Xác định hàm lượng kim loại nặng đồng, crom, niken trong rau xanh tại thành phố Thái Nguyên bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa trực tiếp (F-AAS)
MỤC LỤC
Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử 1. Nguyên tắc của phương pháp
Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử dựa trên cở sở nguyên tử ở trạng thái hơi có khả năng hấp thụ các bức xạ có bước sóng nhất định mà nó có thể phát ra trong quá trình phát xạ khi chiếu một chùm tia sáng có bước sóng nhất định vào đám hơi nguyên tử đó. Ngoài các nguyên tử kim loại còn có thể phân tích đ-ợc một số á kim (S, Cl…), một số hợp chất hữu cơ, l-ợng mẫu tốn ít, thời gian nhanh, đơn giản, dùng hiệu quả đối với nhiều lĩnh vực nh- y học, d-ợc học, sinh học, phân tích môi tr-ờng, phân tích địa chất…đặc biệt là l-ợng vết các kim loại. Tác giả Phạm Luận và các cộng sự [16] đã ứng dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa để phân tích xác định một số kim loại nặng (Cu, Pb, Cd, Co, Cr, Fe, Mn…) trong máu, huyết thanh và tóc của công nhân khu gang thép Thái Nguyên và công nhân nhà máy in.
Tác giả Phạm luận và các cộng sự thuộc trường Đại Học Tổng Hợp Hà Nội đã nghiên cứu xác định Cd trong lá cây và cây thuốc đông y ở Việt Nam, trong thực phẩm tươi sống bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn (GF- AAS) [15] [16].
Phương pháp xử lý mẫu phân tích xác định đồng, crom, niken [13]
Một nhược điểm chính của phương pháp phân tích này là chỉ cho ta biết thành phần nguyên tố mà không chỉ ra trạng thái liên kết của nguyên tố đó trong mẫu phân tích. Thời gian phân huỷ trong các hệ hở, bình Kendanl, ống nghiệm, cốc…, thường từ vài giờ đến hàng chục giờ, cũng tuỳ loại mẫu, bản chất của các chất, còn nếu trong lò vi sóng hệ kín thì cần vài chục phút [8]. + Nếu xử lý trong các hệ hở thì thời gian phân huỷ mẫu rất dài, tốn nhiều axit đặc tinh khiết cao, dễ bị nhiễm bẩn do môi trường hay axit dùng và phải đuổi axit dƣ lâu nên dễ bị nhiễm bụi bẩn vào mẫu.
Nung chất mẫu ở một nhiệt độ thích hợp, để đốt cháy hết các chất hữu cơ, và lấy bã vô cơ còn lại của mẫu là các oxit, các muối,… Sau đó hoà tan bã thu đƣợc này trong axit vô cơ, nhƣ HCl(1/1), HNO3(1/2),…để chuyển các kim loại về dạng các ion trong dung dịch.
THỰC NGHIỆM 2.1. Thiết bị và hoá chất
Khảo sát các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử dùng ngọn lửa trực tiếp của đồng , crom, niken(F-AAS)
Nhƣng thực tế không phải mỗi loại nguyên tử có thể hấp thụ tốt tất cả những bức xạ mà nó phát ra, quá trình hấp thụ chỉ tốt và nhạy chủ yếu đối với các vạch nhạy(vạch đặc trưng hay vạch cộng hưởng). Qua kết quả khảo sát ta thấy rằng khi cường độ dòng đèn giảm thì cường độ hấp thụ cuả vạch phổ tăng nhƣng hệ số biến động tăng hay sai số giảm, vì vậy ta phải chọn đƣợc cường độ dòng đèn sao cho cường độ vạch phổ vừa cao vừa ổn định tức sai số nhỏ, do đó chúng tôi chọn cường độ dòng đèn đồng 3mA (60%Imax), crom 7mA (60%Imax), niken10mA ( 70% Imax). Theo nguyên tắc hoạt động của hệ thống đơn sắc trong máy phổ hấp thụ nguyên tử, chùm tia phát xạ cộng hưởng của nguyên tố cần nghiên cứu được phát ra từ đèn catot rỗng, sau khi đi qua môi trường hấp thụ, sẽ được hướng vào khe đo của máy, được trực chuẩn, được phân ly và sau đó chỉ một vạch phổ cần đo được chọn và hướng vào khe đo để tác dụng vào nhân quang điện để phát hiện và xác định cường độ của vạch phổ.
Do đó lưu lượng khí axetilen sẽ được thay đổi để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ngọn lửa tới sự hấp thụ của các nguyên tố, từ đó chọn ra lưu lượng khí axetilen phù hợp. Qua kết quả khảo sát thấy rằng phép đo phổ hấp thụ nguyên tử cuả các nguyên tố đồng, crom, niken cho độ nhạy và ổn định cao ở một giá trị tốc độ dẫn khí acetilen nhất định. Nồng độ axit trong dung dịch luôn luôn có ảnh hưởng đến cường độ vạch phổ của các nguyên tố phân tích thông qua tốc độ dẫn mẫu, khả năng hoá hơi và nguyên tử hóa các chất mẫu.
Chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của một số loại axit có thể dùng để hoà tan mẫu và tạo môi trường axit như: HCl, HNO3, H2SO4 lên cường độ vạch hấp thụ của đồng, crom, niken trên nguyên tắc giữ cố định nồng độ ion kim loại nhƣng pha trong các dung dịch axit có nồng độ biến thiên và khảo sát độ hấp thụ của nguyên tố đồng, crom, niken ở nồng độ tương ứng là 1 ppm, 4 ppm, 2 ppm từ dung dịch chuẩn gốc. Theo kết quả khảo sát ở trên, chúng tôi đã chọn nồng độ các axit mà tại các nồng độ đó, độ hấp thụ của đồng cao và ổn định (có độ lặp tốt ), tức ít bị ảnh hưởng bởi nồng độ axit. Qua kết quả khảo sát ở trên, chúng tôi đã chọn nồng độ các axit mà tại các nồng độ đó, độ hấp thụ của crom ổn định (có độ lặp tốt ), tức ít bị ảnh hưởng bởi nồng độ axit.
Qua kết quả khảo sát ở trên, chúng tôi đã chọn nồng độ các axit mà tại các nồng độ đó, độ hấp thụ của đồng ổn định (có độ lặp tốt ), tức ít bị ảnh hưởng bởi nồng độ axit. Vì vậy chúng tôi chọn LaCl3 là chất phụ gia thêm vào, tuy nhiên LaCl3 có nhiệt độ hoá hơi cao do đó nếu nồng độ LaCl3 trong mẫu mà lớn thì nhiệt độ của ngọn lửa không đủ để hoá hơi mẫu. Ba2+,Mg 2+ ….Do các cation có mặt trong mẫu phân tích có thể gây ra hiệu ứng phức tạp đối với cường độ vạch phổ của nguyên tố phân tích, vì vậy chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của các cation có trong mẫu đối với cường độ vạch phổ của đồng, crom, niken.
Tuy nhiên, trong mẫu thực thì nồng độ các kim loại là rất nhỏ vì thế không phải tiến hành tách chúng ra trước khi xác định Cu, Cr, Ni bằng phép đo phổ hấp thụ nguyên tử.
Phương pháp đường chuẩn đối với phép đo F- AAS 1. Khảo sát xác định khoảng nồng độ tuyến tính
Trong đó Ai là cường độ hấp thụ đo được khi đo phổ CCu là nồng độ của đồng. Trong đó Ai là cường độ hấp thụ đo được khi đo phổ CCr là nồng độ của crom. Trong đó Ai là cường độ hấp thụ đo được khi đo phổ CNi là nồng độ của niken.
Đánh giá sai số và độ lặp lại của phương pháp
- Khoảng tin cậy của giá trị phân tích của các phép đo hoàn toàn có thể đánh giá thông qua các giá trị x và tương ứng.
Định lƣợng đồng, crom, niken trong các mẫu giả
Kết quả xác định hàm lượng đồng trong các mẫu giả bằng phương pháp đường chuẩn. Kết quả xác định hàm lượng crom trong các mẫu giả bằng phương pháp đường chuẩn. Kết quả xác định hàm lượng niken trong các mẫu giả bằng phương pháp đường chuẩn.
Do đó, chúng ta có thể áp dụng phương pháp này để xác định hàm lƣợng Cu, Cr, Ni trong mẫu phân tích cho kết quả chính xác, không cần phải che hoặc tách ion cản trở.
Kiểm tra quá trình xử lý mẫu
Qua so sánh với mẫu rau BCAT chúng tôi thấy rằng: hàm lƣợng crom trong mẫu rau bắp cải ở thành phố Thái Nguyên cao gấp 1,42lần, còn hàm lƣợng niken cao gấp 4,54 lần; với mẫu rau CCAT: hàm lƣợng crom trong mẫu rau cải canh ở thành phố Thái Nguyên cao gấp 2,52 lần, hàm lƣợng niken cao gấp 1,45 lần; với mẫu rau MNAT: hàm lượng crom trong mẫu rau muống nước ở thành phố Thái Nguyên cao gấp 2,59 lần, còn hàm lƣợng niken cao gấp1,55lần. Nhƣ vậy, các mẫu rau BC, CC, MN ở trên ít nhiều cũng đã bị nhiễm bởi bởi các kim loại nặng crom, niken do đó cần có những biện pháp sử dụng nguồn nước tưới, phân bón và thuốc trừ sâu thích hợp để khắc phục tình trạng ô nhiễm và bảo vệ sức khỏe con người. Qua kết quả thu đƣợc cho thấy hiệu suất thu hồi Cu, Cr, Ni đều lơn hơn 90%.
Vậy có thể sử dụng một trong hai phương pháp đường chuẩn hoặc thêm chuẩn để xác định hàm lƣợng Cu, Cr, Ni trong rau xanh. Trên đây là kết quả áp dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa F- AAS để xác định hàm lƣợng các kim loại nặng vào thực tế. Vì thời gian nghiên cứu có hạn nên muốn có kết quả phân tích chính xác hơn thì cần phải lấy mẫu hàng ngày vào các thời điểm khác nhau (sáng, trƣa, chiều, tối), trong nhiều tháng vào các mùa khác nhau đem phân tích, lấy kết quả đánh giá, so sánh với kết quả phân tích bằng các phương pháp khác nhau như phương pháp trắc quang, phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa GF-AAS…Thì kết quả thu đƣợc mới đảm bảo chính xác và thuyết phục hơn.