M (8) Dòng Id tính theo (8) đợc gọi là dòng giới hạn.
I.4. Các phơng pháp xử lý mẫu trong phân tích vi lợng
Xử lý mẫu là giai đoạn đầu tiên nhng rất quan trọng của quá trình phân tích. Mọi sai sót trong giai đoạn này đều là nguyên nhân tạo ra sai số cho kết quả phân tích, có khi sai số rất lớn. Vì thế mọi cách xử lý mẫu để phân tích, cùng với việc tuân thủ các điều kiện của QA/QC (Quanlity of Analysis/ Quanlity of Control), còn phải đảm bảo đợc các yêu cầu cụ thể sau đây:
- Lấy đợc hoàn toàn, không làm mất chất phân tích
- Không làm nhiễm bẩn thêm chất phân tích vào mẫu do bất kỳ nguồn nào. - Kết quả xử lý phải phù hợp với phơng pháp phân tích đã chọn
- Dùng các hoá chất phải đảm bảo có độ sạch đúng yêu cầu, mục đích phân tích và mức độ phân tích.
- Không đa thêm các chất có ảnh hởng vào mẫu
- Có thể tách hay làm giàu đợc mẫu cần phân tích thì càng tốt.
Xử lý mẫu phân tích là một quá trình phức tạp, có hoá học, hoá lý, hay vật lý và hoá học kết hợp, để chuyển các chất hay các nguyên tố hay các ion cần xác định có trong mẫu phân tích ban đầu, đa chúng về dạng tan trong dung môi thích
hợp nh: nớc hay dung môi hữu cơ,... để sau đó có thể xác định đợc nó theo một phơng pháp phân tích thích hợp. Tuy thế nhng việc xử lý mẫu phân tích là đợc thực hiện theo rất nhiều kỹ thuật có nguyên lý, bản chất, cơ chế vật lý, hoá học có khi rất khác nhau, tuỳ theo loại mẫu và phân tích những chất nào. Ví dụ nh xử lý bằng axit, xử lý bằng kiềm, tro hoá khô, tro hoá ớt,.. Song tóm lại chúng ta có thể phân loại theo một số nguyên tắc, cơ chế dựa theo các cơ sở sau đây của Hoá học, hoá lý và vật lý trong quá trình xử lý mẫu.
Chính vì thế trong các kỹ thuật xử lý mẫu, mỗi kỹ thuật chỉ thích hợp cho một số chất, hay nhóm chất nhất định, và mỗi kỹ thuật cũng có những u điểm, những nh- ợc điểm riêng và phạm vi ứng dụng của nó. Nghĩa là không thể có một cách xử lý mẫu nào là phù hợp đợc cho mọi loại mẫu, mọi loại chất phân tích. Vì thế tuỳ theo yêu cầu cụ thể của công việc phân tích, mà ngời làm phân tích phải nghiên cứu xem xét và lựa chọn một kỹ thuật nào cho thích hợp trong cơ sở của mình và đảm bảo đợc kết quả phân tích đúng đắn, tin tởng. Tức là phải thực hiện QA/QC trong công việc xử lý mẫu và công việc phân tích đã đặt ra.
Trong khi xử lý hay phân huỷ mẫu, có thể có rất nhiều quá trình vật lý và các phản ứng hoá học có thể xảy ra đồng thời, tuỳ thuộc vào mỗi loại chất mẫu, thành phần của mẫu và các chất đợc cho vào dùng để thực hiện xử lý mẫu. Nói chung, một cách tổng thể, có thể có các quá trình sau đây xảy ra:
- Sự phá vỡ mạng lới cấu trúc của chất mẫu ban đầu, giải phóng các chất phân tích, đa chúng vào dung dịch dới dạng các muối tan của các ion.
- Quá trình ôxy hoá khử làm thay đổi hoá trị, chuyển đổi dạng, làm tan vỡ cấu trúc của các vật chất mẫu ban đầu, để giải phóng chất phân tích về dạng hợp chất tan trong dung dịch.
- Sự đốt cháy, phá huỷ các hợp chất hữu cơ và mùn tạo ra khí CO2, NOx, SO2, nớc và giải phóng các kim loại trong chất hữu cơ ban đầu, đa chúng về dạng các hợp chất hay muối có thể tan dễ trong axit.
- Sự tạo ra các hợp chất phức bền, ít phân ly làm tan chất mẫu, tạo ra các phức dạng tan của các chất phân tích trong dung dịch (dung môi) qua đó mà hoà
- Tạo ra các hợp chất dễ bay hơi, làm mất đi anion trong phân tử chất mẫu ban đầu,... làm mẫu bị phân huỷ tạo ra các chất khác tan trong dung dịch axit hay kiềm, hay trong nớc.
- Sự kết tinh, hay kết tủa chất phân tích dới dạng hợp chất khác, làm chất phân tích đợc tách ra khỏi chất mẫu ban đầu chuyển sang hợp chất mới mà chúng ta lấy đợc chúng ra khỏi mẫu ban đầu.
- Trong quá trình xử lý và phân huỷ mẫu, có thể có các phản ứng hoá học xảy ra, nh các phản ứng oxy hoá khử, phản ứng thuỷ phân, phản ứng tạo phức, phản ứng hoà tan, phản ứng kết tủa,.... của các phần tử chất mẫu với dung dịch axit phân huỷ mẫu, và các phần tử có trong mẫu với nhau.
Trong thực tế, tuỳ thuộc vào thành phần và bản chất của mỗi loại mẫu, mỗi chất phân tích và phơng pháp hay hoá chất đợc dùng để xử lý mẫu có những quá trình nào sẽ xảy ra đối với loại mẫu đó khi xử lý. Sau đây là một số kỹ thuật xử lý mẫu trong phân tích hoá học:
*Kỹ thuật vô cơ hoá ớt
Xử lý mẫu bằng axít mạnh đặc và có tính ôxy hoá: Dùng axít mạnh và đặc (HCl, H2SO4), hay axít mạnh đặc có tính ôxy hoá mạnh (HNO3, HClO4), hay hỗn hợp 2 axít (HNO3, H2SO4), hay 3 axít (HNO3 + H2SO4 + HClO4), để phân huỷ mẫu trong điều kiện đun nóng trong bình kendan hay trong ống nghiệm. Tuỳ từng loại mẫu và tuỳ từng loại dụng cụ, thiết bị phá mẫu mà lợng axít và thời gian phá huỷ mẫu khác nhau từ vài giờ đến hàng vài chục giờ. Nếu trong lò vi sóng hệ kín thì chỉ cần 50-60 phút. Dới tác dụng của axít đặc và nhiệt độ, có các quá trình vật lý và hoá học sau đây xảy ra, ví dụ:
- Sự phá vỡ mạng lới cấu trúc của chất mẫu, giải phóng các chất phân tích, đa chúng vào dung dịch dới dạng các muối tan.
- Quá trình ôxy hoá khử làm thay đổi hoá trị, chuyển đổi dạng, làm tan vỡ các vật chất mẫu, để giải phóng chất phân tích về dạng muối tan trong dung dịch.
- Nếu xử lý mẫu hữu cơ phân tích kim loại, thì có sự đốt cháy, phá huỷ các hợp chất hữu cơ và mùn tạo ra khí CO2, nớc và giải phóng các kim loại trong chất
- Tạo ra hợp chất dễ bay hơi, làm mất đi anion trong phân tử chất mẫu, làm mẫu bị phân huỷ tạo ra các hợp chất khác tan trong dung dịch.
Nh vậy trong quá trình xử lý mẫu ở đây có thể có các phản ứng hoá học xảy ra, nh phản ứng ôxy hoá khử, phản ứng thuỷ phân, phản ứng tạo phức, phản ứng hoà tan, phản ứng kết tủa,..vv. của các phần tử chất mẫu với các axít dùng để phân huỷ mẫu và các chất có trong mẫu với nhau.
Đối với mẫu là nớc thải thì quá trình xử lý xảy ra theo phản ứng sau đây: Chất mẫu + HNO3 → CO2 + H2O + Men(NO3)m
Muối kim loại tan
*Kỹ thuật vô cơ hoá khô
Nguyên tắc và quá trình xảy ra trong xử lý mẫu phân tích:
Kỹ thuật tro hoá khô là kỹ thuật nung để xử lý mẫu, song thực chất chỉ là bớc đầu tiên của quá trình xử lý mẫu. Vì sau khi nung, mẫu bã còn lại phải đợc hoà tan (xử lý tiếp) bằng dung dịch muối, hay dung dịch axít phù hợp, thì mới chuyển đợc các chất phân tích vào dạng dung dịch, để sau đó xác định nó theo một phơng pháp đã chọn. Quá trình nung xử lý mẫu có thể không thêm chất phụ gia, chất bảo vệ, hay có thêm các chất này vào mẫu, để trợ giúp cho việc nung xảy ra đợc tốt hơn, nhanh hơn và bảo vệ đợc chất phân tích không bị mất.
Trong quá trình nung xử lý mẫu có thể có các quá trình vật lý, hoá học sau đây xảy ra, tuỳ theo bản chất, thành phần của mỗi loại mẫu và chất phụ gia thêm vào, ví dụ:
1. Làm bay hơi mất nớc hấp thụ và nớc kết tinh trong chất mẫu. 2. Sự tro hoá, đốt cháy các chất mùn, các chất hữu cơ của mẫu. 3. Phá vỡ cấu trúc ban đầu của chất mẫu, chuyển sang các chất đơn giản. 4. Chuyển dạng các hợp chất phức tạp của chất mẫu về dạng đơn giản hơn. 5. Quá trình oxy hoá khử thay đổi hoá trị của nguyên tố trong các chất mẫu. 6. Giải phóng ra một số khí nh: CO2, SO2, CO,...
7. Có một số tơng tác hoá học của các chất mẫu với nhau, tơng tác với chất phụ gia thêm vào,..tạo ra các chất ban đầu không có.
Tất cả các quá trình đó góp phần làm tan vỡ mẫu ban đầu để hoà tan chất phân tích vào dung dịch.
*Kỹ thuật vô cơ hoá khô ớt kết hợp
Nguyên tắc của kĩ thuật này là mẫu đợc phân huỷ trong vhén hay cốc nung mẫu. Trớc tiên ngời ta xử lí ớt sơ bộ trong cốc hay chén nung bằng một lợng nhỏ axit và chất phụ gia để phá vỡ sơ bộ cấu trúc ban đầu của các hợp chất mẫu, và tạo điều kiện giữ một số nguyên tố có thể bay hơi khi nung. Sau đó mới đem nung ở nhiệt độ thích hợp. Vì thế lợng axit dùng để xử lý thờng chỉ bằng 1/4 hay 1/3 l- ợng cần dùng cho xử lý ớt. Nh thế sẽ ít tốn axit tinh khiết cao. Sau đó đem nung sẽ nhanh hơn và quá trình và quá trình xử lí sẽ triệt để hơn xử lí ớt, và hạn chế đợc sự mất của một số kim loại khi nung. Do đó đã tận dụng đợc u điểm của cả hai kĩ thuật xử lí ớt và khô nhất là giảm bớt đợc các hoá chất tinh khiết cao khi tro hoá - ớt, dung dịch thu đợc là trong và sạch hơn tro hoá ớt.
Sơ đồ chung phân tích kim loại
Thêm axit
Lấy mẫu Nghiền
trộn
Cân lượng ag
Xử lý phân huỷ vô cơ hoá ướt Làm bay hơi axít dư Định mức (có thể thêm các chất phụ gia nếu cần thiết) Có thể chiết làm giàu, tách
Phần II:phơng pháp thực nghiệm Và Thảo luận kết quả II..1 Thiết bị, dụng cụ, hoá chất
II.1.1 Thiết bị, dụng cụ
1. Máy cực phổ 797 computrace(Metrohm-Thuỵ sĩ) 2. Máy đo AAS perkin Elmer Aanalyst 200
3. Cân phân tích độ chính xác 10-4 g 4. Máy đo PH 5. Lò nung 6. Bếp điện 7. Bát thạch anh 8. Pipet chia độ đến 0,02ml, 0,1ml 9. Bình định mức10ml,50ml,100ml 10.Micropipet 11.Cốc thuỷ tinh 12.Chậu thuỷ tinh 13.Phễu thuỷ tinh 14.Kẹp gỗ
II.1.2 . Hoá chất
Các dung dịch gốc Zn2+,Cd2+ 1000ppm, HNO3, HCl, HClO4, H2SO4, H2O2, CH3COOH, NaOH,Mg(NO3)2 , nớc cất hai lần, các loại hoá chất thuộc loại tinh khiết phân tích của Merck.
II.2. Pha chế dung dịch.
II.2.1.1. Pha dung dịch chuẩn Zn2+ cho phép đo cực phổ.
Lấy 0,1ml dung dịch Zn2+ 1000ppm cho vào bình định mức 50ml rồi định mức bằng nớc cất tới vạch thu đợc dung dịch Zn2+2ppm.
Các dung dịch Zn2+ có nồng độ 0,1ppm, 0,3ppm,1ppm... thì pha loãng từ dung dịch Zn2+ 2ppm.
I.2.1.2.Pha dung dịch chuẩn Zn cho phép đo AAS
Dung dịch gốc : Sử dụng dung dịch chuẩn Zinc standard của Merck KGaA 64271 Darmstadt.Germany có nồng độ là 1000mg/l Pb. Pha Zn(NO3)2 trong axit HNO3 0,5mol/l. Khối lợng 1lit là 1,02 kg..
Dung dịch trung gian : Hút 2,5ml dung dịch tiêu chuẩn trên bằng micropipet định mức 50ml bằng dung dịch HCl 2% đợc dung dịch có nồng độ 50mg/l.
II.2.2 Pha chế dung dịch Cd2+.
I.2.2.1. Pha dung dịch chuẩn Cd cho phép đo cực phổ
Lấy 0,1ml dung dịch Cd2+ 1000ppm cho vào bình định mức 50ml rồi định mức bằng nớc cất tới vạch thu đợc dung dịch Cd2+2ppm.
Các dung dịch Cd2+ có nồng độ 0,1ppm,0,3ppm,1ppm... thì pha loãng thừ dung dịch Cd2+ 2ppm.
I.2.2.2.pha dung dịch chuẩn Cd cho phép đo AAS
Dung dịch gốc : Sử dụng dung dịch chuẩn Cadmium standard của Merck KGaA 64271 Darmstadt.Germany có nồng độ là 1000mg/l Pb. Pha Cd(NO3)2
trong axit HNO3 0,5mol/l. Khối lợng 1lit là 1,013 kg.
Dung dịch trung gian : Hút 2,5ml dung dịch tiêu chuẩn trên bằng micropipet định mức 50ml bằng dung dịch HCl 2% đợc dung dịch có nồng độ 50mg/l.Hút 5ml dung dịch 50mg/l định mức 50ml đợc dung dịch 5mg/l
II.2.3.Các dung dịch khác
II.2.3.1. Pha chế dung dịch Mg(NO3)2 10%
Cân chính xác 10g Mg(NO3)2 sau đó cho vào bình định mức 100ml định mức bằng nớc cất, ta thu đợc dung dịch Mg(NO3)2 10%.
Hút chính xác 10,4ml dung dịch HNO3 68,1% cho vào bình định mức 100ml. Định mức bằng nớc cất hai lần đến vạch thu đợc dung dịch HNO3 10%.
II.3. Lấy mẫu và xử lí mẫu
Các mẫu Trai, Hến, Trùng trục đợc đánh bắt ở sông Nam Đàn, Sò lông đợc đánh bắt ở biển Cửa lò, Ngao biển ,ốc lợn biển đợc đánh bắt ở biển Quỳnh Phơng-Quỳnh Lu.
Đem mẫu về phòng thí nghiệm để xử lí sơ bộ . Tại phòng thí nghiệm các chất bẩn đợc rửa sạch bằng nớc cất hai lần rồi cạo phần vỏ bẩn bằng dao inox sạch và lấy phần mô ra. Nếu cha phân tích đợc ngay thì phải bảo quản trong tủ lạnh ở -40C hoặc xay nhuyễn rồi cho 1 lợng dung môi thích hợp vào ngâm. Độ dài của vỏ đợc đo bằng compa.
II.4. Phơng pháp phân huỷ mẫu
Phân huỷ mẫu là quá trình rất quan trọng quyết định độ chính xác của ph- ơng pháp phân tích.Trên thực tế có rất nhiều phơng pháp phân huỷ mẫu tuy nhiên chúng tôi chọn phơng pháp khô ớt kết hợp với mục đích để vừa tiết kiệm dung môi vừa tránh làm nhiễm bẩn mẫu phân tích và lại không mất nhiều thời gian đuổi dung môi d.
Chúng tôi tiến hành phân huỷ mẫu theo quy trình phân tích sau:
Cân 25 g nhuyễn thể đã nghiền mịn cho vào bát thạch anh sau đó cho vào 10ml HNO3 đặc, 5ml H2O2 30%, 5ml Mg(NO3)2 10% và 1ml HClO4 đặc, rồi tiến hành đun trên bếp điện cho đến khi mẫu thành than đen. Sau đó đem nung trong lò nung ở nhiệt độ 4700C trong thời gian 2 giờ cho đến khi thu đợc tro trắng. Hoà tan tro thu đợc bằng 15 ml dung dịch HNO3 10%, đun nhẹ cho tan hết và đuổi hết axit d đến còn muối khan.
Hoà tan lợng muối khan vào nớc cất hai lần, lọc qua giấy lọc thu đợc dung dịch vào bình định mức 50ml.Định mức bằng nớc cất lên 50ml ta đợc dung dịch phân tích và đem dung dịch này đi phân tích bằng phơng pháp Cực phổ và phơng pháp AAS
Sơ đồ quy trình phân tích + 10ml HNO3 đặc +5ml H2O2 30% +5ml Mg(NO3)2 10% +1ml HClO4 đặc +Nung ở nhiệt độ 4700C + Thời gian nung 2h
+Hoà tan trong 15ml dung dịch HNO310% +Đun nhẹ cho tan hết và đuổi hết axit d
II.5.Phân tích hàm lợng Zn và Cdtrong nhuyễn thể bằng phơng pháp Von- Ampe hoà tan anot.
II.5.1. Điều kiện phân tích Zn
`-Điện cực làm việc là giọt treo thuỷ ngân HMDE - Điện cực so sánh là điện cực Ag/AgCl
- Điện cực phù trợ Pt
-Phơng pháp phân tích : Phơng pháp thêm chuẩn - Số lần thêm :2
- Cỡ giọt : 4
- Tốc độ khuấy: 2000rpm
- Quét thế từ -1,2 V đến –0,7V - Biên độ xung : 0,05V
- Thời gian mỗi bớc thế :0,04 s Cân 25g nhuyễn thể đã xay mịn
Than đen Tro trắng Dung dịch phân tích Đo +Định mức bừng dung dịch nớc cất Dung dịch phân tích
- Bớc thế : 0,006 V
- Tốc độ quét thế : 0,15V/s - Thời gian sục khí : 300s
- Thời gian sục khí cho mỗi lần thêm dung dịch chuẩn : 30s - Thời gian điện phân : 60s
- Thời gian cân bằng : 5s
II.5.2. Điều kiện phân tích Cadimi
-`-Điện cực làm việc là giọt treo thuỷ ngân HMDE - Điện cực so sánh là điện cực Ag/AgCl
- Điện cực phù trợ Pt
-Phơng pháp phân tích : Phơng pháp thêm chuẩn - Số lần thêm :2
- Cỡ giọt : 4
- Tốc độ khuấy: 2000rpm - Biên độ xung : 0,05V
- Thời gian mỗi bớc thế :0,04 s - Bớc thế : 0,006 V
- Tốc độ quét thế : 0,15V/s