1.4.1.1. Phương phỏp trắc quang
a. Xỏc định Ni
Cỏc thuốc thử thường được dựng để xỏc định Ni theo phương phỏp trắc quang là cỏc dioxim như đimetylglyoxim (DMG) [14], [20], ninoxim [20] và heptoxim (HEPT)[4]. Những thuốc thử hay được dựng nhất là đimetylglyoxim DMG và heptoxim HEPT.
Trong mụi trường đệm amoni (pH = 9) và cú mặt tỏc nhõn oxy húa mạnh
như nước brom, amonipesunfat,… Ni2+ tạo với đimetylglyoxim (DMG) (hoặc
heptoxim (HEPT) một phức chất màu đỏ hồng. Cú thể đo trực tiếp mật độ quang dung dịch nước của phức đú ở bước súng (λ) = 445nm (phương phỏp A) hoặc sau khi chiết bằng CHCl3, rồi đo mật độ quang của dịch chiết
(phương phỏp B). Phương phỏp A thớch hợp để xỏc định Ni2+ trong nước
ngầm, nước thải,… và đạt được giới hạn phỏt hiện (LOD) khoảng 0,02 ữ
5mg/l. Phương phỏp B dựng để xỏc định những nồng độ Ni2+ nhỏ hơn và đạt
được cỡ 5àg/l [8].
b. Xỏc định Co
Cú nhiều thuốc thử dựng để xỏc định Co theo phương phỏp trắc quang như SCN-, complexon III, PAR, PAN, DMG, đimetyldithiocacbamat [8], muối nitrozo R [8],… nhưng với cỏc thuốc thử đú, giới hạn phỏt hiện đạt được đều lớn hơn 1mg/l và như vậy để xỏc định lượng vết Co, bắt buộc phải làm giàu.
SCN- là thuốc thử thường được dựng để xỏc định lượng vết Co. Khi cú mặt (C6H5)4AsCl (tetraphenyl asenclorua), Co2+ tạo với SCN- một phức chất màu xanh. Chiết phức này bằng CHCl3, rồi đem đo mật độ quang ở λ = 620nm. Phương phỏp này cú thể xỏc định những nồng độ Co2+ trong nước cỡ 0,1 ữ 10mg/l. Nếu nồng độ Co2+ nhỏ hơn thỡ cú thể làm giàu bằng cỏch cụ mẫu [8].
1.4.1.2. Phương phỏp quang phổ hấp thụ nguyờn tử (AAS)
a. Xỏc định Ni [8]
Cú thể xỏc định Ni theo phương phỏp AAS với kỹ thuật nguyờn tử húa mẫu bằng ngọn lửa (F-AAS) hoặc khụng ngọn lửa (GF-AAS).
Trong phương phỏp F-AAS, mẫu được nguyờn tử húa trong ngọn lửa axetylen – khụng khớ và độ hấp thụ ỏnh sỏng được đo ở λ = 232nm. Theo phương phỏp này, khoảng xỏc định tối ưu đối với Ni là 0,2 ữ 5mg/l và LOD đạt được là 0,05mg/l.
Phương phỏp GF – AAS cũng xỏc định Ni theo nguyờn tắc trờn, nhưng ở đõy mẫu được nguyờn tử húa bằng kỹ thuật nhiệt điện trong lũ graphit (GF). Theo phương phỏp này, khoảng xỏc định tối ưu là 5 ữ 20μg/l và LOD đạt được là 1μg/l.
Phương phỏp GF – AAS được ỏp dụng rộng rói để xỏc định Ni trong đất, trong cỏc mẫu sinh học và y học. nhưng sau khi phõn hủy mẫu, thường phải làm giàu bằng cỏch chiết phức của Ni với amoni pyrolidin dithiocacbamat (APDC) bằng metyl izobutyl xeton (MIBK). Bằng cỏch đú, phương phỏp GF – AAS cú thể đạt được LOD cỡ 0,05ppb khi phõn tớch nước tiểu,…Khi xỏc định Ni2+ trong nước tự nhiờn, bắt buộc phải làm giàu bằng cỏch chiết như trờn, hoặc cụ mẫu,… và cú thể đạt được LOD < 50ppt.
b. Xỏc định Co [8]
Khi xỏc định Co theo phương phỏp AAS, độ hấp thụ ỏnh sỏng được đo ở λ = 240,7nm. Phương phỏp F – AAS và GF – AAS xỏc định Co cú khoảng xỏc
định tối ưu và LOD đạt được tương ứng là 0,5 ữ 5mg/l và 0,05mg/l, 5 ữ 20μg/l và 0,5μg/l cú thể làm giàu Co2+ theo cỏch tương tự như đối với Ni2+ ở trờn.
1.4.1.3. Phương phỏp quang phổ phỏt xạ nguyờn tử plasma (ICP –AES) và phổ khối plasma (ICP – MS)AES) và phổ khối plasma (ICP – MS)AES) và phổ khối plasma (ICP – MS) AES) và phổ khối plasma (ICP – MS)
Trong phương phỏp ICP – AES, mẫu được bơm trực tiếp vào nguồn kớch thớch plasma (ICP) cú nhiệt độ khoảng 60000 C, ở nhiệt độ đú chất bị ion húa và nguyờn tử húa hoàn toàn và phỏt ra cỏc bức xạ cú bước súng xỏc định. Đo cường độ của bức xạ đặc trưng cho nguyờn tố cần phõn tớch và đú là thụng tin để định lượng. Trong phương phỏp ICP – MS, mẫu cũng được bơm trực tiếp vào nguồn ICP và sau khi đó bị ion húa, cỏc dũng ion được đưa vào hệ phõn tớch khối lượng để tỏch cỏc ion dựa vào phõn tớch tỷ số m/z của chỳng (m và z là khối lượng và húa trị của ion). Cuối cựng cỏc dũng ion đi vào buồng detecter và được chuyển thành tớn hiệu điện. Độ lớn của tớn hiệu thu được từ tớn hiệu deteter là thụng tin để định lượng. Cả hai phương phỏp này đều dễ tự động húa và cho phộp phõn tớch đồng thời nhiều nguyờn tố, nhưng phương phỏp ICP – MS cú độ nhạy cao hơn và đạt được giới hạn phỏt hiện thấp hơn. Theo phương phỏp ICP – AES, cỏc bước súng lựa chọn để xỏc định Ni và Co tương ứng là 231,6nm và 228,6nm. Phương phỏp này đạt được giới hạn phỏt hiện đối với Ni và Co tương ứng là 15ppb và 7ppb. Theo RC Hulton và B Grote, với giới hạn phỏt hiện đối cỏc thiết bị bơm mẫu hiện đại, phương phỏp ICP – MS cú thể đạt được giới hạn phỏt hiện đối với Ni và Co tương ứng là 14ppt và 4ppt [8].
1.4.2. Cỏc phương phỏp phõn tớch điện húa1.4.2.1. Phương phỏp cực phổ1.4.2.1. Phương phỏp cực phổ1.4.2.1. Phương phỏp cực phổ 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