PHƯƠNG PHÁP đo PHỔ hấp THỤ NGUYÊN tử AAS

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC KHOA VẬT LÝ _BỘ MÔN QUANG - QUANG PHỔ BÀI TIỂU LUẬN ĐỀ TÀI: PHƯƠNG PHÁP ĐO PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ AAS Nhóm thực hiện: Nhóm I Huế, ngày 01 tháng 12 năm 2011 MỤC LỤC Tiêu đề trang I MỞ ĐẦU II CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP AAS 2.1 Hiện tượng hấp thụ nguyên tử 2.2 PPPT AAS định tính định lượng 2.2.1 Phương pháp phân tích AAS định tính 2.2.2 Phương pháp phân tích AAS định lượng 2.3 Ưu nhược điểm phương pháp phân tích AAS III KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 3.1 Cấu tạo, hoạt động hệ đo AAS 3.2 Cách thực phép phân tích AAS hoàn chỉnh IV VÍ DỤ ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH AAS 11 V NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP AAS 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO 16 I MỞ ĐẦU Phương pháp AAS viết tắt từ phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (Atomic Absorptional Spectroscopy) Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử phương pháp tốt để xác định nguyên tố kim loại, với độ nhạy lớn độ xác cao Phương pháp dựa hấp thụ xạ đặc trưng đám nguyên tử Hiện tượng hấp thụ nguyên tử ghi nhận Wollaston Praunhofh, giải thích Bussen Kirchhoff II CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP AAS 2.1 Hiện tượng hấp thụ nguyên tử: + Trong điều kiện bình thường nguyên tử không thu hay phát lượng dạng xạ Lúc nguyên tử tồn trạng thái Nếu nguyên tử nhận lượng dạng nhiệt nguyên tử chuyển lên trạng thái có lượng cao hơn, gọi trạng thái kích thích, trạng thái kích thích không bền, khoảng 10-8 ÷ 10-9 s, sau nguyên tử có xu hướng trở trạng thái có mức luợng thấp hơn, nguyên tử giải phóng lượng dạng xạ điện từ có bước sóng khác nằm dải phổ quang học + Trong trường hợp đặc biệt, nguyên tử tồn trạng thái tự ta chiếu tia sáng có bước sóng xác định vào đám nguyên tử đó, nguyên tử hấp thụ xạ có bước sóng định ứng với tia xạ mà phát Lúc nguyên tử nhận lượng tia xạ chiếu vào chuyển lên trạng thái kích thích + Quá trình gọi trình hấp thụ lượng nguyên tử tự trạng thái + Phổ sinh trình gọi phổ hấp thụ nguyên tử 2.2 Phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử định tính định lượng: 2.2.1 Phương pháp phân tích AAS định tính: + Do nguyên tử hay tập hợp nguyên tử có dấu hiệu phổ riêng biệt, định thân cấu trúc trạng thái vật lý chúng nên vào quang phổ thu đoán nhận khái quát thành phần cấu tạo mẫu phân tích + Dựa sở nguyên tử tạo nguyên tử hóa mẫu hấp thụ hay không hấp thụ tia cộng hưởng phát từ đèn catốt rỗng làm nguyên tố để nhận biết mẫu phân tích có hay không nguyên tố 2.2.2 Phương pháp phân tích AAS định lượng: + Để xác định nồng độ (hàm lượng) nguyên tố mẫu phân tích theo phép đo phổ hấp thụ nguyên tử người ta thường thực theo phương pháp sau đây: + Dựa theo phương trình định lượng phép đo qua việc đo cường độ vạch phổ hấp thụ nguyên tố phân tích xác định (hay phát hiện) nồng độ chất phân tích mẫu đo phổ theo phương pháp chuẩn hóa sau: -Phương pháp đường chuẩn -Phương pháp thêm tiêu chuẩn * Phương pháp đường chuẩn: Nguyên tắc phương pháp chọn dãy mẫu đầu (ít ba mẫu) để xây dựng nên đường chuẩn, sau nhờ đường chuẩn giá trị Ix để xác định nồng độ Cx nguyên tố cần phân tích mẫu đo phổ, từ tính nồng độ mẫu phân tích Ví dụ: ta chọn dãy mẫu đầu gồm mẫu C1, C2, C3, C4, C5, mẫu cần phân tích Cx Chọn điều kiện phù hợp ta tiến hành đo cường độ phổ hấp thụ đặc trưng nguyên tố mẫu mẫu đầu mẫu cần phân tích, ta thu I1, I2, I3, I4, I5 Ix ( cường độ phổ hấp thụ đặc trưng mẫu cần phân tích) Từ đồ thị chuẩn từ cường độ Ix ta đối chiếu xác định nồng độ Cx Phương pháp đơn giản, dễ thực hiện, có hiệu suất cao việc phân tích hàng loạt mẫu chứa đối tượng phân tích Tuy nhiên phương pháp có nhược điểm mẫu phân tích có thành phần phức tạp chưa biết rõ ta chuẩn bị xác ba mẫu đầu để có đường chuẩn đắn * phương pháp thêm tiêu chuẩn: Nguyên tắc phương pháp người ta dùng mẫu phân tích làm để chuẩn bị dãy mẫu đầu, cách lấy lượng mẫu định gia thêm vào lượng định nguyên tố cần xác định theo bậc nồng độ (theo cấp số cộng) Ví dụ: Nồng độ yếu tố cần phân tích Cx=Co lượng thêm vào ∆C1, ∆C2, ∆C3, ∆C4, ∆C5 ta có loạt mẫu đầu có nồng độ yếu tố cần phân tích là: Co = Cx C1 = Cx + ∆C1 C2 = Cx + ∆C2 C3 = Cx + ∆C3 C4= Cx + ∆C4 C5 = Cx + ∆C5 Tiếp ta xác định cường độ phổ đặc trưng mẫu đầu dựng lên đường chuẩn I-∆C Đường chuẩn cắt trục tung điểm (Io ,O) Để xác định nồng độ chưa biết làm sau: ü Cách I: kéo dài đường chuẩn phía trái cắt trục hoành điểm Cx , từ ta có Cx =|-Cx| ü Cách II: từ O vẽ đường // với đường chuẩn, từ Io kẻ đường // trục hoành, hai đường cắt M, từ M hạ đường vuông góc cắt trục hoành điểm Cx Như ta tìm giá trị Cx Phương pháp thêm tiêu chuẩn có ưu điểm là: Quá trình chuẩn bị mẫu dễ dàng, không cần nhiều hóa chất tinh khiết cao để chuẩn bị dãy mẫu đầu, Loại trừ hoàn toàn ảnh hưởng thành phần mẫu cấu trúc vật lí chất tạo thành mẫu 2.3 Ưu nhược điểm phương pháp phân tích AAS: * Ưu điểm: Phép đo phổ nguyên tử có độ nhạy độ chọn lọc cao, tốn mẫu phân tích, thời gian phân tích nhanh Các động tác thực hành thực nhẹ nhàng, nhanh chóng Bằng phương pháp ta xác định đồng thời hay liên tiếp nhiều nguyên tố mẫu Kết phân tích ổn định, sai số nhỏ * Nhược điểm: Muốn đo phổ hấp thụ nguyên tử cần phải có hệ thống máy móc tương đối đắt tiền Do cần có độ nhạy cao nên nhiễm bẩn có ý nghĩa lớn kết phân tích hàm lượng Môi trường không khí phòng thí nghiệm phải bụi Các dụng cụ hóa chất dùng phép đo phải có độ tinh khiết cao Vì có độ nhạy cao nên trang bị máy móc tinh vi phức tạp, cần phải có kĩ sư lành nghề để bảo dưỡng chăm sóc Nhược điểm cho ta biết thành phần nguyên tố chất phân tích có mẫu phân tích, mà không trạng thái liên kết, cấu trúc nguyên tố có mẫu III KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 3.1Cấu tạo, hoạt động hệ đo phổ hấp thụ nguyên tử: * Cấu tạo hệ đo phổ hấp thụ nguyên tử: Muốn thực phép đo phổ hấp thụ hệ đo phổ hấp thụ nguyên tử phải bao gồm phận sau: + Nguồn phát tia xạ cộng hưởng nguyên tố cần phân tích: Dùng để chiếu vào môi trường hấp thụ chứa nguyên tử tự nguyên tố Đó đèn catốt rỗng (HCL), đèn phóng điện không điện cực (EDL), hay nguồn phát xạ liên tục biến điệu + Hệ thống nguyên tử hóa mẫu phân tích: Hệ thống chế tạo theo hai loại kĩ thuật nguyên tử hóa mẫu Đó kĩ thuật nguyên tử hóa lửa kỹ thuật nguyên tử hóa không lửa Trong kĩ thuật nguyên tử hóa lửa, hệ thống bao gồm: Bộ phận dẫn mẫu vào buồng aerosol hóa thực trình aerosol hóa mẫu (tạo thể sol khí) đầu đốt để nguyên tử hóa mẫu, để đốt cháy hỗn hợp khí có chứa mẫu thể huyền phù sol khí hình sau: Ngược lại, nguyên tử hóa mẫu kĩ thuật không lửa, người ta thường dùng lò nung nhỏ graphit (cuvet graphit) hay thuyền Tangtan (Ta) để nguyên tử hóa mẫu nhờ nguồn lượng điện thấp (nhỏ 12 V) có dòng cao (50-800 A) + Hệ thống máy quang phổ hấp thụ đơn sắc: Bộ đơn sắc, có nhiệm vụ lọc, phân li chọn tia sáng (vạch phổ) cần đo, định hướng tia sáng vào nhân quang điện để phát hiện, biến đổi tín hiệu quang thu + Bộ phận biến đổi quang điện: phận biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện, để dễ khuếch đại lưu trữ tín hiệu + Bộ phận ghi nhận, xử lý tín hiệu: Bộ phận trang bị sau: Đơn giản điện kế lượng hấp thụ E vạch phổ; Một máy tự ghi lực vạch phổ; Bộ số digital; Bộ máy tính máy in; Với máy đại có thêm microcomputer hệ thống phần mềm để điều khiển trình đo xử lý tín hiệu thu 3.2 Cách thực phép phân tích AAS hoàn chỉnh: Để tiến hành đo ta tiến hành bước sau đây: *Chuẩn bị thiết bị AAS: ü Xem xét tính trạng máy, đường điện, khí axetylen, N2O ü Bật máy vào chế độ làm việc ü Chọn điều kiện tối ưu (tỷ lệ khí đốt N2O+ axetylen dòng điện …) ü Cài đặt điều kiện phân tích theo hướng dẫn máy ü Ổn định máy, ổn định nhiệt độ vòng 15 phút *Trình tự phân tích: ü Dựng đường chuẩn ü Pha chế dung dịch chất chuẩn chứa nguyên tố cần xác định từ chất chuẩn phức tương ứng với nồng độ khác dung môi, dựng đường chuẩn cho nguyên tố phân tích máy AAS điều kiện tối ưu tham khảo hướng dẫn ü Đo phổ AAS mẫu phân tích pha dung môi với tỉ lệ tương ứng chất chuẩn ü Ghi chép kết thể máy tính ü Sau kết thúc phép đo đưa máy trạng thái ban đầu, sau khóa đường khí tắt máy *Tính toán kết quả: Sau nhận số liệu kết máy Nồng độ nguyên tố cần xác định tính toán theo công thức sau: +Công thức tính cho mẫu lỏng (mg/l): Me = Trong đó: A(C + B) (mg / l ) C -A: nồng độ kim loại xác định theo đường chuẩn mg/l -B: lượng dung môi pha loãng (ml) -C: định mức mẫu phân tích (ml) +công thức sau cho mẫu rắn (mg/kg): Me = Trong đó: A.V W -V: định mức mẫu (ml) -W: khối lượng mẫu (g) -A: nồng độ chất phân tích theo đường chuẩn (mg/l) +Tính toán nồng độ nguyên tố mẫu phân tích phương pháp lò Grafit theo công thức sau: Trong đó: Z (C + B) (mg / L) C -C: định mức mẫu phân tích (ml) -B: thể tích dung môi pha loãng (ml) -Z: nồng độ nguyên tố theo đường chuẩn (mg/L) 10 IV VÍ DỤ ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH AAS Áp dụng phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử để xác định hàm lượng thủy ngân thủy sản Nguyên tắc: Mẫu thủy sản vô hóa axit HNO3 đậm đặc bình phá mẫu có nắp vặn kín (bình Kendal) Sau ta thu hợp chất vô có chứa Hg, ta tiến hành Hydrit hóa hợp chất dòng khí Hydro cho ta Hydrit thủy ngân (HgH2) dễ bay Kỹ thuật sử dụng để phân tích Hg kỹ thuật CV-AAS (phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật hóa lạnh) Ở nhiệt độ phòng Hg tồn thể lỏng, trạng thái Hg tồn trạng thái đơn nguyên tử Cho nên thay sử dụng nhiệt độ cao để nguyên tử hóa Hg từ hợp chất Hg, người ta sử dụng chất khử mạnh để khử trực tiếp hợp chất Hg2+ Hg0 dễ bay Ví dụ: Khử Hg2+ Hg0 trình Hydrit hóa dòng khí Hydro: 4H + HgCl2 = HgH2 + 2HCl HgH2 Hg + H2 Phương pháp tiến hành: (Phương pháp phân tích định lượng sử dụng phương pháp đường chuẩn) 2.1 chuẩn bị mẫu: * Dung dịch mẫu chuẩn: - dung dịch gốc: hòa tan 1g thủy ngân 1000ml axit H2SO4 nồng độ 1N - dung dịch trung gian: pha loãng 1ml dung dịch gốc thành 1000ml dung dịch axit H2SO4 nồng độ 1N - dung dịch chuẩn làm việc: pha loãng dung dịch trung gian thành dung dịch chuẩn làm việc có hàm lượng thủy ngân 2, 4, 6, ,10 mg/l dung dịch axit HNO3 nồng độ 1N 11 * Dung dịch mẫu phân tích: Cho 1g mẫu khô vào bình Kendal, thêm 5ml axit HNO3 đậm đặc vặn chặt nắp đậy kín bình lại để yên từ 20-30 phút Sau đó, đun nóng chậm bếp điện thu dung dịch suốt Chuyển dung dịch mẫu vào bình chịu nhiệt đun nóng bếp điện đến cạn khô, hòa tan cặn 1ml nước cất ta thu dung dịch mẫu để tiến hành phân tích 2.2 Tiến hành phân tích: +Ghép nối hoàn chỉnh thiết bị hệ đo phổ hấp thụ nguyên tử +Tối ưu hóa điều kiện làm việc máy quang phổ hấp thụ nguyên tử, sử dụng xạ kích thích có bước sóng 253,7nm, độ nhạy 0,1ppm, chế độ đo CV-AAS +Tiến hành đo phổ hấp thụ mẫu chuẩn có hàm lượng thuỷ ngân 2, 4, 6, ,10 mg/l Từ xác định độ hấp thụ A tương ứng thông qua đỉnh hấp thụ phổ hấp thụ nguyên tử vừa đo mẫu chuẩn 12 +Từ ta dựng đường chuẩn A – C minh họa hình đây: +Khi đường chuẩn có độ tuyến tính tốt ta tiến hành đo để xác định độ hấp thụ Ax mẫu cần phân tích thông qua phổ hấp thụ Phổ hấp thụ mẫu cần phân tích minh họa hình 13 Từ kết Ax đường chuẩn ta tìm nồng độ Cx thủy ngân mẫu cần phân tích Tính toán kết quả: Hàm lượng thủy ngân mẫu tính theo công thức sau: Trong đó: 喸h 喸h + CHg hàm lượng thủy ngân có mẫu (mg/g) + mHg hàm lượng thủy ngân có dung dịch mẫu tính theo đường chuẩn (mg/l) + V thê tích dung dịch để hòa tan mẫu phân tích + M khối lượng mẫu phân tích 14 V NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ + Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử có độ nhạy độ chọn lọc cao Đặc biệt hiệu phân tích nguyên tố vi lượng… + Từ nhiều ứng dụng ta nhận thấy phương pháp AAS kỹ thuật phân tích hóa-lý, phát triển mạnh mẽ rộng rãi + Hiện phương pháp AAS trở thành phương pháp tiêu chuẩn để phân tích lượng vết kim loại nhiều đối tượng khác như: đất, nước, không khí, thực phẩm… + Hiện lĩnh vực bảo vệ môi trường, phương pháp công cụ đắc lực để xác định hàm lượng kim loại nặng nguyên tố độc hại tự nhiên sản phẩm khác 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO Các phương pháp phân tích theo phổ hấp thụ nguyên tử_Phạm Luận, Trường đại học tổng hợp Hà nội 1987 Phân tích hợp chất phương pháp đo phổ http://www.scribd.com/doc/37407162/Phan-Tich-Hop-Chat-Bang-QuangPho-VinaEbookChemistryHere Các phương pháp phân tích Vật lý Hóa lý, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật 4.http://vi.wikipedia.org/wiki/Ph%C3%A2n_t%C3%ADch_As_b%E1%BA %B1ng_ph%C6%B0%C6%A1ng_ph%C3%A1p_AAS 16 [...]... bị của hệ đo phổ hấp thụ nguyên tử +Tối ưu hóa các điều kiện làm việc trên máy quang phổ hấp thụ nguyên tử, sử dụng bức xạ kích thích có bước sóng 253,7nm, độ nhạy là 0,1ppm, chế độ đo là CV -AAS +Tiến hành đo phổ hấp thụ của các mẫu chuẩn có hàm lượng thuỷ ngân lần lượt là 2, 4, 6, 8 ,10 mg/l Từ đó xác định độ hấp thụ A tương ứng thông qua các đỉnh hấp thụ trong phổ hấp thụ nguyên tử vừa đo của các... phân tích 14 V NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ + Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử có độ nhạy và độ chọn lọc cao Đặc biệt hiệu quả trong phân tích các nguyên tố vi lượng… + Từ nhiều ứng dụng ta nhận thấy phương pháp AAS là một kỹ thuật phân tích hóa-lý, đang phát triển mạnh mẽ và rộng rãi + Hiện nay phương pháp AAS đã trở thành một phương pháp tiêu chuẩn để phân tích lượng... +Tính toán nồng độ nguyên tố trong mẫu phân tích bằng phương pháp lò Grafit theo công thức sau: Trong đó: Z (C + B) (mg / L) C -C: định mức mẫu phân tích (ml) -B: thể tích dung môi pha loãng (ml) -Z: nồng độ nguyên tố theo đường chuẩn (mg/L) 10 IV VÍ DỤ ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH AAS Áp dụng phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử để xác định hàm lượng thủy ngân trong thủy sản 1 Nguyên tắc: Mẫu... nay trong lĩnh vực bảo vệ môi trường, phương pháp này là một trong những công cụ đắc lực để xác định hàm lượng các kim loại nặng và những nguyên tố độc hại trong tự nhiên và trong các sản phẩm khác nhau 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Các phương pháp phân tích theo phổ hấp thụ nguyên tử_ Phạm Luận, Trường đại học tổng hợp Hà nội 1987 2 Phân tích hợp chất bằng phương pháp đo phổ http://www.scribd.com/doc/37407162/Phan-Tich-Hop-Chat-Bang-QuangPho-VinaEbookChemistryHere... ta Hydrit thủy ngân (HgH2) dễ bay hơi Kỹ thuật được sử dụng để phân tích Hg là kỹ thuật CV -AAS (phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử bằng kỹ thuật hóa hơi lạnh) Ở nhiệt độ phòng thì Hg tồn tại ở thể lỏng, ở trạng thái hơi thì Hg tồn tại ở trạng thái đơn nguyên tử Cho nên thay vì sử dụng nhiệt độ cao để nguyên tử hóa Hg từ các hợp chất của Hg, người ta sử dụng các chất khử mạnh để khử trực tiếp hợp chất... đo của các mẫu chuẩn 12 +Từ đó ta dựng được đường chuẩn A – C được minh họa như hình 2 dưới đây: +Khi đường chuẩn có độ tuyến tính tốt rồi thì ta tiến hành đo để xác định độ hấp thụ Ax của mẫu cần phân tích thông qua phổ hấp thụ của nó Phổ hấp thụ của mẫu cần phân tích được minh họa ở hình 3 13 Từ kết quả Ax và đường chuẩn ta tìm được nồng độ Cx thủy ngân trong mẫu cần phân tích 3 Tính toán kết quả:... để khử trực tiếp hợp chất Hg2+ về Hg0 dễ bay hơi Ví dụ: Khử Hg2+ về Hg0 bằng quá trình Hydrit hóa bằng dòng khí Hydro: 4H + HgCl2 = HgH2 + 2HCl HgH2 à Hg + H2 2 Phương pháp tiến hành: (Phương pháp phân tích định lượng được sử dụng là phương pháp đường chuẩn) 2.1 chuẩn bị mẫu: * Dung dịch mẫu chuẩn: - dung dịch gốc: hòa tan 1g thủy ngân trong 1000ml axit H2SO4 nồng độ 1N - dung dịch trung gian: pha loãng... bằng phương pháp đo phổ http://www.scribd.com/doc/37407162/Phan-Tich-Hop-Chat-Bang-QuangPho-VinaEbookChemistryHere 3 Các phương pháp phân tích Vật lý và Hóa lý, Nhà xuất bản Khoa học Kĩ thuật 4.http://vi.wikipedia.org/wiki/Ph%C3%A2n_t%C3%ADch_As_b%E1%BA %B1ng_ph%C6%B0%C6%A1ng_ph%C3%A1p _AAS 16