Xác định nhôm từ dung dịch thẩm phân máu đậm đặc trong điều trị suy thận bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ======= Phạm Thị Vui XÁC ĐỊNH NHÔM TỪ DUNG DỊCH THẨM PHÂN MÁU ĐẬM ĐẶC TRONG ĐIỀU TRỊ SUY THẬN BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ KHÔNG NGỌN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

=======

Phạm Thị Vui

XÁC ĐỊNH NHÔM TỪ DUNG DỊCH THẨM PHÂN MÁU ĐẬM ĐẶC

TRONG ĐIỀU TRỊ SUY THẬN BẰNG PHƯƠNG PHÁP

QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ KHÔNG NGỌN LỬA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

=======

Phạm Thị Vui

XÁC ĐỊNH NHÔM TỪ DUNG DỊCH THẨM PHÂN MÁU ĐẬM ĐẶC

TRONG ĐIỀU TRỊ SUY THẬN BẰNG PHƯƠNG PHÁP

QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ KHÔNG NGỌN LỬA

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Mã số: 60440118

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS TS NGUYỄN VĂN RI

Hà Nội - 2016

Để hoàn thành luận văn này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Văn Ri đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo giảng dạy tại khoa Hoá, đặc biệt

là các thầy cô trong bộ môn Hoá Phân tích đã cho tôi những kiến thức quý giá trong quá trình học tập cũng như công tác

Tôi cũng xin cảm ơn Ban lãnh đạo công ty, các anh chị em đồng nghiệp tại công ty TNHH B Braun Việt Nam đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình học tập

1.1 Nhôm và ảnh hưởng của nhôm đối với sức khỏe con người 1

1.2 Tính chất lý học, hóa học của nhôm [3] 2

1.2.1 Tính chất lý học 2

1.2.2 Tính chất hóa học 3

1.3 Dung dịch thẩm phân máu đậm đặc 4

1.4 Các phương pháp phân tích nhôm trong mẫu 5

1.4.1 Phương pháp AAS [2] 5

1.4.2 Phương pháp ICP- AES [1] 15

1.4.3 Phương pháp ICP-MS [1] 17

1.4.4 Phương pháp đo quang phổ huỳnh quang 18

1.4.5 Thực tế phân tích nhôm tại đơn vị 20

CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

2.1 Mục đích nghiên cứu 22

2.2 Nội dung nghiên cứu 22

2.2.1 Tối ưu hóa điều kiện xác đinh nhôm bằng phương pháp GF- AAS 22

2.2.2 Tối ưu chương trình lò 22

2.2.3 Khảo sát chất phụ gia để làm giảm ảnh hưởng của nền mẫu 22

2.2.4 Đánh giá, thẩm định phương pháp xác định nhôm bằng GF-AAS: 22

2.2.5 Ứng dụng phân tích mẫu thực tế 23

2.3 Dụng cụ và hóa chất 23

2.3.1 Hệ máy AAS 23

2.3.2 Các dụng cụ khác 24

2.3.3 Hóa chất 24

2.4 Chuẩn bị mẫu 24

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 26

3.1 Tối ưu hóa điều kiện xác đinh Al bằng phương pháp GF- AAS 26

3.1.1 Khảo sát độ rộng và chiều cao khe đo 26

3.1.4 Khảo sát chương trình lò 33

3.1.5 Khảo sát chất phụ gia 39

3.2 Xác định khoảng tuyến tính và lập phương trình đường chuẩn 41

3.2.1 Khảo sát khoảng tuyến tính 41

3.2.2 Lập phương trình đường chuẩn 42

3.3 Đánh giá phương pháp 44

3.3.1 Đánh giá độ đúng và độ chính xác 44

3.3.2 Đánh giá độ lặp lại 44

3.3.3 Giới hạn phát hiện (LOD) 45

3.3.4 Giới hạn định lượng (LOQ) 46

3.4 Phân tích mẫu thực tế 47

3.4.1 Kết quả phân tích hàm lượng Al trong một số mẫu thực tế 47

3.4.2 Nghiên cứu độ ổn định của hàm lượng Al trong mẫu qua thời gian bảo quản 48

KẾT LUẬN 50

Bảng 1.1: Thành phần của dung dịch thẩm phân máu đậm đặc HD-144A 4

Bảng 1.2: Thành phần của dung dịch thẩm phân máu đậm đặc HD-1B 5

Bảng 1.3: Các điều kiện xác định nhôm trong nước ngầm bằng kỹ thuật GF-AAS trên hai máy a: Spectra-20 Plus spectrometer và b: AAnalyst 300spectrometer 13

Bảng 1.4: Các điều kiện xác định nhôm trong dung dịch thẩm phân máu đậm đặc bằng kỹ thuật GF-AAS trên máy Perkin Elmer 3030 14

CHƯƠNG III: Bảng 3.1: Chương trình lò mặc định của máy 26

Bảng 3.2: Kết quả độ hấp thụ của dung dịch Al 50ppb khi thay đổi khe đo 26

Bảng 3.3: Kết quả khảo sát axit để pha nền 27

Bảng 3.4: Thành phần các chất trong nền mẫu 28

Bảng 3.5: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của NaCl 28

Bảng 3.6: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của NaHCO 3 30

Bảng 3.7: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của Na 2 EDTA 31

Bảng 3.8: Kết quả khảo sát ảnh hưởng tổng hợp của nền mẫu 32

Bảng 3.9: Kết quả khảo sát nhiệt độ và thời gian sấy (bước 1) 33

Bảng 3.10: Kết quả khảo sát nhiệt độ và thời gian sấy (bước 2) 34

Bảng 3.11: Kết quả khảo sát nhiệt độ và thời gian tro hóa (bước 3) 36

Bảng 3.12: Kết quả khảo sát nhiệt độ nguyên tử hóa (bước 4) 38

Bảng 3.13: Chương trình lò tối ưu 39

Bảng 3.14: Kết quả độ hấp thụ của mẫu sau khi đã tối ưu chương trình lò 39

Bảng 3.15: Kết quả khảo sát loại và hàm lượng chất phụ gia: 40

Bảng 3.16: Kết quả khảo sát khoảng tuyến tính 41

Bảng 3.17: Kết quả dựng đường chuẩn 42

Bảng 3.18: Độ thu hồi của các điểm chuẩn trong đường chuấn 43

Bảng 3.19: Kết quả đánh giá độ đúng và độ chính xác 44

Bảng 3.20: Kết quả đánh giá độ lặp lại, tái lặp lại 45

Bảng 3.21: Kết quả đo tín hiệu của mẫu trắng 46

Hình 1.1 : Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa D và C 6

Hình 1.2 : Sơ đồ khối thiết bị AAS 8

Hình 1.3: Hình ảnh máy AAS 8

Hình 1.4: Mô tả các quá trình xảy ra trong lò graphit 13

Hình 1.5: Sơ đồ máy ICP-AES 16

Hình 1.6: Vùng trung gian của thiết bị ICP-MS (PerkinElmer, Inc.) 17

Hình 1.7: Sơ đồ máy đo quang phổ huỳnh quang 19

CHƯƠNG II: Hình 2.1: Hệ máy Aanalyst A400 của hãng Perkin Elmer 23

Hình 2.2: Bộ phận nguyên tử hóa 24

Hình 2.3: Cuvet graphit 24

CHƯƠNG III: Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn độ hấp thụ của Al khi thêm NaCl 29

Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn độ hấp thụ của Al khi thêm NaHCO 3 30

Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn độ hấp thụ của Al khi thêm Na 2 EDTA 32

Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ Al và độ hấp thụ 42

Hình 3.5: Phương trình đường chuẩn Al 43

Hình 3.6: Biểu đồ thể hiện hàm lượng Al theo thời gian 49

Chữ viết

F-AAS Flame Atomic Absorption

Spectrometry

Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử kĩ thuật ngọn lửa GF- AAS Graphite Furnace Atomic

Absorption Spectrometry

Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa( lò graphit)

ICP-MS Inductively Couped Plasma-

Mass Spectrometry

Phương pháp phổ khối plasma cao tần cảm ứng

ICP-AES Inductively Couped Plasma-

Atomic Emission Spectrometry

Phương pháp phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử nguồn

plasma cảm ứng cao tần

LOQ Limit of quantitation Giới hạn định lượng

Na2EDTA Ethylenedinitrilotetraacetic acid

disodium salt

Đinatrietylenđinitrilotetraaxetat

R Correlation coefficient Hệ số tương quan

%RSD Relative standard deviation Độ lệch chuẩn tương đối

TDS Total dissolved solid Tổng chất rắn hòa tan

Khi bệnh nhân bị suy thận giai đoạn cuối, chức năng của cả hai quả thận đã

bị mất hoàn toàn hoặc gần hoàn toàn Để cứu sống bệnh nhân và duy trì cuộc sống lâu dài, cần phải điều trị thay thế thận bằng lọc máu hoặc ghép thận Nhưng ghép thận đòi hỏi chi phí tương đối cao và khó tìm được thận tương thích nên ở Việt Nam hiện nay đa số bệnh nhân suy thận mãn tính đang được tiến hành lọc máu ngoài cơ thể qua máy chạy thận nhân tạo

Dung dịch thẩm phân máu đậm đặc (dịch chạy thận nhân tạo) là một dung dịch bao gồm nước tinh khiết và các chất khác nhau được hòa tan trong đó Các chất hòa tan trong dịch chạy thận nhân tạo hầu hết là các chất điện giải (trừ glucose) Nồng độ của chúng (ngoài kali và chất đệm) khi pha loãng gần giống với nồng độ của chất điện phân xảy ra tự nhiên trong máu Dịch chạy thận nhân tạo có chức năng điều chỉnh điện giải và cân bằng axit-bazơ của bệnh nhân lọc máu và loại

bỏ chất thải

Nhôm trong dung dịch chạy thận nhân tạo có thể gây ra các biến chứng như

hạ huyết áp, buồn nôn và nôn, chuột rút, đau đầu, đau ngực, đau lưng, sốt và ớn lạnh, ngứa… nếu hàm lượng vượt quá giới hạn cho phép Tiêu chuẩn dược điển Anh [7] quy định hàm lượng nhôm trong dịch lọc thận không được quá 100ppb Vì vậy việc xác định hàm lượng nhôm trong dung dịch thẩm phân máu đậm đặc là hết sức cần thiết

Trước đây, tại công ty TNHH B Braun Việt Nam, nhôm được thử giới hạn bằng cách chiết bằng dung môi hữu cơ sau đó đo phổ huỳnh quang, làm song song mẫu thử và mẫu chuẩn (0.1mg/L) sau đó so sánh cường độ phổ đo được Nhưng với mục đích hạn chế việc sử dụng dung môi hữu cơ và xây dựng phương pháp định lượng nhôm để phục vụ cho các mục đích khác, luận văn này nghiên cứu xác định nhôm bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa là điều có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Nhôm và ảnh hưởng của nhôm đối với sức khỏe con người

Nhôm (aluminium) là tên một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Al và số nguyên tử bằng 13 Nguyên tử khối bằng 27 đvC

Khối lượng riêng 2,7 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy 660oC Nhôm là nguyên tố phổ biến thứ 3 (sau ôxy và silic), và là kim loại phổ biến nhất trong vỏ Trái Đất Nhôm chiếm khoảng 8% khối lượng lớp rắn của Trái Đất Kim loại nhôm hiếm phản ứng hóa học mạnh với các mẫu quặng và có mặt hạn chế trong các môi trường khử cực mạnh Tuy vậy, nó vẫn được tìm thấy ở dạng hợp chất trong hơn 270 loại khoáng vật khác nhau Quặng chính chứa nhôm là bôxit

Nhôm có điểm đáng chú ý của một kim loại có tỷ trọng thấp và có khả năng chống ăn mòn do hiện tượng thụ động Các thành phần cấu trúc được làm từ nhôm

và hợp kim của nó rất quan trọng cho ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, các lĩnh vực khác của giao thông vận tải và vật liệu cấu trúc Các hợp chất hữu ích nhất của nhôm là các ôxit và sunfat

Mặc dù có mặt phổ biến trong môi trường nhưng các muối nhôm không được bất kỳ dạng sống nào sử dụng Với sự phổ biến của nó, nhôm được dung nạp tốt bởi thực vật và động vật

Nhôm là một trong ít các nguyên tố phổ biến nhất mà không có chức năng có ích nào cho các cơ thể sống, nhưng có một số người bị dị ứng với nó - họ bị các chứng viêm da do tiếp xúc với các dạng khác nhau của nhôm: các vết ngứa do sử dụng các chất làm se da hay hút mồ hôi (phấn rôm), các rối loạn tiêu hóa và giảm hay mất khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng từ thức ăn nấu trong các nồi nhôm, nôn mửa hay các triệu chứng khác của ngộ độc nhôm do ăn (uống) các sản phẩm như Kaopectate® (thuốc chống ỉa chảy), Amphojel® và Maalox® (thuốc chống chua) Đối với những người khác, nhôm không bị coi là chất độc như các kim loại nặng, nhưng có dấu hiệu của ngộ độc nếu nó được hấp thụ nhiều, mặc dù việc sử dụng các đồ nhà bếp bằng nhôm (phổ biến do khả năng chống ăn mòn và dẫn nhiệt tốt) nói chung chưa cho thấy dẫn đến tình trạng ngộ độc nhôm Việc tiêu thụ qúa

nhiều các thuốc chống chua chứa các hợp chất nhôm và việc sử dụng quá nhiều các chất hút mồ hôi chứa nhôm có lẽ là nguồn duy nhất sinh ra sự ngộ độc nhôm Người

ta cũng cho rằng nhôm có liên quan đến bệnh Alzheimer [10] và bệnh Parkinson [29]

Nhôm còn là chất độc thần kinh loại mạnh, đồng thời cũng có nguy cơ gây độc cho xương và tế bào [35], đặc biệt là đối với bệnh nhân chạy thận do suy thận mãn tính [11], [32] Ở bệnh nhân chạy thận nhân tạo, sự tích lũy nhôm trong mô đến mức độ đủ cao để gây ra độc tính chủ yếu là do sự phơi nhiễm từ dung dịch thẩm phân máu đậm đặc và sự thiếu hụt chức năng thận, con đường bài tiết chính của nhôm [25],[6] Ngày nay, chứng mất trí và bệnh u xương ở các bệnh nhân chạy thận hiếm gặp hơn do sự kiểm soát chặt hàm lượng nhôm đầu vào

1.2 Tính chất lý học, hóa học của nhôm [3]

1.2.1 Tính chất lý học

Nhôm kim loại kết tinh trong hệ lập phương tâm diện Nó là kim loại màu trắng bạc, khi để trong không khí chuyển màu xám do có lớp màng nhôm oxit bao phủ trên bề mặt Nhôm nóng chảy ở nhiệt độ tương đối thấp (650oC) và sôi ở nhiệt

độ cao (2467oC)

Ở nhiệt độ thường, nhôm tinh khiết khá mềm, dễ dát mỏng và kéo sợi Lá nhôm mỏng được dùng làm tụ điện, lá nhôm rất mỏng (0,005 mm) được dùng để gói bánh, kẹo và dược phẩm Trong khoảng nhiệt độ từ 100 đến 150oC, nhôm tương đối dẻo và dễ chế hóa cơ học, nhưng đến khoảng 600oC trở nên giòn và dễ nghiền thành bột

Nhôm là kim loại dẫn nhiệt và dẫn điện tốt Độ dẫn điện của nhôm bằng khoảng 0,60 độ dẫn điện của đồng nhưng nhôm nhẹ hơn đồng 3 lần nên ngày càng được sử dụng thay đồng làm dây dẫn

Bề mặt của nhôm rất trơn bóng, có khả năng phản chiếu tốt ánh sáng và nhiệt Bởi vậy người ta dùng nhôm chứ không dùng bạc để mạ lên gương của những kính viễn vọng phản chiếu Nhôm cũng được dùng làm những ống dẫn dầu

thô, bể chứa và thùng xitec như là vật liệu cách nhiệt đảm bảo cho dầu hay các chất lỏng khác không bị đốt nóng bởi bức xạ mặt trời

Nhôm có khả năng tạo hợp kim với nhiều nguyên tố khác Những hợp chất quan trọng nhất của nhôm là đuyara, silumin và macnhali Những hợp kim đó, ngoài ưu điểm là nhẹ tương đương với nhôm còn có những tính chất cơ lý tốt hơn nhôm Đuyara chứa 94% Al, 4% Cu, 2% Mg, Mn, Fe và Si, cứng và bền như thép mềm, được dùng chủ yếu trong công nghiệp ôtô và máy bay Silumin chứa 85% Al,

10 ÷ 14% Si và 0,1% Na, rất bền và rất dễ đúc, được dùng để sản xuất động cơ máy bay, động cơ tàu thủy

1.2.2 Tính chất hóa học

Nhôm là kim loại hoạt động mạnh Tuy nhiên, ở điều kiện thường, bề mặt nhôm bị bao phủ bởi lớp màng oxit rất mỏng (0,00001mm) và bền làm cho nhôm trở nên kém hoạt động

Dây nhôm hay lá nhôm dày không bị cháy khi được đốt mạnh mà nóng chảy trong lớp màng oxit tạo thành những túi, bên trong túi là nhôm lỏng và bên ngoài là nhôm oxit Lá nhôm rất mỏng hoặc bột nhôm khi được đốt nóng có thể cháy phát ra ánh sáng chói và tỏa nhiều nhiệt

4Al + 3O2 = 2Al2O3 , ∆Ho = -1676kJ/mol

Tấm nhôm đã được nhúng vào dung dịch muối thủy ngân hoặc kim loại thủy ngân khi để trong không khí ở nhiệt độ thường sẽ bị oxy hóa hoàn toàn vì trong trường hợp này nó không được bảo vệ bởi lớp màng oxit nữa

Ở nhiệt độ cao, nhôm dễ dàng khử được nhiều oxit kim loại đến kim loại tự

do Phản ứng này được gọi là phản ứng nhiệt nhôm và được ứng dụng để điều chế nhiều kim loại khó bị khử và khó nóng chảy như Fe, Cr, Mn, Ni, Ti, Zr, V

2Al + Fe2O3 = 2Fe + Al2O3

2Al + Cr2O3 = 2Cr + Al2O3

Nhôm tương tác với clo, brom ở nhiệt độ thường, với iot khi đun nóng, với nitơ, lưu huỳnh, cacbon ở nhiệt độ khá cao (700 ÷ 800oC) và không tương tác với hiđro

Nhôm tuy có tổng các năng lượng ion hóa thứ nhất, hai và ba khá lớn nhưng nhờ ion Al3+

có nhiệt hiđrat hóa rất âm cho nên nhôm kim loại dễ chuyển sang dạng

Al3+ (dd)

Nhôm có thế điện cực tương đối thấp, và như vậy về nguyên tắc nhôm dễ dàng đẩy hiđro ra khỏi nước và axit Nhưng thực tế vì bị màng oxit bền bảo vệ, nhôm không tác dụng với nước khi nguội và khi đun nóng, không tác dụng với dung dịch loãng của axit photphoric và axit axetic Nhôm chỉ tan dễ dàng trong dung dịch axit clohiđric và axit sunfuric, nhất là khi đun nóng theo phản ứng:

2Al + 6[H3O]+ + 6H2O = 2[Al (H2O)6]3+ + 3H2

Trong dung dịch axit nitric đặc và nguội, nhôm không những không tan mà còn bị thụ động hóa Vì vậy trong thực tế người ta dùng nhôm làm xitec đựng axit nitric đặc

Nhôm có thể tan trong dung dịch kiềm mạnh, giải phóng hiđro:

2Al + 2OH- + 6H2O = 2[Al (OH)4]- + 3H2

1.3 Dung dịch thẩm phân máu đậm đặc

Dung dịch thẩm phân máu là phương tiện rất quan trọng để tiến hành lọc máu ngoài cơ thể Dung dịch thẩm phân máu bao gồm nước và các chất điện giải như natri clorid, calci clorid, magnesi sulfat có nồng độ gần tương đương với nồng

độ của chúng trong máu người khoẻ mạnh Ngoài ra còn có glucose Hệ thống đệm

là natri bicarbonat hoặc acetat Các hoá chất dùng để pha dung dịch thẩm phân máu đều phải đạt tiêu chuẩn dược phẩm Khi sử dụng, dung dịch đậm đặc sẽ được pha loãng tự động theo tỷ lệ nhất định

Ví dụ về thành phần của dung dịch thẩm phân máu đậm đặc dùng hệ đệm acetat (dung dịch HD-144A của công ty TNHH B Braun Việt Nam)

Bảng 1.1: Thành phần của dung dịch thẩm phân máu đậm đặc HD-144A

Hóa chất Hàm lượng (g/L)

CaCl2.2H2O 9,924

Do nguyên liệu đầu vào và nước để pha dung dịch thẩm phân máu đậm đặc

đã được kiểm soát hàm lượng nhôm theo tiêu chuẩn, nên nhôm trong dung dịch thẩm phân máu đậm đặc có thể bị nhiễm từ đường ống, thùng pha chế, hay từ máy lọc thận nhân tạo trong quá trình chạy thận

1.4 Các phương pháp phân tích nhôm trong mẫu

Do ứng dụng và sự có mặt rộng rãi của nhôm, nhiều phương pháp đã được phát triển để phân tích nó Trong đó có thể kể đến các phương pháp được sử dụng phổ biến nhất là GF-AAS, ICP-AES, ICP-MS, quang phổ, phổ huỳnh quang Với lượng vết nhôm trong mẫu, nó thường được làm giàu bằng các phương pháp như chiết lỏng-lỏng [19], trao đổi ion [29], chiết pha rắn [15], chiết điểm mù [29]

1.4.1 Phương pháp AAS [2]

1.4.1.1 Nguyên tắc của phép đo AAS

Như chúng ta đã biết, vật chất được cấu tạo bởi nguyên tử và nguyên tử là phần cơ bản nhỏ nhất còn giữ lại được tính chất của nguyên tố hóa học Trong điều kiện bình thường, nguyên tử không thu cũng không phát năng lượng, lúc này nguyên tử tồn tại ở trạng thái cơ bản Nhưng khi nguyên tử ở trạng thái hơi tự do, nếu ta chiếu một chùm tia sáng có bước sóng xác định vào đám hơi nguyên tử đó thì

các nguyên tử tự do sẽ hấp thụ các bức xạ có bước sóng ứng đúng với những tia mà

nó có thể phát ra được trong quá trình phát xạ của nó Lúc này nguyên tử đã nhận bức xạ vào nó và nó chuyển lên trạng thái kích thích có năng lượng cao hơn trạng thái cơ bản Đó là tính chất đặc trưng của nguyên tử ở trạng thái hơi Quá trình đó được gọi là quá trình hấp thụ năng lượng của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi và tạo

ra phổ nguyên tử của nguyên tố đó Phổ sinh ra trong quá trình này được gọi là phổ hấp thụ nguyên tử

Nhưng nguyên tử không hấp thụ tất cả các bức xạ mà nó có thể phát ra được trong quá trình phát xạ Quá trình hấp thụ chỉ xảy ra đối với các phổ vạch nhạy, các vạch đặc trưng của nguyên tố

Nghiên cứu sự phụ thuộc của cường độ một vạch phổ hấp thụ của một nguyên tố vào nồng độ C của nguyên tố đó trong mẫu phân tích Lý thuyết và thực nghiệm cho thấy rằng trong một vùng nồng độ nhỏ của chất phân tích, mối quan hệ giữa cường độ vạch phổ hấp thụ và nồng độ của nguyên tố đó trong đám hơi cũng tuân theo định luật Lambert-Beer

D =Ka.Cb

Trong đó Ka là hằng số thực nghiệm, nó phụ thuộc vào tất cả các điều kiện hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu Còn b được gọi là hằng số bản chất, nó phụ thuộc vào từng vạch phổ của từng nguyên tố Quan hệ giữa D và C được biểu diễn qua đồ thị sau :

Hình 1.1 : Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa D và C

Trang bị của phép đo AAS

Muốn thực hiện được phép đo phổ hấp thụ nguyên tử của một nguyên tố cần phải thực hiện các quá trình sau đây:

-Chọn các điều kiện và loại trang bị phù hợp để chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn hay dung dịch) thành trạng thái hơi của các nguyên tử tự do

Đó là quá trình hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu

-Chiếu chùm tia sáng bức xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi nguyên tử vừa sinh ra Các nguyên tử ở trạng thái hơi sẽ hấp thụ những tia bức

xạ nhất định và tạo ra phổ hấp thụ của nó Ở đây phần cường độ của chùm tia sáng

đã bị nguyên tử của một nguyên tố hấp thụ phụ thuộc vào nồng độ của nó trong môi trường hấp thụ Nguồn cung cấp chùm tia sáng phát xạ của nguyên tố cần nghiên cứu được gọi là nguồn bức xạ đơn sắc hay bức xạ cộng hưởng

-Tiếp đó, nhờ một hệ thống máy quang phổ, người ta thu toàn bộ chùm sáng, phân ly và chọn 1 vạch hấp thụ của nguyên tố cần nghiên cứu để đo cường độ của

nó Cường độ đó chính là tín hiệu hấp thụ của vạch phổ hấp thụ nguyên tử Trong một khoảng nhất định của nồng độ C, giá trị cường độ này phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ C của nguyên tố trong mẫu phân tích

Ba quá trình trên chính là nguyên tắc của phép đo AAS Vì vậy, muốn thực hiện phép đo phổ hấp thụ nguyên tử hệ thống máy đo phổ hấp thụ phải bao gồm các phần cơ bản sau :

-Phần 1 : Nguồn phát tia cộng hưởng Đó chính là các đèn catôt rỗng (HCL), các đèn phóng điện không điện cực hay nguồn phát bức xạ liên tục đã được biến điện

-Phần 2 : Hệ thống nguyên tử hóa mẫu Hệ thống này được chế tạo theo 2 loại kỹ thuật, đó là kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn lửa đèn khí và kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa

-Phần 3 : Máy quang phổ, nó là bộ p hận đơn sắc, có nhiệm vụ thu, phân ly

và chọn tia sáng (vạch phổ) cần đo hướng vào nhân quang điện để phát hiện tín hiệu hấp thụ AAS của vạch phổ

Phần 4 : Là hệ thống chỉ thị tín hiệu phân tích (tức là cường độ của vạch phổ hấp thụ)

Hình 1.2 : Sơ đồ khối thiết bị AAS

1.4.1.2 Phương pháp GF-AAS

Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa GF-AAS

(Graphite furnace atomic absorption spectrometry) hay cũng được gọi là ET-AAS

(Electrothermal Atomic Absorption Spectrometry) là phương pháp không sử dụng ngọn lửa mà sử dụng một lò graphit được đốt nóng đến nhiệt độ cao bằng điện để làm nguồn nguyên tử hóa mẫu

Kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa ra đời sau kỹ thuật nguyên tử hóa trong ngọn lửa Nhưng kỹ thuật này được phát triển rất nhanh và hiện nay đang được ứng dụng rất phổ biến Vì kỹ thuật này cung cấp cho phép đo AAS có độ nhạy rất cao (cỡ ppb), có khi gấp hàng trăm đến hàng ngàn lần phép đo trong ngọn lửa Đây là ưu điểm chính của kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa Do đó, khi phân tích lượng vết các kim loại trong nhiều trường hợp không cần thiết phải làm giàu mẫu Đặc biệt là khi xác định các nguyên tố vi lượng trong các loại mẫu y học, sinh học…

Tuy có độ nhạy cao, nhưng trong một số trường hợp độ ổn định của phép đo không ngọn lửa thường kém phép đo trong ngọn lửa Ảnh hưởng hưởng của phổ nền thường rất lớn Đó là đặc điểm và cũng là nhược điểm của phép đo này Song với sự phát triển vật lý và các kỹ thuật đo hiện đại, ngày nay người ta có thể khắc phục được nhược điểm này không khó khăn lắm Các hệ thống máy đo phổ hấp thụ theo kỹ thuật không ngọn lửa luôn luôn có kèm theo hệ thống bổ chính nền và độ ổn định của nó cũng không kém các hệ thống của phép đo trong ngọn lửa và đảm bảo

độ nhạy vào cỡ ppb

Đặc điểm nữa của phép đo không ngọn lửa là đòi hỏi một lượng mẫu tương đối nhỏ Thông thường mỗi lần đo chỉ cần từ 20 ÷ 50 microlit Do đó không cần lượng nhiều mẫu phân tích Việc chuẩn bị mẫu cũng dễ dàng và không tốn nhiều hóa chất, cũng như các dung môi tinh khiết đắt tiền

Về nguyên tắc, kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa là quá trình nguyên tử hóa tức khắc trong thời gian rất ngắn nhờ năng lượng của dòng điện công suất lớn

và trong môi trường khí trơ Quá trình nguyên tử hóa xảy ra theo 3 giai đoạn kế tiếp

nhau: sấy khô, tro hóa luyện mẫu, nguyên tử hóa để đo phổ hấp thụ và cuối cùng là làm sạch cuvet Trong đó 2 giai đoạn đầu là chuẩn bị cho giai đoạn nguyên tử hóa

để đạt kết quả tốt Nhiệt độ trong cuvet graphit là yếu tố chính quyết định diễn biến của quá trình nguyên tử hóa mẫu

Nguyên tắc và các giai đoạn của quá trình nguyên tử hóa trong lò graphit : -Sấy khô mẫu : đây là giai đoạn đầu tiên của quá trình nguyên tử hóa mẫu Nó rất cần thiết để đảm bảo cho dung môi hòa tan mẫu bay hơi nhẹ nhàng và hoàn toàn nhưng không làm bắn mẫu, mất mẫu Vì nếu không thực hiện sấy tốt mẫu sẽ bị bắn

và làm sai lệch kết quả phân tích Để thực hiện quá trình sấy tốt, đối với mỗi loại mẫu cần phải tiến hành nghiên cứu, phát hiện và chọn nhiệt độ và thời gian sấy cho phù hợp Nhiệt độ và thời gian sấy khô của mỗi loại mẫu phụ thuộc vào bản chất của các chất ở trong mẫu và dung môi hòa tan nó Thực nghiệm cho thấy rằng, không nên sấy mẫu ở nhiệt độ cao và sấy khô nhanh Nói chung, nhiệt độ sấy khô phù hợp đối với đa số các mẫu vô cơ trong dung môi nước nằm trong khoảng từ 100

÷ 150o

C trong thời gian từ 25 ÷ 40 giây với lượng mẫu được bơm vào cuvet nhỏ hơn 100 microlit Tất nhiên quá trình sấy khô chậm ở nhiệt độ thấp bao giờ cũng cho kết quả ổn định Đối với các mẫu có chứa các chất hữu cơ hay hòa tan trong dung môi hữu cơ, thường phải sấy ở nhiệt độ thấp hơn và tốc độ tăng nhiệt độ phải chậm hơn dung môi nước Với loại mẫu này, nhiệt độ sấy thường là dưới 100oC

- Tro hóa luyện mẫu : Đây là giai đoạn thứ 2 của quá trình nguyên tử hóa mẫu Mục đích là để tro hóa (đốt cháy) các hợp chất hữu cơ và mùn có trong mẫu sau khi

đã sấy khô Đồng thời cũng là để nung luyện mẫu ở một nhiệt độ thuận lợi cho giai đoạn nguyên tử hóa tiếp theo đạt hiệu suất cao và ổn định Giai đoạn này có ảnh hưởng rất nhiều đến kết quả phân tích nếu chọn nhiệt độ tro hóa không phù hợp Vì một số hợp chất có thể phân hủy mất trong giai đoạn này, nếu nhiệt độ tro hóa là quá cao

-Nguyên tử hóa : đây là giai đoạn cuối cùng của quá trình nguyên tử hóa mẫu nhưng lại là giai đoạn quyết định cường độ của vạch phổ Song nó lại bị ảnh hưởng bởi hai giai đoạn trên Giai đoạn này được thực hiện trong thời gian rất ngắn thông

thường từ 3 ÷ 6 giây rất ít khi đến 8 ÷ 10 giây Nhưng tốc độ tăng nhiệt độ lại 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 ÷ 2500 oC/giây, thường người ta sử dụng tốc độ tối đa mà máy có thể cho phép Nghiên cứu chi tiết giai đoạn này người

ta nhận thấy rằng, nhiệt độ nguyên tử hóa của mỗi nguyên tố là rất khác nhau Đồng thời mỗi nguyên tố cũng có một nhiệt độ nguyên tử hóa giới hạn của nó Nhiệt độ này là phụ thuộc vào bản chất của mỗi nguyên tố và cũng phụ thuộc trong mức độ nhất định vào trạng thái và thành phần mẫu mà nó tồn tại, nhất là chất nền của mẫu Các quá trình xảy ra trong cuvet graphit :

-Sự bay hơi của dung môi : đây là quá trình vật lý đơn giản, nó xảy ra trong giai đoạn sấy mẫu của quá trình nguyên tử hóa mẫu và nhiệt độ là yếu tố quyết định

sự diễn biến của quá trình này Nhưng thành phần của mẫu, các chất hữu cơ có mặt trong mẫu cũng ảnh hưởng đến quá trình này Sau khi dung môi bay hơi sẽ để lại các hạt mẫu là bột mịn của các muối khô trong cuvet

-Sự tro hóa (đốt cháy) các chất hữu cơ và mùn Quá trình này xảy ra trong giai đoạn thứ hai của quá trình nguyên tử hóa Khi các chất hữu cơ bị tro hóa sẽ tạo ra các chất khí (CO, CO2, H2O) bay đi và để lại phần bã vô cơ của mẫu Đó là các muối hay các ôxit của các chất mẫu Tiếp đó bã này được nung nóng, nóng chảy hay bị phân hủy là tùy theo nhiệt độ tro hóa và tùy thuộc vào bản chất của hợp chất mẫu tồn tại trong cuvet sau khi đã sấy khô Lúc này mẫu được nóng luyện thành thể nóng chảy đồng nhất Đồng thời ở đây cũng có sự phân hủy của một số muối không bền thành ôxit

-Sự hóa hơi của các hợp phần mẫu ở dạng phân tử : nếu nhiệt hóa hơi của các hợp phần trong mẫu nhỏ hơn nhiệt phân ly của chúng thì các hợp phần mẫu này sẽ hóa hơi ở dạng phân tử, sau đó chúng bị phân ly thành các nguyên tử tự do Đó là

cơ chế của sự hóa hơi của các phân tử có áp suất hóa hơi cao và nhiệt độ hóa hơi thấp hơn nhiệt phân ly (Eh<Ea) Tiêu biểu cho các hợp chất thuộc loại này là các oxit Sb2O3, Ga2O3, các muối halogen của các kim loại như SbCl5, SnCl4, các muối

acetat, clorat của kim loại Cơ chế diễn biến của các hợp chất này có thể minh họa theo 2 kiểu sơ đồ sau đây :

tử hóa mẫu Để khử bỏ quá trình (d), người ta phải nguyên tử hóa mẫu trong môi trường khí trơ, hay thêm vào mẫu những chất phụ gia phù hợp

- Sự phân ly của các phân tử chất mẫu trước khi hóa hơi: khuynh hướng này thường xảy ra đối với các phân tử có áp suất hóa hơi thấp và nhiệt phân ly nhỏ hơn nhiệt hóa hơi phân tử của chính nó (Eh>Ea) Các phân tử thuộc loại này, dưới tác dụng của nhiệt độ trong cuvet graphit, trước hết chúng bị phân ly thành các monoxit hoặc thành các nguyên tử ở trạng thái rắn hay lỏng, rồi sau đó mới được chuyển thành thể hơi theo các tính chất riêng của sản phẩnm vừa được hình thành

- Sự tạo thành hợp chất cacbua kim loại

- Sự khử oxit kim loại bởi cacbon

Hình 1.4: Mô tả các quá trình xảy ra trong lò graphit

Việc thiết lập các điều kiện kỹ thuật của máy để phân tích nhôm trong các

mẫu khác nhau, bằng các thiết bị AAS khác nhau cũng rất dao động

Marcin Frankowsk và cộng sự đã xây dựng phương pháp phân tích nhôm

trong mẫu nước ngầm [23] trên hai model máy AAS là AAnalyst 300 của hang

Perkin Elmer và Spectra 20 Plus của hang Varian như sau:

Bảng 1.3: Các điều kiện xác định nhôm trong nước ngầm bằng kỹ thuật GF-AAS trên hai máy a: Spectra-20 Plus spectrometer và b: AAnalyst 300spectrometer

hydroxyquinolinate vào methylisobutylketone theo các điều kiện trong bảng 1.4

Ảnh hưởng của nền mẫu và phương pháp loại trừ ảnh hưởng của nền cũng đã

được nghiên cứu bởi nhiều tác giả Gardiner và cộng sự [13] khi sử dụng phương

pháp GF-AAS để xác định nhôm trong máu và huyết thanh, đã khuyến cáo nên đặt nhiệt độ tro hóa trên 1000oC để loại trừ ảnh hưởng của các yếu tố vô cơ có trong nền, đặc biệt là ion Cl-, chất gây ảnh hưởng chính đối với sự xác định nhôm bằng lò graphit Slavin và cộng sự [27] gợi ý pha mẫu trong nền axit HNO3 hoặc H3PO4, Halls và Fell [17] cũng sử dụng axit HNO3 để pha nền Bettinelli và cộng sự [9] đã

sử dụng Mg(NO3)2 làm chất phụ gia để tăng hiệu quả khi xác định nhôm trong huyết

thanh

Bảng 1.4: Các điều kiện xác định nhôm trong dung dịch thẩm phân máu đậm

đặc bằng kỹ thuật GF-AAS trên máy Perkin Elmer 3030

Nhiệt độ nguyên tử hóa o

Phương pháp phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử nguồn plasma cảm

ứng cao tần (ICP-AES), còn gọi là quang phổ phát xạ quang học nguồn plasma cảm

ứng cao tần (ICP-OES), là một kỹ thuật phân tích được sử dụng để phát hiện kim loại dạng vết Loại quang phổ phát xạ có sử dụng plasma ghép đôi cảm ứng để tạo

ra các nguyên tử và ion bị kích thích, chúng sẽ phát ra những bức xạ điện từ ở các bước sóng đặc trưng của từng nguyên tố Đây là kỹ thuật ngọn lửa sử dụng ngọn lửa

có nhiệt độ trong khoảng từ 6.000 đến 10.000K Cường độ phát xạ này là biểu hiện nồng độ của các nguyên tố trong mẫu

Cấu tạo và cơ chế hoạt động: Máy ICP-AES bao gồm hai phần: phần ICP và phần máy đo quang Đuốc ICP gồm 3 ống thủy tinh thạch anh đồng tâm Các đầu ra hoặc “hệ vòng làm việc” của máy phát sóng cao tần (RF) quấn quanh một phần của ngọn đuốc thạch anh này Khí Argon thường được sử dụng để tạo ra plasma

Khi ngọn đuốc được bật, một điện từ trường cường độ lớn được tạo ra trong

hệ thống vòng làm việc này bởi nguồn năng lượng lớn do tần số vô tuyến đi trong cuộn dây

Dòng khí argon đi qua ngọn đuốc được kích thích bởi một đơn vị Tesla (từ trường) sẽ tạo ra một vòng hồ quang điện ngắn qua dòng khí argon để bắt đầu quá trình ion hóa Khi plasma đã được đốt cháy, từ trường Tesla được tắt đi

Khí argon được ion hóa trong trường điện từ cường độ cao và đi vào một gương quay đặc biệt đối xứng với nhau hướng về vùng từ trường của hệ vòng cảm ứng RF Những va chạm không đàn hồi được tạo ra giữa các nguyên tử argon trung

hòa và các hạt tích điện tạo ra ngọn lửa Plasma có nhiệt độ cao khoảng 7000 K ổn định

Hình 1.5: Sơ đồ máy ICP-AES

Một bơm nhu động bơm mẫu dung dịch nước hoặc hữu cơ vào đầu phun sương, tại đây chúng được biến đổi thành sương mù và đưa trực tiếp vào bên trong ngọn lửa plasma Các mẫu này ngay lập tức va chạm với các electron và các ion tích điện trong plasma và bản thân chúng sẽ tự tạo ra các ion tích điện Các phân tử khác nhau bị phá vỡ thành các nguyên tử tương ứng, sau đó bị mất điện tích tái kết hợp nhiều lần trong plasma, tạo ra bức xạ ở các bước sóng đặc trưng của các nguyên tố

có liên quan

Sau đó, cường độ của mỗi vạch sóng sau đó sẽ được so sánh với cường độ các vạch tiêu chuẩn đã được đo trước đó, và từ đó nồng độ của các vạch sóng này được tính bằng cách nội suy theo đường chuẩn

Phương pháp ICP-AES có ưu điểm là phân tích mẫu nhanh, độ nhạy cao và

độ chính xác tốt, song đòi hỏi chi phí tương đối cao

1.4.3 Phương pháp ICP-MS [1]

Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động:

Hệ thống ICP-MS bao gồm một nguồn ICP tương tự như đã trình bày trong phần 1.4.2 và một khối phổ kế Nguồn ICP chuyển các nguyên tử của nguyên tố trong mẫu thành các ion Sau đó, các ion này được phân tách và phát hiện bằng thiết

bị khối phổ

Khi các nguyên tố trong mẫu được chuyển thành các ion, các ion này được đưa vào thiết bị khối phổ qua vùng trung gian hình nón Vùng này trong thiết bị ICP-MS chuyển các ion trong dòng mẫu argon ở áp suất không khí (1 ÷ 2 torr) vào vùng có áp suất thấp (< 10-5

torr) của thiết bị khối phổ Hiện tượng này xảy ra trong vùng chân không trung gian được tạo bởi 2 nón trung gian, là nón thu và nón tách (hình 1.7) Nón thu và nón tách là 2 đĩa kim loại có một lỗ nhỏ (~1mm) ở trung tâm Những đĩa này có tác dụng gom phần lõi của chùm ion phát ra từ đuốc ICP Một gương chắn tối màu hoặc thiết bị tương tự sẽ ngăn các photon phát ra từ đuốc ICP, cũng là một nguồn sáng mạnh

Hình 1.6: Vùng trung gian của thiết bị ICP-MS (PerkinElmer, Inc.)

Các ion từ nguồn ICP sau đó được hội tụ lại bởi các thấu kính tĩnh điện trong

hệ thống Lưu ý, các ion đi ra từ hệ thống mang điện tích dương, nên các thấu kính tĩnh điện, cũng mang điện tích dương, có tác dụng chuẩn trực chùm ion và hội tụ

vào khe hoặc lỗ nhận của thiết bị khối phổ Các hệ thống ICP-MS khác nhau có các

hệ thống thấu kính khác nhau Hệ thống đơn giản nhất có một thấu kính đơn, còn các hệ thống phức tạp hơn có thể có đến 12 thấu kính ion Mỗi hệ thống quang ion được thiết kế riêng để hoạt động với một hệ thống khối phổ và bộ phận kết nối khác nhau

Khi các ion đi vào thiết bị khối phổ, chúng được phân tách theo tỷ lệ khối lượng – điện tích (m/z), sau đó chúng được phát hiện và đếm bằng một đầu dò phù hợp Mục đích cơ bản của đầu dò là chuyển số lượng ion va đập vào đầu dò thành tín hiệu điện đo được và mối liên quan tới số lượng nguyên tử của nguyên tố đó trong mẫu bằng các tiêu chuẩn hiệu chuẩn Hầu hết các đầu dò sử dụng điện áp âm cường độ cao ở mặt trước để hút các ion mang điện tích dương vào đầu dò Khi ion

va đập vào bề mặt hoạt động của đầu dò, một số lượng điện tử được giải phóng rồi đập vào bề mặt kế tiếp của đầu dò làm khuếch đại tín hiệu Trong những năm trở lại đây, bộ nhân điện (CEM), được sử dụng trong các thiết bị ICP-MS cũ đã được thay thế bằng các đầu dò dynode không liên tục Đầu dò dynode không liên tục có dải động học tuyến tính rộng hơn CEM, có vai trò quan trọng trong ICP-MS do nồng

độ phân tích có thể thay đổi từ dưới ppt đến trên ppm Đầu dò dạng dynode không liên tục cũng có thể hoạt động dưới 2 chế độ là đếm xung và tín hiệu tương tự, do vậy càng mở rộng khoảng tuyến tính của thiết bị và có thể được sử dụng để bảo vệ đầu dò khỏi tình trạng vượt tín hiệu

Sự xác định nhôm bằng kỹ thuật ICP-MS được giới hạn bởi sự xuất hiện của nhiễu gây ra bởi các yếu tố khác trong mẫu (Hiệu ứng nền), do đó xác định nhôm bằng kỹ thuật này không hoàn toàn hợp lý [20]

1.4.4 Phương pháp đo quang phổ huỳnh quang

Máy quang phổ huỳnh quang dùng để đo tín hiệu huỳnh quang của một chất cần phân tích trong mẫu dựa trên bước sóng kích thích và bước sóng phát xạ của chất đó có trong mẫu

Quang phổ huỳnh quang có thể được ứng dụng trong nghiên cứu cơ bản và ứng dụng ở nhiều lĩnh vực như phân tích nhiên liệu sinh học, ứng dụng trong công

nghệ sinh học, kiểm soát chất lượng, chẩn đoán y khoa, giám sát huyết thanh và phân tích polymer, cũng như là một công cụ dùng trong phòng thí nghiệm giảng dạy

Nguyên lý hoạt động của quang phổ huỳnh quang:

Hình 1.7: Sơ đồ máy đo quang phổ huỳnh quang

Cấu tạo một máy quang phổ huỳnh quang gồm có:

1 Nguồn sáng: tạo chùm tia kích thích phổ huỳnh quang của chất phân tích

2 Bộ đơn sắc kích thích: chọn ra chùm tia kích thích huỳnh quang

3 Buồng chứa mẫu (cell đo mẫu / cuvette) (và nguồn năng lượng để hóa hơi, nguyên tử hóa mẫu nếu dùng phương pháp đo phổ huỳnh quang nguyên tử)

4 Bộ đơn sắc phát xạ: chọn chùm tia huỳnh quang

5 Bộ phận phát hiện (đầu dò/dedector): đo cường độ tia huỳnh quang

6 Bộ phận chỉ thị kết quả đo cường độ vạch huỳnh quang

7 Một số bộ phận khác:

+ Bộ đưa mẫu tự động – autosampler

+ Bộ khống chế nhiệt độ buồng mẫu – ổn nhiệt cell đo

+ Máy tính/máy in và phần mềm để điều khiển hoạt động của máy và xử lý số liệu đo, tính toán kết quả phân tích

Nguồn sáng phát ra ánh sáng ở bước sóng kích thích của chất phân tích có trong mẫu Ánh sáng trước khi truyền đến mẫu phải đi qua bộ phận đơn sắc kích thích, chỉ cho phép bước sóng nhất định trong phổ kích thích của chất phân tích đi qua, còn các bước sóng khác sẽ bị cản lại Ánh sáng từ bộ đơn sắc kích thích đi qua mẫu chứa trong các buồng đựng mẫu cuvette và kích hoạt chất phân tích Sau khi kích thích, chất phân tích hấp thụ và phát ra ánh sáng ở bước sóng phát xạ dài hơn bước sóng kích thích Ánh sáng phát xạ sẽ đi qua bộ lọc đơn sắc phát xạ ở vị trí góc bên phải so với ánh sáng kích thích Bộ đơn sắc phát xạ giảm thiểu tán xạ ánh sáng

và sẽ quét ánh sáng phát xạ trước khi đến được bộ phận phát hiện (detector)

Bộ phận phát hiện đo ánh sáng phát ra, hiển thị giá trị huỳnh quang và tạo ra các tín hiệu huỳnh quang của chất phân tích Giá trị huỳnh quang là tỷ lệ thuận với nồng độ của các chất phân tích trong mẫu

Salma M.Z Al-Kindy và cộng sự [25], năm 2015 đã phát triển phương pháp huỳnh quang để xác định nhanh nhôm Phương pháp này dựa trên sự hình thành của một phức giữa nhôm và N - ((2-hydroxynaphthalen-1-yl) methyl) acetyl hydrazide (HNMA) Phổ huỳnh quang của phức này được quan sát ở một bước sóng phát xạ là

450 nm, bước sóng kích thích là 385 nm Sự tạo thành phức tối ưu ở pH=6,0 Với các điều kiện tối ưu, đường chuẩn tuyến tính thu được trong khoảng từ 50 đến 800 ppb Giới hạn phát hiện là 9,2 ppb Độ lệch chuẩn tương đối tối đa của phương pháp cho mẫu chuẩn nhôm 200 ppb là 2,5% Những ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt và sự các ion khác được nghiên cứu Phương pháp này đã áp dụng thành công cho việc xác định ion nhôm trong mẫu nước

Như vậy, tổng quan tài liệu tham khảo cho thấy phương pháp phổ biến và phù hợp nhất để xác định nhôm trong mẫu là phương pháp GF-AAS, trong đó điều quan trọng nhất khi xây dựng phương pháp là lựa chọn chương trình lò phù hợp cũng như nghiên cứu chất phụ gia thêm vào để loại trừ ảnh hưởng của nền mẫu

1.4.5 Thực tế phân tích nhôm tại đơn vị

Trước đây, nhôm trong dung dịch thẩm phân máu đậm đặc được sản xuất bởi công ty TNHH B Braun Việt Nam được thử giới hạn bằng cách: Lấy một lượng

chế phẩm, điều chỉnh pH về 6, sau đó chiết bằng dung dịch 8-hydroxyquinolin trong cloroform Làm song song một mẫu chuẩn rồi đo cường độ huỳnh quang của dung dịch thử và dung dịch chuẩn Cường độ huỳnh quang của dung dịch thử không lớn hơn cường độ huỳnh quang của dung dịch chuẩn

Phương pháp này có ưu điểm là nhanh, chi phí thấp song phải sử dụng dung môi hữu cơ, và không phải là phương pháp định lượng nên luận văn này nghiên cứu phát triển phương pháp xác định nhôm sử dụng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử,

kỹ thuật không ngọn lửa nhằm xác định nhôm một cách định lượng để có thể phục

vụ cho các mục đích khác

CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục đích nghiên cứu

Luận văn đi vào giải quyết 2 mục tiêu chính:

- Xây dựng phương pháp phân tích nhôm trong dung dịch thẩm phân máu đậm đặc bằng quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS)

- Áp dụng quy trình phân tích mẫu thực tế tại đơn vị

2.2 Nội dung nghiên cứu

2.2.1 Tối ưu hóa điều kiện xác đinh nhôm bằng phương pháp GF- AAS

- Khảo sát độ rộng của khe đo;

- Khảo sát loại và nồng độ axit để pha nền;

- Khảo sát ảnh hưởng của nền mẫu;

Các thông số như bước sóng định lượng, cường độ dòng đèn chúng tôi không tiến hành khảo sát lại mà sử dụng giá trị khuyến cáo của nhà sản xuất

2.2.2 Tối ưu chương trình lò

- Khảo sát nhiệt độ sấy và thời gian sấy;

- Khảo sát nhiệt độ và thời gian tro hóa luyện mẫu;

- Khảo sát nhiệt độ và thời gian nguyên tử hóa

2.2.3 Khảo sát chất phụ gia để làm giảm ảnh hưởng của nền mẫu

2.2.4 Đánh giá, thẩm định phương pháp xác định nhôm bằng GF-AAS:

- Khoảng tuyến tính, giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng, độ lặp lại, độ

ổn định của phép đo

- Đánh giá thống kê của phép đo

+ Hiệu suất thu hồi (%) = 100 %

2

1

x C C

Trong đó: C1: Lượng nhôm biết trước (thêm vào)

C2: Lượng nhôm phát hiện được

-Độ lặp lại được đánh giá dựa trên các kết quả tính toán độ lệch chuẩn (SD)

và hệ số biến động (%RSD) theo các công thức:

+ Độ lệch chuẩn S:

+ Hệ số biến động:

%RSD =

Trong đó:

Ai: độ hấp thụ quang ghi đo được hoặc nồng độ thứ i

Atb: độ hấp thụ quang hoặc nồng độ trung bình

n: số lần đo

2.2.5 Ứng dụng phân tích mẫu thực tế

2.3 Dụng cụ và hóa chất

2.3.1 Hệ máy AAS

Các phân tích được tiến hành trên hệ máy Aanalyst 400, lò graphite HGA

900, bộ lấy mẫu tự động AS 800 của hãng Perkin Elmer Nguồn phát chùm sáng đơn sắc là đèn catot rỗng HCL Mẫu được đưa vào cuvet graphit để nguyên tử hóa

Khí trơ sử dụng là khí Argon, độ tinh khiết 5.5

(99.9995%)

Hình 2.1: Hệ máy Aanalyst A400 của hãng Perkin Elmer

2.3.3 Hóa chất

- Dung dịch gốc Al 1000ppm Merk, Đức;

- Các dung dịch làm việc Al được pha hàng ngày từ dung dịch gốc 1000 ppm

- Các hóa chất đạt tiêu chuẩn dược điển: NaCl, NaHCO3, Na2EDTA

- Các hóa chất tinh khiết cấp độ suprapure Mg(NO3)2, Pd(NO3)2, NH4NO3của hãng Merck, Đức

- Các hóa chất tinh khiết phân tích: axit HNO3 65% , axit HCl 37 % của hãng Merck, Đức

- Nước cất 2 lần

2.4 Chuẩn bị mẫu

Mẫu thành phẩm dung dịch thẩm phân máu đậm đặc được lấy vào bình nón nhựa có nắp Khi phân tích, pha loãng mẫu theo tỷ lệ thích hợp vào bình định mức nhựa

Hàm lượng nhôm trong mẫu đậm đặc được tính theo công thức:

C = c x F