6. Bố cục luận văn
1.4.PHƯƠNG PHÁP ĐO QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ AAS
1.4.1. Giới thiệu phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS
Các nguyên tử ở trạng thái bình thường không hấp thụ hay bức xạ năng lượng nhưng khi ở trạng thái tự do dưới dạng những đám hơi nguyên tử thì chúng hấp thụ và bức xạ năng lượng. Mỗi nguyên tử chỉ hấp thu những bức xạ nhất định tương ứng với những bức xạ mà chúng có thể phát ra trong quá trình phát xạ của chúng. Khi nguyên tử nhận năng lượng chúng chuyển lên mức năng lượng cao hơn gọi là trạng thái kích thích.
Quá trình đó gọi là quá trình hấp thụ năng lượng của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi và tạo ra phổ của nguyên tử đó. Phổ sinh ra trong quá trình này gọi là phổ hấp thụ nguyên tử [10].
Phương pháp phân tích dựa trên cơ sở đo phổ hấp thụ nguyên tử của một nguyên tố được gọi là phép đo phổ hấp thụ nguyên tử.
1.4.2. Nguyên tắc và trang bị của phép đo AAS
a. Nguyên tắc của phép đo
Để thực hiện phép đo phổ hấp thụ nguyên tử cần thực hiện các quá trình sau đây:
-Chọn các điều kiện và một loại trang bị phù hợp để chuyển mẫu phân
tích từ trạng thái ban đầu (rắn hay dung dịch) thành trạng thái hơi của các nguyên tử tự do. Đây là quá trình nguyên tử hóa mẫu. Nhờ đó, chúng ta có được đám hơi của các nguyên tử tự do của mẫu phân tích. Đám hơi này chính là môi trường hấp thụ bức xạ và sinh ra phổ hấp thụ nguyên tử [14].
-Chiếu chùm tia sáng phát xạ của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi
nguyên tố cần xác định trong đám hơi nguyên tử vừa điều chế trên. Các nguyên tử của nguyên tố cần xác định trong đám hơi sẽ hấp thụ những tia bức xạ nhất định và tạo ra phổ hấp thụ của nó. Ở đây, phần cường độ của chùm tia sáng đã bị một loại nguyên tử hấp thụ là phụ thuộc vào nồng độ của nó trong môi trường hấp thụ.
-Tiếp đó, nhờ một hệ thống máy quang phổ người ta thu, phân ly và
chọn vạch phổ hấp thụ của nguyên tố cần hấp thụ để đo cường độ của nó. Cường độ đó chính là tín hiệu hấp thụ của vạch phổ hấp thụ.
b. Hệ thống máy đo phổ hấp thụ nguyên tử
-Nguồn bức xạ cộng hưởng của nguyên tố cần phân tích để chiếu vào
catot rỗng (HCl), các đèn phóng điện không điện cực (EDL), hay nguồn bức xạ liện tục đã được biến điện [14].
-Hệ thống nguyên tử hóa mẫu: hệ thống này được chế tạo theo hai loại
kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu. Đó là kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa (F - AAS) và kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa (ETA - AAS).
+ Kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa (F - AAS): bộ phận dẫn mẫu vào buồng aerosol hóa và thực hiện quá trình aerosol hóa mẫu; đèn để nguyên tử hóa mẫu
+ Kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa (ETA - AAS): lò nung furnace và cuvet graphit.
-Máy quang phổ: bộ đơn sắc.
-Hệ thống chỉ thị tín hiệu hấp thụ của vạch phổ (tức là cường độ của
vạch phổ hấp thụ).
Hình 1.12. Sơ đồ thiết bị đo quang phổ hấp thụ nguyên tử
Đầu dò (PMT) Hệ thống xử lý tín hiệu Bộ đơn sắc Hệ thống quang học Nguồn sáng đơn sắc Hệ thống nguyên tử hóa
1.5. PHƯƠNG PHÁP ĐO QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-Vis 1.5.1. Giới thiệu phương pháp 1.5.1. Giới thiệu phương pháp
Phương pháp đo quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis (Utraviolet – Visible) là phương pháp phân tích dựa trên sự so sánh độ hấp thụ bức xạ đơn sắc (mật độ quang) của dung dịch nghiên cứu với độ hấp thụ bức xạ đơn sắc (mật độ quang) của dung dịch tiêu chuẩn có nồng độ xác định [10]. Chủ yếu để xác định lượng nhỏ các chất, tốn ít thời gian so với phương pháp khác. Phương pháp này còn có thể áp dụng để phân tích định tính vì mỗi dung dịch
màu chỉ hấp thụ những tia sáng có bước sóng nhất định (λmax).
1.5.2. Nguyên tắc và trang thiết bị của phép đo
a. Nguyên tắc
- Hòa tan chất phân tích trong dung môi thích hợp nếu chất đó có phổ hấp thụ nhạy trong vùng tử ngoại khả kiến; hoặc cho chất đó, thường là kim loại, tác dụng với một thuốc thử trong dung môi thích hợp để tạo ra một hợp chất có phổ hấp thụ UV-Vis nhạy. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Chiếu vào dung dịch mẫu chứa hợp chất cần phân tích một chùm sáng có bước sóng phù hợp để cho chất phân tích hay sản phẩm của nó hấp thụ bức xạ để tạo ra phổ hấp thụ UV-Vis của nó. Vì thế chất phân tích cùng dung môi cần được chứa trong ống đong (cuvet) có chiều dày xác định.
- Thu, phân ly phổ đó và chọn sóng cần đo rồi ghi lại giá trị mật độ quang của phổ nghĩa là đo cường độ chùm sáng sau khi đi qua dung dịch mẫu [14].
b. Hệ thống máy đo
- Nguồn sáng: nguồn sáng phổ biến nhất để tạo ra bức xạ khả kiến và cận hồng ngoại là đèn dây tóc vonfram W từ 380 nm đến 2500 nm. Hoặc đèn
hydro năng deuterium D2.
- Detector: là bộ phận thu nhận chùm sáng và chuyển chúng thành tín hiệu điện để đo lượng cường độ của chùm sáng đó. Trong các máy đơn giản người ta dùng tế bào quang điện còn trong các máy hiện đại có độ nhạy cao thì người ta dùng các ống nhân quang điện.
Hình 1.13. Sơ đồ máy quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis
Trong đó: (1) – Nguồn phát bức xạ (4) – Dung dịch chất nghiên cứu
(2) – Bộ tạo đơn sắc (5) – Dung môi
(3) – Bộ chia chùm sáng (6) – Detector
(7) – Bộ tự ghi
Nhờ sử dụng máy vi tính, bộ tự ghi còn thể ghi ra những số liệu cần thiết như giá trị bước sóng (λ), độ hấp phụ (A) và ta cũng có thể xác định hệ số hấp thụ mol (ε) nhờ vào định luật Lamber – Beer:
A = lgIo/I = ε.l.C
Trong đó : A là độ hấp thụ (còn gọi là mật độ quang và kí hiệu là D) C là nồng độ chất tan(mol/L)
l là bề dày của cuvet chứa mẫu (cm)
là hệ số hấp thụ mol (Lmol-1cm-1)
1.6. PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ KHÍ GHÉP KHỐI PHỔ GC-MS
1.6.1. Phương pháp sắc ký khí GC (Gas Chromatoghraphy)
a. Sơ lược về sắc ký khí
Sắc ký khí là kĩ thuật sắc ký phổ biến, có độ nhạy cao và được áp dụng
(1) (2) (7) (4) (3) (5) (6)
đầu tiên vào những năm 40 để kiểm tra các phân đoạn tinh chế của dầu hỏa. Sắc ký khí là phương pháp phân tích dựa trên sự phân chia dùng để tách chất bay hơi hoặc có thể bay hơi khi gia nhiệt nhưng không làm phá hủy mẫu. Các chất được tách ra khỏi hỗn hợp bởi tương tác khác nhau giữa chúng với pha tĩnh. Dòng khí không đóng vai trò của một pha động thực sự trong hệ thống sắc ký, nó chỉ làm nhiệm vụ lôi cuốn các chất trong pha hơi chạy dọc theo pha tĩnh để chúng có thể tương tác với pha tĩnh. Vì vậy, dòng khí trong cột sắc ký chỉ được gọi là khí mang. Đóng vai trò đẩy các chất ra khỏi pha tĩnh trong sắc ký khí chính là nhiệt độ. Các chất có nhiệt độ sôi khác nhau sẽ bị lôi cuốn hay bị giữ lại bởi dòng khí mang khác nhau, từ đó các chất tách ra khỏi nhau. Các cấu tử sau khi ra khỏi cột sẽ được phát hiện bằng một bộ phận phát hiện và ghi thành pick [13].
Tùy thuộc vào bản chất pha tĩnh mà chia thành hai loại sắc ký khí:
Sắc ký khí rắn (gas solid chromatography): Chất phân tích được hấp phụ trực tiếp trên pha tĩnh là các tiểu phân rắn.
Sắc ký khí lỏng (gas liquid chromatography): Pha tĩnh là một chất lỏng không bay hơi.
b. Cấu tạo của sắc ký khí
-Hệ thống cung cấp khí mang
Khí mang phải trơ về mặt hóa học như He, Ar, N2, CO2, H2 và lựa chọn
khí mang quyết định bởi detector sử dụng. Hệ thống cung cấp khí mang bao gồm bộ điều chỉnh áp suất, thiết bị đo áp suất, thiết bị đo tốc độ dòng. Hệ thống khí mang còn bao gồm hệ thống lọc phân tử để tách nước và chất nhiễm bẩn khác. Độ tinh khiết của khí phải đạt 99, 95%. Có thể sử dụng bình chứa (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
khí hoặc các thiết bị sinh khí (thiết bị tách khí N2 từ không khí, thiết bị cunh
cấp H2 từ nước cất,...).
-Hệ thống tiêm mẫu
Cách thông dụng nhất để đưa mẫu vào cột là sử dụng một bơm tiêm mẫu vi lượng để tiêm một mẫu lỏng hoặc khí qua một đệm cao su silicon chịu nhiệt vào buồng hóa hơi. Lượng mẫu bơm vào thay đổi từ 0,1-10µl đối với cột mao quản, với cột nhồi lượng mẫu bơm có thể lớn hơn.
Có hai cách đưa mẫu vào cột: tiêm mẫu thủ công hoặc tiêm mẫu tự động. -Lò cột và cột phân tích
Lò cột làm nhiệm vụ điều nhiệt cho cột sắc ký. Có hai loại cột: cột nhồi và cột mao quản.
+ Cột nhồi (packed column): cột thường được làm bằng thép không rỉ, niken, thủy tinh với đường kính 3-6mm và chiều dài từ 1-5m chứa các hạt chất mang rắn được phủ pha tĩnh lỏng hoặc bản thân hạt rắn là pha tĩnh được nhồi vào cột. Cột nhồi thường có hiệu quả tách thấp, tuy nhiên có hệ số lưu giữ cao, dung lượng mẫu lớn.
+ Cột mao quản (capillary): được chế tạo từ oxit thủy tinh tinh khiết nấu
chảy, có mức độ liên kết cao nên bền và chịu được nhiệt độ cao đến 350oC,
cột có đường kính trong 0,1-0,5mm và chiều dài 30-100m, pha tĩnh là một lớp phim lỏng mỏng khoảng 0,1-5 µm phủ thành trong cột hoặc các chất mang
rắn phủ một lớp pha tĩnh mỏng được gắn trên bề mặt bên trong của cột, hoặc một pha tĩnh xốp của chất hấp phụ hay rây phân tử.
-Đầu dò
Đầu dò dùng phát hiện tín hiệu để định vị và định lượng các chất cần phân tích. Có nhiều loại đầu dò khác nhau tùy vào mục đích phân tích như đầu dò ion hóa ngọn lửa (FID-Flame Ioniation Detetor), đầu dò dẫn nhiệt (TCD-Thermal Conductivity Detector), đầu dò cộng kết điện tử (ECD- Electron Capture Detector), đầu dò quang hóa ngọn lửa (FPD-Flame Photometric Detector), đầu dò NPD (NPD-Nitrogen Phospho Detector), đầu dò khối phổ (MS-Mass Spectrometry).
-Bộ phận ghi nhận tín hiệu
Bộ phận này ghi tín hiệu do đầu dò phát hiện.
Đối với các hệ thống HPLC hiện đại, phần này được phần mềm trong hệ thống ghi nhận, lưu các thông số, sắc ký đồ, các thông số liên quan đến peak như tính đối xứng, hệ số phân giải,… đồng thời tính toán, xử lý các thông số liên quan đến kết quả phân tích.
1.6.2. Phương pháp khối phổ MS (Mass Spectrometry)
Phương pháp khối phổ là phương pháp nghiên cứu các chất bằng cách đo, phân tích chính xác khối lượng phân tử của chất đó dựa trên sự chuyển động của các hạt mang điện hay ion trong một điện trường hoặc một từ trường nhất định.
Máy khối phổ là thiết bị dùng cho phương pháp khối phổ, cho ra phổ khối lượng của một mẫu để tìm ra thành phần của nó.
Theo tính năng của bộ ghi, người ta chia máy khối phổ thành hai loại: - Máy khối phổ ký ghi bằng hình ảnh: Tín hiệu phổ được ghi bằng kính ảnh ở dạng vạch có độ đen khác nhau.
- Máy khối phổ kế: Các tín hiệu của chùm ion được ghi dưới dạng xung điện bằng các dao động ký điện tử nhiều kênh, hoặc đưa vào mấy tính điện tử, tín hiệu sẽ được đưa ra dưới dạng bản đồ hoặc đồ thị thích hợp. Ngày nay trong phương pháp khối phổ người ta dùng các khối phổ kế.
Nguyên lý hoạt động của máy khối phổ
Mẫu chất cần được phân tích sẽ được chuyển thành trạng thái hơi, sau đó mới bắt đầu quá trình đo khối phổ. Để đo được đặc tính các phân tử cụ thể, máy khối phổ sẽ chuyển chúng thành các phân tử ion, kiểm soát chuyển động của chúng bởi các điện từ trường bên ngoài. Ion sau khi được tạo thành sẽ được phân tách bằng cách gia tốc và tập trung chúng thành một dòng tia mà sau đó sẽ bị uốn cong bởi một từ trường ngoài. Các ion sau đó được thu nhận bằng đầu dò điện tử và thông tin tạo ra sẽ được phân tích và lưu trữ trong một máy vi tính.
1.6.3. Khối phổ kết hợp với sắc ký khí
Phương pháp sắc ký khí ghép khối phổ (viết tắt là GC-MS) dựa trên cơ sở nối ghép máy sắc ký khí (gas chromatography) và khối phổ (mass spectometry). GC-MS là một phương pháp có độ nhạy cao được sử dụng trong các nghiên cứu về thành phần các chất trong không khí.
Nguyên lý hoạt động của máy sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS)
Dung môi chứa hỗn hợp các chất sẽ được tiêm vào hệ thống tại cửa tiêm mẫu. Mẫu sau đó được dẫn qua hệ thống bởi khí trơ, thường là Helium, nhiệt
độ ở cửa tiêm mẫu sẽ được nâng lên 3000oC để mẫu trở thành dạng khí. Phần
vỏ ngoài (oven) của hệ thống GC chính là một lò nung đặc biệt. Nhiệt độ của
lò này dao động từ 40-320oC. Bên trong hệ thống GC là một cuộn ống nhỏ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
hình trụ có chiều dài 30m với mặt trong được tráng bằng một loại polimer đặc biệt. Các chất trong hỗn hợp được phân tách bằng cách chạy dọc theo cột này.
Sau khi đi qua cột sắc ký khí, các hóa chất tiếp tục đi vào pha khối phổ, ở đây chúng bị ion hóa, sau đó tới bộ phận lọc (detector). Dựa trên khối lượng, bộ lọc lựa chọn chỉ cho phép hạt có khối lượng nằm trong một giới hạn nhất định đi qua. Thiết bị cảm ứng có nhiệm vị đếm số lượng các hạt có cùng khối lượng. Thông tin này sau đó được chuyển đến máy tính và xuất ra kết quả gọi là khối phổ. Phổ khối là một phổ đồ phản ánh các ion với khối lượng khác nhau đi qua bộ phận lọc. Máy tính là bộ phận chịu trách nhiệm tính toán các tín hiệu do bộ cảm biến cung cấp và đưa ra kết quả khối phổ.
Ta so sánh kết quả khối phổ thu được trong thí nghiệm với thư viện khối phổ của các chất đã được xác định trước. Nếu tìm được chất tương ứng trong thư viện thì ta có thể định danh được chất đó. Nếu phép so sánh không tìm đ\ực kết quả tương ứng, ta thu được một dữ liệu mới và đóng góp vào thư viện cấu trúc sau khi tiến hành thêm các biện pháp để xác định được chính xác loại hợp chất mới này.
CHƯƠNG 2
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 2.1.1. Nguyên liệu chính 2.1.1. Nguyên liệu chính
Hạt điều nhuộm khô được thu mua ngẫu nhiên ở chợ Cồn, Hải Châu, Đà Nẵng. Sau đó loại bụi bẩn, rửa sạch, phơi khô, đựng trong lọ kín.
Hình 2.1. Hạt điều nhuộm khô
2.1.2. Hoá chất
Hóa chất vô cơ: dung dịch HNO3, dung dịch H2SO4.
Hóa chất hữu cơ: n-hexane, dichloromethane, ethyl acetate, methanol.
2.1.3. Thiết bị - Dụng cụ
- Tủ sấy, tủ nung, bếp cách thủy, bình hút ẩm, cân phân tích, ống nghiệm, bình tam giác, cốc thuỷ tinh, cốc sứ, bình định mức, phễu lọc, pipet…
- Bộ chiết soxhlet, máy đo quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis (phòng thí nghiệm khoa Hoá, trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng), máy đo quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS 100 Perkin Elmer, máy đo sắc ký khí ghép khối phổ GC-MS (Trung tâm kỹ thuật đo lường chất lượng 2, số 2, Ngô Quyền, Đà Nẵng).
2.2. XÁC ĐỊNH MỘT SỐ CHỈ TIÊU HÓA LÝ2.2.1. Xác định độ ẩm của hạt điều nhuộm 2.2.1. Xác định độ ẩm của hạt điều nhuộm
Lấy 5 cốc sứ nhỏ có kí hiệu sẵn cho vào sấy ở nhiệt độ 90oC đến khối
lượng không đổi và đem đi cân xác định khối lượng của mỗi cốc là mo (g).
Lấy một lượng xác định hạt điều nhuộm và đem đi cân trên cân phân tích
được m1 (g).
Cho hạt điều nhuộm vào các cốc sứ đã được chuẩn bị rồi đem đi sấy,