CHÌ, CADIMI [15]
Để xác định hàm lượng đồng, chì, cadimi trong rau, trước hết ta phải tiến hành xử lý mẫu nhằm chuyển các nguyên tố cần xác định có trong mẫu từ trạng thái ban đầu( dạng rắn) về dạng dung dịch. Đây là công việc rất quan trọng vì nó có thể dẫn đến các sai lệch trong kết quả phân tích do sự nhiễm bẩn mẫu hay làm mất chất phân tích nếu thực hiện không tốt. Hiện nay có rất nhiều kĩ thuật xử lý mẫu phân tích: kỹ thuật xử lý ướt, xử lý khô hay khô ướt kết hợp.
1.4.1. Phƣơng pháp xử lý ƣớt (bằng axit đặc oxi h a mạnh)
Nguyên tắc: Dùng axit mạnh và đặc nóng hay axit có tính oxy hóa mạnh hoặc hồn hợp 2 axit (HNO3 + H2SO4), hay 3 axit (HNO3 + H2SO4 + HClO4) hoặc là một axit đặc và một chất oxy hóa mạnh (H2SO4 + KMnO4)…để phân hủy mẫu trong điều kiện đun nóng trong bình kendal, trong ống nghiệm, trong cốc hay
trong lò vi sóng. Lượng axit cần dùng để phân hủy mẫu thường gấp 10-15 lần lượng mẫu, tùy thuộc mỗi loại mẫu và cấu trúc vật lý hóa học của nó.
Ưu nhược điểm của phương pháp: Hầu như không bị mất các chất phân tích, nhất là trong lò vi sóng, thời gian phân hủy mẫu rất dài. Trong điều kiện thường, tốn nhiều axit đặc tinh khiết cao, nhất là trong các hệ hở, dễ bị nhiễm bẩn khi xử lý trong hệ hở, do môi trường hay dùng axit, phải đuổi axit dư lâu nên dễ bị nhiễm bẩn, bụi vào mẫu….
1.4.2. Phƣơng pháp xử lý khô ( vô cơ h a khô)
Nguyên tắc: Kỹ thuật xử lý khô là kỹ thuật nung để xử lý mẫu trong lò nung ở một nhiệt độ thích hợp (450-7500C). Sau khi nung, mẫu bã còn lại được hòa tan ( xử lý tiếp) bằng dung dịch muối hay dung dịch axit phù hợp để chuyển các chất phân tích trong tro mẫu vào dạng dung dịch, để sau đó xác định nó theo một phương pháp đã chọn. Khi nung các chất hữu cơ của mẫu sẽ bị đốt cháy thành CO2 và H2O.
Ưu nhược điểm của kĩ thuật này là:
+ Tro hoá triệt để mẫu, hết các chất hữu cơ
+ Đơn giản, dễ thực hiện, quá trình xử l không lâu như phương pháp ướt + Không tốn nhiều axit tinh khiết cao và không có axit dư
+ Hạn chế được sự nhiễm bẩn do dùng ít hoá chất + Mẫu dung dịch thu được sẽ sạch và trong
+ Hay bị mất một số nguyên tố như Cd, Pb, Zn…nếu không dùng chất bảo vệvà chất chảy.
1.4.3. Phƣơng pháp xử lý khô- ƣớt kết hợp
Nguyên tắc: Mẫu được phân hủy trong chén hoặc cốc nung. Trước tiên người ta thực hiện xử l ướt sơ bộ bằng một lượng nhỏ axit và chất phụ gia, để
phá vỡ sơ bộ cấu trúc ban đầu của các hợp chất mẫu và tạo điều kiện giữ một số nguyên tố có thể bay hơi khi nung. Sau đó mẫu nung ở nhiệt độ thích hợp. Vì thế lượng axit dùng để xử l thường chỉ bằng 1/4 hay 1/5 lượng cần dùng cho xử lý ướt. Sau đó nung sẽ nhanh hơn và quá trình xử lý sẽ triệt để hơn xử l ướt, đồng thời lại hạn chế được sự mất của một số kim loại khi nung. Do đó đã tận dụng được ưu điểm của cả hai kỹ thuật xử l ướt và xử lý khô, nhất là giảm bớt được các hóa chất khi xử l ướt, sau đó hòa tan mẫu sẽ thu được dung dịch mẫu trong, vì không còn các chất hữu cơ và sạch hơn tro hóa ướt bình thường.
Ưu nhược điểm của phương pháp:
+ Hạn chế được sự mất của một số chất phân tích dễ bay hơi, sự tro hóa triệt để, sau khi hòa tan tro còn lại có dung dịch mẫu trong.
+ Không phải dùng nhiều axit tinh khiết cao tốn kém, thời gian xử lý nhanh hơn tro hóa ướt, không phải đuổi axit dư lâu, nên hạn chế được sự nhiễm bẩn, phù hợp cho nhiều mẫu khác nhau để xác định kim loại…..
CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP VÀ KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 2.1. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT
2.1.1. Thiết bị, dụng cụ
- Máy hấp thụ nguyên tử bằng ngọn lửa F-AAS hãng AA-6300 SHIMADZU - Phòng phân tích kỹ thuật thực nghiệm tỉnh Đồng Tháp.
Hình 2.1: Máy hấp thụ nguyên tử bằng ngọn lửa AA – 6300 SHIMADZU
- Cân phân tích hãng SHIM DZU độ chính xác ± 0,1mg - Các loại bình định mức: 10ml, 20ml, 50ml.
- Ống đong, pipet, cốc thủy tinh, phễu chiết, bếp từ, kẹp gỗ, máy xay, tủ sấy……
2.1.2. Hoá chất
Do yêu cầu nghiêm ngặt của phép đo nên nước cất, hóa chất phải có độ tinh khiết cao, trong quá trình nghiên cứu chúng tôi dùng các hóa chất sau:
- Axit HNO3 65% Merck, HNO3 2% Merck. - HClO4 70% Merck.
- Các dung dịch nền CH3COONH4 PA 10% (Merck), CH3COONa PA 10% (Merck), LaCl3 PA PA 10% (Merck).
- Nước cất hai lần đề ion.
2.1.3. Pha chế h a chất
- Từ dung dịch chuẩn Cu2+, Pb2+ 1000 ppm, pha thành các dung dịch có nồng độ 0,1 ppm; 0,5 ppm; 1 ppm; 1,5 ppm; 2 ppm; 3 ppm; 4 ppm.
- Từ dung dịch chuẩn Cd2+ 1000ppm, pha thành các dung dịch có nồng độ
0,01 ppm; 0,05 ppm; 0,1 ppm; 0,15 ppm; 0,2 ppm; 0,3 ppm; 0,4 ppm.
2.2. LẤ MẪU
Tại thành phố Cao Lãnh, tỉnh Đồng Tháp, rau được trồng tập trung ở một nơi như phường 6, phường 11, xã Mỹ Tân…. Đặc biệt ở phường 11, có khu công nghiệp Trần Quốc Toản, là nơi sản xuất các lĩnh vực như: lương thực, thực phẩm từ nguồn nông, thủy sản địa phương; sản xuất hàng tiêu dùng như dệt, may mặc, giày da, nhựa cao cấp; cơ khí chế tạo máy móc, phụ tùng phục vụ nông nghiệp,vật liệu xây dựng. Chúng tôi tiến hành lấy rau ở khu vực này và một số vùng trồng rau khác của thành phố Cao Lãnh để xem xét, so sánh ảnh hưởng cuả đất trồng, nguồn nước tưới, nguồn khí thải, nước thải, cùng với việc sử dụng phân bón, thuốc trừ sâu để tăng năng suất cây trồng….
Bảng 2.1.Vị trí và thời gian lấy mẫu
STT Loại mẫu Địa điểm lấy mẫu Kí hiệu
mẫu Đặc điểm
1 Rau muống Ấp 1, Xã Mỹ Tân, TP Cao Lãnh
RM Rau muống trắng, trồng với diện tích lớn, có sử dụng phân bón, thuốc trừ sâu.
2 Rau nhút Bờ sông gần khu Công
Nghiệp Trần Quốc Toản, TP Cao Lãnh.
RN Rau được trồng dưới nước gần bờ sông, tại hạ nguồn dòng chảy qua khu công nghiệp Trần Quốc Toản
3 Bông điên điển Phường 6, TP cao Lãnh BĐĐ Ven lộ gần cầu Tân Việt Hòa, cây mọc tự nhiên, lượng xe máy qua khu vực nhiều nên rau có khả năng nhiễm chì.
4 Rau cải ngọt Gần khu Công Nghiệp Trần Quốc Toản.
RCN Được trồng gần các nhà máy khu công nghiệp, nguồn nước tưới cho rau được lấy gần các nhà máy.
Tất cả có 4 mẫu, mỗi mẫu đều lấy 1kg, rau được rửa sạch và rửa lại bằng nước cất hai lần, cắt nhỏ khoảng 1cm, sấy khô đến khối lượng không đổi rồi cho vào túi nilon, ký hiệu mẫu trên bao bì rồi vận chuyển đến phòng thí nghiệm.
2.3.XỬ LÝ MẪU [25]
Mẫu được nghiền thành bột mịn, ở đây tiến hành xử lý mẫu theo phương pháp xử lý mẫu ướt, bởi vì thông thường xử lý mẫu rau người ta hay dùng phương pháp xử lý khô hoặc phương pháp xử lý ướt nhưng phương pháp xử lý khô có sự hạn chế là khi phân tích hay bị mất một số nguyên tố như Cd, Pb, Zn…nếu không dùng chất bảo vệ và chất chảy.
Quy trình phá mẫu bằng phương pháp ướt như sau:
Cân khoảng 3,0000g mẫu cho vào bình tam giác 250 mL. Làm ướt với khoảng từ 0,5 mL đến 1,0 mL nước và vừa trộn vừa thêm 21 mL axit clohidric đặc, sau đó cho thêm 7 mL axit nitric đặc. Để yên bình qua đêm trong tủ hút để quá trình oxi hóa các chất hữu cơ trong đất xảy ra từ từ. Đun bình trên bếp, tăng nhiệt độ của hỗn hợp phản ứng từ từ cho đến trạng thái muối ẩm tráng bằng nước cho vào bình định mức 50 mL, và định mức tới vạch. Sau đó lọc và đem đi xác định trên thiết bị AAS.
Mẫu được bảo quản bằng cách: 1,5 lít mẫu + 5 lít axit HNO3 đặc tinh khiết để tránh các kim loại bị hấp phụ lên thành bình chứa mẫu. Để mẫu trong tủ lạnh ở 40
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN THỰC NGHIỆM ĐỂ ĐO PHỔ ĐỒNG, CHÌ, CADIMI[14],[24] CHÌ, CADIMI[14],[24]
3.1.1. Khảo sát chọn vạch đo phổ
Mỗi một nguyên tử của một nguyên tố hóa học chỉ có thể hấp thụ những bức xạ mà chính nó có thể phát ra trong quá trình phát xạ. Đối với một nguyên tố vạch phổ nào có khả năng hấp thụ càng mạnh thì phép đo vạch đó có độ nhạy càng cao. Như vậy đối với một nguyên tố các vạch phổ khác nhau sẽ có độ nhạy khác nhau, đồng thời với mỗi vạch này có thể có rất nhiều nguyên tố khác trong mẫu có những vạch phổ gần với vạch phổ này chúng có thể chen lấn hay gây nhiễu tới vạch phổ của nguyên tố phân tích làm cho việc đo cường độ vạch phân tích là khó khăn và thiếu chính xác. Vì mục đích xác định Cu, Pb, Cd trong mẫu rau (lượng vết) nên chúng tôi tiến hành khảo sát để tìm ra vạch phổ có độ nhạy cao và hạn chế được ảnh hưởng của các nguyên tố có vạch phổ lân cận.
Tiến hành khảo sát đối với dung dịch Cu 1,0 ppm, Pb 1,0 ppm, Cd 0,15 ppm trong 10ml HNO3 2% và NH4Ac 1% với các vạch phổ đặc trưng được chọn tự động.
Qua kết quả khảo sát cũng như dựa vào các tài liệu tham khảo và yêu cầu xác định vi lượng các nguyên tố ta thấy, tại vạch phổ 324,8 nm đối với Cu; 283.3 nm đối với Pb và 228,8 nm đối với Cd cho kết quả tin cậy. Các nghiên cứu tiếp theo chúng tôi sử dụng các vạch phổ này.
3.1.2. Chọn khe đo
Theo nguyên tắc hoạt động của hệ thống đơn sắc trong máy đo hấp thụ nguyên tử, chùm tia phát xạ cộng hưởng của nguyên tố cần nghiên cứu được
phát ra từ đèn catốt rỗng, sau khi đi qua môi trường hấp thụ, sẽ được hướng vào khe đo của máy, được chuẩn trực, phân ly và sau đó chỉ một vạch phổ cần được chọn vào khe đo tác dụng lên nhân quang điện để phát hiện và xác định cường độ vạch phổ. Do vậy , khe đo phải được chọn chính xác, phù hợp với từng vạch phổ, có độ lặp lại cao trong phép đo và lấy được hết độ rộng của vạch phổ.
Qua tài liệu tham khảo của máy AA-6300 SHIMADZU, khe đo phù hợp để cho tín hiệu phổ ổn định nhất của các kim loại lần lượt là: 0,7 nm đối với Cu; 0,7 nm đối với Pb; 0,7 nm đối với Cd.
3.1.3. Khảo sát loại kh đốt và tốc độ dẫn kh trong phép đo AAS
Trong phép đo S, nhiệt độ ngọn lửa là yếu tố quyết định quá trình hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu. Nhiệt độ ngọn lửa đèn khí lại phụ thuộc nhiều vào thành phần và bản chất của các chất khí đốt cháy tạo ra ngọn lửa. Điều đó có nghĩa là với mỗi hồn hợp khí đốt sẽ cho ngọn lửa có nhiệt độ khác nhau. Hai loại hỗn hợp khí đã và đang được sử dụng phổ biến trong phép đo F-AAS là hỗn hợp ( không khí nén+ axetylen) và hỗn hợp ( khí N2O + axetylen ).
Máy AA-6300 SHIMADZUsử dụng hỗn hợp khí đốt là không khí nén và axetylen với tốc độ dẫn khí đã được tự động trong phép đo Cu, Cd là 1,8 lít/phút; Pb là 2,0 lít/phút.
3.1.4. Khảo sát cƣờng độ dòng đèn catot rỗng (HCL)
Đèn catot rỗng (HCL) có nhiệm vụ chỉ phát ra những tia phát xạ nhạy của nguyên tố phân tích. Cường độ làm việc của đèn có liên quan chặt chẽ tới cường độ hấp thụ của vạch. Thông thường, chỉ nên dùng đèn catot rỗng với cường độ nằm trong khoảng 60 – 80 % cường độ cực đại (Imax) ghi trên vỏ đèn. Không nên đặt đèn ở cường độ cực đại vì ở giá trị đó đèn làm việc không ổn định, độ nhạy cũng như độ lặp lại kém và rất dễ hỏng đèn.
Theo chương trình hoạt động tự động của máy cường độ đèn được sử dụng như sau: Cu với I = 6mA; Pb với I = 10mA; Cd với I = 8mA. Vì tại các cường độ đèn này sẽ cho vạch phổ vừa cao vừa ổn định tức là sai số nhỏ.
3.2. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN PHÉP ĐO F-AAS
Trong phép đo phổ hấp thụ nguyên tử F-AAS có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đo, nhưng đặc biệt các yếu tố hóa học rất đa dạng và phức tạp. Sau đây là các yếu tố hóa học ảnh hưởng đến phép đo S.
3.2.1. Khảo sát ảnh hƣởng của các loại axit
Trong phép đo phổ AAS, mẫu đo ở dạng dung dịch trong môi trường axit. Nồng độ axit trong dung dịch luôn ảnh hưởng đến cường độ vạch phổ của các nguyên tố cần phân tích thông qua tốc độ dẫn mẫu, khả năng hóa hơi nguyên tử hóa các chất mẫu.
Nói chung các loại axit dễ bay hơi gây ảnh hưởng nhỏ, các axit khó bay hơi gây ảnh hưởng lớn. Các axit làm giảm cường độ của vạch phổ của nguyên tố cần phân tích theo thứ tự : HClO4< HCl < HNO3< H2SO4< H3PO4< HF. Nghĩa là axit HClO4, HCl và HNO3 gây ảnh hưởng nhỏ nhất trong vùng nồng độ nhỏ. Chính vì vậy trong thực tế phân tích của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) người ta thường dùng HCl hoặc HNO3 và trong luận văn này chúng tôi dùng HNO3 2%.
3.2.2. Ảnh hƣởng của các cation và anion trong mẫu
Trong mẫu phân tích, ngoài các ion cần phân tích còn có rất nhiều các cation và anion khác, các ion này có thể gây ra các hiệu ứng phức tạp đối với cường độ vạch phổ của nguyên tố cần phân tích. Do điều kiện thời gian có hạn nên trong quá trình nghiên cứu tôi chưa thực hiện được khảo sát sự ảnh hưởng của các ion khác đến ion cần phân tích. Nhưng theo nghiên cứu tìm hiểu tài liệu, các luận
văn khác… cho thấy hầu hết hàm lượng các ion bé không gây ảnh hưởng đến cường độ vạch phổ của nhau
3.2.3. Tổng kết các điều kiện đo phổ F- AAS của Cu, Pb, Cd
Từ kết quả khảo sát trên, chúng tôi đã chọn được các điều kiện tối ưu cho phép đo F- S đối với Cu, Pb, Cd kết quả trình bày ở bảng 3.1.
Bảng 3.1.Tổng kết các điều kiện đo phổ F- AAS của Cu, Pb, Cd Nguyên tố Các thông số Cu Pb Cd Nguồn Đèn catot rỗng Cu Đèn catot rỗng Pb Đèn catot rỗng Cd Cường độ dòng đèn(m ) 6 10 8 Vạch phổ hấp thụ(nm) 324,8 283,3 228,8 Độ rộng khe (nm) 0,7 0,7 0,7
Chiều cao đầu đốt (mm) 7 7 7
Khí ngọn lửa C2H2 – không khí nén C2H2 – không khí nén C2H2 – không khí nén Áp lực khí nén (kPa) 160 160 160 Kiểu đo AA AA AA
Thời gian chờ (giây) 5 5 5
Thời gian đo (giây) 2 2 3
Nhiệt độ tro hóa (0C) 800 800 500
Nhiệt độ nguyên tử hóa
(0C) 2300 2400 2500
Hiệu chỉnh đường nền Có Không Không
3.3. XÂY DỰNG PHƢƠNG TRÌNH ĐƢỜNG CHUẨN, XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN PHÁT HIỆN ( LOD) VÀ GIỚI HẠN ĐỊNH LƢỢNG (LOQ) CỦA Cu, HẠN PHÁT HIỆN ( LOD) VÀ GIỚI HẠN ĐỊNH LƢỢNG (LOQ) CỦA Cu, Pb, Cd.
Phương trình đường chuẩn: y = A.x +B Trong đó: y: độ hấp thụ của chất i
x: nồng độ của chất y trong mẫu.
Phương trình hồi quy đầy đủ có dạng: Ai = ( Δ ) *Ci + (B ΔB) Trong đó: Ai: Là nồng độ hấp thụ của chất i
Ci: là nồng độ i Δ = t(0,95;6). SA
ΔB = t(0,95;6). SB
Tra bảng giá trị t(0,95;6) = 2,447
Giới hạn phát hiện (LOD)
LOD được xem là nồng độ thấp nhất của chất pahan tích mà hệ thống phân tích còn cho tín hiệu phân tích khác có nghĩa với có nghĩa với tín hiệu của mẫu trắng hay tín hiệu nền.
Giới hạn định lượng (LOQ)
LOQ được xem là nồng độ thấp nhất mà hệ thống định lượng được với tín hiệu phân tích khác có nghĩa định lượng với tín hiệu của mẫu trắng hay tín hiệu nền và đạt độ tin cậy ≥ 95%.