XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH NHANH DƯ LƯỢNG THUỐC TRỪ SÂU PHENTHOATE TRONG RAU BẰNG CỰC PHỔ SÓNG VUÔNG QUÉT NHANH TRÊN CỰC GIỌT CHẬM

Giá trị thế ứng với ½ chiều cao của sóng cực phổ gọi là thế bán sóng E1/2, đặc trưng cho từng chất phân tích trong một loại dung dịch điện ly nền đã chọn, được dùng cho mục đích định tín

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH NHANH DƯ LƯỢNG THUỐC TRỪ SÂU PHENTHOATE TRONG RAU BẰNG CỰC PHỔ SÓNG VUÔNG QUÉT NHANH TRÊN CỰC GIỌT CHẬM

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THANH SƠN Ngành: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Niên khóa: 2005-2009

Tháng 08 năm 2009

XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH NHANH DƯ LƯỢNG THUỐC TRỪ SÂU PHENTHOATE TRONG RAU BẰNG CỰC PHỔ SÓNG VUÔNG

QUÉT NHANH TRÊN CỰC GIỌT CHẬM

Tác giả

NGUYỄN THANH SƠN

Kháo luận tốt nghiệp được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư nghành Công

Nghệ Hóa Học

Giáo viên hướng dẫn:

TS Phan Phước Hiền

TS Nguyễn Trọng Giao

TS Cù Thành Sơn

Tháng 08 năm 2009

i

CẢM TẠ

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô bộ môn Công nghệ hóa học trường Đại học Nông Lâm TpHCM đã giảng dạy em trong suốt quá trình học tập

Em xin chân thành cảm ơn:

• Tiến sĩ Phan Phước Hiền, trưởng phòng Phân tích hóa lý, Viện nghiên cứu công nghệ sinh học và môi trường, trường đại học Nông Lâm TpHCM

• Tiến sĩ Nguyễn Trọng Giao, chuyên viên khoa học cao cấp Trung tâm Nhiệt đới Việt–Nga, Chi nhánh phía Nam TpHCM

• Tiến sĩ Cù Thành Sơn, phó phòng phân tích hóa lý, viện vật liệu ứng dụng, thuộc Viện khoa học công nghệ Việt Nam, chi nhánh phía nam, TpHCM

đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình thực hiện luận văn này

Tp Hồ Chí Minh, tháng 08/2009

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thanh Sơn

ii

TÓM TẮT

Đề tài nghiên cứu “ Xây dựng quy trình phân tích nhanh dư lượng thuốc trừ sâu phenthoate trong rau bằng cực phổ sóng vuông quét nhanh trên cực giọt chậm” được tiến hành tại phòng phân tích hóa lý, viện vật liệu ứng dụng, thuộc Viện khoa học công nghệ Việt Nam, chi nhánh phía nam, Tp Hồ Chí Minh, thời gian từ đầu tháng 3 năm 2009 đến cuối tháng 8 năm 2009

Tôi đã tiến hành khỏa sát các loại dung dịch nền thích hợp cho phân tích phenthoate, khảo sát tối ưu các thông số chạy máy như: mode đo PSA–F, mode đo SQW_F, Vstep , Vpulse , Tdrop Velectrolize , Telectrolize, Tstabilize trên máy phân tích nhanh Analyzer SQF-505., Xây dựng quy trình xử lý mẫu với dung môi chiết thích hợp

Qua quá trình khảo sát thực tế kết quả đã thu được như sau: phenthoate cho phổ sóng ở giá trị điện thế dao động trong khoảng từ -504 mV đến -520 mV ( đối với moade đo PSA_F) so với điện cực Ag/AgCl/KCl trong dung dịch nền amoni acetat 0,1

M pH 7 Với các thông số chạy máy như sau: Mode = PSA-F, Vstart = 0 mV, Vstop =

-1000 mV, Vstep = 10mV, Vpulse = 40 mV, Tdrop = 5000 ms, Velectrolize= 300 mV, Telectrolize

= 6s, Tstabilize =1 s Xây dựng được quy trình xử lý mẫu với dung môi chiết là acetonitril hiệu suất thu hồi đạt 88,83 %

iii

MỤC LỤC

trang

Trang tựa i

Cảm tạ ii

Tóm tắt iii

Mục lục iv

Danh sách các chữ viết tắt viii

Danh sách các bảng ix

Danh sách các hình x

Chương 1 MỞ ĐẦU 1U 1.1Đặt vấn đề 1

1.2Mục đích đề tài 2

1.3Nội dung đề tài 2

1.4Yêu cầu 3

Chương 2 TỔNG QUAN 4

2.1 Khái niệm về thuốc bảo vệ thực vật 4

2.1.1 Phenthoate .4

2.1.2 Tính chất vật lý 5

2.1.3 Độc tính phenthoate 5

2.1.4 Chuyển hóa sinh học của phenthoate 5

2.2 Các phương pháp phân tích phenthoate 6

2.2.1 Phương pháp sắc ký 6

2.2.2 Phương pháp test nhanh 6

2.3Tổng quan về kỹ thuật phân tích điện hóa Voltammetry 7

2.3.1 Phương pháp cực phổ cổ điển .7

2.3.1.1 Lịch sử và nguyên tắc của phương pháp cực phổ cổ điển 7

2.3.1.2 Phương trình Ilkovich 8

2.3.1.3 Thế bán sóng 9

2.3.1.4 Nền cực phổ 9

2.3.1.5 Ưu nhược điểm của phương pháp cực phổ cổ điển 10

2.3.2 Phương pháp phân tích cực phổ xung thường 11

iv

2.3.3 Phương pháp cực phổ xung vi phân 12

2.3.4 Phương pháp cực phổ sóng vuông 13

2.3.5 Kỹ thuật stripping 14

2.3.5.1 Stripping anod 15

2.3.5.2 Stripping catod 16

2.3.6 Phép phân tích cực phổ các chất vô cơ 16

2.3.7 Phép phân tích cực phổ các chất hữu cơ .17

2.3.7.1 Ảnh hưởng của pH lên các cực phổ đồ 17

2.3.7.2 Các dung môi dùng trong phép đo cực phổ các chất hữu cơ 18

2.3.7.3 Tính không thuận nghịch của các phản ứng điện cực 18

2.3.7.4 Các nhóm chức hoạt động phản ứng .19

Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20U 3.1 Hóa chất và vật liệu 20

3.2 Thiết bị 20

3.3 Phương pháp nghiên cứu 21

3.3.1 Sơ đồ nghiên cứu 21

3.3.2 Khảo sát khả năng phân tích phenthoate bằng phương pháp sóng vuông quét nhanh trên cực giọt chậm 21

3.3.2.1 Khảo sát và lựa chọn dung dịch nền 21

a) Khảo sát và lựa chọn loại dung dịch nền 22

b) Khảo sát nồng độ dung dịch nền 22

c) Khảo sát pH của dung dịch nền 22

3.3.2.2 Khảo sát các thông số chạy máy mode SQW_F: 23

a) Khảo sát chiều quét thế 23

b) Khảo sát bước thế Vstep 23

c) Khảo sát biên độ xung Vpulse 23

d) Khảo sát thời điểm quét thế Tdrop 23

3.3.2.3 Khảo sát các thông số chạy máy mode SA_F 23

a) Khảo sát thế tích góp Velectrolize 24

b) Khảo sát thời gian tích góp Telectrolize 24

c) So sánh mode đo SQW-F và mode đo PSA-F 24

v

3.3.2.4 Xây dựng đường chuẩn phenthoate 24

3.3.3 Quy trình phân tích mẫu 24

3.3.3.1 Sơ đồ quy trình phân tích mẫu 25

3.3.3.2 Phân tích mẫu với các dung môi chiết khác nhau 26

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27

4.1 Kết quả khảo sát khả năng phân tích phenthoate bằng phương pháp sóng vuông quét nhanh trên cực giọt châm 27

4.1.1 Kết quả khảo sát và lựa chọn dung dịch nền 27

4.1.1.1 Ảnh hưởng bản chất của dung dich nền: 27

4.1.1.2 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch nền: 29

4.1.1.3 Ảnh hưởng pH dung dịch nền 30

4.1.2 Kết quả khảo sát thông số chạy máy mode SQW_F 32

4.1.2.1 Ảnh hưởng của chiều quét thế 32

4.1.2.2 Ảnh hưởng của bước thế Vstep 33

4.1.2.3 Ảnh hưởng của biên độ xung Vpulse 34

4.1.2.4 Ảnh hưởng thời điểm quét thế Tdrop 36

4.1.3 Kết quả khảo sát thông số chạy máy ở chế độ mode PSA_F 38

4.1.3.1 Ảnh hưởng của thế tích góp Velectrolize 38

4.1.3.2 Ảnh hưởng của thời gian tích góp Telectrolize 39

4.1.3.2 Kết quả so sánh mode đo khác nhau: 40

4.1.4 Xây dựng đường chuẩn phenthoate 41

4.2 Quy trình phân tích mẫu: 42

4.2.1 Kết quả phân tích mẫu với dung môi chiết khác nhau 42

a) Với dung môi ethanol 42

b) Với dung môi acetone 43

c) Với dung môi acetonitril 44

4.2.2 Kết luận quy trình phân tích mẫu 45

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 46

5.1 Kết luận 46

5.2Đề nghị 46

Tài liệu tham khảo 48

vi

Phụ lục 51Phụ lục 1: Kết quả xác định dư lượng phenhtoate trong rau bằng sắc ký khí đầu dò Nito Photpho (GC/NPD) 51Phụ lục 2:Thế bán sóng của một số hợp chất hữu cơ 52Phụ lục 3 Giới thiệu về máy phân tích Analyzer SQF 505 54

vii

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BVTV: Thuốc bảo vệ thực vệ

NN&PTNT: nông nghiệp và phát triển nông thôn

IUPAC: The International Union of Pure and Applied Chemistry

LD50: Lethal Dose 50%

GC: Gas Chromatography

GC/MS: Gas Chromatography/Mass Spectrometry

GC/NPD: Gas Chromatography/Nitrogen-Phosphorus Detector

ADI :Acceptable Daily Intake

MRL : Maximum Residue Level

LoD : Limit of determination

PHI: Preharvest interval

viii

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Trang

Bảng 4.1 : Phổ sóng phenthoate trong dung dịch nền khác nhau 28

Bảng 4.2: Phổ của phenthoate với nồng khác nhau của nền CH3COONH4 29

Bảng 4.3: Phổ sóng phenthoate trong nền CH3COONH4 ở pH khác nhau 31

Bảng 4.4: Phổ của phenthoate với chiều quét khác nhau 33

Bảng 4.5: Phổ của phenthoate với bước thế khác nhau 34

Bảng 4.6: Phổ của phenthoate với biên độ xung khác nhau 36

Bảng 4.7: Phổ của phenthoate với thời điểm quét thế khác nhau 37

Bảng 4.8: Phổ của phenthoate với thế tích góp khác nhau 38

Bảng 4.9: Phổ của phenthoate với thời gian tích góp khác nhau 40

Bảng 4.10: Phổ của phenthoate với mode đo khác nhau 41

ix

DANH SÁCH CÁC HÌNH

trang

Hình 2.1: Sự chuyển hóa của phethoate trong cơ thể động vật 6

Hình 2.2: Cách đặt thế và phổ của cực phổ cổ điển 8

Hình 2.3: Sơ đồ thế theo thời gian của cực phổ xung thường 11

Hình 2.4: Sơ đồ đặt thế theo thời gian của cực phổ xung vi phân 12

Hình 2.5 Quá trình phát tín hiệu kích thích của cực phổ sóng vuông 14

Hình 2.6: Cách đặt thế và phổ của kỹ thuật stripping 15

Hình 4.1: Phổ của phenthoate trên các loại nền khác nhau 28

Hình 4.2: Phổ của phenthoate với nồng khác nhau của nền CH3COONH4 29

Hình 4.3: Đồ thị mối quan hệ giữa nồng độ và cường độ dòng 30

Hình 4.4 : Phổ của phenthoate với pH nhau trên nền CH3COONH4 0,1 M 30

Hình 4.5: Đồ thị mối quan hệ giữa pH của dung dịch nền và cường độ 31

Hình 4.6: Phổ của phenthoate với chiều quét khác nhau 32

Hình 4.7: Phổ của phenthoate với bước thế Vstep khác nhau 33

Hình 4.8: Đồ thị quan hệ giữa cường độ và bước thế 34

Hình 4.9: Phổ của phenthoate với biên độ xung Vpulse khác nhau 35

Hình 4.10: Đồ thị quan hệ giữa cường độ và biên độ xung 35

Hình 4.11: Phổ của phenthoate với thời điểm quét thế Tdrop khác nhau 36

Hình 4.12: Đồ thị quan hệ giữa cường độ và thời điểm quét thế 37

Hình 4.13: Phổ của phenthoate với thế tích góp khác nhau 38

Hình 4.14: Phổ của phenthoate với thời gian tích góp khác nhau 39

Hình 4.15: Phổ của phenthoate với mode đo khác nhau 40

Hình 4.16: Sóng phổ phenthoate theo nồng độ và đường chuẩn ở mode đo PSA–F dựng từ máy Analyzer SQF–505 41

Hình 4.17: Phân tích mẫu với dung môi chiết ethanol 42

Hình 4.18 : Phân tích mẫu với dung môi chiết acetone 43

Hình 4.19: Phân tích mẫu với dung môi chiết acetonitril 44

x

Tại Việt Nam, trước năm 1985 khối lượng thuốc bảo vệ thực vật dùng là 6.500 - 9.000 tấn, lượng sử dụng bình quân là 0,30 kg a.i/ha, đến nay lượng thuốc bảo vệ thực vật khoảng 33.000 tấn và 1,04kg a.i/ha

Ông Bùi Bá Bổng, thứ trưởng Bộ NN&PTNT cho biết: Kết quả điều tra về sự tồn dư hoá chất vi sinh vật và kim loại nặng trong một số loại nông sản ở nước ta từ năm 2001 đến nay đã ở mức nghiêm trọng Thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) tìm thấy dư lượng trong các loại rau ăn lá và ăn quả chiếm đến 70% số mẫu Một số loại phân hữu

cơ và hoá chất cấm sử dụng vẫn tìm thấy trên các mẫu rau như; rau cải, muống, cải bắp, đậu đỏ, dưa chuột, cà chua…Tồn dư thuốc BVTV ở quả cũng rất đáng lo ngại Cụ thể, mẫu nho có dư lượng vượt mức cho phép 20% Cam Hà Giang 1%- 10% Đặc biệt, tỷ lệ quả lê, táo (nhập từ Trung Quốc) đã tìm thấy dư lượng thuốc bảo quản vượt quá mức cho phép gần 50% [22]

Trước tình đó vấn đề đặt ra là làm sao để phân tích phát hiện nhanh dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trên rau quả ở các chợ đầu mối là một vấn đề hết sức cấp bách, cũng như nhận định của ông Nguyễn Quang Định, Phó chi cục trưởng Chi cục Bảo vệ thực vật TpHCM, liên quan đến sự cần thiết phải có dụng cụ kiểm tra nhanh để phát

1

hiện các hóa chất độc hại “Mỗi đêm, ba chợ đầu mối ở TpHCM tiếp nhận khoảng 4.000 tấn rau củ quả nhưng chi cục chỉ kiểm tra được từ 5-10 mẫu để xác định các chất gây ngộ độc cấp tính, còn không thể kiểm tra các chất gây ngộ độc mãn tính Hiện nay, thành phố không thể xác định chính xác các chất có trong các loại rau củ quả là chất gì”.[23]

Phenthoate là một hóa chất thuốc trừ sâu gốc photpho hữu cơ thường hay được

sử dụng làm hoạt chất trong các loại thuốc trừ sâu hiện nay với các tên thương mại khác nhau: Elsan 50EC; Forsan 50EC, 60EC; Nice 50EC; Phenat 50EC; Phetho 50ND; Pyenthoate 50EC; Rothoate 40WP, 50EC; Vifel 50ND… Với đặc tính là thời gian cách ly 14 – 30 ngày với thời gian này dài như thế vì lợi nhuận nông dân thường không tuân thủ đúng thời gian cách ly mà thu hoạch sớm để bán Do đó nguy cơ tồn

dư thuốc trừ sâu hoạt chất phenthoate trên rau quả là rất lớn Để kiểm tra phát hiện dư lượng thuốc trừ sâu một cách nhanh chóng ở các chợ đầu mối như phát biểu của ông Nguyễn Quang Định Được sự phân công của bộ môn Công Nghệ Hóa Học , dưới sự hướng dẫn của TS Phan Phước Hiền, TS Nguyễn Trọng Giao, TS Cù Thành Sơn,

chúng tôi thực hiện đề tài “Xây dựng quy trình phân tích nhanh thuốc trừ sâu Phenthoate trong rau bằng cực phổ sóng vuông quét nhanh trên cực giọt châm” Đây là

kỹ thuật phân tích hiện đại có thể thực hiện phép đo trong vài giây, thao tác đơn giản

và có thể đạt giới hạn phát hiện ở khoảng nồng độ ppb

1.3 Nội dung đề tài

• Khảo sát tìm chất nền phù hợp với Phenthoate

• Khảo sát tìm điều kiện tối ưu của chất nền: nồng độ, pH

• Khảo sát tìm các thông số chạy máy thích hợp

• Xây dựng đường chuẩn phân tích phenthoate

• Tiến hành phân tích mẫu với các dung môi chiết khác nhau

• So sánh kết quả với phương pháp sắc ký

2

1.4 Yêu cầu

• Tìm ra chất nền phù hợp với Phenthoate

• Tìm ra điều kiện tối ưu của chất nền: nồng độ, pH

• Tìm ra các thông số chạy máy thích hợp

• Xây dựng đường chuẩn của Phenthoate

• Tìm ra được dung môi chiết thích hợp

• Xây dựng quy trình phân tích mẫu

3

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Khái niệm về thuốc bảo vệ thực vật

Thuốc bảo vệ thực vật là những hợp chất độc có nguồn gốc từ thiên nhiên hoặc tổng hợp hóa học được dùng để phòng và trừ sâu, bệnh, cỏ dại, chuột hại cây trồng

và nông sản được gọi chung là sinh vật hại cây trồng và nông sản Thuốc bảo vệ thực vật gồm nhiều nhóm khác nhau, gọi tên theo nhóm sinh vật hại, như thuốc trừ sâu dùng để trừ sâu hại, thuốc trừ bệnh dùng để trừ bệnh cây, v.v Trừ một số trường hợp còn nói chung mỗi nhóm thuốc chỉ có tác dụng đối với sinh vật gây hại thuộc nhóm

đó Thí dụ: không thể dùng thuốc trừ sâu để trừ bệnh cây hoặc ngược lại Thuốc bảo vệ thực vật nhiều khi còn được gọi là thuốc trừ dịch hại và khái niệm này bao gồm cả thuốc trừ các loại ve, bét, rệp hại vật nuôi và trừ côn trùng y tế, thuốc làm rụng lá cây, thuốc điều hòa sinh trưởng cây trồng.[6]

2.1.1 Phenthoate [24]

Phenthoate thuộc nhóm thuốc trừ sâu gốc photpho hữu cơ:

- Tên IUPAC: S-alpha-ethoxycarbonylbenzyl O,O-dimethyl phosphorodithioate

- Công thức phân tử: C12H17O4PS2

- Công thức cấu tạo:

- Khối lượng phân tử: 320,3

4

2.1.2 Tính chất vật lý [17], [24]

Phenthoate nguyên chất là chất rắn không màu, phenthoate kỷ thuật có màu vàng hơi đỏ, màu của dung dịch dầu Cả hai có mùi, điểm nóng chảy 17 – 18oC, khối lượng riêng: 1,226 g/ml; chỉ số khúc xạ: 1,5550; điểm chớp cháy 165 – 170 oC (đối với sản phẩm kỹ thuật), áp suất hóa hơi: 5,33 x 10-6 kPa (4 x 10-5 mmHg) tại 40°C

2.1.3 Độc tính phenthoate [1], [2], [6]

Phenthoate thuộc nhóm độc II, gây độc cấp tính qua đường miệng đối với chuột

Ld50 300 - 400 mg/kg, lượng cho phép hấp thụ vào cơ thể người ADI là 0,003

mg/kg/ngày, thời gian cách ly PHI là 14-30 ngày, Thời gian bán phân hủy 10 ngày

trong lá, 12 ngày trong H2O ở pH=8, giới hạn dư lượng tối đa MRL trong sữa 0,01 mg/kg, trong thịt trâu, bò, trứng, gạo là 0,05 mg/kg, trong cam quýt là 1 mg/g

2.1.4 Chuyển hóa sinh học của phenthoate [24]

Phenthoate trong cơ thể chuột biến đổi nhanh chóng trong vòng 24 giời, phân hủy thành các sản phẩm là các hợp chất photpho hữu cơ khác nhau và cả các chất oxi hóa và sản phẩm thủy phân

5

Hình 2.1: Sự chuyển hóa của phethoate trong cơ thể động vật 2.2 Các phương pháp phân tích phenthoate

2.2.1 Phương pháp sắc ký [13], [14], [15]

Phenthoate được phân tích định lượng bằng phương pháp sắc ký khí ghép khối

phổ (GC/MS) và sắc ký khí đầu dò nito photpho (GC/NPD)

Nguyên tắc: mẫu phân tích được bơm vào bộ phận nhận mẫu, tại đây mẫu được gia nhiệt để chuyển sang dạng khí sau đó được khí mang lôi cuốn qua cột sắc ký, được định lượng bằng khối phổ hay bằng đầu do nito photpho

Ưu điểm: giới hạn phát hiện thấp, chính xác, độ tin cậy rất cao

Nhược điểm: thiết bị phức tạp, mất nhiều thời gian xử lý mẫu, chi phí cao

2.2.2 Phương pháp test nhanh [21]

Phương pháp này dựa vào đặc tính ức chế men acetylcholinesterase của các loại thuốc trừ sâu thuộc nhóm phospho hữu cơ và carbamate: Khi cho men acetylcholinesterase vào trong dịch chiết mẫu rau quả có chứa dư lượng thuốc trừ sâu phospho hữu cơ, carbamate thì một phần men này bị ức chế chỉ còn lại một phần thừa Men acetylcholinesterase tự do (không bị ức chế) thủy phân acetylcholine tạo acid acetic và choline Dựa vào phản ứng tạo mầu của acetylcholine còn thừa với thuốc thử

mà chúng ta có thể xác định được mức độ thuốc trừ sâu tồn dư trong rau quả với thời gian chỉ trong vòng 55-60 phút

6

2.3 Tổng quan về kỹ thuật phân tích điện hóa Voltammetry

Sóng vuông quét nhanh trên cực giọt chậm là kỹ thuật phân tích điện hóa hiện đại dựa trên sự kết hợp những tiến bộ về máy tính, công nghệ phần mềm với lý thuyết phân tích điện hóa hiện đại để giải quyết nhiều vấn đề phân tích vô cơ và hữu cơ Thế hệ máy Analyzer SQF-505 chạy trên hệ điều hành Windows XP, phân mềm chuyên dụng SQF-505 là thế hệ máy mới nhất trong các dòng máy này

Kỹ thuật này đã áp dụng thành công ở nước ta trong mấy năm qua để giải quyết nhiều vấn đề phân tích cho các lĩnh vực khác nhau

Để nắm được bản chất về kỹ thuật này chúng tôi xin nêu lên bức tranh khái quát

về các kỹ thuật phân tích điện hóa Voltammetry

Voltammetry là kỹ thuật phân tích điện hóa dựa trên nghiên cứu quan hệ đường dòng-thế khi tiến hành điện phân chất cần phân tích trong điều kiện đặc biệt , với cách đặt thế và ghi dòng đăc trưng cho từng kỹ thuật

Trong quá trình phát triển của phương pháp Voltammetry xuất hiện nhiều kỹ thuật khác nhau

2.3.1.1 Lịch sử và nguyên tắc của phương pháp cực phổ cổ điển [3], [5], [10]

Phương pháp cực phổ phát minh bởi Heyrovsky (1890 -1967), người Sec, năm

1922, nhận giải Nobel năm 1959, nay gọi phương pháp cực phổ cổ điển Phương pháp này được áp dụng trước hết trong hóa học phân tích để xác định rất nhiều chất vô cơ

và hữu cơ, trong nhiều trường hợp không cần tách riêng chúng khỏi các thành phần hỗn hợp

Phương pháp cực phổ cổ điển dựa trên việc khảo sát sự phụ thuộc của cường độ dòng vào sự thay đổi tuyến tính theo chiều âm của thế một chiều áp vào điện cực làm

7

việc của bình điện phân trong điều kiện chất phân tích chuyển đến bề mặt cực giọt thủy ngân chỉ bằng khuếch tán do chênh lệch nồng độ

Ở đây, cực giọt thủy ngân là điện cực bị phân cực, có diện tích bề mặt rất nhỏ, chừng vài mm2; điện cực qui chiếu là điện cực không bị phân cực, thường dùng là điện cực Ag/AgCl/KCl, điện cực Calomen, hoặc là đáy thủy ngân Thế đặt vào cực giọt (còn gọi là cưc làm việc) là thế một chiều E biến thiên liên tục và chậm theo thời gian ( thường là từ 0 đến -2,0 V)

Kết quả khảo sát là một cực phổ đồ, thường gọi là sóng cực phổ mà thực chất là một đường dòng-thế

Hình 2.2: Cách đặt thế và phổ của cực phổ cổ điển

Cường độ dòng khuếch tán giới hạn (tức chiều cao của sóng cực phổ) tỉ lệ thuận với nồng độ chất phân tích nên dùng cho mục đích định lượng Giá trị thế ứng với ½ chiều cao của sóng cực phổ gọi là thế bán sóng E1/2, đặc trưng cho từng chất phân tích trong một loại dung dịch điện ly nền đã chọn, được dùng cho mục đích định tính

2.3.1.2 Phương trình Ilkovich [3]

Sự khuếch tán chất điện hoạt đến giọt thủy ngân đang trưởng lớn trong các điều kiện của phép đo cực phổ là một quá trình phức tạp nên không có biểu thức toán học chính xác mà chỉ có giả thiết gần đúng dẫn đến phương trình Ilcovich

id= 607.n.D1/2.C.m2/3.t1/6 (2.1) Trong đó:

Id: giá trị trung bình theo thời gian của dòng điện khuếch tán, nó đi qua trong thời gian sống của từng giọt riêng của thủy ngân (μA)

n: số Faraday điện cho 1 mol chất điện hoạt bị khử hay bị oxi hóa

D: hệ số khuếch tán của chất tương tác (trong cm2/s)

C: nồng độ của các phàn tử chất điện hoạt trong thể tích của dung dịch (mmol/l)

8

m: tốc độ chảy của thủy ngân từ ống mao quản (mg/s)

t: thời gian chảy (s)

Các yếu tố ảnh hưởng lên dòng khuếch tán:

Một số tham số trong phương trình Ilcovich phụ thuộc vào bản chất của dung dịch mẫu, thế của điện cực giọt thủy ngân và nhiệt độ

Hệ số khuếch tán phụ thuộc vào thành phần và độ nhớt của môi trường trong đó

có mẫu, nhiệt độ và kích thước của các phần tử khuếch tán Vì hệ số khuếch tán của chất được tăng lên gần 2% khi nhiệt độ tăng lên 1oC, bình cực phổ trong phép phân tích chính xác cần phải được điều nhiệt với độ chính xác đến một phần mười độ

Vì tốc độ chảy của thủy ngân từ lỗ hở của ống mao quản (m) tỉ lệ thuận với chiều cao cột thủy ngân trong ống, còn thời gian chảy (t) tỉ lệ nghịch với chiều cao này thì có thể chỉ ra rằng tích số m2/3.t1/6 (được gọi là hằng số mao quản) phụ thuộc vào bình phương chiều cao cột thủy ngân

2.3.1.3 Thế bán sóng [3],[5],[9]

Ở điều kiện là các phân tử của chất tương tác và sản phẩm hòa tan hoàn toàn hoặc trong dung dịch hoặc trong giọt thủy ngân có thể chỉ ra: trong vùng sóng cực phổ thế của điện cực giọt thủy ngân liên hệ với thế đo được id và dòng khuếch tán id bằng biểu thức:

i i

i n

E E

9

dung dịch… Do đó sự vận chuyển của các ion dưới tác dụng của dòng điện sẽ làm sai lệch quá trình xác định cực phổ và gây trở ngại lớn cho quá trình phân tích

Để làm giảm sự vận chuyển đó, người ta thêm vào dung dịch phân tích một muối khác mà sự phân hủy nó chỉ bắt đầu ở hiệu thế lớn hơn so với hiệu thế cần thiết đối với chất cần xác định, thì các cation của nền cũng chuyển động tới catot, nhưng chúng không bị phóng điện tại thế đã đặt vào Vì vậy, phần ion của chất tham gia vào

sự chuyển động bị giảm đi

Nếu nồng độ muối thêm vào lớn so với nồng độ chất phân tích, thì thực tế tất cả dòng đều được vận chuyển bởi ion của muối được thêm vào Trong trường hợp này, tốc độ chuyển động của các ion chất phân tích dưới tác dụng dòng điện gần như bằng không và có thể bỏ qua

Muối trơ được thêm vào để loại trừ sự vận chuyển của ion chất phân tích dưới tác dụng của dòng điện gọi là nền cực phổ

Để cho dòng điện một chiều chạy qua dung dịch không gây ra sự vận chuyển đáng kể của các ion chất phân tích thì nồng độ của nền phải lớn hơn từ 100 – 1000 lần nồng độ muối cần xác định Do đó phương pháp cực phổ được ứng dụng rộng rãi để phân tích các tạp chất có hàm lượng không đáng kể trong dung dịch

2.3.1.5 Ưu nhược điểm của phương pháp cực phổ cổ điển [10], [11]

Ưu điểm của cực phổ cổ điển:

- Thời gian phân tích nhanh, chi phí thấp, giới hạn phát hiện khoảng 10-5 M

- Trong nhiều trường hợp có thể xác định đồng thời 3 - 5 chất có trong cùng một dung dịch

Nhược điểm của cực phổ cổ điển:

- Điện cực Hg dễ bị oxi hóa, nên không thể xác định được các chất có thế bán sóng dương hơn thế bán sóng của Hg2+/Hg (> +0,35 V)

- Không thể xác định đồng thời các chất mà thế bán sóng của chúng có sự khác biệt nhỏ hơn 200mV

- Không thể xác định được các nồng độ nhỏ hơn 10-5 M Nguyên nhân: sự thay đổi của thế và của bề mặt cực giọt theo thời gian làm phát sinh dòng tụ điện ; khi nồng

độ nhỏ hơn 10-5 M thì dòng faraday giảm tới mức xấp xỉ dòng tụ điện nên sóng cực phổ bị nhiễu, không thể đo chính xác

10

Những nhược điểm trên được khắc phục cơ bản trong cực phổ hiện đại, với ba cải tiến lớn: 1) Thêm một điện cực phụ vào bình điện phân để ổn định thế cho điện cực qui chiếu; 2) Trộn thế một chiều vào thế xoay chiều để tạo các dạng thế quét cho cực phổ xung, đặc biệt là cực phổ sóng vuông, cực phổ stripping …; 3) Kết hợp công nghệ thông tin để số hóa cách ghi đo và hiển thị đường dòng thế…[16]

2.3.2Phương pháp phân tích cực phổ xung thường [10]

Trong cực phổ xung thường người ta áp thế dạng xung vuông góc có biên độ tăng vào điện cực giọt và luôn trở về giá trị thế ban đầu Mỗi giọt đặt một xung và các xung tăng dần tuyến tính như điện thế một chiều được đặt vào Mỗi giọt đặt một xung vào cuối chu kì giọt trong thời gian rất ngắn ( 40ms ÷100ms)

Hình 2.3: Sơ đồ thế theo thời gian của cực phổ xung thường

Cường độ dòng trong cực phổ đồ được đo theo hai cách:

Cách 1: đo dòng tại giá trị tm của mỗi giọt

Cách 2: đo dòng tại tm và tại một điểm ngay trước khi đặt xung, rồi lấy hiệu giữa hai dòng đó Cách đo này làm cho sóng có chân nằm ngang vì hiệu chỉnh được dòng ban đầu

Người ta chứng minh được dòng faraday trong trường hợp này là:

nF(E E )RT

S là diện tích bề mặt điện cực tại thời điểm đo;

E là thế của xung cộng với điện áp khởi điểm;

π (2.5)

So sánh dòng IL với dòng ID trong cực phổ cổ điển cho thấy tỉ số (IL : ID) càng

lớn khi chọn tm càng nhỏ:

m d

L

t

t I

I

3 7

6 / 1

= (2.6)

Ưu điểm của cực phổ xung thường:

- Cực phổ xung thường có độ nhạy cao hơn so với cực phổ cổ điển 6 -7lần, và

có khả năng phân tích hàm lượng < 10-5M

Nhược điểm:

- Cực phổ đồ thu được có dạng hình sin nên độ phân giải chưa cao

2.3.3 Phương pháp cực phổ xung vi phân [10], [11], [16]

Trong cực phổ xung vi phân, người ta đặt những xung vuông góc chồng lên điện thế một chiều biến thiên theo thời gian Mỗi giọt đặt một xung và xung được đặt ngay trước khi giọt Hg rơi với biên độ xung cố định (khoảng 2 - 100mV tùy theo người sử dụng) với thời gian áp xung khoảng 40 - 100ms

Hình 2.4: Sơ đồ đặt thế theo thời gian của cực phổ xung vi phân

Cường độ dòng được ghi hai lần: lần 1 tại thời điểm t1 trước khi đặt xung (khoảng 17ms), ghi dòng i1, lần thứ 2 ghi tại thời điểm t2 (khoảng 17ms) trước khi ngắt

12

xung, ghi dòng i2, cường độ dòng được tính là hiệu Δi = i2 -i1 , chính vì vậy mà có thể loại trừ được dòng tụ điện

Cực phổ đồ biểu diễn biến thiên Δi theo E có dạng đỉnh với Epeak ≈ E1/2 trên sóng cực phổ thường Chiều cao của đỉnh tỉ lệ với nồng độ chất điện hoạt

Phương trình Cottrell trong trường hợp này có dạng:

Δi = 2 2 2

m

n F SC( E) D P

RT −Δ πt (1 P)+ (2.7)

Ở đây: ΔE = E1 - E2, nên −ΔE (tức biên độ xung) sẽ luôn luôn dương;

Δi là dòng xung vi phân;

Phương trình trên cho thấy Δi tỉ lệ thuận với −ΔE, nghĩa là chiều cao của peak

sẽ tăng theo −ΔE Tuy nhiên −ΔE không thể tăng quá cao vì peak sẽ rộng và độ phân giải sẽ kém

Thế tại đỉnh peak gọi là Epeak , được tính theo hệ thức:

Epeak = E1/2 - ½ ΔE (2.8)

Ưu điểm của cực phổ xung vi phân:

- Có thể xác định đồng thời các chất hiện diện trong cùng một dung dịch khi thế bán sóng của chúng cách nhau 50mV (trong cực phổ cổ điển là 200mV)

- Cho độ nhạy và độ chính xác cao nhờ triệt tiêu dòng tụ Giới hạn phát hiện khoảng 10-7 - 10-8 M

- Cung cấp những thông tin ban đầu về dạng tồn tại của chất phân tích

Nhược điểm của cực phổ xung vi phân:

- Không phân giải được các chất trong các hệ phức tạp mà khoảng cách giữa các giá trị E1/2 nhỏ hơn 50 mV

- Thời gian ghi phổ chưa nhanh

13

áp thường có giá trị là 10mV, biên độ xung thường là 10 - 50mV, các điều kiện này tương ứng với tần số xung là 200Hz, tốc độ quét thế là 200ms/V

Hình 2.5 Quá trình phát tín hiệu kích thích của cực phổ sóng vuông

a) Dạng thế một chiều áp trên điện cực, b) Dạng xung điện áp xoay chiều áp trên điện cực, c) Dạng thế tổng hợp áp trên điện cực làm việc

Đối với phản ứng thuận nghịch, biên độ xung phải đủ lớn để quá trình oxy hóa sản phẩm hình thành ở xung thuận sẽ diễn ra trong suốt quá trình xung ngược Tương ứng như vậy sẽ ghi dòng faraday hai lần: lần thứ nhất là cuối xung thuận và lần thứ hai

là cuối xung ngược, tại thời điểm này diện tích giọt Hg không đổi để dòng tụ điện gần như triệt tiêu Dòng hiệu Δi sẽ tỷ lệ với nồng độ, còn thế đỉnh thì tương ứng với thế bán sóng

Ưu điểm của cực phổ sóng vuông:

- Thời gian phân tích nhanh nên có thể lặp lại phép phân tích nhiều lần Theo tính toán, với xung sóng vuông có chu kỳ 5ms và bước thế là 10 mV, để thu được một cực phổ đồ sóng vuông hoàn chỉnh trong phạm vi quét thế là 0 - 1V chỉ 0,5 s Trong cùng điều kiện , thí nghiệm trên cực phổ xung vi phân phải cần 50 s

- Loại trừ triệt để ảnh hưởng của dòng tụ, giảm LoD tới mức 10-7÷ 10-8 M

2.3.5 Kỹ thuật stripping [4], [10], [16]

Cực phổ stripping là phương pháp cực phổ kết hợp với kỹ thuật stripping để nâng cao độ nhạy Còn gọi là: phương pháp vôn-ămpe hòa tan, phương pháp vôn-ămpe bóc vỏ, phương pháp cực phổ bóc vỏ Mới đầu để nâng cao độ nhạy trong phân tích kim loại (Cu, Pb, Zn, Sb, Cd, Sn, Bi…) và phi kim loại (As, halogen…), sau đó

mở rộng sang phân tích hữu cơ

14

Kỹ thuật stripping có thể chia thành ba giai đoạn Một là giai đoạn điện phân

có khuấy , tiến hành tại một thế cố định để tích góp chất cần phân tích ở dạng kết tủa lên bề mặt điện cực Hai là giai đoạn điện phân dừng khuấy, nhưng vẫn giữ nguyên thế điện phân để kết tủa phân bố đều trên điện cực Ba là giai đoạn hòa tan kết tủa, tức

là "bóc lớp vỏ kết tủa" (stripping); giai đoạn bóc vỏ được thực hiện bằng cách ghi đo cực phổ đồ theo chiều quét thế thích hợp

Chính việc tích góp và hòa tan trở lại như trên đã giúp cho đỉnh cường độ dòng trong cực phổ đồ tăng lên rất đáng kể LoD có thể xấp xỉ mức 10-10 - 10-11M

Quét thế theo chiều dương (quét ngược) gọi là stripping anod, quét thế theo chiều âm (quét xuôi) gọi là stripping catod

Hình 2.6: Cách đặt thế và phổ của kỹ thuật stripping 2.3.5.1 Stripping anod [4]

Stripping anod là kỹ thuật được sử dụng rộng rãi nhất trong phương pháp volt ampe hòa tan Trong kỹ thuật này, bằng cách điều chỉnh một hiệu điện thế nhỏ thích hợp, chất cần phân tích sẽ được tích tụ trên bề mặt điện cực thủy ngân Các chất cần phân tích đến điện cực bằng sự khuếch tán và sự đối lưu (khuấy dung dịch mẫu đo) Tại bề mặt điện cực, chất cần phân tích sẽ oxi hóa tạo hỗn hống với thủy ngân, quá trình này gọi là quá trình tích góp

Mn++ ne-+ Hg → M(Hg) Thời gian tích tụ thông thường khoảng 30 giây cho nồng độ 10-7 M, và 20 phút cho nồng độ 10-10 M Sau đó, ta quét thế về phía anode, hỗn hống thủy ngân và chất cần phân tích sẽ khử tạo ra dạng ion hòa tan lại vào trong dung dịch Quá trình này gọi

là quá trình hòa tan

15

M(Hg) → Mn++ ne-+ Hg Cường độ dòng sinh ra sẽ tăng lên sau hai quá trình, từ đó ta có thể ghi nhận dễ dàng

Ứng dụng chủ yếu của phương pháp stripping anod là phân tích các kim loại ở hàm lượng thấp như Ag, Au, Bi, Cd, Cu, Ga, Ge, In, Pb, Sb, Ti, Zn, v.v

2.3.5.2 Stripping catod [4]

Kỹ thuật stripping catod ít được sử dụng hơn kỹ thuật stripping anod Ngược lại với kỹ thuật stripping anod, chất phân tích sẽ tích tụ trên cực anod và sau đó quét thế ngược lại

An-+ Hg → HgA + ne-

Phương pháp này có thể đạt được độ nhạy cao Phương pháp này thường dùng

để phân tích các chất như Arsen, Cl-, Br-, I-, SO42-, thiocyanate và các hợp chất thio khác, v.v…

2.3.6 Phép phân tích cực phổ các chất vô cơ [5]

Phương pháp cực phổ thường được ứng dụng để phân tích các chất vô cơ Ví dụ các cation của phần lớn các kim loại được khử trên điện cực giọt thủy ngân để tạo ra hỗn hợp trống hay ion kim loại với mức độ ion hóa thấp hơn Trên điện cực thủy ngân thậm chí cả ion các kim loại kiềm và kiềm thổ cũng bị khử nếu như ở các giá trị thế cao mà sự phóng điện của chất điện li trơ sẽ không che các sóng của chúng.Trong các trường hợp này người ta hay dùng nhất là các tetraankylamoni halogenua làm các chất

điện li trơ

Hiệu quả của phép xác định cực phổ các cation thường phụ thuộc vào chỗ ta chọn đúng hay không đúng chất điện li trơ Các bảng giá trị của các thế bán sóng cho phép chọn đúng các chất điện li trơ này Ví dụ, nếu chọn kali clorua làm chất điện li trơ thì Fe (II) và Cu (II) cản trở phép xác định lẫn nhau Khi có các ion florua thì thế bán sóng của Fe (III) được chuyển đi gần -0.5V vào vùng thế âm hơn, trong lúc đó thì thế bán sóng của Cu (II) chỉ được thay đổi một vài phần trăm của vôn Do vậy khi có các ion florua quan sát đươc các sóng tách riêng của sắt (III) và đồng (II)

Phương pháp cực phổ cũng thuận tiện cho việc xác định cac anion vô cơ như bromat, iođat, đicromat, vanađat, selenit và nitrit Thường thì dạng các cực phổ đồ của chúng phụ thuộc vào pH của dung dịch, vì trong quá trình điện cực của sự khử các

16

anion này có các ion hiđro tham gia Do vậy muốn lặp lại các số liệu cần phải dùng các dung dịch đệm tốt với pH thích hợp Một số anion vô cơ tạo phức hay các hợp chất ít tan với các ion thủy ngân gây ra sự xuất hiện các sóng anion ở gần 0 V (so với điện cực calomen bão hòa)

Các ion bromua, iođua, thioxianua và xianua cũng tương tác tương tự Trong tất

cả các trường hợp thì đại lượng dòng khuếch tán được kiểm tra bởi tốc độ chuyển anion đến bề mặt của điện cực Kết quả quan sát được một sự phụ thuộc tuyến tính giữa cường độ dòng điện và nồng độ anion

Phương pháp cực phổ có thể được dùng để xác định một số chất vô cơ tồn tại trong dung môi đã cho ở dạng các phân tử trung tính Một ví dụ quan trọng là việc xác định oxi trong các chất khí, các môi trường sinh học, trong nước Để làm các ví dụ khác của sự khử các phân tử trung tính trên điện cực giọt thủy ngân có thể đưa ra sự khử H2O2, hiđrazin đixian, lưu huỳnh và đioxit lưu huỳnh

2.3.7 Phép phân tích cực phổ các chất hữu cơ [5]

Trong thực tế từ khi xuất hiện thì phương pháp cực phổ đã được dùng để nghiên cứu và phân tích các chất hữu cơ và có nhiều bài báo viết về đề tài này Trên điện cực giọt thủy ngân một số nhóm chức các hợp chất chứa các nhóm này có khả năng bị oxi hóa hay bị khử, chúng thích hợp cho phép phân tích cực phổ

Trong trường hợp chung các phản ứng trên vi điện cực với sự tham gia của các hợp chất hữu cơ xẩy ra chậm hơn hay phức tạp hơn nhiều so với các phản ứng của các cation vô cơ Do vậy việc giải thích về mặt lí thuyết các số liệu cực phổ trong các trường hợp này khó khăn hơn nhiều và có khi thậm chí không thể được Ngoài ra khi tiến hành các phép đo định lượng đòi hỏi một sự kiểm tra nghiêm túc các điều kiện Tuy nhiên mặc dù có những khó khăn này, người ta vẫn sử dụng phép đo cực phổ để nghiên cứu cấu trúc, nhận biết định tính các hợp chất hữu cơ và phân tích định lượng các hỗn hợp của chúng

2.3.7.1 Ảnh hưởng của pH lên các cực phổ đồ [5]

Các quá trình điện cực đối với các hợp chất hữu cơ thường xảy ra với sự tham

gia của các ion hiđro Trong trường hợp chung nhất có thể biểu diễn phản ứng như sau:

R + nH+ + ne = RHn

17

Ở đây R và RHn là các dạng oxi hóa và dạng khử của hợp chất hữu cơ Do vậy các thế bán sóng các hợp chất hữu cơ phụ thuộc đáng kể vào pH Ngoài ra khi thay đổi

pH thì phản ứng thường xảy ra với sự tạo ra các sản phẩm hoàn toàn khác Ví dụ, khi khử benzanđehit trong môi trường kiềm người ta mô tả sự xuất hiện sóng quan sát được gần -1,4V là do sự tạo ra rượu benzylic:

C6H5CHO + 2H+ + 2e ⇔ C6H5CH2OH

Ở pH của dung dịch thấp hơn 2, chiều cao của sóng tạo ở gần -1,0V hầu như thấp hơn 2 lần chiều cao quan sát được trong môi trường kiềm Trong trường hợp này xảy ra phản ứng tạo hành hiđrobenzoin:

pH làm ảnh hưởng đến thế khử và có thể dẫn đến sự tạo ra các sóng doãng và biểu hiện không được rõ Ngoài ra, nếu quá trình điện cực chịu sự thay đổi khi pH thay đổi thì có thể phá vỡ sự phụ thuộc tuyến tính giữa dòng khuếch tán và nồng độ Do vậy trong phép đo cực phổ các chất hữu cơ, để nhận được các giá trị thế bán sóng và các dòng khuếch tán ổn định cần phải dùng các dung dịch đệm

2.3.7.2 Các dung môi dùng trong phép đo cực phổ các chất hữu cơ [5]

Sự cần thiết thay thế nước bằng một dung môi khác thường dựa trên độ tan của hợp chất hữu cơ Thường người ta dùng các hỗn hợp nước – dung môi hữu cơ có chứa các lượng khác nhau của các dung môi trộn lẫn với nước như glycol, đioxan, các rượu, xellozol hay axit axetic loãng Người ta cũng nghiên cứu khả năng cực phổ trong các môi trường không nước lá axit axetic, phocmamit, etylenglycol Muối liti hay tetraankylamoni hay được dùng làm các chất điện li trơ

2.3.7.3 Tính không thuận nghịch của các phản ứng điện cực [5]

Chỉ có một số ít các phản ứng điện cực có sự tham gia của các hơp chất hữu cơ

là thuận nghịch, tính không thuận nghịch của quá trình điện cực dẫn đến sự tạo ra

18

các sóng doãng, do vậy cần có hiệu các thế bán sóng lớn để quan sát các sóng riêng biệt của các chất bị khử trên điện cực

Trong trường hợp chung, phương trình Ilkovich áp dụng cho các dòng khuếch tán tạo ra do kết quả của phản ứng điện cực không thuận nghịch Do vậy các phương trình phân tích định lượng khi xác định các chất hữu cơ và vô cơ là giống nhau

¾ Một số axit cacboxylic hoạt động cực phổ mặc dầu các axit monocacboxylic thơm và béo đơn giản nhất không bị khử Các đicacboxylic axit, ví dụ như các axit phumaric, maleic hay phtalic có chứa các nhóm cacboxyl liên hợp cho ta các sóng cực phổ đặc trưng Tương tự các ete và anđehit, axit cũng như vậy

¾ Phần lớn các peroxit và các hợp chất epocxi hoạt động cực phổ

¾ Các nhóm nitro, nitrozo, ocxim và azo thường được khử trên điện cực giọt thủy ngân

¾ Phần lớn các hợp chất hữu cơ halogen tạo được các sóng cực phổ xuất hiện

do kết quả thay thế halogen cho nguyên tử hidro

¾ Liên kết nối đôi cacbon – cacbon bị khử nếu nó ở trong sự liên hợp với liên kết đôi khác, với vòng thơm hay nhóm khác với liên kết chưa bão hòa

¾ Hidroquinon hay mercaptan tạo các sóng anot

Nhiều nhóm hữu cơ khác gây ra sự xuất hiện các sóng cực phổ hidro thích hợp cho phép phâ tích Đây là các amin, mercaptan, các axit hay các hợp chất dị vòng chứa nitơ

19

Chương 3

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Hóa chất và vật liệu

• Chất chuẩn: Phenthoate 92% do công ty VIPESCO cung cấp

• Thuốc trừ sâu: vifel 50 ND

• Vật liệu: rau cải ngọt

• Dung môi: ethanol, acetone, acetonitril, n-hexan, nước cất 2 lần

• Hóa chất khác: CH3COOH, CH3COONa, CH3COONH4, NaCl, KCl, NH4Cl,

• Máy thổi khí

3.3 Phương pháp nghiên cứu

3.3.1 Sơ đồ nghiên cứu

Xác định thông số chạy máy (Vpulse, Vstep, Tdrop, Ve, Te)

Xây dựng đường chuẩn phân

Xác định điều kiện phân tích

trên chất chuẩn phenthoate

Khảo sát dung môi chiết

3.3.2 Khảo sát khả năng phân tích phenthoate bằng phương pháp sóng vuông quét nhanh trên cực giọt chậm

3.3.2.1 Khảo sát và lựa chọn dung dịch nền

Lựa chọn được dung dịch nền thích hợp có một vai trò rất quan trọng trong phân tích điện hóa

Dung dịch nền được lựa chọn theo các yêu cầu sau:

• Cho sóng chất cần phân tích rõ

• Không làm hỏng chất cần phân tích

21

Dung dịch nền thông dụng là dung dịch nước chứa các chất điện ly hay chất tạo phức có pH thích hợp

Trình tự lựa chọn dung dịch nền như sau:

Khảo sát và lựa chọn loại nền

Cài đặt chế độ chạy máy: Mode = SQW-F, Vstart = 0 mV, Vstop = -1000 mV, Vstep

= 10 mV, Vpulse = 40 mV, Tdrop = 5000 ms

b) Khảo sát nồng độ dung dịch nền

Dung dịch nền CH3COONH4 được pha ở các nồng độ 0,05 M; 0,1 M; 0,15 M; 0,2 M

Dung dịch mẫu đo: chuẩn phenthoate nồng độ trong cốc đo là 800 ppb

Cài đặt chế độ chạy máy: Mode = SQW-F, Vstart = 0 mV, Vstop = -1000 mV,

Vstep = 10 mV, Vpulse = 40 mV, Tdrop = 5000 ms

c) Khảo sát pH của dung dịch nền

Dung dịch nền CH3COONH4 0,1 M được điều chỉnh các pH: 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9;

10

22

Dung dịch mẫu đo: chuẩn phenthoate nồng độ trong cốc đo là 800 ppb

Cài đặt chế độ chạy máy: Mode = SQW-F, Vstart = 0 mV, Vstop = -1000 mV, Vstep

= 10 mV, Vpulse = 40 mV, Tdrop = 5000 ms

3.3.2.2 Khảo sát các thông số chạy máy mode SQW_F:

Dung dịch nền: CH3COONH4 0,1M pH = 7

Dung dịch mẫu đo: chuẩn phenthoate nồng độ trong cốc đo là 1200 ppb

a) Khảo sát chiều quét thế

Cài đặt chế độ chạy máy: Mode = SQW-F, Vstep = 10mV, Vpulse = 40 mV, Tdrop =

5000 ms Quét xuôi: Vstart = 0 mV, Vstop = -1000 mV Quét ngược: Vstart = -1000 mV,

Vstop = 0 mV

b) Khảo sát bước thế V step

Cài đặt chế độ chạy máy: Mode = SQW-F, Vstart = 0 mV, Vstop = -1000 mV,

Vpulse = 40, Tdrop = 5000 ms

Vstep lần lượt thay đổi các giá trị 2 mV, 4 mV, 6 mV, 8 mV và 10 mV

c) Khảo sát biên độ xung V pulse

Cài đặt chế độ chạy máy: Cài đặt chế độ chạy máy: Mode = SQW-F, Vstart= 0

mV, Vstop = -1000 mV, Vstep = 10, Tdrop = 5000 ms

Vpulse lần lượt thay đổi các giá trị 10 mV, 20 mV, 30 mV và 40 mV

d) Khảo sát thời điểm quét thế T drop

Cài đặt chế độ chạy máy: Mode = SQW-F, Vstart = 0 mV, Vstop = -1000 mV,

Vstep= 10 mV, Vpulse = 40 mV

Tdrop lần lượt thay đổi các giá trị

3.3.2.3 Khảo sát các thông số chạy máy mode SA_F

Để giúp tăng độ nhạy lên nhiều lần so với kỹ thuật sóng vuông quét nhanh thông thường, máy phân tích Analyzer SQW 505 còn cho phép tiến hành kỹ thuật stripping nhanh tương ứng với chế độ PSA–F Nguyên tắc hoạt động chính của chế độ này là phương pháp volt-ampe tích góp hòa tan Máy cho phép đặt một giá trị thế một chiều tùy ý để tích góp chất cần phân tích lên bề mặt của một giọt thủy ngân đang lớn dần Sau đó máy sẽ tiến hành quét phổ như chế độ SQW–F

Đối với chế độ PSA-F, ngoài những thông số đã cài đặt và khảo sát như trên còn có thêm 3 thông số sau: thế tích góp Velectrolize, thời gian điện phân tích góp

23

Telectrolize , thời gian ổn định chuyển tiếp giữa chế độ tích góp và chế độ đo Tstabilize Thường Tstabilize đặt là 1 giây

a) Khảo sát thế tích góp V electrolize

Dung dich mẫu đo: chuẩn phenthoate nồng độ trong cốc đo là 800 ppb

Cài đặt chế độ chạy máy: Mode = PSA-F, Vstart = 0 mV, Vstop = -1000 mV, Vstep

= 10mV, Vpulse = 40 mV, Tdrop = 5000 ms, Telectrolize = 6 s, Tstabilize =1 s

Velectrolize lần lượt thay đổi các giá trị

b) Khảo sát thời gian tích góp T electrolize

Dung dich mẫu đo: chuẩn phenthoate nồng độ trong cốc đo là 800 ppb

Cài đặt chế độ chạy máy: Mode = PSA-F, Vstart = 0 mV, Vstop = -1000 mV, Vstep

= 10 mV, Vpulse = 40 mV, Tdrop = 5000 ms, Velectrolize = 300 mV, Tstabilize = 1 s

Telectrolize lần lượt thay đổi các giá trị là 4 s, 5 s, 6 s

c) So sánh mode đo SQW-F và mode đo PSA-F

Dung dịch mẫu đo: chuẩn phenthoate nồng độ trong cốc đo là 1000 ppb

Mode đo SQW–F: Cài đặt chế độ chạy máy: Vstart = 0 mV, Vstop = -1000 mV,

Vstep = 10 mV, Vpulse = 40 mV, Tdrop = 5000 ms

Mode đo PSA–F: Cài đặt chế độ chạy máy: Vstart = 0 mV, Vstop = -1000 mV,

Vstep = 10 mV, Vpulse = 40 mV, Tdrop = 5000 ms, Velectrolize = 300 mV, Telectrolize = 6 s,

Tstabilize = 1 s

3.3.2.4 Xây dựng đường chuẩn phenthoate

Dung dịch nền: Dung dịch CH3COONH4 0,1 M pH 7

Dung dịch chuẩn phenthoate có nồng độ 1000 ppm

Dung dịch mẫu đo: Lấy 25 ml dung dịch nền cho vào cốc đo Dùng micropipet hút chính xác 10 µl dung dịch chuẩn phenthoate 1000 ppm cho vào cốc tiến hành đo lấy kết quả, tiếp đó ta tiếp tục lần lượt cho 20 µl, 30 µl, 40 µl dung dịch chuẩn phenthoate 1000 ppm vào cốc Như vậy, nồng độ phenthoate có trong cốc đo lần lượt

tăng lên là 400 ppb , 800 ppb, 1200 ppb, 1600 ppb

Các thông số cài đặt như sau: Chế độ PSA-F, Vstart = 0 mV, Vstop = -1000 mV,

Vstep = 10 mV, Vpulse = 40mV, Tstabilize = 1 s, Velectrolize = 300 mV, Telectrolize = 6 s, Tdrop =

5000 ms

3.3.3 Quy trình phân tích mẫu

24

3.3.3.1 Sơ đồ quy trình phân tích mẫu

Rau rửa sạch lấy phần lá

Phun 1ml thuốc trừ sâu vifel 50 ND chuẩn

phenthoate 6ppm để qua đêm

Siêu âm 30 phút với 20 ml dung môi chiết

Lắc dung dịch thu được với n-hexan 2 lần, mỗi lần 30 ml Tách lấy lớp n-hexan (phía trên)

Thổi khí bay hơi dung môi cho tới khi thể tích còn 1 ml, hòa với 9 ml dung dịch nền

Lọc dịch chiết qua giấy lọc Tráng và rửa cắn 2 lần, mỗi lần với 10 ml dung môi chiết, gộp

chung dịch rửa vào dịch lọc

Tiến hành phân tích trên máy Analyzer SQF-505

Thuyết minh quy trình:

Rau rửa sạch lấy phần lá, sau đó phun 1 ml dung dịch vifel 50ND nồng độ 6ppm chuẩn phenthoate lên trên lá rau, để qua đêm, sau đó cho rau vào erlen 50 ml với

20 ml dung môi chiết (ethanol, acetone, acetonitril) siêu âm 30 phút Lọc dịch chiết

25