2. Nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu
1.5.4. Phương pháp dùng một mẫu chuẩn
Khi có mẫu chuẩn: Ta chỉ cần đo A1 mẫu chuẩn của mẫu phân tích đã biết có nồng độ C1 và Ax của chất phân tích. Sau đó tính Cx của chất phân tích.
Nghĩa là chúng ta có: Với mẫu phân tích : Ax = a.Cx
Với mẫu đầu : A1 = a.C1 => Cx = Ax.C1/ A1
Khi không có mẫu chuẩn: Ta tiến hành tương tự như phương pháp thêm tiêu
chuẩn, chỉ khác không cần pha một dãy chuẩn. Nhưng có một điều cần chú ý là ∆C1
CHƯƠNG 2. KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 2.1. Thiết bị, dụng cụ, hóa chất
2.1.1. Thiết bị
Tất cả các phép đo đều được thực hiện trên máy phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS 240FS, hãng sản xuất: Agilent – Mỹ, là loại thiết bị chuyên sử dụng để phân tích hàm lượng các kim loại nặng trong thực phẩm, mỹ phẩm, dược liệu hay môi trường không khí, đất, nước. Quá trình chuẩn bị mẫu và tiến hành đo mẫu được thực hiện ở PTN Hóa Phân tích Trường Đại Học Vinh.
Hình 2.1. Máy phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS 240FS
Trang thiết bị phù trợ bao gồm: - Bình khí nén axetylen tinh khiết - Máy nén không khí
- Đèn ca-tot rỗng - Phần mềm điều khiển
Thiết bị được sử dụng để vô cơ hóa mẫu: Lò nung Carbolite, hãng sản xuất Jencons.
2.1.2. Dụng cụ
Các dụng cụ thí nghiệm được sử dụng trong quá trình tiến hành làm đồ án tốt nghiệp bao gồm:
- Pipet các loại: 1 ml, 2 ml, 5 ml, 10 ml, micropipette 10-100 µl, 100-1000 µl - Cốc thủy tinh: 100 ml, 250 ml, 500 ml. - Bình định mức: 25 ml, 50 ml 100 ml. - Chén sứ - Cân phân tích có độ chính xác ±0,01 mg. - Giấy đo pH - Giấy lọc, kẹp gỗ, bếp từ…
Tất cả các bình định mức phải được làm sạch cẩn thận trước khi xác định nguyên tố ở lượng vết.
2.1.3. Hóa chất
Tất cả các loại hóa chất sử dụng trong nghiên cứu đều là hóa chất tinh khiết, các dung dịch chuẩn gốc được pha từ dung dịch gốc có nồng độ 1000 mg/l của Merck, nước cất sử dụng là nước cất deion.
Hóa chất được dùng trong quá trình phân tích bao gồm:
- Dung dịch Pb2+ 1000 ppm
- Dung dịch Zn2+ 1000 ppm
- Dung dịch Cd2+ 1000 ppm
- Axit nitric HNO3 65% (d=1,42 g/ml)
- Axit HClO4 đặc
- Dung dịch H2O2 30%
- Nước cất deion
Dung dịch Pb2+ dùng để đo bằng kỹ thuật F - AAS được pha như sau:
- Dung dịch Pb2+ 0,1 ppm: Dùng pipet hút 0,5 ml dung dịch Pb2+ 10 ppm cho
vào bình định mức 50 ml, định mức tới vạch bằng nước cất.
- Dung dịch Pb2+ 0,2 ppm: Dùng pipet hút 1,0 ml dung dịch Pb2+ 10 ppm cho
vào bình định mức 50 ml, định mức tới vạch bằng nước cất.
- Dung dịch Pb2+ 0,4 ppm: Dùng pipet hút 2,0 ml dung dịch Pb2+ 10 ppm cho
vào bình định mức 50 ml, định mức tới vạch bằng nước cất.
- Dung dịch Pb2+ 0,8 ppm: Dùng pipet hút 8,0 ml dung dịch Pb2+ 10 ppm cho
vào bình định mức 100 ml, định mức tới vạch bằng nước cất.
- Dung dịch Pb2+ 1,0 ppm: Dùng pipet hút 10 ml dung dịch Pb2+ 10 ppm cho
vào bình định mức 100 ml, định mức tới vạch bằng nước cất.
- Dung dịch Pb2+ 1,5 ppm: Dùng pipet hút 15 ml dung dịch Pb2+ 10 ppm cho
vào bình định mức 100 ml, định mức tới vạch bằng nước cất.
- Dung dịch Pb2+ 2,0 ppm: Dùng pipet hút 10 ml dung dịch Pb2+ 10 ppm cho
vào bình định mức 50 ml, định mức tới vạch bằng nước cất.
Dung dịch Zn2+ dùng để đo bằng kỹ thuật F – AAS được pha như sau:
- Dung dịch Zn2+ 0,05 ppm: Dùng pipet hút 25 µl dung dịch Zn2+ 100 ppm
cho vào bình định mức 50 ml, định mức tới vạch bằng nước cất.
- Dung dịch Zn2+ 0,1 ppm: Dùng pipet hút 50 µl dung dịch Zn2+ 100 ppm cho
vào bình định mức 50 ml, định mức tới vạch bằng nước cất.
- Dung dịch Zn2+ 0,2 ppm: Dùng pipet hút 100 µl dung dịch Zn2+ 100 ppm
cho vào bình định mức 50 ml, định mức tới vạch bằng nước cất.
- Dung dịch Zn2+ 0,5 ppm: Dùng pipet hút 125 µl dung dịch Zn2+ 100 ppm
cho vào bình định mức 25 ml, định mức tới vạch bằng nước cất.
- Dung dịch Zn2+ 1,0 ppm: Dùng pipet hút 250 µl dung dịch Zn2+ 100 ppm
cho vào bình định mức 25 ml, định mức tới vạch bằng nước cất.
bình định mức 25 ml, định mức tới vạch bằng nước cất.
- Dung dịch Zn2+ 5,0 ppm: Dùng pipet hút 1250 µl dung dịch Zn2+ 100 ppm
cho vào bình định mức 25 ml, định mức tới vạch bằng nước cất.
Dung dịch Cd2+ dùng để đo bằng kỹ thuật F – AAS được pha như sau:
- Dung dịch Cd2+ 0,25 ppm: Dùng pipet hút 25 µl dung dịch Zn2+ 1000 ppm
cho vào bình định mức 100 ml, định mức tới vạch bằng nước cất.
- Dung dịch Cd2+ 0,5 ppm: Dùng pipet hút 50 µl dung dịch Zn2+ 1000 ppm
cho vào bình định mức 100 ml, định mức tới vạch bằng nước cất.
- Dung dịch Cd2+ 1,0 ppm: Dùng pipet hút 25 µl dung dịch Zn2+ 1000 ppm
cho vào bình định mức 25 ml, định mức tới vạch bằng nước cất.
- Dung dịch Cd2+ 2,0 ppm: Dùng pipet hút 50 µl dung dịch Zn2+ 1000 ppm
cho vào bình định mức 25 ml, định mức tới vạch bằng nước cất.
Hỗn hợp axit đặc dùng để xử lý mẫu được pha như sau:
- Hỗn hợp axit HNO3 : HClO4 = 4:1, lấy 40 ml axit HNO3 đặc cho vào bình
định mức 50 ml, cho từ từ 10 ml HClO4 vào, lắc đều hỗn hợp.
2.2. Phương pháp lấy, bảo quản mẫu và xử lý mẫu 2.2.1. Phương pháp lấy và bảo quản mẫu
Mẫu phân tích: Các mẫu son trên thị trường được thu thập tại các cửa hàng và siêu thị Big C Vinh, loại son Gấc Handmade được nhóm sinh viên lớp 54K- CNKT Hóa Học trường Đại học Vinh sản xuất.
Các loại mẫu sau khi lấy về phòng thí nghiệm được cắt, cân rồi vô cơ hóa và xác định hàm lượng Pb, Zn, Cd bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử.
Hình ảnh các mẫu son nghiên cứu được thể hiện ở hình 2.3.
Hình 2.3. Hình ảnh các mẫu son nghiên cứu
Tên, ký hiệu, vị trí lấy mẫu son được thể hiện ở bảng 2.1
Bảng 2.1. Tên loại và ký hiệu các mẫu son
STT Tên mẫu son Ký hiệu mẫu Địa điểm lấy mẫu
1 Nars MS1 Chợ đại học Vinh
2 Locean MS2 Chợ đại học Vinh
3 Nyx MS3 Chợ đại học Vinh
4 Amok MS4 Chợ đại học Vinh
5 Maybeline MS5 Siêu thị Big C Vinh
6 Jakelin MS6 Chợ đại học Vinh
7 12h lipcolor MS7 Chợ đại học Vinh
8 Son Gấc MS8 Nhóm sinh viên ĐHV
Quá trình bảo quản mẫu phải đảm bảo sao cho không làm nhiễm bẩn và mất chất phân tích. Mục đích để giữ và bảo toàn được chất phân tích do các hiện tượng tương tác hóa học, tự phân hủy chất, sự thủy phân, sa lắng. Các mẫu sau khi mua về được đặt trong túi ni lông và để nơi khô ráo thoáng mát.
2.2.2. Phương pháp xử lý mẫu son
Các phương pháp xử lý mẫu son đã được tổng quan ở mục 1.4.4. Chúng tôi đã tiến hành xử lý mẫu bằng 2 phương pháp.
MS4 MS5 MS6
2.2.2.1. Phương pháp vô cơ hóa ướt
Hiện nay, có 2 phương pháp xử lý mẫu ướt cơ bản là xử lý mẫu trong hệ hở và xử lý mẫu trong hệ kín (lò vi sóng). Đề tài này chúng tôi tiến hành xử lý mẫu phân tích trong hệ hở, theo quy trình sau:
- Mẫu phân tích: Cân 1 gam mẫu son, cho vào cốc thủy tinh 100 ml. Thêm
vào 10ml axit HNO3 đặc và 4 ml H2O2, khuấy đều để yên mẫu trong 1-2 giờ (có đậy
phễu thủy tinh để tránh mất chất phân tích trong quá trình phân hủy mẫu). Sau đó
tiến hành đun trên bếp điện, ở 2000C - 2500C cho đến khi gần cạn, sau đó để nguội
và tiếp tục cho thêm 10 ml axit HNO3 đặc và 4 ml H2O2 đặc và tiếp tục đun cho đến
khi mẫu trong, đun đến gần cạn khô, để nguội, định mức bằng nước tới vạch trong bình định mức 25 ml [16].
Nhận xét: Phương pháp phân hủy mẫu ướt này không thành công bởi vì sau khi đun còn lại một lượng lớn sáp không được phân hủy hoàn toàn, do nhiều nguyên nhân, phương pháp này không được lựa chọn để tiến hành.
2.2.2.2. Phương pháp vô cơ hóa khô – ướt kết hợp
Phương pháp vô cơ hóa khô - ướt kết hợp là xử lý mẫu bằng phương pháp vô cơ hóa khô trước rồi tiếp theo là quá trình vô cơ hóa ướt.
- Mẫu phân tích:
Cân khoảng 3 gam son cho vào chén sứ, đặt vào lò nung và tăng nhiệt độ từ
từ tới 550oC trong vòng 2 giờ, một số mẫu có thể sử dụng tới 650oC mới phân hủy
hoàn toàn. Mẫu lấy ra cho thêm 5 ml hỗn hợp HNO3 đậm đặc và HClO4 đặc theo tỉ
lệ 4:1, đun nóng chậm trong vòng 3 giờ đến gần cạn. Có thể lặp lại quá trình bằng cách thêm hỗn hợp axit 2 – 3 lần đến khi thu được dung dịch trong suốt. Để nguội, lọc, định mức bằng nước cất deion tới 50 ml [13].
- Mẫu thêm chuẩn: Ở đây chúng tôi chọn mẫu MS5 (Maybeline) làm mẫu thêm chuẩn, cân khoảng 3 gam mẫu son cho vào chén sứ sau đó cho thêm vào 40 μl dung dịch chuẩn Pb2+ 1000 ppm, 60 μl dung dịch chuẩn Zn2+ 1000 ppm và 50 μl
- Mẫu trắng: Là mẫu được tiến hành tương tự như mẫu phân tích nhưng không chứa mẫu son phân tích.
Hình ảnh các mẫu sau khi xử lý bởi lò nung được thể hiện ở hình 2.4.
Hình 2.4. Các mẫu sau khi xử lý bởi lò nung
Hình ảnh các mẫu sau khi đã lọc và định mức được thể hiện ở hình 2.5.
Hình 2.5. Các mẫu sau khi lọc và đã định mức
=> Dung dịch sau khi xử lý, các mẫu được bảo quản ở nơi thoáng mát, không có ánh nắng trực tiếp chiếu vào, chờ đo xác định hàm lượng chì, kẽm và cadimi bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử, nếu không đo ngay phải bảo quản trong tủ lạnh ở 4oC.
2.3. Phương pháp xử lý các kết quả thực nghiệm2.3.1. Độ lặp lại 2.3.1. Độ lặp lại
Độ lặp lại phản ánh độ chính xác của phép phân tích. Độ lặp lại là độ chụm trong điều kiện lặp lại. Điều kiện mà tại đó các kết quả thử nghiệm độc lập nhận được với cùng một phương pháp trên những mẫu thử nghiệm giống hệt nhau, trong cùng một phòng thí nghiệm bởi cùng người thao tác, sử dụng cùng một thiết bị, trong khoảng thời gian ngắn.
Cách xác định độ lặp lại:
- Tiến hành làm thí nghiệm lặp lại 10 lần trên cùng một mẫu. Mẫu phân tích là mẫu thử hoặc mẫu thử chuẩn.
- Tiến hành ở các nồng độ khác nhau (trung bình, thấp nhất, cao) trong khoảng làm việc, mỗi nồng độ lặp lại 10 lần. Tính độ lệch chuẩn SD và độ lệch
tương đối RSD hay hệ số biến thiên CV theo các thông số sau:
RSD% = CV% = SD
X ×100
Trong đó:
SD: Độ lệch chuẩn.
n: số lần thử nghiệm thứ i.
Xi: giá trị tính được của lần thử nghiệm thứ i.
X : giá trị trung bình của các lần thử nghiệm xi. RSD%: độ lệch chuẩn tương đối.
CV%: hệ số biến thiên.
Độ lặp lại tối đa chấp nhận tại các nồng độ khác nhau theo chuẩn AOAC được thể hiện ở bảng 2.2. 2 1 1 n i i x x SD n
Bảng 2.2. Độ lặp lại tối đa chấp nhận tại các nồng độ khác nhau (theo AOAC) TT Hàm lượng % Tỷ lệ chất Đơn vị RSD % 1 100 1 100% 1,3 2 10 10-1 10% 1,8 3 1 10-2 1% 2,7 4 0,1 10-3 0,1% 3,7 5 0,01 10-4 100ppm 5,3 6 0,001 10-5 10ppm 7,3 7 0,0001 10-6 1ppm 11 8 0,00001 10-7 100ppb 15 9 0,000001 10-8 10ppb 21 10 0,0000001 10-9 1ppb 30 2.3.2. Độ thu hồi (H%)
Độ thu hồi phản ánh độ đúng của phép phân tích. Cách xác định: Thêm một lượng chất chuẩn xác định vào mẫu thử, phân tích các mẫu thêm chuẩn đó. Sau đó tính độ thu hồi chung là trung bình của độ thu hồi các lần lặp lại.
Công thức tính độ thu hồi:
H% = C1 C2 100
C
- ´
Trong đó:
H%: Độ thu hồi của phương pháp (%).
C1: Nồng độ đo được của mẫu thêm chuẩn.
C2: Nồng độ đo được của mẫu không thêm chuẩn.
C: Nồng độ dung dịch chuẩn thêm vào.
Độ thu hồi chấp nhận ở các nồng độ khác nhau theo chuẩn AOAC và theo hội đồng châu Âu được thể hiện ở bảng 2.3 và 2.4.
Bảng 2.3. Độ thu hồi chấp nhận ở các nồng độ khác nhau (theo AOAC)
TT Hàm lượng % Tỷ lệ chất Đơn vị Độ thu hồi %
1 100 1 100% 98-102 2 ≥ 10 10-1 10% 98-102 3 ≥ 1 10-2 1% 97-103 4 ≥ 0,1 10-3 0,1% 95-105 5 0,01 10-4 100ppm 90-107 6 0,001 10-5 10ppm 80-110 7 0,0001 10-6 1ppm 80-110 8 0,00001 10-7 100ppb 80-110 9 0,000001 10-8 10ppb 60-115 10 0,0000001 10-9 1ppb 40-120
Bảng 2.4. Độ thu hồi chấp nhận (theo hội đồng Châu Âu)
TT Hàm lượng chất (µg/kg) Đơn vị Độ thu hồi %
1 ≤ 1 ≤ 1ppb 50-120%
2 > 1 đến <10 1-10ppb 70-110%
3 10 - 103 10ppb - 103ppb 80-110%
2.3.3. Giới hạn phát hiện (LOD)
Độ nhạy của phương pháp phân tích được phản ánh qua giới hạn phát hiện. Giới hạn phát hiện là khối lượng (nồng độ) nhỏ nhất của chất phân tích tạo ra được một tín hiệu có thể phân biệt một cách tin cậy với tín hiệu trắng (hay tín hiệu nền). Có nhiều quan điểm khác nhau về cách xác định giới hạn phát hiện như theo quy định của IUPAC, theo cơ quan quản lý môi trường của Mỹ EPA và phổ biến nhất là cách xác định giới hạn phát hiện (LOD) theo quy tắc 3 . Theo quy tắc này, LOD được quy ước là nồng độ của chất phân tích cho tín hiệu gấp 3 lần độ lệch của đường nền. Hay giới hạn phát hiện là nồng độ mà tại đó giá trị xác định được lớn
hơn độ không đảm bảo đo của phương pháp. Đây là nồng độ thấp nhất của chất
phân tích trong mẫu có thể phát hiện được nhưng chưa thể định lượng được (đối với phương pháp định lượng).
Dựa trên độ lệch chuẩn
Làm trên mẫu trắng (mẫu trắng có thành phần như mẫu thử nhưng không có chất phân tích). Phân tích mẫu 10 lần song song, tính độ lệch chuẩn. Độ lệch chuẩn này phải khác 0. Công thức: 0 3 0 LOD= X + SD Trong đó: 0 X : Trung bình mẫu trắng
xoi: Nồng độ mẫu trắng mỗi lần đo
SD0: Độ lệch chuẩn của mẫu trắng
Dựa vào tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (S/N)
Cách này chỉ áp dụng đối với các quy trình phân tích sử dụng các công cụ có nhiễu đường nền. Thông thường cách tính này áp dụng phổ biến cho các phương pháp sắc ký, điện di. Phân tích mẫu (mẫu thực, mẫu thêm chuẩn hoặc mẫu chuẩn) ở nồng độ thấp, ở đó còn có thể xuất hiện tín hiệu của chất phân tích. Số lần phân tích lặp lại 3- 4 lần. Xác định tỷ lệ tín hiệu chia cho nhiễu (S/N = Signal to noise ratio), trong đó S là chiều cao tín hiệu của chất phân tích, N là nhiễu đường nền. Nhiễu đường nền được tính về hai phía của đường nền và tốt nhất là tính nhiễu lân cận hai bên của pic, bề rộng mỗi bên tối thiểu gấp 10 lần chiều rộng của píc tại nửa chiều cao. LOD được chấp nhận tại nồng độ mà tại đó tín hiệu lớn gấp 2-3 lần nhiễu