Một phép đo hay một phương pháp phân tích bất kỳ, được các phòng thí nghiệm thừa nhận và áp dụng vào thực tế, chỉ khi nó có độ tin cậy cao. Chính vì vậy khi nghiên cứu phát triển phương pháp phân tích, nhất thiết phải đánh giá độ tin cậy của nó. Các yếu tố đánh giá độ tin cậy của một phép đo cũng
như của một phương pháp phân tích bao gồm: độ lặp lại, độ đúng, độ nhạy và GHPH… Các yếu tố này bắt buộc phải thông báo khi xây dựng và công bố bất kỳ một phương pháp phân tích nào.
1.4.6.3.1. Đánh giá độ lặp lại
Độ lặp lại và độ phục hồi, một cách tương ứng, là độ sai lệch giữa các giá trị riêng lẽ xi và giá trị trung bình x đo được trong những điều kiện giống nhau và không giống nhau. Kết quả đánh giá độ lặp lại được xác định qua độ lệch chuẩn hoặc độ lệch chuẩn S, S và hệ số biến động V theo các công thứcx [12, 23]:
S V = .100
x Trong đó: x là giá trị trung bình của dãy số liệu thực nghiêm
( ) n 2 2 i 1 1 S x - x n - 1 = ∑ n: là số lần thực hiện thí nghiệm n i n X x = n ∑ xi là số liệu thực nghiệm lần thứ I x k = n-1 là số bậc tự do S2 là phương sai S là độ lệch chuẩn V là hệ số biến động
Như vậy, độ lệch chuẩn hoặc độ lệch chuẩn tương đối càng lớn thì sai số của phép đo hay của phương pháp phân tích càng lớn.
1.4.6.3.2. Độ đúng [23]
Độ đúng là độ gần sát giữa kết quả xác định được x và giá trị thực µ của nó. Giá trị µ của một chất phân tích được chấp nhận là giá trị thông báo trong chứng chỉ đi kèm với vật liệu so sánh (Certified reference Material - CRM). Các 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 Gverment Chemist (LGC)… Như vậy để xác định độ đúng của phép đo hay của phương pháp phân tích nhất thiêt phải phân tích CRM. Trong trường hợp không có CRM có thể đánh giá độ đúng thông qua việc phân tích mẫu chuẩn do phòng thí nghiệm tự chuẩn bị, song phải bảo đảm sao cho mẫu chuẩn và mẫu phân tích có thành phần càng giống nhau càng tốt.
1.4.6.3.3. Độ nhạy [23]
Một cách tổng quát độ nhạy của phép đo hay phương pháp phân tích được xác định bởi độ biến thiên của tín hiệu đo (y) khi có biến thiên của thông số kích thích, chẳng hạn nồng độ của chất phân tích (C) hoặc pH, nhiệt độ… như vậy độ nhạy chính là độ dốc (hay tang góc nghiêng) của đường chuẩn. Nếu phương trình đường chuẩn có dạng y = a + bC, thì độ nhạy là y
C
∆ ∆
= b. Riêng trong phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ (phần tử hoặc nguyên tử) độ nhạy được định nghĩa khác.
1.4.7. Các loại điện cực được sử dụng trong phương pháp Vôn –Ampehòa tan [19], [20]hòa tan [19], [20]hòa tan [19], [20] hòa tan [19], [20]
1.4.7.1. Điện cực màng thuỷ ngân (TMFE)
Loại điện cực này rất thuận lợi cho việc xác định lượng vết các kim loại dễ tạo hỗn hổng với thuỷ ngân.
Chỉ cần thêm vào dung dịch phân tích một lượng Hg2+ với nồng độ 10-5 ÷ 10-4M, khi điện phân làm giàu kim loại phân tích thì ion Hg2+ cũng bị khử đồng thời hoặc khử trước tạo thành một màng mỏng và đều thuỷ ngân trên bề mặt cực rắn. Kim loại cần xác định được hoà tan đều trong màng đó, dùng điện cực TMFE hạn chế được sự hình thành hợp chất gian kim loại hoặc dung dịch rắn khi xác định lượng vết của một số ion kim loại có mặt trong dung dịch.
Thông thường người ta dùng điện cực màng thuỷ ngân trên nền than thuỷ tinh. Có 3 loại than thường dùng:
+ Grafit ngâm tẩm: loại này ít sử dụng vì có lỗ xốp hấp thụ khí + Grafit cacbon (than thuỷ tinh): được dùng nhiều nhất
+ Grafit nhão: Đôi khi cũng được dùng tuy nhiên hình dạng của nó có thể bị biến đổi trong một số truờng hợp.
- Màng mỏng thuỷ ngân được tạo ra bằng hai cách: + Tạo màng mỏng trước
+ Tạo màng đồng thời
Mỗi cách có một ưu việt riêng được áp dụng cho từng đối tượng khác nhau tuỳ vị trí của ion kim loại tạo màng. Nồng độ thuỷ ngân thường được dùng gấp 100 ÷ 1000 lần so với nồng độ của ion phân tích.
1.4.7.2. Điện cực giọt thuỷ ngân treo (HMDE)
Điện cực giọt thuỷ ngân bao gồm 3 loại: điện cực giọt thuỷ ngân treo (HMDE), điện cực giọt thuỷ ngân rơi cưỡng bức (SMDE), và điện cực giọt rơi (DME).
Điện cực giọt thuỷ ngân là một giọt thuỷ ngân có kích thước nhỏ và bất động, đường kính khoảng 1mm được treo trên một mao quản bằng thuỷ tinh hơi lõm ở giữa có một mẩu nhỏ ngắn platin để dẫn điện. Để đảm bảo tính chính xác và độ lặp lại của phép xác định yêu cầu của giọt thuỷ ngân tĩnh là có kích thước không đổi và độ lặp lại cao. Vì sau mỗi lần đo phải tạo một giọt khác giống như giọt ban đầu.
Ưu điểm của điện cực giọt thuỷ ngân:
+ Khoảng thế cho phép của thuỷ ngân rất rộng, nên xác định được một số lớn kim loại. Trong môi trường axít khoảng thế axít tốt là -0,15 ÷ -1,2V và trong môi trường bazơ khoảng thế tốt là -0,15 ÷ 2V.
+ Dùng điện cực thuỷ ngân thuận lợi cho việc chọn nền phân tích, chọn thế điện phân, có độ lặp lại cao. Có thể xác định được nồng độ thấp tuỳ phương pháp.
Nếu trong quá trình ghi cực phổ đồ của chất phân tích giọt thuỷ ngân bị rơi cưỡng bức theo một chu kì nhất định thì được gọi là điện cực giọt thuỷ ngân rơi cưỡng bức (SMDE).
Ưu điểm của điện cực SMDE cũng như DME là điện cực giọt rơi nên điện cực luôn được làm mới, nhưng SMDE lại có ưu điểm như HMDE kích cỡ nhỏ và tĩnh lặng trong quá trình xác định.
Cả hai loại điện cực HMDE và TMFE có ưu điểm giống nhau về giới hạn phát hiện và độ nhạy.
Với điện cực màng thuỷ ngân (TMFE) nồng độ kim loại trong hỗn hống điện cực cao hơn, tốc độ khuếch tán kim loại ra khỏi điện cực TMFE nhanh hơn và có đặc điểm quá trình điện hoá lớp mỏng. Mặt khác nếu dùng TMFE quay, điều kiện đối lưu là sự chuyển khối tốt hơn do đó TMFE có độ nhạy và độ phân giải trong một số trường hợp cao hơn.
Tuy thế đối với phương pháp sử dụng TMFE các hợp chất gian kim loại dễ hình thành khi phân tích theo phương pháp Vôn - ampe hoà tan, gây ra sự biến dạng tín hiệu dẫn đến sai số.
1.4.7.3. Điện cực rắn hình đĩa (RDE)
Là một mặt phẳng hình tròn, đường kính 3- 5mm làm bằng các vật liệu trơ như Pt, Au và các loại cacbon có độ chính xác cao và phải trơ về mặt hóa học, có bề mặt dể đánh bóng để diện tích bề mặt không đổi. Vật liệu tốt nhất để sản xuất điện cực rắn hình đĩa quay là cacbon thủy tinh có độ bền hóa học cao, không thay đổi kể cả ngâm nhiều giờ trong nước cường thủy, dễ đánh bóng bề mặt. Thực nghiệm đã chứng minh, lấy các loại giấy nhám mịn đánh bóng bề mặt điện cực thực tế bằng bề mặt hình học của nó S = π .r2
Ngoài cacbon thủy tinh có thể dùng cacbon ngâm tẩm điện cực để làm điện cực. Khoảng thế hoạt động này của điện cực này khá rộng +1V ÷ -1V trong môi trường axit và +1V ÷ -1,8V trong môi trường trung tính hoặc kiềm.
1.4.8. Các phương pháp phân tích định lượng trong phân tích điện hoá[17], [23][17], [23][17], [23] [17], [23]
1.4.8.1. Phương pháp mẫu chuẩn
Người ta sử dụng hai dung dịch của cùng một chất:
Dung dịch 1: Có nồng độ Cx của chất phân tích cần xác định Dung dịch 2: Là dung dịch chuẩn đã biết chính xác nồng độ Cc.
Tiến hành ghi cực phổ đồ của dung dịch 1 và 2 trong cùng một điều kiện được: hx và hc tương ứng.
Do sự tuyến tính giữa h và C nên ta có:
= Cc Cx hc hx hc hx Cc Cx= ⇒
1.4.8.2. Phương pháp đường chuẩn
Để lập phương trình đường chuẩn ta chuẩn bị một dãy dung dịch có nồng độ đã biết của chất cần xác định: C1 , C2 , …, Cn (thường n = 1 ÷ 3) (theo cấp số cộng).
Ghi cực phổ đồ của dãy trên ta được: h1 , h2 , …, hn (chiều cao các píc tương ứng). Từ các giá trị đó vẽ đồ thị và lập phương trình đường chuẩn sự phụ thuộc của nồng độ và chiều cao píc.
Phương trình đường chuẩn có dạng: y = ax + b
Với dung dịch nghiên cứu có nồng độ Cx chưa biết ta ghi được cực phổ đồ là hx.
Thay hx = y vào phương trình đường chuẩn ta tính được Cx
1.4.8.3. Phương pháp thêm chuẩn
Nguyên tắc của phương pháp này là dùng ngay mẫu phân tích làm nền để chuẩn bị mẫu đầu bằng cách lấy một lượng mẫu phân tích nhất định (có nồng độ Cx) rồi thêm vào đó những lượng chính xác nguyên tố cần xác định theo
từng bậc nồng độ, chẳng hạn C1 , C2 , C3 , …(theo cấp số cộng), ta thu được dãy mẫu đầu:
Cx + C1 , Cx + C2 , Cx + C3 ,…
Chọn các điều kiện phân tích thích hợp ta tiến hành ghi đo cực phổ đồ của các mẫu trong dãy mẫu đầu đã chuẩn bị ở trên ta thu được chiều cao các píc tương ứng: h1 , h2 , h3 ,… Từ đó ta xây dựng được đồ thị của h theo C.
Dựa vào đồ thị này người ta xác định được nồng độ chất phân tích trong dung dịch, bằng cách: kéo dài đường chuẩn từ A cắt trục hoành tại điểm M. Khoảng OM là nồng độ Cx cần tìm.
Phương pháp thêm chuẩn có ưu điểm là: quá trình chuẩn bị mẫu dễ dàng, không phải sử dụng những hoá chất có độ tinh khiết cao, loại trừ được hoàn toàn ảnh hưởng về thành phần cũng như cấu trúc vật lý của các chất tạo thành mẫu.
Chương 2
PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
2.1. Thiết bị, dụng cụ, hoá chất
2.1.1. Thiết bị
Tất cả các phép đo đều được thực hiện trên máy cực phổ xung vi phân 797 VA Computrace (Metrohm Thụy Sỹ) với hệ 3 điện cực: Điện cực làm việc là điện cực giọt thuỷ ngân (HMDE) và điện cực so sánh là điện cực Ag/AgCl, điện cực phù trợ platin.
2.1.2. Dụng cụ
• Pipet các loại
• Cốc thuỷ tinh: 250, 500 (ml)
• Bình định mức
• Máy đo pH Miliwaukee (sản xuất ở Italia)
• Cân phân tích có độ chính xác ± 0,01mg
2.1.3. Hoá chất
Tất cả các loại hoá chất sử dụng trong nghiên cứu đều có chất lượng “Suprapure” của MERCK, các dung dịch chuẩn kim loại được pha từ dung dịch gốc nồng độ 1000mg/l của MERCK, nước cất sử dụng là nước cất siêu sạch
Hoá chất: • Dung dịch chuẩn gốc Zn2+ 1000ppm • Dung dịch chuẩn gốc Pb2+ 1000ppm • Dung dịch chuẩn gốc Cd2+ 1000ppm • Dung dịch chuẩn gốc Cu2+ 1000ppm • Dung dịch đệm axetat pH =4,6 • Tinh thể NaOH • Axit HNO3 đặc
2.2. Pha chế dung dịch cho phép xác định Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+
• Dung dịch chuẩn Zn2+ 10ppm
• Dung dịch chuẩn Cd2+ 1ppm
• Dung dịch chuẩn Cu2+ 2ppm
• Dung dịch chuẩn Pb2+ 3ppm
• Dung dịch chuẩn chứa đồng thời Zn2+ 10ppm, Cd2+ 0,1ppm, Cu2+
2ppm, Pb2+ 3ppm
• Dung dịch đệm axetat (pH=4,6)
• Dung dịch HNO3 1M Cách tiến hành:
• Dung dịch chuẩn Zn2+ 10ppm: Lấy 1ml dung dịch Zn2+ 1000ppm định mức đến 100ml bằng nước cất siêu sạch ta được dung dịch Zn2+ 10ppm
• Dung dịch chuẩn Cd2+ 1ppm: Lấy 0,1ml dung dịch Cd2+1000ppm định mức đến 100ml bằng nước cất siêu sạch ta được dung dịch Cd2+ 1ppm
• Dung dịch chuẩn Cu2+ 2ppm: Lấy 0,2ml dung dịch Cu2+1000ppm định mức đến 100ml bằng nước cất siêu sạch ta được dung dịch Cu2+ 2ppm
• Dung dịch chuẩn Pb2+ 3ppm: Lấy 0,3ml dung dịch Pb2+ 1000ppm định mức đến 100ml bằng nước cất siêu sạch ta được dung dịch Pb2+ 3ppm
• Dung dịch chuẩn chứa đồng thời Zn2+ 10ppm, Cd2+ 0,1ppm, Cu2+
2ppm, Pb2+ 3ppm: Lấy 1ml dung dịch Zn2+ 1000ppm; 0,01ml dung dịch Cd2+
1000ppm; 0,2ml dung dịch Cu2+1000ppm; 0,3ml dung dịch Pb2+ 1000ppm rồi định mức đến 100ml bằng nước cất siêu sạch ta được dung dịch chứa đồng thời Zn2+ 10ppm, Cd2+ 0,1ppm, Cu2+ 2ppm, Pb2+ 3ppm
• Dung dịch đệm axetat pH=4,6: Lấy 47,46ml andehit axetic 99,2% pha thành 500ml trong bình định mức bằng nước cất 2 lần ta được 500ml dung dịch CH3COOH 2M. Lấy 68,04g CH3COONa.3H2O pha trong 250ml bằng nước cất 2 lần ta được 250ml dung dịch CH3COONa 2M. Lấy 23,5ml dung
dịch CH3COONa 2M và 26,5 ml dung dịch CH3COOH 2M pha loãng bằng nước cất siêu sạch thành 500ml dung dịch đệm axetat pH=4,6
• Dung dịch HNO3 1M:
• Từ dung dịch gốc HNO3 có C% = 65%; D = 1,39kg/l. Lấy 69,73 ml HNO3 đặc pha loãng bằng nước cất siêu sạch định mức tới 1 lít ta được dung dịch HNO3 1M.
2.3. Lấy mẫu và xử lý mẫu bằng phương pháp khô ướt kết hợp
2.3.1. Lấy mẫu
Để đánh giá thực trạng dư lượng chì, cađimi, đồng, kẽm trong nhuyễn thể hai mảnh vỏ tại vùng biển Xuân Thành- Hà Tĩnh, chúng tôi tiến hành lấy mẫu tại vùng biển này, mẫu được lấy là: Tôm, Hến.
2.3.2. Chuẩn bị mẫu
Mẫu sau khi lấy chúng tôi chuyển về phòng thí nghiệm, tại đây mẫu được rửa sạch bằng nước cất hai lần, tách lấy phần thịt.
2.3.3. Xử lý mẫu
Phân hủy mẫu là quá trình rất quan trọng quyết định độ chính xác của phép phân tích. Trên thực tế có rất nhiều phương pháp phân hủy mẫu, tuy nhiên chúng tôi chọn phương pháp khô ướt với mục đích vừa tiết kiệm dung môi vừa tránh nhiễm bẩn mẫu phân tích và không mất nhiều thời gian đuổi dung môi dư. Căn cứ vào tình hình thực tế chúng tôi chọn quy trình xử lý mẫu như sau:
Phương pháp:Phương pháp này được tiến hành như sau:
Chúng tôi lấy 2 g mẫu tươi cho vào bát thạch anh, thêm vào 10 ml HNO3
đặc, và 5ml H2O2 30%, 5 ml KNO3 10% và 1 ml HClO4 đặc và tiến hành đun trên bếp điện cho đến khi thành than đen. Sau đó nung trong lò nung ở nhiệt độ 4700C trong thời gian 2 giờ cho đến khi mẫu tro hóa trắng.
Sau đó hòa tan tro thu được trong 10 ml HNO3 10% đun nhẹ cho mẫu tan hết, làm bay hơi axit dư đến còn muối khan định mức bằng nước cất thành 50 ml ta thu được dung dịch phân tích và đem đo trên máy cực phổ.
Qui trình phân tích như sau:
Bảng 2.1: Qui trình phân tích bằng phương pháp khô ướt kết hợp
Cân 2g Than đen Tro trắng Muối ẩm Dung dịch phân tích Đo 0o 10ml HNO3 đặc, 5 ml H2O2 30%, 5ml KNO3 10%, 1ml HClO4 Nhiệt độ nung 4700C,
Thời gian nung 2 giờ
Hòa tan trong 10ml HNO3, đun
Cho tan hết và đuổi hết axit dư.
Chương 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Khảo sát các điều kiện tối ưu cho phép xác định Zn2+, Cd2+, Pb2+,Cu2+Cu2+ Cu2+
3.1.1. Khảo sát sự xuất hiện của pic
Để khảo sát sự xuất hiện của pic Zn2+, Cd2+, Cu2+, Pb2+ chúng tôi tiến hành làm như sau:
Lấy 20ml nước cất siêu sạch + 0,05ml dung dịch chuẩn chứa đồng thời Zn2+ 10ppm, Cd2+0,5ppm, Pb2+1ppm, Cu2+1ppm + 0,5ml dung dịch đệm axetat pH=4,6 cho vào bình điện phân, tiến hành điện phân ở Uđp=-1,2V, quét thế từ -1,2V ÷ +0,2V và tiến hành ghi đo đường xung vi phân chúng tôi thu được kết quả như sau:
Upic(Zn) là -1,0±0,05V Upic(Cd) là -0,588±0,05V. Upic(Pb) là -0,38±0,05V. Upic(Cu) là 0,0308±0,05V.
3.1.2. Khảo sát biên độ xung
Để khảo sát biên độ xung, chúng tôi sử dụng điện phân ở thế điện phân Udp =-1,2V quét thế từ -1,2V ÷ +0,2V, thời gian sục khí N2 là 300s, thời gian điện phân là 30s.
Lấy 20ml nước cất 2 lần + 0,05ml dung dịch chuẩn chứa đồng thời Zn2+ 10ppm, Cd2+0,5ppm, Pb2+1ppm, Cu2+1ppm + 0,5ml dung dịch đệm axetat pH = 4,6 cho vào bình điện phân.
Tiến hành ghi đo đường Vôn- Ampe hòa tan anot xung vi phân của dung dịch ở các biên độ xung khác nhau, kết quả ghi đo thu được thể hiên ở bảng 3.1.