5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
2.2.3. Phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
a. Giới thiệu phương pháp
Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử là một kỹ thuật phân tích tƣơng đối mới đã và đang phát triển mạnh m và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ thuật ở các nƣớc phát triển. Đối tƣợng của phƣơng pháp phân tích theo phổ hấp thụ nguyên tử là lƣợng nhỏ các kim loại và một số á kim trong rất nhiều đối tƣợng mẫu: quặng, đất, nƣớc khoáng, các mẫu sinh
học, y học, các sản phẩm nông nghiệp, thực phẩm, nƣớc uống, phân bón, vật liệu. [6],[8]
Với trang thiết bị và kỹ thuật hiện nay, ngƣời ta có thể định lƣợng đƣợc hầu hết các kim loại và một số á kim đến giới hạn nồng độ cỡ ppb (nanogram) với sai số không lớn hơn 15%.
* Nguyên tắc phép đo:
Các nguyên tử ở trạng thái bình thƣờng thì chúng không hấp thụ hay bức xạ năng lƣợng nhƣng khi chúng ở trạng thái tự do dƣới dạng những đám hơi nguyên tử thì chúng hấp thụ và bức xạ năng lƣợng. Mỗi nguyên tử chỉ hấp thụ những bức xạ nhất định tƣơng ứng với những bức xạ mà chúng có thể phát ra gọi là quá trình hấp thụ năng lƣợng 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. Phƣơng pháp phân tích dựa trên cơ sở đo phổ hấp thụ nguyên tử của một số nguyên tố nhƣ thế đƣợc gọi là phƣơng pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử. [6]
* Qui trình phép đo AAS:
Để thực hiện phép đo phổ hấp thụ nguyên tử cần thực hiện các quá trình sau đây :
- Quá trình nguyên tử hóa mẫu
Mục đích của quá trình này là tạo ra đám hơi các nguyên tử tự do từ mẫu phân tích với hiệu suất cao và ổn định. Ta có thể nguyên tử hóa mẫu phân tích bằng ngọn lửa và bằng kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa. Đây là giai đoạn quan trọng nhất và có ảnh hƣởng đến kết quả của phép đo AAS. Để thu kết quả phân tích chính xác, phải nghiên cứu và chọn lọc đƣợc các điều kiện tối ƣu cho quá trình nguyên tử hóa mẫu sao cho phù hợp với từng nguyên tố phân tích trong mỗi loại mẫu cụ thể, đó là:
+ Tốc độ dẫn dung dịch mẫu.
+ Chiều cao của đèn nguyên tử hóa. + Bề dày của môi trƣờng hấp thụ. + Độ nhớt của dung dịch mẫu.
Dung dịch phân tích và dung dịch dùng để lập đƣờng chuẩn phải đƣợc chuẩn bị trong cùng một điều kiện để có cùng loại thành phần hóa học, vật lý, đặc biệt là thành phần nền của mẫu, độ axit, loại axit dùng làm môi trƣờng.
- Nguồn phát bức xạ đơn sắc
Muốn thực hiện đo phổ hấp thụ nguyên tử, cần phải có nguồn phát tia bức xạ đơn sắc của nguyên tố cần phân tích để chiếu qua đám hơi nguyên tử tự do. Nguồn phát tia bức xạ đơn sắc phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
+ Nguồn phát tia bức xạ đơn sắc tạo ra phải là các tia phát xạ có độ nhạy của nguyên tố phân tích. Chùm tia phát xạ phải có cƣờng độ (I0) ổn định, lặp lại trong nhiều lần đo khác nhau trong cùng điều kiện và phải điều chỉnh đƣợc để có cƣờng độ cần thiết cho mỗi phép đo.
+ Nguồn phát bức xạ phải tạo ra đƣợc chùm tia phát xạ thuần khiết, chỉ bao gồm một số vạch của nguyên tố phân tích. Phổ nền của nó phải không đáng kể.
+ Nguồn phát tia bức xạ phải tạo ra đƣợc chùm sáng có cƣờng độ cao, nhƣng phải bền theo thời gian và không bị các yếu tố vật lý khác gây nhiễu, không bị ảnh hƣởng bởi các dao động của điều kiện làm việc. Ngoài ra không quá đắc và không quá phức tạp khi sử dụng.
Quá trình ghi đo gồm hệ thống phân ly ánh sáng sau khi bị hấp thụ, detector, bộ khuếch đại và ghi đo.
Nhờ một hệ thống máy quang phổ, ngƣời ta thu, phân ly và chọn vạch hấp thụ nguyên tử một nguyên tố cần nghiên cứu để đo cƣờng độ của nó.
Cƣờng độ đó chính là tín hiệu hấp thụ của vạch phổ. Trong một giới hạn nhất định của nồng độ, giá trị cƣờng độ này là phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ C của nguyên tố trong mẫu phân tích. Cƣờng độ của các vạch hấp thụ sau khi đƣợc detector ghi nhận và khuếch đại s đƣợc đƣa sang hệ thống chỉ thị, ở đây nó đƣợc khuếch đại tiếp và đƣợc xử lý để có đƣợc cƣờng độ thực của vạch phổ hấp thụ.
b. Trang bị của máy quang phổ hấp thụ nguyên tử
Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử gồm các bộ phận chính sau:
- Nguồn phát tia bức xạ cộng hƣởng của nguyên tố cần phân tích: Là nguồn tạo ra chùm bức xạ đơn sắc của nguyên tố cần phân tích, nguồn này s chiếu vào đám hơi nguyên tử tự do và nó phải thỏa mãn các yêu cầu trên, thƣờng là đèn cathod rỗng (HCL) hoặc đèn phóng điện không cực (EDL).
- Hệ thống nguyên tử hóa mẫu phân tích: Bộ phận nguyên tử hóa mẫu chuyển mẫu từ trạng thái ban đầu thành dạng hơi của các nguyên tử tự do dƣới tác dụng của nhiệt độ. Đám hơi nguyên tử tự do này chính là môi trƣờng hấp thụ bức xạ và sinh ra phổ hấp thụ nguyên tử. Có hai loại kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu:
+ Kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa, sử dụng khí C2H2 và không khí nén hoặc N2O2, gọi là F-AAS.
+ Kỹ thuật nguyên tử hóa ngọn lửa, sử dụng lò đốt điện, gọi là ETA- AAS.
- Hệ quang và detector: Là hệ thống trang thiết bị để thu, phân ly, chọn lọc một số vạch thích hợp của nguyên tố cần phân tích và ghi lại nó.
- Bộ phận xử lý kết quả: Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử cho phép điều khiển hai chế độ. Một là điều khiển bằng cách sử dụng bàn phím gắn trên máy tính. Hai là điều khiển thông số qua phần mềm đƣợc cài đặt trong máy tính kết nối với máy AAS.
Hình 2.13. Sơ đồ máy quang phổ hấp thụ nguyên tử
c. Ưu, nhược điểm của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử
* Ƣu điểm
Phép đo phổ hấp thụ phân tử có độ nhạy và độ chính xác cao. Trên nguyên tố hóa học có thể xác định đƣợc bằng phƣơng pháp này với độ chính xác 10-4 – 10-5%. Có thể đạt tới 10-7% với kỹ thuật không ngọn lửa.
Điều kiện thực hiện tƣơng đối dễ, có thể dùng cho tất cả các phòng thí nghiệm nhỏ và vừa. Có thể xác định liên tiếp nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu. Kết quả phân tích ổn định, sai số nhỏ.
* Nhƣợc điểm
Chỉ cho biết thành phần nguyên tố của chất phân tích có trong mẫu phân tích, mà không chỉ ra đƣợc trạng thái liên kết, cấu trúc nguyên tố.