Nguyên tắc: Đối với các mẫu hữu cơ trƣớc hết phải đƣợc xay nghiền thành bột, vữa hay thể huyền phù. Sau đó dùng nhiệt để hóa tro mẫu, đốt cháy chất hữu cơ và đƣa các kim loại về dạng oxit hay muối của chúng. Cụ thể là: Cân lấy một lƣợng mẫu nhất định (1- 5g) vào chén nung. Nung chất mẫu ở nhiệt độ thích hợp, để đốt cháy hết các chất hữu cơ, và lấy bã vô cơ còn lại của các mẫu là các oxit, các muối…sau đó hòa tan bã thu đƣợc trong axit vô cơ nhƣ HCl (1/1), HNO3 (1/2)…để chuyển các kim loại về dạng ion trong dung dịch. Quyết định dạng tro hóa ở đây là nhiệt độ nung và thời gian nung (nhiệt độ tro hóa và thời gian tro hóa) và các chất phụ gia thêm vào mẫu khi nung. Nhiệt độ tro hóa các chất hữu cơ thƣờng đƣợc chọn thích hợp trong khoảng 400 - 550 0C, tùy theo mỗi loại mẫu và chất cần phân tích.
Sử dụng phƣơng pháp này có những ƣu nhƣợc điểm nhƣ: + Tro hóa triệt để đƣợc mẫu, hết các chất hữu cơ.
+ Đơn giản, dễ thực hiện, quá trình xử lý không lâu nhƣ phƣơng pháp vô cơ hóa ƣớt.
+ Không tốn nhiều axit tinh khiết cao, và không có axit dƣ. + Hạn chế đƣợc sự nhiểm bẩn do dùng ít hóa chất.
+ Mẫu dung dịch thu đƣợc sạch sẽ và trong.
+ Nhƣng hay bị mất một số nguyên tố phân tích (Pb, Zn, Cu, Cd…), nếu không dùng chất bảo vệ và chất chảy.
Để xác định hàm lƣợng cađimi, chì trong chè bằng phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa, nguyên liệu mẫu cần dùng là rất nhỏ vì phƣơng pháp có độ nhạy cao. Chính vì vậy, chúng tôi lựa chọn xử lý mẫu chè theo phƣơng pháp xử lý ƣớt bằng axit đặc oxi hoá mạnh [11].
CHƢƠNG 2
THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. THIẾT BỊ, HÓA CHẤT, DỤNG CỤ
2.1.1. Thiết bị
- Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử Shimadzu AA – 6300 của Nhật Bản. - Máy quang phổ phát xạ nguyên tử Agilent ICP- OES 5100 của Mỹ - Máy cất nƣớc hai lần Aquatron A4000D của Mỹ .
- Cân phân tích CPA2245 của Đức ( 0,1 mg). - Tủ lạnh, bếp điện.
2.1.2. Dụng cụ
- Bình định mức các loại: 10, 25, 50, 100, 250 ml. - Pipet man.
- Pipet bầu 1, 2, 5, 10 ml
- Cốc thuỷ tinh, ống đong, phễu các loại.
2.1.3. Hoá chất
- Các dung dịch chuẩn của cađimi, chì đƣợc pha từ dung dịch chuẩn có nồng độ 1000mg/l của hãng Merk (Germani) sản xuất.
- Dung dịch HCl, HNO3, HClO4 , Mg(NO3)2 (Merk).
2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2.1. Nghiên cứu phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử là một phƣơng pháp hiện đại, có độ chính xác cao. Ngoài ra phƣơng pháp này còn có độ nhạy và độ chọn lọc cao, phù hợp với xác định vi lƣợng các nguyên tố. Khi sử dụng phƣơng pháp này trong nhiều trƣờng hợp không phải làm giàu nguyên tố trƣớc khi phân tích nên tốn ít mẫu và thời gian. Phƣơng pháp này còn cho phép xác định đồng thời nhiều nguyên tố, phù hợp cho việc xác định hàm lƣợng các kim loại trong các trƣờng hợp khác nhau. Chính vì thế mà chúng tôi đã sƣ dụng phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS) để xác định hàm lƣợng cađimi và chì trong mẫu chè [6, 12].
Với phƣơng pháp này đối với mỗi loại máy đo của các hãng sản xuất khác nhau khi sử dụng để phân tích đều cho kết quả tốt ở những điều kiện thí nghiệm khác nhau. Chúng tôi dùng máy Shimadzu AA – 6300 - Nhật Bản, tại Trung tâm y tế Dự phòng Thái Nguyên. Từ những khảo sát đi trƣớc và điều kiện thực tế của máy chúng tôi chọn các điều kiện tối ƣu, tiến hành đo trên mẫu chuẩn rồi phân tích mẫu thực tế theo phƣơng pháp đƣờng chuẩn và kiểm tra lại bằng phƣơng pháp thêm chuẩn.
Hình 2.1. Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử Shimadzu AAS-6300
2.2.1.1. Trang bị của phép đo
Muốn thực hiện phép đo phổ hấp thụ nguyên tử hệ thống máy đo phổ hấp thụ nguyên tử phải bao gồm các phần cơ bản sau:
Phần 1. Nguồn phát tia phát xạ cộng hƣởng (vạch phổ phát xạ đặc trƣng của nguyên tố cần phân tích), để chiếu vào môi trƣờng hấp thụ nguyên tử tự do của nguyên tố:
+ Đèn catot rỗng (HCL).
+ Đèn phóng điện không điện cực (EDL)
+ Đèn phát xạ liên tục đã đƣợc biến điệu (D2).
Phần 2. Hệ thống nguyên tử hóa mẫu phân tích. Hệ thống này đƣợc chế tạo theo 3 kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu. Đó là kỹ thuật nguyên tử hóa bằng
ngọn lửa (lúc này ta có phép đo F- AAS) và kỹ thuật không ngọn lửa (lúc này ta có phép đo GF- AAS) và kỹ thuật hoá hơi lạnh (MVU-AAS).
Phần 3. Máy quang phổ, nó thƣờng là bộ đơn sắc, có nhiệm vụ thu, phân ly và chọn tia sáng (vạch phổ) cần đo hƣớng vào nhân quang điện để phát tín hiệu hấp thụ AAS của vạch phổ.
Phần 4. Hệ thống tín hiệu hấp thụ của vạch phổ (tức là cƣờng độ của vạch phổ hấp thụ hay nồng độ nguyên tố cần phân tích). Hệ thống này có thể là các trang bị:
+ Điện kế chỉ tín hiệu AAS
+ Bộ tự ghi để chỉ các pic hấp thụ + Bộ chỉ hiện số.
+ Bộ máy in.
+ Máy tính với màn hình để hiển thị dữ liệu, phần mền xử lí số liệu và điều khiển toàn bộ hệ thống máy đo.
1
Hình 2.2: Nguyên tắc cấu tạo của máy đo AAS
1. Nguồn đơn sắc 3. Hệ thống đơn sắc và detector. 2. Hệ nguyên tử hoá mẫu 4. Hệ điện tử.
2.2.1.2. Phƣơng pháp đƣờng chuẩn
Nguyên tắc của phƣơng pháp này là dựa vào phƣơng trình cơ bản của phép đo A = K.C và một dãy mẫu đầu để dựng một đƣờng chuẩn, sau đó nhờ đƣờng chuẩn này và giá trị A để xác định nồng độ CX của nguyên tố cần phân tích trong mẫu đo phổ, rồi từ đó tính đƣợc nồng độ của nó trong mẫu phân tích.
3 4 2
Trƣớc hết phải chuẩn bị một dãy mẫu đầu, dãy mẫu chuẩn (thông thƣờng là 5 mẫu) và các mẫu phân tích trong cùng điều kiện. Ví dụ các mẫu đầu có nồng độ của nguyên tố X cần xác định C1, C2, C3, C4, C5 và các mẫu phân tích là CX1, CX2… Rồi sau đó chọn một quá trình phân tích phù hợp để rồi đo phổ. Đo các mẫu chuẩn và các mẫu phân tích theo một vạch đã chọn. Ví dụ thu đƣợc các giá trị cƣờng độ tƣơng ứng với các nồng độ là A1, A2, A3, A4, A5, và AX1, AX2… Sau đó dựng đƣờng chuẩn theo hệ toạ độ A - Cx.
Nhờ đƣờng chuẩn và các giá trị AX ta sẽ dễ dàng xác định đƣợc nồng độ CX. Công việc cụ thể là đem các giá trị AX đặt lên trục tung A của hệ toạ độ, từ đó kẻ đƣờng song song với trục hoành CX. Đƣờng này sẽ cắt đƣờng chuẩn tại điểm M. Từ điểm M hạ đƣờng vuông góc với trục hoành cắt trục hoành tại CX. CX là nồng độ cần tìm [8, 9, 13]. C7 C6 C5 C4 C3 C(mg/ml) Ax Cx C1 C2 0
Hình 2.3. Đồ thị của phương pháp đường chuẩn
2.2.1.3. Phƣơng pháp thêm chuẩn
Nguyên tắc của phƣơng pháp này là ngƣời ta dùng ngay một mẫu phân tích làm nền để chuẩn bị một dãy mẫu đầu bằng cách lấy một lƣợng mẫu phân tích nhất định và thêm vào đó những lƣợng nhất định của nguyên tố cần xác định theo từng bậc nồng độ (theo cấp số cộng). Ví dụ lƣợng thêm vào là C1,
C0 = Cx
C1 = (Cx + C1) C2 = (Cx + C2) C3 = (Cx + C3) C4 = (Cx + C4)
Trong đó Cx là nồng độ của nguyên tố cần xác định trong mẫu phân tích đã chọn. Các mẫu phân tích còn lại giả sử kí hiệu Cx1, Cx2, Cx3, …
Tiếp đó chọn các điều kiện thí nghiệm phù hợp và một vạch phổ của nguyên tố phân tích, tiến hành ghi cƣờng độ hấp thụ của vạch phổ đó theo tất cả dãy mẫu đầu và các mẫu phân tích. Kết quả thu đƣợc nhƣ bảng sau:
Mẫu C0 C1 C2 C3 C4 Cx1 Cx2 Cx3
A A0 A1 A2 A3 A4 Ax1 Ax2 Ax3
Hình 2.4. Đồ thị của phương pháp thêm chuẩn
Từ các giá trị cƣờng độ này ứng với các nồng độ thêm vào của các nguyên tố phân tích chúng ta dựng đƣợc một đƣờng chuẩn theo hệ toạ độ A - Cx. Đƣờng này cắt trục tung tại điểm có toạ độ (A0, 0). Sau đó để xác định đƣợc nồng độ Cx chƣa biết chúng ta làm nhƣ sau:
Cách 1: Kéo dài đƣờng chuẩn về phía trái, nó cắt trục hoành tại điểm C0. Chính đoạn OC0 bằng giá trị nồng độ Cx cần tìm.
A A0 C0 O C1 C2 C3 C4 C0 M C ( g/ml)
Cách 2: Cũng có thể xác định Cx bằng cách từ gốc toạ độ kẻ một đƣờng song song với đƣờng chuẩn và từ điểm A0 kẻ đƣờng song song với trục hoành hai điểm này cắt nhau tại điểm M. Từ điểm M hạ đƣờng vuông góc với trục hoành. Đƣờng này cắt trục hoành tại điểm C0. Chính đoạn C0 là giá trị Cx cần tìm [8, 9, 13].
2.2.2. Nghiên cứu phƣơng pháp quang phổ phát xạ nguyên tử 2.2.2.1. Nguyên tắc của phép đo phổ phát xạ (ICP - OES) 2.2.2.1. Nguyên tắc của phép đo phổ phát xạ (ICP - OES)
Từ việc nghiên cứu nguyên nhân xuất hiện phổ phát xạ, chúng ta có thể khái quát phƣơng pháp phân tích dựa trên cơ sở đo phổ phát xạ của nguyên tử phải bao gồm các bƣớc nhƣ sau:
1. Trƣớc hết mẫu phân tích cần đƣợc chuyển thành hơi (khí) của nguyên tử hay Ion tự do trong môi trƣờng kích thích. Đó là quá trình hóa hơi và nguyên tử hòa mẫu. Sau đó dùng nguồn năng lƣợng phù hợp để kích thích đám hơi đó để chúng phát xạ. Đấy là quá trình kích thích phổ của mẫu.
2. Thu, phân 1i và ghi toàn bộ phổ phát xạ của vật mẫu nhờ máy quang phổ. Trƣớc đây, phổ đƣợc ghi lên kính ảnh hay phim ảnh. Chính máy quang phổ sẽ làm nhiệm vụ này. Nhƣng những trang bị hiện đại ngày nay có thể thu và ghi trực tiếp các tín hiệu cƣờng độ phát xạ của một vạch phổ dƣới dạng các lực trên băng giấy hay chỉ ra các sóng cƣờng độ vạch phổ trên máy in (printer), ghi lại vào đĩa từ của máy tính.
3. Đánh giá phổ đã ghi về mặt định tính và định lƣợng theo những yêu
cầu đã đặt ra. Đây là công việc cuối cùng của phép đo.
Chính vì vậy, ứng với các nhiệm vụ và nguyên tắc này, để thực hiện một phép phân tích dựa theo phổ phát xạ của nguyên tử ngƣời ta phải cần một hệ thống trang bị cũng gồm ba phần tƣơng ứng nhƣ thế [8, 9].
* Trang bị cơ bản (tối thiểu phải có):
Phần 2: Máy quang phổ để thu, phân li và ghi lại phổ phát xạ của mẫu phân tích theo vùng phổ ta mong muốn.
Phần 3: Hệ thống trang bị để đánh giá định tính, định lƣợng và chỉ thị hay biểu thị các kết quả [8, 9].
Hình 2.5. Máy quang phổ phát xạ nguyên tử Agilent ICP- OES 5100
2.2.2.2. Phƣơng pháp đƣờng chuẩn
Phƣơng pháp đƣờng chuẩn dựa theo phƣơng trình cơ bản của phép đo phổ phát xạ nhƣ đã chỉ ra trong chƣơng II là: I = a.Cb (a), hay S = γ. b.log C + k (b) Trong điều kiện b: 1, thì đây là phƣơng trình của đƣờng thẳng có dạng: y= a.x và y: a.x + b.
Phƣơng trình (a) là đối với những máy đo đƣợc trực tiếp cƣờng độ phát xạ IM của vạch phổ, còn phƣơng trình (b) là trƣờng hợp đo độ đen S của vạch phổ trên kính
Nhƣ vậy, muốn xác định nồng độ Cx của một nguyên tố X trong một mẫu nào đó, trƣớc hết chúng ta phải chuẩn bị một dãy mẫu đầu có chứa nguyên tố X với nồng độ C1, C2, Ca, C4,…Và Cx trong cùng một điều kiện nhƣ các mẫu phân tích. Song để dựng 1 đƣờng chuẩn, trong thực nghiệm, ít nhất cần ba mẫu đầu.
Vì thế phƣơng pháp này gọi là phƣơng pháp ba mẫu đầu, tức là số mẫu đầu cần thiết để dựng một đƣờng chuẩn. Nhƣng trong thực tế, ngƣời ta hay dùng 5 mẫu đầu, cũng vì thế phƣơng pháp này đƣợc gọi một tên chung là phƣơng pháp đƣờng chuẩn.
Sau khi chuẩn bị xong các mẫu đầu và mẫu phân tích, tiến hành hóa hơi, nguyên tử hóa, kích thích phổ, và ghi phổ của các mẫu đó theo những điều kiện phù hợp đã đƣợc chọn (theo một quy trình phân tích).
Tiếp đó chọn một cặp vạch phân tích để đo độ đen S hay chọn vạch phân tích để đo cƣờng độ Iλ theo một trong hai phƣơng trình cơ bản trên tùy thuộc vào hệ thống trang bị của phòng thí nghiệm. Tính các giá trị trung bình của cƣờng độ vạch phổ Iλ hay độ đen ∆S tƣơng ứng với từng nồng độ. Nhƣ thế ta có Dãy chuẩn của phƣơng pháp đƣờng chuẩn [8, 9].
Chất Dãy chuẩn 0 1 2 3 4 5 Chất phân tích X Co C 1 C2 C 3 C4 C5 Các chất khác (nền, môi trƣờng) Nhƣ nhau trong tất cả các mẫu
Đo Iλ Io I 1 I2 I 3 I4 I5 Đo Sλ So S 1 S2 S 3 S4 S5
2.2.3. Lấy mẫu và bảo quản mẫu
Mẫu chè khô sau khi lấy ở các địa điểm trên (Bảng 2.1), đƣợc đựng trong túi nilon sạch và đƣa về phòng thí nghiệm [11].
Bảng 2.1. Các mẫu chè Shan Tuyết khô lấy tại các địa điểm sau của tỉnh Bắc Kạn
STT Tên mẫu Kí
hiệu Địa điểm lấy mẫu
Ngày lấy mẫu
1 Chè Shan tuyết 1 C1 Thôn Nà Pài - Bằng Phúc
2 Chè Shan tuyết 2 C2 Thôn Nà Pài - Bằng Phúc
Chợ Đồn - Bắc Kạn 20/4/2016
3 Chè Shan tuyết 3 C3 Thôn Nà Pài - Bằng Phúc
Chợ Đồn - Bắc Kạn 20/4/2016
4 Chè Shan tuyết 4 C4 Thôn Nà Pài - Bằng Phúc
Chợ Đồn - Bắc Kạn 20/4/2016
5 Chè Shan tuyết 5 C5 Thôn Nà Pài - Bằng Phúc
Chợ Đồn - Bắc Kạn 20/4/2016
6 Chè Shan tuyết 6 C6 Thôn Nà Bay - Bằng Phúc
Chợ Đồn - Bắc Kạn 20/4/2016
7 Chè Shan tuyết 7 C7 Thôn Nà Bay - Bằng Phúc
Chợ Đồn - Bắc Kạn 20/4/2016
8 Chè Shan tuyết 8 C8 Thôn Nà Bay - Bằng Phúc
Chợ Đồn - Bắc Kạn 20/4/2016
9 Chè Shan tuyết 9 C9 Thôn Nà Bay - Bằng Phúc
Chợ Đồn - Bắc Kạn 20/4/2016
10 Chè Shan tuyết 10 C10 Thôn Nà Bay - Bằng Phúc
Chợ Đồn - Bắc Kạn 20/4/2016
11 Chè Shan tuyết 11 C11 Phƣờng Đức Xuân
Thành phố Bắc Kạn 20/7/2016
12 Chè Shan tuyết 12 C12 Phƣờng Đức Xuân
Thành phố Bắc Kạn 20/7/2016
13 Chè Shan tuyết 13 C13 Phƣờng Đức Xuân
Thành phố Bắc Kạn 20/7/2016
14 Chè Shan tuyết 14 C14 Phƣờng Đức Xuân
Thành phố Bắc Kạn 20/7/2016
15 Chè Shan tuyết 15 C15 Phƣờng Sông Cầu
16 Chè Shan tuyết 16 C16 Phƣờng Sông Cầu
Thành phố Bắc Kạn 20/7/2016
17 Chè Shan tuyết 17 C17 Phƣờng Sông Cầu
Thành phố Bắc Kạn 20/7/2016
18 Chè Shan tuyết 18 C18 Phƣờng Sông Cầu
Thành phố Bắc Kạn 20/7/2016
19 Chè Shan tuyết 19 C19 Phƣờng Sông Cầu
Thành phố Bắc Kạn 20/7/2016
20 Chè Shan tuyết 20 C20 Phƣờng Sông Cầu
Thành phố Bắc Kạn 20/7/2016
2.2.4. Xử lý mẫu
Nguyên tắc: Chuyển các ion kim loại về dạng muối vô cơ tan trong nƣớc, rồi xác định hàm lƣợng của chúng trong dung dịch đó.
Cân một lƣợng khoảng 1 – 2g mẫu chè khô, sau đó chuyển vào bình kendal, thêm vào 20ml dung dịch HNO3 65%, 5ml H2SO4 98%, 5ml HClO4. Đun trên bếp điện trong tủ hút khoảng 5 – 10 giờ đến khi hết mầu, thu đƣợc dung dịch trong suốt (thêm 5ml HClO4 và đun tiếp nếu dung dịch chƣa trong suốt). Sau đó làm bay hơi hết axit, đến khi còn muối ẩm, định mức 20ml bằng HNO3 2% . Đối với phép đo AAS ta pha loãng 5 lần rồi thực hiện đo, với