b. Xỏc định Co
1.4.2. Cỏc phương phỏp phõn tớch điện húa
1.4.2.1. Phương phỏp cực phổ
Phương phỏp cực phổ dũng một chiều (DC) được dựng khi điện cực làm việc là cực giọt thủy ngõn rơi (DME) từ lõu đó được ỏp dụng để xỏc định Ni
và Co. Trong phương phỏp này, thế được quột tuyến tớnh rất chậm theo thời gian (thường là 1 ữ 5mV/s) và đồng thời ghi dũng là hàm của thế điện cực DME. Súng cực phổ (hay đường Von-Ampe) thu được cú dạng bậc thang. Chiều cao của bậc thang là độ lớn của dũng giới hạn khuếch tỏn và là cơ sở để định lượng chất phõn tớch [13]. Với nguyờn tắc đú, cú thể xỏc định Ni2+ và
Co2+ trong cỏc nền khỏc nhau, chẳng hạn nền đệm amoni (pH = 9 ữ 10) [8],
[14]. Cũng cú thể xỏc định Co theo cỏch: oxy húa Co2+ lờn Co3+ trong mụi trường kiềm (đệm amoni) bằng tỏc nhõn oxy húa như KMnO4, H2O2,… sau đú
ghi súng cực phổ catụt của Co3+. Do ảnh hưởng của dũng tụ điện, nờn cỏc
phương phỏp cực phổ DC chỉ đạt được giới hạn phỏt hiện cỡ 10-5 ữ 10-6M, và do vậy khụng thể phõn tớch trực tiếp lượng vết của Ni và Co [8], [14].
Để loại trừ ảnh hưởng của dũng tụ điện và nõng cao độ nhạy, cỏc phương phỏp cực phổ hiện đại như cực phổ xung vi phõn (DPP), cực phổ súng vuụng (SQWP)… đó phỏt triển và cho phộp phõn tớch lượng vết của nhiều nguyờn tố. Trong phương phỏp này Ni và Co khụng được làm giàu trước trong quỏ trỡnh phõn tớch, cộng với tớnh bất thuận nghịch cuả phản ứng điện cực của cặp Ni2+/Ni và Co2+/Co, nờn cỏc phương phỏp phõn tớch cực phổ bị hạn chế về độ nhạy và LOD, do đú khụng thể ỏp dụng để xỏc định trực tiếp những lượng vết Ni và Co cỡ ≤ 1ppb [8].
1.4.2.2. Phương phỏp Von-Ampe hũa tan anụt (ASV) và catụt (CSV)
Theo Branina cú thể xỏc định Ni và Co theo phương phỏp ASV hoặc CSV [8]:
- Phương phỏp ASV với điện cực graphit cú thể xỏc định những nồng độ
Ni2+ cỡ 10-6M trong nền KNO3 1M + HNO3, hoặc NH3 0,1M + NH4Cl 0,1M
và xỏc định những nồng độ Co2+ cỡ 10-6M trong nền kiềm mạnh chứa SCN-
- Phương phỏp CSV với điện cực graphit tẩm hỗn hợp paraphin + polyetylen, nền KOH 3M và cú mặt đimetylglyoxim cú thể xỏc định những nồng độ Ni2+ cỡ 10-9M, với cực graphit, trong nền 0,4M + NH4Cl 0,05M và cú mặt 1-ntrozo-2-naphtol hoặc 2-nitrozo-1-naphtol, cũng cú thể xỏc định những nồng độ Co2+ cỡ 10-6M ữ 10-7M.
Núi chung do hạn chế về độ nhạy và LOD, cộng với việc rất khú xỏc định Ni và Co theo phương phỏp ASV dựng điện cực thủy ngõn vỡ độ tan rất thấp của Ni và Co trong thủy ngõn, nờn từ những năm 80 đến nay phương phỏp ASV và CSV khụng được nghiờn cứu để xỏc định lượng vết Ni và Co.
1.4.2.3. Phương phỏp Von-Ampe hũa tan hấp phụ (AdSV)
Áp dụng phương phỏp AdSV với cỏc điện cực làm việc khỏc nhau và cỏc kỹ thuật ghi đường Von-Ampe khỏc nhau, nhiều tỏc giả đó xỏc định thành cụng lượng vết và siờu vết Ni và Co trong cỏc đối tượng phức tạp. Vớ dụ như:
+ Khi dựng chất hấp phụ là đimetylglyoxim (DMG) trong nền đệm NH3/NH4Cl, pH tối ưu bằng 9,3 cho giới hạn phỏt hiện của Ni và Co tương ứng là 2.10-9M và 3.10-10M trong nước tự nhiờn. Đối với thuốc thử này người ta đó xỏc định được niken và coban trong nước biển và trong nhiều đối tượng khỏc.
+ Ngoài ra khi dựng thuốc thử nioxim trong nền đệm HEPES, pH tối ưu bằng 7,6 cho giới hạn phỏt hiện của Ni và Co tương ứng là 5.10-10M và 6.10-12M
trong nước biển. Sử dụng thuốc thử nioxim trong nền đệm HEPES/NH4Cl,
xỳc tỏc NO2 pH tối ưu bằng 9,2 cho giới hạn phỏt hiện của Ni và Co tương ứng là 3,6.10-10M và 2.10-11M [6], [7].
Hay khi sử dụng chất hấp phụ là DMG trong nền đệm NH4Cl + trietanolamin, pH tối ưu bằng 8,9 cho giới hạn phỏt hiện của Ni và Co tương ứng là 9.10-9M và 8.10-10M trong mẫu sinh học [6], [7].
Khi sử dụng chất hấp phụ là DMG + oxim trong nền đệm HEPES, pH tối ưu bằng 7,7 cú thể cho giới hạn phỏt hiện của Ni và Co tương ứng là 2,2.10-10M ữ 3.10-6M và 2,2.10-11M [25].
1.4.3. Cỏc phương phỏp khỏc
Ngoài cỏc phương phỏp kể trờn, để xỏc định lượng vết Ni và Co, cú thể sử dụng một số phương phỏp phõn tớch khỏc như: kớch hoạt notron (NAA), phổ khối (MS), trắc quang xỳc tỏc, huỳnh quang nguyờn tử (AFS), huỳnh quang tia X (XRF), sắc ký khớ (GC) với detecter ion húa ngọn lửa (FID) hoặc cộng kết điện tử (ECD), sắc ký lỏng cao ỏp (HPLC) với detecto UV, FIA xỏc định Co dựa vào hiệu ứng húa phỏt quang… Mặc dự trong một số trường hợp, cỏc phương phỏp này cú độ nhạy cao và giới ha ̣n phát hiờ ̣n thấp, nhưng do chi phớ thiết bị và phõn tớch đắt hoặc quy trỡnh phõn tớch phức tạp, nờn cỏc phương phỏp đú ớt được sử dụng [8].
1.4.4. Đỏnh giỏ chung về cỏc phương phỏp xỏc định lượng vết Ni và Co
Tựy thuộc vào điều kiện về trang thiết bị của phũng thớ nghiệm và nồng độ hay hàm lượng Ni và Co trong đối tượng phõn tớch, mà cú thể lựa chọn cỏc phương phỏp phõn tớch khỏc nhau sao cho phự hợp với mục đớch phõn tớch và đảm bảo đạt được độ tin cậy cần thiết [8].
Cỏc phương phỏp phõn tớch đa nguyờn tố như ICP – AES, NAA, XRF… cú thể sử dụng để phõn tớch thuận lợi những mức Ni và Co cỡ > 500ppb (mức này thường gặp trong cỏc mẫu đất, dịch cơ thể, cỏc bộ phận cơ thể người tiếp xỳc nghề nghiệp nhiều với Ni và Co, thực vật và một số sinh vật biển tớch lũy sinh học Ni và Co... Song, chỳng là những phương phỏp đũi hỏi chi phớ, thiết bị và phõn tớch cao và do vậy khụng phự hợp phổ biến với cỏc phũng thớ nghiệm. Trong những trường hợp đú cú thể thay thế bằng cỏc phương phỏp phõn tớch đơn nguyờn tố như chiết trắc quang, AAS, cực phổ.
Khi cần xỏc định những mức Ni và Co ≥ 20ppb (mức nay thường gặp trong lĩnh vực điều tra bệnh nghề nghiệp của cụng nhõn ở cỏc nhà mỏy luyện thộp, mạ điện…). Nờn sử dụng cỏc phương phỏp phõn tớch tin cậy như: AAS kết hợp với làm giàu, cực phổ DPP, Von-Ampe hũa tan catụt, chiết trắc quang. Cũng cú thể sử dụng phương phỏp phõn tớch đa nguyờn tố như: ICP- AES kết hợp với làm giàu.
Khi mức Ni và Co < 0,5 ữ 20ppb như thường gặp trong nước tự nhiờn trong cỏc mẫu sinh học và y học… cần phải sử dụng cỏc phương phỏp tin cậy và đạt được giới hạn phỏt hiện rất thấp (cỡ ≤ 0,1ppb) như: AdSV, GF – AAS kết hợp làm giàu và ICP – MS,… song phương phỏp ICP – MS đũi hỏi chi phớ, thiết bị và phõn tớch rất đắt, cũn phương phỏp GF – AAS lại cú quy trỡnh phõn tớch phức tạp. Do cú quy trỡnh phõn tớch đơn giản, chi phớ thiết bị và phõn tớch rẻ, giới hạn phỏt hiện thấp, nờn phương phỏp AdSV rất thớch hợp trong trường hợp này [8].
1.4.5. Cỏc phương phỏp phõn tớch định lượng trong phõn tớch điện hoỏ 1.4.5.1. Phương phỏp mẫu chuẩn1.4.5.1. Phương phỏp mẫu chuẩn1.4.5.1. Phương phỏp mẫu chuẩn 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.