Để quá trình phân tích đạt kết quả tốt, việc nghiên cứu chọn các thông số đo phù hợp với phép phân tích định lượng một nguyên tố hoá học là một công việc hết sức cần thiết và quan trọng trong kỹ thuật AAS.
Qua khảo sát sơ bộ chúng tôi chọn những điều kiện sau để tiến hành tối ưu các thông số máy:
- Dung dịch As(III): 50ppb trong HNO3 0,1% , nền Pd(NO3)2 100ppm. - Thể tích mẫu hút mỗi lần: 20l
- Chế độ đo: độ hấp thụ quang (Abs).
3.1.1. Chọn bƣớc sóng đo
Nguyên tử của mỗi nguyên tố chỉ có thể hấp thụ được những vạch phổ có năng lượng đặc trưng mà nó phát ra trong quá trình phát xạ. Phổ hấp thụ của nguyên tố là phổ vạch. Với mỗi nguyên tố có một đến vài vạch phổ phát xạ đặc trưng. Vì vậy, việc chọn vạch đo không chỉ có ý nghĩa để tìm được vạch phổ có độ hấp thụ cao nhất mà còn phải phù hợp với mục đích nghiên cứu và tránh được sự chen lấn phổ của các nguyên tố khác có bước sóng trùng với bước sóng của nguyên tố cần phân tích. Kết quả của các nhà nghiên cứu cho thấy asen có hai vạch phổ đặc trưng là 193,7nm và 228,nm [25], tại bước sóng 228,8nm độ hấp thụ quang của asen lại bị ảnh hưởng bởi vạch phổ của nguyên tố cadmi, độ hấp thụ quang đạt cực đại ở bước sóng 193,7nm. Do đó, chúng tôi chọn đo asen ở vạch phổ 193,7nm theo hướng dẫn sử dụng.
3.1.2. Khảo sát chọn cƣờng độ đèn catốt rỗng
Độ hấp thụ quang của nguyên tố phân tích phụ thuộc vào cường độ chùm tia đo đèn HCL phát ra. Ta có thể thay đổi cường độ chùm tia phát xạ thông qua việc thay đổi cường độ dòng điện của đèn. Khi cường độ dòng đèn
HCL thấp, phép phân tích sẽ có độ nhạy cao nhưng độ ổn định kém. Ngược lại, khi cường độ dòng đèn cao thì độ nhạy giảm, độ ổn định cao. Mỗi đèn HCL đều có dòng điện giới hạn cực đại (Imax) riêng được ghi trên vỏ đèn. Lý thuyết và thực nghiệm cho thấy, sử dụng đèn với cường độ từ 60- 85% cường độ cực đại là tốt nhất [18]. Do đó, ta phải chọn một giá trị cường độ dòng đèn tối ưu và duy trì trong suốt quá trình thực nghiệm. Với đèn HCL của As có Imax = 10mA, chúng tôi khảo sát cường độ dòng đèn có giá trị từ 60 - 100% giá trị của Imax với dung dịch As 50ppb trong HNO3 0,1%, Pd(NO3)2 100ppm. Kết quả khảo sát cường độ dòng đèn catốt rỗng được đưa ra trong bảng 2:
Bảng 2: Khảo sát chọn cường độ dòng đèn catốt rỗng
I(mA) 6 7 8 9 10
Abs 0,2741 0,3122 0,2497 0,2377 0,2500
RSD(%) 3,432 0,480 0,793 0,807 5,643
Từ kết quả chỉ ra trong bảng 2 ta thấy, tại cường độ dòng đèn là 7mA (70%Imax) với As phép đo có độ nhạy cao nhất và cũng rất ổn định. Do đó, chúng tôi chọn dòng đèn catốt rỗng cho As là I = 7mA trong phép đo.
3.1.3. Khảo sát chọn độ rộng khe đo
Chùm tia phát xạ của nguyên tố phân tích được phát ra từ đèn catốt rỗng sau khi đi qua môi trường hấp thụ sẽ được hướng vào khe đo của hệ thống đơn sắc. Trong hệ thống này, chùm tia sáng được chuẩn trực và phân ly, sau đó chỉ một vạch phổ cần đo hướng vào khe đo của bộ đơn sắc. Vạch phổ này tác dụng lên nhân quang điện sinh ra tín hiệu của cường độ vạch phổ hấp thụ. Vì vậy, khe đo phải được chọn phù hợp cho trong vạch phổ sao cho tín hiệu đủ nhạy, đạt độ ổn định cao và loại bỏ được sự chen lấn vạch phổ của các nguyên tố khác ở hai bên vạch phổ nghiên cứu.
Đối với máy hấp thụ nguyên tử AA6300 (hãng SHIMADZU – Nhật bản) có thể lựa chọn được 4 kích thước khe đo là 0,2; 0,5; 0,8 và 1,2nm.
Kết quả khảo sát độ rộng khe đo với dung dịch As 50ppb trong HNO3
0,1%,Pd(NO3)2 100ppm được đưa ra trong bảng 3:
Bảng 3: Khảo sát chọn độ rộng khe đo (slit width)
Độ rộng (nm) 0,2 0,5 0,8 1,2
Abs 0,2689 0,3229 0,3115 0,2986
RSD(%) 0,503 0,432 1,479 1,974
Qua kết quả khảo sát trong bảng 3 ta thấy, độ rộng khe đo là 0,5nm thì độ hấp thụ của vạch phổ asen là lớn nhất và có độ ổn định khá cao. Vì vậy, chúng tôi chọn độ rộng khe đo là 0,5nm.
3.1.4. Khảo sát ảnh hƣởng của chất cải biến hoá học
Mặc dù, kỹ thuật nguyên tử hoá không ngọn lửa có độ nhạy, độ chính xác cao nhưng ảnh hưởng của nền mẫu đến cường độ hấp thụ của asen là rất lớn, nhất là trong nền phức tạp. Nếu trong mẫu có chứa các hợp chất bền nhiệt, khó bay hơi, khó nguyên tử hoá thì nó sẽ gây khó khăn cản trở cho quá trình hoá hơi và nguyên tử hoá nguyên tố cần phân tích dẫn đến làm giảm độ ổn định và cường độ vạch phổ. Vì vậy, để có được kết quả có độ chính xác cao ta phải tìm cách giảm hoặc loại trừ sự ảnh hưởng của nền mẫu. Để làm việc đó, người ta có thể tăng nhiệt độ nguyên tử hoá và tro hoá bằng cách thêm vào mẫu các chất cải biến hoá học. Việc tăng nhiệt độ nguyên tử hoá cũng chỉ có một giới hạn nhất định, do đó việc thêm vào các chất cải biến hoá học thành phần mẫu được ứng dụng rộng rãi cho nhiều đối tượng mẫu khác nhau.
- Nhóm các chất khi thêm vào sẽ tạo với cấu tử nền những dạng hợp chất dễ bay hơi, cho phép loại những thành phần ảnh hưởng của nền mẫu ra khỏi mẫu trước khi giai đoạn nguyên tử hoá của nguyên tố phân tích. Nhóm này gồm có các chất như: NH4NO3, NH4Ac… Nhóm chất này thường chỉ sử dụng khi nền mẫu chất cần phân tích phức tạp, nồng độ các chất nền lớn.
- Nhóm các chất có khả năng kết hợp với nguyên tố cần phân tích thành các hợp chất khó bay hơi hơn, do đó các quá trình tro hoá và nguyên tử hoá có thể tiến hành ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ hoá hơi của nền mẫu. Các chất điển hình thuộc nhóm này là: Pd(NO3)2, Mg(NO3)2, Ni(NO3)2… [15,35,25,21]. Nhóm các chất này thường sử dụng khi thành phần nền phân tích không quá phức tạp, nồng độ chất nền không quá lớn.
Ta cũng có thể dùng hỗn hợp các chất cải biến trên để thu được kết quả tốt hơn. Đối với việc xác định asen, Jérôme Michel, Véronique Deluchat, Rang Al Shukry, Christophe Dagot, Jean Chau de Bollinger [50,42] sử dụng Pd(NO3)2, Mg(NO3)2, Ni(NO3)2 và hỗn hợp giữa các chất với nhau, tuy vậy với điều kiện của phòng phân tích, chúng tôi chọn Pd(NO3)2, Mg(NO3)2, Ni(NO3)2 để khảo sát và chọn ra chất cải biến hoá học phù hợp.
Với mỗi loại chất cải biến hoá học chúng tôi khảo sát các nhiệt độ tro hoá và nguyên tử hoá.
1. Nhiệt độ sấy khô mẫu
- Sấy khô mẫu: đây là giai đoạn đầu tiên của quá trình nguyên tử hoá mẫu. Nó rất cần thiết để đảm bảo cho dung môi hoà tan mẫu bay hơi nhẹ nhàng và an toàn, không làm mất mẫu. Vì vậy, nếu không sấy mẫu tốt, mẫu sẽ bị bắn ở các giai đoạn sau của quá trình nguyên tử hoá dẫn tới làm sai lệch kết quả phân tích. Để thực hiện quá trình sấy tốt, đối với một loại mẫu cần phải tiến hành nghiên cứu, phát hiện, chọn nhiệt độ và thời gian sấy phù hợp. Thực nghiệm cho thấy, không nên sấy mẫu ở nhiệt độ cao và sấy khô nhanh. Đối
với đa số các mẫu vô cơ trong dung môi nước, nhiệt độ sấy khô phù hợp thường nằm trong khoảng 100-250o
C với thời gian từ 20-40s. Việc tăng nhiệt độ sấy cần được thực hiện từ từ với tốc độ tăng nhiệt độ từ 5-80
C/s là phù hợp. Qua khảo sát, chúng tôi chọn sấy mẫu ở nhiệt độ 1150C qua 3 bước:
+ Bước 1: tăng từ từ nhiệt độ thường của cuvet (30-400
C) lên 900C (tốc độ gia nhiệt 30
C/s). Giữ ở nhiệt độ này 20s.
+ Bước 2: tăng từ 900
C-1050C (tốc độ gia nhiệt 20C/s). Giữ trong 20s.
+ Bước 3: tăng từ 1050
C- 1150C (tốc độ gia nhiệt).
2. Khảo sát nhiệt độ tro hóa mẫu
- Tro hoá luyện mẫu: mục đích của giai đoạn này là để tro hoá (đốt cháy) các hợp chất hữu cơ và mùn có trong mẫu khi đã sấy khô, đồng thời nung luyện mẫu ở một nhiệt độ thuận lợi, tăng hiệu suất và ổn định cho giai đoạn nguyên tử hoá. Nếu nhiệt độ tro hoá quá cao, chất phân tích có thể bị phân huỷ mất trong giai đoạn này. Mỗi nguyên tố đều có một nhiệt độ tro hoá giới hạn, nếu tro hoá mẫu ở nhiệt độ tro hoá cao hơn thì cường độ vạch phổ bị giảm và không ổn định. Tuy nhiên, cũng không nên tro hoá ở nhiệt độ thấp quá so với nhiệt độ giới hạn, vì như thế có thể vẫn còn các chất khác (như sản phẩm hữu cơ) chưa bị phân huỷ hết, quá trình tro hoá chưa hoàn toàn, sẽ không tốt cho giai đoạn nguyên tử hoá. Thực nghiệm chỉ ra rằng, chỉ nên tro hoá mẫu ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ giới hạn từ 30- 500c hoặc cao nhất là đúng bằng nhiệt độ giới hạn.
Kết quả khảo sát nhiệt độ tro hoá với mẫu As 50ppb trong HNO3 0,1% với Ni(NO3)2 ở các nồng độ khác nhau được đưa ra trong bảng 4:
Bảng 4:Ảnh hưởng nhiệt độ tro hoá mẫu với chất cải biến hoá học Ni(NO3)2 đến độ hấp thụ quang Nhiệt độ (0C) 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 100pppm Abs 0,2537 0,2853 0,2895 0,2911 0,2877 0,2781 0,2349 200ppm 0,2787 0,2867 0,3020 0,2921 0,2712 0,2612 0,2319 500ppm 0,2293 0,2289 0,2772 0,2709 0,2266 0,2100 0,1902 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 t0 C Ab s Ni 100ppm Ni 200ppm Ni 500ppm
Hình 6: Nhiệt độ tro hoá mẫu với chất cải biến hoá học là Ni(NO3)2
Kết quả khảo sát nhiệt độ tro hoá với mẫu As(III) 50ppb trong HNO3
0,1% với Mg(NO3)2 ở các nồng độ khác nhau được đưa ra trong bảng 5:
Bảng 5: Khảo sát chọn nhiệt độ tro hoá mẫu với chất cải biến là
Mg(NO3)2 Nhiệt độ (0C) 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 100pppm Abs 0,1959 0,2140 0,2497 0,2561 0,2566 0,2507 0,2513 200ppm 0,2243 0,2371 0,2471 0,2626 0,2644 0,2643 0,2602 500ppm 0,2156 0,2169 0,2231 0,2310 0,2530 0,2521 0,2530
900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 t0 C Abs Mg 100ppm Mg 200ppm Mg 500ppm
Hình 7: Nhiệt độ tro hoá mẫu với chất cải biến hoá học là Mg(NO3)2
Kết quả khảo sát nhiệt độ tro hoá với mẫu As 50ppb trong HNO3 0,1% với Pd(NO3)2 ở các nồng độ khác nhau được đưa ra trong bảng 6:
Bảng 6: Khảo sát chọn nhiệt độ tro hoá mẫu với chất cải biến là
Pd(NO3)2 Nhiệt độ (0C) 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 100ppm Abs 0,2745 0,2912 0,3012 0,3210 0,2914 0,2423 0,2745 200ppm 0,2655 0,2814 0,2911 0,3014 0,2812 0,2514 0,2655 500ppm 0,2634 0,2982 0,2939 0,2997 0,2751 0,2423 0,2634 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24 0.26 0.28 0.30 0.32 t0 C Ab s Pd 100ppm Pd 200ppm Pd 500ppm
Kết quả chỉ ra trên các hình cho thấy: với chất cải biến nền là Pd(NO3)2
thì độ hấp thụ quang là cao nhất trong 3 loại cải biến nên mà chúng tôi đã khảo sát. Điều đó chứng tỏ rằng với chất cải biến nền là Pd(NO3)2 thì độ nhạy của phép phân tích GF-AAS đối với asen là tốt nhất.
Từ đó, chúng tôi chọn nhiệt độ tro hoá của asen là: 13000C với chất cải biến nền là Ni(NO3)2 200ppm; 11000C với chất cải biến nền là Mg(NO3)2
200ppm và 14000C với chất cải biến nền là Pd(NO3)2 100ppm để khảo sát nhiệt nguyên tử hoá cho phép phân tích asen bằng phương pháp GF-AAS.
3. Khảo sát nhiệt độ nguyên tử hoá
- Nguyên tử hoá là giai đoạn cuối cùng của quá trình nguyên tử hoá mẫu nhưng lại là giai đoạn quyết định tới cường độ vạch phổ. Giai đoạn này được thực hiện trong thời gian rất ngắn (2-6 giây) nhưng tốc độ tăng nhiệt lại rất lớn (1500-30000C/s) để đạt được ngay tức khắc đến nhiệt độ nguyên tử hoá và thực hiện phép đo cường độ vạch phổ. Nhiệt độ nguyên tử hoá giới hạn của nó. Khi nguyên tử hoá mẫu ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ giới hạn thường độ hấp thụ của vạch phổ không tăng thêm mà kết quả đo thường không ổn định và làm cuvet nhanh hỏng. Ngoài việc chọn nhiệt độ, trong giai đoạn này còn cần phải chọn thời gian nguyên tử hoá phù hợp.
Kết quả khảo sát nhiệt độ nguyên tử hoá với mẫu As(III) 50ppb trong HNO3 0,1%, với Ni(NO3)2 200ppm, Mg(NO3)2 200ppm, Pd(NO3)2 100ppm được đưa ra trong bảng 7.
Bảng 7. Khảo sát nhiệt độ nguyên tử hoá với chất cải biến hoá học khác nhau
Nhiệt độ 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 Ni 200ppm 0,1387 0,2273 0,2522 0,3012 0,2956 0,2945 0,2898 Mg 200ppm 0,1252 0,1911 0,2665 0,2831 0,2913 0,2834 0,2820 Pd 100ppm 0,1859 0,2589 0,2902 0,3014 0,3134 0,3134 0,3129
1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24 0.26 0.28 0.30 0.32 t0 C Ab s Ni 200ppb Mg 200ppb Pd 100ppb
Hình 9: Nhiệt độ nguyên tử hóa đối với các chất cải biến khác nhau
Từ kết quả ở trên chúng tôi có kết quả tối ưu sau:
Bảng 8: Nhiệt độ tro hóa và nguyên tử hóa tối ưu với chất cải biến khác nhau
Chất cải biến hoá học Nhiệt độ tro hoá Nhiệt độ nguyên tử hoá Abs
Ni(NO3)2 200ppm 11000C 22000C 0,3012
Mg(NO3)2 200ppm 12000C 23000C 0,2913
Pd(N3)2 100ppm 14000C 23000C 0,3134
Nhận xét: khi nguyên tử hoá với chất cải biến Pd(NO3)2 thì độ hấp thụ quang là lớn nhất và ổn định trong khoảng từ 23000C đến 25000C, với chất cải biến là Ni(NO3)2, Mg(NO3)2 thì độ hấp thụ quang nhỏ hơn. Khi nhiệt độ nguyên tử hoá cao thì cuvet sẽ nhanh hỏng. Chính vì vậy, chúng tôi chọn Pd(NO3)2 làm chất cải biến hoá học, nhiệt độ nguyên tử hoá là 23000C trong thời gian 4 giây tốc độ tăng nhiệt là 2500C/s
- Làm sạch và làm nguội cuvet: đây là giai đoạn phụ của chu trình nguyên tử hoá nhưng rất cần cho việc đo mẫu tiếp theo để đảm bảo cho phép phân tích sau đó không bị ảnh hưởng của các chất bẩn còn lưu lại trong quá trình phân tích trước đó. Các nhà nghiên cứu cho thấy, nhiệt độ làm sạch cuvet cao hơn nhiệt độ nguyên tử hoá từ 50- 1000
nhiệt độ làm sạch cuvet với As là 24000C trong thời gian là 10 giây với tốc độ tăng nhiệt là 5000
C/s.
3.1.5. Các điều kiện khác
- Trước hết là môi trường khí trơ thực hiện quá trình nguyên tử hoá. Khí thường được dùng đó là khí Argon (Ar), Nitơ (N2) và Heli (He). Bản chất, thành phần và tốc độ dẫn khí trơ vào trong cuvet graphit đều ảnh hưởng đến cường độ vạch phổ và nhiệt độ trong cuvet graphit. Trong 3 loại trên thì Argon là khí tốt nhất vì vậy chúng tôi dùng khí này để làm môi trường nguyên tử hoá mẫu. Tốc độ khí Argon cho giai đoạn nguyên tử hoá thường là 30 ml/phút, còn các giai đoạn khác là 1000 ml/phút.
- Thể tích mẫu được đưa vào cuvet để nguyên tử hoá đo phổ là 20l.
3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến phép đo
3.2.1. Ảnh hƣởng của loại axit và nồng độ axit
Trong phép đo GF-AAS chúng tôi chuẩn bị mẫu phân tích ở dạng dung dịch trong môi trường axit. Nồng độ axit và các loại axit có trong mẫu cũng có thể gây ảnh hưởng đến cường độ vạch phổ hấp thụ của nguyên tố phân tích. ảnh hưởng này gắn liền với các loại anion của axit. Axit càng khó bay hơi càng làm giảm cường độ vạch phổ hấp thụ. Trong quá trình lấy mẫu có sử dụng axit HNO3 để axit hoá mẫu nên chúng tôi khảo sát ảnh hưởng của axit này.
Kết quả khảo sát cường độ vạch phổ của dung dịch As 50ppb, Pd(NO3)2