Báo cáo thí nghiệm Phân tích thực phẩm

Quá trình này đạ ể ược g i là quá trìnhọaerosol hóa hay nebulize hóa.

Ph n 1: ầ GI I THI U V TRUNG TÂM THÍ NGHI M Ớ Ệ Ề Ệ

Ph n 2: ầ BÁO CÁO THÍ NGHI M Ệ

Bài 1: Xác đ nh Na, Ca, Fe trong th c ph m trên máy quang ph h p ị ự ẩ ổ ấ

thu nguyên t AAS ử

ph h p thu (Atomic Absorption Spectroscopy - AAS), còn đ i v i nguyên t Ca vàổ ấ ố ớ ố

Fe, ta s d ng phử ụ ương pháp quang ph phát x nguyên t (Atomic Emissionổ ạ ửSpectroscopy - AES)

− C ng c và tìm hi u sâu h n v nguyên lý, c u t o c a h th ng phân tích b ngủ ố ể ơ ề ấ ạ ủ ệ ố ằ

phương pháp quang ph nguyên t ổ ử

− Rèn luy n k thu t th c hành, s d ng các lo i d ng c , máy móc có liên quanệ ỹ ậ ự ử ụ ạ ụ ụ

đ n phế ương pháp phân tích này nói riêng cũng nh k năng làm vi c trong phòng thíư ỹ ệnghi m nói chung.ệ

II T NG QUAN V PH Ổ Ề ƯƠ NG PHÁP QUANG PH H P THU – PHÁT Ổ Ấ

X NGUYÊN T : Ạ Ử

II.1 Gi i thi u v ph ớ ệ ề ươ ng pháp quang ph h p thu – phát x nguyên t : ổ ấ ạ ử

Phương pháp quang ph h p thu – phát x nguyên t (Atomic Spectroscopy) làổ ấ ạ ử

phương pháp s d ng s h p thu hay phát x ánh sáng c a đám h i nguyên t m tử ụ ự ấ ạ ủ ơ ử ở ộ

bước sóng nh t đ nh đ phân tích đ nh tính và đ nh lấ ị ể ị ị ượng kim lo i có trong các m uạ ẫ

r n ho c l ng.ắ ặ ỏ

nhi t đ cao, các ch t khoáng b hoá h i và nguyên t hoá s có kh năng h p

thu ch n l c b c x đ c tr ng, khi đó, t tr ng thái c b n chúng s chuy n lênọ ọ ứ ạ ặ ư ừ ạ ơ ả ẽ ể

tr ng thái kích thích tr ng thái này, chúng l i có xu hạ Ở ạ ạ ướng tr v tr ng thái cở ề ạ ơ

b n và có th phát ra b c v trong quá trình chuy n tr ng thái Các nguyên t có khả ể ứ ạ ể ạ ử ả năng h p thu b c x nào thì cũng có kh năng phát x b c x y Vì v y, m iấ ứ ạ ả ạ ứ ạ ấ ậ ỗ nguyên t hoá h c tr ng thái h i ho c khí khi nóng sáng dố ọ ở ạ ơ ặ ưới áp su t th p cho m tấ ấ ộ

v ch quang ph đ c tr ng c a nguyên t đó ạ ổ ặ ư ủ ố

Ph ươ ng pháp quang ph h p thu nguyên t – AAS: ổ ấ ử d a trên ph h p thu tự ổ ấ ử ngo i ho c th y đạ ặ ấ ượ ủc c a các nguyên t đố ược nguyên t hoá M u dử ẫ ướ ại d ng l ngỏ

được hút vào ng n l a có nhi t đ t 2000 – 3000K M u đọ ử ệ ộ ừ ẫ ược nguyên t hóa trongử

II.2 Nh ng v n đ chung v h p thu và phát x nguyên t : ữ ấ ề ề ấ ạ ử

II.2.1 S xu t hi n ph h p thu và phát x nguyên t : ự ấ ệ ổ ấ ạ ử

Nh chúng ta đã bi t, v t ch t đư ế ậ ấ ược c u t o b i các nguyên t và nguyên t làấ ạ ở ử ử

ph n t c b n nh nh t còn gi đầ ử ơ ả ỏ ấ ữ ược tính ch t c a nguyên t hóa h c Nguyên tấ ủ ố ọ ử

l i bao g m h t nhân nguyên t n m gi a và chi m m t th tích r t nh (kho ngạ ồ ạ ử ằ ở ữ ế ộ ể ấ ỏ ả 1/10000 th tích c a nguyên t ) và các đi n t (electron) chuy n đ ng xung quanhể ủ ử ệ ử ể ộ

h t nhân trong ph n không gian l n c a nguyên t Trong đi u ki n bình thạ ầ ớ ủ ử ề ệ ườ ngnguyên t không thu và cũng không phát ra năng lử ượng dướ ại d ng các b c x Lúcứ ạnày nguyên t t n t i tr ng thái c b n Đó là tr ng thái b n v ng và nghèo năngử ồ ạ ở ạ ơ ả ạ ề ữ

lượng nh t c a nguyên t Nh ng khi nguyên t tr ng thái h i t do, n u ta chi uấ ủ ử ư ử ở ạ ơ ự ế ế

m t chùm tia sáng có nh ng bộ ữ ước sóng (t n s ) xác đ nh vào đám h i nguyên t đó,ầ ố ị ơ ửthì các nguyên t t do đó s h p thu các b c x có bử ự ẽ ấ ứ ạ ước sóng nh t đ nh ng đúngấ ị ứ

v i nh ng tia b c x mà nó có th phát ra đớ ữ ứ ạ ể ược trong quá trình phát x c a nó Lúcạ ủnày nguyên t đã nh n năng lử ậ ượng c a các tia b c x chi u vào nó và nó chuy n lênủ ứ ạ ế ể

tr ng thía kích thích có năng lạ ượng cao h n tr ng thái c b n Đó là tính ch t đ cơ ạ ơ ả ấ ặ

tr ng c a nguyên t tr ng thái h i Quá trình đó đư ủ ử ở ạ ơ ược g i là ọ quá trình h p thu năng ấ

l ượ ng c a nguyên t t do tr ng thái h i và t o ra ph nguyên t c a nguyên t ủ ử ự ở ạ ơ ạ ổ ử ủ ố

đó Ph sinh ra trong quá trình này đ ổ ượ c g i là ph h p thu nguyên t ọ ổ ấ ử

N u g i năng lế ọ ượng c a tia sáng đã b nguyên t h p thu là ∆E thì chúng ta có: ủ ị ử ấ

ν

h E C

Nh v y, ng v i m i giá tr năng lư ậ ứ ớ ỗ ị ượng ∆E; mà nguyên t đã ử h p thu ta s cóấ ẽ

m t v ch ph h p thu v i đ dài sóng đi đ c tr ng cho quá trình đó, nghĩa là ph h pộ ạ ổ ấ ớ ộ ặ ư ổ ấ thu c a nguyên t cũng là ph v ch.ủ ử ổ ạ

Nh ng nguyên t không ư ử h p thu t t c các b c x mà nó có th phát ra đấ ấ ả ứ ạ ể ượ ctrong quá trình phát x ạ Quá trình h p thu ch x y ra đ i v i các v ch ph nh y, các ấ ỉ ả ố ớ ạ ổ ạ

v ch ph đ c tr ng và các v ch cu i cùng c a các nguyên t ạ ổ ặ ư ạ ố ủ ố Cho nên đ i v i cácố ớ

v ch ph đó quá trình h p thu và phát x là hai quá trình ngạ ổ ấ ạ ược nhau (hình 2) Theo

phương trình (1), n u giá tr năng lế ị ượng ∆E là dương ta có quá trình phát x ; ngạ ượ c

l i khi giá tr ∆E là âm ta có quá trình h p thu Chính vì th , tùy theo t ng đi u ki nạ ị ấ ế ừ ề ệ

c th c a ngu n năng lụ ể ủ ồ ượng dùng đ nguyên t hóa m u và kích thích nguyên t màể ử ẫ ửquá trình nào x y ra là chính, nghĩa là n u kích thích nguyên t : ả ế ử

− B ng năng lằ ượng Cm ta có ph phát x nguyên t , ổ ạ ử

− B ng chùm tia đ n s c ta có ph h p thu nguyên t ằ ơ ắ ổ ấ ử

Trong phép đo ph ổ h p thu nguyên t đám h i nguyên t c a m u trong ng n l aấ ử ơ ử ủ ẫ ọ ử hay trong cuvet graphite là môi trường h p thu b c x (h p thu năng lấ ứ ạ ấ ượng c a tiaủ

b c x ) Ph n t h p thu năng lứ ạ ầ ử ấ ượng c a tia b c x hv là các nguyên t t do trongủ ứ ạ ử ựđám h i đó Do đó, mu n có ph h p thu nguyên t trơ ố ổ ấ ử ước h t ph i t o ra đế ả ạ ược đám

h i nguyên t t do, và sau đó chi u vào nó m t chùm tia sáng có nh ng bơ ử ự ế ộ ữ ước sóng

nh t đ nh ng đúng v i các tia phát x nh y c a nguyên t c n nghiên c u Khi đóấ ị ứ ớ ạ ạ ủ ố ầ ứcác nguyên t t do s h p thu năng lử ự ẽ ấ ượng c a chùm tia đó và t o ra ph h p thuủ ạ ổ ấnguyên t c a nó.ử ủ

Trong nguyên t , s chuy n m c c a đi n t t m c năng lử ự ể ứ ủ ệ ử ừ ứ ượng En không ph iả

ch v m c Eỉ ề ứ 0, mà có r t nhi u s chuy n m c t En v các m c khác Eấ ề ự ể ứ ừ ề ứ 01, E02, E03… cùng v i m c Eớ ứ 0 Nghĩa là có r t nhi u s chuy n m c c a đi n t đã đấ ề ự ể ứ ủ ệ ử ượ ượ c l ng

t hóa, và ng v i m i bử ứ ớ ỗ ước chuy n m c đó ta có 1 tia b c x , t c là m t v ch ph ể ứ ứ ạ ứ ộ ạ ổ Chính vì th mà m t nguyên t khi b kích thích thế ộ ố ị ường có th phát ra r t nhi u v chể ấ ề ạ

ph phát x Nguyên t nào có nhi u đi n t và có c u t o ph c t p c a các l pổ ạ ố ề ệ ử ấ ạ ứ ạ ủ ớ

đi n t hóa tr thì càng có nhi u v ch ph phát x ệ ử ị ề ạ ổ ạ

Nh v y, ư ậ ph phát x nguyên t là s n ph m sinh ra do s t ổ ạ ử ả ẩ ự ươ ng tác v t ch t, ậ ấ

mà đây là các nguyên t t do tr ng thái khí v i m t ngu n năng l ở ử ự ở ạ ớ ộ ồ ượ ng nhi t, ệ

đi n nh t đ nh phù h p ệ ấ ị ợ Nh ng trong ngu n sáng, không ph i ch có nguyên t tư ồ ả ỉ ử ự

do b kích thích, mà có c ion, phân t , nhóm phân t Các ph n t này cũng b kíchị ả ử ử ầ ử ịthích và phát ra ph phát x c a nó T t nhiên là trong m c đ khác nhau tùy thu cổ ạ ủ ấ ứ ộ ộ vào kh năng kích thích c a ngu n năng lả ủ ồ ượng Vì v y, ph phát x c a v t m uậ ổ ạ ủ ậ ẫ luôn bao g m ba thành ph n: ồ ầ

− Nhóm ph v ch ổ ạ : Đó là ph c a nguyên t và con Nhóm ph v ch này c a cácổ ủ ử ổ ạ ủnguyên t hóa h c h u nh thố ọ ầ ư ường n m trong vùng ph t 190 – 1000nm (vùng UV-ằ ổ ừVIS) Ch có m t vài nguyên t á kim hay kim lo i ki m m i có m t s v ch phỉ ộ ố ạ ề ớ ộ ố ạ ổ

n m ngoài vùng này ằ

− Nhóm ph đám: ổ Đó là ph phát x c a các phân t và nhóm phân t Ví d : 9 phổ ạ ủ ử ử ụ ổ

c a phân t MeO, CO và nhóm phân t CN Các đám ph này xu t hi n thủ ử ử ổ ấ ệ ường có

m t đ u đ m và m t đ u nh t Đ u đ m phía sóng dài và nh t phía sóng ng n.ộ ầ ậ ộ ầ ạ ầ ậ ở ạ ở ắ Trong vùng t ngo i thì ph này xu t hi n r t y u và nhi u khi không th y Nh ngử ạ ổ ấ ệ ấ ế ề ấ ư trong vùng kh ki n thì xu t hi n r t đ m, và làm khó khăn cho phép phân tích quangả ế ấ ệ ấ ậ

ph vì nhi u v ch phân tích c a các nguyên t khác b các đám ph này che l p ổ ề ạ ủ ố ị ổ ấ

− Ph n n liên t c: ổ ề ụ Đây là ph c a v t r n b đ t nóng phát ra, ph c a ánh sángổ ủ ậ ắ ị ấ ổ ủ

tr ng và ph do s b c x riêng c a đi n t Ph này t o thành m t n n m liên t cắ ổ ự ứ ạ ủ ệ ử ổ ạ ộ ề ờ ụ

trên toàn d i ph c a m u Nh ng nh t sóng ng n và đ m d n v phía sóng dài.ả ổ ủ ẫ ư ạ ở ắ ậ ầ ề

Ph này n u quá đ m thì cũng s c n tr phép phân tích ổ ế ậ ẽ ả ở

Ba lo i ph trên xu t hi n đ ng th i khi kích thích m u phân tích và trong phânạ ổ ấ ệ ồ ờ ẫtích quang ph phát x nguyên t ngổ ạ ử ười ta ph i tìm cách lo i b t ph đám và phả ạ ớ ổ ổ

n n Đó là hai y u t nhi u.ề ế ố ễ

Hình 1: Quá trình phát x và h p thu c a m t nguyên tạ ấ ủ ộ ử

Eo: M c năng lứ ượng tr ng thái c b n.ở ạ ơ ả

Em: M c năng lứ ượng tr ng thái kích thích.ở ạ

∆E: Năng lượng nh n vào (kích thích).ậ

Hình 2 : S đ phân b năng lơ ồ ố ượng trong nguyên tử

II.2.2 C ườ ng đ c a v ch ph ộ ủ ạ ổ h p thu nguyên t : ấ ử

Nghiên c u s ph thu c c a cứ ự ụ ộ ủ ường đ m t v ch ph ộ ộ ạ ổ h p thu c a m t nguyênấ ủ ộ

t vào n ng đ C c a nguyên t đó trong m u phân tích, lí thuy t và th c nghi m choố ồ ộ ủ ố ẫ ế ự ệ

th y r ng, trong m t vùng n ng đ C nh c a ch t phân tích, m i quan h gi aấ ằ ộ ồ ộ ỏ ủ ấ ố ệ ữ

cường đ v ch ph h p thu và n ng đ N c a nguyên t đó trong đám h i cũng tuânộ ạ ổ ấ ồ ộ ủ ố ơtheo đ nh lu t Lambert Beer, nghĩa là n u chi u m t chùm sáng cị ậ ế ế ộ ường đ ban đ u làộ ầ

Io qua đám h i nguyên t t do c a nguyên t phân tích n ng đ là N và b d y là Lơ ử ự ủ ố ồ ộ ề ầ

cm, thì chúng ta có:

L N

v v RT A

N u g i Aế ọ λ là cường đ c a v ch ph h p thu nguyên t , t công th c (3) chúngộ ủ ạ ổ ấ ử ừ ứ

ta có:

L N K I

I

đây A chính là đ t t nguyên t c a chùm tia sáng c ng đ I

trường h p thu A ph thu c vào n ng đ nguyên t N trong môi trấ ụ ộ ồ ộ ử ường h p thu vàấ

ph thu c c vào b d y L c a l p h p thu (b d y chùm sáng đi qua) Nh ng trongụ ộ ả ệ ầ ủ ớ ấ ề ầ ưmáy đo ph h p thu nguyên t , thì chi u dài c a đèn nguyên t hóa hay cuvet graphiteổ ấ ử ề ủ ử

là không đ i, nghĩa là L không đ i, nên giá tr A ch còn ph thu c vào s nguyên t Nổ ổ ị ỉ ụ ộ ố ử

có trong môi trường h p thu Nh v y cấ ư ậ ường đ c a v ch ph h p thu s là:ộ ủ ạ ổ ấ ẽ

kL

V i ớ k = 2 . 303 Kv.L

Trong đó K là h s th c nghiệ ố ự ệm, nó ph thu c vào các y u tụ ộ ế ố :

− H s h p thu nguyên t Kệ ố ấ ử v c a v ch ph h p thuủ ạ ổ ấ

− Nhi t đ c a môi trệ ộ ủ ường h p thu.ấ

− B dày c a môi trề ủ ường h p thu L ấ

Song công th c (6) ch a cho ta bi t m i quan h gi a cứ ư ế ố ệ ữ ường đ v ch ph vàộ ạ ổ

n ng đ C c a nguyên t phân tích trong m u T c là qua h gi a N và C Đây chínhồ ộ ủ ố ẫ ứ ệ ữ

là quá trình hóa h i và nguyên t hóa m u phân tích Nghiên c u quá trình này, líơ ử ẫ ứthuy t và th c nghi m ch ra r ng, m i quan h gi a n ng đ N và n ng đ C trongế ự ệ ỉ ằ ố ệ ữ ồ ộ ồ ộ

m u phân tích đẫ ược tính theo bi u th c sau:ể ứ

b

T

C n T Q

R n s W F N

10

nRo là s phân t khí nhi t đ ban đ u (ambient), Tố ử ở ệ ộ ầ o(K)

nT là s phân t khí nhi t đ T(K) c a ng n l a nguyên t hóa.ố ử ở ệ ộ ủ ọ ử ử

Q là t c đ c a dòng khí mang m u vào bu ng aerosol hóa (lít/phút).ố ộ ủ ẫ ồ

C là n ng đ c a nguyên t phân tích có trong dung d ch m u ồ ộ ủ ố ị ẫ

Phương trình (6) cho ta bi t m i quan h gi a A và N, phế ố ệ ữ ương trình (7) cho ta bi tế

m i quan h gi a N và C M i quan h này r t ph c t p, nó ph thu c vào t t c cácố ệ ữ ố ệ ấ ứ ạ ụ ộ ấ ả

đi u ki n nguyên t hóa m u, ph thu c vào thành ph n v t lí, hóa h c, tr ng tháiề ệ ử ẫ ụ ộ ầ ậ ọ ạ

t n t i c a nguyên t trong m u ồ ạ ủ ố ở ẫ Nh ng nhi u k t qu th c nghi m ch ra r ng,ư ề ế ả ự ệ ỉ ằtrong m t gi i h n nh t đ nh c a n ng đ C, thì m i quan h gi a N và C có thộ ớ ạ ấ ị ủ ồ ộ ố ệ ữ ể

được bi u th theo công th c: ể ị ứ

b

a C

K

Trong đó Ka là h ng s th c nhi m, ph thu c vào t t c các đi u ki n hóa h iằ ố ự ệ ụ ộ ấ ả ề ệ ơ

và nguyên t hóa m u; còn b đử ẫ ược g i là h ng s b n ch t, ph thu c vào t ng v chọ ằ ố ả ấ ụ ộ ừ ạ

ph c a t ng nguyên t , b có giá tr b ng 1 và nh h n 1, t c là ổ ủ ừ ố ị ằ ỏ ơ ứ 0<b≤1 Giá tr b = 1ịkhi n ng đ C nh và ng v i m i v ch ph c a m i nguyên t phân tích, ta luônồ ộ ỏ ứ ớ ỗ ạ ổ ủ ỗ ốluôn tìm được m t giá tr C = Cộ ị o đ b b t đ u nh h n 1, nghĩa là ng v i: ể ắ ầ ỏ ơ ứ ớ

− Vùng n ng đ Cồ ộ x < Co, thì luôn luôn có b = 1, nghĩa là m i quan h gi a cố ệ ữ ường độ

v ch ph và n ng đ Cx c a ch t phân tích là tuy n tính có d ng c a phạ ổ ồ ộ ủ ấ ế ạ ủ ương trình y

= ax

− Vùng n ng đ Cồ ộ x > Co thì b luôn nh h n 1, t c là b ti n v 0, t t nhiên là khôngỏ ơ ứ ế ề ấ

b ng 0 Nh v y trong vùng này m i quan h gi a cằ ư ậ ố ệ ữ ường đ v ch ph và n ng độ ạ ổ ồ ộ

Cx c a ch t phân tích là không tuy n tính ủ ấ ế

Nên Co được g i là gi i h n trên c a vùng tuy n tính ọ ớ ạ ủ ế

Trong đó a =K.K a và được g i là h ng s th c nghi m, ph thu c vào t t c cácọ ằ ố ự ệ ụ ộ ấ ả

đi u ki n th c nghi m đ hóa h i và nguyên t hóa m u, nh đã trình bày trên.ề ệ ự ệ ể ơ ừ ẫ ư ởChính do th c t này mà trong m t phép đo đ nh lự ế ộ ị ượng xác đ nh m t nguyên t ph iị ộ ố ả

gi cho các đi u ki n hóa h i, nguyên t hóa m u n đ nh và không đ i Phữ ề ệ ơ ử ẫ ổ ị ổ ươ ngtrình (9) được g i là phọ ương trình c s c a phép đo đinh lơ ở ủ ượng các nguyên t theoố

ph h p thu nguyên t c a nó Đổ ấ ử ủ ường bi u di n c a phể ễ ủ ương trình này có 2 đo n,ạ

m t đo n th ng (trong đo n này b = 1), và quan h gi a Aλ và C là tuy n tính) vàộ ạ ẳ ạ ệ ữ ế

m t đo n cong, trong đo n này b < 1 (hình 3).ộ ạ ạ

Hình 3: M i quan h gi a cố ệ ữ ường đ v ch ph Aộ ạ ổ λ và n ng đ ch t Cồ ộ ấ x

AB: vùng tuy n tính (b=1).ếBC: vùng không tuy n tính (b<1).ế

II.2.3 Nh ng u và nh ữ ư ượ c đi m c a phép do AAS: ể ủ

Cũng nh các phư ương pháp phân tích khác, phương pháp phân tích ph h p thu –ổ ấphát x nguyên t cũng có nh ng u đi m và nhạ ử ữ ư ể ược đi m nh t đ nh Các u đi m vàể ấ ị ư ể

nhược đi m đó là: ể

− Phép đo ph h p thu – phát x nguyên t có đ nh y và đ ch n l c tổ ấ ạ ử ộ ạ ộ ọ ọ ương đ iố cao G n 60 nguyên t hóa h c có th đầ ố ọ ể ược xác đ nh b ng phị ằ ương pháp này v i đớ ộ

nh y t 10ạ ừ -4 đ n 10ế -5 % Đ c bi t, n u s d ng kĩ thu t nguyên t hóa không ng nặ ệ ế ử ụ ậ ử ọ

l a v i phép đo ph h p thu nguyên t thì có th đ t đ n đ nh y 10ử ớ ổ ấ ử ể ạ ế ộ ạ -7% (b ng 1).ảChính vì có đ nh y cao, nên phộ ạ ương pháp phân tích này đã đượ ử ục s d ng r t r ngấ ộ rãi trong nhi u lĩnh v c đ xác đ nh lề ự ể ị ượng v t các kim lo i Đ c bi t là trong phânế ạ ặ ệtích các nguyên t vi lố ượng trong các đ i tố ượng m u y h c, sinh h c, nông nghi p,ẫ ọ ọ ệ

ki m tra các hóa ch t có đ tinh khi t cao ể ấ ộ ế

− Đ ng th i cũng do có đ nh y cao nên trong nhi u trồ ờ ộ ạ ề ường h p không ph i làmợ ảgiàu nguyên t c n xác đ nh trố ầ ị ước khi phân tích Do đó t n ít nguyên li u m u, t n ítố ệ ẫ ố

th i gian, không c n ph i dùng nhi u hóa ch t tinh khi t cao khi làm giàu m u M tờ ầ ả ề ấ ế ẫ ặ khác cũng tránh được s nhi m b n m u khi x lí qua các giai đo n ph c t p Đóự ễ ẩ ẫ ử ạ ứ ạcũng là m t u đi m l n c a phép đo ph h p thu – phát x nguyên t ộ ư ể ớ ủ ổ ấ ạ ử

B ng 1: ả Đ nh y c a các nguyên t theo phộ ạ ủ ố ương pháp AAS

− Ưu đi m th ba c a phể ứ ủ ương pháp này là các đ ng tác th c hi n nh nhàng Cácộ ự ệ ẹ

k t qu phân tích l i có th ghi l i trên băng gi y hay gi n đ đ l u gi l i sau này.ế ả ạ ể ạ ấ ả ồ ể ư ữ ạCùng v i các trang thi t b hi n nay ngớ ế ị ệ ười ta có th xác đ nh đ ng th i hay liên ti pể ị ồ ờ ế nhi u nguyên t trong m t m u Các k t qu phân tích l i r t n đ nh, sai s nh ề ố ộ ẫ ế ả ạ ấ ổ ị ố ỏ Trong nhi u trề ường h p sai s không quá 15% v i vùng n ng đ c 1 – 2 ppm H nợ ố ớ ồ ộ ỡ ơ

n a, b ng s ghép n i v i máy tính cá nhân (PC) và các ph n m m đ c h p quá trìnhữ ằ ự ố ớ ầ ề ặ ợ

đo và x lí k t qu s nhanh và d dàng, l u l i đử ế ả ẽ ễ ư ạ ường chu n cho các l n sau ẩ ầ

Bên c nh nh ng u đi m, phép đo ph h p thu-phát x nguyên t cũng có m t sạ ữ ư ể ổ ấ ạ ử ộ ố

h n ch và nhạ ế ược đi m nh t đ nh Đi u h n ch trể ấ ị ề ạ ế ước h t là mu n th c hi n phépế ố ự ệ

đo này c n ph i có m t h th ng máy AAS hay AES tầ ả ộ ệ ố ương đ i đ t ti n Do đó nhi uố ắ ề ề

c s nh không đ đi u ki n đ xây d ng phòng thí nghi m và mua s m máy móc ơ ở ỏ ủ ề ệ ể ự ệ ắ

M t khác, cũng chính do phép đo có đ nh y cao, cho nên s nhi m b n r t có ýặ ộ ạ ự ễ ẩ ấnghĩa đ i v i k t qu phân tích hàm lố ớ ế ả ượng v t Vì th môi trế ế ường không khí phòngthí nghi m ph i không có b i Các d ng c , hóa ch t dùng trong phép đo ph i có đệ ả ụ ụ ụ ấ ả ộ tinh khi t cao Đó cũng là m t khó khăn khi ng d ng phế ộ ứ ụ ương pháp phân tích này

M t khác, cũng vì phép đo có đ nh y cao nên các trang thi t b máy móc khá tinh viặ ộ ạ ế ị

và ph c t p Do đó c n ph i có kĩ s có trình đ cao đ b o dứ ạ ầ ả ư ộ ể ả ưỡng và chăm sóc, c nầ cán b làm phân tích công c thành th o đ v n hành máy Nh ng y u t này có thộ ụ ạ ể ậ ữ ế ố ể

kh c ph c đắ ụ ược qua công tác chu n b và đào t o cán b ẩ ị ạ ộ

Nhược đi m chính c a phể ủ ương pháp phân tích này là ch cho ta bi t thành ph nỉ ế ầ nguyên t c a ch t trong m u phân tích mà không ch ra tr ng thái liên k t c aố ủ ấ ở ẫ ỉ ạ ế ủ nguyên t trong m u Vì th nó ch là phố ở ẫ ế ỉ ương pháp phân tích thành ph n hóa h cầ ọ

m t s á kim đ n gi i h n n ng đ c ppm (microgam) b ng kĩ thu t F-AAS, và đ nộ ố ế ớ ạ ồ ộ ỡ ằ ậ ế

n ng đ ppb (nanogam) b ng kĩ thu t ETA-AAS v i sai s không l n h n 15% ồ ộ ằ ậ ớ ố ớ ơTrong kho ng 10 năm tr l i đây, phả ở ạ ương pháp phân tích ph h p thu nguyên tổ ấ ử

đã được s d ng đ xác đ nh các kim lo i trong các m u qu ng, đ t, đá, nử ụ ể ị ạ ẫ ặ ấ ướ ckhoáng, các m u c a y h c, sinh h c, các s n ph m nông nghi p, rau qu , th cẫ ủ ọ ọ ả ẩ ệ ả ự

ph m, nẩ ước u ng, các nguyên t vi lố ố ượng trong phân bón, trong th c ăn gia súc, v.v ứ nhi u n c trên th gi i, nh t là các n c phát tri n, ph ng pháp phân tích ph

h p thu nguyên t đã tr thành m t phấ ử ở ộ ương pháp tiêu chu n đ đ nh lẩ ể ị ượng nhi u kimề

lo i ạ

Ví d : ụ

− Đèn Fe phát x tia c ng hạ ộ ưởng 248.3nm

− Đèn Cu phát x tia c ng hạ ộ ưởng 342.8nm

− Đèn Al phát x tia c ng hạ ộ ưởng 396.2nm.

− Đèn Co phát x tia c ng hạ ộ ưởng 240.7nm

− Đèn Pb phát x tia c ng hạ ộ ưởng 217.0nm

− Đèn Hg phát x tia c ng hạ ộ ưởng 235.7nm

Bên c nh các kim lo i, m t vài á kim nh Si, P, S, Se, Te cũng đạ ạ ộ ư ược xác đ nh 148ị

b ng phằ ương pháp phân tích này Các á kim khác nh C, Cl, O, N, không xác đ nh tr cư ị ự

ti p đế ược b ng phằ ương pháp này, vì các v ch phân tích c a các á kim này thạ ủ ườ ng

n m ngoài vùng ph c a các máy h p thu nguyên t thông đ ng (190 – 900nm) Víằ ổ ủ ấ ử ụ

d C – 165.701, N – 134.70, O – 130.20, Cl – 134.78; S – 180.70 nm Do đó mu nụ ố phân tích các á kim này c n ph i có các b đ n s c đ c bi t Cho nên đ n nay, theoầ ả ộ ơ ắ ặ ệ ế

phương pháp phân tích tr c ti p, đ i tự ế ố ượng chính c a phủ ương pháp phân tích theo

ph h p thu nguyên t v n là phân tích lổ ấ ử ẫ ượng nh và lỏ ượng v t các kim lo i Còn cácế ạanion, các á kim, các ch t h u c không có ph h p thu nguyên t ph i xác đ nh theoấ ữ ơ ổ ấ ử ả ịcách gián ti p thông qua m t kim lo i có ph h p thu nguyên t nh y nh m t ph nế ộ ạ ổ ấ ử ạ ờ ộ ả

ng hóa h c trung gian có tính ch t đ nh l ng, nh ph n ng t o k t t a không tan,

t o ph c, đ y kim lo i, hay hoà tan kim lo i, v.v gi a kim lo i đo ph và ch t c nạ ứ ẩ ạ ạ ữ ạ ổ ấ ầ phân tích Đây là m t đ i tộ ố ượng m i, phong phú đang đớ ược nghiên c u và phát tri n.ứ ể

II.3 Nguyên t c và trang b c a phép đo: ắ ị ủ

Phương pháp phân tích d a trên c s đo ph h p thu hay phát x nguyên t c aự ơ ở ổ ấ ạ ử ủ

m t nguyên t độ ố ược g i là phép đo ph h p thu – phát x nguyên t Nh trên đã đọ ổ ấ ạ ử ư ề

c p, c s lí thuy t c a phép đo này là s h p thu năng lậ ơ ở ế ủ ự ấ ượng (b c x đ n s c) c aứ ạ ơ ắ ủ nguyên t t do trong tr ng thái h i (khí) khi chi u chùm tia b c x qua đám h iử ự ở ạ ơ ế ứ ạ ơ

c a nguyên t y trong môi trủ ố ấ ường h p thu Vì th mu n th c hi n đấ ế ố ự ệ ược phép đo

ph h p thu nguyên t c a m t nguyên t c n th c hi n các quá trình sau đây: ổ ấ ử ủ ộ ố ầ ự ệ

− Ch n các đi u ki n và m t lo i trang b phù h p đ chuy n m u phân tích tọ ề ệ ộ ạ ị ợ ể ể ẫ ừ

tr ng thái ban đ u (r n hay dung d ch) thành tr ng thái h i c a các nguyên t t do.ạ ầ ắ ị ạ ơ ủ ử ự

Đó là quá trình hóa h i và nguyên t hóa m u ơ ử ẫ Nh ng trang b đ th c hi n quá trìnhữ ị ể ự ệnày được g i là h th ng nguyên t hóa m u (d ng c đ nguyên t hóa m u) Nhọ ệ ố ử ẫ ụ ụ ể ử ẫ ờ

đó chúng ta có được đám h i c a các nguyên t t do c a các nguyên t trong m uơ ủ ử ự ủ ố ẫ phân tích Đám h i chính là môi trơ ường h p thu b c x và sinh ra ph h p thu nguyênấ ứ ạ ổ ấ

t ử

− Chi u chùm tia sáng b c x đ c tr ng c a nguyên t c n phân tích qua đám h iế ứ ạ ặ ư ủ ố ầ ơ nguyên t v a đi u ch đử ừ ề ế ượ ởc trên Các nguyên t c a nguyên t c n xác đ nh trongử ủ ố ầ ịđám h i đó s h p thu nh ng tia b c x nh t đ nh và t o ra ph h p thu c a nó ơ ẽ ấ ữ ứ ạ ấ ị ạ ổ ấ ủ Ở đây, ph n cầ ường đ c a chùm tia sáng đã b m t lo i nguyên t h p thu là ph thu cộ ủ ị ộ ạ ử ấ ụ ộ vào n ng đ c a nó môi trồ ộ ủ ở ường h p thu Ngu n cung c p chùm tia sáng phát xấ ồ ấ ạ

c a nguyên t c n nghiên c u g i là ngu n phát b c x đ n s c hay b c x c ngủ ố ầ ứ ọ ồ ứ ạ ơ ắ ứ ạ ộ

hưởng

− Ti p đó, nh m t h th ng máy quang ph ngế ờ ộ ệ ố ổ ười ta thu toàn b chùm sáng, phân liộ

và ch n m t v ch ph h p thu c a nguyên t c n nghiên c u đ đo cọ ộ ạ ổ ấ ủ ố ầ ứ ể ường đ c aộ ủ

nó Cường đ đó chính là tín hi u h p thu c a v ch ph h p thu nguyên t Trongộ ệ ấ ủ ạ ổ ấ ử

m t gi i h n nh t đ nh c a n ng đ C, giá tr cộ ớ ạ ấ ị ủ ồ ộ ị ường đ này ph thu c tuy n tínhộ ụ ộ ếvào n ng đ C c a nguyên t trong m u phân tích theo phồ ộ ủ ố ở ẫ ương trình (9)

Ba quá trình trên chính là nguyên t c c a phép đo ph h p thu nguyên t Vì v y,ắ ủ ổ ấ ử ậ

mu n th c hi n phép đo ph h p thu nguyên t , h th ng máy đo ph h p thuố ự ệ ổ ấ ử ệ ố ổ ấnguyên t ph i bao g m các ph n c b n sau đây: ử ả ồ ầ ơ ả

− Ph n 1: ầ Ngu n phát tia phát x c ng hồ ạ ộ ưởng c a nguyên t phân tích (v ch phủ ố ạ ổ phát x đ c tr ng c a nguyên t c n phân tích), đ chi u vào môi trạ ặ ư ủ ố ầ ể ế ường h p thuấ

ch a các nguyên t t do c a nguyên t Đó là các đèn canh r ng (HCL), các đènứ ử ự ủ ố ỗphóng đi n không đi n c c (EDL), hay ngu n phát b c x liên t c đã đệ ệ ự ồ ứ ạ ụ ược bi nế

đi u.ệ

− Ph n 2: ầ H th ng nguyên t hóa m u phân tích H th ng này đệ ố ử ẫ ệ ố ược ch t o theoế ạhai lo i kĩ thu t nguyên t hóa m u Đó là kĩ thu t nguyên t hóa b ng ng n l a đènạ ậ ử ẫ ậ ử ằ ọ ửkhí (lúc này ta có phép đo F-AAS) và k thu t nguyên t hóa không ng n l a (lúc nàyỹ ậ ử ọ ử

ta có phép đo ETA-AAS)

Trong kĩ thu t nguyên t hóa b ng ng n l a, h th ng này bao g m:ậ ử ằ ọ ử ệ ố ồ

B ph n d n m u vào bu ng aerosol hóa và th c hi n quá trình aerosol hóa m uộ ậ ẫ ẫ ồ ự ệ ẫ (t o th sol khí) ạ ể

 Đèn đ nguyên t hóa m u (Burner head) đ đ t cháy h n h p khí có ch a m uể ử ẫ ể ố ỗ ợ ứ ẫ

th huy n phù sol khí (hình 4)

Ngược l i, khi nguyên t hóa m u b ng kĩ thu t không ng n l a, ngạ ử ẫ ằ ậ ọ ử ười ta

thường dùng m t lò nung nh b ng graphite (cuvet graphite) hay thuy n Tangtan (Ta)ộ ỏ ằ ề

đ nguyên t hóa m u nh ngu n năng lể ử ẫ ờ ồ ượng đi n có th th p (nh h n 12 V)ệ ế ấ ỏ ơ

nh ng nó có dòng r t cao (50 – 800 A).ư ấ

Hình 4 : H th ng nguyên t hóa m u trong ng n l aệ ố ử ẫ ọ ử(1) Đèn nguyên t hóa m u.ử ẫ

(2) Màng b o hi m.ả ể(3) Đường th i ph n m u th a.ả ầ ẫ ừ(4) Đường d n ch t oxi hóa.ẫ ấ(5) Đường d n m u vào bu ng aerosol hóa.ẫ ẫ ồ(6) Đường d n ch t cháy Cẫ ấ 2H2

(7) Viên bi t o b i aerosol ạ ụ

− Ph n 3: ầ H th ng máy quang ph h p thu, nó là b đ n s c, có nhi m v thu,ệ ố ổ ấ ộ ơ ắ ệ ụphân li và ch n tia sáng (v ch ph ) c n đo họ ạ ổ ầ ướng vào nhân quang đi n đ phát hi nệ ể ệ tín hi u h p thu AAS c a v ch ph ệ ấ ủ ạ ổ

− Ph n 4: ầ H th ng ch th tín hi u h p thu c a v ch ph (t c là cệ ố ỉ ị ệ ấ ủ ạ ổ ứ ường đ c aộ ủ

v ch ph h p thu hay n ng đ nguyên t phân tích) H th ng có th là các trang b : ạ ổ ấ ồ ộ ố ệ ố ể ị

Đ n gi n nh t là m t đi n k ch năng lơ ả ấ ộ ệ ế ỉ ượng h p thu (E) c a v ch ph , ấ ủ ạ ổ

M t máy t ghi l c c a v ch ph , ộ ự ự ủ ạ ổ

Ho c b hi n s digital, ặ ộ ệ ố

Hay b máy tính và máy in (printer) ộ

Ho c máy phân tích (intergrator).ặ

V i các máy hi n đ i còn có thêm m t microcomputer hay microprocessor, và hớ ệ ạ ộ ệ

th ng ph n m m Lo i trang b này có nhi m v đi u khi n quá trình đo và x lí cácố ầ ề ạ ị ệ ụ ề ể ử

k t qu đo đ c, v đ th , tính n ng đ c a m u phân tích, v.v M t cách tóm t t,ế ả ạ ẽ ồ ị ồ ộ ủ ẫ ộ ắ chúng ta có th minh ho m t h th ng máy đo ph h p thu nguyên t nh s để ạ ộ ệ ố ổ ấ ử ư ơ ồ trong hình 5

Hình 5 : S đ nguyên t c c u t o h th ng máy AAS.ơ ồ ắ ấ ạ ệ ố

a) H 1 chùm tia; b) H 2 chùm tiaệ ệ1- Ngu n phát tia b c x đ n s c.ồ ứ ạ ơ ắ2- H th ng nguyên t hóa m u.ệ ố ử ẫ3- H th ng đ n s c và detetctor.ệ ố ơ ắ4- B khu ch đ i và ch th k t qu đo.ộ ế ạ ỉ ị ế ả5- Microcomputer

II.3.1 K thu t nguyên t hóa m u: ỹ ậ ử ẫ

II.3.1.1 M c đích và nhi m v : ụ ệ ụ

Nguyên t hóa m u phân tích là m t công vi c h t s c quan tr ng c a phép đoử ẫ ộ ệ ế ứ ọ ủ

ph h p thu nguyên t , b i vì ch có các nguyên t t do tr ng thái h i m i choổ ấ ử ở ỉ ử ự ở ạ ơ ớ

ph h p thu nguyên t , nghĩa là s nguyên t t do trong tr ng thái h i là y u tổ ấ ử ố ử ự ạ ơ ế ố quy t đ nh cế ị ường đ v ch ph h p thu và quá trình nguyên t hóa m u th c hi n t tộ ạ ổ ấ ử ẫ ự ệ ố hay không t t đ u có nh hố ề ả ưởng tr c ti p đ n k t qu phân tích m t nguyên t ự ế ế ế ả ộ ố Chính vì th ngế ười ta thường ví quá trình nguyên t hóa m u là ho t đ ng trái timử ẫ ạ ộ

c a phép đo ph h p thu nguyên t ủ ổ ấ ử

M c đích c a quá trình này là t o ra đụ ủ ạ ược đám h i các nguyên t t do t m uơ ử ự ừ ẫ phân tích v i hi u su t cao và n đ nh đ phép đo đ t k t qu chính xác và có đ l pớ ệ ấ ổ ị ể ạ ế ả ộ ặ

l i cao Đáp ng m c đích đó, đ nguyên t hóa m u phân tích, ngày nay ngạ ứ ụ ể ử ẫ ười ta

thường dùng hai kĩ thu t Th nh t là kĩ thu t nguyên t hóa m u trong ng n l a đènậ ứ ấ ậ ử ẫ ọ ửkhí Kĩ thu t này ra đ i đ u tiên cùng v i s ra đ i c a phép đo ph h p thu nguyênậ ờ ầ ớ ự ờ ủ ổ ấ

t Nh ng kĩ thu t này có đ nh y không cao, thử ư ậ ộ ạ ường là trongvùng 0.05 – 1 ppm(b ng 1) Sau đó là k thu t nguyên t hóa không ng n l a Kĩ thu t này ra đ i sau,ả ỹ ậ ử ọ ử ậ ờ

nh ng l i có đ nh y r t cao đ t đ n 0.1ng (b ng 1) và hi n nay l i đư ạ ộ ạ ấ ạ ế ả ệ ạ ượ ức ng d ngụ nhi u h n kĩ thu t nguyên t hóa m u b ng ng n l a Chính vì có hai kĩ thu tề ơ ậ ử ẫ ằ ọ ử ậ nguyên t hóa m u khác nhau nên chúng ta cũng có hai phép đo tử ẫ ương ng Đó là phépứ

đo ph h p thu nguyên t trong ng n l a (F-AAS: Flame Atomic Absorpt Ionổ ấ ử ọ ửSpectrophotometry) và phép đo ph h p thu nguyên t không ng n l a (Electro-ổ ấ ử ọ ửThermal Atomizat Ion Atomic Absorpt Ion Spectrophotometry: ETA- AAS)

Trong bài thí nghi m này ta s d ng k thu t nguyên t hóa ng n l a ệ ử ụ ỹ ậ ử ọ ử

Theo kĩ thu t này ngậ ười ta dùng năng lượng nhi t c a ng n l a đèn khí đ hóaệ ủ ọ ử ể

h i và nguyên t hóa m u phân tích Vì th m i quá trình x y ra trong khi nguyên tơ ử ẫ ế ọ ả ử hóa m u ph thu c vào các đ c tr ng và tính ch t c a ng n l a đèn khí, nh ng chẫ ụ ộ ặ ư ấ ủ ọ ử ư ủ

y u là nhi t đ c a ng n l a Đó là y u t quy t đ nh hi u su t nguyên t hóa m uế ệ ộ ủ ọ ử ế ố ế ị ệ ấ ử ẫ phân tích, và m i y u t nh họ ế ố ả ưởng đ n nhi t đ c a ng n l a đèn khí đ u nhế ệ ộ ủ ọ ử ề ả

hưởng đ n k t qu ế ế ả

II.3.1.2 Yêu c u và nhi m v c a ng n l a: ầ ệ ụ ủ ọ ử

Trong phép đo ph h p thu nguyên t , ng n l a là môi trổ ấ ử ọ ử ường h p thu Nó cóấnhi m v hóa h i và nguyên t hóa m u phân tích, t o ra đám h i c a các nguyên tệ ụ ơ ử ẫ ạ ơ ủ ử

t do có kh năng h p thu b c x đ n s c đ t o ra ph h p thu nguyên t Vì thự ả ấ ứ ạ ơ ắ ể ạ ổ ấ ử ế

ng n l a đèn khí mu n dùng vào m c đích đ hóa h i và nguyên t hóa m u phânọ ử ố ụ ể ơ ử ẫtích c n ph i tho mãn m t s yêu c u nh t đ nh sau đây: ầ ả ả ộ ố ầ ấ ị

− Ng n l a đèn khí ph i làm nóng đ u đọ ử ả ề ược m u phân tích, hóa h i và nguyên tẫ ơ ử hóa m u phân tích v i hi u su t cao, đ b o đ m cho phép phân tích đ t đ chínhẫ ớ ệ ấ ể ả ả ạ ộxác và đ nh y cao ộ ạ

− Năng lượng (nhi t đ ) c a ng n l a ph i đ l n và có th đi u ch nh đệ ộ ủ ọ ử ả ủ ớ ể ề ỉ ược tùytheo t ng m c đích phân tích m i nguyên t Đ ng th i l i ph i n đ nh theo th iừ ụ ỗ ố ồ ờ ạ ả ổ ị ờ gian và có th l p l i để ặ ạ ược trong các l n phân tích khác nhau đ đ m b o cho phépầ ể ả ảphân tích đ t k t qu đúng đ n Yêu c u này có lúc không đạ ế ả ắ ầ ược th a mãn, vì nhi tỏ ệ

đ cao nh t c a ng n l a cũng ch đ n 3300ộ ấ ủ ọ ử ỉ ế oC Do đó v i nh ng nguyên t t o thànhớ ữ ố ạ

h p ch t b n nhi t thì hi u su t nguyên t hóa c a ng n l a là kém ợ ấ ề ệ ệ ấ ử ủ ọ ử

− Yêu c u th ba là ng n l a ph i thu n khi t, nghĩa là không sinh ra các v ch phầ ứ ọ ử ả ầ ế ạ ổ

ph làm khó khăn cho phép đo hay t o ra ph n n quá l n qu y r i phép đo Quá trìnhụ ạ ổ ề ớ ấ ốIon hóa và phát x ph i không đáng k vì quá trình này làm m t các nguyên t t doạ ả ể ấ ử ự

t o ra ph h p thu nguyên t ạ ổ ấ ử

− M t yêu c u n a là ng n l a ph i có b dày đ l n đ có độ ầ ữ ọ ử ả ề ủ ớ ể ượ ớc l p h p thu đấ ủ

d y làm tăng đ nh y c a phép đo Đ ng th i b dày c a l p h p thu l i có th thayầ ộ ạ ủ ồ ờ ề ủ ớ ấ ạ ể

đ i đổ ược khi c n thi t, đ đo n ng đ l n Trong các máy hi n nay, b dày này cóầ ế ể ở ồ ộ ớ ệ ề

th thay đ i để ổ ượ ừc t 2 – 10 cm

− Tiêu t n ít m u phân tích ố ẫ

Đ t o ra ng n l a, ngể ạ ọ ử ười ta có th đ t cháy nhi u h n h p khí khác nhau, baoể ố ề ỗ ợ

g m m t khí oxy hóa và m t khí cháy, trong các đèn khí thích h p Nh ng v i nh ngồ ộ ộ ợ ư ớ ữ yêu c u đã nói trên thì ch có m t vài lo i đèn khí là t o ra đầ ỉ ộ ạ ạ ược ng n l a tọ ử ương đ iố phù h p cho phép đo ph h p thu nguyên t Đó là nh ng môi trợ ổ ấ ử ữ ường nguyên t hóaử

m u tẫ ương đ i b n v ng và kinh t (b ng 2) Đ c bi t đố ề ữ ế ả ặ ệ ượ ức ng d ng nhi u nh tụ ề ấ trong phép đo AAS là ng n l a c a đèn khí đọ ử ủ ược đ t b ng h n h p khí: (axetylen vàố ằ ỗ ợkhông khí nén) hay ng n l a c a đèn khí (Nọ ử ủ 2O và axetylen), hay (hydro và axetylen)

B ng 2a và 2b là m t s ví d v nhi t đ c a ng n l a m t s đèn khí đả ộ ố ụ ề ệ ộ ủ ọ ử ộ ố ượ cdùng trong phép đo AAS (Ox: ch t oxy hóa; K.K: không khí.) ấ

B ng 2a: ả Quan h gi a nhi t đ và lo i khí đ tệ ữ ệ ộ ạ ố

B ng 2b: ả Thành ph n khí và nhi t đ ng n l aầ ệ ộ ọ ử

II.3.1.3 Đ c đi m và c u t o c a ng n l a đèn khí: ặ ể ấ ạ ủ ọ ử

Nhi t đ là m t thông s đ c tr ng c a ng n l a đèn khí Nhi t đ ng n l a c aệ ộ ộ ố ặ ư ủ ọ ử ệ ộ ọ ử ủ

m t lo i đèn khí ph thu c r t nhi u vào b n ch t và thành ph n c a ch t khí độ ạ ụ ộ ấ ề ả ấ ầ ủ ấ ượ c

đ t cháy đ t o ra ng n l a, nghĩa là ng v i m i m t h n h p khí cháy, ng n l aố ể ạ ọ ử ứ ớ ỗ ộ ỗ ợ ọ ử

s có m t nhi t đ xác đ nh và khi thành ph n khí cháy thay đ i thì nhi t đ ng nẽ ộ ệ ộ ị ầ ổ ệ ộ ọ

l a cũng b thay đ i (b ng 2a và 2b) Ngoài y u t trên, t c đ d n c a h n h p khíử ị ổ ả ế ố ố ộ ẫ ủ ỗ ợvào đèn đ đ t cháy cũng nh hể ố ả ưởng đ n nhi t đ c a ng n l a và qua đó mà nhế ệ ộ ủ ọ ử ả

hưởng đ n cế ường đ c a v ch ph ộ ủ ạ ổ

Xét v c u t o, ng n l a đèn khí g m ba ph n chính (hình 6): ề ấ ạ ọ ử ồ ầ

− Ph n a: ầ Là ph n t i c a ng n l a Trong ph n này h n h p khí đầ ố ủ ọ ử ầ ỗ ợ ược tr n đ u vàộ ề

đ t nóng cùng v i các h t sol khí (th aerosol) c a m u phân tích Ph n này có nhi tố ớ ạ ể ủ ẫ ầ ệ

đ th p (700 – 1200ộ ấ oC) Dung môi hòa tan m u s bay h i trong ph n này và m uẫ ẽ ơ ầ ẫ

đượ ấc s y nóng

− Ph n b: ầ Là vùng trung tâm c a ng n l a Ph n này có nhi t đ cao, nh t là đ nhủ ọ ử ầ ệ ộ ấ ở ỉ

b, và thường không có màu ho c có màu xanh r t nh t Trong ph n này h n h p khíặ ấ ạ ầ ỗ ợ

được đ t cháy t t nh t và không có ph n ng th c p Vì th trong phép đo ph h pố ố ấ ả ứ ứ ấ ế ổ ấ thu nguyên t ngử ười ta ph i đ a m u vào ph n này đ nguyên t hóa và th c hi nả ư ẫ ầ ể ử ự ệ phép đo, nghĩa là ngu n đ n s c ph i chi u qua ph n này c a ng n l a ồ ơ ắ ả ế ầ ủ ọ ử

− Ph n c: ầ Là v và đuôi c a ng n l a Vùng này có nhi t đ th p, ng n l a có m uỏ ủ ọ ử ệ ộ ấ ọ ử ầ vàng và thường x y ra nhi u ph n ng th c p không có l i cho phép đo ph h p thuả ề ả ứ ứ ấ ợ ổ ấnguyên t Chính do các đ c đi m và c u t o đó nên trong m i phép phân tích c nử ặ ể ấ ạ ỗ ầ

ph i kh o sát đ ch n đả ả ể ọ ược các đi u ki n phù h p, nh thành ph n và t c đ c aề ệ ợ ư ầ ố ộ ủ

h n h p khí cháy t o ra ng n l a, chi u cao c a ng n l a, v.v ỗ ợ ạ ọ ử ề ủ ọ ử

Hình 6: C u t o c a ng n l a đèn khíấ ạ ủ ọ ử

II.3.1.4 Trang b đ nguyên t hóa m u: ị ể ử ẫ

Mu n th c hi n phép đo ph h p thu nguyên t (F-AAS), trố ự ệ ổ ấ ử ước h t ph i chu nế ả ẩ

b m u phân tích tr ng thái dung d ch Sau đó d n dung d ch m u vào ng n l a đènị ẫ ở ạ ị ẫ ị ẫ ọ ửkhí đ hóa h i và nguyên t hóa m u phân tích và th c hi n phép đo Quá trìnhể ơ ử ẫ ự ệnguyên t hóa trong ng n l a g m hai bử ọ ử ồ ước k ti p nhau Bế ế ước m t là chuy n dungộ ể

d ch m u phân tích thành th các h t nh nh sị ẫ ể ạ ỏ ư ương mù tr n đ u v i khí mang vàộ ề ớkhí cháy Đó là các h t sol khí (th aerosol) Quá trình này đạ ể ược g i là quá trìnhọaerosol hóa hay nebulize hóa Kĩ thu t th c hi n quá trình này và hi u su t c a nóậ ự ệ ệ ấ ủ

nh h ng tr c ti p đ n k t qu c a phép đo AAS

Sau đó d n h n h p aerosol cùng h n h p khí đ t vào đèn (burner head) đẫ ỗ ợ ỗ ợ ố ể nguyên t hóa Khí mang là m t trong hai khí đ đ t cháy t o ra ng n l a Thôngử ộ ể ố ạ ọ ử

thường người ta hay dùng khí oxy hóa (không khí nén hay khí N2O) Hai giai đo n trênạ

được th c hi n b ng m t h th ng trang b nguyên t hóa m u (hình 4) H th ngự ệ ằ ộ ệ ố ị ử ẫ ệ ố này g i là Nebulizer System, g m hai ph n chính: ọ ồ ầ

− Đèn nguyên t hóa m u (burner head) Các đèn này thử ẫ ường có hai d ng khác nhau,ạ

ho c hình tròn có nhi u l hay hình m t khe h p có đ r ng t 0.5 – 1.0 mm và chi uặ ề ỗ ộ ẹ ộ ộ ừ ề dài 5 cm hay 10 cm

Lo i khe dài 10 cm cho h n h p khí đ t axetylen và không khí nén; lo i khe dài 5ạ ỗ ợ ố ạ

cm là cho h n h p khí đ t axetylen và khí Nỗ ợ ố 2O (hình 7) Còn lo i mi ng tròn ch thíchạ ệ ỉ

h p cho phép đo ph phát x ợ ổ ạ

Hình 7: Các lo i đèn đ nguyên t hóa m uạ ể ử ẫ

− Ph n hai là bu ng aerosol hóa m u Đó là bu ng đ đi u ch các h t sol khí c aầ ồ ẫ ồ ể ề ế ạ ủ

m u v i khí mang Đ th c hi n công vi c này ngẫ ớ ể ự ệ ệ ười ta áp d ng hai kĩ thu t theoụ ậnguyên lí khác nhau Đó là kĩ thu t pneumatic-mao d n (phun khí) và kĩ thu tậ ẫ ậ ultrasonic (siêu âm) Do đó cũng có hai lo i h trang b khác nhau (hình 8) đ đi u chạ ệ ị ể ề ế sol khí c a m u ủ ẫ

Hình 8: H th ng t o sol khí (nebulize) theo kĩ thu t pneumaticệ ố ạ ậ

K: Khí mang (oxy hóa)

S: Đường d n m u.ẫ ẫF: Khí cháy

Q: Cánh qu t quay đ u.ạ ềG: Màng b o hi m.ả ểA: Đường d n th aerosol lên đèn nguyên t hóa.ẫ ể ử

Aerosol hóa m u ẫ theo kĩ thu t pneumatic-mao d n: ậ ẫ

Theo cách này người ta dùng h th ng nebulize và khí mang đ t o ra th s i khíệ ố ể ạ ể ợ

c a m u phân tích nh hi n tủ ẫ ờ ệ ượng mao d n (ẫ hình 8)

Trước h t nh ng mao d n S và dòng khí mang K mà dung d ch m u đế ờ ố ẫ ị ẫ ược d nẫ vào bu ng aerosol hóa Trong bu ng này, dung d ch m u đồ ồ ị ẫ ược đánh tung thành thể

b i (các h t r t nh ) nh qu bi E và cánh qu t Q, r i đụ ạ ấ ỏ ờ ả ạ ồ ược tr n đ u v i h n h pộ ề ớ ỗ ợ khí đ t và đố ược d n lên đèn nguyên t hóa (burner head) ẫ ử

Khi h n h p khí đ t cháy burner head s t o ra ng n l a, dỗ ợ ố ở ẽ ạ ọ ử ưới tác d ng c aụ ủ nhi t c a ng n l a các ph n t m u th s i khí s b hóa h i và nguyên t hóa t oệ ủ ọ ử ầ ử ẫ ở ể ợ ẽ ị ơ ử ạ

ra các nguyên t t do c a các nguyên t có trong m u phân tích ử ự ủ ố ẫ

Đó là nh ng ph n t h p thu năng lữ ầ ử ấ ượng và t o ph h p thu nguyên t c aạ ổ ấ ử ủ nguyên t c n nghiên c u ố ầ ứ

)

/

(

L

P r ph

ml

Trong đó:

r- bán kính c a ng mao d n đ d n m u; ủ ố ẫ ể ẫ ẫ

P- chênh l ch áp su t gi a hai đ u ng mao d n; ệ ấ ữ ầ ố ẫ

L- chi u dài ng mao d n; ề ố ẫ

η- Đ nh t c a dung d ch m u (g.cm.s).ộ ớ ủ ị ẫ

Nghĩa là t c đ d n m u V ph thu c vào các tham s r, P, L và η Nh ng trongố ộ ẫ ẫ ụ ộ ố ư

m t h th ng máy thì r và L thộ ệ ố ường là c đ nh, P đố ị ược gi không đ i, cho nên V chữ ổ ỉ còn ph thu c ch y u vào đ nh t η c a dung d ch m u.ụ ộ ủ ế ộ ớ ủ ị ẫ

Aerosol hóa m u b ng siêu âm: ẫ ằ

Theo kĩ thu t này, đ aerosol hóa m u phân tích ngậ ể ẫ ười ta dùng h th ng siêu âmệ ố

có t n s t 1 – 4.5 MHz L c siêu âm có th đầ ố ừ ự ể ược truy n qua tề ướng r n hay qua thắ ể

l ng đ n dung d ch m u đ th c hi n vi c aerosol hóa m u, nghĩa là dỏ ế ị ẫ ể ự ệ ệ ẫ ưới tác d ngụ

c a l c siêu âm, m u dung d ch cũng đủ ự ẫ ị ược phân tán (đánh t i) thành nh ng h t r tơ ữ ạ ấ

nh và tr n đ u v i h n h p khí đ d n lên đèn (burner head) nguyên t hóa đâyỏ ộ ề ớ ỗ ợ ể ẫ ử Ở

đường kính (d) c a các h t sol khí đủ ạ ược tính theo công th c:ứ

2

4

F Di

F: t n s c a máy phát siêu âm ầ ố ủ

Nh v y, mu n có các h t aerosol nh thì ph i s d ng t n s siêu âm cao ư ậ ố ạ ỏ ả ử ụ ầ ố

T n s và công su t c a máy phát siêu âm đ u nh hầ ố ấ ủ ề ả ưởng đ n kích thế ước c aủ

h t aerosol (hình 9) Trong hai kĩ thu t aerosol hóa, thì k thu t pneumatic là đ n gi n,ạ ậ ỹ ậ ơ ả trang b r ti n, không ph c t p nh kĩ thu t siêu âm Nh ng kĩ thu t siêu âm có uị ẻ ề ứ ạ ư ậ ư ậ ư

đi m cho đ nh y cao h n Vì kích thể ộ ạ ơ ước các h t sol khí khá nh , hi u su t t o solạ ỏ ệ ấ ạkhí cao và quá trình aerosol ít ph thu c vào khí mang và quá trình d n m u Đ c bi tụ ộ ẫ ẫ ặ ệ

là vi c aerosol hóa các dung d ch m u có n ng đ mu i cao thì nó u vi t h n kĩệ ị ẫ ồ ộ ố ư ệ ơthu t pneumatic M t khác, s aerosol hóa b ng siêu âm thậ ặ ự ằ ường cho đ l p l i t tộ ặ ạ ố

h n (b ng 3) ơ ả

B ng 3: ả Đ nh y theo hai kĩ thu t aerosol hóa m uộ ạ ậ ẫ

Hình 9: nh hẢ ưởng t n s và công su t máy siêu âmầ ố ấ

II.3.1.5 Nh ng quá trình x y ra trong ng n l a: ữ ả ọ ử

Ng n l a là môi trọ ử ường nguyên t hóa m u c a phép đo ph h p thu nguyên tử ẫ ủ ổ ấ ử (F- AAS) Trong ng n l a có nhi u quá trình đ ng th i x y ra: có quá trình chính vàọ ử ề ồ ờ ảcũng có quá trình ph (th c p) Trong đó nhi t đ c a ng n l a là y u t quy t đ nhụ ứ ấ ệ ộ ủ ọ ử ế ố ế ị

và quá trình ph không sinh ra ph di n bi n theo tính ch t nhi t hóa c a ch t m u ụ ổ ễ ế ấ ệ ủ ấ ẫ

Các quá trình chính:

X y ra thả ường theo hai c ch chính: ơ ế

− N u năng lế ượng (nhi t đ ) hóa h i (Eệ ộ ơ h) c a các h p ph n có trong m u nh h nủ ợ ầ ẫ ỏ ơ năng lượng nguyên t hóa (Eử a) c a nó, t c là Eủ ứ h<Ea, thì trước h t các h p ph n nàyế ợ ầ

s hóa h i d ng phân t Sau đó các phân t khí này m i b phân li (nguyên t hóa)ẽ ơ ở ạ ử ử ớ ị ửthành các nguyên t t do (c ch I) Ho c cũng có th chúng không b phân li thànhử ự ơ ế ặ ể ịcác nguyên t t do, n u đó là các h p ch t b n nhi t ử ự ế ợ ấ ề ệ

C ch I: ơ ế (Eh< Ea)

MnAm (l) → MnAm (k) → n.M(k) + m.A(k)

M(k) + n(hv) → Ph AAS ổ

Nói chung, các mu i halogen (tr F), mu i acetate, m t s mu i nitrate, m t số ừ ố ộ ố ố ộ ố

mu i sulfate c a kim lo i thố ủ ạ ường x y ra theo c ch này Ví d : Các h p ch t:ả ơ ế ụ ợ ấ CuCl2, ZnCl2, FeCl3, Cu(Ac)2, Zn(Ac)2 v.v theo c ch 1 này C ch này cho phépơ ế ơ ế

đo AAS có đ nh y cao và n đ nh ộ ạ ổ ị

− Ngượ ạc l i, n u năng lế ượng phân li Ea c a các h p ph n c a m u nh h n năngủ ợ ầ ủ ẫ ỏ ơ

lượng hóa h i Eơ h c a chính nó, thì trủ ước h t các h p ph n đó s b phân li thành cácế ợ ầ ẽ ịnguyên t t do, r i sau đó m i hóa h i (c ch II) ử ự ồ ớ ơ ơ ế

C ch II ơ ế : (Eh> Ea)

MnAm (l) → n.M(r,l) + mA(l.r) → n.M(k)

M(k) + n(hv) →Ph AAS ổ

Các lo i h p ch t mu i c a kim lo i v i g c sulfate, phosphate, silicate, flour,ạ ợ ấ ố ủ ạ ớ ố

thường theo c ch II C ch này không n đ nh, nên phép đo AAS kém n đ nh, vàơ ế ơ ế ổ ị ổ ị

đ nh y kém h n c ch I Vì th ngộ ạ ơ ơ ế ế ười ta thường thêm vào m u các mu i halogen,ẫ ốhay acetate c a kim lo i ki m làm n n m u đ hủ ạ ề ề ẫ ể ướng các quá trình chính x y ra theoẩ

c ch I u vi t và có l i h n ơ ế ư ệ ợ ơ

Đó là hai c ch c a quá trình nguyên t hóa m u phân tích (quá trình chính) trongơ ế ủ ử ẫ

ng n l a đèn khí Nó là nh ng quá trình chính đ t o ra các nguyên t t do quy tọ ử ữ ể ạ ử ự ế

đ nh cị ường đ c a v ch ph h p thu nguyên t c a nguyên t phân tích Y u tộ ủ ạ ổ ấ ử ủ ố ế ố quy t đ nh các quá trình này là: ế ị

− S ion hóa c a nguyên t phân tích Quá trình này x y ra d dàng đ i v i cácự ủ ố ả ễ ố ớnguyên t có th ion hóa th p và m c đ b ion hóa c a m t lo i nguyên t là tùyố ế ấ ứ ộ ị ủ ộ ạ ửthu c vào nhi t đ c a ng n l a và th ion hóa c a nguyên t đó N u th ion hóaộ ệ ộ ủ ọ ử ế ủ ố ế ếcàng nh , thì nó b ion hóa càng nhi u Vì th quá trình này có ý nghĩa r t l n đ i v iỏ ị ề ế ấ ớ ố ớ các kim lo i ki m và sau đó là các ki m th (b ng 4) ạ ề ề ổ ả

B ng 4: ả M c đ b ion hóa c a các nguyên t theo nhi t đ ng n l a và th ionứ ộ ị ủ ố ệ ộ ọ ử ế

hóa c a nóủ

Nh v y, quá trình ion hóa là làm gi m s nguyên t t do trong ng n l a, cóư ậ ả ố ử ự ọ ửnghĩa là làm gi m cả ường đ c a v ch ph h p thu Vì th c n ph i h n ch nhộ ủ ạ ổ ấ ế ầ ả ạ ế ả

hưởng này, b ng cách ch n các đi u ki n phù h p gi cho nhi t đ c a ng n l a nằ ọ ề ệ ợ ữ ệ ộ ủ ọ ử ổ

đ nh và không quá l n đ x y ra s ion hóa nguyên t phân tích; ho c thêm vào m uị ớ ể ả ự ố ặ ẫ anion c a m t nguyên t kim lo i có th ion hóa th p h n th ion hóa c a nguyên tủ ộ ố ạ ế ấ ơ ế ủ ố phân tích đ h n ch quá trình ion hóa c a nguyên t phân tích ể ạ ế ủ ố

S phát x : ự ạ Đ ng th i v i quá trình ion hóa, còn có s kích thích ph phát x c aồ ờ ớ ự ổ ạ ủ các nguyên t t do c a nguyên t phân tích dử ự ủ ố ưới tác d ng nhi t c a ng n l a Sụ ệ ủ ọ ử ố nguyên t b kích thích và m c đ b kích thích ph phát x cũng ph thu c vào năngử ị ứ ộ ị ổ ạ ụ ộ

lượng kích thích ph phát x c a t ng nguyên t Nguyên t nào có năng lổ ạ ủ ừ ố ố ượng kíchthích ph phát x càng nh thì s b kích thích càng nhi u (b ng 5) Nhi t đ c aổ ạ ỏ ẽ ị ề ả ệ ộ ủ

ng n l a càng cao thì cũng b kích thích càng nhi u Đ lo i tr y u t nh họ ử ị ề ể ạ ừ ế ố ả ưở ngnày, người ta cũng thêm vào m u anion c a các nguyên t kim lo i có th kích thíchẫ ủ ố ạ ế

ph phát x th p h n nguyên t phân tích, đ quá trình này ch x y ra v i nguyên tổ ạ ấ ơ ố ể ỉ ả ớ ố thêm vào đó

B ng 5 cũng cho chúng ta th y r ng, trong ng n l a có nhi t đ dả ấ ằ ọ ử ệ ộ ưới 30000C thì

kh năng b kích thích ph phát x là không l n và n u có cũng ch gi vai trò quanả ị ổ ạ ớ ế ỉ ữ

tr ng đ i v i các kim lo i ki m mà thôi ọ ố ớ ạ ề

S h p thu c a phân t : ự ấ ủ ử Trong ng n l a, ngoài các nguyên t t do cũng còn cóọ ử ử ự

c các ion và các phân t tr ng thái h i Các ph n t này tùy theo tính ch t c a nóả ử ở ạ ơ ầ ử ấ ủ

và cũng tùy thu c vào nhi t đ c a ng n l a, vùng ph ta quan sát, mà còn có s h pộ ệ ộ ủ ọ ử ổ ự ấ thu năng lượng, s ion hóa hay s kích thích ph c a chính các ph n t đó Nh ngự ự ổ ủ ầ ử ữ quá trình này, tuy là quá trình ph nh ng cũng có trụ ư ường h p có nh hợ ả ưởng đ nế

cường đ v ch ph c a nguyên t phân tích Thêm vào đó là s h p thu c a các h tộ ạ ổ ủ ố ự ấ ủ ạ

m u r n ch a b hóa h i Y u t này g i là s h p thu gi ẫ ắ ư ị ơ ế ố ọ ự ấ ả

B ng 5: ả M c đ b kích thích ph phát x c a các nguyên t - ng v i nhi t đứ ộ ị ổ ạ ủ ố ứ ớ ệ ộ

khác nhau

S t o thành h p ch t b n nhi t Trong ng n l a đèn khí, m t s kim lo i có thự ạ ợ ấ ề ệ ọ ử ộ ố ạ ể hình thành các h p ch t b n nhi t ki u monoxide d ng MeO, nh AlO, Bao, MgO,ợ ấ ề ệ ể ạ ưBeo, ZrO, Lo i h p ch t này r t b n, khi đã hình thành thì khó phân li thành cácạ ợ ấ ấ ềnguyên t t do trong ng n l a đèn khí Vì th làm gi m đ nh y c a phép đo ử ự ọ ử ế ả ộ ạ ủ

Các quá trình ph tuy có m c đ khác nhau, nh ng trong m t m i tụ ứ ộ ư ộ ố ương quan

nh t đ nh trong ng n l a, đ c bi t là nhi t đ ng n l a, thì t t c các quá trình đóấ ị ọ ử ặ ệ ệ ộ ọ ử ấ ả

đ u có th x y ra cùng v i các quá trình chính c a phép đo F-AAS Do đó đi u quanề ể ả ớ ủ ề

tr ng đ i v i chúng ta là ph i ch n các đi u ki n phù h p đ h n ch đ n m c nhọ ố ớ ả ọ ề ệ ợ ể ạ ế ế ứ ỏ

nh t các quá trình ph và gi cho nó không đ i su t trong m t phép đo xác đ nh m tấ ụ ữ ổ ố ộ ị ộ nguyên t Đó là m t ph n c a công vi c t i u hóa các đi u ki n cho phép đo phố ộ ầ ủ ệ ố ư ề ệ ổ

h p thu nguyên t trong ng n l a ấ ử ọ ử

B ng 6: ả Tóm t t các quá trình khi nguyên t hóa m uắ ử ẫ

Các ph n ng hóaả ứ

h c ph khác (h pọ ụ ợ

ch t b n nhi tấ ề ệ monoxide)

Me + O → Meo

Me + C → MeCx

Hình 10: S đ các quá trình trong ng n l aơ ồ ọ ử

M1: Kim lo i phân tích; Mạ 2: Các kim lo i khác trong m u; A: Anion không oxy;ạ ẫ

AxOz: Anion có oxy; Mo: Kim lo i t do tr ng thái h i; x, y và z nh n giá tr 1, 2, 3,ạ ự ạ ơ ậ ị4,

II.3.2 Ngu n phát b c x đ n s c: ồ ứ ạ ơ ắ

Mu n th c hi n đố ự ệ ược phép đo ph h p thu nguyên t ngổ ấ ử ười ta c n ph i có m tầ ả ộ ngu n phát tia b c x đ n s c (tia phát x c ng hồ ứ ạ ơ ắ ạ ộ ưởng) c a nguyên t c n phân tíchủ ố ầ

đ chi u qua môi trể ế ường h p thu Ngu n phát tia b c x đ n s c trong phép đo phấ ồ ứ ạ ơ ắ ổ

h p thu nguyên t thấ ử ường là các đèn canh r ng (HCL), các đèn phóng đi n khôngỗ ệ

đi n c c (EDL) và các đèn ph liên t c có bi n đi u (đã đệ ự ổ ụ ế ệ ược đ n s c hóa) Nh ngơ ắ ư