cơ Các yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp chiết điểm mù
Để phác họa đươc sơ đồ phân tích dạng bằng phương pháp chiết điểm mù thì việc xác định được ảnh hưởng của các yếu tố đến kỹ thuật chiết điểm mù là rất cần thiết. Các thông số này đóng vai trò quan trọng đến hiệu quả chiết. Vì vậy cần khảo sát ảnh hưởng của các thông số:
+pH: Trong quá trình chiết điểm mù, pH đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành phức giữa kim loại cần phân tích với thuốc thử hữu cơ và từ đó ảnh hưởng đến hiệu suất chiết của phương pháp. Mỗi kim loại và các dạng khác nhau của nó hình thành phức với các thuốc thử hữu cơ khác nhau tại một giá trị pH khác nhau. Vì vậy, ảnh hưởng của pH vào độ nhạy và hiệu suất chiết cần được kiểm tra. Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến hiệu suất chiết điểm mù để từ đó xác định được pH tối ưu để quá trình hình thành phức đạt kết quả cao nhất, hiệu suất được cao nhất.
+Nồng độ thuốc thử: Hiệu suất chiết phụ thuộc vào sự hình thành phức,
động học của sự hình thành phức và sự chuyển hóa khối lượng giữa các pha. Nồng độ thuốc thử mà bị thiếu dẫn đến việc hình thành phức chất giữa kim loại cần phân tích với thuốc thử hữu cơ không được hoàn toàn (hàm lượng thuốc thử không đủ để tạo phức với nguyên tố cần phân tích), hàm lượng thuốc thử mà thừa thì dẫn đến lãng phí hóa chất. Vì vậy khảo sát ảnh hưởng của nồng độ
thuốc thử để xác định được lượng hóa chất thuốc vừa đủ để hiệu suất chiết đạt hiệu quả cao nhất đồng thời không lãng phí hóa chất.
+Nồng độ chất hoạt động bề mặt: Hàm lượng của chất hoạt động bề mặt không chỉ ảnh hưởng đến hiệu quả chiết mà còn tăng thể tích pha giàu chất hoạt động bề mặt. Nếu hàm lượng chất hoạt động bề mặt bị thiếu thì lượng chất hoạt động bề mặt không đủ để bao bọc hoàn toàn các cấu tử phức chất đẫn đến quá trình tạo hạt mixen không đạt hiệu quả hoàn toàn. Nếu dư thừa chất hoạt động bề mặt thì có thể ảnh hưởng đến quá trình xác định về sau đồng thời gây lãng phí hóa chất. Vì vậy xác định nồng độ chất hoạt động bề mặt để quá trình tạo mixen đạt hiệu quả cao nhất.
+ Nhiệt độ và thời gian đun cách thủy: Nhiệt độ và thời gian đun cách
thủy là hai yếu tố cần thiết để phản ứng xảy ra hoàn toàn và sự phân tách pha dễ dàng và hoàn toàn, hiệu quả làm giàu cao. Nếu nhiệt độ thấp, chưa đạt được nhiệt độ tới hạn thì không tạo được đám mây kết tủa hoặc quá trình tạo hạt kết tủa không được hoàn toàn. Nếu thời gian đun không đủ thì quá trình tạo đám mây kết tụ không được hoàn toàn. Vì vậy khảo sát yếu tố nhiệt độ và thời gian
đun cách thủy để lựa chọn được thời gian đun ngắn nhất và nhiệt độ thấp nhất mà hiệu quả chiết được cao nhất.
+ Lực ion: Sự tăng hàm lượng chất điện ly sẽ làm tăng nhiệt độ sôi và làm giảm nhiệt độ đông đặc của dung dịch, các kết quả nghiên cứu trước đây cho thấy, sự tăng hàm lượng chất điện ly sẽ làm giảm nhiệt độ điểm mù của chất hoạt động bề mặt do các ion của NaCl đã loại nước của nhóm ethoxy trong chất hoạt động bề mặt. Sự tăng nồng độ mixen làm tăng sự hòa tan của phức chất của chất phân tích dẫn đến hiệu suất chiết được tăng lên.
+ Thời gian ly tâm: Thời gian ly tâm là một trong những yếu tố ảnh
hưởng đến hiệu suất chiết điểm mù. Sự tách pha sẽ không được hoàn toàn nếu thời gian ly tâm quá ngắn. Nếu thời gian quá dài thì tốn thời gian trong khi hiệu suất tách không tăng nữa. Vì vậy xác định thời gian tối ưu để quá trình tách
1.3.4.4. Các nghiên cứu liên quan chiết điểm mù
Hiện nay ở Việt Nam chưa có nhiều công trình nghiên cứu dạng Crom sử dụng phương pháp chiết điểm mù nhưng ưu điểm của phương pháp này là rất lớn so với các hướng nghiên cứu khác. Phương pháp mở ra chiều hướng phát triển rộng rãi, có thể sử dụng cho việc xác định nhiều loại kim loại khác nhau, phù hợp với điều kiện trang thiết bị trong phòng thí nghiệm hiện nay ở Việt Nam. Tuy rằng phương pháp chiết điểm mù ở Việt Nam còn chưa phát triển nhưng trên thế giới đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về phương pháp này. Ta có thể kể đến một vài công bố như sau:
Nguyễn Thị Hiên đã nghiên cứu xác định một số dạng Mn trong mẫu lá chè, nghiên cứu sử dụng phản ứng tạo phức của Mn với 8-hydroxylquinoline, phức tạo ra được bao bọc bên trong pha giàu chất hoạt động bề mặt Triton X- 100. Giới hạn phát hiện của phương pháp là 0,063 mg/l, hiệu suất thu hồi xấp xỉ 93%.[38]
Nguyễn Xuân Trung, Lê Thị Hạnh đã nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chiết điểm mù (cloud point extraction) và phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) xác định lượng vết ion kim loại (Pb, Cd) trong nước, nghiên cứu đã khảo sát được các điều kiện tối ưu để xác định Pb và Cd bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), đã khảo sát được các điều kiện tách và làm giàu bằng kỹ thuật chiết điểm mù. Đã ứng dụng được phương pháp CPE - FAAS để xác định hàm lượng Pb và Cd trong mẫu nước Hồ Hoàn Kiếm và Hồ Tây. Hiệu suất thu hồi lượng thêm chuẩn tương đối cao (≈ 90%) và sai số so với phương pháp ICP-MS trong khoảng dưới 5%. [39]
Lei-Lei Wang và các cộng sự đã dùng phương pháp chiết điểm mù kết hợp với sắc ký lỏng hiệu năng cao để xác định dạng Cr(III) và Cr(VI) trong mẫu trầm tích. Giới hạn phát hiện (LOD) của phương pháp này lần lượt là 7,5 μg/L đối với Cr (III) và 3,5 μg/L đối với Cr (VI). Quy trình đề xuất đã được áp dụng để xác định crom trong các mẫu trầm tích với kết quả khả quan. [40]
Zhimei Sun và Pei Liang đã xác định Cr(III) và Cr(VI) trong mẫu nước bằng phương pháp chiết điểm mù kết hợp với phương pháp quang phổ hấp thụ
nguyên tử. Tổng crom được xác định sau khi khử Cr (VI) thành Cr (III) bằng axit ascorbic. Trong điều kiện tối ưu, giới hạn phát hiện của phương pháp này đối với Cr (III) là 0,32 ng/mL với hệ số làm giàu là 35 và độ lệch chuẩn tương đối là 3,4 % (c = 100 ng/mL, n = 7). Phương pháp này đã được áp dụng để xác định crom trong các mẫu nước tự nhiên với kết quả khả quan.[41]
Xiashi Zhu và các cộng sự đã sử dụng chiết điểm mù để xác định Crom trong mẫu nước bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử nhiệt điện. Trong các điều kiện tối ưu hóa, giới hạn định lượng cho Cr (VI) thấp tới 0,01 μg/L thu được bằng cách cô đặc dung dịch mẫu 10 mL và độ lệch chuẩn tương đối (n = 6, c = 2,0 μg/L) là 2,6 %. Phương pháp được đề xuất đã được áp dụng cho các dạng của crom trong các mẫu nước khác nhau và độ thu hồi trong khoảng 98,9 - 105,3 %.[42]
Swapnil Tiwari và các cộng sự đã sử dụng chiết điểm mù kết hợp với phương pháp phổ phản xạ khuếch tán – biến đổi hồng ngoại Fourier để xác định Cr(VI) trong các mẫu thực phẩm. Trong các điều kiện tối ưu hóa, giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp lần lượt là 1,22 và 4,02 µg/ml; khoảng nồng độ tuyến tính là 1 – 100 µg/ml; độ lệch chuẩn (đối với 7 lần đo lặp lại, nồng độ 10 µg/ml) là 0,11 µg/ml. Phương pháp được áp dụng cho các mẫu thực phẩm đang lưu thông trên thị trường với độ thu hồi từ 81 – 112 %.[43]
Mariem Nafti và các cộng sự đã tối ưu hóa chiết điểm mù để xác định Cr(VI) trong mẫu nước thải thuộc da Tunisian sử dụng hấp thụ nguyên tử nhiệt điện. Trong các điều kiện tối ưu hóa của phương pháp, giới hạn phát
hiện và giới hạn định lượng lần lượt là 1,13 và 3,77 µg/L; khoảng tuyến tính
từ 5 – 60 µg/L với hệ số hồi quy vượt quá 0,999; phương pháp này được áp
dụng cho xác định dạng Crom trong mẫu nước thải thuộc da trong thực tế.[44]
Chuhua Wang và các cộng sự đã sử dụng chiết điểm mù của Cr(III) với dẫn xuất của 8-Hydroxyquinoline. Nghiên cứu sử dụng 8-Hydroxyquinoline và dẫn xuất làm tác nhân tạo phức với Cr(III), phức chất này đi vào trong pha mixen ở nhiệt độ trên nhiệt độ điểm mù trong 2 giờ. Hiệu quả chiết đạt 99 %, nồng độ Cr giảm từ 55 ppm xuống dưới 1 ppm khi thừa tác nhân chelat tại pH 5,5 ở 70°C. [45]
1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ MẪU
Quá trình xử lý mẫu phân tích dạng cần được đảm bảo theo các quy tắc sau:[46]
- Mẫu phân tích dạng phải đảm bảo tồn tại đầy đủ các dạng của nguyên tố cần xác định và hàm lượng các dạng.
- Không được làm chuyển dạng, mất dạng nguyên tố trong mẫu phân tích, nhiễm bẩn thêm chất khác vào mẫu.
-Mẫu phân tích phải đáp ứng đúng yêu cầu phân tích, phải có nguồn gốc, điều kiện lấy mẫu rõ ràng. Khi chú thích mẫu cần đầy đủ thông tin liên quan
đến mẫu phân tích như: tên mẫu, ký hiệu, thời gian lấy mẫu, điều kiện thời tiết khi lấy mẫu, người lấy mẫu …
- Có rất nhiều kỹ thuật để xử lý mẫu phân tích để đảm bảo tốt yêu cầu phân tích. Tùy thuộc vào nguyên tố và yêu cầu về phân tích dạng của nguyên tố cần phân tích mà sử dụng các kỹ thuật xử lý mẫu phù hợp như: kỹ thuật vô cơ hóa ướt, kỹ thuật vô cơ hóa khô, kỹ thuật vô cơ hóa khô và ướt kết hợp, kỹ thuật chiết lỏng - lỏng, chiết lỏng - rắn, chiết lỏng - khí...
1.4.1. Nguyên tắc của phương pháp xử lý mẫu
Nguyên tắc của quá trình xử lý mẫu khi phân tích các loại mẫu (vô cơ hay hữu cơ) theo phương pháp AAS thường trải qua hai giai đoạn: [46]
Giai đoạn 1: Sử dụng kỹ thuật xử lý mẫu phù hợp để đưa nguyên tố cần phân tích ở trong mẫu về dạng dung dịch.
Giai đoạn 2: tiến hành phân tích mẫu vừa xử lý bằng phương pháp AAS. Phân tích các nguyên tố dựa trên phổ hấp thụ nguyên tử của nó, trong những điều kiện thích hợp đã được nghiên cứu và lựa chọn.
Giai đoạn 1 là giai đoạn cực kỳ quan trọng không chỉ đối với phương pháp AAS mà còn đối với bất kỳ phương pháp nào khác khi phân tích kim loại. Nếu xử lý mẫu không tốt có thể dẫn đến mất nguyên tố phân tích (gây sai số âm) hoặc nhiễm bẩn mẫu (sai số dương), làm ảnh hưởng đến kết quả phân tích, đặc biệt khi phân tích vi lượng.
Tuỳ thuộc vào bản chất của chất phân tích, đối tượng mẫu, điều kiện trang bị kỹ thuật…có các phương pháp sau đây để xử lý mẫu.
1.4.2. Xử lý mẫu vô cơ
Sử dụng các tác nhân là các axit vô cơ có tính oxi hóa mạnh để phân hủy, hòa tan mẫu để chuyển các kim loại cần phân tích về dạng muối tan. Phân tích dạng trao đổi (còn gọi là dạng dễ tiêu): kim loại ở thể này có thể tan được trong nước, dung dịch muối hoặc axit loãng.
Phân tích tổng số: để phân tích tổng số người ta phá huỷ cấu trúc của mẫu để chuyển kim loại về dạng muối tan. Có thể phá huỷ mẫu bằng các loại axit có tính oxi hoá mạnh như axit nitric, sunfuric, pecloric hoặc hỗn hợp các axit.
1.4.3. Xử lý mẫu hữu cơ
Các chất hữu cơ rất phong phú, đa dạng. Trong các mẫu này kim loại ít khi ở dạng dễ tiêu, do đó để phân tích kim loại trong mẫu hữu cơ, thường phải tiến hành phân tích tổng số. Trong khi phân tích, mẫu thường được xử lý bằng một trong các phương pháp sau: vô cơ hoá khô, vô cơ hoá ướt, xử lý ướt bằng lò vi sóng, xử lý mẫu bằng kỹ thuật lên men.
Phương pháp vô cơ hoá khô
Nguyên tắc: Mẫu cần phân tích được đem đốt cháy để chuyển kim loại về dạng oxit, muối hoặc kim loại. Sau đó hoà tan tro mẫu bằng các axit thích hợp để thu được dung dịch chứa chất cần phân tích.
Ưu điểm: Phương pháp vô cơ hoá khô đơn giản, triệt để, yêu cầu thiết bị đơn giản.
Nhược điểm: Dễ làm mất các nguyên tố dễ bay hơi như Hg, As, Pb ... khi nhiệt
độ ở trên 500°C. Để khắc phục nhược điểm này người ta thường cho thêm các chất bảo vệ như MgO, Mg(NO3)2 hay KNO3 và chọn nhiệt độ thích hợp.
Phương pháp vô cơ hoá ướt
Nguyên tắc: Sử dụng một axit hoặc hỗn hợp axit có tính oxi hoá mạnh để phân hủy chất hữu cơ ở trong mẫu và chuyển mẫu về dạng dung dịch.
Ưu điểm: Phương pháp vô cơ hoá ướt rút ngắn thời gian so với phương pháp vô cơ hoá khô, bảo toàn được chất phân tích.
Nhược điểm: phải dùng một lượng lớn axit nên yêu cầu các axit phải có độ tinh khiết rất cao.
Phương pháp vô cơ hoá bằng lò vi sóng
Thực chất của phương pháp này là vô cơ hoá ướt được thực hiện trong lò vi sóng.
Nguyên tắc: Mẫu và dung môi được đựng trong bình kín, sau đó nhờ năng lượng của lò vi sóng để hòa tan mẫu. Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao mà có thể dễ dàng hoà tan mẫu.
Ưu điểm: Đây là phương pháp xử lý mẫu hiện đại, thời gian xử lý mẫu nhanh, không bị mất mẫu và vô cơ hoá được triệt để hoàn toàn. Có thể cùng một lúc vô cơ hóa được nhiều mẫu.
Nhược điểm: Phương pháp này đòi hỏi thiết bị đắt tiền, nhiều cơ sở không đủ điều kiện để trang bị hệ thống này.
Phương pháp lên men
Nguyên tắc: Chuyển mẫu về dạng dung dịch hay huyền phù. Thêm men xúc tác và lên men ở nhiệt độ 37 – 40°C trong 7 – 10 ngày. Trong quá trình lên men, các chất hữu cơ bị phân huỷ thành CO2, axit, nước và giải phóng các kim loại trong hợp chất hữu cơ dưới dạng cation trong dung dịch.
Ưu điểm: Phương pháp lên men là phương pháp êm dịu nhất, không cần hoá chất, không làm mất các nguyên tố phân tích, rất thích hợp với việc phân tích các chất hữu cơ như: mẫu đường, sữa, nước ngọt, tinh bột.
Nhược điểm: thời gian xử lý mẫu lâu và phải chọn được các loại men thích hợp.
Đối với các đối tượng phức tạp, khi các nguyên tố đi kèm có nồng độ rất cao trong mẫu ảnh hưởng tới việc xác định nguyên tố cần phân tích bằng AAS thì người ta phải dùng thêm kỹ thuật chiết, kỹ thuật này không những tách được các nguyên tố đi kèm gây ảnh hưởng đến quá trình xác định nguyên tố cần phân tích mà còn làm giàu được nguyên tố cần phân tích.
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Để xây dựng và thẩm định phương pháp phân tích các dạng crom trong thực phẩm, chúng tôi tiến hành trên mẫu sữa bột công thức dành cho trẻ em đang được lưu thông trên thị trường Hà Nội.
2.2. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
- Khảo sát các điều kiện tối ưu của kỹ thuật chiết điểm mù (CPE) - Xây dựng đường chuẩn
- Xác định giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của phương pháp - Đánh giá hiệu suất thu hồi, độ lặp lại của phương pháp
- Áp dụng vào phân tích mẫu sữa bột công thức dành cho trẻ em 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3.1. Xác định Cr bằng phương pháp F-AAS
2.3.1.1. Xác định hàm lượng Cr tổng bằng phương pháp AAS
Xác định Cr bằng phương pháp F-AAS được thực hiện theo quy trình sau:
+ Bước 1: Vô cơ hóa mẫu để chuyển mẫu về dạng dung dịch
+ Bước 2: Dung dịch chứa mẫu phân tích sau khi được chiết tách, làm giàu bằng CPE được đưa vào thiết bị F-AAS qua bộ phận hút mẫu, mẫu được đưa vào thiết bị để tạo hệ sol khí. Nhờ năng lượng cao của ngọn lửa đèn khí