PHẦN 1 TỔNG QUAN
2.2. Giới thiệu về phƣơng pháp phổ hấp thụ GF-AAS
2.2.1. Nguyên tắc của phƣơng pháp AAS [14,15,18]
Khi nguyên tử tồn tại tự do ở thể khí và ở trạng thái cơ bản thì chúng khơng thu hay phát năng lượng. Nhưng nếu chúng ta kích thích nó bằng một chùm tia bức xạ đơn sắc có năng lượng phù hợp, có bước sóng đúng bằng bước sóng mà nguyên tử có thể phát ra ở trạng thái kích thích thì chúng sẽ hấp thụ các bức xạ đó và sinh ra phổ hấp thụ nguyên tử.
Trên cơ sở sự xuất hiện của phổ hấp thụ nguyên tử, chúng ta thấy phổ hấp thụ nguyên tử chỉ được sinh ra khi nguyên tử tổn tại ở trạng thái khí tự do và ở mức năng lượng cơ bản. Vì vậy, muốn thực hiện được phép đo phổ AAS cần phải thực hiện các công việc sau đây:
1. Chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn, dung dịch) thành trạng thái hơi. Đó là q trình hố hơi mẫu
2. Nguyên tử hoá đám hơi đó, phân li các phân tử, tạo ra đám hơi nguyên tử tự do của các nguyên tố cần phân tích trong mẫu để chúng có khả năng hấp thụ bức xạ đơn sắc. Đây là giai đoạn quan trọng nhất và quyết định đến kết quả của phép đo AAS.
3. Chọn nguồn phát tia bức xạ có bước sóng phù hợp với nguyên tố phân tích và chiếu vào đám hơi nguyên tử đó.
4. Nhờ một hệ thống máy quang phổ, người ta thu toàn bộ chùm sáng sau khi đi qua môi trường hấp thụ, phân li chúng thành phổ và chọn một vạch phổ cần đo của nguyên tố phân tích hướng vào khe đo để đo cường độ của nó. Trong một giới hạn nhất định của nồng độ, giá trị cường độ này phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ của nguyên tố cần phân tích theo phương trình:
A = kCl Trong đó:
A : Cường độ vạch phổ hấp thụ. k: Hằng số thực nghiệm.
l: Chiều dài môi trường hấp thụ.
C: nồng độ nguyên tố cần xác định trong mẫu đo phổ. 5. Thu và ghi lại kết quả đo cường độ vạch phổ hấp thụ.
2.2.2. Hệ trang bị của phép đo AAS [18,21]
Dựa vào ngun tắc của phép đo, ta có thể mơ tả hệ thống trang thiết bị của máy phổ hấp thụ nguyên tử gồm các phần:
1. Nguồn phát chùm bức xạ đơn sắc của các nguyên tố cần phân tích: - Đèn catốt rỗng (Hollow Cathod Lamp-HCL).
- Đèn phóng điện khơng điện cực (Electrodeless Discharge Lamp- EDL).
- Đèn phát phổ liên tục đã biến điệu (Deuterium Hollow Cathode Lamp- D2) 2. Hệ thống ngun tử hố mẫu phân tích theo hai kỹ thuật:
- Kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu bằng ngọn lửa đèn khí (Flame-AAS). Theo kỹ thuật này người ta dùng nhiệt độ ngọn lửa đèn khí để ngun tử hố mẫu. Do đó, mọi q trình xảy ra trong ngọn lửa khi nguyên tử hố mẫu đều phụ thuộc vào đặc tính của ngọn lửa. Nhiệt độ ngọn lửa chính là yếu tố quyết định hiệu suất ngun tử hố mẫu phân tích. Giới hạn phát hiện của kỹ thuật này khoảng 150 ppb (đối với asen).
- Kỹ thuật nguyên tử hố khơng ngọn lửa (Electro Thermal-AAS) ra đời sau kỹ thuật nguyên tử hoá trong ngọn lửa nhưng được phát triển rất nhanh và hiện nay đang được ứng dụng rất phổ biến. Trong kỹ thuật này, người ta dùng một lò bằng Graphit (cuvet graphit) hay thuyền Tantan để nguyên tử hoá mẫu. Kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu khơng ngọn lửa là q trình ngun tử hố mẫu trong thời gian rất ngắn nhờ năng lượng của dịng điện cơng suất lớn trong mơi trường khí trơ. Q trình ngun tử hố xảy ra theo các giai đoạn kế tiếp nhau: sấy khơ, tro hố luyện mẫu, nguyên tử hoá để đo phổ hấp thụ và cuối cùng là làm sạch cuvet. Trong đó, hai giai đoạn đầu là chuẩn bị cho giai đoạn nguyên tử hoá đạt kết quả tốt. Nhiệt độ trong cuvet graphit là yếu tố chính quyết định mọi diễn biến của quá trình ngun tử hố mẫu. Kỹ thuật này có độ nhạy rất cao, gấp hàng trăm hàng nghìn lần phép đo trong ngọn lửa mà lượng mẫu tiêu tốn ít (mỗi lần lấy từ 20-50l). Do đó, khơng cần nhiều mẫu phân tích, việc chuẩn bị mẫu cũng dễ dàng, khơng tốn nhiều hố chất cũng như dung môi tinh khiết cao, đắt tiền.
3. Hệ quang học và detector dùng để thu, phân li toàn bộ phổ của mẫu và chọn vạch phổ cần đo hướng vào nhân quan điện để phát tín hiệu hấp thụ của vạch phổ.
4. Hệ thống chỉ thị kết quả đo có nhiều cách khác nhau, từ đơn giản đến phức tạp.
- Trang bị đơn giản gồm: các điện kế chỉ năng lượng hấp thụ của vạch phổ, các máy tự ghi để ghi lại cường độ vạch phổ dưới dạng các pic trên băng giấy.
- Trang bị hiện đại gồm: hệ thống bơm mẫu tự động (Auto Sampler), máy tính và phần mềm chuyên dụng điều khiển mọi quá trình làm việc của phép đo và xử lý, chỉ thị kết quả đo ra màn hình. Tuy nhiên loại trang bị này khá đắt tiền.
Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa đã và đang được sử dụng như là một cơng cụ phân tích đắc lực cho nhiều ngành khoa học và kinh tế do nó có nhiều tính năng ưu việt:
- Độ nhạy và độ chọn lọc cao.
- Không cần làm giàu nguyên tố cần phân tích cần xác định.
- Thao tác thực hiện đơn giản, dễ làm và có thể xác định được đồng thời hay liên tiếp nhiều nguyên tố trong một mẫu.
- Các kết quả phân tích ổn định, sai số nhỏ (< 15%).
2.2.3. Trang bị, dụng cụ và hóa chất phục vụ nghiên cứu
Để xác định lượng vết asen bằng phép đo phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS), chúng tôi sử dụng hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AA6300 (hãng SHIMADZU – Nhật bản). Đi kèm có bình khí nén Argon tinh khiết (99,99%). Nguồn tạo tia đơn sắc là đèn catốt rỗng (HCL).
* Một số thơng số kỹ thuật chính của máy:
- Độ rộng khe sáng (Slit Width): 0,2 nm; 0,5 nm; 0,8 nm; 1,2 nm - Đèn catốt rỗng (Hollow Cathode Lamp)
+ Cường độ đèn (Lamp Current): 2-30 mA - Lò graphit (Graphite Tube Furnace) + Loại mẫu (Type of Sample): lỏng, rắn.
+ Thể tích mẫu cho vào graphit (Volum): Cực đại 500 l * Dụng cụ:
- Bình định mức; 10; 25; 50; 100 (ml)... - Cốc thuỷ tinh: 25; 50 (ml) …
- Các loại pipet: 1 ; 2; 5 (ml)…Micro pipet 20-5000 l - Lọ đựng mẫu: 50; 100; 150 ml.
* Hoá chất:
- Axit HCl PA-Merk 36% HNO3 PA-Merk 65%
- Các dung dịch chất cải biến hoá học: Pd(NO3)2 Merk 10.000 ppm Mg(NO3)2 Merk 1000 ppm Ni(NO3)2 Merk 1000 ppm - Nước cất hai lần.
- Dung dịch chuẩn As 1000 ppm cho AAS, Merk. - Dung dịch các ion để nghiên cứu ảnh hưởng.