ĐỀ CƯƠNG XỬ LÝ MẪU NƯỚC

ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP MÔN HỌC: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ MẪU VÀ PHÂN TÍCH MƠI TRƯỜNG A Phần lý thuyết I Khái niệm xử lý mẫu? Yêu cầu chung q trình xử lý mẫu phân tích? * Khái niệm: Là trình phức tạp để chuyển chất hay nguyên tố, ion cần xác định có mẫu phân tích ban đầu dạng tan dung mơi thích hợp nước hay dung mơi hữu để sau xác định chúng theo phương pháp phân tích thích hợp  Yêu cầu chung - Không làm cấu tử cần phân tích - Khơng làm nhiễm bẩn thêm cấu tử cần phân tích vào mẫu nguồn - Phù hợp với phương pháp phân tích - Các hóa chất dùng q trình xử lí mẫu phải đảm bảo độ mức yêu cầu - Ưu tiên phương pháp kết hợp tách hay làm giàu mẫu II Kỹ thuật vơ hóa mẫu: Kỹ thuật vơ hóa mẫu ướt axit mạnh đặc nóng kỹ thuật vơ hóa mẫu ướt dung dịch kiềm đặc nóng: Nguyên tắc, chế phân hủy mẫu, trang thiết bị cần sử dụng, ứng dụng, ưu nhược điểm kỹ thuật? Lấy ví dụ minh họa? a Kỹ thuật vơ hóa mẫu ướt axit mạnh đặc nóng - - - Nguyên tắc: Đây kĩ thuật dùng axit mạnh đặc nóng (HCl,H2SO4), hay axit mạnh , đặc nóng có tính oxi hóa mạnh (HNO3, HClO4), hõn hợp axit ( HNO3 + H2SO4),hay axit (HNO3 + H2SO4+ HClO4) ,…để hòa tan, phân hủy mẫu, điều kiện đun nóng bình Kendan lò vi sóng Lượng axit thêm vào mẫu thường gấp 15 – 20 lần lượng mẫu, tùy thuộc vào loại mẫu Thời gian hòa tan mẫu hệ hở thường từ vài đến vài chục giờ, thời gian xử lý mẫu hệ kín khoảng 50 – 90 phút, tùy thuộc vào loại mẫu chất chất phân tích  Cơ chế:  Trang thiết bị cần sử dụng: bình kendan, lò vi sóng,  ứng dụng: xác định kim loại số phi kim, hay anion vô Cl-, Br-, NO3-, SO4(2-),… số mẫu sinh học, mẫu hữu cơ, mẫu vô cơ, mẫu môi trường, mẫu đất, mẫu nước, mẫu bụi khơng khí, mẫu kim loại, hợp kim, rau thực phẩm  ưu nhược điểm - Ưu điểm + không làm chất phân tích - Nhược điểm + thời gian xử lý dài khơng dùng lò vi sóng cao áp, + tốn nhiều axit đặc tinh khiết cao, hệ hở + dễ bị nhiễm bẩn xử lý hệ hở, môi trường hay axit dùng + phải đuổi axit dư lâu, nên dễ bị nhiễm bẩn, bụi vào mẫu…  ví dụ - - xử lí mẫu rau hỗn hợp axit ( HNO3 H2O2), bình Kendal, để xác định kim loại nặng ( Cd, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn ) 5g mẫu nghiền nhỏ + 60ml HNO3 65% + 5ml H2O2 30% => bình Kendal => đun 6-8h tùy loại mẫu (dd trong, ko khói) => chuyển sang cốc 250ml, làm bay axit => muối ẩm để nguội => định mức = HCl2% đến 25ml => đo aas b kỹ thuật vơ hóa mẫu ướt dung dịch kiềm đặc nóng * nguyên tắc: - - kĩ thuật dùng dung dịch kiềm mạnh đặc nóng (NaOH, KOH 1520%), hay hỗn hợp kiềm mạnh muối kim loại kiềm (NaOH+NaHCO3), hay kiềm mạnh + peroxit (KOH+Na2O2),…để phân hủy mẫu phân tích điều kiện đun nóng bình Kendan hay hợp kín lò vi sóng Lượng dung dịch phân hủy: cần lượng lớn từ – 15 lần lượng mẫu Thời gian phân hủy mẫu hệ hở thường từ 4-10h , lò vi sóng kín khoảng 1-2h,  Trang thiết bị cần sử dụng: bình kendan, lò vi sóng, -  ứng dụng: - hợp chất hay mẫu tan tốt kiềm - phân hủy hợp chất hữu để lấy phi kim  ưu nhược điểm - Ưu điểm + không làm chất phân tích - Nhược điểm + tốn nhiều kiềm tinh khiết cao, thường phải dùng gấp từ 10-15 lần mẫu + dễ bị nhiễm bẩn, bụi vào mẫu… * ví dụ: Hòa tan oxit nhơm dd NaOH 10% nóng Lấy 0,5g mẫu dạng bột cho vào bình Kendal, tẩm ướt vài giọt nước cất, thêm 10 ml NaOH 10%, đun sơi để hòa tan mẫu, Kỹ thuật vơ hóa mẫu khơ (có phụ gia khơng có phụ gia): Ngun tắc, chế phân hủy mẫu, trang thiết bị cần sử dụng , ứng dụng, ưu nhược điểm kỹ thuật Lấy ví dụ minh họa? Tro hóa khơ khơng có phụ gia chất bảo vệ Nung để xử lý mẫu khơng có phụ gia chất bảo vê q trình xử lý mẫu sơ nhờ tác dụng lượng nhiệt thích hợp mơt thời gian định, để phá vỡ cấu trúc tinh thể ban đàu mẫu phân tích, đốt cháy chất hữu cơ, để chuyển sang dạng hợp chất đơn giản khác, dễ hòa tan tiếp dung dịch axit hay kiềm, để lấy chất phân tích vào dung dịch, sau xác định chúng theo phương pháp định Tro hóa khơ có phụ gia chất bảo vệ Tro hóa khơ có phụ gia chất bảo vệ trình xử lý mẫu sơ nhờ tác dụng nhiệu độ thích cách nung khơng phụ gia Các chất phụ gia thường chất chảy, muối kiềm, axít đặc để phá vỡ cấu trúc tinh thể dạng ban đầu mẫu phân tích, để chuyển sang dạng khác dễ hòa tan tiếp axit Khi có chất chảy chất phụ gia nhiệt độ nung thường thấp khơng có chất chảy, thời gian ngăn hơn, song lại triệt để hơn, mà lại không chất phân tích mẫu có cấu trúc bền, chịu nhiệt, hay mẫu matrix hữu cơ, tác dụng chất bảo vệ quan trọng Các ưu nhược điểm phạm vi sử dụng      Thao tác cách làm đơn giản Khong phải dùng nhiều axít đặc tinh khiết cao đắt tiền xử lý triệt để, mẫu hữu đốt cháy hết chất hữu cơ, làm dung dịch mẫu thu có nhược điểm làm số chất dễ bay Cd, Pb, Zn,…nếu khơng có chất phụ gia chấ bảo vệ Kỹ thuật vô hóa khơ - ướt kết hợp: Ngun tắc, chế phân hủy mẫu, ứng dụng, ưu điểm kỹ thuật Lấy ví dụ minh họa? * Nguyên tắc Mẫu phân hủy chén hay cốc nung Trước tiên người ta thực xử lí ướt sơ lượng nhỏ axit, chất phụ gia, để phá vỡ sơ cấu trúc ban đầu hợp chất mẫu tạo điều kiện giữ số nguyên tố bay nung Sau nung nhiệt độ thích hợp lượng axit dùng để xử lí thường ¼ hay 1/5 lượng cần dùng cho xử lí ướt sau nung nhanh q trình xử lí triệt để xử lí ướt, đồng thời lại hạn chế số kim loại nung Do tận dụng ưu điểm kỹ thuật xử lý ướt xử lí khơ, giảm bớt hóa chất xứ lí ướt sau hòa tan tro mẫu thu dung dịch mẫu trong, khơng chất hữu tro hóa bình thường  Ưu điểm - Phương pháp vơ hóa mẫu khô – ướt kết hợp phát huy ưu điểm khắc phục nhược điểm phương pháp vơ hóa mẫu khơ vơ hóa mẫu ướt + lượng axit thường ¼ lượng axit để xử lý ướt, thờ gian nung nhanh triệt để hơn, hạn chế bay số kim loại  Hạn chế số chất phân tích dễ bay  Sự tro hóa triệt để, sau hòa tan tro lại có dung dịch mẫu  Ít tốn dùng nhiều axit tinh khiết  Thời gian xử lý nhanh tro hóa ướt  Không phải đuổi axit dư lâu nên hạn chế nhiễm bẩn  Phù hợp cho nhiều loại mẫu khác đẻ xác định kim loại, v.v…  Nhược điểm Không dùng cho xử lý mẫu để xác định chất hữu  ứng dụng - Cách ứng dụng chủ yếu để xử lý mẫu cho phân tích nguyên tố kim loại số aniôn vô cơ, Cl 1- Br1-, SO42- , PO43- , loại mẫu sinh học, mẫu môi trường, mẫu hữu vơ Trong phòng thí nghiệm bình thường, khơng có trang bị lò vi sóng, cách xử lý phương pháp thích hợp, đơn giản, mà đảm bảo có kết tốt VD: 5g mẫu => cho vào chén =>thêm axit =>đun cạn => than đen =>lò nung (400-450 oC, 3h -> 550oC) => tro trắng => hòa tan (18 ml HCl 1:1 +1ml HNO3 65%) => đun => định mức 25 ml = HCl 2% => đo AAS III Các kỹ thuật chiết: Giới thiêu chung Chiết dựa sở phân bố (hay hồ tan) khác chất phân tích vào hai pha (2 dung môi) không trộn lẫn vào Các điều kiện chiết Để có kết chiết tốt, q trình chiết phải có điều kiện đảm bảo yêu cầu định sau đây:  Dung môi chiết phải tinh khiết cao, để không làm nhiễm bẩn thêm chất phân tích vào mẫu  Dung mơi chiết phải hồ tan tốt chất phân tích, lại khơng hồ tan tốt với chất khác có mẫu  Hệ số phân bố hệ chiết phải lín, chiết triệt để  Cân chiết nhanh đạt thuận nghịch, để giải chiết tốt  Sự phân lớp chiết phải rõ ràng, nhanh dễ tách riêng biệt pha  Phải chọn mơi trường axit, pH, loại axit thích hợp,  Phải thực nhiệt độ phù hợp giữ khơng đổi q trình  Phải lắc hay trộn mạnh để trình chiết xẩy tốt Giải chiết Là trình ngược lại trình triết, có nghĩa tách lấy ngun tố, hay hợp chất phân tích cần thiết khỏi pha hữu ( dung môi chiết), hay cột chiết SPE ( chất chiết pha rắn), đưa trạng thái dung dịch, để xác định chúng phương pháp phân tích thích hợp a Chiết lỏng - lỏng (phương pháp chiết tĩnh): Nguyên tắc, điều kiện chiết, trang thiết bị, ví dụ minh họa?  Nguyên tắc: Nguyên tắc kỹ thuật chiết dựa sở phân bố chất phân tích vào hai pha lỏng (2 dung môi) không trộn lẫn vào (trong hai dung mơi này, dung mơi có chứa chất phân tích) để dụng cụ chiết, phễu chiết, bình chiết Vì hệ số phân bố nhiệt động Kb cân chiết yếu tố định hiệu chiết tiếp đến ảnh hưởng nhiệt độ, mơi trường axit Vì Kpb số nhiệt động  Yếu tố định Bẩn chất, cấu trúc, thành phần chất mẫu Dung môi hữu co dùng để chiết phân tích hay hợp chất Kpb chất phân tích pha lỏng Nhiệt độ pH …  Các kiểu chiết Phương pháp chiết tĩnh Phương pháp chiết đơn giản, không cần máy móc phức tạp, mà cần số phễu chiết (dung tích 100, 250, 500 mL), tiến hành phòng thí nghiệm Việc lắc chiết thực tay, hay máy lắc nhỏ Tất nhiên phải làm hàng loạt mẫu nhiều thời gian Hiện người ta cung cấp hệ chiết đơn giản có 6, hay 12 phễu với máy lắc nhỏ, nên việc thực chiết dễ dàng dễ đồng điều kiện Ví dụ: Chiết lấy Retinoit (các Vitamin A) từ mẫu sữa tươi Lấy 10 mL mẫu vào bình chiết, thêm 20 mL rượu etylic tuyệt đối, 5-8 gam Na2SO4 khan, trộn đều, thêm 10 mL dung môi n-Hexan, lắc mạnh phút, để tủ lạnh phút cho phân líp, tách lấy líp n-Hexan có chứa Retinoit, làm khô pha chiết Na2SO4 khan phân tích Retinoit (họ Vitamin A) nHexan HPLC hay MEKC  Ưu điểm Phương pháp chiết tĩnh đơn giản, dễ thực hiện, ứng dụng phổ biến có hiệu lĩnh vực tách chiết phân tích làm giầu chất phân tích phục vụ cho việc xác định hàm lượng vết Nhất tách làm giầu kim loại, chất hữu cơ, HCBVTV độc hại mẫu nước, nước thải, nước biển, v.v Các ưu điểm: + Dùng cho chiết phân tích sản xuất tách chiết lượng lớn,  Lấy riệng chất phân tích, loại chất ảnh hưởng, chất mẫu,  Thích hợp cho làm giầu lượng nhỏ chất phân tích (có thể 10-50 lần),  Phục vụ cho chiết chất vô chất hữu cơ,  Sản phẩm chiết phù hợp cho nhiều phương pháp phân tích  nhược điểm phải lắc bình chiết nhiều lần nên lần chiết sau, dung mơi bình tạo thành nhũ tương gây khó khăn việc tách pha thành lớp dung mơi bình tạo nhũ tương sử dụng đũa thủy tinh dài đưa vào phễu chiết, khuấy nhẹ dung dịch hặc cọ xát nhẹ vào thành bình, chỗ mặt thống dung dịch nhằm phá vỡ bọt khí để dung dịch nhanh chóng phân thành lớp phá bọt cách ly tâm dung dịch  ứng dụng Thường ứng dụng để chiết vô chất hữu khỏi mẫu nước chiết hợp chất ion khỏi mẫu hữu dầu mỡ b Chiết pha rắn: Nguyên tắc, điều kiện chiết, trang thiết bị, bước tiến hành trình chiết pha rắn, phạm vi ứng dụng Ví dụ chiết pha thường, ví dụ chiết pha ngược?  nguyên tắc Dựa phân bố chất phân tích vào pha: rắn lỏng - Pha rắn: pha tĩnh – nhồi cột chiết - Pha lỏng: pha động – di chuyển qua cột chiết Giai đoạn 1: dd mẫu dội qua cột chiết(chất phân tích số tạp chất giữ lại) Giai đoạn : Dùng dung mơi rửa giải thích hợp để rửa giải chất cần phân tích khỏi cột  Các chất phân cực hòa tan chất phân cực Các chất khơng phân cực hòa tan chất không phân cực  Bản chất chế - Cơ chế tương tác hấp thụ chất rắn( chất chiết) với chất tan “X” dạng phân tử trung hòa điện tích, khơng phân cực phân cực - Cơ chế trao đổi ion, trao cặp ion chất triết ( pha rắn) với chất tan dạng ion dd nước  Các loại chất chiết pha rắn Theo đặc điểm chất chiết, chất chiết pha rắn chế tạo phân chia theo loại chất: • Loại hấp phụ pha thường Đó Silica trung tính ơxit nhơm, • Hấp phụ pha ngược Đó Silica thường alkyl hố nhóm-OH, • Loại chất trao đổi iơn (để tách Cation Anion), • Chất rây hay sàng lọc phân tử theo độ lớn, kích thước phân tử chất, • Loại chất hấp phụ khí (purge and trap Extraction), để hấp thụ chất khí  Các kiểu chế chiết pha rắn Chính có nhiều loại chất chiết pha rắn, kỹ thuật chiết pha rắn có nhiều chế trình động học khác nhau, theo chất loại chất chiết (pha chiết) Nói chung, chất chiết pha rắn tương tự pha tĩnh sắc lý lỏng hiệu cao (HPLC) Nó dạng cột chiết (1x6 cm tích 4-6 mL) hay dạng đĩa chiết (dầy 1-2 mm đường kính 3-4 cm) Do chiết pha rắn có loại chế là: Hấp phụ pha thường (loại NP), Hấp phụ pha ngược (loại RP), Trao đổi ion cặp ion chất dạng ion (loại IEx), Rây phân tử theo độ lớn chất phân tích (Gel)  Các điều kiện chiết pha rắn Quá trình chiết thực chất phân bố chất phân tích pha, pha rắn (chất chiết) pha lỏng (dung dịch chứa chất phân tích) không trộn lẫn vào điều kiện định, pH, dung môi, nhiệt độ, tốc độ chảy mẫu qua cột chiết Trong hệ số phân bố nhiệt động Kb chất phân tích hai pha (rắn lỏng chứa mẫu) yếu tố định hiệu chiết Nó tương tự hệ sắc ký cột lỏng-rắn (của hệ HPLC) Vì muốn thực chiết pha rắn tốt phải có điều kiện sau đây:  Pha rắn hay chất chiết (dạng cột chiết hay đĩa chiết) phải có tính chất hấp thụ hay trao đổi chọn lọc với chất, hay nhóm chất phân tích định, tức tính chọn lọc pha tĩnh chiết  Các chất chiết dung môi rửa giải phải có độ cao theo yêu cầu cấp hàm lượng phân tích  Hệ số phân bố nhiệt động Kfb cân chiết phải lớn, để có hiệu suất chiết cao  Q trình chiết phải xẩy nhanh nhanh đạt cân bằng, khơng có tương tác phản ứng hố học làm hay hỏng pha rắn chất phân tích  Quá trình chiết phải có tính thuận nghịch, để rửa giải tốt chất phân tích khỏi pha chiết pha động phù hợp  Không làm nhiễm bẩn thêm chất phân tích q trình chiết từ nguồn  Sự chiết phải thực điều kiện định phù hợp, phải lặp lại tốt tất nhiên đơn giản dễ thực tốt  Các ưu nhược điểm phạm vi ứng dụng Chiết pha rắn kĩ thuật chiết đời, phát triển ứng dụng khoảng chục năm trở lại đây, nước tiên tiến vào Việt nam ta từ năm 1997 Hiện có số hãng sản xuất cung cấp thị trường nhiều loại chất chiết dụng cụ chiết khác cho nhiều đối tượng tiện dụng Chất chiết thường chất Silica hoạt hố để chúng có khả hấp thụ cao chọn lọc chất theo nhóm Kỹ thuật chiết có ưu nhược điểm sau đây:  Có tính chọn lọc nhóm hợp chất phân tích,  Cân chiết nhanh đạt có tính thuận nghịch,  Thích hợp cho mẫu lượng nhỏ phân tích lượng vết chất,  Thao tác đơn giản nhanh kỹ thuật chiết khác,  Trong q trình chiết ln ln có làm giầu chất phân tích,  Chất chiết pha rắn không đắt (khoảng 50.000 đ.VN/1cột chiết) Chính mà sử dụng phổ biến phân tích, đặc biệt phân tích đối tượng môi trường chất vi lượng độc hại Ví DỤ: Chiết để xử lý mãu xác định số hóa chất BVtV nước lấy 250 ml mẫu nước, chỉnh pH=5, lọc bỏ cặn lấy dung dịch đội qua cột chiết ( loại LR-C18) với tốc độ 2-4 ml/phút Sau rửa cộ 5ml nước cất, hút chân không cho cột phút rửa giải chất BVTV cột 20ml dung môi Etyl – axetat lấy dung dịch rửa giải dội qua cột hấp phụ thứ hai ( cột có: Na2SO4 + Al2O3 + hoạt tính) để làm làm khơ mẫu sau lại rưa lại giải chất BVTV cọt 10ml Etyl – axtat Thu dung dịch, làm bay dòng khí Nitơ ( tốc độ 0,8 ml /phút) đến dung dịch sánh, định mức thành 2ml etyl axetat, làm khô Na2SO4 khan Lấy dung dịch mẫu để xác định hóa chất BVTV (metyl – parathion, diazinon sumithion) phương pháp GC/ECD, hay Gc-MS c Chiết Soxhlet: Nguyên tắc, trang thiết bị, ứng dụng, lấy ví dụ minh họa  Nguyên tắc: kiểu chiết liên tục đặc biệt thực nhờ loại trang bị chiết riêng Về chất dựa sở quy luật phân bố chất pha không trộn vào Song pha mẫu pha lỏng, bột, hạt hay dạng mảnh, hay dạng Cong dung môi chiết ( chất hữu cơ) dạng lỏng  Trang thiết bị: - Các hệ chiết soxhlet thường đơn giản - Các hệ chiết soxhlet tự động  Ví dụ: chiết soxhlet thường lấy số hóa chất BVTV từ mẫu rau quả: - Lấy 10g mẫu nghiền nhỏ trộn vào cốc đựng mẫu hệ chiết, thêm 25-30g Na2SO4 khan, trộn đều, 50 ml dung mơi chiết n-hexan có 20% CH2Cl2 Sau tiến hành chiết vòng 5-6h liên tục, để yên 10 phút, tách lấy pha hữu n-hexan có chứa chất phân tích xác định chúng pha hữu phương pháp phù hợp chọn  Ưu điểm - Chiết triệt để  Nhược điểm - Điều kiện chiết nghiêm ngặt - Thời gian chiết dài  ứng dụng: chiết hóa chất bảo vệ thực vật từ mẫu cây, lá, rau quả, thực phẩm, mẫu đất IV Trình bày sở lý thuyết định luật phương pháp phân tích quang học Các phương pháp quang học: a Trình bày nguyên tắc chung phương pháp, sơ đồ khối nguyên lý hoạt động phương pháp phân tích, lĩnh vực ứng dụng, ưu điểm nhược điểm b Trình bày phương pháp xác định cấu tử cách dùng đường chuẩn:  Phổ hấp thụ phân tử (UV-Vis) Cơ sở lý thuyết Dựa hấp thụ ánh sáng phân tử chất có khả hấp thụ ánh sáng ( chất mầu hạt rắn dung dịch) - - Mỗi màu sắc xác định hấp thụ ánh sáng bước sóng định Ánh sáng vào có cường độ Io bị hấp thụ phần => ánh sáng có cường độ I I cường độ màu khác => khả hấp thụ khác Nguyên tắc xác định cấu tử Muốn xác định cấu tử X phương pháp hấp thụ phân tử phải chuyển cấu tử X thành dung dịch có màu dung dịch đục, từ đo mức độ háp thụ ánh sáng dung dịch áp dụng định luật lamber-beer để tính nồng độ Định luật sở Định luật lamber-beer Chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng , vào dung dịch có màu đục ánh sáng bị hấp thụ phần ánh sáng có cường độ I < Io Io I Dd màu đục A= lg Io/I = ɛ.b.c A: độ hấp thụ quang (Abs) b: độ dày lớp chất hấp thụ c: nồng độ ɛ: hệ số hấp thụ phân tử Độ truyền quang T (%) T=( I/ Io) 100% Quy trình xác định cấu tử - Lập đường chuẩn - Phân tích mẫu mơi trường - Tính kết Sơ đồ khối Nguồn sáng Bộ lọc sáng Mẫu Nhận khuếch đại tín hiệu - Nguồn sáng : cung cấp ánh sáng - Bộ lọc sáng : thu ánh sáng đơn sác - Buồng chứa mẫu : đựng cuvet mẫu - - Ghi kết Nhận ánh sáng ra, chuyển tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện, khuếch đại tín hiệu Thể kết  Anh sáng có bước sóng xác định qua buồng lọc sáng thu ánh sáng đơn sắc ánh sáng đơn sắc qua buồng chữa mẫu bị hấp thuj1 phần sau tia đơn sắc qua phận ‘ nhận khuếch đại tín hiệu’ chuyển tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện khuếch đại tín hiệu sau ghi kết  ứng dụng : xác định anion, vô cơ, amoni, ion kim loại, TOC, COD  Quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS  chiếu chùm tia sáng có bước sóng xác định vào đám nguyên tử nguyên tử dự hấp thụ xạ có bước sóng ứng với tia xạ mà phát q trình phát xạ  muốn xác định cấu tử X Chuyển X dạng dung dịch sau mẫu đưa vào buồng hóa đẻ chuyển dạng nguyên tử X, đo độ hấp thụ ánh sáng nguyên tử X nguyên lý hoạt động nguồn sáng buồng nguyên tử hóa mẫu đơn sắc phận thu tín hiệu quang phận khuếch đại Các phận ghi phổ Chọn điều kiện loại trang bị phù hợp để chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn hay dung dịch) thành trạng thái nguyên tử tự Đó q trình hóa ngun tử hóa mẫu Chiếu chùm tia sáng xạ đặc trưng nguyên tố cần phân tích qua đám nguyên tử vừa sinh Các nguyên tử trạng thái hấp thụ tia xạ định tạo phổ hấp thụ Ở phần cường độ chùm tia sáng bị loại nguyên tử hấp thụ phụ thuộc vào nồng độ mơi trường hấp thụ Nguồn cung cấp chùm tia sáng phát xạ nguyên tố cần nghiên cứu gọi nguồn xạ đơn sắc hay xạ cộng hưởng Nhờ hệ thống máy quang phổ, người ta thu toàn chùm sáng, phân ly chọn vạch hấp thụ nguyên tố cần nghiên cứu để đo cường độ Cường độ tín hiệu hấp thụ vạch phổ hấp thụ nguyên tử Trong thời gian định nồng độ C, giá trị cường độ phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ C nguyên tố mẫu phân tích Đối tượng phân tích lươgj nhỏ nguyên tố loại mẫu thuộc nhiều Ưu điểm:  độ nhậy độ chọn lọc tương đối cao  phải làm giàu mẫu trước phân tích  thao tác nhẹ nhàng nhược điểm  phải có hệ thống máy tương đối đắt tiền  cán có chun mơn thành thạo tay nghề  nhiễm bẩn có ảnh hưởng lớn đến kết phân tích hàm lượng viết  phương pháp phân tích tổng thể nguyên tố V Các phương pháp sắc ký: Trình bày đặc điểm phương pháp, sơ đồ khối nguyên lý hoạt động phương pháp phân tích, lĩnh vực ứng dụng, ưu điểm nhược điểm - Sắc ký lỏng hiệu cao (HPLC) - Sắc ký khí (GC)  phương pháp sắc ký  định nghĩa: sắc ký trình tách dựa phân bố liên tục cấu tử chất phân tích lên pha không trộn lẫn vào nhau: pha thường đứng yên, có khả ấp thu chất phân tích gọi pha tĩnh pha di chuyển qua pha tĩnh gọi pha động, cúa tử chất phân tích  phân loại: - sắc kí khí GC: sắc khí rắn, sắc khí rắn lỏng - sắc kí lỏng LC: HPLC, sắc kí phẳng nguyên tắc xác định cấu tử để xác định hỗn hợp chất, chuyển chất vào dung mơi sau dung dịch mẫu bơm lên thiết bị sắc kí, hỗn hợp cấu tử sữ tách riêng khỏi cột tách sắc kí dựa vào lượng đặc trưng sắc đò để định tính vào định lượng chất  sơ đồ thiết bị GC khí mang vào cột phận bơm mẫu, tiếp đến lò cột sắc kí để…… khí mang: bình khí chỉnh áp bơm mẫu lò cột sắc kí detecto máy ghi tín hiệu ứng dụng  phân tích thực phẩm, dược phẩm, khí  mơi trường: chất nhiễm nước uống; chất độc hóa học khí hầm; chất ô nhiễm hữu nươc thải ưu điểm  thời gian phân tích nhanh  hiệu tách (độ phân giải cao), độ nhạy cao  không phân hủy mẫu, có khả ghép nối  độ xác cao  lượng mẫu nhỏ nhược điểm     phạm vi áp dụng phương pháp hạn ché không phù hợp với chất phân hủy nhiệt nhiều thời gian để chuẩn bị mẫu thiết bị đắt tiền người sử dụng phải có chun mơn với kỹ tay nghề tốt  sơ đồ khối thiết bị HPLC VI Các phương điện hóa: Trình bày sở lý thuyết, loại điện cực dùng phép đo điện Các phương pháp điện hóa * Khái niệm sở * Khái niệm: kĩ thuật phân tích dựa đo điện cực, điện tích dòng điện để xác định nồng độ tính chất chất cần phân tích * Cơ sở - Chất phân tích phải tham gia vào trình OXH-Khử - Quan hệ điện cực nồng độ chất phân tích biểu diễn = pt Nerst E= + lg E= + lg [Mnt] E= + lg Đối với hệ dị thể : rắn- lỏng, rắn –khí,… nồng độ = * Hệ điện dực: điện cực - Đ/c1 : phụ thuộc vào nồng độ chất phân tích( điện cực làm việc, điện cực thị) - Đ/c : điện cực ổn định, không đổi, không phụ thuộc vào nồng độ chất phân tích ( điện cực so sánh điện cực chuẩn) Cách đo ứng dụng hóa phân tích C1: đo điện điện cực nhúng vào dung dịch C2: chuẩn độ điện -Điện cực so sánh: + Đ/c chuẩn hidro +Đ/c calomen bão hòa + Đ/c bạc / bạc clorua - Điện cực làm việc + Đ/c thị Kim loại + Đ/c màng chọn lọc ion  Điện cực so sánh a) điện cực tiêu chuẩn Hidro (SHE) - phản ứng điện cực 2H+(aq) + 2e H2 (g) Aq: dung dịch nước, g: Khí gas Kí hiệu: Pt(s), H2(g, 1atm) / H+ (aq, a=1.00) // Ứng dụng : làm điện cực tham chiếu để xác định tiêu chuẩn cho bán phản ứng OX hóa – Khử b) điện cực colomel bão hòa SCE Hg2Cl2 (S) +2e  Hg (I) + 2Cl- aq S: rắn , l : lỏng Kí hiệu: Hg (I) / Hg2Cl2, HCl (aq) // Thế điện cực phụ thuộc vào nhiệt độ sử dụng nhiệt độ > 80oC ( Vì Hg bay hơi) Hg độc, Hg2Cl2 độc : nên tương đối c) Ag, AgCl AgCl (s) + e  Ag (s) + Cl- (aq) KH: Ag, AgCl / Cl- // Sử dụng nhiệt độ cao dùng nhiều loại mẫu so với SCE  Điện cực thị Kim loại : - Điện cực KL loại Cấu tạo : kim loại nhúng vào dung dịch chuẩn ion kim loại Pin : SCE // Cu2+ /Cu Ecell = Eind – Eref + Ej = 0.3419+ lg[Cu2+] – 0.2444 + Ej Đo Mn+ Ecell = K + lg[Mn+] ứng dụng : xác định ion Ag, Bi, Cd,Cu,Hg, Pb, Sn, Tl, Zn - Điện cực loại Cấu tạo: dây Kim loại phủ lớp muối tan Kim loại nhúng vào dung dịch chứa anion hợp chất tan Pin REF // I- / Ag(s), AgI Đo I- : Ecell = K- 0.059 lg[I-] -Điện cực màng chọn lọc ion Pin : Ref (samp) //[A] samp // [A] int // Ref (int) Ref: Đ/c so sánh A: ion cần xác định Samp: mẫu Int : điện cực Ecell = Eref (int)- Eref(samp) + Emem + Vd: điện cực màng thủy tinh Ecell = K+ 0.059 lg[H+] Vd: điện cực màng lỏng ứng dụng cho ion canxi Ecell = K + lg[Ca2+] Vd: điện cực màng khí Để đo độ dẫn điện hệ khí Ecell = k’ + 0.059 lg [CO2] II Định lượng – phương pháp đo thể - Đo thể trực tiếp + chọn điện cực thị phù hợp với hệ đo khảo sát + Dùng phương pháp đường chuẩn phương pháp thêm chuẩn + Không biết rõ thành phần mẫu, cần thêm nồng độ lớn, chất điện ly trơ mẫu - Chuẩn độ điện + nguyên tắc + Ứng dụng : chuẩn độ oxit – bazo, OXH – Khử, kết tủa, tạo phức B Phần tập Tính tốn lượng hóa chất cần lấy (cân, hút) để pha dung dịch có nồng độ xác định trình bày cách pha để chuẩn bị dùng dịch làm việc dung dịch chuẩn để xây dựng đường chuẩn; Tính tốn nồng độ dung dịch chuẩn dãy chuẩn thể tích dung dịch chuẩn cần lấy để pha; 10 Bài tập phần xử lý mẫu: vơ hóa mẫu, hệ số phân bố, hiệu chiết 11 Tính tốn hàm lượng cấu tử cần phân tích mẫu biết đường chuẩn C Phần thực hành Cấu tạo nguyên tắc hoạt động số thiết bị (chỉ trực tiếp thiết bị): Lò nung, chiết pha rắn, cô quay chân không, chiết Soxhlet, phá mẫu kendal, phễu chiết, cô nitơ -  sơ thiết bị xử lý mẫu bếp điện lò nung lò vi sóng tủ hút máy quay chân khơng bình kendan phễu chiết cột chiết bếp điện: đun phá mẫu dùng thử vơ hóa ướt khơ lò nung: vơ hóa khơ, nung mẫu thành tro để hòa tan Cách vận hành cho mẫu vào lò bật nguồn - - thời gian chờ (time start): 00:00 -> enter thời gian gia nhiệt ( time 1); tùy yêu cầu -> enter đặt nhiệt lò nung (T1) -> enter thời gian giữ nhiệt (T2): đặt mức nhiệt độ cài đặt thời gian trì nhiệt độ Sau tăng nhiệt tiếp đặt xong thơng số nhấn Start lưu ý: lo nung hệ hở nên hi nung phải mở cửa sổ bật quạt để axit bazơ hay dung môi bay Sau nung cần chờ nhiệt độ lò nung giảm gần nhiệt độ phòng mở lò lấy mẫu lò vi sóng: hệ kín, dùng sử lý ướt, lượng vi sóng động lớn phá vỡ từ lòng hạt mẫu ngồi tủ hút: hút khí, axít, bazơ, mùi máy cố quay chân không: làm giàu mẫu đuổi dung môi cách vận hành bật làm lạnh (nút xanh) -> setup nhiệt độ mong muốn Start làm lạnh bật cô quay ( nút đen) Dùng nút lên xuống để mở nắp lắp bình cầu chứa mẫu vào máy setup nhiệt độ số vòng quay Khóa van để dung mơi, axit khơng ngồi độc chờ nhiệt độ làm lạnh đạt đến mức mong muốn bật hút chân khơng sau ấn Start thiết bị cô quay lưu ý: dung dịch mẫu chạm vạch trắng bình cầu ngừng lại bình kendan: dùng để phá mẫu, đun nóng đun sơi mâu bình có ống sinh hàn hồi lưu dung môi phễu chiết: đẻ lắc chiết dùng kỹ thuật chiết lỏng - lỏng tùy thuộc vào tính chất loại chất chiết mà thu lấy chất tầng tuần sau phân tách cột chiết: dùng kỹ thuật chiết rắn lỏng Sử dụng thành thạo máy trắc quang: chuẩn bị mẫu, đường chuẩn, đo độ hấp thụ quang, xây dựng đường chuẩn tính tốn; Các phương pháp phân tích đại khác: Lập đường chuẩn tính tốn kết thí nghiệm  Xác định tổng sắt phương pháp trắc quang dùng thuốc thử 1,10 phenanthrolin (TCVN 6177 : 1996) a) nguyên tắc chuyển tồn dạng sắt khơng tan dạng tan(Fe 2+ Fe 3+) - khử toàn Fe 2+ Fe 3+ - Ph = 2,5 – 9, Fe 2+ tác dụng với 1,10 phenanthrolin tạo thành phức màu đỏ da cam Đo độ hấp thu bước sóng λ= 510 nm cườn độ màu phức tỷ lệ thuận với hàm lượng Fe2+ có dung dịch Yếu tố ảnh hưởng: - Chất lơ lửng sau axit hóa mẫu: Lọc mẫu - số ion kim loại (Cu, Co, Cr, Zn, Ni, Hg, Ag) nông độ cao gây ảnh hưởng Chỉnh Ph < chất màu Tro hóa mẫu, hòa tan HCL b) - Chất oxy hóa: thêm lượng dư chất khử hydroxy lamin Hóa chất HCL đặc 36% (d= 1,8 g/ml); H2SO4 đặc Dung dịch thuốc thử 1,10 phenanthrolin Cân 0,1 gam 1,10 phenanthrolin (C12H8N2H2O) hòa tan 100 ml dung dịch nước cất Dung dịch ổn định tuần bảo quản tối - Dung dịch đệm axetat CH3XOONH4: hòa tan 10 gam hydroxyl – amoni clỏua NH2OH.HCL nước thêm nước đến 100ml Dung dịch ổn định tuần bảo quản - Dụng dịch sắt gốc: 200 mgFe/l Cân sác 1,4040 g Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O, hòa tan 50 ml nước, thêm 20 ml H2SO4 đặc, định mức tới 100ml - Dung dịch sắt làm việc 5mgFe/l: pha loãng dung dịch gốc 40 lần: lấy 2,5 ml định mức tới 100ml - Kali persunfat (K2S2O8) dung dịch 4%: hòa tan 4,0 g kali persunfat nước pha loãng tớn 100 ml Dung dịch ổn định vài tuần với điều kiện cất giữ lọ thủy tinh sẫm màu nhiệu độ phòng c) Quy trình tiến hành  Xây dựng đường chuẩn chuẩn bị bình định mức 25 ml có đánh số từ – lấy thể tích dung dịch làm việc Fe2+ nồng độ mg/l khác vào bình định mức thêm 0,5 ml dung dịch hdroxyl amoniclorua, ml dung dịch đệm axetat, ml thuốc thử 1,10 phenanthrolin định mức đến vạch Thang chuẩn tương ứng với nồng độ; 0,025 mg/l; 0,1 mg/l 0,3 mg/l bước tiến hành xây dựng đường chuẩn STT Dung dịch Fe2+ chuẩn làm việc mg/l V nước ml 0 0,125 0,25 0,5 1,5 10 10 10 10 10 10 Dung dịch hydroxyl 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 amoniclorua ml Dung dịch đệm axetat ml 2 2 2 thuốc thử 1,01 1 1 1 phenanthrolin ml định mức nước cất đến vạch, để yên sau 15p đem đo Abs bước sóng λ= nm 0,025 0,04 0,1 0,2 0,3 mg/l Abs (λ=510 nm) - - 0,011 0,012 0,014 0,048 0,066  Chuẩn bị mẫu môi trương ( nước thải nước mặt) Axit hóa mẫu đến pH sau láy mẫu lấy sác 50 ml mãu axit hóa thêm ml dung dịch kalipersunfat đun sôi nhẹ 40p, đảm bảo thể tích khơng cạn q 20 ml làm nguội chuyển vào bình định mức dụng dịch 50 ml, têm 4ml dung dịch hydroxyl – amoniclorua thêm nước tới vạch hút 20 ml dung dịch cho vào bình định mức 25 ml thêm 0,5 ml dung dịch hydroxyl-anonniclorua, 2ml dung dịch đệm axetat, 1ml dụng dịch thuốc thử 1,10 phenanthrolin 0,1 % để phát triển màu 15p ròi đem đo độ hấp thụ quan bước sóng λ=510 nm ý: mẫu nước có nồng độ sắt cao phải pha lỗng mẫu  tính kết dựa vào đường chuẩn tính kết f: hệ số pha loãng ... phạm vi áp dụng phương pháp hạn ché không phù hợp với chất phân hủy nhiệt nhiều thời gian để chuẩn bị mẫu thiết bị đắt tiền người sử dụng phải có chuyên môn với kỹ tay nghề tốt  sơ đồ khối thiết... gian xử lý nhanh tro hóa ướt  Không phải đuổi axit dư lâu nên hạn chế nhiễm bẩn  Phù hợp cho nhiều loại mẫu khác đẻ xác định kim loại, v.v…  Nhược điểm Không dùng cho xử lý mẫu để xác định... ứng dụng chủ yếu để xử lý mẫu cho phân tích nguyên tố kim loại số aniôn vô cơ, Cl 1- Br1-, SO42- , PO43- , loại mẫu sinh học, mẫu môi trường, mẫu hữu vô Trong phòng thí nghiệm bình thường, khơng