khi tiến hành phân tích trên đường chuẩn, kết quả được tính, so sánh giữa 2 phương pháp phân tích (AAS và ICP – OES) bằng Origin 8.5 và xử lý thống kê bằng Excel.
2.5. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM
Trong phần thực nghiệm luận văn phải thực hiện các nhiệm vụ sau:
2.5.1. Chọn nền và môi trường phân tích
2.5.2. Khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Chì, Kẽm.
2.5.3. Đánh giá sai số, độ lặp, khoảng tin cậy của phép đo, xác định LOD, LOQ. 2.5.4. Xác định hàm lượng Chì, Kẽm trong các mẫu đất và nước bằng phương 2.5.4. Xác định hàm lượng Chì, Kẽm trong các mẫu đất và nước bằng phương pháp đường chuẩn.
2.5.5. Kiểm tra độ chính xác của kết quả phân tích bằng phương pháp thêm chuẩn. chuẩn.
CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 3.1. PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CHUẨN ĐỐI VỚI PHÉP ĐO AAS
Từ điều kiện thực nghiệm của máy AA-6300 – Shimazu chúng tôi đã chọn được các điều kiên tối ưu cho phép đo đối với Pb, Zn như sau:
Bảng 3.1: Các điều kiện đo phổ của Zn, Pb
Nguyên tố Các yếu tố Zn Pb Thông số máy Vạch phổ hấp thụ (nm) 213,8 283,3 Khe đo (nm) 0,7 0,5 Cường độ dòng đèn (mA) 10 9
Khí môi trường KK / C2H2 Argon
Chiều cao burner Auto
Thời gian đo 5 s Auto
Số lần lặp lại 3 3
Các điều kiện nguyên tử hóa mẫu T(0C) T(s)
Sấy mẫu 100
150
20 15
Tro hóa có Ramp 600 20
10
Nguyên tử hóa đo phổ 1800 5
Làm sạch cuvet 2300 3
3.1.1. Khảo sát khoảng tuyến tính của nồng độ các kim loại
Trong phép đo phổ hấp thụ nguyên tử, tín hiệu hấp thụ của vạch phổ phụ thuộc vào nồng độ của nguyên tố phân tích và được xác định theo phương trình sau:
Aλ = K. Cb
Trong đó: Aλ : Cường độ vạch phổ hấp thụ K: Hằng số thực nghiệm
C: Nồng độ của nguyên tố trong mẫu đo phổ b: Hằng số bản chất (0 < b ≤1)
Trong một khoảng nồng độ nhất định thì b = 1, mối quan hệ giữa A và C là tuyến tính theo phương trình dạng y = ax. Khoảng nồng độ này được gọi là khoảng tuyến tính của phép đo. Đối với các nguyên tố khác nhau thì giá trị khoảng tuyến tính khác nhau và phụ thuộc vào kĩ thuật đo.
Để xác định khoảng tuyến tính của Pb, Zn chúng tôi tiến hành pha dãy mẫu chuẩn, Pb có nồng độ từ 1 – 35 ppb, Zn nồng độ trong khoảng 0,1 – 5 ppm trong HNO3 2%, sau đó đo phổ lặp lại 3 lần và lấy kết quả trung bình. Kết quả thu được ở các bảng 3.2 và 3.3 và biểu diển trên các hình 3.1 và 3.2.
Bảng 3.2: Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Zn
Stt Nồng độ (ppm) Độ hấp thụ 1 0,05 0,0215 2 0,1 0,0460 3 0,2 0,0918 4 0,5 0,2292 5 1 0,4321 6 2 0,7972 7 3 0,9021 8 4 0,9830
Bảng 3.3: Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Pb Stt Nồng độ (ppb) Độ hấp thụ 1 1 0,0048 2 2 0,0071 3 7,5 0,0280 4 10 0,0364 5 15 0,0536 6 20 0,0682 7 30 0,1085 8 32 0,1127 9 35 0,1183
Hình 3.2: Đồ Thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Pb
Kết quả khảo sát cho thấy khoảng nồng độ tuyến tính của của Zn là 0,1 2 ppm và của Pb là 1 30 ppb.
3.1.2. Xây dựng đường chuẩn của Zn, Pb
Trên cơ sở các điều kiện đã khảo sát cho máy đo phổ hấp thụ Shimadzu 6300, chúng tôi sử dụng phần mềm origin 8.5 để xây dựng đường chuẩn của Zn, Pb trong khoảng nồng độ tuyến tính (Hình 3.3, 3.4).
3.1.2.1. Đường chuẩn của Kẽm
Từ kết quả thu được ở bảng 3.2 chúng tôi dùng phần mềm Origin 8.5 để xác
định đường chuẩn của chì (hình 3.4).
Phương trình hồi quy đầy đủ của đường chuẩn Pb có dạng Y = a + b. X được viết như sau:
Ai = (a ± Δa) + (b ± Δb) . CZn
Trong đó: Ai là nồng độ hấp thụ của chất i CZn là nồng độ Zn (ppm)
Tra bảng ta được giá trị t(0,95; 4) = 2,776 Δa = t (0,95; 4) . Sa = 2,776× 0,00291 = 0,008 Δb = t (0,95; 4) . Sb = 2,776× 0,00282 = 0,008
Vậy phương trình hồi quy đầy đủ của đường chuẩn Zn là: Ai = (0,01774 ± 0,008) + (0,29219 ± 0,008). CZn
3.1.2.2. Đường chuẩn của Chì
Từ kết quả thu được ở bảng 3.3 chúng tôi dùng phần mềm Origin 8.5 để xác
định đường chuẩn của chì (hình 3.5).
Phương trình hồi quy đầy đủ của đường chuẩn Pb có dạng Y = a + b. X được viết như sau:
Ai = (a ± Δa) + (b ± Δb) . CPb
Trong đó: Ai là nồng độ hấp thụ của chất i CPb là nồng độ Pb (ppb)
Tra bảng ta được giá trị t(0,95; 6) = 2,447 Δa = t (0,95; 6) . Sa = 2,447× 0,00105 = 0,003
Δb = t (0,95; 6) . Sb = 2,447× 6,78623 × 10-5 = 0,0002 Vậy phương trình hồi quy đầy đủ của đường chuẩn Pb là: Ai = (5,86681 × 10-4 ± 0,003) + (0,00354 ± 0,0002). CPb
Hình 3.4: Đường chuẩn của Chì
3.1.3. Đánh giá sai số, độ lặp và giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ) của phương pháp AAS
3.1.3.1. Đánh giá sai số và độ lặp lại của phương pháp
Để đánh giá sai số và độ lặp lại của phép đo chúng tôi chuẩn bị 1 mẫu chuẩn có nồng độ nằm trong khoảng tuyến tính của mỗi nguyên tố, ở mỗi loại nồng độ chúng tôi tiến hành đo lặp lại 10 lần.
Các kết quả thí nghiệm được xử lý thống kê theo các công thức sau: + Độ lệch chuẩn: 1 1 2 n X X S n i i tt Trong đó: Stt: Độ lệch chuẩn
n: Số lần phân tích lặp lại của mẫu i Xi: Giá trị phân tích lần thứ i
X : Giá trị phân tích trung bình của n lần phân tích + Độ lệch chuẩn tương đối:
100 X S Std tt + Chuẩn Student: tt S X t Trong đó: t: Chuẩn Student µ: Giá trị thực cần đo được + Độ chính xác ε: n S t. tt
+ Khoảng tin cậy của giá trị phân tích:
X
X
Tiến hành thực nghiệm với các mẫu chuẩn và xử lý các kết quả thu được bằng thống kê chúng tôi xác định được sai số và độ lặp lại của phép đo. Kết quả được trình bày trong bảng 3.5
- So sánh chuẩn Student t với tα, f = 2,262 (α = 0,95; f = 9) cho thấy t < tα, f, do đó phép đo không mắc sai số hệ thống. [13]
Bảng 3.4: Kết quả xác định sai số của phương pháp với phép đo Zn, Pb
Nguyên tố Zn Pb Nồng độ chuẩn bị 2 ppm 5ppb Nồng độ được phát hi ện ở 10 lầ n đo Lần 1 2,0006 4,9992 Lần 2 1,9996 4,9987 Lần 3 1,9992 4,9991 Lần 4 1,9987 4,9996 Lần 5 1,9994 5,0008 Lần 6 1,9991 4,9994 Lần 7 2,0003 4,9985 Lần 8 2,0004 4,9993 Lần 9 1,9995 4,9993 Lần 10 1,9985 4,9994 Nồng độ trung bình ( 1,9995 4,9993 Độ lệch chuẩn (Stt) 7,13.10-4 6,16.10-4
Độ lệch chuẩn tương đối (Stđ) 0,0356 0,0123
Chuẩn Student (t) 0,7013 1,1364
Độ chính xác (ε) 1,58.10-4 2,21.10-4
3.1.3.2. Giới hạn phát hiện và giới hạn đinh lượng của phép đo AAS
- Giới hạn phát hiện (LOD): là nồng độ thấp nhất của chất phân tích mà hệ thống phân tích còn cho tín hiệu phân tích khác có nghĩa với tín hiệu của mẫu trắng hay tín hiệu nền.
- Giới hạn định lượng (LOQ): là nồng độ thấp nhất của chất phân tích mà hệ thống định lượng được với tín hiệu phân tích khác có ý nghĩa định lượng với tín hiệu của mẫu trắng hay tín hiệu nền và đạt độ tin cậy ≥ 95%.
Để tính được giới hạn phát hiên và giới hạn định lượng, ở đây chúng tôi sử dụng phần mềm origin 8.5 và áp dụng công thức: 3S LOD B 10S LOQ B
Trong đó: Sλ là độ lệch chuản của tín hiệu mẫu đo
B là hệ số góc của phương trình hồi quy tuyến tính. [13, 14]
1. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của Zn
Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng Zn bằng phép đo F – AAS theo đường chuẩn:
2. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của Pb
Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng Pb bằng phép đo GF – AAS theo đường chuẩn:
3.2. PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CHUẨN ĐỐI VỚI PHÉP ĐO ICP-OES
Trong phép đo phổ phát xạ nguyên tử, tín hiệu phát xạ của vạch phổ phụ thuộc vào nồng độ của nguyên tố phân tích và được xác định theo phương trình sau:
Iλ = K. Cb
Trong đó: Iλ : Cường độ vạch phát xạ K: Hằng số thực nghiệm
C: Nồng độ của nguyên tố trong mẫu đo phổ b: Hằng số bản chất (0 < b ≤1)
Trong một khoảng nồng độ nhất định thì b = 1, mối quan hệ giữa A và C là tuyến tính theo phương trình dạng y = ax. Khoảng nồng độ này được gọi là khoảng tuyến tính của phép đo.
Để dựng đường chuẩn của Pb chúng tôi tiến hành pha dãy mẫu chuẩn trong khoảng tuyến tính đã tham khảo, Zn nồng độ trong khoảng Pb có nồng độ từ 1 – 20 ppm trong HNO3 2% sau đó đo phổ lặp lại 3 lần và lấy kết quả trung bình. Kết quả thu được ở các bảng 3.5 và biểu diển trên các hình 3.6.
Bảng 3.5: Sự tương quan giữa nồng độ và dộ phát xạ của Pb
Stt Nồng độ (ppm) Độ phát xạ (count/second) 1 0,00 8,55 2 0,50 89,70 3 1,00 176,99 4 5,00 890,76 5 10,00 1780,53
3.3. PHÂN TÍCH MẪU THỰC TẾ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CHUẨN
Để xác định lượng vết các kim loại nặng theo phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử, thông thường ta phải sử dụng các phương pháp như: phương pháp đường chuẩn, phương pháp thêm chuẩn. Trong đó phương pháp đường chuẩn có nhiều ưu điểm trong phân tích hàng loạt, nhưng không loại trừ được yếu tố phông nền. Phương pháp thêm chuẩn không thuận lợi cho phân tích hàng loạt, nhưng loại trừ được yếu tố phông nền…
Trong luận văn này chúng tôi tiến hành theo cả hai phương pháp đường chuẩn và thêm chuẩn. Trong đó phương pháp chủ yếu dùng để xác định mẫu là phương pháp đường chuẩn, phương pháp thêm chuẩn dùng để so sánh kết quả phân tích giữa hai phương pháp. Nếu sai số giữa hai phương pháp không quá lớn thì phương pháp đường chuẩn không bị ảnh hưởng nhiều bởi yếu tố phông nền, đường chuẩn dùng để xác định có độ tin cậy cao. Khi đó kết quả phân tích theo phương pháp đường chuẩn là tin cậy.
3.3.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu
Chúng tôi tiến hành phân tích hàm lượng Zn, Pb trong đất và nước quanh khu vực mỏ sắt Thuận Hòa để đánh giá hàm lượng có trong mẫu phân tích.
Mẫu đất được lấy quanh mỏ sắt
Mẫu đất sau khi lấy ở các địa điểm trên (Bảng 3.6), được đựng trong túi nilon sạch và đưa về phòng thí nghiệm, các mẫu đất được nghiền nhỏ sấy khô bằng tủ sấy đến khối lượng không đổi
Mẫu nước được lấy ở các khe suối quanh khu vực. Mẫu được axit hóa (ngay sau khi lấy và đo pH ban đầu) bằng axit HNO3 đặc sao cho pH = 1 ÷ 2 để tránh sự phân hủy của các ion kim loại. Các mẫu sau khi lấy đều được bảo quản và dán nhãn ghi lý lịch cho biết: vị trí lấy mẫu, thời gian lấy mẫu. [12]
Bảng 3.6 : Các mẫu đất và nước quanh khu vực mỏ sắt Thuận Hòa
ST
T Tên mẫu Kí
hiệu Địa điểm lấy mẫu
Ngày lấy mẫu
1 Mẫu đất 1 MĐ1 Cách mỏ khoảng 200m phía Tây Bắc 12/4/2016 2 Mẫu đất 2 MĐ2 Cách mỏ khoảng 250m phía Tây Bắc 12/4/2016 3 Mẫu đất 3 MĐ3 Cách mỏ khoảng 300m phía Tây Bắc 12/4/2016 4 Mẫu đất 4 MĐ4 Cách mỏ khoảng 250m về phía Nam 12/4/2016 5 Mẫu đất 5 MĐ5 Cách mỏ khoảng 200m về phía Nam 12/4/2016 6 Mẫu đất 6 MĐ6 Cách mỏ khoảng 200m phía Đông 15/6/2016 7 Mẫu đất 7 MĐ7 Cách mỏ khoảng 250m phía Đông 15/6/2016 8 Mẫu đất 8 MĐ8 Cách mỏ khoảng 300m phía Đông 15/6/2016 9 Mẫu đất 9 MĐ9 Cách mỏ khoảng 200m phía Đông Nam 15/6/2016 10 Mẫu đất 10 MĐ10 Cách mỏ khoảng 300m phía Đông Nam 15/6/2016 11 Mẫu nước 1 MN1 Nước KV khe suối nằm cách mỏ khoảng
200m phía Tây Bắc 12/4/2016 12 Mẫu nước 2 MN 2 Nước KV khe suối nằm cách mỏ khoảng
250m phía Tây Bắc 12/4/2016 13 Mẫu nước 3 MN3 Nước KV khe suối nằm cách mỏ khoảng
300m phía Tây Bắc 12/4/2016 14 Mẫu nước 4 MN4 Nước KV khe suối nằm cách mỏ khoảng
250m phía Đông Nam 12/4/2016 15 Mẫu nước 5 MN5 Nước KV khe suối nằm cách mỏ khoảng
200m phía Đông Nam 12/4/2016 16 Mẫu nước 6 MN6 Nước KV khe suối nằm cách mỏ khoảng
300m phía Tây Bắc (trời mới mưa) 15/4/2016 17 Mẫu nước 7 MN7 Nước KV khe suối nằm cách mỏ khoảng
150m phía Tây Bắc (trời mới mưa) 15/6/2016 18 Mẫu nước 8 MN8 Nước KV khe suối nằm cách mỏ khoảng
200m phía Tây Bắc (trời mới mưa) 15/6/2016 19 Mẫu nước 9 MN9 Nước KV khe suối nằm cách mỏ khoảng
150m phía Đông Nam (trời mới mưa) 15/6/2016 20 Mẫu nước 10 MN10 Nước KV khe suối nằm cách mỏ khoảng
3.3.2. Kết quả xác định hàm lượng kim loại trong mẫu
Kết quả xác định hàm lượng kim loại nặng theo phương pháp đường chuẩn
Đối với mẫu nước
Các mẫu nước sau khi được axít hóa ta tiến hành lọc cặn và đem đo trực tiếp bằng 2 phương pháp AAS và ICP-OES ta thu được kết quả ở bảng 3.7.
Bảng 3.7 : Kết quả xác định nồng độ kim loại trong mẫu nước bằng 2 phương pháp: AAS và ICP-OES
STT Mẫu
Nồng độ các ion kim loại nặng trong nước
Zn (ppm) Pb (ppm)
AAS AAS ICP-OES
1 MN1 0,125 0,00203 0,001 2 MN2 0,126 0,0080 0,002 3 MN3 0,098 0,00316 0,002 4 MN4 0,235 0,0090 0,004 5 MN5 0,213 0,0050 0,002 6 MN6 0,489 0,0130 0,008 7 MN7 0,843 0,01264 0,010 8 MN8 0,812 0,01166 0,010 9 MN9 0,916 0,0196 0,012 10 MN10 0,512 0,0129 0,010
Bảng 3.8: Giá trị giới hạn tối đa cho phép nồng độ của một số kim loại nặng trong nước bề mặt, theo QCVN 08-MT:2015/BTNM
STT Kim loại Đơn vị Giá trị giới hạn
A1 A2 B1 B2
1 Zn mg/L 0,5 1 1,5 2
2 Pb mg/L 0,02 0,02 0,05 0,05
A1 - Sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt (sau khi áp dụng xử lý thông thường), bảo tồn động thực vật thủy sinh và các mục đích khác như loại A2, B1 và B2.
B1 - Dùng cho mục đích tưới tiêu, thủy lợi hoặc các mục đích sử dụng khác có yêu cầu chất lượng nước tương tự hoặc các mục đích sử dụng như loại B2.
B2 - Giao thông thủy và các mục đích khác với yêu cầu nước chất lượng thấp
Từ các kết quả phân tích mẫu nước (bảng 3.7) chúng tôi thấy:
- Nồng độ Zn trong các mẫu nước nằm trong khoảng từ 0,098 – 0,916 ppm. - Nồng độ chì trong các mẫu nước nằm trong khoảng từ 0,0020 – 0,0196 ppm Đối chiếu kết quả đo các mẫu nước với Quy chuẩn Việt Nam (bảng 3.8), ta thấy Một số mẫu nước có hiện tượng ô nhiễm kim loại kẽm.
Đối với mẫu đất – cách tính kết quả.
Với mẫu đất, lượng mẫu xử lý ban đầu (m) thường từ 0,1 - 0,2g, mẫu sau khi xử lý ta định mức vào bình định mức có thể tích V(ml), sau đó tiến hành pha loãng vài trăm đến vài nghìn lần (f), sao cho mẫu pha loãng nằm trong khoảng tuyến tính của phương pháp đo, kết quả sau khi phân tích từ phương pháp đường chuẩn, áp dụng công thức (*) và (**) ta tính được nồng độ kim loại của Zn, Pb trong các mẫu đất được thể hiện qua bảng 3.9.
Hàm lượng kim loại cần xác định được quy về trọng lượng kim loại đó trên 1 kg mẫu tính theo công thức sau:
Phương pháp đo GF-AAS, tính hàm lượng kim loại A của mẫu theo công thức (*)
X1 = (Cs – Co) 10-3 f V/m (*) Trong đó :
- X1 là hàm lượng A của mẫu thử (mg/kg)