5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2.1. Xác định các thông số vật lý
a. Xác định độ ẩm
* Nguyên tắc
Nguyên liệu ẩm có thể xem nhƣ hỗn hợp cơ học gồm chất khô tuyệt đối và nƣớc tự do. Độ ẩm tƣơng đối của nguyên liệu ẩm là tỉ số của khối lƣợng nƣớc trên khối lƣợng chung của nguyên liệu ẩm, tính bằng phần trăm.
Độ ẩm của nguyên liệu phải nằm trong giới hạn cho phép để đảm bảo nguyên liệu không bị mốc hay hƣ hỏng, thông thƣờng độ ẩm an toàn của nguyên liệu đƣợc quy định không quá 13%. Do đó, có thể xác định độ ẩm bằng cách:
- Sấy trong tủ sấy ở áp suất thƣờng.
- Sấy trong tủ sấy có áp suất giảm (có hút chân không). - Sử dụng bình hút ẩm.
Trong đề tài này dùng tủ sấy để sấy, dùng sức nóng làm bay hơi hết hơi nƣớc trong mẫu. Cân trọng lƣợng mẫu trƣớc và sau khi sấy khô, từ đó tính đƣợc phần trăm nƣớc có trong mẫu.
* Tiến hành
Lấy 3 chén sứ rửa sạch và ký hiệu sẵn, sấy trong tủ sấy đến khối lƣợng không đổi. Sấy xong cho vào bình hút ẩm để nguội đến nhiệt độ phòng, rồi đem cân chén sứ, ghi giá trị m1 (gam).
Xác định độ ẩm lá chùm ngây:
+ Lấy vào 3 chén sứ, mỗi chén m (gam) bột lá chùm ngây.
+ Sau đó, sấy trong tủ sấy ở nhiệt độ 100oC. Cứ 3 giờ, lấy cốc ra cho vào bình hút ẩm đến khi cốc nguội đến nhiệt độ phòng thì tiến hành cân. Và cứ tiếp tục thực hiện thao tác trên cho đến khi khối lƣợng giữa hai lần cân liên tiếp có sai số không quá 0.001 gam. Cân cốc chứa mẫu m2 (gam).
* Tính toán
Độ ẩm bột lá chùm ngây đƣợc tính bằng công thức:
Trong đó,
w: Khối lƣợng nƣớc chứa trong nguyên liệu (%) m: Khối lƣợng của nguyên liệu (gam)
m1: Khối lƣợng chén sứ (gam)
m2: Khối lƣợng nguyên liệu và chén sứ sau khi sấy (gam) Độ ẩm chung là độ ẩm trung bình của 3 mẫu.
Phƣơng pháp này cũng dùng để xác định độ ẩm bột hạt chùm ngây.
b. Xác định hàm lượng tro
Tro là khối lƣợng còn lại sau khi nung cháy hoàn toàn một mẫu thử trong điều kiện nhất định.
Để xác định hàm lƣợng hữu cơ tổng và các nguyên tố vô cơ trong cơ thể động thực vật ngƣời ta dùng phƣơng pháp tro hóa mẫu.
* Nguyên tắc:
- Phá hủy hợp chất hữu cơ bằng cách nung ở nhiệt độ (525 25)oC đến khối lƣợng không đổi.
- Dụng cụ: Cốc sứ, bình hút ẩm, cân phân tích, lò nung.
* Tiến hành:
Đem mẫu đi than hóa trên bếp điện và cho vào tủ nung ở 200oC trong khoảng 2 giờ, tiếp tục nâng nhiệt độ lên 500oC tro hóa mẫu trong thời gian 4 giờ, nung xong lấy mẫu ra khỏi lò, làm nguội trong bình hút ẩm, cân và ghi lại khối lƣợng chén nung và tro.
Tiếp tục cho cốc vào lò nung và thực hiện quá trình trên cho đến khi khối lƣợng liên tiếp giữa hai lần cân chênh nhau không quá 0.001 gam thì dừng, ghi giá trị m3 (gam).
Sau khi tro hóa lá chùm ngây hoàn toàn, lúc này tro ở dạng mịn, có màu xám trắng.
* Tính toán:
Hàm lƣợng tro đƣợc tính bằng công thức:
Trong đó:
m: Là khối lƣợng nguyên liệu (gam). m1: Là khối lƣợng của chén sứ (gam).
m3: Là khối lƣợng của chén sứ và lá chùm ngây sau khi tro hóa (gam). Phƣơng pháp này cũng dùng để xác định hàm lƣợng tro của bột hạt chùm ngây.
c. Xác định hàm lượng một số kim loại nặng
Mẫu bột lá và hạt chùm ngây sau khi tro hóa đƣợc vô cơ hóa về dạng muối vô cơ cho dễ tan. Cho toàn bộ mẫu tro hóa hòa tan trong dung dịch HNO3 đặc và định mức đến 100 ml. Lấy dung dịch đã định mức trên đem xác định hàm lƣợng một số kim loại nặng là Pb, Cu, Zn bằng phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) tại Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lƣờng Chất lƣợng II (quatest II), số 2 Ngô Quyền – Đà Nẵng.
Công thức chuyển đổi từ hàm lƣợng mg/l sang hàm lƣợng mg/kg nhƣ sau:
Trong đó: m: khối lƣợng mẫu bột trƣớc khi tro hóa
2.2.2. Phƣơng pháp chiết mẫu thực vật
a. Giới thiệu chung
Chiết là dùng dung môi thích hợp có khả năng hòa tan chất đang cần tách và tinh chế để tách nó ra khỏi môi trƣờng rắn hoặc lỏng khác. Thƣờng ngƣời ta dùng một dung môi thấp và ít tan trong nƣớc (vì các chất hữu cơ cần tinh chế thƣờng ít tan trong nƣớc), chất cần tách s chuyển phần lớn lên dung môi và ta có thể dùng phễu để tách riêng dung dịch thu đƣợc ra khỏi nƣớc.
Bằng cách lặp đi lặp lại việc chiết một số lần, ta có thể tách hoàn toàn chất cần tinh chế vào dung môi đã chọn, sau đó chƣng cất loại bỏ dung môi và cất lấy chất tinh khiết ở nhiệt độ và áp suất thích hợp.
Ngƣời ta cũng thƣờng chiết một chất từ hỗn hợp rắn bằng một dung môi hoặc hỗn hợp dung môi với một dụng cụ chuyên dùng đặc biệt gọi là bình chiết soxhlet. Dung môi đƣợc đun nóng, cho bay hơi liên tục và chảy vào bình chứa hỗn hợp cần chiết tách (thƣờng gói bằng giấy lọc), nó s hòa tan chất rắn cần chiết và nhờ một ống xiphông, dung dịch chảy xuống bình cầu bên dƣới, dung môi nguyên chất lại tiếp tục đƣợc cất lên. Phƣơng pháp này tiết kiệm đƣợc dung môi và hiệu quả tƣơng đối cao.
b. Kỹ thuật chiết soxhlet
* Dụng cụ
Gồm một bình cầu A đặt trong một bếp đun có thể điều chỉnh nhiệt độ. Một bộ phận chứa mẫu bột dƣợc liệu, gồm ba ống: Ống D có đƣờng kính lớn, ở giữa để chứa bột dƣợc liệu; ống B có đƣờng kính trung bình để dẫn dung môi từ bình cầu A bay lên đi vào ống D chứa bột dƣợc liệu; ống E có đƣờng kính nhỏ, là ống thông nhau để dẫn dung môi từ ống D trả lại bình cầu A. Trên cao nhất là ống C ngƣng hơi.
Hình 2.12. Bộ chiết soxhlet
* Cách tiến hành
Bột nguyên liệu khô đựng trong một cái túi bằng giấy lọc đƣợc đặt trực tiếp trong ống D. Lƣu ý, đặt vài viên bi thủy tinh dƣới đáy ống D để tránh làm nghẹt lối ra vào của ống thông nhau E. Rót dung môi đã lựa chọn vào bình cầu bằng cách tháo hệ thống ở nút mài số 2, lƣợng dung môi phải đủ thấm ƣớt bột nguyên liệu rồi mới chảy xuống bình cầu, ngang qua ngõ ống thông nhau E. Lƣu ý, ở những vị trí gắn kết giữa ống D với bình cầu và ống D với ống C cần bôi vaseline để sau khi hoàn tất có thể tháo dụng cụ dễ dàng.
Kiểm tra hệ thống kín, mở cho nƣớc chảy hoàn lƣu trong ống ngƣng hơi. Cắm bếp cách thủy và điều chỉnh nhiệt sao cho dung môi trong bình cầu sôi nhẹ đều. Dung môi tinh khiết khi đƣợc đun nóng s bốc hơi lên cao theo ống B, nhờ hệ thống ngƣng tụ, dung môi đƣợc ngƣng tụ tại ống D chứa nguyên
liệu. Dung môi ngấm vào bột nguyên liệu và chiết những chất hữu cơ nào có thể hòa tan vào dung môi. Theo quá trình đun nóng, lƣợng dung môi rơi vào ống D và đồng thời cũng dâng lên trong ống E. Đến một mức cao nhất trong ống E, dung môi s bị hút vào bình A, lực hút này s rút lƣợng dung môi đang chứa trong ống D.
Bếp vẫn tiếp tục đun và một quy trình mới vận chuyển dung môi theo nhƣ mô tả lúc đầu. Các hợp chất đƣợc rút xuống bình cầu và nằm lại tại đó, chỉ có dung môi tinh khiết là đƣợc bốc hơi bay lên để tiếp tục quá trình chiết.
Sau khi hoàn tất, lấy dung môi chiết ra khỏi bình cầu A, đuổi dung môi và thu đƣợc cao chiết.
* Một số lƣu ý khi dùng kỹ thuật chiết soxhlet:
+ Các hợp chất chiết đƣợc trữ trong bình cầu, đến một lúc nào đó nồng độ của chất đạt đến mức bão hòa thì cần phải thay dung môi mới.
+ Tùy trƣờng hợp, việc chiết có thể kéo dài vài ngày. Muốn nghỉ, cần phải tắt bếp trƣớc, chờ thêm khoảng 30 phút mới tắt ống nƣớc làm lạnh ống sinh hàn.
+ Khi thực hiện sự chiết với dung môi có nhiệt độ sôi thấp, phòng thí nghiệm ở xứ nóng, cần lƣu ý xem ống sinh hàn có đủ sức làm ngƣng tụ hơi hay không, nếu không, s thấy bốc khí ra khỏi hệ thống từ đầu trên cao của ống sinh hàn, trong trƣờng hợp đó cần tìm cách nối dài thêm hệ thống sinh hàn. Lƣu ý đây là hệ thống hở, phần bên trong của hệ thống thông với không khí bên ngoài nhờ ống sinh hàn, vì thế khi nối dài ống sinh hàn không đƣợc làm ống bị bít.
+ Sau khi chiết kiệt với một loại dung môi, muốn tiếp tục chiết với dung môi có tính phân cực cao hơn thì ta phải rút bao chứa nguyên liệu ra khỏi ống, mở miệng bao cho dung môi bay hết, rồi cho bao trở lại ống, rót dung môi
mới vào, bắt đầu qui trình chiết mới.
* Ƣu, nhƣợc điểm của phƣơng pháp chiết soxhlet - Ƣu điểm:
+ Tiết kiệm dung môi, chỉ một lƣợng ít dung môi mà chiết kiệt đƣợc mẫu.
+ Không tốn các thao tác châm dung môi mới và lọc dịch chiết nhƣ các kỹ thuật khác. Chỉ cần cắm điện, mở nƣớc hoàn lƣu là thiết bị s thực hiện sự chiết.
+ Chiết kiệt hợp chất trong bột nguyên liệu vì bột nguyên liệu luôn đƣợc chiết liên tục bằng dung môi tinh khiết.
- Nhƣợc điểm:
+ Kích thƣớc của thiết bị làm giới hạn lƣợng bột nguyên liệu cần chiết. + Trong quá trình chiết, các hợp chất chiết ra từ bột nguyên liệu đƣợc trữ lại trong bình cầu, nên chúng luôn bị đun nóng ở nhiệt độ sôi của dung môi vì thế hợp chất nào kém bền nhiệt dễ bị hƣ hại.
+ Do toàn hệ thống của thiết bị đều bằng thủy tinh và gia công thủ công nên giá thành của một thiết bị khá cao. Thiết bị bằng thủy tinh nên dễ vỡ, trong đó các bộ phận của thiết bị, nhất là các nút mài đƣợc gia công thủ công nên chỉ cần làm bể một bộ phận nào đó thì khó tìm đƣợc một bộ phận khác vừa khớp để thay thế.
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-