Nguyên lý cơ bản của phương pháp như sau: Là sự hấp thu năng lượng (bức xạ đơn sắc) của nguyên tửở trạng thái hơi (khí) khi chiếu chùm tia bức xạ cĩ bước sĩng xác định đi qua đám hơi nguyên tử, thì các nguyên tử tự do sẽ hấp thụ bức xạ cĩ bước sĩng ứng đúng với những tia bức xạ mà nĩ cĩ thể phát ra được trong quá trình phát xạ. Phổ sinh ra trong quá trình này gọi là phổ hấp thụ nguyên tử.
Để thực hiện phép đo phổ cần phải cĩ các bước sau:
- Chọn các điều kiện phù hợp để chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn hay dung dịch) thành trạng thái hơi của các nguyên tử tự do (quá trình nguyên tử hĩa mẫu). Những thiết bị thực hiện quá trình này gọi là hệ thống nguyên tử hĩa mẫu.
- Chiếu chùm tia phát xạ của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi nguyên tử vừa điều chếđược ở trên. Các nguyên tử của nguyên tố cần xác định trong đám hơi sẽ hấp thụ những tia bức xạ nhất định và tạo ra phổ hấp thụ của nĩ. Ởđây một phần cường độ của chùm sáng đã bị một loại nguyên tử hấp thụ và phụ thuộc vào nồng độ của nguyên tố trong mơi trường hấp thụ. Nguồn cung cấp chùm tia sáng phát xạ của nguyên tố cần xác định gọi là nguồn bức xạđơn sắc.
- Dựa trên nguyên tắc của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử, nên dụng cụ dùng trong phương pháp này gồm cĩ những bộ phận chính như sau: nguồn sáng, bộ hấp thụ, thiết bị quang học, thiết bị thu và ghi.
- Nguồn sáng: Nguồn sáng chính thường dùng trong phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử là các đèn catơt rỗng. Đèn này là bình hay ống hình trụ bằng thủy tinh cĩ các điện cực dùng để đốt nĩng. Bình được nạp đầy một khí trơ nào đĩ cĩ áp suất thấp (Ar, Ne, He, Xe,…). Để cĩ vùng bức xạ tử ngoại, cửa ra của đèn được chế tạo bằng thạch anh hoặc thủy tinh đặc biệt.
- Bộ hấp thụ: bộ hấp thụ dùng để chuyển chất phân tích sang trạng thái mà trong đĩ các chất cần xác định sẽ tồn tại dưới dạng những nguyên tử tự do, cĩ khả năng hấp thụ ánh sáng của nguồn ánh sáng bên ngồi. Cĩ thể dùng các đèn khí làm bộ hấp thụ.
Nghiên cứu sự phụ thuộc của cường độ một vạch phổ hấp thụ của một nguyên tố và nồng độ C trong mẫu phân tích, lý thuyết và thực nghiệm cho thấy: trong một vùng nồng độ C nhỏ, mối quan hệ giữa cường độ vạch phổ hấp thụ và nồng độ của nguyên tốđĩ trong đm1 hơi cũng tuân theo định luật: Lambe - Bia:
D = 0,43.K.C.l (2-22) K: Hệ số hấp thụ, phụ thuộc vào chiều dài sĩng;
C - Nồng độ nguyên tố cần xác định cĩ trong ngọn lửa; ppm, ppb.
l - Chiều dày của lớp hấp thụ; trong máy đo phổ hấp thụ nguyên tử thì đĩ là chiều dài của ngọn lửa (chiều dài của đèn nguyên tử hĩa); cm
D - Mật độ quang của ngọn lửa; nm
Dựa vào giá trị mật độ quang, người ta xác định nồng độ nguyên tử của nguyên tố cần xác định trong thể tích mẫu.
61
2.2.3. Phương pháp kích hoạt nơtron
Phương pháp phân tích dựa trên cơ sở của phản ứng hạt nhân, cĩ độ nhạy và độ chính xác cao; áp dụng được cho cả các nguyên tố đa lượng, vi lượng trong nhiều đối tượng khác nhau, khơng chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố chất nền. Mẫu phân tích khơng đưa vào những chất lạ như thuốc thử, chất hịa tan,… như các phương pháp phân tích hĩa học khác. Kết quả phân tích khơng phụ thuộc vào trạng thái hĩa học của nguyên tố.
Phương pháp này cĩ khả năng phân tích đa nguyên tố, trong nhiều loại mẫu, cĩ thể phân tích 20 - 30 nguyên tố đồng thời. Kết hợp phương pháp kích hoạt nơtron với các phương pháp tách hĩa phĩng xạ (kích hoạt nơtron cĩ xử lý hố) để tăng độ nhạy phân tích.
Phân tích kích hoạt nơtron dựa trên sự bắn phá mẫu bằng chùm nơtron, làm biến đổi các hạt nhân bền cĩ trong mẫu thành các hạt nhân phĩng xạ. Phản ứng hạt nhân biễu diễn quá trình trên được viết như sau:
X + n X X1 A+1Z Z A 0 Z A+1 Z * γ
Khi bị kích hoạt bằng nơtron, số hạt nhân phĩng xạ tạo thành và tốc độ phân rã của chúng (gọi là hoạt độ) tỷ lệ với số hạt nhân bền ban đầu. Khi phân tích một nguyên tố, ta cĩ thểđo được hoạt độ của đồng vị phĩng xạứng với nguyên tốđĩ. Hoạt độ này tỷ lệ với sốđếm ghi được của một lượng tử nào đĩ do đồng vị phĩng xạđĩ phát ra. Vì vậy, dựa vào sốđếm này cĩ thể xác định được hàm lượng của nguyên tốđĩ trong mẫu, thơng qua phương trình kích hoạt nơtron:
1. . . 23 . . . . (1 ).6,02.10 t t M A e m f e λ λ σ θ = − (2-23) Trong đĩ:
m: khối lượng (gam) nguyên tố cần phân tích trong mẫu. M: trọng lượng nguyên tử của nguyên tố cần xác định.
A: hoạt độ phĩng xạ của đồng vị con được tạo thành; Đơn vị độ phĩng xạ là becoren, ký hiệu là Bq.
f: mật độ dịng nơtron sử dụng để kích hoạt mẫu; hạt/cm2/gy.
σ: tiết diện phản ứng bắt nơtron; barn, 1 barn =10-24cm2.
θ: độ phổ biến của đồng vị bền ban đầu của nguyên tố. t: thời gian chiếu mẫu (thời gian kích hoạt nơtron); giây.
t1: thời gian để nguội mẫu (tính từ lúc kết thúc chiếu đến khi bắt đầu đo).
62