Luận văn nghiên cứu việc sử dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF AAS) để phân tích (xác định) lượng vết crom trong mẫu sinh học

Nhằm mục đích phục vụ sức khỏe con người và bảo vệ môi trường, nhằm đóng gópcho chương trình nhà nước về nghiên cứu và điều tra điều kiện dinh dưỡng của người Việt nam, trong bản luận vă

MỞ ĐẦU

Xã hội ngày một phát triển, nhu cầu của con người ngày càng cao Sự tăng trưởngmạnh của nền kinh tế đã đưa nhu cầu của con người từ mong muốn “ăn no, mặc đủ” lên “ănngon, mặc đẹp” Vì thế nhu cầu về thực phẩm sạch, đảm bảo sức khỏe đã trở thành nhu cầuthiết yếu, cấp bách và được xã hội quan tâm hàng đầu Ở nước ta, sự bùng nổ dân số cùngvới tốc độ đô thị hoá, công nghiệp hoá nhanh chóng đã tạo ra một sức ép lớn tới môi trườngsống Việt Nam Vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm đối với nông sản nhất là rau xanh đang

Rau xanh là nguồn thực phẩm cần thiết và quan trọng không thể thiếu được trongmỗi bữa ăn hàng ngày, là nguồn cung cấp vitamin, khoáng chất, vi lượng, chất xơ, cho cơthể con người không thể thay thế được Ngoài ra, rau còn được dùng như một loại thuốcchữa các bệnh thông thường: nước rau má giúp giải nhiệt, rau ngải cứu giúp an thai, raudiếp cá dùng để hạ sốt, rau muống giúp cầm máu Tuy nhiên, hiện nay nhiều khu vực trồngrau đang có nguy cơ bị ô nhiễm do chất thải của các nhà máy, xí nghiệp cùng với việc sửdụng phân bón một cách thiếu khoa học dẫn đến một số loại rau có thể bị nhiễm các kimloại nặng, có ảnh hưởng đến sức khoẻ con người Các nguyên tố thuộc nhóm kim loại nặngnhư Cr, Pb, Cd gây độc hại đối với cơ thể con người tuỳ thuộc vào hàm lượng của chúng.Một số khác như Cu, Fe, Zn là những nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ thể con người.Tuy nhiên khi hàm lượng của chúng vượt quá ngưỡng cho phép chúng bắt đầu gây độc.Thời gian gần đây, vấn đề rau sạch đang là vấn đề nóng bỏng được nhiều cơ quan môitrường và Xã hội quan tâm: Theo báo Lao Động số 288 Ngày 12/12/2008 thì Trung bình33km2 mới có 1 điểm bán rau an toàn Theo Chi cục Bảo vệ thực vật Hà Nội, đến thời điểmnày, sản lượng rau an toàn của toàn thành phố hàng năm chỉ đáp ứng được gần 14% nhu cầurau xanh của người dân thủ đô Như thế, việc điều tra, đánh giá chất lượng rau sạch trở nên

vô cùng cấp thiết Một trong các chỉ tiêu dùng để đánh giá độ an toàn của thực phẩm nóichung và rau sạch nói riêng là chỉ tiêu về hàm lượng các kim loại nặng

Nhằm mục đích phục vụ sức khỏe con người và bảo vệ môi trường, nhằm đóng gópcho chương trình nhà nước về nghiên cứu và điều tra điều kiện dinh dưỡng của người Việt

nam, trong bản luận văn này chúng tôi nghiên cứu việc sử dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS) để phân tích (xác định) lượng vết crom trong mẫu sinh học.

Chương 1 - TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung về nguyên tố Crom.[18]

Crom là một nguyên tố thuộc phân nhóm VIB, chu kỳ 4 trong bảng hệ thống tuầnhoàn, có cấu hình lớp electron ngoài cùng: 3d5 4s1

Crom được ký hiệu là Cr, số thứ tự nguyên tử là 24, nguyên tử lượng Crom là 51,996đvC, Crom có số oxi hoá đặc trưng nhất là +3 và kém đặc trưng hơn là +6 Ngoài ra, tronghợp chất Crom còn có các số oxi hoá: +1; +2; +4; +5

Trữ lượng trong thiên nhiên của Crom là 6.10-3 % tổng số nguyên tử trong vỏ trái đất,nghĩa là tương đối phổ biến Khoáng vật chính của Crom là sắt cromit Fe(CrO2)2

Crom được sử dụng trong luyện kim, trong mạ điện hoặc trong nhuộm màu, thuộcda… Các hợp chất cromat thường thêm vào nước mặn để ức chế sự ăn mòn kim loại

Trong nước tự nhiên, Cr3+ tồn tại

ở dạng Cr(OH)2+, , còn Cr(IV) tồn tại ở dạng , và Người ta cho rằng Cr3+ tạo phức bền vớicác amin và nó được bám vào các khoáng sét Crom được coi là không cần thiết cho câytrồng nhưng lại là nguyên tố cần thiết cho động vật

Crom kim loại được điều chế bằng các phương pháp nhiệt nhôm, dùng bột nhôm khửCrom(III) oxit

Cr2O3 + 2Al = 2Cr + Al2O3

Crom thu được chứa 97,99% Cr và tạp chất sắt

1.2.Tính chất của Cr [ 9]

1.2.1 Tính chất vật lý:

Về mặt lý học, crom thể hiện rõ rệt tính chất kim loại Nó là kim loại màu trắng bạc

có ánh kim, dẫn điện và nhiệt tốt Crom tinh khiết dễ chế hoá cơ học nhưng khi lẫn tạp chấtthì trở nên cứng và giòn Vì vậy, kim loại Crom kỹ thuật rất cứng Việc đưa crom vào théplàm tăng độ cứng, độ bền nhiệt, độ bền ăn mòn, và độ bền hoá chất của các loại thép đặcbiệt Thép dụng cụ chứa 3% ÷ 4% Cr, thép không rỉ chứa 18% ÷ 25% Cr

Một số hằng số vật lý quan trọng của Cr:

 Nhiệt độ nóng chảy (Tnc): 1890oC



) OH (

Cr 2  4

CrO 2  7

2 O Cr

4Cr(rắn) + 3O2 = 2Cr2O3 ΔH = - 1141 KJ/mol

Tuy nhiên ở nhiệt độ cao, Crom

phản ứng với nhóm Halogen Thế điện cực tiêu chuẩn của Crom = - 0,91 (V) Crôm khửđược H+ trong các dung dịch HCl, H2SO4 loãng, nóng giải phóng H2

Cr + 2H+ = Cr2+ + H2

Crom bị thụ động trong axit HNO3 và H2SO4 đặc nguội Crom không tác dụng vớinước do có lớp oxit bảo vệ Crom tan được trong dung dịch kiềm

Cr + NaOH + H2O = NaCrO2 + 3/2 H2

Crom tác dụng với muối của những kim loại có thế tiêu chuẩn cao hơn tạo thànhmuối Cr(II)

Cr 2

E 

4CrCl2 + 4HCl + O2 = 4CrCl3 + 2H2O

Muối Cr(II) ít bị thuỷ phân =

-0,41 (V), các muối tan được trong nước cho iôn hiđrat hoá [Cr(H2O)6]2+ có màu xanh lam

Cr2O3 + 2KOH = 2KCrO2 + H2O

Cr2O3 + 6KHSO4 = Cr2(SO4)3 + 3K2SO4 + 3H2O

b Cr(III) hiđroxit:

Cr(OH)3 có tính chất giống với nhôm hiđrôxit, nó là kết tủa nhầy, màu lục nhạt,không tan trong nước và là chất lưỡng tính Khi mới điều chế Cr(III) hiđroxit tan dễ dàngtrong axit và dung dịch kiềm

Cr(OH)3 + 3H3O+ = [Cr(H2O)6]3+

Cr(OH)3 + + nH2O =

Tất cả những ion này được gọi chung là hiđroxo Cromit, nó luôn kém bền, khi đunnóng trong dung dịch đã phân huỷ tạo thành kết tủa Cr(OH)3 Sở dĩ như vậy là vì Cr(OH)3

có tính axit yếu hơn Al(OH)3

Cr(III) hiđrôxit tan không đáng kể trong dung dịch NH3 nhưng tan dễ dàng trongamoniac lỏng tạo thành phức hecxanano

4(H O))

OH(Cr

2CrCl3 + 10KOH + 3H2O2 = 2K2CrO4 + 6KCl + 8H2O

Do có bán kính bé và điện tích lớn, ion Cr3+ là một trong những chất tạo phức mạnhnhất, nó có thể tạo nên phức bền với hầu hết phối tử đã biết Tuy nhiên, độ bền của các phứcchất Cr(III) còn tuỳ thuộc vào bản chất của phối tử và cấu hình của phức chất

Trong dung dịch, Cr(III) clorua có thể kết hợp với clorua kim loại kiềm tạo nên phứcchất màu đỏ hồng

CrCl3 + 3KCl = K3[CrCl6]

Vì trạng thái oxi hoá trung gian, ion Cr3+ vừa có tính chất oxi hoá (trong môi trườngaxit), vừa có tính khử (trong môi trường bazơ)

Người ta đã biết nhiều các phức

số phối tử hai, ba, bốn nhân của Cr(III), trong đó có thể có các phân tử trung hòa NH3, NH2, − CH2 – CH2 – NH2, hoặc gốc axit , , ,

-1.2.3.3 Hợp chất Cr(VI)

Các hợp chất Cr(VI) có tính oxi hoá mạnh, là nguyên nhân và tác hại của Crom đốivới cơ thể

Crom(VI) oxit (CrO3) là chất oxi hoá mạnh, nó oxi hoá được I2, S, P, CO, C, HBr…

và nhiều chất hữu cơ khác, phản ứng thường gây nổ

Là anhiđrit axit, CrO3 dễ tan trong nước và dễ kết hợp với nước tạo thành axit, là axitcromic (H2CrO4) và axit poli cromic (H2Cr2O7, H2Cr2O10, H2Cr4O13)

Axit cromic và axit policromic là những axit rất độc với người, không bền, chỉ tồn tạitrong dung dịch nước Dung dịch axit cromic (H2CrO4) có màu vàng, dung dịch axitdicromic (H2Cr2O7) có màu da cam, màu của axit đậm dần tới màu đỏ khi số nguyên tử Crtrong phân tử tăng

 2 4

SO 2  4

2 O

C 2  4

SeO COO 

CH3

Trong nước thải mạ điện, Cr (VI)

có mặt ở dạng anion như Cromat (), đicromat () và tricromat () Tuỳ thuộc vào pH và nồng

độ crom mà Cr (VI) tồn tại với hằng số cân bằng sau:

1.3 Độc tính của Crom [ 9 ]

Với đặc tính lý hóa của Crom (bền ở nhiệt độ cao, khó oxi hóa, cứng và tạo màutốt)nên nó ngày càng được sử dụng rộng rãi Kết quả nghiên cứu cho thấy Cr(VI) chỉ mộtliều lượng nhỏ cũng là nguyên nhân gây tác hại nghề nghiệp Crom là kim loại được xếpvào nhóm có khả năng gây bệnh ung thư Crom tồn tại ở hai dạng số oxi hóa chính là +3 và+6, trong đó Cr(VI) độc hơn nhiều so với Cr(III) Nồng độ Crom trong nước sinh hoạtthường phải thấp hơn 0,05mg/l theo tiêu chuẩn của tổ chức y tế thế giới[9]

a Đối với cơ thể người

Crom(VI) hấp thu qua dạ dày, ruột nhiều hơn Crom (III) và có thể thấm qua màng tếbào, Cr(VI) dễ gây viêm loét da, xuất hiện mụn cơm, viêm gan, thủng vách ngăn giữa hai lámía, ung thu phổi

Crom xâm nhập vào cơ thể theo ba con đường : hô hấp, tiêu hóa và tiếp xúc trực tiếp.Qua nghiên cứu người ta thấy Crom có vai trò sinh học như chuyển hóa glucozơ, nhưng vớihàm lượng lớn có thể làm kết tủa Protein, các axit nucleic và ức chế hệ thống men Dù xâmnhập vào cơ thể theo bất kỳ đường nào Crom cũng hòa tan vào máu ở nồng độ 0,001mg/l

 2 4

CrO 2

 2 4

CrO 2  7

sau đó chuyển vào hồng cầu và hòa tan vào hồng cầu nhanh 10-20 lần, từ hồng cầu Cromchuyển vào các tổ chức phủ tạng, được giữ lại ở phổi, xương, thận, gan, phần còn lại chuyểnqua nước tiểu

Crom chủ yếu gây ra các bệnh ngoài da như loét da, loét thủng vách ngăn mũi, viêm

da tiếp xúc khi con người làm các công việc phải tiếp xúc,hít thở với Crom hoặc các hợpchất của Crom Crom còn kích thích niêm mạc sinh ngứa mũi, hắt hơi, chảy nước mũi, nướcmắt, niêm mạc mũi bị sưng đỏ và có tia máu, về sau có thể thủng vành mũi Nhiễm độcCrom có thể gây mụn, mụn cơm, viêm gan, viên thận, ung thư phổi, đau răng, tiêu hoá kém

Khi Crom xâm nhập qua đường hô hấp dễ dẫn đến bệnh viêm yết hầu, viêm phế quản

do niêm mạc bị kích thích Khi da tiếp xúc trực tiếp với dung dịch Crom (VI) dễ bị nổiphồng và loét sâu, có thể bị loét đến xương, nhiễm độc Crom lâu năm có thể bị ung thưphổi, ung thư gan

Crom (VI) là tác nhân oxi hoá mạnh gây độc cao đối với con người và động vật.Những công việc có thể gây nhiễm độc Crom như: luyện kim, sản xuất nến sáp, thuốcnhuộm, chất tẩy rửa, thuốc nổ, pháo, diêm, xi măng, đồ gốm, bột màu, thuỷ tinh, chế tạo ắcquy, mạ kẽm, mạ điện và mạ Crom

Tóm lại, hàm lượng lớn các kim loại nặng nói chung và Crom nói riêng nếu bị phơinhiễm đều ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người Chính vì vậy việc xác định hàmlượng Crom trong thực phẩm là cần thiết đối với con người Từ đó có biện pháp xử lý thíchhợp đảm bảo có thực phẩm sạch cho con người

b Đối với động, thực vật

Người ta khảo sát sự sống của cá chép bằng cách ngâm trứng cá sau khi thụ tinh vàotrong nước có chứa ion Cr6+ ở nồng độ 3,9 - 9,6 mmol/l với pH=7,8 nhận thấy Crom khôngảnh hưởng đến tỷ lệ nở trứng và tỷ lệ mắc bệnh tuỷ sống của cá Nhưng ở nồng độ 9,6mmol/l tại pH=6,3 thì giảm tỷ lệ trứng và tăng tỷ lệ tử vong

Nếu ngâm trứng cá trong nước ở nồng độ Crom là 3,9 mmol/l, pH= 7,8 thì làm tăng

sự kết dính của những tế bào tiết ra chất nhầy, giữ nguyên nồng độ thay đổi pH= 6,3 tỷ lệmắc bệnh tuỷ sống của cá tăng, mang và vây cá khô hơn, khả năng chịu rét kém hơn Nhưvậy tại pH= 7,8 tỷ lệ tử vong và mắc bệnh tuỷ sống là không đáng kể so với tại pH=6,3[9]

1.4.1 Phương pháp phân tích hóa học

Nhóm các phương pháp này dùng để xác định hàm lượng lớn (đa lượng) của cácchất, thông thường lớn hơn 0,05%, tức là mức độ miligram Các trang thiết bị và dụng cụcho các phương pháp này là đơn giản và không đắt tiền

1.4.1.1 Phương pháp phân tích trọng lượng

Phương pháp phân tích trọng lượng có độ chính xác tới 0,1% [11] Phương pháp nàydựa trên cơ sở hòa tan mẫu chứa nguyên tố cần xác định trong dung môi thích hợp, thêmlượng thuốc thử gấp 1,5 lần để kết tủa nguyên tố cần xác định, sau đó rửa rồi sấy, nung đếnkhối lượng không đổi Từ lượng cân kết tủa thu được sẽ tính được hàm lượng của chất phântích

Crom được xác định dưới dạng kết tủa cromat chì, cromat thủy ngân, cromat bari, vàCr2O3, nhưng thực tế thường dùng là kết tủa baricromat (BaCrO4)

1.4.1.2 Phương pháp phân tích thể tích

Phân tích thể tích là phương pháp phân tích định lượng dựa trên việc đo thể tích dungdịch chuẩn (đã biết chính xác nồng độ) cần dùng để phản ứng vừa đủ với chất cần xác định

có trong dung dịch phân tích

Phương pháp này được sử dụng rộng rãi để xác định crom khi hàm lượng lớn Phépchuẩn độ Cr6+ bằng Fe2+ là phương pháp thể tích được sử dụng rộng rãi nhất :

Nguyên tắc: Dựa trên sự đo thể tích dung dịch thuốc thử đã biết nồng độ chính xác(dung dịch chuẩn) được thêm vào dung dịch chất định phân để tác dụng đủ toàn bộ lượngchất định phân đó Thời điểm thêm lượng thuốc thử tác dụng với toàn bộ chất định phân gọi

là điểm tương đương Để nhận biết điểm tương đương, người ta dùng các chất gây ra hiệntượng có thể quan sát bằng mắt gọi là chất chỉ thị

Crom (VI) có thể xác định bằng cách chuẩn độ bằng dung dịch Fe(II) với chất chỉ thịđiphenylamin, trong phản ứng chuẩn độ này người ta dùng H3PO4 để che Fe(III) Phản ứngchuẩn độ là:

+ 6Fe2+ + 14H+ = 2Cr3+ +6Fe3+ + 7H2O

Ngoài ra Crom (VI) có thể xác

định bằng phương pháp chuẩn độ Iôt, dựa vào phương trình phản ứng: + 6 + 14H+ = 2Cr3+ +3I2 + 7H2O

Sau đó chuẩn lượng I2 tạo thành bằng dung dịch Na2S2O3 với chỉ thị hồ tinh bột Phảnứng chuẩn độ như sau:

I2 + 2Na2S2O3 = 2NaI + Na2S4O6

1.4.2 Các phương pháp phân tích công cụ

1.4.2.1 Phương pháp phân tích điện hóa [10]

1.4.2.1.1 Phương pháp cực phổ

Nguyên tắc: Người ta thay đổi liên tục và tuyến tính điện áp vào 2 cực để khử cáckim loại, do mỗi kim loại có thế khử khác nhau Thông qua chiều cao của đường cong Von -Ampe có thể định lượng được ion kim loại trong dung dịch ghi cực phổ Vì dòng giới hạn Igh

ở các điều kiện xác định tỉ lệ thuận với nồng độ ion trong dung dịch ghi cực phổ theophương trình :

I = k.C

Trong phương pháp phân tích này, người ta dùng điện cực giọt thuỷ ngân rơi là điệncực làm việc Để định lượng các chất có hoạt tính cực phổ, người ta thường dùng haiphương pháp : phương pháp đường chuẩn và phương pháp thêm chuẩn

 2 7

2 O Cr

 2 7

2 O

Cr I 

Tuy nhiên, phương pháp này cũng có những hạn chế như ảnh hưởng của dòng tụđiện, dòng cực đại

1.4.2.1.2 Phương pháp Von - Ampe hoà tan

Về bản chất, phương pháp Von - Ampe hoà tan cũng giống như phương pháp cựcphổ là dựa trên việc đo cường độ dòng để xác định nồng độ các chất trong dung dịch.Nguyên tắc gồm hai bước :

Bước 1 : Điện phân làm giàu chất cần phân tích trên bề mặt điện cực làm việc trongkhoảng thời gian xác định, tại thế điện cực xác định

Bước 2 : Hoà tan kết tủa đã được làm giàu bằng cách phân cực ngược điện cực làmviệc, đo và ghi dòng hoà tan Trên đường Von - Ampe hoà tan xuất hiện pic của nguyên tốcần phân tích Chiều cao pic là một hàm của nồng độ

M.Esteban [46] và các cộng sự đã nghiên cứu sử dụng phương pháp Von - Ampe đểxác định lượng vết các kim loại Cr, As, Hg, Cd, trên điện cực giọt thủy ngân (SMDE vàHMDE) Người ta đã kết hợp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) ngọn lửa hoặc lò graphit vàphương pháp Von - Ampe xác định crom Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử xác địnhcrom tổng và phương pháp von - ampe có khả năng phân biệt giữa Cr(tổng) và Cr(VI).Phương pháp này có giới hạn phát hiện là 5,2 ng/l, cho phép xác định Cr(VI) trong khoảngnồng độ từ 35μg/g [48].g/l đến 2mg/l

Tác giả Lê Lan Anh [1] và các cộng sự đã phân tích kim loại nặng Cr, Cd, Pb tronglương thực, thực phẩm bằng phương pháp Von - Ampe hoà tan trên điện cực màng thuỷngân và đưa ra nhận xét : phương pháp này có khả năng định lượng chính xác một số kimloại nặng là độc tố có độ nhạy, độ chính xác và tính chọn lọc cao

Dương Thị Tú Anh, [3] và các cộng sự đã nghiên cứu xác định một số dạng tồn tạicủa crom trong nước thải công nghiệp bằng phương pháp von - ampe hòa tan với hàm lượngcrom(μg/g [48].g/l) = 1,751 ± 0,038

Phương pháp Von - Ampe hoà tan có thể xác định được cả những chất không bị khử(hoặc oxi hoá) trên điện cực với độ nhạy khá cao 10-6 - 10-8 M Tuy nhiên, phương pháp nàycũng có nhược điểm : độ nhạy bị hạn chế bởi dòng dư

1.4.2.2 Nhóm các phương pháp phân tích quang học

1.4.2.2.1 Phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ phân tử (UV - Vis)

Phương pháp phân tích phổ hấp thụ phân tử ( phổ electron hay phổ UV - Vis) dựatrên việc đo phổ UV- Vis của những chất có khả năng hấp thụ năng lượng chùm sáng để tạo

ra phổ hấp thụ phân tử và những chất không có phổ UV - Vis thì cho tác dụng với thuốc thửthích hợp tạo ra hợp chất phức bền có khả năng hấp thụ tia bức xạ và cho phổ UV- Visnhạy Phương pháp này cho phép xác định nồng độ chất ở khoảng 10-5M đến 10-7M, là mộtphương pháp được sử dụng khá phổ biến

Để xác định Cr bằng phương pháp phổ hấp thụ phân tử, người ta cho Crom (VI) tácdụng với thuốc thử Diphenyl cacbazit (DPC) để tạo phức màu đỏ tía trong môi trường axitH2SO4

+ + 8H+ → + Cr3+ + H2O +

8H2O

(đỏ da cam) (đỏ tía)

Các tác giả [8] cho rằng phức tạo thành của Cr6+ với thuốc thử DPC trong môi trường

axit có độ hấp thụ cực đại ở bước sóng λmax = 540 nm (ε = 34200)

Giới hạn phát hiện của phép đo là 0,04ppm

Angelina M.Stoyanva xác định Cr(VI) bằng phương pháp trắc quang - xúc tác.Phương pháp này chủ yếu dựa trên hiệu ứng xúc tác của Cr(VI) đến phản ứng oxi hóa axitsunfanilic(SA) bởi H2O2 khi có mặt của p-Aminobenzoic axit( PABA) Sau đó đo độ hấpthụ quang tại bước sóng 360nm sau khi cho thuốc thử 15 phút Tác giả đã tìm điều kiện tối

ưu là nồng độ axit 4,0.10-3M, nồng độ H2O2 0,57 M; 1,0.10-3M PABA và dung dịch đệm axitacetic-boric axit-axit orthophosphoric (pH= 6,6) 0,04; nhiệt độ của phản ứng là 500C Độlệch chuẩn tương đối 2,9- 5,8%.[26]

 2 7

2 O Cr

2 H4L 

2

3 ( HL ) Cr

Nguyễn Văn Ly[15] và các cộng sự đã nghiên cứu xác định Cr(VI) bằng phươngpháp trắc quang - động học xúc trong các loại mẫu nước thải công nghiệp với hàm lượngCr(VI) từ 10- 100μg/g [48].g/l Giới hạn phát hiện của phép đo là 3,6ng/ml và giới hạn định lượng là10,8ng/ml.

Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử đơn giản, tiện lợi, độ nhạy tương đối caonên được sử dụng phổ biến để xác định các kim loại lượng nhỏ Tuy nhiên, nhược điểm củaphương pháp này là không chọn lọc, một thuốc thử có thể tạo phức với nhiều ion

1.4.2.2.2 Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử (AES)[14]

Trong điều kiện bình thường, nguyên tử không thu và cũng không phát ra nănglượng, nhưng nếu cung cấp năng lượng cho nguyên tử thì các nguyên tử sẽ chuyển lên trạngthái kích thích Trạng thái này không bền, nguyên tử chỉ tồn tại trong một thời gian cựcngắn 10-8s, chúng có xu hướng trở về trạng thái ban đầu bền vững và giải phóng ra nănglượng mà nó đã hấp thu dưới dạng bức xạ quang học Bức xạ này chính là phổ phát xạ củanguyên tử Các nguồn kích thích phổ phát xạ là ngọn lửa đèn khí, hồ quang điện dòng xoaychiều và một chiều, tia lửa điện, plasma cao tần cảm ứng(ICP)

Để phân tích một chất bằng phương pháp phổ phát xạ nguyên tử ta phải thực hiện cácbước sau:

- Trước hết phải dùng một nguồn năng lượng phù hợp để chuyển chất cần xác định Xthành hơi nguyên tử ( quá trình nguyên tử hóa mẫu)

- Tiếp theo dùng năng lượng kích thích nguyên tử để tạo ra bức xạ nguyên tử

- Dùng một hệ thống máy quang học (lăng kính hay cách tử) để phân ly chùm sángbức xạ thành các tia đơn sắc, ứng với mỗi tia đơn sắc là một vạch phổ, vì thế mà phổ nàyđược gọi là phổ phát xạ (phổ vạch của nguyên tử)

- Dựa vào vị trí các vạch phổ ta có thể phân tích định tính được các nguyên tố cótrong mẫu phân tích Nếu đo cường độ vạch phổ thì ta có thể xác định được hàm lượngnguyên tố cần phân tích

- Đặc biệt sự ra đời của nguồn năng lượng plasma cao tần cảm ứng (ICP) được ứngdụng trong phép phân tích AES từ khoảng 20 năm trở lại đây cho hiệu quả cao Ngày nay,phổ phát xạ ICP là một công cụ phân tích phục vụ đắc lực cho nghiên cứu và sản xuất với

(ETA-ICP-1.4.2.2.3 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)[14]

Khi chiếu một chùm tia sáng có bước sóng xác định ứng đúng với tia phát xạ nhạycủa nguyên tố cần nghiên cứu vào đám hơi nguyên tử tự do thì các nguyên tử tự do sẽ hấpthụ năng lượng của các tia chiếu vào và tạo ra phổ hấp thụ nguyên tử của nó Đo phổ này sẽxác định được nguyên tố cần phân tích Trong phương pháp phân tích quang phổ hấp thụnguyên tử thì quá trình chuyển hóa chất cần xác định thành hơi nguyên tử (quá trình nguyên

tử hóa mẫu) là quan trọng nhất Tùy thuộc vào kỹ thuật nguyên tử hóa mà ta có các phươngpháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử với độ nhạy khác nhau Với kỹ thuật nguyên tửhóa mẫu phân tích bằng kĩ thuật ngọn lửa, ta có phương pháp phân tích quang phổ hấp thụnguyên tử ngọn lửa (F-AAS) có độ nhạy cỡ 0,1ppm; Với kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu phântích trong cuvet graphit nhờ năng lượng nhiệt của dòng điện có công suất lớn, ta có phươngpháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS) có độ nhạy cao hơn

kĩ thuật ngọn lửa 50 - 1000 lần; cỡ 0,1 - 1ppb và sai số không vượt quá 15%

Thực tế cho thấy phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử có nhiều ưu việt như: độ nhạy,

độ chính xác cao, lượng mẫu tiêu thụ ít, tốc độ phân tích nhanh Với ưu điểm này, AASđược thế giới dùng làm phương pháp tiêu chuẩn để xác định lượng nhỏ và lượng vết cáckim loại trong nhiều đối tượng khác nhau như mẫu y học, sinh học và kiểm tra các hóa chất

có độ tinh khiết cao

Đã có nhiều công trình nghiên cứu và ứng dụng phương pháp GF-AAS xác định cáckim loại nặng trong nhiều đối tượng khác nhau

Lê Lan Anh [2] và các cộng sự nghiên cứu phân tích các dạng Cr, Cd, Pb trong đấttrồng bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử Hàm lượng Cd, Cr, Pb trong đất trồng rautại ba điểm nghiên cứu được ghi ở bảng sau:

Bảng 1.1- Hàm lượng Cd, Cr, Pb trong đất trồng rau

Hàmlượng(ppm)

Đất ruộngCầu Diễn

Đất ruộngĐông Anh

Đất ruộngThanh Liệt

J.C.Amiard [ 38] và các cộng sự đã ứng dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tửxác định lượng vết các nguyên tố Ag, Cd, Cr, Cu, Ni, trong mẫu sinh học (hào, tôm, cua).Hàm lượng Cr tìm được trong mẫu hào : 0,69 mg/kg; mẫu tôm: 2,4 mg/kg; mẫu cua: 4,5mg/kg

Elendinez, [31] và các cộng sự đã xác định Cr trong các mẫu thực phẩm ở Tây BanNha : hải sản, ngũ cốc, rau xanh, dầu oliu và sữa bằng phương pháp GF-AAS sau khi mẫuđược phân hủy trong môi trường axit HNO3 65% (Merck) Hàm lượng Crom dao động giữa

U.Tinggi,[56]và các cộng sự đã ứng dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử xácđịnh Mn và Cr trong mẫu thực phẩm.

J.Medina [39] và các cộng sự đã xác định Hg, Cd, Cr, Pb trong sinh vật biển bằngphương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa Với giới hạn phát hiện là 0,1 ppb vàgiới hạn định lượng là 0,9 ppb

1.4.2.2.4 Phương pháp phổ khối plasma cao tần cảm ứng ICP-MS[13]

Khi dẫn mẫu phân tích vào ngọn lửa plasma, trong điều kiện nhiệt độ cao củaplasma, các chất có trong mẫu khi đó sẽ bị hóa hơi, nguyên tử hóa và ion hóa tạo thành iondương có điện tích +1 và các electron tự do Thu và dẫn dòng ion đó vào thiết bị phân giảiphổ để phân chia chúng theo số khối (m/z) sẽ tạo ra phổ khối của nguyên tử chất cần phântích Sau đó, đánh giá định tính và định lượng phổ thu được

Tác giả Peter Heitland và Helmut D.Koster [50] ứng dụng phương pháp ICP-MS đểxác định lượng vết 30 nguyên tố Cu, Cr, Pb, Zn, Cd trong mẫu nước tiểu của trẻ em vàngười trưởng thành

Francesco Cubadda, [36] và các cộng sự đã nghiên cứu xác định crom trong mẫuthực phẩm bằng phương pháp ICP-MS

El bieta Skrzydlewska [30] và các cộng sự đã ứng dụng phương pháp ICP-MS để xácđịnh Cr, Cd, Pb trong mẫu thực phẩm

Kỹ thuật phân tích ICP-MS là một trong những kỹ thuật phân tích hiện đại Kỹ thuậtnày được nghiên cứu và phát triển rất mạnh trong những năm gần đây Với nhiều ưu điểmvượt trội, kỹ thuật ICP-MS được ứng dụng rất rộng rãi trong phân tích rất nhiều đối tượngkhác nhau đặc biệt là trong các lĩnh vực phân tích vết và siêu vết phục vụ nghiên cứu sảnxuất vật liệu bán dẫn, vật liệu hạt nhân, nghiên cứu địa chất và môi trường

1.4.3 Các phương pháp sắc ký [10,17]

Sắc ký là quá trình tách dựa trên sự phân bố liên tục các cấu tử chất phân tích lên haipha: một pha thường đứng yên, có khả năng hấp thu các chất phân tích gọi là pha tĩnh, mộtpha di chuyển qua pha tĩnh gọi là pha động; do các cấu tử chất phân tích có ái lực khácnhau với pha tĩnh, chúng di chuyển với tốc độ khác nhau và tách ra khỏi nhau

1.4.3.1 Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)

Sắc ký lỏng có lịch sử phát triển sớm, ban đầu phương pháp thực hiện ở áp suấtthường vì chất nhồi có kích thước lớn Cơ chế tách là sắc ký hấp thụ, sắc ký phân bố nhưng

do tốc độ phát triển nhanh của phương pháp, các chất nhồi khác nhau ngày càng được cảitiến, hiệu quả tách của cột cũng ngày càng được nâng cao Sắc ký lỏng hiệu năng cao baogồm nhiều phương pháp có đặc thù riêng, đó là sắc ký lỏng pha liên kết, sắc ký phân bốlỏng - lỏng, sắc ký trao đổi ion lỏng - rắn và sắc ký hấp thụ lỏng - rắn

Các tác giả Yoanna Shaofen Wang và Konghwa Chin đã tiến hành chiết đồng thờiCr(III) và Cr(VI) dựa trên phản ứng của chúng với amoni pyrrolidinedithiocarbamat Sau đóxác định Cr(III) và Cr(VI) bằng phương pháp HPLC với detector UV-Vis.[59]

Các tác giả khác [49] đã tiến hành tách các dạng Cr(III) và Cr(VI) khi làm giàu trênmạng lưới polisilicat Các tác giả đã tìm được điều kiện pH, lượng chất hấp thu, tốc độ dòngchảy để có thể tách định lượng Cr(III) và Cr(VI) Các tác giả đã nhận thấy Cr(III) bị hấp thuchọn lọc trên cột được cố định trên mạng lưới polisilicat Hệ số làm giàu đối với Cr(III) là

20 lần Sau khi tách, Cr(III) và Cr(VI) được xác định bằng phương pháp khối phổ plasmacao tần cảm ứng (ICP - MS) Hàm lượng Cr(III) tìm được là 11,5ng/g

Cũng bằng phương pháp HPLC/ICP-MS Kenneth R.Neubauer cùng các cộng sự đãxác định đồng thời Arsenic và Chromium trong nước biển[41]

Y Martínez-Bravo [58] và các cộng sự đã kết hợp phương pháp HPLC và phươngpháp ICP-MS để xác định As, Se, Cr(VI) trong nước

Tuy nhiên, khi sử dụng một phương pháp phân tích nào đó người ta phải tính đếnhiệu quả và tính kinh tế của phương pháp đó Các phương pháp như hấp thụ và phát xạnguyên tử, phương pháp điện hóa, phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao, FIA, tuy chokết quả phân tích có độ chính xác cao nhưng cần những trang thiết bị đắt tiền mà không phảiphòng thí nghiệm nào cũng có được

1.4.3.2 Phương pháp sắc ký trao đổi ion

Quá trình trao đổi trên cột được thực hiện gián đoạn qua 4 giai đoạn

- Giai đoạn 1: Hoạt hóa cột nhựa: Trong giai đoạn này đầu tiên các vật liệu hấp thuđược hoạt hóa bằng cách cho dung môi thích hợp chảy qua Nhiệm vụ của dung môi làmsonvat hóa các nhóm chức và bề mặt vật liệu hấp thu đồng thời loại bỏ không khí nếu cómặt trong cột Để cột nhựa hấp thu hoàn toàn và hiệu suất thu hồi cao thì không để cột bịkhô Khi cột bị khô nên tiến hành hoạt hóa lại từ đầu Trong quá trình hoạt hóa cột, nếu cầnthiết có thể bước làm sạch cột để loại bỏ các tạp chất

- Giai đoạn 2: Hấp thu: Ở giai đoạn này mẫu phân tích được chảy qua cột với tốc độthích hợp Chất cần phân tích được giữ lại trên cột còn các chất khác đi ra khỏi cột

- Giai đoạn 3: Rửa cột: Đây là bước loại bỏ các chất gây ảnh hưởng, trong khi vẫngiữ được chất cần phân tích hấp thu trên cột

- Giai đoạn 4: Rửa giải: Đây là bước giải hấp chất bị hấp thu ra khỏi cột bằng dungmôi thích hợp Nếu như trong quá trình hấp thu người ta phải lựa chọn nhựa sao cho ái lựcchiết với chất cần phân tích mạnh hơn dung dịch mẫu thì trong bước này phải lựa chọn dungmôi mà chất phân tích có ái lực với dung môi mạnh hơn với vật liệu hấp thụ, hoặc các chất

có khả năng phá vỡ tương tác giữa chất định phân và vật liệu hấp thu

Tác giả M.teresa Siles Cordero và các cộng sự đã nghiên cứu tách Cr(III) và Cr(VI)bằng phương pháp sắc ký trao đổi ion trong mẫu nước thải Sau khi tách, Cr(III) và Cr(VI)được xác định bằng phương pháp GF-AAS, với giới hạn phát hiện là 0,14 ng/ml(Cr(III)) và0,08 ng/ml (Cr(VI)) Khoảng tuyến tính tương ứng là 0,3 – 6 ng/ml và 0,4 – 8 ng/ml choCr(III) và Cr(VI)[49]

Các tác giả Filik H [34] đã tách và làm giàu Crom(III) trên nhựa Amberlite XAD-2với 5-palmitoyl-8-hydnoxyquinoline(oxim), thu được giới hạn phát hiện và giới hạn địnhlượng là 9,30 và 30,1nmol/l Lượng Crom tổng được xác định bằng cách khử Cr(VI) vềCr(III) bằng H2O2 trong môi trường axit, sau đó cho hấp thu trên nhựa và giải hấp được hàmlượng Crom tổng Lượng Cr(VI) được xác định lấy lượng Crom tổng trừ đi lượng Cr(III) đãbiết Lượng Cr(III) giải hấp ở dạng Cr(VI) và được xác định bằng phương pháp trắc quangvới thuốc thử DPC

1.5 Phương pháp xử lý mẫu phân tích [12]

Xử lý mẫu phân tích là quá trình hòa tan và phân hủy cấu trúc ban đầu của mẫu phântích, giải phóng và chuyển các chất cần xác định về dạng đồng thể phù hợp với phép đo đãchọn để xác định hàm lượng của chất mong muốn Mọi sai sót trong giai đoạn này đều lànguyên nhân tạo ra sai số cho kết quả phân tích như làm mất chất phân tích hay nhiễm bẩnthêm vào

Một số các kỹ thuật đã và đang được sử dụng trong phân tích như: kỹ thuật vô cơ hóaướt (xử lý ướt), kỹ thuật vô cơ hóa khô (xử lý khô), kỹ thuật vô cơ hóa khô và ướt kết hợp,các kỹ thuật chiết (chiết thông thường, chiết pha rắn, pha khí, siêu âm), các kỹ thuật sắc ký,các kỹ thuật chưng cất (chưng cất thông thường, chưng cất lôi cuốn, chưng cất áp suất thấp),

kỹ thuật thăng hoa lấy chất phân tích Song dù loại nào cũng cần phải đảm bảo yêu cầucủa phân tích Đó là:

- Đáp ứng yêu cầu của mức độ phân tích và cấp hàm lượng

- Phù hợp với mỗi loại mẫu, càng đơn giản thì càng tốt

- Không làm mất cũng như làm nhiễm bẩn chất phân tích

- Tính hiệu quả và độ lặp lại cao, có thể thực hiện cho hàng loạt

Tùy thuộc vào các điều kiện trang thiết bị, tùy thuộc vào đối tượng phân tích, tùythuộc vào mục tiêu phân tích mà ta có thể lựa chọn các loại trang thiết bị và phương pháp

xử lý mẫu cho phù hợp

Chương 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu

2.1.1 Đối tượng

Rau xanh là nguồn thực phẩm cần thiết và quan trọng không thể thiếu được trongmỗi bữa ăn hàng ngày, là nguồn cung cấp vitamin, khoáng chất, vi lượng, chất xơ, khôngthể thay thế được cho cơ thể con người Ngoài ra, rau còn được dùng như một loại thuốcchữa các bệnh thông thường: nước rau má giúp giải nhiệt, rau ngải cứu giúp an thai, raudiếp cá dùng để hạ sốt, rau muống giúp cầm máu Nhưng hiện nay do nhiều nguyên nhânkhác nhau mà chủ yếu là việc sử dụng phân bón hoá học, thuốc bảo vệ thực vật, thuốc trừsâu, diệt cỏ, tưới rau bằng nước thải của các nhà máy, khu công nghiệp đã dẫn đến sự ônhiễm nguồn đất, nguồn nước và bầu khí quyển Do đó rau xanh có thể bị nhiễm một số kimloại nặng như Cr, Sb, Pb, Hg, Mn, As và các vi sinh vật gây bệnh Nếu con người sử dụngphải sẽ bị ngộ độc có thể gây ra những căn bệnh hiểm nghèo như ung thư sẽ dẫn đến tửvong

Để đảm bảo an toàn thực phẩm thì việc kiểm tra đánh giá và khống chế hàm lượngcác kim loại nặng trong sản phẩm là rất cần thiết Nhằm đóng góp vào việc đánh giá chấtlượng một loại thực phẩm, bảo vệ sức khỏe con người, trong nghiên cứu này, chúng tôinghiên cứu xây dựng quy trình phân tích xác định hàm lượng một trong các kim loại độc hạitrong mẫu rau, đó là crom(Cr)

Có nhiều phương pháp để xác định hàm lượng các kim loại Tùy thuộc vào hàmlượng chất phân tích mà có thể sử dụng các phương pháp khác nhau Vì hàm lượng kim loạinặng trong thực phẩm rất nhỏ chỉ cỡ ppb nên việc áp dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên

tử không ngọn lửa (GF- AAS) rất phù hợp với đối tượng này Mặt khác phương pháp phântích quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa cho phép xác định lượng vết với độ chínhxác cao, kết quả phân tích ổn định, độ nhạy có thể đạt tới cỡ 0,1ppb; tốn ít mẫu và sai số nhỏ(<15%), có thể tiến hành phân tích hàng loạt nên chúng tôi sử dụng phương pháp này

2.1.2 Các nội dung nghiên cứu

 Khảo sát và chọn các điều kiện phân tích crom phù hợp như: vạch đo phổ nhạy củacrom, khe đo của máy phổ hấp thụ nguyên tử, cường độ dòng đèn catot rỗng, nhiệt

độ sấy mẫu, nhiệt độ tro hóa, luyện mẫu và nhiệt độ nguyên tử hóa mẫu

 Nghiên cứu lựa chọn chất cải biến hóa học thích hợp để tạo nền ổn định quá trình trohóa và nguyên tử hóa mẫu, loại trừ ảnh hưởng của nền mẫu với nguyên tố crom

 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến phép xác định crom bằng phương pháp quangphổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS)

 Khảo sát khoảng tuyến tính và xây dựng đường chuẩn

 Xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phép đo

 Đánh giá sai số và độ lặp lại của phương pháp

 Khảo sát điều kiện xử lý mẫu trong lò vi sóng

 Ứng dụng phương pháp xác định crom trong một số mẫu thực

2.2 Giới thiệu về kỹ thật xử lý mẫu trong lò vi sóng [20]

2.2.2 Cơ chế và các tác nhân phân hủy mẫu

Dưới tác dụng của axit và chất oxi hóa, các hạt (phần tử) mẫu bị phá hủy và hòa tan.Bên cạnh đó, tác nhân năng lượng nhiệt làm tan rã các hạt mẫu cùng với axit

Sự khuếch tán đối lưu, chuyển động nhiệt làm tan rã các hạt mẫu và làm cho chúng

2.3 Giới thiệu về phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa AAS)[14,20]

(GF-2.3.1 Nguyên tắc của phương pháp

Khi nguyên tử tồn tại tự do ở thể khí và ở trạng thái cơ bản, nguyên tử không thu hayphát năng lượng Song khi được kích thích bằng một chùm ánh sáng đơn sắc có năng lượngphù hợp, có bước sóng λ trùng với vạch phổ phát xạ đặc trưng của nguyên tố đó, thì chúng

sẽ hấp thụ năng lượng của tia sáng và sinh ra phổ hấp thụ nguyên tử của nó

Trên cơ sở sự xuất hiện của phổ hấp thụ nguyên tử, chúng ta thấy phổ hấp thụnguyên tử chỉ được sinh ra khi nguyên tử tồn tại ở trạng thái khí tự do và ở mức năng lượng

cơ bản Vì thế, muốn thực hiện được phép đo phổ hấp thụ nguyên tử của một nguyên tố, cầnthực hiện các quá trình sau:

- Chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn, dung dịch) thành trạng thái hơi

Đó là quá trình hóa hơi mẫu

- Nguyên tử hóa đám hơi đó, phân li các phân tử, tạo ra đám hơi nguyên tử tự do củacác nguyên tố cần phân tích trong mẫu để chúng có khả năng hấp thụ bức xạ đơn sắc Đámhơi này là môi trường hấp thụ bức xạ sinh phổ AAS Đây là giai đoạn quan trọng nhất vàquyết định đến kết quả của phép đo AAS

- Chiếu chùm sáng có bước sóng phù hợp với nguyên tố cần phân tích vào đám hơinguyên tử đó Khi đó, nguyên tử cần xác định trong đám hơi đó sẽ hấp thụ bức xạ, tạo raphổ hấp thụ của nó

- Nhờ một hệ thống máy quang phổ, người ta thu toàn bộ chùm sáng sau khi đi quamôi trường hấp thụ, phân ly chúng thành phổ và chọn một vạch phổ nhạy của nguyên tố cầnphân tích để hướng vào khe đo cường độ của nó Cường độ đó chính là tín hiệu hấp thụ củavạch phổ hấp thụ nguyên tử Trong một giới hạn nhất định của nồng độ, giá trị cường độnày phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ C của nguyên tố cần phân tích theo phương trình :

Aλ = k.CTrong đó: Aλ : cường độ của vạch phổ hấp thụ,

k : hằng số thực nghiệm,

C : nồng độ nguyên tố cần phân tích trong mẫu đo phổ

- Thu và ghi lại kết quả đo của cường độ vạch phổ hấp thụ

2.3.2 Hệ trang bị của phép đo AAS

Dựa vào nguyên tắc của phép đo, hệ thống trang thiết bị của máy phổ hấp thụ nguyên

tử gồm các phần sau:

Phần I : Nguồn phát chùm tia bức xạ đơn sắc của nguyên tố cần phân tích

- Đèn catot rỗng (Hollow Cathode Lamp - HCL)

- Đèn phóng điện không điện cực (Electrodeless Discharge Lamp - EDL)

- Đèn phát phổ liên tục đã biến điệu (D2 - Lamp hay Xe - Lamp)

Phần II : Hệ thống nguyên tử hoá mẫu phân tích

Kỹ thuật nguyên tử hoá không ngọn lửa: so với kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu bằngngọn lửa đèn khí, kỹ thuật này ra đời sau cùng với phép đo phổ hấp thụ nguyên tử khôngngọn lửa ( GF-AAS), nhưng lại có độ nhạy rất cao đạt đến 0,1ppb và hiện nay đang đượcứng dụng rất phổ biến Kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu không ngọn lửa là quá trình nguyên tửhoá mẫu tức khắc cuvet graphit chứa mẫu phân tích trong thời gian rất ngắn nhờ nguồn nănglượng của dòng điện có cường độ dòng rất cao (từ 50 đến 600A) và thế thấp (dưới 12V)trong môi trường khí trơ Quá trình nguyên tử hoá xảy ra theo các giai đoạn kế tiếp nhau:sấy khô, tro hoá luyện mẫu, nguyên tử hoá để đo phổ hấp thụ và cuối cùng là làm sạchcuvet Trong đó hai giai đoạn đầu là chuẩn bị cho giai đoạn nguyên tử hoá đạt kết quả tốt Ởgiai đoạn nguyên tử hoá mẫu, dưới tác dụng của nguồn năng lượng này, cuvet chứa mẫuphân tích sẽ được nung đỏ ngay tức khắc, mẫu sẽ được hoá hơi và nguyên tử hoá để tạo racác nguyên tử tự do ở trạng thái hơi có khả năng hấp thụ tia bức xạ đơn sắc tạo ra phổ hấpthụ nguyên tử của nó Kỹ thuật này có độ hấp thụ bức xạ đơn sắc tạo ra phổ hấp thụ nguyên

tử của nó Kỹ thuật này có độ nhạy rất cao, gấp hàng trăm có khi đến hàng nghìn lần phép

đo trong ngọn lửa mà lượng mẫu tiêu tốn ít ( mỗi lần 20- 50μg/g [48].L)

Phần III: Hệ quang học và detector dùng để thu, phân ly toàn bộ phổ của mẫu vàchọn vạch phổ hấp thụ cần đo hướng vào nhân quang điện để phát tín hiệu hấp thụ của vạchphổ

Phần IV: Hệ thống hiển thị kết quả đo theo nhiều cách khác nhau, từ đơn giản đếnphức tạp:

- Trang bị đơn giản gồm: các điện kế chỉ năng lượng hấp thụ của vạch phổ, các máy

tự ghi để ghi lại cường độ vạch phổ dưới dạng các pic trên băng giấy

- Trang bị hiện đại gồm: hệ thống bơm mẫu tự động (Auto Sampler), máy tính vàphần mềm chuyên dụng điều khiển mọi quá trình làm việc của phép đo và xử lý, chỉ hiện thịkết quả đo màn hình Tuy nhiên, loại trang bị này đắt tiền hơn

Phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử đã và đang được sử dụng rộngrãi trong nhiều ngành khoa học bởi nó có nhiều tính năng ưu việt:

- Độ nhạy và độ chọn lọc cao

- Không cần làm giàu nguyên tố cần xác định

- Các thao tác thực hiện đơn giản, dễ làm, có thể xác định đồng thời hay liên tiếpnhiều nguyên tố trong một mẫu Các kết quả phân tích ổn định, sai số nhỏ (sai số không quá15%)

2.4 Trang thiết bị, dụng cụ và hoá chất

2.4.1 Trang thiết bị

Để phục vụ cho quá trình xử lý mẫu sinh học, chúng tôi sử dụng lò vi sóng Q45Envioprep (Canada) Các thông số đặt vào lò có ba chế độ điều khiển theo công suất, theochương trình nhiệt độ, theo chương trình áp suất với áp suất tối đa có thể đặt vào là 200psi,nhiệt độ tối đa là 2000C, công suất tối đa khuyến cáo là 80% công suất của máy (1500)

Để xác định lượng vết Cr bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử khôngngọn lửa (GF-AAS), chúng tôi sử dụng hệ thống máy quang phổ hấp thụ và phát xạ nguyên

tử Model AA 6800 (hãng Shimadzu, Nhật) Nguồn tạo tia đơn sắc là đèn catot rỗng (HCL),lấy mẫu tự động ASC-6100 (hãng Shimadzu, Nhật), khí trơ được dùng là khí Ar (tinh khiết99,99%)

Hình 2.1 - Hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử Model AA 6800

Hình 2.2 - Bộ phận nguyên tử hoá chứa cuvet graphit

- Dung dịch chuẩn Cr(VI) cho AAS, Meck 1000mg/l.

- Dung dịch gốc các cation kim loại để nghiên cứu ảnh hưởng

Chương 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1.Tối ưu hóa các điều kiện xác định Crom bằng phương pháp GF-AAS

Đối với một quá trình phân tích muốn đạt kết quả tốt thì việc nghiên cứu tối ưu hóacác thông số đo phù hợp với phép phân tích định lượng một nguyên tố hóa học là một côngviệc hết sức cần thiết và quan trọng trong kỹ thuật AAS

Qua khảo sát sơ bộ, chúng tôi chọn những điều kiện sau để tiến hành tối ưu hóa cácthông số máy và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng:

Dung dịch Cr: 5,0 ppb trong HNO3 2%, chất cải biến hóa học (NH4)H2PO4 0,01% Thể tích mẫu hút mỗi lần: 20μg/g [48].l

Chế độ đo: đo độ hấp thụ quang tính theo chiều cao pic

3.1.1 Khảo sát chọn vạch đo

Mỗi nguyên tử của một nguyên tố hóa học chỉ có thể hấp thụ được bức xạ có bướcsóng đúng bằng bước sóng nó phát ra trong quá trình phát xạ Phổ hấp thụ của nguyên tố làphổ vạch Với một nguyên tố, những vạch phổ khác nhau thì độ hấp thụ khác nhau Việcchọn vạch đo không chỉ có ý nghĩa để tìm được vạch phổ có độ hấp thụ cao nhất mà cònphải phù hợp với mục đích nghiên cứu và tránh được vạch phổ của các nguyên tố khác gâyảnh hưởng

Crom có các vạch phổ dặc trưng là : 357,9nm và 359,3nm; 360,5nm

Kết quả khảo sát các vạch phổ đặc trưng của crom đối với dung dịch crom có nồng

độ 5,0ppb trong HNO3 2%, (NH4)H2PO4 0,01% được trình bày trong bảng 3.1:

Bảng 3.1 - Khảo sát chọn vạch đo phổ của crom

Kết quả khảo sát cho thấy tại vạch phổ Cr 357,9nm có độ chính xác và độ lặp lại caonhất Do đó, chúng tôi chọn vạch đo phổ của Cr là 357,9nm làm vạch phân tích

3.1.2 Khảo sát chọn cường độ dòng đèn catot rỗng (HCL)

Độ hấp thụ của vạch phổ nguyên tố phân tích phụ thuộc nhiều vào cường độ chùm tia

do đèn HCL phát ra Ta có thể thay đổi cường độ chùm tia phát xạ thông qua việc thay đổicường độ dòng điện làm việc của đèn Khi cường độ của dòng đèn HCL thấp, phép phântích sẽ có độ nhạy cao nhưng độ ổn định kém Ngược lại, khi cường độ dòng đèn cao thì độnhạy giảm, độ ổn định cao Mỗi đèn HCL đều có dòng điện giới hạn cực đại (Imax) riêngđược ghi trên vỏ đèn Lý thuyết và thực nghiệm cho thấy, sử dụng đèn với cường độ từ40%- 90% cường độ cực đại là tốt nhất

Do đó, phải chọn một giá trị cường độ dòng đèn tối ưu và duy trì trong suốt quá trìnhthực nghiệm

Với đèn HCL của Cr có Imax = 20mA, chúng tôi khảo sát cường độ dòng điện qua đèn

có giá trị từ 40% đến 90% giá trị của Imax với dung dịch Cr 5,0ppb trong HNO3 2%,(NH4)H2PO4 0,01% Kết quả khảo sát cường độ dòng đèn catốt rỗng được đưa ra ở trongbảng 3.2

Từ kết quả thực nghiệm ở bảng 3.2 cho thấy cường độ dòng đèn HCL bằng 10

mA (50% Imax) cho kết quả độ nhạy và độ ổn định cao Do đó, chúng tôi chọn cường độdòng đèn HCL là 10mA

3.1.3 Khảo sát chọn độ rộng khe đo (slit width)

Chùm tia phát xạ cộng hưởng của nguyên tố phân tích phát ra từ đèn catốt rỗng, saukhi đi qua môi trường hấp thụ sẽ được hướng vào khe đo của hệ thống đơn sắc Trong hệthống này, chùm tia sáng được chuẩn trực và phân ly, sau đó chỉ một vạch phổ cần đohướng vào khe đo của bộ đơn sắc Vạch phổ này tác dụng lên nhân quang điện sinh ra tínhiệu của cường độ vạch phổ hấp thụ Do đó, khe đo phải được chọn phù hợp cho từng vạchphổ sao cho tín hiệu đủ nhạy, đạt độ ổn định cao và lấy được toàn bộ pic phổ, loại bỏ được

sự chen lấn vạch phổ của các nguyên tố khác ở hai bên vạch phổ nghiến cứu

Đối với máy phổ hấp thụ nguyên tử Model AA 6800, chúng tôi khảo sát các khe đolà: 0,2; 0,5; và 1,0; 2,0 (nm)

Kết quả khảo sát độ rộng khe đo với dung dịch Cr 5,0 ppb trong HNO3 2%(NH4)H2PO4 0,01%, được đưa ra trong bảng 3.3:

Bảng 3.3 - Khảo sát độ rộng khe đo

3.1.4 Khảo sát các điều kiện nguyên tử hoá mẫu

Nguyên tử hoá mẫu là quá trình quan trọng nhất trong phép đo AAS, thực hiện khôngtốt quá trình này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả của phép đo

Quá trình nguyên tử hóa của kỹ thuật nguyên tử hoá không ngọn lửa xảy ra theo cácgiai đoạn sau : sấy mẫu, tro hoá luyện mẫu, nguyên tử hoá để đo độ hấp thụ, ngoài ra saucác giai đoạn này là làm sạch cuvet Hai giai đoạn đầu là chuẩn bị cho giai đoạn nguyên tửhoá đạt kết quả tốt

3.1.4.1 Khảo sát nhiệt độ sấy

Đây là giai đoạn đầu tiên của quá trình nguyên tử hoá mẫu Nó rất cần thiết để đảmbảo cho dung môi hoà tan mẫu bay hơi nhẹ nhàng và hoàn toàn, nhưng không làm bắn, mấtmẫu Nhiệt độ và thời gian sấy khô của mỗi loại mẫu phụ thuộc vào bản chất của các chất ởtrong mẫu và dung môi hoà tan của nó Nói chung nhiệt độ sấy khô phù hợp đối với đa sốcác mẫu vô cơ trong dung môi nước từ khoảng 1000C đến 1500C, trong thời gian 25 trong

40 giây, với lượng mẫu bơm vào nhỏ hơn 100μg/g [48].l Việc tăng nhiệt độ sấy ở nhiệt độ phòngđến nhiệt độ sấy mong muốn cần được thực hiện từ từ, với tốc độ gia nhiệt từ 50C/ giây ,đến 80C/giây là phù hợp, chúng tôi thực hiện quá trình sấy qua ba bước :

Bước 1: Nhiệt độ1500C trong 20 giây, nhiệt độ tăng tuyến tính theo thời gian; Bước 2: Nhiệt độ 2500C trong 10 giây, nhiệt độ tăng tuyến tính theo thời gian;

3.1.4.2 Khảo sát nhiệt độ tro hoá luyện mẫu

Đây là giai đoạn thứ hai của quá trình nguyên tử hoá mẫu Mục đích của giai đoạnnày là để tro hoá (đốt cháy) các hợp chất hữu cơ và mùn có trong mẫu sau khi đã sấy khô,đồng thời nung luyện mẫu ở một nhiệt độ thuận lợi cho giai đoạn nguyên tử hoá đạt hiệusuất cao và ổn định Nếu chọn nhiệt độ tro hoá quá cao, một số hợp chất có thể bị phân huỷmất trong giai đoạn này Mỗi nguyên tố đều có nhiệt độ tro hoá tới hạn, nếu tro hoá mẫu ởnhiệt độ cao hơn thì có thể làm mất chất phân tích do đó độ hấp thụ quang giảm và không

ổn định Tuy nhiên, cũng không nên tro hoá ở nhiệt độ quá thấp so với nhiệt độ giới hạn, vìnhư thế sẽ không tốt cho giai đoạn nguyên tử hoá tiếp theo

Thực nghiệm chỉ ra rằng, chỉ nên tro hoá mẫu ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ giới hạn

từ 30 - 500C hoặc cao nhất là đúng nhiệt độ giới hạn

3.1.4.3 Khảo sát nhiệt độ nguyên tử hoá mẫu

Đây là giai đoạn cuối cùng của quá trình nguyên tử hoá mẫu nhưng lại là giai đoạnquyết định cường độ của vạch phổ Giai đoạn này được thực hiện trong thời gian rất ngắn(3- 5 giây) nhưng tốc độ tăng nhiệt độ lại rất lớn (18000C - 28000C/giây) để đạt ngay tứckhắc đến nhiệt độ nguyên tử hoá và thực hiện phép đo cường độ vạch phổ Nhiệt độ nguyên

tử hoá của mỗi nguyên tố là rất khác nhau, đồng thời mỗi nguyên tố cũng có nhiệt độnguyên tử hoá tới hạn của nó Khi nguyên tử hóa mẫu ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nhiệt độtới hạn, độ hấp thụ của vạch phổ không tăng thêm mà kết quả đo thường không ổn định vànhanh hỏng cuvet

Kết quả khảo sát nhiệt độ nguyên tử hoá mẫu Cr 5,0ppb trong HNO3 2%,(NH4)H2PO4 0,01% được đưa ra ở bảng 3.5 và hình 3.4:

Bảng 3.5 - Khảo sát nhiệt độ nguyên tử hoá mẫu