a. Phương pháp lấy mẫu và xử lý mẫu
mẫu Phần 2: Hướng dẫn kỹ thuật lấy mẫu [18] và TCVN 6647:2000 – Chất lượng đất – Xử lý sơ bộ để phân tích lý – hóa [19].
Lấy mẫu:
Mẫu đất lấy để phân tích trong phòng thí nghiệm được lấy ở tầng đất mặt (tầng đất mặt có chiều sâu từ 0-20 cm) bằng cách gạt bỏ đất bề mặt sâu khoảng 3-4 cm, sau đó lấy đất bằng dụng cụ lấy mẫu (xẻng, dao,…) và cho vào túi nilong có ghi ký hiệu mẫu, địa điểm, độ sâu và ngày lấy mẫu.
Mẫu đất được lấy tại các hộ gia đình trong cả 04 xóm của làng Đông Mai. Các điểm lấy mẫu được xác định vị trí và ghi lại bằng máy định vị vệ tinh toàn cầu (GPS) (Hình 8).
Xử lý mẫu:
Mẫu đất được xử lý bằng cách phơi khô trong điều kiện phòng (200C - 250C), sau đó nhặt kỹ sỏi, đá, kết vón. Đất được đem đi nghiền trong cối sứ bằng chày sứ bọc cao su, và rây qua dụng cụ rây có kích thước lỗ 0.1 mm.
Đất sau khi nghiền được trộn đều và đựng trong túi nilong có nhãn ghi rõ ký hiệu mẫu.
Bảng 5: Mô tả vị trí lấy mẫu đất để so sánh phương pháp
Mẫu đất Gia đình Vị trí Mục đích sử
dụng của vườn Mô tả Tọa độ (X) Tọa độ (Y)
Mẫu S1 Lê Đức Toản Xóm Đông Nuôi gà. Khu vực trước đây không tái chế chì. 20,991403 106,057001
Mẫu S2 Nguyễn Văn Châu Xóm Đông Trồng cây ăn quả và rau.
Khu vực trước đây có tái chế chì và
đã đổ đất ruộng lên. 20,990874 106,057211
Mẫu S3 Tôn Thị Quỳnh Xóm Đông Trồng cây ăn quả Khu vực trước đây có tái chế chì 20,99064 106,057171
Mẫu S4 Lê Thị Tình Xóm Nam Trồng rau Khu vực trước đây là ao và có hoạt
động nấu chì. 20,988188 106,055434
Mẫu S5 Nguyễn Văn Khanh Xóm Nam Bỏ không Khu vực trước đây có tái chế chì 20,98876 106,053681
Mẫu S6 Lê Thị Thúy Xóm Nam
Làm đường đi và nơi vui chơi của trẻ em.
Khu vực trước đây có đổ xỉ chì. 20,988454 106,054508
Mẫu S7 Lê Viết Kép Xóm Chùa Trồng rau Khu vực trước đây có nấu chì và đã
đổ đất đào móng nhà lên 20,986829 106,053903
Mẫu S8 Lê Thị Huấn Xóm Chùa Nơi tập kết xỉ chì,
bột khói chì. Khu vực gần điểm tập kết xỉ chì 20,987657 106,0541
Mẫu S9 Tạ Chí Thuyên Xóm Bắc Nuôi gà Khu vực gần xưởng đang có hoạt
động tái chế chì 20,990354 106,054045
b. Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm
Các mẫu đất được xử lý và phân tích trong phòng thí nghiệm của Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim theo phương pháp Quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS (TCVN 6496:2009).
Phương pháp quang phố hấp thụ nguyên tử AAS:
Hấp thụ nguyên tử là một trong những phương pháp hiện đại, được áp dụng phổ biến trong các phòng thí nghiệm. Phương pháp này xác định được hầu hết các kim loại trong mẫu sau khi đã chuyển hóa chúng về dạng dung dịch [13].
Phương pháp này được phát triển rất nhanh và hiện nay đang được ứng dụng rất phổ biến vì có độ nhạy rất cao (mức ppb) và độ chọn lọc cao (ứng với mỗi nguyên tố có một đèn actode rỗng). Do đó, khi phân tích lượng chất vết kim loại trong trường hợp không cần thiết phải làm giàu sơ bộ các nguyên tố cần phân tích, tránh được sự nhiễm bẩn mẫu khi xử lí qua các giai đoạn phức tạp. Đây là đặc tính rất ưu việt của phương pháp này, ngoài ra còn có một số điểm mạnh khác như: khả năng phân tích được gần 60 nguyên tố hóa học, ngoài các nguyên tố kim loại có thể phân tích được một số á kim (lưu huỳnh, clo,…) và một số chất hữu cơ bằng phép đo gián tiếp; lượng mẫu tiêu tốn ít; thời gian tiến hành phân tích nhanh, đơn giản,...
Ngày nay trong phân tích hiện đại, phương pháp hấp thụ nguyên tử được sử dụng rất có hiệu quả đối với nhiều lĩnh vực như y học, dược học, sinh học, phân tích môi trường, phân tích địa chất,… đặc biệt phân tích lượng vết các nguyên tố kim loại [16]. Chính vì vậy tôi đã sử dụng phương pháp hấp thụ nguyên tử (AAS) để xác định hàm lượng chì trong đất tại làng nghề tái chế chì Đông Mai.
Cơ sở lý thuyết của phép đo:
Đo sự hấp thụ năng lượng (bức xạ đơn sắc) của nguyên tử tự do ở trong trạng thái hơi (khí) khi chiếu chum tia bức xạ qua đám hơi của nguyên tố đó trong môi trường hấp thụ. Muốn thực hiện phép đo phổ hấp thụ nguyên tử của một nguyên tố cần phải thực hiện các quá trình sau:
- Chọn các điều kiện và một loại trang bị phù hợp để chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn hay dung dịch) thành trạng thái hơi của các nguyên tử tự do. Đó chính là quá trình hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu.
- Chiếu chùm tia bức xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi nguyên tử tự do vừa tạo ra ở trên. Các nguyên tử của nguyên tố cần xác định trong đám hơi sẽ hấp thụ những tia bức xạ nhất định và tạo ra phổ hấp thụ của nó.
- Tiếp đó nhờ một hệ thống máy quang phổ người ta thu toàn bộ chùm sáng, phân ly và chọn một vạch phổ hấp thụ của nguyên tố cần phân tích để đọc cường độ của nó. Cường độ đó chính là tín hiệu hấp thụ. Trong một giới hạn nồng độ nhất định của nồng độ C, giá trị cường độ này phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ C của nguyên tố ở trong mẫu phân tích theo phương trình:
A= k.Cb(*) Trong đó: A : Cường độ của vạch phổ hấp thụ K: Hằng số thực nghiệm
C: Nồng độ của nguyên tố cần xác định trong mẫu đo phổ b: Hằng số bản chất (0<b≤1)
Hằng số thực nghiệm K phụ thuộc vào tất cả các điều kiện hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu nhất định đối với một hệ thống máy AAS và với các điều kiện đã chọn cho mỗi phép đo; b là hằng số bản chất, phụ thuộc vào từng vạch phổ của từng nguyên tố. Giá trị b=1 khi nồng độ C nhỏ, khi C tăng thì b nhỏ xa dần giá trị 1.
Như vậy, mối quan hệ giữa A và C là tuyến tính trong một khoảng nồng độ nhất định. Khoảng nồng độ này được gọi là khoảng tuyến tính của phép đo. Trong phép đo AAS, phương trình (*) ở trên chính là phương trình cơ sở để định lượng một nguyên tố.
Trang bị của phép đo
Dựa vào nguyên tắc của phép đo, ta có thể mô tả hệ thống trang bị của thiết bị đo phổ AAS theo sơ đồ như sau:
Phần1 Phần2 Phần3 Phần4 Phần 1:
Nguồn phát chùm tia bức xạ cộng hưởng của nguyên tố cần phân tích. Đó có thể là đèn catot rỗng (Hollow Cathodeless Lamp-HCL) hay đèn phóng điện không điện cực (Electrodeless Discharge Lamp-EDL), hoặc nguồn phát bức xạ liên tục đã được biến điệu.
Phần 2:
Hệ thống nguyên tử hóa mẫu. Hệ thống này được chế tạo theo ba loại kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu, đó là:
- Kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn lửa đèn khí (F-AAS) - Kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu không ngọn lửa (ETA-AAS) - Kỹ thuật hóa hơi lạnh (CV-AAS)
Phần 3:
Bộ phận đơn sắc (hệ quang học) có nhiệm vụ thu, phân ly và chọn tia sáng (vạch phổ) cần đo hướng vào nhân quang điện để phát hiện và đo tín hiệu hấp thụ AAS của vạch phổ.
Phần 4: Bộ phận khuyếch đại và chỉ thị tín hiệu AAS. Phần chỉ thị tín hiệu có thể là:
- Điện kế chỉ thị tín hiệu AAS - Bộ tự nghi để ghi các pic hấp thụ - Bộ chỉ thị hiện số
- Bộ máy in
- Máy tính với màn hình để hiển thị dữ liệu, phần mềm xử lý số liệu và điều khiển toàn bộ hệ thống máy đo.
Trong ba kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu thì kỹ thuật F-AAS ra đời sớm hơn. Theo kỹ thuật này người ta dung nhiệt ngọn lửa đèn khí để nguyên tử hóa mẫu. Do đó mọi quá trình xảy ra trong khi nguyên tử hóa mẫu đều phụ thuộc vào đặc tính của ngọn lửa và nhiệt độ là yếu tố quyết định hiệu suất nguyên tử hóa mẫu phân tích.
Hình 7: Sơ đồ nguyên t
c. Phương pháp phân tích nhanh ngoài hi
Thiết bị được sử dụ các hộ gia đình ở Đông Mai là
Máy hoạt động dựa trên phương pháp
Nguyên lý hoạt đ Khi tia X mang năng lư sẽ bị đánh bật ra bên ngoài, t
lớp orbitan gần nhất bên ngoài, có năng lư để tạo trạng thái bền vững h
photons (lượng tử ánh sáng). Năng máy quang phổ. Với các nguy
của phổ lớn hay nhỏ sẽ cho biết nồng độ của nguy
Các Photon tia X đ
Ống tia X Electron
nguyên tắc cấu tạo của máy quang phổ hấp thụ nguyên t Phương pháp phân tích nhanh ngoài hiện trường
ụng để phân tích nhanh hàm lượng chì trong
Đông Mai là máy phân tích cầm tay Innov-X XRF Model α
a trên phương pháp huỳnh quang tia X (X-rayfluorescence
t động của máy:
Khi tia X mang năng lượng cao phóng vào nguyên tử, lớp electron trong c ngoài, tạo ra trạng thái ion dương không bền. Các electron ở
ên ngoài, có năng lượng cao sẽ di chuyển vào l ể tạo trạng thái bền vững hơn. Sự di chuyển này phát sinh năng lư
ợng tử ánh sáng). Năng lượng photons này được đo bằng detector của ổ. Với các nguyên tố khác nhau sẽ cho ra các phổ khác nhau, diện tích ủa phổ lớn hay nhỏ sẽ cho biết nồng độ của nguyên tố có trong mẫu cần phân tích.
Các Photon tia X đầu tiên
Electron phát ra
K L
Đầ
nguyên tử
ng chì trong đất vườn của XRF Model α-4000.
fluorescence) [27].
ử, lớp electron trong cùng ền. Các electron ở ào lớp bên trong ày phát sinh năng lượng ở dạng ợc đo bằng detector của ố khác nhau sẽ cho ra các phổ khác nhau, diện tích ố có trong mẫu cần phân tích.
ầu dò (Detector) K L Photon tia X thứ cấp- huỳnh quang
Cấu tạo của máy Máy được cấu tạo g
- Nguồn và ống phóng tia X - Bộ nhận tín hiệ
- Phần phân tích đa kênh - Phần tính toán k
Hình
Ưu điểm và tính năng n - Công nghệ XRF (hu nhỏ gọn, tiện lợi cho phân tích m
- Kiểm tra không phá h - Dễ thao tác sử d - Phân tích định tính, đ Urani với hàm lượng từ ppm đ
- Phân tích đượ màng mỏng,…;
- Tiết kiệm chi phí và th a máy:
o gồm 4 phần chính: ng phóng tia X;
ệu năng lượng photons phản hồi;
n phân tích đa kênh – từ năng lượng photons phân tích sang tín hi n tính toán kết quả và hiển thị và chuyển đổi dữ liệu.
Hình 9: Cấu tạo của máy XRF Model α-4000
m và tính năng nổi bật của máy:
XRF (huỳnh quang tia X) tích hợp trong một thi i cho phân tích mẫu ngay tại hiện trường;
m tra không phá hủy mẫu, kiểm tra qua bao bì;
dụng, cho kết quả nhanh và chính xác chỉ trong vài giây nh tính, định lượng được hơn 25 nguyên tố, từ
ppm đến 100%;
ợc trạng thái mẫu rất đa dạng: rắn, lỏng, b
m chi phí và thời gian;
ng photons phân tích sang tín hiệu điện;
t thiết bị cầm tay
trong vài giây; Magie cho đến
- Màn hình cảm ứng sáng, hiển thị màu sắc rất dễ dàng để đọc kết quả phân tích trong bất kỳ điều kiện ánh sáng nào, kể cả khi ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp;
- Môi trường làm việc từ -100C đến 500C;
Ứng dụng của máy:
Máy phân tích cầm tayInnov-X XRF Model α-4000 được ứng dụng để phân tích định tính và định lượng các kim loại nặng có trong mẫu vật. Các lĩnh vực được ứng dụng nhiều nhất là:
+ Luyện kim (Alloys): Xác định độ đồng nhất của vật liệu, phân tích tất cả các
nguyên tố hiện diện của mẫu vật, xác định % hợp kim - đo được tuổi của vàng theo đơn vị karat.
+ Khoáng sản (Minning): Khảo sát bề mặt những quặng và mỏ triển vọng.
Phân tích các kim loại quý hiếm.
+ Đất và môi trường (Soil/environmental): Phân tích các kim loại nặng độc
hại với môi trường như: thủy ngân, chì, asen, cacdimi…
+ Sản phẩm tiêu dùng (Consumer product): Phân tích hàm lượng các nguyên
tố độc hại theo tiêu chuẩn RoHS/WEE. Phân tích các nguyên tố bị giới hạn trong đồ chơi, thực phẩm, bao bì, điện tử,…Và nhiều ứng dụng khác.
Innov-X XRF đã được thừa nhận và sử dụng bởi các nhà nghiên cứu, cơ quan, tổ chức hàng đầu cho các hoạt động phân tích. Điển hình tại Các cơ quan: Hải quan Mỹ, FDA, EPA, The Smithsonian, Library of Congress, Army, Navy, Air Force, Marines, NASA… hay các phòng thí nghiệm như: Intertek, Bureau Veritas, SGS, STR…[28]