Các hợp chất gây độc với cơ thể người trong thực phẩm thuờng là: các kim loại nặng như đồng, chì, kẽm, thiếc…, các hợp chất chứa arsen, flo…, các độc tố do vi sinh vật gây ra như độc tố Aflatoxin…, thuốc trừ sâu, phẩm màu…
5.1. Các phương pháp xác định Cu, Zn, Pb và Cd 5.1.1. Phương pháp xác định đồng
5.1.1.1 Xác định đồng bằng phương pháp trắc quang natriđietylđithiocacbamat (NaDDC)
Ion Cu2+ tạo được phức vòng càng với DDC tạo thành phức có màu đỏ nâu, khó tan trong nước nhưng tan nhiều trong các dung môi hữu cơ như CHCl3, CCl4. Trong CHCl3 phức có màu đỏ nâu ánh vàng. Do đó để định lượng đồng bằng thuốc thử này, người ta thường tiến hành chiết trắc quang. Cường độ màu của pha hữu cơ sau khi chiết tỉ lệ thuận với nồng độ đồng trong khoảng khá rộng. Để tăng tính chọn lọc của phương pháp, người ta thường chiết phức CuDDC bằng CHCl3 từ môi trường chứa amoniac, amonicitrat và complexon III là những chất dùng để "che" các ion cản trở việc xác định đồng.
Để xác định đồng dưới dạng CuDDC có thể dùng NaDDC làm thuốc thử hoặc có thể dùng phức PbDDC chiết trao đổi để xác định đồng bằng cách lắc dung dịch phân tích chứa Cu2+, có pH nằm trong khoảng 1 ÷ 1,5 với dung dịch PbDDC không màu trong CHCl3. Phức đồng bền hơn phức chì nên đồng đẩy chì ra khỏi phức của nó và đồng được chiết hoàn toàn từ pha nước sang pha hữu cơ. Quá trình xác định đồng được tiến hành ở bước sóng 430 nm.
5.1.1.2. Xác định đồng bằng phương pháp trắc quang chì đimetyl đithio cacbamat (PbDDC)
Như trên đã nói phản ứng trao đổi giữa Cu(II) và PbDDC xảy ra định lượng trong dung dịch nước có pH = 1 – 1,5. Trong trường hợp này cùng với đồng còn có bimut, thuỷ ngân và bạc tham gia phản ứng trao đổi và cũng chuyển vào tướng hữu cơ. Tuy vậy các nguyên tố khác không tham gia được phản ứng trao đổi, nên phương pháp này có độ chọn lọc cao. Thuỷ ngân và bạc không cản trở việc xác định vì phức của chúng không màu. Bimut chỉ gây cản trở khi nồng độ của nó vượt quá 30µg/l. Nếu nồng độ bimut vượt quá giới hạn trên thì lắc dung dịch hữu cơ chứa DDC của các kim loại đã được chiết trao đổi với 25 ml HCl 5–6 M trong 5 phút, khi đó phức BiDDC bị
72
phá huỷ và bimut lại bị chuyển về tướng nước, trong khi đó CuDDC vẫn còn lại trong tướng hữu cơ.
5.1.1.3. Xác định đồng bằng phương pháp cực phổ
Cu (II) có hoạt tính cực phổ, trong nhiều loại nền cho các sóng cực phổ định lượng. Trong đa số các nền cực phổ, sóng của đồng nằm trong khoảng thế khá dương so với các kim loại khác, từ 0 ÷ 0,6V. Vì vậy xác định đồng bằng phương pháp này rất thuận lợi và khá chọn lọc.
Nếu trong mẫu phân tích chứa lượng đáng kể chất hữu cơ thì phải vô cơ hoá chúng bằng H2SO4 đặc, HNO3 đặc, và H2O2 làm bay hơi trong tủ hút đến khi xuất hiện hơi SO3. Nếu dung dịch còn có màu thì lại thêm HNO3 đặc và làm bay hơi lần nữa giống như trên động tác này được lặp lại cho tới khi thu được dung dịch không màu. Sau đó làm bay hơi dung dịch đến cạn khô. Phần bã sau khi để nguội được hoà tan trong nước cất 2 lần, đun nóng để hoà tan hết các muối tan, lọc qua phểu lọc khô bằng thuỷ tinh xốp và giữ lấy dung dịch để xác định đồng. Để loại trừ cực đại trên sóng phổ người ta dùng dung dịch gelatin.
5.1.1.4. Phương pháp von – ampe hòa tan xung vi phân
Quá trình xác định bằng phương pháp von-ampe hòa tan xung vi phân gồm hai giai đoạn:
Giai đoạn 1: Điện phân làm giàu đồng kim loại trên bề mặt vi điện cực màng thủy ngân (catôt): Cu+2 + 2e → Cu . Quá trình này được tiến hành tại thế -1,4V và khuấy dung dịch. Sản phẩm điện phân là kim loại đồng.
Giai đoạn 2: Hòa tan kim loại kết tủa trên bề mặt điện cực và ghi dòng hòa tan bằng phương pháp von-ampe kết hợp xung vi phân dưới dạng pic. Trong những điều kiện thích hợp cường độ dòng hòa tan tỷ lệ thuận với lượng đồng đã kết tủa trên bề mặt điện cực tức là nồng độ chất cần xác định trong dung dịch. Đây là phương pháp có độ nhạy, độ chọn lọc và độ lặp lại cao, thực hiện nhanh và khá đơn giản.
5.1.1.5. Phương pháp hấp thụ nguyên tử
Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) dựa vào khả năng hấp thụ chọn lọc các bức xạ cộng hưởng của nguyên tử ở trạng thái tự do. Đối với mỗi nguyên tố, vạch cộng hưởng thường là vạch quang phổ phát xạ nguyên tử của chính nguyên tử đó. Thông thường khi hấp thụ bức xạ cộng hưởng nguyên tử sẽ chuyển từ trạng thái ứng với mức năng lượng cơ bản sang mức năng lượng cao hơn gần với mức năng lượng cơ bản nhất, người ta gọi là bước chuyển cộng hưởng.
Trong phương pháp này quá trình nguyên tử hóa có thể thực hiện bằng phương pháp ngọn lửa hoặc bằng phương pháp không ngọn lửa. Trong điều kiện nhiệt độ không quá cao (1500 – 30000C) đa số hơi nguyên tử tạo thành các trạng thái cơ bản. Khi người ta chiếu vào đám hơi nguyên tử một chùm bức xạ điện từ có tần số bằng tần số cộng hưởng thì các nguyên tử tự do sẽ hấp thụ các bức xạ cộng hưởng này và làm giảm cường độ của chùm bức xạ điện từ. Sự hấp thụ bức xạ của đám hơi tuân theo định luật Lambe – Bia.
73
phương pháp này có độ nhạy và độ chính xác cao, thực hiên nhanh và khá đơn giản. Gần 60 nguyên tố hóa học (chủ yếu là kim loại) có thể xác định bằng phương pháp này với độ nhạy từ 10-3÷ 4,10-1µg/ml. Đặc biệt nếu dùng kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa thì có thể đạt đến độ nhạy 5,10-4µg/ml với sai số khoảng 15%.
Người ta đo đồng ở bước sóng 324,7nm, nếu dùng kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa thì đạt độ nhạy 0,03µg/ml, giới hạn phát hiện là 0,02 µg/ml. Nếu sử dụng kỹ thuật không ngọn lửa thì đạt độ nhạy 8.10-3µg/ml và giới hạn phát hiện là1,5.10-3µg/ml 5.1.2. Phương pháp xác định kẽm
5.1.2.1. Phương pháp trọng lượng
Kẽm kết tủa với 8-hydroxyquinaldinate (2-methyloxin) trong môi trường đệm axetat. Phản ứng này có thể tách kẽm ra khỏi nhôm và magie. Kết tủa thu được đem sấy ở nhiệt độ 130-1400C, dạng cân là Zn(C10H8ON)2
5.1.2.2. Phương pháp trắc quang.
Phương pháp trắc quang dùng dithizon là một phương pháp tiêu chuẩn để xác định kẽm, phức của kẽm với dithizon có màu đỏ, có thể chiết ion kẽm ra khỏi dung dịch dithizon trong CCl4, phản ứng tạo phức tại pH = 4-7, tại pH này các ion của các nguyên tố Cu, Cd, Pb, Co, Bi, Hg, Ag…cũng phản ứng với dithizon. Để loại trừ ảnh hưởng của các nguyên tố này người ta chiết kẽm từ dung dịch nước ở pH = 5 chứa lượng dư SCN- và CN-. Các hợp chất oxi hoá dithizon như Cl2, Br2, I2, H2O2 được loại trừ bằng cách đun sôi dung dịch. Một số chất vô cơ cản trở quá trình chiết và gây đục CCl4, do vậy phải vô cơ hoá bằng H2SO4, HNO3, H2O2. Đo mật độ quang của phức kẽm- dithizon trong pha hữu cơ ở bước sóng 530 nm.
5.1.2.3. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
Người ta thực hiện phép đo AAS đối với kẽm ở bước sóng 213,9nm, nếu dùng kỹ thuật ngọn lửa thì đạt độ nhạy 0,008µg/ml, giới hạn phát hiện 0,004µg/ml.Nếu dùng kỹ thuật không ngọn lửa thì đạt độ nhạy 0,007µg/ml, giới hạn phát hiện 0,003µg/ml.
5.1.2.4. Phương pháp cực phổ
Kẽm có hoạt tính cực phổ, trong nhiều nền cho sóng cực phổ định lượng.
Nguyên tắc của phương pháp là khử ion Zn2+ trên catot là cực giọt thuỷ ngân tạo ra sóng cực phổ, phản ứng xảy ra ở catot
Zn2+ + 2e = Zn0 E = -0,7628V
Độ nhạy của phương pháp cực phổ chưa cao, chỉ xác định nồng độ các nguyên tố trong khoảng 10-6 – 10-3M
5.1.2.5. Phương pháp von – ampe hòa tan xung vi phân
Thường người ta điện phân làm giàu dung dịch chứa Zn2+ ở điện thế -1,4V, sản phẩm điện phân là kẽm kim loại. Sau đó hòa tan kẽm trên bề mặt của điện cực làm việc, tín hiệu phân tích thu được dưới dạng pic. Điện thế ứng với đỉnh pic là cơ sở của phép phân tích định tính còn chiều cao (cường độ dòng hòa tan) hay diện tích pic là cơ sở của phép phân tích định lượng.
74 5.1.3. Các phương pháp xác định chì 5.1.3.1. Phương pháp trọng lượng
Đối với chì người ta người ta thường kết tủa dưới dạng muối khó tan như PbSO4, PbS… hay dưới dạng hợp chất phức chelat. Cản trở của phương pháp này là có nhiều ion kim loại khác cùng kết tủa theo nên phương pháp này hiện nay ít sử dụng. 5.1.3.2. Phương pháp trắc quang
Dithizon - diphenylthiocacbazon là thuốc thử hữu cơ có khả năng tạo phức càng cua với hàng loạt ion kim loại, trong đó có chì. Phức chì dithizonat khó tan trong nước nhưng dễ tan và tan nhiều trong các dung môi hữu cơ như CHCl3 hoặc CCl4. Vì vậy, người ta thường dùng phương pháp chiết trắc quang để xác định chì. Trong CCl4 chì dithizonat có màu đỏ, cực đại hấp thụ ở 520nm. Chì dithizonat được chiết chọn lọc và định lượng từ dung dịch nước có pH = 8 ÷ 9 chứa lượng dư xianua là chất dùng để che nhiều kim loại khác có thể cùng bị chiết với chì. Trong môi trường kể trên, cùng bị chiết với chì có cả tali, bitmut và thiếc (II). Tali không cản trở việc xác định chì nhưng thiếc và bitmut ngăn cản nên cần được tách trước bằng cách chiết chúng từ môi trường axit. Trong môi trường axit chì không bị chiết, còn lại trong pha nước. Thiếc và bitmut được tách trước như sau: thêm hidrazin vào dung dịch mẫu nước, đun nóng để khử Sn4+ xuống Sn2+ và khử các chất khác. Sau khi để nguội, thêm dung dịch natri tactrat vào, đưa pH của dung dịch đến 2,5 ÷ 3 (Bằng dung dịch axit tactric). Tiến hành chiết nhiều lần, mỗi lần bằng 5ml dung dịch dithizon 0,1% trong CHCl3. Tiến hành chiết cho đến khi pha hữu cơ vẫn giữ nguyên màu xanh của dithizon. Cuối cùng, lắc pha nước vài lần với CHCl3 (mỗi lần dùng 5ml) đến khi pha đó không còn màu xanh. Tiến hành chiết như vậy không những tách được thiếc mà còn tách được cả thủy ngân, bạc và đồng.
Nếu trong mẫu nước chứa lượng đáng kể các chất hữu cơ cần phải vô cơ hóa chúng bằng cách cho vào vài ml HNO3 đặc và HClO4 đặc rồi cô mẫu đến khô, sau đó tẩm ướt bã khô bằng axit nitric và hòa tan bằng nước cất. Các chất oxi hóa cần được khử trước bằng hidrazin.
5.1.3.3. Xác định chì bằng phương pháp cực phổ
Ion Pb2+ là một ion có hoạt tính cực phổ, bị khử trên catôt thủy ngân thành chì kim loại. Trong nền NaOH phức Pb(OH)3- bị khử thuận nghịch và cho sóng cực phổ với thế nửa sóng -0,76V so với cực calomen bão hòa. Nếu trong dung dịch có chứa Fe3+ nhưng hàm lượng không lớn lắm, sắt sẽ bị kết tủa trong nền NaOH và không gây trở ngại đến việc xác định chì. Nếu hàm lượng Fe3+ lớn, kết tủa Fe(OH)3 sẽ hấp phụ chì, trong trường hợp này nên xác định chì theo phương pháp thêm. Nếu trong nước có lượng tương đối lớn Cu2+, trong môi trường kiềm dư nó cũng bị tan một phần dưới dạng CuO22- và sóng của đồng cũng ảnh hưởng đến sự xác định chì. Trong trường hợp này, sau khi đã thêm NaOH vào dung dịch phân tích, để lắng kết tủa, dùng pipet khéo léo lấy ra 10ml dung dịch trong, thêm vào 0,5ml dung dịch KCN 1M để che đồng. Lượng xianua không được dư nhiều vì sự dư nhiều ion này sẽ làm giảm sóng của chì. Khi tính toán cần kể đến sự pha loãng do tăng thể tích dung dịch khi thêm xianua.
75
Nếu mẫu nước chứa lượng đáng kể chất hữu cơ, cần phá hủy chúng như trong phương pháp dithizon đã trình bày ở trên. Để loại trừ oxi không được dùng Na2SO3 vì ion chì sẽ kết tủa dưới dạng PbSO4, đặc biệt trong trường hợp nồng độ chì lớn. Cần dùng luồng khí trơ như N2 hoặc H2 tinh khiết cho chạy qua dung dịch trước khi ghi cực phổ để loại oxi. Dùng dung dịch gelatin để loại trừ cực đại trên sóng cực phổ của chì. 5.1.3.4. Phương pháp Von-Ampe hoà tan xung vi phân
Hiện nay người ta sử dụng phương pháp Von-Ampe hòa tan kết hợp với xung vi phân (DPP) có thể xác định 10-9M Pb2+ với thời gian không quá 3 phút. Có thể nói, hiện nay DPP là phương pháp cực phổ hoàn chỉnh nhất để xác định hàm lượng KLN vì phương pháp có độ nhạy, độ chọn lọc cao và có tính vạn năng đối với hầu hết các đối tượng phân tích.
5.1.3.5. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
Đối với chì, người ta thực hiện phép đo AAS tại bước sóng 217nm. Với kỹ thuật ngọn lửa đạt độ nhạy 0,1µg/ml, giới hạn phát hiện 0,02µg/ml. Nếu dùng kỹ thuật không ngọn lửa thì đạt độ nhạy 0,05µg/ml, giới hạn phát hiện 0,01µg/ml.
5.1.4. Một số phương pháp xác định cadimi 5.1.4.1. Phương pháp phân tích trọng lượng
Thường dùng là điện phân kết tủa cadimi dưới dạng kim loại, kết tủa cadimi dưới dạng muối khó tan (dạng cân tốt nhất là CdSO4, CdNH4PO4.H2O...), dưới dạng hợp chất phức chelat. Cản trở của phương pháp này là các kim loại đi kèm với cadimi khi kết tủa chúng dưới dạng sunfat từ các dung dịch axit. Hiện nay phương pháp này ít dùng.
5.1.4.2. Phương pháp thể tích
Người ta có thể chuẩn độ cadimi bằng phương pháp chuẩn độ complexon trong dung dịch kiềm với chỉ thị eriocrom T đen hoặc chỉ thị xylen da cam.
Trong phép chuẩn độ complexon dùng dung dịch chuẩn là EDTA 0.01M, chỉ thị eriocrom T đen ở pH = 10 (đệm NH4Cl + NH3). Cadimi có thể xác định với lượng 25mg/100ml dung dịch.
Trong phép chuẩn độ complexon thì dung dịch EDTA có nồng độ từ 0,1 đến 0,01M với chỉ thị xylen da cam ở pH = 6 cadimi có thể định lượng tới 100mg/100ml dung dịch.
5.1.4.3. Phương pháp trắc quang dithizon
Để xác định cadimi bằng phương pháp chiết trắc quang dùng dithizon, người ta chiết bằng CCl4 từ môi trường kiềm mạnh chứa tactrat, dung dịch dithizonnat của cadimi trong dung môi hữu cơ có màu đỏ, hấp thụ cực đại ở bước sóng 515nm.
Trong môi trường kiềm có một số kim loại cũng bị chiết cùng cadimi như bạc, niken, coban, đồng, để loại trừ các nguyên tố này người ta chiết chúng trong môi trường axit trước khi xác định cadimi.
5.1.4.4. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
Phương pháp AAS được ứng dụng để xác định cadimi trong nhiều đối tượng khác nhau. Ở bước sóng 228,8nm thì đạt độ nhạy 0,01µg/ml, giới hạn phát hiện
76
0,004µg/ml đối với kỹ thuật ngọn lửa. Đối với kỹ thuật không ngọn lửa thì đạt độ nhạy 0,008µg/ml, giới hạn phát hiện 0,002µg/ml.
5.1.4.5. Các phương pháp điện hoá
Cadimi có thể xác định bằng phương pháp cực phổ. Nguyên tắc của phương pháp này dựa trên sự khử ion Cd2+ trong môi trường axit, trung tính hoặc kiềm. Trong một khoảng nồng độ nhất định của Cd2+ thì cường độ dòng khuyếch tán (hay chiều cao sóng cực phổ) tỷ lệ với nồng độ Cd2+ theo phương trình Incovich: I = k.C.
Phương pháp điện hoá được sử dụng phổ biến hiện nay là phương pháp von- ampe hòa tan anot là một phương pháp xác định cadimi có độ nhạy cao. Đây là phương pháp vừa xác định vừa làm giàu chất phân tích. Trước tiên cadimi được điện phân làm giàu lên điện cực làm việc ở thế không đổi. Sau đó hòa tan Cd bằng cách phân cực ngược anốt rồi ghi lại đường cong von-ampe hòa tan của cadimi.
Khi xác định cadimi theo phương pháp cực phổ nếu trong mẫu nước hàm lượng Cu không cao thì có thể xác định đồng thời hai nguyên tố, nếu hàm lượng đồng lớn thì cần che bằng xianua.