b. Xỏc định Co
1.4.5. Cỏc phương phỏp phõn tớch định lượng trong phõn tớch điện hoỏ
1.4.5.1. Phương phỏp mẫu chuẩn
Người ta sử dụng hai dung dịch của cựng một chất:
Dung dịch 1: Cú nồng độ Cx của chất phõn tớch cần xỏc định Dung dịch 2: Là dung dịch chuẩn đó biết chớnh xỏc nồng độ Cc.
Tiến hành ghi cực phổ đồ của dung dịch 1 và 2 trong cựng một điều kiện được: hx và hc tương ứng. Do sự tuyến tớnh giữa h và C nờn ta cú: Cx Cc = hx hc hx Cx Cc hc ⇒ =
1.4.5.2. Phương phỏp đường chuẩn
Để lập phương trỡnh đường chuẩn ta chuẩn bị một dóy dung dịch cú nồng độ đó biết của chất cần xỏc định: C1, C2, …, Cn (thường n = 1 ữ 3) (cấp số cộng).
Ghi cực phổ đồ của dóy trờn ta được: h1, h2, …, hn (chiều cao cỏc pớc tương ứng). Từ cỏc giỏ trị đú vẽ đồ thị và lập phương trỡnh đường chuẩn sự phụ thuộc của nồng độ và chiều cao pớc.
Phương trỡnh đường chuẩn cú dạng: y = ax + b
Với dung dịch nghiờn cứu cú nồng độ Cx chưa biết ta ghi được cực phổ đồ là hx.
Thay hx = y vào phương trỡnh đường chuẩn ta tớnh được Cx
1.4.5.3. Phương phỏp thờm chuẩn
Nguyờn tắc của phương phỏp này là dựng ngay mẫu phõn tớch làm nền. Để chuẩn bị mẫu đầu bằng cỏch lấy một lượng mẫu phõn tớch nhất định (cú nồng độ Cx) rồi thờm vào đú những lượng chớnh xỏc nguyờn tố cần xỏc định theo từng bậc nồng độ, chẳng hạn C1, C2, C3, …(theo cấp số cộng), ta thu được dóy mẫu đầu:
Cx + C1, Cx + C2, Cx + C3,…
Chọn cỏc điều kiện phõn tớch thớch hợp ta tiến hành ghi đo cực phổ đồ của cỏc mẫu trong dóy mẫu đầu đó chuẩn bị ở trờn ta thu được chiều cao cỏc pớc tương ứng: h1, h2, h3,… Từ đú ta xõy dựng được đồ thị của h theo C.
Dựa vào đồ thị này người ta xỏc định được nồng độ chất phõn tớch trong dung dịch, bằng cỏch: kộo dài đường chuẩn từ A cắt trục hoành tại điểm M. Khoảng OM là nồng độ Cx cần tỡm.
Phương phỏp thờm chuẩn cú ưu điểm là: quỏ trỡnh chuẩn bị mẫu dễ dàng, khụng phải sử dụng những hoỏ chất cú độ tinh khiết cao, loại trừ được hoàn toàn ảnh hưởng về thành phần cũng như cấu trỳc vật lý của cỏc chất tạo thành mẫu [13], [16], [19].
1.5. Những điểm cần chỳ ý khi nghiờn cứu phõn tớch vết
1.5.1. Sự nhiễm bẩn và mất chất phõn tớch
Khi nghiờn cứu phõn tớch vết, phải thường xuyờn chỳ ý đến độ sạch của dụng cụ, nước cất, húa chất, mụi trường nơi làm việc và đặt mỏy đo… nhằm loại trừ tới mức thấp nhất những nguyờn nhõn gõy nhiễm bẩn hoặc làm mất chất phõn tớch, vỡ chỳng cú thể làm cho kết quả phõn tớch bị mắc sai số hệ thống và nhiều khi mắc sai số nghiờm trọng.
Sự nhiễm bẩn và mất chất phõn tớch cũng cú thể phỏt sinh trong quỏ trỡnh chuẩn bị mẫu cho phõn tớch, chẳng hạn khi xử lý mẫu: lọc, axit húa, kiềm húa, tỏch chiết, kết tủa… hay phõn hủy mẫu bằng cỏc hỗn hợp axit, tro húa khụ,… Vỡ vậy, cần hạn chế tới mức tối đa việc đưa nhiều húa chất vào mẫu trong giai đoạn chuẩn bị mẫu cho phõn tớch [12].
1.5.2. Cỏc yếu tố đỏnh giỏ độ tin cậy của phương phỏp phõn tớch
Một phộp đo hay một phương phỏp phõn tớch bất kỳ, được cỏc phũng thớ nghiệm thừa nhận và ỏp dụng vào thực tế, chỉ khi nú cú độ tin cậy cao. Chớnh vỡ vậy khi nghiờn cứu phỏt triển phương phỏp phõn tớch, nhất thiết phải đỏnh giỏ độ tin cậy của nú. Cỏc yếu tố đỏnh giỏ độ tin cậy của một phộp đo cũng như của một phương phỏp phõn tớch bao gồm: độ lặp lại, độ đỳng, độ nhạy và giới hạn phỏt hiện… Cỏc yếu tố này bắt buộc phải thụng bỏo khi xõy dựng và cụng bố bất kỳ một phương phỏp phõn tớch nào [8].
1.5.2.1. Đỏnh giỏ độ lặp lại
Độ lặp lại và độ phục hồi, một cỏch tương ứng là độ sai lệch giữa cỏc giỏ trị riờng lẽ xi và giỏ trị trung bỡnh x đo được trong những điều kiện giống nhau và khụng giống nhau. Kết quả đỏnh giỏ độ lặp lại được xỏc định qua độ lệch chuẩn hoặc độ lệch chuẩn S, S và hệ số biến động V theo cỏc cụng thứcx [11], [19]:
S V = .100
x Trong đú: x là giỏ trị trung bỡnh của dóy số liệu thực nghiờ ̣m
( ) n 2 2 i 1 1 S x - x n - 1 = ∑ n: là số lần thực hiện thớ nghiệm n i n X x = n ∑ xi là số liệu thực nghiệm lần thứ i
S2 là phương sai; S là độ lệch chuẩn; k = n - 1 là số bậc tự do
Như vậy, độ lệch chuẩn hoặc độ lệch chuẩn tương đối càng lớn thỡ sai số của phộp đo hay của phương phỏp phõn tớch càng lớn.
1.5.2.2. Độ đỳng
Độ đỳng là độ gần sỏt giữa kết quả xỏc định được x và giỏ trị thực à của nú. Giỏ trị à của một chất phõn tớch được chấp nhận là giỏ trị thụng bỏo trong chứng chỉ đi kốm với vật liệu so sỏnh (Certified reference Material - CRM). Cỏc CRM được cung cấp bởi đơn vị chế tạo, thường là một số tổ chức quốc tế nổi tiếng như: Community Bureau of Reference (BCR), National Institute of Standards & Technology (NIST), Laboratory of the Gaverment Chemist (LGC)… Như vậy để xỏc định độ đỳng của phộp đo hay của phương phỏp phõn tớch nhất thiờ́t phải phõn tớch CRM. Trong trường hợp khụng cú CRM cú thể đỏnh giỏ độ đỳng thụng qua việc phõn tớch mẫu chuẩn do phũng thớ nghiệm tự chuẩn bị, song phải bảo đảm sao cho mẫu chuẩn và mẫu phõn tớch cú thành phần càng giống nhau càng tốt [8].
1.5.2.3. Độ nhạy
Một cỏch tổng quỏt độ nhạy của phộp đo hay phương phỏp phõn tớch được xỏc định bởi độ biến thiờn của tớn hiệu đo (y) khi cú biến thiờn của thụng số kớch thớch, chẳng hạn nồng độ của chất phõn tớch (C) hoặc pH, nhiệt độ… Như vậy độ nhạy chớnh là độ dốc (hay tang gúc nghiờng) của đường chuẩn. Nếu
phương trỡnh đường chuẩn cú dạng y = a + bC, thỡ độ nhạy = y
C
∆
∆ = b. Riờng
trong phương phỏp phõn tớch quang phổ hấp thụ (phần tử hoặc nguyờn tử) độ nhạy được định nghĩa khỏc [89].
1.5.2.4. Giới hạn phỏt hiện và giới hạn định lượng
Giới hạn phỏt hiện là nồng độ nhỏ nhất của chất phõn tớch tạo ra được một tớn hiệu nhiễu cú thể phõn biệt một cỏch tin cậy với tớn hiệu trắng (hay tớn hiệu nền), cú quan điểm khỏc nhau về cỏch xỏc định giới hạn phỏt hiện (LOD). Theo như quy định của IUPAC, theo cơ quan quản lý mụi trường của mỹ: EPA và phổ biến nhất là cỏch xỏc định giới hạn phỏt hiện (LOD) theo “quy tắc 3σ”. Theo quy tắc này, LOD được quy ước là nồng độ của chất phõn tớch cho tớn hiệu gấp 3 lần độ lệch của đường nền [8].
Cú 2 cỏch tớnh xỏc định LOD:
Cỏch 1: Tiến hành thớ nghiệm để lập phương trỡnh đường chuẩn, từ đú xỏc định σy (độ lệch chuẩn tớn hiệu y trờn đường chuẩn Sy), và chấp nhận σy là độ lệch chuẩn của mẫu trắng. Như vậy LOD là nồng độ của chất phõn tớch cho tớn hiệu bằng 3 σy, lỳc đú St – Sb = 3 σy
Thực tế thỡ Sb: Giỏ trị tớn hiệu nền được chấp nhận xấp xỉ là giỏ trị b trong phương trỡnh đường chuẩn y = ax + b.
Từ đú tỡm được giỏ trị tớn hiệu tổng: St = Sb + 3σy, thay ngược vào phương trỡnh đường chuẩn tớnh được LOD là giỏ trị x cần tỡm tương ứng với St là giỏ trị y.
Cỏch 2: Tiến hành n thớ nghiệm xỏc định nồng độ mẫu trắng thu được cỏc giỏ trị ybi (i = 1ữ n). Từ đú tớnh yb và Sb cụng thức: yb = ybi n ∑ . Sb2 = 1 1 n− 2 bi b (y - y ) ∑ (1.11)
Nếu nồng độ mẫu trắng xỏc định được là C thỡ giới hạn phỏt hiện được tớnh là: LOD 3 .b b S C y = (1.12); LOQ 10 .b b S C y = (1.13)
Cỏch 1 cú thể tiến hành nhanh và khụng tốn thời gian nhưng khụng thật chớnh xỏc vỡ đó chấp nhận sự phụ thuộc tớn hiệu vào nồng độ mà thụng thường mỗi khoảng nồng độ cú một hệ số gúc khỏc nhau và đường chuẩn lập ra trong khoảng nồng độ cỏch xa với giới hạn phỏt hiện.
Vỡ vậy chỳng tụi đó chọn cỏch 2 để xỏc định LOD, bằng cỏch ghi đo lặp lại 12 lần đối với mỗi dung dịch Ni2+ 0,01ppm và Co2+ 0,01ppm. Khi hấp phụ trong thời gian 60s.
Chấp nhận sự sai khỏc giữa độ lệch chuẩn của dung dịch và độ lệch chuẩn của mẫu trắng là khụng đỏng kể: Sb = Sy.
1.6. Kết luận chung
Để xỏc định trực tiếp (tức là khụng cần chiết, tỏch hoặc cụ mẫu,…) những lượng vết và siờu vết của Ni và Co trong cỏc đối tượng sinh húa và mụi trường, khụng thể sử dụng cỏc phương phỏp phõn tớch như trắc quang, GF – AAS, ICP – AES, cực phổ xung vi phõn… mà để làm điều đú, việc lựa chọn phương phỏp AdSV là hoàn toàn đỳng đắn.
Việc xỏc định trực tiếp Ni và Co theo phương phỏp AdSV mà khụng cần giai đoạn làm giàu trước như chiết, cộng kết, tỏch sắc ký… sộ gúp phần làm giảm nguy cơ gõy nhiễm bẩn hoặc mất chất phõn tớch. Tuy vậy, để loại trừ tối đa những nguy cơ đú, nhằm nõng cao độ nhạy và hạ thấp giới hạn phỏt hiện của phương phỏp, nhất thiết phải cú mụi trường phũng thớ nghiệm sạch và sử dụng cỏc húa chất siờu sạch trong quỏ trỡnh phõn tớch. Điều này cũng là một trở ngại đối với nhiều phũng thớ nghiệm trong nước. Như vậy khi xõy dựng một quy trỡnh phõn tớch vết sao cho cú tớnh khả thi cao ở trong nước cú thể
phải chấp nhận giải phỏp dung hũa: khụng yờu cầu phải đạt được giới hạn phỏt hiện rất thấp (cỡ < 10-9 M hay < 0,05ppb) để khỏi phải đũi hỏi quỏ cao về độ tinh khiết của húa chất và độ sạch của phũng thớ nghiệm, song vẫn phải đảm bảo độ tin cậy của những kết quả thu được.
Chương 2 THỰC NGHIỆM
2.1. Thiết bị, dụng cụ và húa chất sử dụng trong luận văn
2.1.1. Thiết bị và dụng cụ
- Mỏy phõn tớch: việc ghi đo dũng Von-Ampe hũa tan hấp phụ được thực hiện trờn mỏy phõn tớch cực phổ đa chức năng 797VA Computrace do hóng Metrohm (Thụy Sỹ) sản xuất, với hệ 3 điện cực:
+ Điện cực làm việc (WE): là điện cực giọt thuỷ ngõn treo (HMDE), treo trờn mao quản thủy tinh silicon húa, cỡ giọt từ 1 ữ 9. Quỏ trỡnh làm giàu và hũa tan chất cần phõn tớch xẩy ra trờn bề mặt điện cực.
+ Điện cực so sỏnh (RE): là điện cực Ag/AgCl/Cl-, luụn được bảo quản
trong dung dịch KCl bóo hũa.
+ Điện cực phụ trợ (AE): điện cực platin
- Bỡnh điện phõn: dung tớch 100ml, làm bằng thủy tinh thạch anh.
- Mỏy tớnh xỏch tay acer để điều khiển thiết bị ghi đo và xử lý kết quả, sử dụng phần mềm ion analysis 1.1, 1.3 của Metrohm
- Mỏy in Canon 1210 dựng để in dữ liệu kết quả thụng số phộp đo - Mỏy đo pH Milwaukee (sản xuất ở Italia)
- Cõn phõn tớch Sartorius chớnh xỏc ± 0,1mg
- Mỏy cất nước 1 lần, 2 lần, siờu sạch Milli – Quality
- Pipet cỏc loại (1ml, 2ml, 5ml, 10ml, micro pipet), cốc thuỷ tinh: 100, 250, 500 (ml), bỡnh định mức (25ml, 50ml, 100ml), cối và chày sứ, bỡnh phun tia… (cỏc dụng cụ được rửa sạch bằng dung dịch HNO3 và hỗn hợp rửa K2Cr2O7 và H2SO4 đ, sau đú trỏng lại nhiều lần bằng nước cất).
2.1.2. Hoỏ chất
Hoỏ chất: húa chất sử dụng phải đạt tiờu chuẩn siờu tinh khiết (suprapure), đều do hóng Meck (Đức) sản xuất.
• Dung dịch chuẩn gốc Ni2+ 1000ppm • Dung dịch chuẩn gốc Co2+ 1000ppm
• Dung dịch đệm amoni, pH = 9,5
• Dung dịch chất hấp phụ đimetylglyoxim (DMG) 0,1 M
• Dung dịch C2H5OH
• Nước cất 1 lần, 2 lần, nước cất siờu sạch
2.2. Nội dung nghiờn cứu
Trong luận văn này, chỳng tụi nghiờn cứu xõy dựng quy trỡnh xỏc định đồng thời lượng vết Ni và Co theo phương phỏp Von-Ampe hũa tan hấp phụ, dựng điện cực giọt treo thủy ngõn (HMDE), sau đú ỏp dụng quy trỡnh tỡm được để phõn tớch một số mẫu thực tế. Để giải quyết những nhiệm vụ đú, trước hết cần thực hiện cỏc nghiờn cứu định hướng nhằm tỡm hiểu cỏc tớnh chất cực phổ xung vi phõn của Ni2+ và Co2+, để qua đú chọn được thành phần nền thớch hợp và đồng thời đỏnh giỏ về giới hạn phỏt hiện của phương phỏp cực phổ xung vi phõn (DPP). Sau đú, khảo sỏt cỏc đường Von-Ampe vũng để tỡm hiểu đặc tớnh Von-Ampe hũa tan hấp phụ của Ni2+ và Co2+ trờn cực HMDE. Qua đú xỏc định tớnh thuận nghịch của phản ứng điện cực của cặp Ni2+/Ni và Co2+/Co và đồng thời đỏnh giỏ khả năng xỏc định Ni2+ và Co2+ theo phương phỏp Von-Ampe hũa tan hấp phụ.
Cỏc thụng tin thu được sẽ định hướng tốt cho những nghiờn cứu tiếp theo để xỏc đinh Ni2+ và Co2+ theo phương phỏp Von-Ampe hũa tan hấp phụ xung vi phõn (DP - AdSV). Sau đú, với mục đớch đạt được giới hạn phỏt hiện giới hạn phỏt hiện thấp. Cỏc nội dung nghiờn cứu cụ thể như sau:
+ Khảo sỏt sự xuất hiện pớc Ni và Co
+ Khảo sỏt thời gian sục khớ nitơ đuổi khớ oxy ra khỏi dung dịch + Khảo sỏt tốc độ quột thế
+ Khảo sỏt thế hấp phụ + Khảo sỏt biờn độ xung + Khảo sỏt thời gian đặt xung + Khảo sỏt pH của dung dịch
+ Xõy dựng đường chuẩn của phương phỏp thờm chuẩn + Đỏnh giỏ độ lặp lại
+ Giới hạn phỏt hiện, giới hạn định lượng + Khảo sỏt độ đỳng
+ Nghiờn cứu tớnh chất điện húa
+ Nghiờn cứu sự ảnh hưởng của cỏc ion + Định lượng mẫu giả
+ Định lượng mẫu thực
2.3. Phương phỏp nghiờn cứu
2.3.1. Phương phỏp chuẩn bị cỏc dung dịch ion Ni2+ và Co2+
Dung dịch chuẩn Ni2+ 1ppm và Co2+ 1ppm được chuẩn bằng cỏch: hỳt
chớnh xỏc 0,1ml dung dịch chuẩn gốc Ni2+ 1000ppm và 0,1ml dung dịch
chuẩn gốc Co2+ 1000ppm cho vào bỡnh định mức 100ml sau đú định mức đến
vạch bằng nước cất siờu sạch.
2.3.2. Phương phỏp chuẩn bị dung dịch phối tử chất taọ phức
Đimetylglyoxim là chất rắn khụng màu, rất ớt hũa tan trong nước và dễ hũa tan trong dung mụi hữu cơ, ổn định trong C2H5OH, cụng thức phõn tử C4H8N2O2 và cụng thức cấu tạo là:
3
3
CH - C = NOH |
CH - C = NOH
DMG là phối tử hữu cơ cú khả năng tạo phức chelat với nhiều ion kim loại nặng trong đú cú Ni2+ và Co2+… đõy là một phối tử hữu cơ chứa nguyờn
tử cho là nitơ, cú ỏi lực mạnh với thủy ngõn, nờn dễ hấp phụ trờn bề mặt điện cực HMDE ở thế thớch hợp.
Vỡ vậy, chỳng tụi đó chuẩn bị dung dịch DMG bằng cỏch: lấy 1g đimetylglyoxim cho vào cối sứ nghiền nỏt với C2H5OH, cho vào bỡnh định mức 100ml và định mức đến vạch bằng C2H5OH, thu được dung dịch đimetylglyoxim 0,1M.
2.3.3. Phương phỏp chuẩn bị dung dịch điện ly và dung dịch đệm
Dung dịch chất điện ly là dung dịch đệm amoni pH = 9,5.
Dung dịch điện ly amoni (pH = 9,5) được chuẩn bị như sau: Cõn chớnh xỏc 13,4g NH4Cl hũa tan trong 50ml nước cất siờu sạch thờm 16,8ml amoniac 25 %, định mức bằng nước cất siờu sạch tới 100ml.
2.3.4. Phương phỏp xử lý số liệu và thực nghiệm
Cỏc kết quả thu được trong quỏ trỡnh nghiờn cứu được xử lý theo quy luật thống kờ để đỏnh giỏ sai số, độ lặp lại, giới hạn phỏt hiện, mức độ sai lệch kết quả phõn tớch của cỏc phương phỏp. Trong nội dung nghiờn cứu đề ra, chỳng tụi sử dụng cỏc đặc trưng thống kờ sau [11, 24]:
S V = .100 x ( ) n 2 2 i 1 1 S x - x n - 1 = ∑ n i n X x = n ∑
Trong đú: n là số lần thực hiện thớ nghiệm
x là giỏ trị trung bỡnh của dóy số liệu thực nghiờ ̣m xi là số liệu thực nghiệm lần thứ i
S2 là phương sai S là độ lệch chuẩn V là hệ số biến động
- Khi so sỏnh kết quả phõn tớch mẫu chuẩn với giỏ trị chứng chỉ phải sử