ÔN tập môn PHÂN TÍCH môi TRƯỜNG

Câu 1. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ( nguyên lý, cấu tạo máy) ? kỹ thuật nguyên tử hóa ngọn lửa ; kỹ thuật hóa ko ngọn lửa? ứng dụng? nguyên nhân làm cho sự hấp thụ AS ko tuân theo định luật buger lambe – beer trong pp quang phổ hấp thụ nguyên tử ? a) Nguyên lí và thiết bị của phép đo quang phô hấp thụ nguyên tử (AAS). Cơ sở lí thuyết của phép đo AAS là sự hấp thụ năng lượng (bức xạ đớn sắc) của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi (khí) khi chiếu chùm tia bức xạ qua đám hơi của nguyên tố ấy trong môi trường hấp thụ. Vì vậy, muốn thực hiện được phép đo phổ hấp thụ nguyên tử cần phải có quá trình sau: Chọn các điều kiện và một loại thiết bị phù hợp đổi 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 nguyên tử hoá mẫu. Những thiết bị dể thực hiện quá trình này gọi là hệ thống nguyên tử hoá mẫu. Chiếu chùm tia sáng phát xạ của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi nguyên tử vừa điểu chế được ỏ trên. Các nguyên tử của nguyên tổ cần xác định trong đám hơi sẽ hấp thụ những tia bức xạ nhất định và tạo ra phổ hấp thụ của nó. Ớ đây, một phần cường độ của chùm sáng đã bị một loại nguyên tử hấp thụ và phụ thuộc vào nồng độ của nguyên tố trong mỏi trường hấp thụ. Nguồn cung cấp chùm tia sáng phát xạ của nguyên tố cần xác định gọi là nguồn bức xạ dơn sắc. Dựa trên nguyên tắc của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử nên dụng cụ dùng trong phương pháp này gồm có nhừng bộ phận chính như sau: nguồn sáng, bộ hấp t hụ, thiết bị quang học, thiết bị thu và ghi. Nguồn sáng: Nguồn sáng chính dùng trong phương pháp phân tích quang phổ hap thụ nguyên tử là các đèn catôt rỗng. Đèn này là bình hay ông hình trụ bằng thuỷ tinh cỏ các điện cực dùng để đốt nóng. Bình dược nạp đầy một khí trơ nào dó có áp suất thấp (agon, neon, heli, xenon...).để có vùng hức xạ tử ngoại, cửa ra của đèn được chế tạo bằng thạch anh hoặc thuỷ tinh đặc hiệt. Catot của đèn được chế tạo bằng một kim loại tinh khiết (hoặc bằng vật liệu khác) dưới dạng ông hình trụ mà mặt phía trong của nó được phủ bằng một chất có chứa nguyên lôcần xác đinh. Tính ổn định của đèn khi làm việc là yếu tô rất quan trọng, nỏ ảnh hưởng đến độ chính xác và độ nhạy của phương pháp phân tích. Tính ổn định dó được xác định bằng tính ôn định của nguồn duy trì khi làm việc, bằng đặc tính cấu trúc và những tính chất dặc thù của đèn. Tính ôn định của

ÔN TẬP MÔN PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG Câu 1 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ( nguyên lý, cấu tạo máy) ? kỹ thuật nguyên tử

hóa ngọn lửa ; kỹ thuật hóa ko ngọn lửa? ứng dụng? nguyên nhân làm cho sự hấp thụ AS ko tuân theo định luật buger- lambe – beer trong pp quang phổ hấp thụ nguyên tử ?

a) Nguyên lí và thiết bị của phép đo quang phô hấp thụ nguyên tử (AAS)

Cơ sở lí thuyết của phép đo AAS là sự hấp thụ năng lượng (bức xạ đớn sắc) của nguyên tử tự

do ở trạng thái hơi (khí) khi chiếu chùm tia bức xạ qua đám hơi của nguyên tố ấy trong môi trường hấp thụ Vì vậy, muốn thực hiện được phép đo phổ hấp thụ nguyên tử cần phải có quá trình sau:

- Chọn các điều kiện và một loại thiết bị phù hợp đổi 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 nguyên tử hoá mẫu Những thiết bị dể thực hiện quá trình này gọi là hệ thống nguyên tử hoá mẫu

- Chiếu chùm tia sáng phát xạ của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi nguyên tử vừa điểu chế được ỏ trên Các nguyên tử của nguyên tổ cần xác định trong đám hơi sẽ hấp thụ những tia bức xạ nhất định và tạo ra phổ hấp thụ của nó Ớ đây, một phần cường

độ của chùm sáng đã bị một loại nguyên tử hấp thụ và phụ thuộc vào nồng độ của nguyên tố trong mỏi trường hấp thụ Nguồn cung cấp chùm tia sáng phát xạ của nguyên tố cần xác định gọi là nguồn bức xạ dơn sắc

- Dựa trên nguyên tắc của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử nên dụng cụ dùng trong phương pháp này gồm có nhừng bộ phận chính như sau: nguồn sáng, bộ hấp t hụ, thiết

bị quang học, thiết bị thu và ghi

- Nguồn sáng: Nguồn sáng chính dùng trong phương pháp phân tích quang phổ hap thụ nguyên tử là các đèn catôt rỗng Đèn này là bình hay ông hình trụ bằng thuỷ tinh cỏ các điện cực dùng để đốt nóng Bình dược nạp đầy một khí trơ nào dó có áp suất thấp (agon, neon, heli, xenon ).để có vùng hức xạ tử ngoại, cửa ra của đèn được chế tạo bằng thạch anh hoặc thuỷ tinh đặc hiệt

Catot của đèn được chế tạo bằng một kim loại tinh khiết (hoặc bằng vật liệu khác) dưới dạng ông hình trụ mà mặt phía trong của nó được phủ bằng một chất có chứa nguyên lô"cần xác đinh

Tính ổn định của đèn khi làm việc là yếu tô" rất quan trọng, nỏ ảnh hưởng đến độ chính xác và độ nhạy của phương pháp phân tích Tính ổn định dó được xác định bằng tính ôn định của nguồn duy trì khi làm việc, bằng đặc tính cấu trúc và những tính chất dặc thù của đèn Tính ôn định của đèn khi làm việc đặc biệt có ý nghĩa trong trường hợp sử dụng thang rộng

Ngoài những loại đèn catôt rỗng trong thực tế phân tích người ta còn dùng các đèn không cực cao tần Đó là các bình bằng thạch anh hay bằng thuỷ tinh có dường kính

từ 10 mrn đến 20 mm, trong đó có đưa vào một kim loại tương ứng (hay hợp chất của

nó và một khí trơ (có áp suất vài mmHg) dùng để duy trì sự phóng điện trong đèn Sự

phóng điện trong đèn được sinh ra khi đặt nó vào trong một trường điện từ của máy phát có tần sô làm việc 100 - 2450 MHz Củng có thể sử dụng những nguồn phổ hấp thụ như là đèn hiđro, đèn xenon, dèn dơteri, nhưng các đèn đó còn chưa dược sử dụng rộng rãi trong phân tích quang phô hấp thụ nguyên tử

- Bộ hấp thụ: Bộ hấp thụ dùng để chuyển chất phân tích sang trạng thái rnà trong đó các chất cần xác định sẽ tồn tại dưới dạng những nguyên tử tự do, có khả năng hấp thụ ánh sáng của nguồn sáng bên ngoài Có thể dùng các loại đèn khí làm bộ hấp thụ Các khí thường dùng để đốt đèn là propan, butan, axetylen, hidro

Chất oxì hoá khi đốt cháy là oxi được sử dụng dưới dạng tinh khiết hoặc dưới dạng hỗn hợp với không khí và một vài loại khí khác

Đặc tính cơ bản của ngọn lửa là nhiệt độ và thành phẩn khí của nó, thành phẩn khí phụ thuộc vào dạng khí đôt và chất oxi hoá Nhiêt độ và thành phán khí của ngọn lửa xác định mức độ phân li của các hợp chât đưa vào và được tạo thành trong ngọn lửa Tuỳ thuộc vào tý lệ giữa cacbon và oxi, ngọn lửa sẽ có tính khử hay tính oxi hoá Ngọn lửa có tính khử khi tỷ lệ c > o2 có tính oxi hoá khi c < o2 và là trung hoà khi c = o2

Đặc tính của dung môi trong mẫu được đưa vào ngọn lửa có thế ảnh hương điến nhiệt

độ, thành phần khí và làm cho ngọn lửa có tính khử hoặc tính oxi hoá

Trong ngọn lửa, sự nguyên tử hoá các nguyên tố hoặc các hợp chất của chúng xây ra trong những điều kiện khác nhau, tuỳ thuộc vào hợp chất của nguyên tố ở dạng bền vững với nhiệt hoặc không bền đối nhiệt

Bộ phận phun và đèn là hai phần rất quan trọng của bộ hấp thu Chúng có tác dụng-quyết định đến độ nhạy và độ chính xác của phép phân tích Thiết bị phun dược dùng

để chuyển dung dịch phân tích thành trạng thái sol khí để đưa vào ngọn lửa

Đèn cũng giữ vai trò đáng kể trong việc xác định tính ổn định và vì vậy đèn cũng xác định cả độ nhạy và độ chính xác cùa phép phân tích Đèn thường có một khe liền hoặc có một số dãy các lỗ riêng biệt

Hiện nay người ta dã nghiên cứu thành công các pp nguyên tử hóa chất phân tích trong bộ phận hấp thụ, dó là phương pháp không dùng ngọn lửa và phương pháp kết hỢp (lò - ngọn lửa) Nhờ những phương pháp này mà độ nhạy tăng lên rất nhiều khi xác định một loạt các nguyên tố

+ Thiết bị quang học: Thiết bị này bao gồm, dụng cụ quang học (máy đơn sắc hay kính lọc) dùng dể tách các vạch phân tích của nguồn, các thấu kính, các màng chắn và các gương phụ đẽ dưa các chùm sáng từ nguồn qua bộ phận hấp thụ

+ Thiết bị thu và ghi: Thiết bị này gồm bộ ghi ảnh sáng hao gồm bộ nhân quang và các thiết bị điện để nuôi bộ khuếch đại dòng quang điện Bộ ghi có thể là thiếl bị đọc biểu kiến, thiết bị tự ghi hoặc thiết bị hiện số cùng các sơ đồ điện tương ứng cùa nguồn nuôi hay

là thiết bị để in

b) KI THUẬT NGUYÊN TỬ HOÁ KHÔNG NGỌN LỬA

Kĩ thuật nguyên tử hoá không ngọn lửa ra đòi sau kỹ thuật nguyên tử hoá trong ngọn lửa Nhưng ki thuật này phát triển rất nhanh và hiện được ứng dụng rất phô biến vì kĩ thuật này cung cấp cho phép đo AAS có độ nhạy rất cao có khi gấp hàng trăm đến hàng nghìn lần phép do trong ngọn lửa

Phép đo không ngọn lửa đòi hỏi một lương mẫu tương dối nhỏ Thông thườngng mỗi lần đo chỉ cần từ 20 dến 50 µl, do dó không cần nhiều mẫu phân tích, việc chuẩn bị mẫu cũng dễ dàng hơn

vể nguyên tắc kỹ thuật nguyên tử hoá không ngọn lửa là quá trình nguyên tư hóa tức khắc trong thời gian rất ngắn nhờ năng lựơng của dòng điện công suất lớn và trong môi trường khí trơ

Dụng cụ đê nguyên tử hoá theo kỹ thuật này gồm các nhóm chính như sau: các loại cuvet graphit; - Các loại vốc graphit: Các loại thuyền làm bàng kim loại chịu nhiệt như tali

Quá trinh nguyên tử hóa không ngọn lửa thường gồm 3 giai đoạn:

+) Sấy khô mẫu thường ở nhiệt dộ 100 - 150°c trong thời gian 20 đến 40 giây với lượng mẫu nhỏ hơn 100 µl- nhiệt tlộ và thòi gian sấy phụ thuộc vào bản chấtt của các chất ở trong mẫu và dung môi hòa tan

+) Tro hóa: Đốt cháy các chất hữu cơ và nung luyện mẫu ỏ nhiệt độ thuận lợi cho giai đoạn nguyên tử hóa - nhiệt độ tro hóa phụ thuộc vào bản chất của mỗi nguyên tô" và dạng hợp chất mà nguyên tô đó tồn tại nhiệt độ tro hóa thường thấp hơn nhiệt độ tro hóa giới hạn cùng nguyên tố từ 30 - 50°c ; thời gian tro hóa thường từ 20-60s cùng với lượng mẫu đưa vào cuvet nhỏ hơn 100 µl, trong đó một phần ba thời gian dùng đế nâng nhiệt độ từ nhiệt độ sấy đến nhiệt độ tro hóa đã đạt; hai phần ba thời gian dừng để luyện mẫu ở nhiệt độ tro hóa

dã chọn

+) Nguyên tứ hóa: là giai đoạn quyết đinh cường độ của vạch phổ Thời gian rất ngắn,

từ 3- 6 giây, đôi khi có thể đến 10 giây Tốc tốc độ tăng nhiệt dộ rấi lớn (1500 -2000°C/ giây) để đạt ngay tức khắc dến nhiệt độ nguyên ôn tử hóa

Nhiệt độ nguyên từ hỏa của mồi nguyên tô"phụ thuộc vào bản chất của nguyên tô, trạng thái

và thành phần của mẫu

Câu 3 Phương pháp sắc ký, quá trình sắc ký , sơ đồ đơn giản và hoạt động của máy sắc ký

lỏng hiệu năng cao ( sơ đồ, cơ chế hoạt động )?

ĐỊNH NGHĨA

• SK là một nhóm các pp hóa lý dùng để tách các thành phần của một hỗn hợp • Sự tách sk được dựa trên sự phân chia khác nhau vào hai pha luôn tiếp xúc và k hòa lẫn vào nhau: pha động và pha tĩnh

QUÁ TRÌNH SẮC KÝ GỒM 3 GIAI ĐOẠN

• GD 1: đưa hỗn hợp lên pha tĩnh, các chất sẽ được giữ trên pha tĩnh

• GD 2: – cho pha động chạy qua pha tinh với tốc độ khác nhau, các thành phần trong hỗn hợp sẽ tách khỏi nhau và có vị trí khác nhau tren pha tinh tạo thành sắc đồ sắc ký khai triển – Nếu tiếp tục cho pha động chạy qua thì các chất có thể lần lượt bị kéo ra ngoài pha tĩnh (ra khỏi cột)

• GD 3: các chất màu có thể phát hiện dễ dàng, các chất không màu có thể phát hiện bằng đèn tử ngoại hay bằng thuốc thử

Sơ đồ máy săc ký lỏng hiệu năng cao:

Sắc kí lỏng hiệu năng cao tức là sắc kí lỏng áp suất cao, lúc đầu nó chỉ bao hàm là dung áp suất cao để tiến hành phép phân tích Dùng từ hiệu năng cao ở đây bao hàm được tính ưu việt của phương pháp.

 Cột sắc ký: Trong sắc ký lỏng hiệu năng cao, cột sắc kí thường được chế tạo bằng thép không rỉ, có đường kính trong 2 đến 6mm và chiều dài 10-25 cm, mặt trong phải được đánh bong

 Cột được nạp các chất hấp phụ với các hạt có kích thước 3.5-10 m, thường có dạng hình cầu Để nạp chất hấp phụ vào cột người ta phải bơm chất hấp phụ ở dạng huyền phù trong dung môi chọn trước với áp suất khoảng 80MPa

 Những loại cột dạng này có khả năng tách rất cao (40 đến 150000 đĩa lý thuyết cho 1m cột) gấp 100 lần loại cột mở bình thường.

 Gồm có 2 phần chính:

• Phần đầu vào cấp pha động có thành phần mong muốn và mẫu phân tích

• Phần tách, là phần trung tâm của của phép sắc ký bao gồm cột tách, đôi khi có các cột phụ trợ khác

 Dung dịch rửa giải thường được chứa trong 4 bình chứa,thường bao gồm nước cất, các dung môi tinh khiết có thể là methanol, acetonitril, tetrahydrofuran hoặc các dung dịch đệm khác nhau, khi vận hành các van trong đó sẽ đóng mở theo chương trình để cấp dung dịch rửa giải có nồng độ phù hợp.

Câu 4 Xác định các thành phần hóa học của nước: cu, pd, zn, Cr, As bằng pp so màu VÀ quang phổ hấp thụ nguyên tử , nội dung :nguyên lý trình tự , giải thích các hiện tượng của các pp ?

a Xác định đồng : để xác định đồng người ta thường dùng phương pháp trắc quang với dietyldithiocacsbamat (DDC)

Phản ứng giữa Cu2+ với Pd- DDC xảy ra tại giá trị PH= 1-1.5 trong trường hợp này cùng với Bi, Hg, Ag tham gia phản ứng các yếu tố khác không tham gia phản ứng nên pp này có

độ chọn lọc cao Hg, Ag ko gây cản trở vì phức của chúng ko màu Bitmut ( Bi) chỉ gây cản trở khi nồng độ của chúng trên 30 microgam/l nếu Bi vượt quá giới hạn thì cần phải lắc phức ddc với 25ml Hcl 5M trong 5 phút khi đó Bi- DDC bị phân hủy còn Cu- DDC ko bị phân hủy

Khi trong mẫu có Cu- xianua thì cần phải phá hủy phức đó bằng cách thêm 0,25 ml H2S04 ( 1:1), 5ml HNO3 đặm đặc vào 200- 250ml mẫu, cho mẫu vào cốc chụi nhiệt rồi đặt lên bếp, làm bay hơi dung dịch cho đến khi gần cạn khô ( quá trình này cần tiến hành trong tủ hút)

Để nguội cho thêm 1ml Hcl vào để bay hơi cho đến khô , để nguội thêm vào nước cất hai lần , dun nóng dung dịch đến sôi để hòa hết lượng muối rắn, lọc và chuyển toàn bộ dung dịch thu được vào bình định mức thích hợp, định mức nước cất hai lần và giữ lấy để phân tích

- Trình tự phân tích: lấy một thể tích nước cần phân tích để trong mẫu chứa khoảng 2-6 microgam Cu/l, cho vào phiễu chiết dung tích 200-500ml pha loãng mẫu nước nếu cần đến 100ml cho thêm 5 giọt Hcl ( 1;1) từ buret thêm vào một Cách chính xác 10

ml Pd-DDC trong toluen cẩn thận đậy nắp chiết lại và lắc trong 2 phút giữ yên

phiễu chiết để cho hai tường phân lớp, tách bỏ phần tường nước phía dưới, phần tường Cu- DDC hữu cơ có màu vàng được chuyển vào cuvet và tiến hành so màu tại bước sóng 430nm