Cõu 1: Nờu nguyờn tắc của phộp đo AES?
HDTL:
+ Mẫu phõn tớch cần được chuyển thành hơi (khớ) của nguyờn tử tự do trong mụi trường kớch thớch. Đú là quỏ trỡnh hoỏ hơi và nguyờn tử hoỏ mẫu. Sau đú dựng nguồn năng lượng phự hợp để kớch thớch đỏm hơi nguyờn tử đú để chỳng phỏt xạ. Đú là quỏ trỡnh kớch thớch phổ mẫu.
+ Thu, phõn li và ghi toàn bộ phổ phỏt xạ của vật mẫu nhờ mỏy quang phổ. Trước đõy, phổ được ghi lờn kớnh ảnh hay phim ảnh. Chớnh mỏy quang phổ sẽ làm nhiệm vụ này. Nhưng những trang bị hiện đại ngày nay cú thể thu và ghi trực tiếp cỏc tớn hiệu cường độ phỏt xạ của một vạch phổ dưới dạng của pic trờn băng giấy hay chỉ ra cỏc số đo cường độ vạch phổ trờn mỏy in hoặc ghi lại vào đĩa từ của mỏy tớnh.
+ Đỏnh giỏ phổ đó ghi về mặt định tớnh và định lượng theo những yờu cầu đó đặt ra. Đõy là cụng việc cuối cựng của phộp đo.
Cõu 2: Hóy nờu những ưu điểm và nhược điểm của phộp đo AES?
HDTL: * Ưu điểm:
+ Phộp đo AES cú độ nhạy cao, được dựng để kiểm tra, đỏnh giỏ độ tinh khiết của nhiều hoỏ chất và nguyờn liệu tinh khiết cao, phõn tớch
lượng vết cỏc kim loại nặng độc hại trong đối tượng thực phẩm, nước giải khỏt, mụi trường.
+ Cú thể phõn tớch đồng thời nhiều nguyờn tố trong một mẫu, mà khụng cần tỏch riờng chỳng ra khỏi nhau. Mặt khỏc, lại khụng tốn nhiều thời gian, đặc biệt là ứng dụng phõn tớch định tớnh và bỏn định lượng.
+ Là phộp đo chớnh xỏc tương đối cao.
+ Là phương phỏp phõn tớch tiờu tốn ớt mẫu, chỉ cần từ 1 đến vài chục miligam mẫu là đủ.
+ Cú thể kiểm tra được độ đồng nhất về thành phần của vật mẫu ở những vị trớ khỏc nhau. Vỡ thế cũng được ứng dụng để kiểm tra độ đồng nhất của bề mặt vật liệu.
+ Phổ của mẫu nghiờn cứu thường được ghi lại trờn phim ảnh, kớnh ảnh hay trờn băng giấy. Nú là tài liệu lưu trữ và khi cần thiết cú thể đỏnh giỏ hay xem xột mà khụng cần phải cú mẫu phõn tớch.
* Nhược điểm:
+ AES chỉ cho biết thành phần nguyờn tố của mẫu phõn tớch, mà khụng chỉ ra được trạng thỏi liờn kết của nú ở trong mẫu.
+ Độ chớnh xỏc của phộp phõn tớch phụ thuộc vào nồng độ chớnh xỏc của thành phần của dóy mẫu đầu vỡ cỏc kết quả định lượng đều phải dựa theo cỏc đường chuẩn của dóy mẫu đầu đó được chế tạo sẵn trước.
Cõu 3: Nờu những yờu cầu của nguồn kớch thớch phổ AES ?
HDTL:
Một nguồn sỏng muốn dựng được làm nguồn kớch thớch phổ phỏt xạ nú cũn cần phải thoả món một số yờu cầu sau:
+ Nguồn sỏng phải đảm bảo cho phộp phõn tớch cú độ nhạy cao và cường độ của vạch phổ phải nhạy với sự biến thiờn nồng độ của nguyờn tố phõn tớch, nhưng lại khụng nhạy với sự dao động của điều kiện làm việc.
+ Nguồn năng lượng phải ổn định và bền vững theo thời gian, để đảm bảo cho phương phỏp cú độ lặp lại và độ ổn định cao. Nghĩa là cỏc thụng số của nguồn sỏng đó chọn nhất thiết phải duy trỡ và lập lại được.
+ Nguồn năng lượng phải khụng đưa thờm phổ phụ vào làm lẫn với phổ của mẫu nghiờn cứu. Nếu khụng sẽ làm khú khăn thờm cụng việc đỏnh giỏ định tớnh và định lượng và cú khi làm sai lạc cả kết quả phõn tớch.
+ Nguồn kớch thớch phải cú sơ đồ cấu tạo khụng quỏ phức tạp, nhưng lại cú khả năng thay đổi được nhiều thụng số để cú thể chọn được những điều kiện phự hợp theo từng đối tượng phõn tớch.
+ Nguồn năng lượng kớch thớch phải làm tiờu hao ớt mẫu phõn tớch.
Cõu 4: Hóy nờu hai quỏ trỡnh chớnh của quỏ trỡnh kớch thớch phổ trong ngọn
lửa trong phổ AES? HDTL:
Trong phổ AES, nếu dựng ngọn lửa làm nguồn kớch thớch thỡ mẫu phõn tớch phải chuẩn bị ở dạng dung dịch. Hai quỏ trỡnh chớnh của quỏ trỡnh kớch thớch phổ trong ngọn lửa:
* Nếu Eh < Ent thỡ mẫu phõn tớch sẽ hoỏ hơi, nguyờn tử hoỏ tạo ra cỏc nguyờn tử tự do, chỳng bị kớch thớch và phỏt xạ cú phổ phỏt xạ.
MenXm (r) MenXm (k) mMe (k) + nX (k) Me (k) + E Me (k)* Me0 + n(h) Năng lượng kớch thớch Chựm tia phỏt xạ Cơ chế 1 này cho độ nhậy và độ ổn định cao của sự phỏt xạ. Cỏc hợp chất muối halogen (trừ F), axetat, một số nitrat, sunfat … của kim loại thường theo cơ chế này.
* Nếu Eh > Ent thỡ mẫu sẽ bị nguyờn tử hoỏ trước, sau đú hoỏ hơi thành nguyờn tử, rồi bị kớch phổ sinh ra phổ phỏt xạ.
MenXm (r) Men (r) + Xm (r) mMe (k) + nX (k) Me (k) + E Me (k)* Me0 + n(h ) Năng lượng kớch thớch Chựm tia phỏt xạ
Cơ chế 2 này cho độ nhậy và độ ổn định kộm hơn cơ chế 1. Cỏc hợp chất muối SiO2
3 , PO3
4 , F-, một số nitrat, sunfat …của kim loại thường theo cơ chế này.
Cõu 5: Hóy cho biết đặc điểm của “hồ quang điện” được dựng làm nguồn
năng lượng kớch thớch cho phương phỏp phổ AES? HDTL:
- Hồ quang là nguồn kớch thớch cú năng lượng trung bỡnh và cũng là nguồn kớch thớch vạn năng. Nú cú khả năng kớch thớch được cả mẫu dẫn điện và khụng dẫn điện. Nhiệt độ của hồ quang phụ thuộc rất nhiều vào bản chất của nguyờn liệu làm điện cực. Cường độ dũng điện trong mạch hồ quang là yếu tố quyết định nhiệt độ của hồ quang.
- Hồ quang là nguồn kớch thớch cho độ nhạy tương đối cao.
- Hồ quang là nguồn kớch thớch cú sơ đồ mạch tương đối đơn giản, nhưng lại cú nhiều thụng số cú thể điều chỉnh được để chọn được một nhiệt độ tương đối phự hợp cho phộp phõn tớch mỗi chất.
- Hồ quang là sự phúng điện giữa hai điện cực cú thế thấp (dưới 260V) và dũng cao (từ 8 - 20A). Thế và dũng liờn hệ với nhau qua biểu thức:
U = A + m I B và Im = 2 1 R R U A, B: cỏc hằng số.
Cụng thức này giải thớch tại sao hồ quang kộm bền vững. Vỡ thế phải đưa vào mạch hồ quang một biến trở phụ R2 thật lớn (R2 >> R1) để hạn chế sự thay đổi cường độ dũng điện trong mạch và giữ cho hồ quang ổn định.
Cõu 6: Yếu tố nào quyết định nhiệt độ của plasma hồ quang?
HDTL:
- Yếu tố thứ nhất quyết định nhiệt độ của hồ quang là cường độ dũng điện trong mạch hồ quang. Trong một khoảng nhất định của nhiệt độ, khi tăng cường độ của dũng điện thỡ nhiệt độ của hồ quang cũng tăng theo:
T = k.I k: hệ số tỷ lệ
T: nhiệt độ của hồ quang (oC) - Yếu tố thứ hai quyết định nhiệt độ của hồ quang là bản chất của nguyờn liệu làm điện cực.
- Yếu tố thứ ba là thế ion hoỏ của cỏc chất cú trong mẫu phõn tớch. Nguyờn tố nào cú thế ion hoỏ càng nhỏ thỡ làm giảm nhiệt độ của hồ quang nhiều. - Trong plasma của hồ quang thường luụn xảy ra cỏc phản ứng hoỏ học và cỏc quỏ trỡnh vật lớ. Đú là quỏ trỡnh phõn li, ion hoỏ, tổ hợp phõn tử và sự kớch thớch phổ. Những quỏ trỡnh này thường là cỏc quỏ trỡnh nhiệt động học. Vỡ đỏm hơi trong plasma cũng cú một nhiệt độ nhất định ứng với những thụng số xỏc định của mỏy phỏt hồ quang đó được chọn. Nhiệt độ đú đảm bảo cho plasma cú một ỏp lực điện tử xỏc định để duy trỡ sự kớch thớch phổ.
Cõu 7: Hóy cho biết nguyờn tắc và cỏch chọn nguồn kớch thớch phổ?
HDTL:
Cỏc điều kiện kớch thớch phổ là những yếu tố cú ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ của vạch phổ và độ nhạy của phương phỏp phõn tớch. Để chọn được những điều kiện, nguồn kớch thớch phổ phự hợp cho một đối tượng phõn tớch nào đú, cần dựa vào một số nguyờn tắc sau:
+ Phải xuất phỏt từ đối tượng phõn tớch thuộc dạng mẫu nào (bột, rắn, hay dung dịch), cũng như tớnh chất cơ lý của từng loại mẫu.
Vớ dụ:
Khi phõn tớch mẫu bột (quặng, đất đỏ...) thỡ hồ quang điện cú dũng trờn 10A là thuận lợi.
+ Phải dựa vào tớnh chất và đặc trưng sự kớch thớch phổ của mỗi nguyờn tố cần xỏc định mà chọn nguồn năng lượng kớch thớch và cỏc thụng số của nguồn kớch thớch.
Vi dụ: Phõn tớch kim loại kiềm thỡ nờn dựng ngọn lửa đốn khớ, hay hồ quang
giỏn đoạn. Vỡ thế kớch thớch phổ phỏt xạ của cỏc kim loại kiềm là khụng lớn (3-5 eV).
+ Khi chọn nguồn kớch thớch phải đảm bảo cho phộp phõn tớch cú độ nhạy cao, ổn định, để cú thể dễ dàng phõn tớch được cỏc nguyờn tố cú nồng độ nhỏ.
+ Chọn nguồn phõn tớch phải đảm bảo cho phộp phõn tớch tiờu tốn ớt mẫu, và khi cần phải khụng phỏ hủy mẫu.
Cõu 8: Hóy nờu cỏc yếu tố tạo ra bức xạ nền trong phổ phỏt xạ?
HDTL:
Khi kớch thớch mẫu phõn tớch ta thu được phổ phỏt xạ của nú. Phổ này bao gồm cú phổ vạch của nguyờn tử và ion, phổ đỏm của phõn tử và nhúm phõn tử. Sau đến phổ nền hay gọi là bức xạ nền. Bức xạ nền thường là phổ liờn tục. Từ kết quả nghiờn cứu, người ta thấy cú 4 yếu tố tạo ra bức xạ nền:
- Sự phỏt sỏng của hạt vật rắn được đốt núng đỏ trong plasma.
- Tỏc dụng của ỏnh sỏng trắng.
- Sự bức xạ của điện tử trong plasma.
- Sự phỏt xạ của điện cực bị đốt núng ở nhiệt độ cao.
Cõu 9: Hóy cho biết nguyờn tắc của phương phỏp quan sỏt trực tiếp trờn màn
ảnh? HDTL:
Nguyờn tắc của phương phỏp quan sỏt trực tiếp trờn màn ảnh là: trờn màn ảnh của mỏy quang phổ người ta đặt một màng mờ, trờn màng mờ này cú đỏnh dấu vị trớ cỏc vạch đặc trưng của một số nguyờn tố nhất định. Đồng thời bố trớ một hệ thống thấu kớnh lỳp phúng đại để quan sỏt trực tiếp màn ảnh đú. Như vậy, muốn định tớnh một mẫu nào đú, ta thu phổ của mẫu phõn tớch, khi kớch thớch chỳng bằng một nguồn năng lượng phự hợp và quan sỏt phổ một cỏch trực tiếp trờn màn ảnh của mỏy nhờ hệ thống kớnh lỳp phúng đại. Khi đú dựa theo cỏc vạch phổ đặc trưng đó đỏnh dấu trờn màng mờ mà kết luận cú mặt hay khụng cú mặt nguyờn tố đú trong mẫu phõn tớch.
Phương phỏp này nhanh, đơn giản. Nhưng chỉ giới hạn trong những mẫu đơn giản và những nguyờn tố cần phõn tớch đó cú đỏnh dấu cỏc vạch phổ đặc trưng của nú trờn màng mờ của mỏy quang phổ.
Cõu 10: Trỡnh bày những ứng dụng cơ bản của phương phỏp đo phổ AES?
HDTL:
Phương phỏp đo phổ AES là một phương phỏp phõn tớch quan trọng thường được sử dụng rộng rói trong một số lĩnh vực sau:
- Xỏc định cỏc kim loại kiềm, kiềm thổ trong cỏc mẫu phõn tớch ở bệnh viện. Phương phỏp phõn tớch nhanh, tiện lợi, độ nhạy, độ đỳng tốt, thớch hợp cho phộp phõn tớch nhiều mẫu.
- Xỏc định hàm lượng cỏc ion kim loại trong cỏc loại nước thải khỏc nhau.
- Xỏc định độ cứng của nước.
- Xỏc định sơ bộ thành phần của mẫu phõn tớch để chọn quy trỡnh phõn tớch thớch hợp.
- Phõn tớch nguyờn liệu, bỏn thành phẩm và thành phẩm, trong luyện kim, phõn tớch đất, đỏ trong ngành địa chất, kĩ thuật khai khoỏng, phõn tớch nước nguồn, nước cụng nghiệp, cỏc đối tượng mụi trường ...
Cõu 11: Người ta thường sử dụng chất phụ gia khỏc nhau để thờm vào mẫu
phõn tớch trong phộp đo quang AES với mục đớch gỡ? HDTL:
Mục đớch của việc thờm vào mẫu phõn tớch cỏc chất phụ gia khỏc nhau là: - Tạo điều kiện cho quỏ trỡnh hoỏ hơi, nguyờn tử hoỏ mẫu, kớch thớch phổ ổn định, để đảm bảo cho phộp phõn tớch đạt độ chớnh xỏc cao và độ lặp lại cao, nghĩa là thu được kết quả tốt.
- Tăng cường độ vạch phổ của nguyờn tố nghiờn cứu, nghĩa là tăng độ nhạy của phương phỏp phõn tớch để cú thể xỏc định được ở những nồng độ nhỏ mà khụng phải làm giàu mẫu phõn tớch.
- Loại trừ bớt nhưng ảnh hưởng của cỏc hợp phần cản trở, như phổ nền liờn tục, ảnh hưởng của nguyờn tố cơ sở, nguyờn tố thứ ba.
- Pha loóng mẫu phõn tớch để loại bỏ ảnh hưởng của hiện tượng tự đảo, hoặc làm đơn giản phổ của mẫu phõn tớch để dễ quan sỏt định tớnh và định lượng.
Cõu 12: Nguyờn tắc chung của phõn tớch quang phổ phỏt xạ định tớnh?
HDTL:
Khi cung cấp năng lượng để hoỏ hơi, nguyờn tử hoỏ mẫu phõn tớch và kớch thớch đỏm hơi nguyờn tử đú đi đến phỏt xạ thỡ chỳng ta sẽ thu được phổ phỏt xạ của mẫu phõn tớch. Phổ đú gồm 3 phần:
- Phổ vạch của nguyờn tử và ion.
- Phổ đỏm của phõn tử và nhúm phõn tử.
Trong đú, phổ vạch là thành phần chớnh đặc trưng cho nguyờn tử và ion ở trạng thỏi hơi tự do, khi chỳng bị kớch thớch, nghĩa là ở trạng thỏi hơi. Khi bị kớch thớch cỏc nguyờn tử và ion sẽ phỏt ra một chựm bức xạ quang học bao gồm những tia cú bước súng khỏc nhau nằm trong dải phổ quang học (190 - 1100nm). Nếu thu, phõn li và ghi chựm sỏng đú lại ta sẽ được một dải phổ gồm cỏc vạch phỏt xạ của nguyờn tử và ion của cỏc nguyờn tố đú trong mẫu. Trong tập hợp cỏc vạch phổ đú, thỡ mỗi loại nguyờn tử hay ion lại cú một số vạch đặc trưng riờng cho nú. Cỏc vạch phổ đú được gọi là cỏc vạch phổ phỏt xạ đặc trưng của mỗi loại nguyờn tố ấy.
Vớ dụ: Khi bị kớch thớch :
- Nguyờn tử Al phỏt ra vạch đặc trưng trong vựng UV: 308,215; 309,271 nm.
- Nguyờn tử Cu phỏt ra vạch đặc trưng trong vựng UV: 324,754; 327,396 nm.
Nhờ cỏc vạch phổ đặc trưng này, người ta nhận ra được sự cú mặt hay vắng mặt của một nguyờn tố nào đú trong mẫu phõn tớch qua việc quan sỏt phổ phỏt xạ của mẫu phõn tớch và tỡm xem cú cỏc vạch phổ đặc trưng của nú hay khụng, nghĩa là dựa vào cỏc vạch phổ phỏt xạ đặc trưng của từng nguyờn tố để nhận biết chỳng. Đú chớnh là nguyờn tắc của phương phỏp phõn tớch quang phổ phỏt xạ định tớnh.
Cõu 13: Quỏ trỡnh phõn tớch quang phổ phỏt xạ định tớnh gồm mấy giai đoạn?
HDTL:
Cú 3 giai đoạn trong quỏ tỡnh phõn tớch quang phổ phỏt xạ định tớnh: * Cung cấp năng lượng để hoỏ hơi, nguyờn tử hoỏ mẫu phõn tớch tạo ra đỏm hơi nguyờn tử tự do và kớch thớch đỏm hơi đú phỏt ra phổ phỏt xạ của chỳng. * Thu chựm sỏng phỏt xạ đú, phõn li và ghi phổ phỏt xạ của mẫu phõn tớch.
* Quan sỏt phổ thu được của mẫu phõn tớch theo cỏc vạch đặc trưng của cỏc nguyờn tố để phỏt hiện chỳng.
Cõu 14: Nờu cỏc điều kiện để chọn vạch phổ chứng minh định tớnh?
HDTL:
Để xỏc nhận sự cú mặt hay khụng của một nguyờn tố nào đú trong mẫu phõn tớch, người ta phải tỡm một số vạch phổ đặc trưng của nguyờn tố đú và gọi là vạch chứng minh của nguyờn tố đú. Cỏc vạch phổ này phải thoả món điều kiện sau:
* Những vạch phổ này phải rừ ràng và khụng trựng lẫn với cỏc vạch của nguyờn tố khỏc, nhất là nguyờn tố nồng độ lớn.
* Nú phải là những vạch phổ nhạy, để cú thể phỏt hiện được cỏc nguyờn tố trong mẫu với nồng độ nhỏ.
* Việc chọn cỏc vạch phổ chứng minh cho một nguyờn tố phải xuất phỏt từ nguồn năng lượng đó dựng để kớch thớch phổ của mẫu phõn tớch, vỡ trong nguồn kớch thớch cú năng lượng thấp thỡ phổ của nguyờn tử là chủ yếu và vạch nguyờn tử của nú thường là những vạch nhạy. Nếu trong nguồn kớch