pháp F-AAS 34

Bảng 3.5: Kết quả xây dựng đường chuẩn của magie bằng phương pháp F-AAS 36

Bảng 3.6: Kết quả phân tích và tính toán độ lặp lại khi phân tích natri bằng phương pháp F-AAS 39

Bảng 3.7: Kết quả phân tích và tính toán độ lặp lại khi phân tích kali bằng phương pháp F-AAS 39

Bảng 3.8: Kết quả phân tích và tính toán độ lặp lại khi phân tích canxi bằng phương pháp F-AAS 40

Bảng 3.9: Kết quả phân tích và tính toán độ lặp lại khi phân tích magie bằng phương pháp F-AAS 40

Bảng 3.10: Kết quả tính toán hiệu suất thu hồi đối với phương pháp xác định Na, K, Ca, Mg 42

trong mẫu nấm linh chi 43

Bảng 3.12: Kết quả đo phổ F-AAS và tính toán hàm lượng K có trong mẫu nấm linh chi 44

Bảng 3.13: Kết quả đo F-AAS và tính toán hàm lượng Ca có trong mẫu nấm linh chi 44

Bảng 3.14: Kết quả đo F-AAS và tính toán hàm lượng Mg có trong mẫu nấm linh chi 45

Bảng 3.15: So sánh kết quả phân tích hàm lượng nguyên tố natri 46

Bảng 3.16: So sánh kết quả phân tích hàm lượng nguyên tố kali 46

Bảng 3.17: So sánh kết quả phân tích hàm lượng nguyên tố canxi 47

Bảng 3.18: So sánh kết quả phân tích hàm lượng nguyên tố Mg 47

MỞ ĐẦU

Nấm là một dược liệu mà con người từ xa xưa đã biết dùng làm thuốc vàthức ăn Các chế phẩm từ 1 số loại nấm lớn đã được dùng để hỗ trợ điều trị nhiềubệnh như: Bệnh gan, tiết niệu, tim mạch, ung thư…, một số loại khác được dungphổ biến trong bữa ăn người việt như nấm hương, mộc nhĩ, nấm sò, nấm rơm,nấm chàm Trong thành phần hóa học của nấm lớn chứa hàm lượng các nguyên

tố vi lượng tương đối như Se, Mn, K, Ca, Fe…đó là những nguyên tố vi lượng, đalượng thiết yếu của cơ thể

Natri, kali, canxi, magie là khoáng đa lượng tham gia trong cấu trúc vững chắccủa bộ xương và tham gia trong các quá trình trao đổi chất trong tế bào Thiếu Mglàm cho sinh vật còi cọc, máu vận hành yếu dần, yếu dây thần kinh dẫn đến co giật

có thể gây chết Thiếu Ca, K, Na gây ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất trong tếbào, nặng có thể gây chết Đặc biệt thiếu K làm rối loạn chức năng tim

Hiện nay phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử dùng kỹ thuậtngọn lửa để xác định Natri, Kali, Canxi, Magie được sử dụng phổ biến Nóđáp ứng được các yêu cầu đối với việc xác định chính xác các nguyên tố vilượng trong các đối tượng sinh học, dược phẩm, thực phẩm Xuất phát từ

những lý do trên chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu, xác định hàm lượng

khoáng chất natri, kali, canxi và magiê trong một số loại nấm lớn thu hái

từ vườn Quốc gia Pù Mát - Nghệ An bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)” làm luận văn tốt nghiệp của mình.

Mục tiêu: Xác định được hàm lượng natri, kali, canxi, magie có trong

một số loài nấm lớn bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

Để thực hiện đề tài này, chúng tôi tập trung giải quyết các nhiệm vụ sau:

- Nghiên cứu thiết bị, dụng cụ hóa chất;

- Nghiên cứu khảo sát các điều kiện tối ưu trên máy đo AAS

- Nghiên cứu xây dựng đường chuẩn của Na, K, Ca, Mg bằng phép đoF-AAS.

- Xác định hàm lượng Na, K, Ca, Mg trong một số loài nấm lớn bằngphương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng kỹ thuật F-AAS và sosánh kết quả với phương pháp ICP-MS

Sở dĩ nấm được xếp vào giới riêng mà không được xếp vào giới thựcvật hay động vật vì Nấm có nhiều đặc điểm khác thực vật như:

- Không có lục lạp, không có sắc tố quang hợp nên không thể tự độngtạo các chất hữu cơ cho cơ thể khác như thực vật

- Không có sự phân hóa cơ quan thành thân, rễ, lá, hoa

- Phần lớn nấm không chứa xenlulozo trong vách tế bào mà chủ yếubằng Chitin và glucan Chitin là chất gặp ở động vật nhiều hơn thực vật, chủyếu ở nhóm giáp xác và côn trùng, tạo thành lớp vỏ hoặc cánh cứng cho cácloài này

- Nấm dự trữ đường dưới dạng glycozen, thay vì tinh bột như thực vật.Nấm cũng không được xếp vào giới động vật vì:

- Nấm sinh sản chủ yếu bằng bào tử (hữu tính hay vô tính) giống hạtphấn của thực vật

- Sự dinh dưỡng của Nấm liên quan đến hệ sợi nấm Nấm lấy cácchất dinh dưỡng thông qua màng tế bào của sợi nấm (tương tự như cơ chế ở

rễ thực vật)

1.1.2 Phân loại Nấm

Giới Nấm được chia làm 4 giới phụ:

- Giới phụ nấm nhầy - Gymnomycetoida

- Giới phụ nấm tảo - phycomycetoida

đa số nấm lớn thuộc ngành phụ Agaricomycotina Doweld (2001); chỉ có một

số rất ít loài thuộc 2 ngành phụ Pucciniomycotina R Baeuer, Beregow…(với

12 loài thuộc chi Septobasidium thuộc bộ Septobasidioles) vàUstilagomycotina Doweld (2001) với các lớp thuộc Ustilagomycetes (với 2đại diện thuộc lớp nấm Than là Ustilago maydis trên ngô và Ustilagoesculenta trên củ niễng đều ăn được) và Exobasidiomycetes (với một vài loàithuộc chi nấm Đảm ngoài Exobasidium gây bệnh phồng lá) Trong ngành phụAgaricomycotina, đại đa số nấm lớn thuộc về lớp Agaricomycetes Hai lớpcòn lại chỉ có số lượng loài rất khiêm tốn là Tremellomycetes (17 loài thuộc

bộ Tremellales) và lớp Dacrymycetes ( với 5 loài thuộc bộ Dacrymycetales).Trong lớp Agaricomycetes, các bộ có số lượng loài nhiều nhất làAphyllophorales sensu lato (hơn 300 loài), Agaricales sensu lato (gần 300loài), Boletales (gần 60 loài), Russulales (gần 40 loài) Các bộ có ít loài nhất

là Hymenogastrales (1 loài), Ceratiomycetales (1 loài)

Hình 1.1: Hình ảnh một số nấm lớn

Nấm Linh chi (Lingzhi mushroom) có tên khoa học là GanodermaLucidum, thuộc họ Nấm Lim Nấm Linh chi còn có những tên khác như Tiênthảo, Nấm trường thọ, Vạn niên nhung là một loài nấm lớn quan trọng

Linh chi là loại thuốc quý, có tác dụng bảo can (bảo vệ gan), giải độc,cường tâm, kiện nảo (bổ óc), tiêu đờm, lợi niệu, ích vị (bổ dạ dày); gần đây cónhiều công trình nghiên cứu trên thế giới đã định danh được các hoạt chất vàxác định tác dụng dược lý của nấm Linh chi như: Germanium, acid ganoderic,acid ganodermic, acid oleic, ganodosteron, ganoderans, adenosin, beta-D-glucan Bằng các phương pháp hóa học và công cụ phân tích như máy AAS,ICP-MS các nhà khoa học Việt Nam tìm thấy trong nấm Linh chi có chứa 21nguyên tố vi lượng cần thiết cho sự vận hành và chuyển hóa của cơ thể như:đồng, sắt, kali, magan, natri, canxi, germani, crom…

Theo y học cổ truyền, nấm linh chi có vị nhạt, tính ấm, có tác dụng tư

bổ cường tráng, bổ can chi, an thần, tăng trí nhớ

Germanium giúp tế bào hấp thụ oxy tốt hơn; polysaccharit làm tăng sựmiễn dịch trong cơ thể, làm mạnh gan, diệt tế bào ung thư; acid ganodermicchống dị ứng, chống viêm và theo các kết quả nghiên cứu thì hàm lượnggermanium trong nấm Linh chi cao hơn trong nhân sâm đến 5-8 lần

- Thanh chi (xanh): vị toan bình Giúp cho sáng mắt, giúp cho an thần ,

bổ can khí, nhân thứ, dùng lâu sẽ thấy thân thể nhẹ nhàng và thoải mái

- Xích chi (đỏ): có vị đắng, ích tâm khí, chủ vị, tăng trí tuệ

- Hắc chi (đen): ích thận khí, khiến cho đầu óc sản khoái và tinh tường

- Tử chi (tím đỏ): bảo thần, làm cứng gân cốt, ích tinh, da tươi đẹp

- Bạch chi (trắng): ích phế khí, làm trí nhớ dai

- Hoàng chi (vàng): ích tì khí, trung hòa, an thần

-Hình 1.2: Các loại nấm Linh chi

1.1.3.4 Thành phần hóa học của nấm Linh chi

Các phân tích của G-Bing Len đã chứng minh các thành phần hóa họctổng quát của Nấm Linh chi như sau:

- Sterol (ergosterol, egosterol peroxide…) 0,14 - 0,16 %

- Thành phần K, Zn, Ca, Na, Mg Mn, Se, Ta, Cr, Ge, khoáng thiết yếu,vitamin…

Từ những năm 1980 đến nay các phương pháp hiện đại: UV-VIS, IR(hồng ngoại), phổ khối lượng- sắc ký khí (GC-MS), phổ cộng hưởng từ hạtnhân đặc biệt là sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) cùng ICP-MS đã xác địnhgần 100 hợp chất và dẫn xuất trong nấm Linh chi.

1.2 Tổng quan về các nguyên tố natri, kali, canxi, magie

1.2.1 Tổng quan về nguyên tố natri [2,17]

Natri là tên một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có

ký hiệu Na và số hiệu nguyên tử bằng 11 Natri là nguyên tố phổ biến nhấtthứ 6 trong vỏ Trái Đất, và có mặt trong nhiều loại khoáng vật như felspat,

trong nước nên natri là các nguyên tố hòa tan phổ biến nhất theo khối lượngtrong các vùng biển trên Trái Đất

Natri là kim loại mềm, màu trắng bạc, hoạt động mạnh, và thuộcnhóm kim loại kiềm; nó chỉ có một đồng vị bền là 23Na Kim loại nguyênchất không có mặt trong tự nhiên nhưng để có được dạng này phải điều chế từcác hợp chất của nó

Độ âm điện theo Pauling 0,93

Năng lượng ion hóa thứ nhất 495,8 Kj/mol

1.2.2 Tổng quan về nguyên tố kali [2,18]

Kali (tên Latinh: Kalium) là nguyên tố hoá học ký hiệu K, số thứ tự 19trong bảng tuần hoàn Nó là một kim loại kiềm Kali nguyên tố là kim loạikiềm mềm, có màu trắng bạc dễ bị ôxy hóa nhanh trong không khí và phảnứng rất mạnh với nước tạo ra một lượng nhiệt đủ để đốt cháy lượng hyđrôsinh ra trong phản ứng này Kali cháy có ngọn lửa có màu hoa cà

Do kali và natri có tính chất hóa học rất giống nhau nên các muối củachúng lúc đầu là không có sự khác nhau Sự tồn tại nhiều nguyên tố trongmuối của chúng đã được tiên đoán từ năm 1702, và điều này đã được chứngminh năm 1807 khi natri và kali được cô lập một cách độc lập từ các muốikhác nhau bởi cách điện phân Kali tồn tại trong tự nhiên ở dạng các muốiion Do đó, nó được tìm thấy ở dạng hòa tan trong nước biển(với khoảng0,04% kali theo khối lượng), và nó có mặt trong nhiều khoáng vật

Độ âm điện theo Pauling 0,82

Năng lượng ion hóa thứ nhất 418,8 kJ/mol

1.2.3 Vai trò sinh học của natri và kali [17,18]

Các ion natri đóng vai trò khác nhau trong nhiều quá trình sinh lý học

Ví dụ, các tế bào dễ bị kích thích dựa vào sự tiếp nhận ion Na+ để sinh ra sự

phân cực Một ví dụ của nó là biến đổi tín hiệu trong hệ thần kinh trung ương.

Kali là nguyên tố phổ biến thứ 8 hoặc 9 theo khối lượng (0,2%) trong

cơ thể người, vì vậy một người trưởng thành có cân nặng 60 kg chứa khoảng

120 g kali Cơ thể người có nhiều kali giống như lưu huỳnh và clo

Các cation kali có vai trò quan trọng trong các tế bào thần kinh, vàtrong việc ảnh hưởng đến sự cân bằng thẩm thấu giữa các tế bào và dịch kẽ(ngoại bào chất) với sự phân bố của chúng trong tất cả các môi trường trunggian ở tất cả động vật

Sự thiếu hụt kali trong cơ thể có thể gây ra các tình trạng có thể tử vong

đạo Các triệu chứng thiếu hụt kali gồm yếu cơ, liệt ruột, bất thường ECG(điệm tâm đồ), giảm phản xạ và trong các trường hợp nghiêm trọng có thể gâyliệt hô hấp, loạn nhip tim

1.2.4 Tổng quan về nguyên tố canxi [2,19]

Độ âm điện theo Pauling 1,00

Năng lượng ion hóa Thứ 1 589,8 KJ/mol

Thứ 2 1145,4 KJ/mol

1.2.4.2 Vai trò sinh học của canxi

Canxi là thành phần quan trọng của khẩu phần dinh dưỡng sự thiếu hụt

dù rất nhỏ của nó cũng làm ảnh hưởng đến sự hình thành và phát triển củaxương và răng Thừa canxi có thể dẫn đến sỏi thận Vitamin D là cần thiết đểgiúp hấp thụ canxi

Canxi là nguyên tố thiết yếu cho sinh vật sống, đặc biệt trong sinh lýhọc tế bào, ở đây có sự di chuyển ion Ca2+ vào và ra khỏi tế bào chất có vai

trò mang tín hiệu cho nhiều quá trình tế bào Là một khoáng chất chính trong

việc tạo xương, răng và vỏ sò, canxi là kim loại phổ biến nhất về khối lượng

có trong nhiều loài động vật.

1.2.5 Tổng quan về nguyên tố magiê [2,20]

Độ âm điện theo Pauling 1,31

Năng lượng ion hóa Thứ nhất 737,7 KJ/mol

Thứ hai 1450,7 KJ/mol

1.2.5.2 Vai trò sinh học của magie

Khẩu phần dinh dưỡng của người lớn là 300-400mg/ngày, phụ thuộc vào tuổi tác, giới tính, trọng lượng Nhiều loại enzym cần có cation magiê cho các phản ứng xúc tác của chúng, đặc biệt là các enzym sử dụng năng lượng hoạt hóa(ATP) Không đủ magiê trong cơ thể sinh ra các chứng co thắt cơ, và

nó liên quan đến các chứng bệnh tim mạch (cardiovascular), đái đường, huyết

áp cao và loãng xương Sự thiếu hụt cấp tính là hiếm hơn.

1.3 Các phương pháp phân tích natri, kali, canxi và magie

1.3.1 Các phương pháp phân tích natri, kali

Năm 2012, Ligia C.C de Oliverra, xác định hàm lượng Na và K trongmột số đối tượng sinh học bằng F-AAS với LOD là 0,1 µg/g đối với Na; 0,06µg/g đối với K [10]

Phương pháp AES được Basen và Kirchhoft phát minh năm 1858(Atomic Emission Spectrophotometry)

Năm 2012, ligia C C de Oliverra, xác định hàm lượng natri bằng AES với LOD và LOQ lần lượt là 1,3 và 4,3 µg/g [10]

F-Tác giả Nicolas Marie, năm 2011 đã nghiên cứu xác định hàm lượngnatri, kali trong thực phẩm bằng phương pháp ICP-AES với các thông số máy

Và bước sóng lựa chọn, Na: 589,592 nm; K: 766,49 nm [12]

Với phương pháp ICP-AES, tác giả Ligia C.C de Oliverra đã phân tíchhàm lượng natri và kali trong một số đối tượng sinh học với LOQ lần lượt là0,1 và 0,3 µg/g [10]

Theo tiêu chuẩn Việt Nam 9588: 2013 phân tích hàm lượng Na, K, Ca,

Mg bằng phương pháp đo phổ phát xạ ngọn lửa plasma cao tần cảm ứng(ICP-AES)

Với nguyên tắc để xác định các chất khoáng canxi, natri, magiê, kaliphần mẫu thử được tro hóa sau đó được hòa tan trong axit clohydric (trongtrường hợp thức ăn hữu cơ) hoặc được phân hủy ướt bằng axit clohydric(trường hợp các hợp chất khoáng) [5].

Nhóm nghiên cứu của trường đại học Alaska, năm 2008 đã xác địnhhàm lượng của Na, K, Ca, Mg trong các đối tượng sinh học bằng phươngpháp ICP-MS với LOD lần lượt là 26, 30,70, 20 ppm [16]

1.3.2 Các phương pháp phân tích magie, canxi

1.3.2.1 Phương pháp chuẩn độ xác định Ca 2+ , Mg 2+

Ngày nay người ta định lượng Mg2+ bằng phương pháp phổ biến làchuẩn độ tạo phức với EDTA trong môi trường có pH = 11 với chỉ thị murexitdung dịch chuyển đổi màu từ đỏ sang tím hoa cà Tổng hàm lượng Ca2+ +

Mg2+ chuẩn độ trong môi trường pH=10 với chỉ thị ETOO bằng EDTA dungdịch chuyển từ đỏ nho sang xanh chàm [6]

Dung dịch Ca2+ tạo phức màu với 8-hydroxychinolin, đo quang dungdịch bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng 375nm Dựa vào công thức và hệ sốhấp thụ quang của dung dịch phức ở các bước sóng tương ứng và vận dụng cácphương pháp định lượng để tính ra nồng độ Ca2+ trong dung dịch phân tích

1.3.2.3 Các phương pháp phân tích khác [8]

Năm 1989, Tee E Siong, xác định hàm lượng Ca, Mg bằng F-AAStrong thực phẩm với bước sóng lần lượt là 422,7 và 285,2 nm Với LOD Ca:0,04 µg/g; Mg: 1 µg/g [13]

Tác giả Ligia C C de Oliveira đinh lượng Mg, Ca bằng ICP-AES trongcác đối lượng sinh học với LOD lần lượt là 0,005 và 0,003 mg/g [10]

Tạp chí University of Alaska Anchorage công bố phân tích Na, K, Ca

và Mg bằng ICP-MS với LOD lần lượt là 26, 30, 70 và 20 ppm [16]

1.4 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử [1]

1.4.1 Sự xuất hiện phổ hấp thụ nguyên tử [ 1]

Như chúng ta đã biết vật chất được cấu tạo bởi các nguyên tử vànguyên tử là phần cơ bản nhỏ nhất còn giữ được tính chất của các nguyên tốhóa học Trong điều kiện bình thường nguyên tử không thu và không phát ranăng lượng dưới dạng các bức xạ Lúc này nguyên tử tồn tại ở các trạng thái

cơ bản Đó là trạng thái bền vững và nghèo năng lượng nhất Nhưng khinguyên tử ở trạng thái hơi tự do, nếu chúng ta chiếu một chùm tia sáng cónhững bước sóng (tần số) xác định vào đám hơi nguyên tử đó, thì các nguyên

tử tự do đó sẽ hấp thụ các tia bức xạ có bước sóng nhất định ứng đúng vớibước sóng bức xạ mà có thể phát ra được trong quá trình phát xạ của nó Lúcnày nguyên tử nhận năng lượng của các tia bức xạ chiếu vào nó và nó chuyểnlên trạng thái kích thích có năng lương cao hơn trạng thái cơ bản Đó là tínhchất đặc trưng của nguyên tử ở trạng thái hơi Quá trình đó được gọi là quátrình hấp thụ năng lượng của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi và tạo ra phổnguyên tử Phố sinh ra trong quá trình này được gọi là phổ hấp thụ nguyên tử

1.4.2 Quá trình nguyên tử hóa mẫu [3]

Sau khi xử lý mẫu, nguyên tử hóa là giai đoạn cuối cùng của quá trìnhnguyên tử hóa mẫu, nhưng lại là giai đoạn quyết định cường độ của vạch phổ.Giai đoạn này được thực hiện trong thời gian rất ngắn, thông thường 3 đến 6giây, rất ít khi đến 8 đến 10 giây

Nhưng tốc độ đo nhiệt độ lại là rất lớn để đạt ngay tức khắc đến nhiệt

độ nguyên tử hóa và thực hiện phép đo cường độ vạch phổ Tốc độ tăng nhiệt

độ thường từ 1800-2500oC/ giây, thông thường người ta sử dụng tốc độ tối đa,

độ nguyên tử hóa của các nguyên tố rất khác nhau

Đồng thời mỗi nguyên tố cũng có một nhiệt độ nguyên tử hóa giới hạn

Ta của nó Nhiệt độ Ta này phụ thuộc vào bản chất của mỗi nguyên tố vàcũng phụ thuộc trong mức độ nhất định vào trạng thái và thành phần của mẫu

mà nó tồn tại, nhất là chất nền của mẫu nguyên tử hóa và cường độ vạch phổcủa các nguyên tố

1.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng và phương pháp loại trừ của phép đo AAS

hệ thống bổ chính Trong hệ thống này người ta dùng đènW (W: habit lamp)cho vùng khả kiến

2/ Sự chen lấn vạch phổ

Yếu tố này thường thấy khi các nguyên tố thứ ba trong mẫu phân tích cónồng độ lớn và đó là nguyên tố cơ sở của mẫu Để loại trừ sự chen lấn vạch phổcủa các nguyên tố khác cần phải nghiên cứu và chọn những vạch phân tích phùhợp Nếu bằng cách này mà không loại trừ được ảnh hưởng này thì bắt buộc phảitách bỏ bớt nguyên tố có vạch phổ chen lấn ra khỏi mẫu phân tích trong mộtchừng mực nhất định, để các vạch chen lấn không xuất hiện nữa

3/ Sự hấp thụ của các hạt rắn

Các hạt này hoặc hấp thụ hoặc chắn đường đi của chùm sáng từ đènHCL chiếu vào môi trường hấp thụ Yếu tố này được gọi là sự hấp thụ già.Điều này gây sai số cho kết quả đo cường độ vạch phổ Để loại trừ sự hấp thụ

này cần chọn đúng chiều cao của đèn nguyên tử hóa mẫu và chọn thành phầnhỗn hợp không khí cháy phù hợp.

1.4.3.2 Nhóm các yếu tố vật lý ảnh hưởng đến phép đo AAS [ 7]

1/ Độ nhớt và sức căng bề mặt của dung dịch mẫu

Để loại trừ ảnh hưởng này chúng ta có thể dùng các biện pháp sau:

Đo và xác định theo phương pháp thêm chuẩn; pha loãng mẫu bằng mộtdung môi hay một nền phù hợp; thêm vào mẫu chuẩn một chất chuẩn cónồng độ đủ lớn; dùng bơm để đẩy mẫu với một tốc độ xác định mà chúng

ta mong muốn

2/ Hiệu ứng lưu lại

Khi nguyên tử hóa mẫu để đo cường độ vạch phổ thì một lượng nhỏcủa nguyên tố phân tích không bị chuyển hóa chúng được lưu lại trên bề mặtcuvet và cứ thế tích tụ lại qua một số lần nguyên tử hóa mẫu Nhưng đến mộtlần nào đó thì chúng lại bị nguyên tử hóa theo và đo đó tạo ra số nguyên tử tự

do của nguyên tố phân tích tăng đột ngột không theo nồng độ của nó trongmẫu Nghĩa là làm tăng cường độ của vạch phổ và làm sai kết quả phân tích.Cách khắc phục là làm sạch cuvet sau mỗi lần nguyên tử hóa mẫu, để làm bayhơi hết các chất còn lại trong cuvet

4/ Sự kích thích phổ phát xạ

Yếu tố này xuất hiện thường làm giảm nồng độ của các nguyên tử trunghòa có khả năng hấp thụ bức xạ trong môi trường hấp thụ Vì vậy: Chọn nhiệt

độ nguyên tử hóa mẫu thấp phù hợp mà tại nhiệt độ đó sự kích thích phổ phát

xạ là không đáng kể hoặc không xảy ra đối với nguyên tố phân tích; thêm vàomẫu các chất đệm để hạn chế sự phát xạ của nguyên tố phân tích, đó chính làcác muối halogen của các kim loại kiềm, có thể kích thích phổ phát xạ thấphơn thế kích thích phổ phát xạ của nguyên tố phân tích

1.4.3.3 Nhóm các yếu tố hóa học ảnh hưởng đến phép đo AAS

Trong phép đo phổ hấp thụ nguyên tử các ảnh hưởng hóa học cũng rất

đa dạng và phức tạp

Các ảnh hưởng hóa học có thể sắp xếp theo các loại sau đây:

1/ Nồng độ axit và loại axit trong dung dịch mẫu

Các axit càng khó bay hơi thường làm giảm đến cường độ vạch phổ.Các axit dễ bay hơi gây ảnh hưởng nhỏ Nói chung các axit làm giảm cường

độ vạch phổ theo thứ tự : HClO4 < HCl < HNO3 < H2SO4 < H3PO4 < HF.Nghĩa là axit HClO4, HCl, HNO3 gây ảnh hưởng nhỏ nhất trong vùng nồng độnhỏ Chính vì thế trong thực tế phân tích của phép đo phổ hấp thụ nguyên tửngười ta thường dùng môi trường là axit HCl hay HNO3 1 hay 2% Vì ở nàyảnh hưởng của 2 axit này là không đáng kể

2/ Ảnh hưởng của các cation

Các cation có thể làm tăng, có thể làm giảm cũng có thể không gây ảnhhưởng gì đến cường độ vạch phổ của nguyên tố phân tích Để loại trừ ảnhhưởng của các cation chúng ta có thể sử dụng các biện pháp sau đây hoặcriêng biệt hoặc tổ hợp chúng lại với nhau Đó là chọn điều kiện xử lý mẫu phùhợp để loại trừ các yếu tố ảnh hưởng ra khỏi dung dịch mẫu phân tích để đophổ, chọn các thông số của máy đo thích hợp và thêm vào mẫu phân tíchnhững chất phụ gia phù hợp để loại trừ ảnh hưởng

3/ Ảnh hưởng của các anion

Nói chung các anion của các axit dễ bay hơi thường làm giảm ít đếncường độ vạch phổ Cần giữ cho nồng độ các anion trong mẫu phân tích vàmẫu chuẩn là như nhau và ở một giá trị nhất định không đổi Mặt khác khôngnên chọn axit H2SO4 làm môi trường của mẫu cho phép đo AAS mà chỉ nênchọn HCl hay HNO3 nồng độ dưới 2%.

4/ Thành phần nền của mẫu

Yếu tố ảnh hưởng này người ta quen gọi là matrix effect Nhưng khôngphải lúc nào cũng xuất hiện mà thường chỉ thấy trong một số trường hợp nhấtđịnh Thông thường đó là các mẫu chứa các nguyên tố nền ở dạng các hợpchất bền nhiệt, khó bay hơi và khó nguyên tử hóa

5/ Ảnh hưởng của dung môi hữu cơ

Sự có mặt của dung môi hữu cơ thường làm tăng cường độ vạch phổhấp thụ nguyên tử của nhiều nguyên tố lên nhiều lần Đây là một biện pháp đểtăng độ nhạy của của phương pháp phân tích này

1.4.3.4 Các yếu tố về thông số máy đo

Chọn các thông số của máy đo bao gồm:

- Chọn bước sóng ánh sáng tới thích hợp với nguyên tố cần xác định.Nguồn ánh sáng đơn sắc phải có cường độ ổn định, lặp lại được trong các lần

đo khác nhau trong cùng điều kiện và phải điều chỉnh được để có cường độcần thiết trong mỗi phép đo

- Cường độ dòng điện làm việc của đèn ca tốt rỗng (HCL): Nên chọncường độ dòng nằm trong vùng 60% đến 80% so với cường độ dòng cực đạighi trên đèn HCL Khi cần độ nhạy cao thì chọn cận dưới còn khi cần độ ổnđịnh cao thì chọn cận trên

- Khe đo: Khe đo có ảnh hưởng đến độ nhạy và vùng tuyến tính củaphép đo, do đó cần phải chọn khe đo có giá trị phù hợp nhất cho phép đo địnhlượng cần xác định theo bước sóng đã chọn

- Thời gian đo: Yếu tố này phụ thuộc vào đặc trưng kỹ thuật của máy

đo và của kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu

- Xác định vùng tuyến tính của A theo C tại các bước sóng đo đã chọn

Có xác định được vùng này thì mới có thể xác định các mẫu đầu phù hợp vớikhoảng tuyến tính, bởi vì các kết quả thu được khi đo ở vùng tuyến tính baogiờ cũng có độ chính xác cao

- Lượng mẫu: Đó là tốc độ dẫn mẫu, lượng mẫu bơm vào

- Bổ chính nền khi đo: Nếu nền của phổ có ảnh hưởng đến phép đo thìphải có bổ chính nền để loại trừ các ảnh hưởng đó, nếu không ảnh hưởng thìkhông cần thiết

- Hệ nhân quang điện nhận tín hiệu AAS: Phải điều chỉnh núm GAIN

để kim chỉ thang năng lượng nằm trong vùng 70-100 là vùng làm việc phùhợp của thế nuôi nhân quang điện cho máy đo phổ hấp thụ

1.5 Các phương pháp định lượng của phổ hấp thụ nguyên tử [3,7]

Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử là phương pháp xác địnhnồng độ hay hàm lượng của một hay nhiều nguyên tố trong cùng một mẫuphân tích bằng cách đo độ hấp thụ bức xạ bởi nguyên tử tự do của nguyên tố

đó được hóa hơi từ mẫu phân tích Việc định lượng được tiến hành ở bướcsóng của một trong những vạch hấp thụ của nguyên tố cần xác định

Để xác định nồng độ (hàm lượng) của một nguyên tố trong mẫu phântích người ta thường thực hiện theo các phương pháp sau đây:

Phương pháp đường chuẩn

Phương pháp thêm tiêu chuẩn

Phương pháp đồ thị không đổi

Phương pháp dùng một mẫu chuẩn

1.5.1 Phương pháp đồ thị chuẩn (đường chuẩn)

Nguyên tắc của phương pháp này là dựa vào phương trình cơ bản củaphép đo A= K.C và một dãy mẫu đầu (ít nhất là ba mẫu đầu) để dựng mộtđường chuẩn và sau đó nhờ đường chuẩn này và giá trị Ax để xác định nồng

độ Cx của nguyên tố cần phân tích trong mẫu đo phổ, rồi từ đó tính được nồng

độ của nó trong mẫu phân tích

Cách tiến hành: Chuẩn bị một dãy mẫu đầu (thông thường là 5 mẫu) cónồng độ của nguyên tố X cần xác định là C1, C2, C3, C4, C5 và các mẫu phântích có nồng độ là Cx1, Cx2,…Sau đó chọn các điều kiện phù hợp và đo cường

độ của một vạch phổ hấp thụ của nguyên tố phân tích ta thu được giá trịcường độ hấp thụ tương ứng là A1, A2, A3, A4, A5, Ax1, Ax2…và lập đồ thịchuẩn A=f(C) Đồ thị chuẩn có dạng

C1 C2 C3 C4 C5 C6 C(μg/ml)

Hình 1.3: Đồ thị chuẩn của phương pháp đường chuẩn

Phương pháp này đơn giản dễ thực hiện và rất thích hợp với việcphân tích hàng loạt mẫu của cùng một nguyên tố, đó là ưu điểm củaphương pháp này Song trong nhiều trường hợp chúng ta không thể chuẩn

bị được một dãy mẫu đầu thỏa mãn các điều kiện đã quy định cho phươngpháp này nên không xác định được chính xác vị trí của đường chuẩn.Nghĩa là khi mẫu phân tích có thành phần phức tạp và chúng ta chưa biếtchính xác thì không thể chuẩn bị được một dãy mẫu đầu đúng đắn nên sẽ

bị ảnh hưởng của nền, thành phần của mẫu, đó là nhược điểm của phươngpháp này

A(λ))

Ax

B

1.5.2 Phương pháp thêm tiêu chuẩn

Nguyên tắc của phương pháp này là dùng ngay mẫu phân tích làm nền

để chuẩn bị một dãy mẫu đầu, bằng cách lấy một lượng mẫu phân tích nhấtđịnh và gia thêm vào đó những lượng nhất định của nguyên tố cần phân tíchtheo từng bậc nồng độ (theo cấp số cộng) như bảng sau:

Bảng 1.5: Dãy chuẩn của phương pháp thêm chuẩn

Lượng mẫu phân tích Cx Cx CX Cx Cx CxLượng thêm vào 0 ∆C1 ∆C2 ∆C3 ∆C4 ∆C5Chất khác Các chất khác là như nhau

Sau đó chọn các điều kiện thí nghiệm phù hợp và một vạch phổ đặctrưng của nguyên tố phân tích, tiến hành ghi đo cường độ hấp thị của vạchphổ đó theo tất cả dãy mẫu đầu Dựng một đường chuẩn theo hệ tọa độ A- ∆C

Đó chính là đường chuẩn của phương pháp thêm tiêu chuẩn và xác định Cxbằng cách ngoại suy từ đồ thị

Hình 1.4: Đồ thị chuẩn của phương pháp thêm tiêu chuẩn

A

∆C1 ∆C2 ∆C0

M

Phương pháp này được sử dụng rất nhiều trong phân tích lượng vết cácnguyên tố kim loại trong các mẫu khác nhau, đặc biệt là các loại mẫu có thànhphần vật lý, hóa học phức tạp, các mẫu quặng, đa kim.

1.5.3 Phương pháp đồ thị không đổi

Nguyên tắc của phương pháp này là muốn xác định một nguyên tố nào

đó, trước hết phải xây dựng một đường chuẩn như trong phương pháp đườngchuẩn Đường chuẩn này được gọi là đường chuẩn cố định và được dùng lâudài Như vậy muốn xác định nồng độ Cx chưa biết ta phải chuyển các giá trịAx1 tương ứng đó về giá trị Axo của đường chuẩn cố định để xác định Cx

Phương pháp đồ thị không đổi rất phù hợp với phép phân tích hàng loạtmẫu từ ngày này qua ngày khác Vì trong mỗi ngày phân tích chúng ta khôngphải ghi phổ lại của toàn bộ dãy mẫu đầu nên tiết kiệm được thời gian, mẫuchuẩn Nhưng nó cũng có hạn chế như phương pháp đường chuẩn

1.5.4 Phương pháp dùng một mẫu chuẩn

Khi có mẫu chuẩn: ta chỉ cần đo A1 mẫu chuẩn của mẫu phân tích

đã biết có nồng độ C1 và Ax của chất phân tích Sau đó tính Cx của chấtphân tích

Nghĩa là chúng ta có: Với mẫu phân tích: Ax = a.Cx

Với mẫu đầu: A1 = a.C1 suy ra Cx = Ax.C1/ A1

Khi không có mẫu chuẩn: Ta tiến hành tương tự như phương phápthêm, chỉ khác không cần pha một dãy chuẩn Nhưng có một điều cần chú

ý là ∆C1 thêm vào và các giá trị Cx phải nằm trong vùng tuyến tính củaphương pháp

1.6 Các phương pháp xử lý mẫu phân tích

1.6.1 Phương pháp xử lý mẫu ướt (bằng axit đặc oxi hóa mạnh)

Nguyên tắc: Dùng axit mạnh và đặc nóng hay axit có tính oxy hóa

mạnh hoặc hỗn hợp 2 axit (HNO3 + H2SO4) hay 3 axit (HNO3 + H2SO4+

HClO4) hoặc là một axit đặc và một chất oxy hóa mạnh (H2SO4+ KMnO4),v.v Để phân hủy trong điều kiện đun nóng trong bình kenda, trong ốngnghiệm, trong cốc hay trong lò vi song Lượng axit cần dung để phân hủythường gấp 10 - 15 lần lượng mẫu, tùy thuộc mỗi loại mẫu và cấu trúc vật lýhóa học của nó.

Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp: Hầu như không bị mất các

chất phân tích, nhất là trong lò vi sóng, thời gian phân huỷ mẫu rất dài, trongđiều kiện thường, tốn nhiều axit đặc tinh khiết cao, nhất là trong các hệ hở, dễ

bị nhiễm bẩn khi xử lý trong hệ hở, do môi trường hay axit dùng, phải đuổiaxit dư lâu nên dễ bị nhiễm bẩn, bụi vào mẫu, v.v

1.6.2 Phương pháp xử lý mẫu khô

Nguyên tắc: Kỹ thuật xử lý khô (vô cơ hóa khô) là kỹ thuật nung để xử

lý mẫu trong lò nung ở một nhiệt độ thích hợp (450- 7500C) Sau khi nung,mẫu bã còn lại được hòa tan (xử lý tiếp) bằng dung dịch muối hay dung dịchaxit phù hợp để chuyển chất cần phân tích trong tro mẫu vào dạng dung dịch,

để sau đó xác định nó theo một phương pháp đã chọn Khi nung các chất hữu

cơ của mẫu sẽ bị đốt cháy thành CO2 và H2O

Ưu nhược điểm của phương pháp: Thao tác và cách làm đơn giản, không

phải dùng nhiều axit đặc tinh khiết cao đắt tiền, xử lý được triệt để, nhất là cácmẫu nền hữu cơ, đốt cháy hết các chất hữu cơ, vì thế làm dung dịch mẫu thu đượcsạch, nhưng có nhược điểm là có thể mất một số chất dễ bay hơi, ví dụ như Cd,

Pb, Zn, Sn, Sb, v.v nếu không có chất phụ gia và chất bảo vệ

1.6.3 Phương pháp xử lý mẫu khô ướt kết hợp

Nguyên tắc: của kỹ thuật này là mẫu được phân huỷ trong chén hay

cốc nung Trước tiên người ta thực hiện xử lý ướt sơ bộ bằng một lượngnhỏ axit, và chất phụ gia, để phá vỡ sơ bộ cấu trúc ban đầu của các hợpchất mẫu và tạo điều kiện giữ một số nguyên tố có thể bay hơi khi nung.Sau đó mẫu nung ở nhiệt độ thích hợp Vì thế lượng axit dùng để xử lý