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 đi qua môi trường hấp thụ hướng vào khe đo của máy, được chuẩn trực, phân ly cuối cùng chỉ một vạch phổ cần đo được chọn và hướng vào khe đo tác dụng vào nhân quang điện để phát hiện và xác định cường độ vạch phổ. Do vậy, khe đo của máy phải được chọn chính xác, phù hợp với từng vạch phổ, có độ lặp lại cao trong mỗi phép đo và lấy được hết độ rộng của vạch phổ.
Đối với vạch phổ hấp thụ của Asen, khe đo phù hợp là 0,5 nm. Ở khe này diện tích píc của vạch phổ nằm hoàn toàn trong khe đo.
3.1.3. Khảo sát cƣờng độ dòng đèn catot rỗng
Đèn catot rỗng (HCL) là nguồn phát bức xạ cộng hưởng, nó chỉ phát ra những tia phát xạ nhậy của nguyên tố kim loại được dùng làm catot rỗng. Đèn HCL làm việc tại mỗi chế độ dòng nhất định sẽ cho chùm phát xạ có cường độ nhất định. Cường độ làm việc của đèn catot rỗng HCL có liên quan chặt chẽ tới cường độ hấp thụ của vạch phổ. Dòng điện làm việc đèn của mỗi nguyên tố là khác nhau.
Mỗi đèn HCL đều có dòng giới hạn cực đại (Imax) được ghi trên vỏ đèn. Theo lý thuyết và thực nghiệm phân tích phổ hấp thụ nguyên tử chỉ nên dùng cường độ trong vùng giới hạn từ 60 – 80% Imax. Vì ở điều kiện dòng cực đại thì đèn làm việc không ổn định và nhanh hỏng đèn, đồng thời phép đo có độ nhạy và độ lặp lại kém.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Khảo sát cường độ dòng đèn HCL của Asen để xem xét mối quan hệ giữa cường độ vạch phổ với cường độ dòng đèn, đồng thời chọn ra cường độ dòng đèn thích hợp nhất cho nguyên tố Asen.
Bảng 3.2. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào cƣờng độ dòng đèn
Cường độ dòng (mA) 9 10 11 Độ hấp thụ của As Lần 1 0,1122 0,1121 0,1118 Lần 2 0,1119 0,1121 0,1115 Lần 3 0,1120 0,1119 0,1108 Trung bình 0,1120 0,1120 0,1114 Sai số (%RSD) 0,1163 0,1030 0,1866
Kết quả nghiên cứu bảng 3.2 cho thấy ở cường độ dòng 10 mA sai số nhỏ mà vẫn đảm bảo độ hấp thụ tốt. Vì vậy chúng tôi chọn cường độ dòng đèn cho phép đo là 10 mA.
3.2. Khảo sát các điều kiện nguyên tử hoá mẫu
Kĩ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa là quá trình nguyên tử hoá tức khắc trong thời gian rất ngắn nhờ năng lượng của dòng điện có công suất lớn và trong môi trường khí trơ. Quá trình nguyên tử hoá mẫu xảy ra theo bốn giai đoạn kế tiếp nhau:
- Giai đoạn sấy khô
- Giai đoạn tro hoá luyện mẫu
- Giai đoạn nguyên tử hoá mẫu để đo phổ hấp thụ nguyên tử và cuối cùng là giai đoạn làm sạch cuvet. Trong đó hai giai đoạn đầu là chuẩn bị cho giai đoạn nguyên tử hoá để đạt được kết quả tốt. Nhiệt độ trong cuvet graphit quyết định mọi sự diễn biến của quá trình nguyên tử hoá mẫu. Thường quá trình nguyên tử hoá xảy ra theo bốn giai đoạn kế tiếp, tổng thời gian là 60 – 80s.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.2.1. Nhiệt độ sấy khô mẫu
Đây là giai đoạn đầu tiên và rất cần thiết để đảm bảo cho dung môi hoà tan bay hơi nhẹ hoàn toàn, nhưng không bị bắn ra ngoài làm mất mẫu. Nhiệt độ và thời gian sấy khô của mỗi loại mẫu phụ thuộc vào bản chất của các chất ở trong mẫu và dung môi hoà tan nó. Nói chung nhiệt độ sấy khô phù hợp với đa số các mẫu vô cơ trong dung môi nước nằm trong khoảng từ 100 - 2500
C trong thời gian từ 20-40 giây với lượng mẫu được bơm vào cuvet nhỏ hơn 100µl. Việc tăng nhiệt độ sấy từ nhiệt độ phòng đến nhiệt độ sấy mong muốn cần phải được thực hiện từ từ, với tốc độ tăng nhiệt độ từ 5 - 8 o
C /giây là phù hợp. Vì vậy, chúng tôi thực hiện sấy khô mẫu làm hai giai đoạn:
- Giai đoạn 1: ở 1200C với thời gian là 20 giây. - Giai đoạn 2: ở 1500C với thời gian là 10 giây.
3.2.2. Khảo sát nhiệt độ tro hoá luyện mẫu
Đây là giai đoạn thứ hai của quá trình nguyên tử hoá mẫu, mục đích là để tro hoá đốt cháy các hợp chất hữu cơ và mùn có trong mẫu sau khi đã sấy khô. Đồng thời cũng là để nung luyện mẫu ở một nhiệt độ thuận lợi cho giai đoạn nguyên tử hoá tiếp theo đạt hiệu suất cao ổn định. Giai đoạn này có ảnh hưởng rất nhiều đến kết quả phân tích, nếu chọn nhiệt độ tro hoá không phù hợp thì một số hợp chất có thể bị phân huỷ và mất trong giai đoạn này. Lý thuyết và các kết quả thực nghiệm cho thấy tro hoá mẫu từ từ và ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ giới hạn thì phép đo luôn cho kết quả ổn định. Mỗi nguyên tố đều có một nhiệt độ tro hoá luyện mẫu giới hạn (nhỏ hơn 650 oC). Thực nghiệm cũng cho ta thấy tro hoá luyện mẫu ở nhiệt độ quá thấp so với nhiệt độ tro hoá tới hạn, thì mẫu chuẩn bị cho giai đoạn nguyên tử hoá sẽ không tốt, nếu tro hoá mẫu ở nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ đó thì cường độ vạch phổ giảm và không ổn định.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Ngoài yếu tố nhiệt độ thì tốc độ tăng nhiệt độ trong quá trình tro hoá cũng ảnh hưởng đến độ ổn định của cường độ vạch phổ. Tốc độ tăng nhiệt độ quá lớn làm cho bắn mẫu, tăng chậm nhiệt độ cho kết quả tốt hơn. Từ thực nghiệm cho thấy thời gian tro hoá luyện mẫu 20 – 25 giây với lượng mẫu đưa vào cuvet nhỏ hơn 100µl. Ở đây chúng tôi chọn tổng thời gian tro hoá luyện mẫu là 20 giây. Trong đó 10 giây dùng cho việc tăng nhiệt độ từ sấy đến nhiệt độ tro hoá, 10 giây giữ nhiệt độ không đổi để luyện mẫu.
Để chọn được nhiệt độ tro hoá phù hợp chúng tôi tiến hành khảo sát đối với dung dịch chuẩn As 8 ppb trong HNO3 2% có nền Mg(NO3)2 0.01%. Chọn tổng thời gian tro hoá luyện mẫu là 20 giây, tốc độ tăng nhiệt độ (Ram time) là 60- 100 độ/giây, kết quả lấy trung bình của ba lần đo được dẫn ra bảng 3.3.
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát nhiệt độ tro hoá của Asen
Nhiệt độ (t0
C) 400 500 600 650 700
Abs-As 0,1118 0,1118 0,1118 0,1117 0,1116
Từ lý thuyết và thực nghiệm trên chúng tôi chọn nhiệt độ 6000C để tro hoá đo mẫu chè xanh đối với nguyên tố Asen.
3.2.3. Khảo sát nhiệt độ nguyên tử hoá mẫu
Đây là giai đoạn cuối cùng của quá trình nguyên tử hoá mẫu nhưng lại là giai đoạn quyết định cường độ của vạch phổ. Giai đoạn này thường thực hiện trong thời gian rất ngắn 3-5 giây. Nhưng tốc độ tăng nhiệt độ lại rất lớn để đạt ngay tức khắc đến nhiệt độ nguyên tử hoá mẫu và thực hiện phép đo cường độ vạch phổ. Nhiệt độ nguyên tử hoá của mỗi nguyên tố khác nhau là khác nhau. Để chọn được nhiệt độ nguyên tử hoá thích hợp chúng tôi tiến hành khảo sát với dung dịch chuẩn As 8 ppb trong HNO3 2% có nền Mg(NO3)2 0.01%, với
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
tốc độ tăng nhiệt độ từ 1500- 2500 0C là phù hợp. Kết quả thực nghiệm tính trung bình ba lần đo lặp lại được dẫn ra bảng 3.4
.
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát nhiệt độ nguyên tử hoá mẫu
Nhiệt độ nguyên tử hoá (T0C)
1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500
Abs-As 0,1117 0,1117 0,1118 0,1120 0,1121 0,1120 0,1119 0,1119 Từ kết quả thu được bảng 3.4 ta thấy tại nhiệt độ 22000C thì độ hấp thụ lớn nhất, vì vậy chúng tôi chọn nhiệt độ 22000C để nguyên tử hoá mẫu cho phép đo Asen trong chè xanh.
3.2.4.Các điều kiện khác
3.2.4.1. Khí môi trƣờng cho quá trình nguyên tử hoá
Quá trình nguyên tử hoá được thực hiện trong môi trựờng khí trơ Argon (Ar), Nitơ (N2), hay Heli (He). Bản chất, thành phần và tốc độ dẫn khí trơ vào cuvet graphite đều ảnh hưởng đến cường độ vạch phổ và nhiệt độ trong cuvet graphite. Trong ba loại khí trên thì khí Argon là tốt nhất và trên máy AA-6300 khí Argon được chọn sử dụng. Tốc độ dẫn khí cho giai đoạn sấy mẫu là 600 ml/phút, giai đoạn tro hoá luyện mẫu là 400 ml/phút và giai đoạn nguyên tử hoá là 30 ml/phút
3.2.4.2. Thể tích mẫu
Thể tích mẫu được đưa vào cuvet để nguyên tử hoá đo phổ là 20L.
3.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến phép đo GF - AAS 3.3.1. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ axit và loại axit
Nồng độ axit và loại axit trong dung dịch mẫu có ảnh hưởng đến tín hiệu hấp thụ của Asen. Ảnh hưởng này gắn liền với ảnh hưởng các loại anion của axit. Thông thường các axit dễ bay hơi ít ảnh hưởng, các axit càng khó
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
bay hơi càng làm giảm tín hiệu vạch phổ. Axit HCl và HNO3 thường được dùng nhiều nhất trong các phép đo phổ hấp thụ nguyên tử. Để chọn được loại axit với nồng độ thích hợp chúng tôi tiến hành khảo sát dung dịch As 8ppb với hai loại axit HCl và HNO3..
Bảng 3.5. Ảnh hƣởng của nồng độ axit và loại axit
Abs-As Axit Lần1 Lần 2 Lần 3 Trung bình % RSD HNO3 0% 0,1119 0,1117 0,1120 0,1119 0,1365 HNO3 1% 0,1118 0,1119 0,1122 0,1119 0,1859 HNO3 2% 0,1120 0,1120 0,1121 0,1120 0,0515 HNO3 3% 0,1119 0,1120 0,1122 0,1120 0,1363 HCl 0% 0,1118 0,1121 0,1120 0,1120 0,1364 HCl 1% 0,1118 0,1122 0,1120 0,1120 0,1786 HCl 2% 0,1119 0,1121 0,1122 0,1120 0,1163 HCl 3% 0,1120 0,1121 0,1122 0,1121 0,0892
Từ kết quả bảng 3.5 cho ta thấy axit HNO3 2% cho độ hấp thụ cao mà sai số lại nhỏ. Với axit HCL 3% độ hấp thụ cao nhưng sai số lớn, vì vậy trong quá trình thực nghiệm chúng tôi chọn axit HNO3 2%.
3.3.2 Khảo sát ảnh hƣởng của chất cải biến nền (chất cải biến hóa học)
Kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa có độ nhạy, độ chính xác cao nhưng ảnh hưởng của nền mẫu đến cường độ hấp thụ của Asen là rất lớn, nhất là trong các nền phức tạp. Nếu trong mẫu có chứa các hợp chất bền nhiệt, khó bay hơi dẫn đến làm giảm độ ổn định và cường độ vạch phổ. Vì vậy, để có được kết quả có độ chính xác cao ta phải tìm cách giảm hoặc loại trừ sự ảnh hưởng của nền mẫu. Để làm việc đó, người ta có thể tăng nhiệt độ nguyên tử hóa mẫu hoặc thêm vào mẫu các chất cải biến hóa học. Việc tăng nhiệt độ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
nguyên tử hóa cũng chỉ đến một giới hạn nhất định, nên việc thêm vào các chất cải biến hóa học thành phần mẫu được ứng dụng rộng rãi cho nhiều đối tượng mẫu khác nhau. Có hai nhóm chất cải biến hóa học:
- Nhóm các chất khi thêm vào sẽ tạo nền với các cấu tử những dạng dễ bay hơi, cho phép loại những thành phần ảnh hưởng của nền ra khỏi mẫu trước giai đoạn nguyên tử hóa của nguyên tố phân tích. Nhóm này gồm các chất như : NH4NO3, NH4Ac, (NH4COO)2,…
- Nhóm các chất có khả năng kết hợp với nguyên tố cần phân tích thành các hợp chất khó bay hơi hơn, do đó quá trình tro hóa và nguyên tử hóa có thể tiến hành ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ hóa hơi của nền mẫu. Các chất điển hình thuộc nhóm này là: Pb(NO3)2, Mg(NO3)2, NH4H2PO4…
Ta cũng có thể dùng hỗn hợp các chất cải biến trên để thu được kết quả tốt hơn. Đối với việc đo Asen thường dùng các chất cải biến hóa học là Mg(NO3)2, Pd(NO3)2, NH4H2PO4, hoặc hỗn hợp Mg(NO3)2, NH4H2PO4.. Để chọn được chất cải biến phù hợp, đã tiến hành khảo sát các chất trên với dung dịch chuẩn As 8 ppb. Kết quả thu được lấy trung bình của ba lần đo được dẫn ra ở bảng 3.6.
Bảng 3.6. Khảo sát ảnh hƣởng của chất cải biến hóa học
Chất cải biến nền As Abs Nền %RSD 0 0,1119 0,0889 1,4987 Mg(NO3)2 0,01% 0,1122 0,0077 0,0743 Pd(NO3)2 10ppm 0,1120 0,0876 0,7915 NH4H2PO4 0,01% 0,1123 0,0980 0,8319 Mg(NO3)20,01% + NH4H2PO4 0,01% 0,1125 0,1079 2,0828
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Qua kết quả thu được bảng 3.6 nhận thấy khi dùng chất cải biến là Mg(NO3)2 tín hiệu nền giảm và phép đo ổn định hay sai số rất nhỏ. Do đó đã chọn Mg(NO3)2 làm chất cải biến nền để đo Asen. Mặt khác, để chọn được nồng độ Mg(NO3)2 phù hợp chúng tôi tiến hành khảo sát Mg(NO3)2 ở các nồng độ khác nhau, kết quả lấy trung bình ba lần đo được dẫn ra bảng 3.7.
Bảng 3.7. Khảo sát nồng độ Mg(NO3)2 Chất cải biến nền As Abs nền %RSD 0 % 0,1119 0,0082 1,4987 0,01 % 0,1122 0,0076 0,0743 0,02 % 0,1121 0,0093 5,8560 0,03 % 0,1122 0,0098 8,0503
Từ kết quả bảng 3.7 cho thấy, khi thêm Mg(NO3)2 0,01% tín hiệu nền giảm và sai số nhỏ nhất. Vì vậy, đã chọn Mg(NO3)2 0,01% để cải biến nền cho phép đo phổ GF - AAS đối với Asen.
3.3.3. Khảo sát thành phần mẫu
Trong chè xanh ngoài As còn nhiều nguyên tố khác tồn tại dưới dạng cation và anion.Vì vậy, cần loại bỏ ảnh hưởng của nguyên tố khác đến cường độ vạch phổ hấp thụ của As. Trong luận văn này chúng tôi tiến hành khảo sát thành phần mẫu với ba mẫu chè xanh đại diện với 10 nguyên tố bằng phương pháp ICP - MS, kết quả được dẫn ra ở bảng 3.8.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Bảng 3.8. Kết quả khảo sát thành phần mẫu
Nguyên tố và mẫu Hồng Thái-Tân Cương Nam Thái-Tân Cương Nam Tân-Tân Cương Cu(ppb) 119,637 160,231 123,673 Cd(ppb) 4,560 2,410 4,322 Co(ppb) 2,642 2,680 0,827 Cr(ppb) 383,674 139,996 167,592 Fe(ppb) 1819,934 9167,755 1475,406 Hg(ppb) 0,217 2,804 0,579 Mn(ppb) 8282,198 2665,601 3161,782 Ni(ppb) 69,400 64,223 68,789 Zn(ppb) 250,173 1367,339 245,977 Pb(ppb) 43,503 28,550 40,390
3.3.4. Khảo sát ảnh hƣởng của các cation và anion
Trong thành phần ba mẫu chè xanh được khảo sát có nhiều các cation khác nhau, và trong quá trình xử lý mẫu cũng xuất hiện nhiều anion khác nhau, nên cần tiến hành khảo sát ảnh hưởng của các cation và các anion này đối với cường độ vạch phổ của Asen.
Việc khảo sát ảnh hưởng của các nguyên tố được chia làm hai nhóm cation và anion.
3.3.4.1 Ảnh hƣởng của các cation
Nhóm kim loại kiềm: Na+
, Li+... Nhóm kim loại kiềm thổ: Ca2+
, Mg2+, Ba2+, Sr2+... Nhóm kim loại nhóm IIIA và nhóm IVA: Al3+
, Sn2+... Nhóm kim loại nặng: Cr3+
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Nhóm kim loại màu: Cu2+
, Pb2+, Zn2+, Bi3+...
Chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của các nhóm cation đối với cường độ vạch phổ hấp thụ của Asen 8ppb trong HNO3 2% nền Mg(NO3)2
0,01%. Kết quả lấy trung bình ba lần đo được dẫn từ bảng 3.9 – bảng 3.14.
Bảng 3.9. Ảnh hƣởng của kim loại kiềm đến phổ hấp thụ của Asen
Mẫu 0 1 2 3 4 5
Na+(ppb) 0 100 200 300 400 500
Asb - As 0,1120 0,1117 0,1117 0,1119 0,1118 0,1119
Bảng 3.10.Ảnh hƣởng kim loại kiềm thổ đến phổ hấp thụ của Asen
Mẫu 0 1 2 3 4 5
Ca2+(ppb) 0 200 400 600 800 1000
Mg2+(ppb) 0 200 400 600 800 1000
Ba2+(ppb) 0 100 200 300 400 500
Asb - As 0,1119 0,1121 0,1121 0,1120 0,1120 0,1121
Bảng 3.11.Ảnh hƣởng kim loại nhóm III, IV đến phổ hấp thụ của Asen
Mẫu 0 1 2 3 4 5
Al3+ 0 50 100 150 200 250
Sn2+ 0 20 40 60 80 100
Asb - As 0,1118 0,1121 0,1121 0,1120 0,1120 0,1121