phân tích mẫu Kim loai nang

PHẦN GIỚI THIỆU VỀ KIM LOẠI NẶNG Dùng để kim loại có đặc tính tỉ trọng lớn (>5), KLPT lớn Một số kim (metalloid) có tính chất kim loại phi kim, thường xếp vào nhóm kim loại nặng gồm Ge, As, Se, Sb, Te Như vậy, có khoảng 40 nguyên tố kim loại nặng tổng số 52 nguyên tố kim loại Kim loại nặng chia làm loại: kim loại độc (Hg, Cr, Pb, Zn, Cu, Ni, Cd, As, Co, Sn,…), kim loại quý (Pd, Pt, Au, Ag, Ru,…), kim loại phóng xạ (U, Th, Ra, Am,…) Nồng độ (µg/l) Kim loại Nước biển Nước sơng Cd 0,03 – 0,06 0,04 – 0,35 Hg Co Cr Ni Cu Pb Mn Fe Al Sn Se Zn 0,1 mg/l làm hoen ố quần áo giặt (thông thường nước mặt Fe SO4 Tránh dùng HCl với nguyên tố bay hơi, H2SO4 với Pb - Biến tính matrix modifier Khi độ thu hồi (recovery) chứng tỏ có mặt chất cản nhiễu phải biến tính (matrix modification) Vai trò chất modifier loại bỏ cản nhiễu thông thường nâng cao độ nhạy Cơ chế tác động modifier: liên kết với chất cản nhiễu (releasing agents) đưa chất phân tích dạng hợp chất hay dễ bay (protecting agents) nhiệm vụ Lợi ích modifier: + Đưa nguyên tố phân tích dạng hợp chất bay hơi: nâng cao nhiệt độ tro hố để loại bỏ matrix mà không làm nguyên tố phân tích, nhiệt độ ngun tử hố cao đạt gần điều kiện ổn định nhiệt, cho phép tách pic xa vùng hấp thu nền, nâng cao độ nhạy nhờ vào việc cải thiện hình dạng pic giảm tượng bất đối xứng, doãn rộng, chia tách thành nhiều pic Pic trở nên thon nhọn giảm sai số việc lấy theo chiều cao (sai số tới 50%) + Tác động lên matrix: Làm tăng tính bay matrix trường hợp modifier NH4NO3 tác động lên matrix NaCl Ngược lại trường hợp hấp thu muối PO4, nhờ modifier Ni, Pd làm bền nhiệt cho P mà tín hiệu bị trì hỗn giảm thiểu Một modifier cần thoả mãn điều kiện: i) Không làm giảm tuổi thọ lò, ii) Khơng tạo hấp thu bước sóng ngun tố phân tích, tránh dùng muối PO4 tạo thành PO cho phổ hấp thu vùng UV, iii) Cho phép tro hoá nhiệt độ cao hơn, điều đặc biệt quan trọng matrix hữu mẫu sinh học, thực phẩm Muốn thân modifier phải bền khơng hóa khoảng nhiệt độ 100-1500oC Trong thực tế thường dùng nhiều modifier kết hợp với để làm tăng hiệu kết hợp nhiều hiệu quả, áp dụng cho nhiều nguyên tố, matrix khác Các modifier thông dụng Pd Mg Ba nhóm modifier gồm:  Nhóm 1: muối Pd 500-2000µg/l, Ni 50mg/l gốc nitrat (gốc clorua dùng hơn) kết hợp chất khử axit ascobic hay hydroxylamin, cho phép nâng cao nhiệt độ tro hóa Tác dụng modifier giải thích sau: giai đoạn tro hoá, Pd, Ni khử dạng nguyên tố (thường 1000 oC) khuếch tán, hoạt tính, tạo liên kết hố học với ngun tố phân tích đóng vai trò khử oxid ngun tố phân tích Điểm ý sử dụng modifier, nhiệt độ tro hóa cao với nguyên tố  Nhóm 2: Mg(NO3)2 modifier thường dùng cho phân tích Co, Cr, Mn, Al, Fe, Be, V (chu kỳ 4) Tác dụng modifier Mg nguyên tố phân tích tạo thành hỗn hợp oxid  Ngoài ra, chất tạo phức EDTA, citrat, oxalat, tạo khí có hoạt tính H2, CO tạo thành C hoạt tính giai đoạn tro hố, nhờ hạ thấp nhiệt độ nguyên tử hoá nguyên tố Ngược lại, muối phosphat NH4H2PO4 g/L làm tăng nhiệt độ nguyên tử hố Thơng thường ta chọn thể tích modifier với mẫu theo tài liệu, tiêm modifier vào lò khơng sấy khơ phần modifier này, sau tiêm mẫu (chế độ Pre Inject kết hợp Wet Deposition) bảo đảm mẫu modifier trộn với Các modifier pha nồng độ lớn (vài %) không cho sẵn vào mẫu hay chuẩn Chỉ trừ trường hợp modifier giá rẻ H3PO4 pha trực tiếp vào mẫu hay chuẩn Như vậy, việc tiêm modifier, ta có chế độ kết hợp xen kẽ: Pre/Co Inject Wet/Dry Deposition Cần lưu ý vài điểm sau: + Việc dùng dư modifier khơng làm tăng tác dụng biến tính mà tăng hấp thu nền, làm giảm độ hấp thu Abs, giảm tuổi thọ lò graphit, thực nghiệm cho thấy modifier NH4NO3, La, PO4, Mn có tính phá huỷ lò mạnh + Nếu cần làm modifier hệ APDC/MIBK Một số ví dụ modifier: • Pb, Zn, Cd: - Khi thêm vào modifier chất hữu EDTA, citrat, oxalat nồng độ 0,51% nhiệt độ phân huỷ phức chất nguyên tố thấp so với matrix HNO3 hay HCl, pic xuất sớm hơn, phải dùng nhiệt độ tro hố thấp - Còn ngược lại thêm vào H 3PO4 5% tạo thành pyrophosphat bền nhiệt hơn, cho phép nâng cao nhiệt độ tro hoá nhiệt độ phân huỷ hợp chất tạo thành nguyên tử cao , đồ thị pic xuất lùi lại: Pb 800 lên 940 oC (tài liệu khác 1233 lên 2141oC); Cd 470 lên 620oC, Zn từ 720 lên 830oC Đối với Pb, Cd, dùng NH4H2PO4 kết hợp thêm Mg(NO3)2.6H2O hiệu hơn, nhiệt độ tro hố tăng thêm 200oC • As, Se: Khi thêm vào Ni, Co (50 mg/l) tạo nên dạng arsenide, selenide bền nhiệt nguyên tử hoá nhiệt độ cao hơn, cho phép nâng cao nhiệt độ tro hố, nhờ độ nhạy tăng lên • As: lò platform, modifier Ni(NO3)2 1000 mg/l pha HNO3 5%, hot injection, ashing temp 1200oC (800-1500oC) • Cu: ul mẫu, 20ul NH4NO3 2%, ashing temp 1050oC, atomize temp 2350oC • Pb: lò platform, ul mẫu, 20ul (NH4)2C2O4 2%, hot injection 150oC, ashing temp 500oC Pyrolysis temp Peak Chemical modifier atomization temp Pyrolysis temp As 300 Pd(NO3)2+ Mg(NO3)2 1300 As 300 Pd 500 mg/l 1500 Peak atomization temp Ni 50 mg/l Cr 1100 Pb 600 800 Mg(NO3)2 1650 NH4H2PO4 g/l 950 NH4H2PO4 + Mg(NO3)2 1100 NH4 oxalat 1g/l 500 NH4 citrat 1g/l Cd Se 300 300 470 700 610 NH4H2PO4 g/l 800 NH4H2PO4 + Mg(NO3)2 1000 Ni(NO3)2 1000mg/l 1200 620 ~50 mg Ni/l - Ni 900 Zn 350 Mg(NO3)2 700 Phân tích mẫu nước biển, mẫu matrix phức tạp : Cả phương pháp FAAS, GFAAS bị cản trở NaCl mẫu nước lợ, nước biển Tuy nhiên FAAS chịu ảnh hưởng hơn, sai số độ mặn 30 g/l +10% Đối với GFAAS, thực nghiệm cho thấy NaCl nồng độ g/l gây sai số +10% Khi nồng độ NaCl cao, hiệu chỉnh Zeeman chưa đủ Tín hiệu suy giảm tới lần nguyên tố kim loại dạng hợp chất bay trước nguyên tử hố, ví dụ hợp chất Pb, Zn, Sn, Cu với Cl Do đó, mẫu có matrix phức tạp (nước thải, sinh học, đất) hay chất rắn hoà tan lớn phải kết hợp:  Hiệu chỉnh Zeeman  Lò platform  Phương pháp thêm chuẩn  Lấy tín hiệu theo diện tích  Thêm modifier để vừa loại bỏ NaCl (rất quan trọng) vừa chuyển nguyên tố kim loại dạng hợp chất bay (trường hợp NH 4NO3) hay dạng dễ bay (trường hợp oxalat)  Tiêm mẫu theo Mutilple Injection tro hoá lần tiêm để loại bỏ dần matrix, nâng cao nhiệt độ tro hóa nhờ tác dụng modifier Cách 1: Modifier NH4NO3 5-10% thường dùng NH4NO3 + NaCl → NH4Cl + NaNO3 Nhiệt độ bốc hơi(oC) 210 1400 380 330 Nồng độ cao axit HNO3, NaCl khơng làm giảm tuổi thọ lò nghiêm trọng mà NaNO3 gây giảm tuổi thọ lò đáng kể Cách 2: Modifier oxalat (NH4)2C2O4 1-2% - Lò Platform Sàn đỡ (platform) L’vov phát minh, graphite nhiệt phân mỏng, hình chữ nhật lõm giữa, đặt nằm ngang lò Kích thước platform 10 x mm ngắn so với lò (28 x i.d mm) Lợi ích platform thể q trình ngun tử hố ưu điểm thành lò là: giảm cản nhiễu khơng phổ, tăng độ nhạy(diện tích lẫn chiều cao) Đặc điểm nhiệt độ platform ln thấp thành lò đám bên vài trăm oC, mẫu hóa ngun tử hố đến thành lò đám bên ổn định nhiệt độ Nhờ vào việc mẫu hố vào pha có nhiệt độ cao mà: i) Tăng hiệu suất nguyên tử hóa Ngồi làm giảm kết hợp trở lại hợp chất trạng thái nhiệt độ bầu khơng khí nguội bế mặt lò, điều giúp giảm cản nhiễu hố học làm tăng hiệu suất nguyên tử hóa ii) Tăng phân huỷ hợp chất phân tử nên giảm hấp thu Trong trình nguyên tử hoá, platform tăng nhiệt với tốc độ chậm tốc độ thành lò, tốc độ hình thành ngun tử chậm đi, chiều cao pic giảm, điều rõ với nguyên tố bay Cr Nguyên tố bay lùi thời gian pic xuất hiện, trì hỗn pic rõ, tác dụng giảm cản nhiễu lớn Ngồi sàn đỡ modifier tốc độ gia nhiệt cao (3800K/s) giúp trì hỗn q trình ngun tử hố lò đạt điều kiện ổn định nhiệt (Stabilized Temperature Platform Furnace, STPF) Nhiệt độ giai đoạn sấy khô tro hóa platfrom phải cài đặt cao so với bình thường Nhiệt độ giai đoạn nguyên tử hoá tương đương cao 200 oC thời gian trì nhiệt độ lâu khoảng 0,5s pic dỗn rộng có kéo dài Cần thêm giai đoạn làm nguội platform khoảng 10s vào cuối chương trình nhiệt độ • Phương pháp ổn định nhiệt (STPGFAA - stabilized temperature platform graphite furnace atomic absorption) theo US EPA 200.9 + Sử dụng lò platform + Lò ln thổi hỗn hợp khí 95%Ar+ 5%H2 với tốc độ 300ml/phút + Làm khô mẫu 1200C -> Tro hóa -> Làm nguội -> Nguyên tử hóa Phụ lục AAS: Quy trình kiểm tra thơng số máy 1) Khối lượng đặc trưng: (tương đương khái niệm nồng độ đặc trưng bên FAAS) Vd: Sai khác độ hấp thu 20 µl Cu 10 µg/l 20 µl blank (0,1%HNO3) phải lớn 0,08 2) Giới hạn phát hiện: Vd: Đo độ hấp thu A 20 µl Cu µg/l Đo lặp lại 10 lần 20 µl blank (0,1%HNO3) tính SD LOD = SD µg / l A 3) Độ lặp lại RSD nhỏ 5% 4) Reslope: mẫu xác nhận lại đường chuẩn (calibaration verification) thông qua yếu tố độ dốc đường chuẩn cách chạy lại chuẩn nằm đường chuẩn, thông thường sau 10 mẫu tính nồng độ CR Chênh lệch nồng độ CR nồng độ định C S tốt khoảng 75-125%, khơng đạt phải chạy lại toàn đường chuẩn (recalibration) Sau xác định reslope thoả giới hạn cho phép, nồng độ sau nhân với hệ số CS/CR 5) Nhiệt độ khơng khí phòng máy ổn định (dao động khơng q ±3 oC), ẩm độ khơng khí ln ln thấp 85% 6) Các thông số đo lửa: Thời gian đọc: giây Số lần đọc lặp lại: đến 10 lần Bảng D: Khoảng tuyến tính kiểm tra độ nhạy FAAS a Sens Check is the concentration giving approximately 0.2 AU b Linear Range is the upper concentration of linear range c Min mg/L is the concentration giving 0.02 AU (Sens Check divided by 10) Element WaveLength (nm) Sens Check a (mg/L) Antimony 217.6 15.0 100.0 - 1.5 0.038 Barium 553.6 10.0 50.0 - 1.0 0.10 Bismuth 223.1 10.0 50.0- 1.0 0.025 Cadmium 228.8 0.5 3.0 - 0.05 0.075 Calcium 422.7 0.5 3.0 - 0.05 0.0013 Cobalt 240.7 2.5 15.0 - 0.25 0.0063 Copper 324.8 1.5 10.0 - 0.15 0.0038 Iron 248.3 2.5 15.0 - 0.25 0.0063 Lithium 670.8 1.0 5.0 - 0.10 0.0025 Magnesium 285.2 0.15 1.0 - 0.015 0.0004 Manganese 279.5 1.0 5.0 - 0.10 0.0025 Molybdenum 313.3 15.0 100.0 - 1.50 0.038 Nickel 232.0 4.0 0.40 - 0.01 0.50 Potassium 766.5 0.4 2.0 - 0.04 0.001 Silver 328.1 1.5 10.0 - 0.15 0.0038 Sodium 589.0 0.15 1.0 - 0.015 0.0004 Strontium 460.7 2.0 10.0 - 0.20 0.005 Zinc 213.9 0.4 2.0 - 0.04 0.001 Linear Range Min.c (mg/L) (mg/L) b AA55/240/280 Series (Flame) instruments and SpectrAA 50/55/110/220 Series Instruments % Gain SpectrAA 880 (Flame) Instruments EHT Volts Element Symbol Hollow Cathode Lamp Ag Silver 26 231 Al Aluminium 25 221 As Arsenic 51 284 Au Gold 39 285 B Boron 47 298 Ba Barium 32 235 Be Berylium 48 251 Bi Bismuth 61 376 Ca Calcium 25 225 Cd Cadmium 57 283 Co Cobalt 51 331 Cr Chromium 42 259 Cs Cesium 64 258 Cu Copper 35 255 Dy Dysprosium 49 276 Er Erbium Eu Europium 39 238 Fe Iron 66 365 Ga Gallium 46 301 Gd Gadolinium 64 334 Ge Germanium 56 317 Hf Hafnium 59 338 Ho Holmium 48 285 Hg Mercury 33 260 In Indium 44 Ir Iridium 55 272 K Potassium 62 279 La Lanthanum 52 293 Li Lithium 24 Mg Magnesium 23 205 Mn Manganese 51 307 Mo Molybdenum 40 279 Os Osmium 53 303 Na Sodium 35 223 Ni Nickel 69 389 Nb Niobium 56 Nd Neodinium 63 321 Pb Lead 46 296 Pd Palladium 67 377 P Phosphorous 42 281 Pr Praesodinium 67 368 Pt Platinum 49 274 Rb Rubidium 78 316 Re Rhenium 30 237 Rh Rhodium 40 265 Ru Ruthenium 50 295 Sb Antimony 64 382 Sc Scandium Se Selenium 46 304 Si Silicon 55 316 Sr Strontinum 31 233 Sn Tin 61 373 Ta Tantalum 52 304 Tb Terbium 56 Te Tellurium 65 Ti Titanium 51 Tl Thallium 227 V Vanadium 35 248 W Tungsten 61 351 Y Yttrium 41 273 Yb Ytterbium 49 303 Zn Zinc 34 270 Zr Zirconium 48 270 Chú ý: Đèn yếu (% gain thấp), EHT Volt cao ... hữu Các kim loại quý dùng để làm trang sức, đúc tiền vàng, bạc, nhóm Pt (Platin đắt gấp đơi vàng, Paladi nửa giá vàng) có đặc tính trơ mặt hóa học, ngồi có tính ánh kim, dẫn điện tốt Kim loại... tránh khỏi nhiễm kim loại nặng Một số kim loại nặng Cd, Hg, Pb, Sn khơng đóng vai trò tích luỹ thể động vật có vú đạt liều lượng định gây bệnh Đáng ý Hg, As, Cd, Cu, Cr, Pb, Ni kim loại nặng ô... kim Hg-methyl chiếm 95% tổng lượng Hg cá Thời gian để đào thải nửa lượng kim loại nặng khỏi thể xác định khái niệm chu kỳ bán thải sinh học (biologocal half-life), tức qua thời gian nồng độ kim