Quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
Ở điều kiện thường, nguyên tử không thu hay phát năng lượng gọi và gọi là trạng thái cơ bản (nghèo năng lượng, bền vững). Nhưng khi ở trạng thái hơi tự do, nếu ta kích thích chúng bằng một năng lượng dưới dạng chùm tia sáng có bước sóng xác định thì các nguyên tử đó sẽ hấp thụ bức xạ có bước sóng nhất định ứng với đúng chùm tia bức xạ mà chúng có thể được phát ra trong quá trình phát xạ của nó. Khi đó, nguyên tử chuyển lên trạng thái có năng lượng cao hơn trạng thái cơ bản. Quá trình đó được gọi là quá trình hấp thụ năng lượng của nguyên tử tự do ở
trạng thái hơi và tạo ra phổ nguyên tử của nguyên tố đó. Phổ sinh ra trong quá trình này được gọi là phổ hấp thụ nguyên tử AAS.
Cường độ vạch phổ có thể được đánh giá thông qua chiều cao pic, diện tích pic hay độ hấp thụ… Trong khoảng nồng độ đủ nhỏ, b=1. Khi đó, sự phụ thuộc của cường độ vạch phổ vào nồng độ nguyên tố cần phân tích có dạng tuyến tính và thông qua đó, ta có thể định lượng chất phân tích một cách dễ dàng [83].
Phép đo AAS có hai kỹ thuật chính là: kĩ thuật nguyên tử hoá bằng ngọn lửa (FAAS) và kĩ thuật không ngọn lửa (GFAAS). Kĩ thuật GFAAS cho độ nhạy rất cao, giới hạn phát hiện của nguyên tố nhỏ. Tuy nhiên để thực hiện phương pháp này đòi hỏi trang bị đắt tiền, giá thành cao mà không phải phòng thí nghiệm nào cũng có.
Với kĩ thuật FAAS, Sibel Saracoglu, Umit Divrikli, Mustafa Soylak và Latif Elci (2002) đã xây dựng một qui trình hoàn chỉnh để xác định các kim loại nặng Cu, Fe, Pb, Cd, Co, Ni,… trong các mẫu sữa và sođa với hiệu suất ≥ 95% [85].
Phương pháp AAS cho độ nhạy và độ chọn lọc cao (gần 60 nguyên tố hoá học có thể xác định với độ nhạy 10-4 ÷ 10-5%, nếu sử dụng kĩ thuật GFAAS thì có thể đạt tới n.10-7%. Do có độ nhạy cao nên trong nhiều trường hợp không phải làm giàu nguyên tố cần xác định trước khi đo. Vì vậy tốn ít nguyên liệu mẫu, ít thời gian lại không cần sử dụng hoá chất tinh khiết cao, có thể xác định liên tiếp nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu, kết quả phân tích ổn định, sai số nhỏ nên được sử dụng phổ biến để xác định các nguyên tố trong các mẫu quặng, đất đá, nước khoáng, mẫu y học, sinh học [32]. Ngoài ra, ở nhiều nước trên thế giới, phương pháp AAS trở thành phương pháp tiêu chuẩn để định lượng nhiều kim loại. Tuy nhiên, phương pháp này cũng chỉ cho ta biết thành phần nguyên tố của chất ở trong mẫu phân tích mà không chỉ ra trạng thái liên kết của nguyên tố ở trong mẫu.
Phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS)
ICP-MS là một kỹ thuật phân tích các chất vô cơ dựa trên sự ghi đo phổ theo số khối (m/z) của nguyên tử các nguyên tố cần phân tích.
ICP (Inductively Coupled Plasma) là ngọn lửa plasma tạo thành bằng dòng điện có tần số cao (cỡ MHz) được cung cấp bằng một máy phát RF. Ngọn lửa plasma có nhiệt độ rất cao có tác dụng chuyển các nguyên tố trong mẫu cần phân tích ra dạng ion.
MS (Mass Spectrometry) là phép ghi phổ theo số khối hay chính xác hơn là theo tỷ số giữa số khối và điện tích.
Khi dẫn mẫu phân tích vào vùng nhiệt độ cao của ngọn lửa plasma (ICP), vật chất có trong mẫu khi đó bị chuyển hoàn toàn thành trạng thái hơi. Các phân tử chất khí được tạo ra lại bị phân ly thành các nguyên tử tự do ở trạng thái khí; trong điều kiện nhiệt độ cao của plasma (80000C) phần lớn các nguyên tử trong mẫu phân tích bị ion hoá tạo thành ion dương có điện tích +1 và các electron tự do. Thu và dẫn dòng ion đó vào thiết bị phân giải để phân chia chúng theo số khối (m/z), nhờ hệ thống phân giải theo số khối và detector thích hợp ta thu được phổ khối của các đồng vị của các nguyên tố cần phân tích có trong mẫu [63].
Như vậy, phổ ICP-MS của nguyên tử chỉ xuất hiện khi nó ở trạng thái và khi nguyên tử bị ion hoá trong nguồn năng lượng ICP tạo thành các ion điện tích +1. Các bước thực hiện phép đo phổ ICP-MS:
1. Chuyển mẫu phân tích về dạng dung dịch hoặc hơi đồng nhất. 2. Dẫn dung dịch vào hệ thống tạo sol khí để tạo sol khí.
3. Dẫn thể sol khí của mẫu vào ngọn lửa ICP, Plasma Torch.
4. Trong Plasma Torch sẽ có sự hoá hơi, nguyên tử hoá và ion hoá. Tức là biến vật chất mẫu phân tích sang trạng thái hơi, nguyên tử hoá đám hơi đó và ion hoá các nguyên tử của chất mẫu thành các ion nhờ nguồn năng lượng ICP.
5. Thu toàn bộ đám hơi ion của mẫu, lọc và phân ly chúng thành phổ nhờ hệ thống phân giải khối theo số khối của ion, phát hiện chúng bằng detector, ghi lại phổ.
6. Đánh giá định tính, định lượng phổ thu được.
Phép đo phổ ICP - MS là một kỹ thuật mới, ra đời cách đây không lâu nhưng được phát triển rất nhanh và sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như vật lý hạt nhân, phân tích môi trường, y tế, địa chất...
Hình 1.2. Ứng dụng phương pháp phân tích ICP-MS trong các lĩnh vực [63]