Theo tài liệu [10], nguyên tố crom có một số vạch đặc trưng được trình bày ở bảng 3.17.
Bảng 3.17. Vạch đo đặc trƣng của Crom
STT (nm) Mức nhậy phổ kém vạch số 1
1 357,90 1
2 359,40 2 lần kém
3 360,30 3,6 lần kém
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Nghiên cứu tài liệu tham khảo và xuất phát từ yêu cầu xác định vi lượng crom nên chúng tôi chọn vạch 357,90 nm cho Crom. Đây là vạch phổ đảm bảo cho độ hấp thụ cao, độ lặp lại tốt, phù hợp với phép phân tích [5], [20], [23], [25], [28], [30].
3.4.2. Chọn khe đo
Đối với vạch phổ hấp thụ của Crom khe đo phù hợp là 0,7 nm. Ở khe này diện tích píc của vạch phổ nằm hoàn toàn trong khe đo [10], [20], [23], [25], [28].
3.4.3. Khảo sát cƣờng độ dòng đèn catot rỗng
Với đèn đơn Crom có Imax = 12 mA, tiến hành khảo sát cường độ đèn HCL trong khoảng giới hạn của cường độ dòng đèntừ 60 – 80 % Imax đối với dung dịch chuẩn Cr3+ 5ppb trong HNO3 2%. Kết quả khảo sát cường độ đèn catot rỗng được trình bày trong bảng 3.18.
Bảng 3.18. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào cƣờng độ dòng đèn với Crom
I(mA) Abs-Cr 7 8 9 10 Lần 1 0,0181 0,0180 0,0177 0,0176 Lần 2 0,0199 0,0198 0,0187 0,0185 Lần 3 0,0168 0,0169 0,0169 0,0170 Trung bình 0,0183 0,0182 0,0178 0,0177 %RSD 8,5 8,0 5,1 4,3
Kết quả khảo sát cho thấy khi cường độ dòng đèn giảm thì cường độ hấp thụ của vạch phổ tăng, nhưng hệ số biến động tăng hay sai số giảm. Vì vậy để để đảm bảo sao cho cường độ dòng đèn sao cho cường độ vạch phổ vừa cao vừa ổn định tức sai số nhỏ, mà vẫn có lợi cho tuổi thọ của đèn (I < 85% Imax) chúng tôi chọn cường độ dòng đèn của Crom là 10 mA (80%Imax).
3.5. Các điều kiện nguyên tử hoá mẫu
Kĩ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa là quá trình nguyên tử hoá tức khắc trong thời gian rất ngắn nhờ năng lượng của dòng điện có công suất lớn và trong môi trường khí trơ. Quá trình nguyên tử hoá mẫu xảy ra theo bốn giai đoạn kế tiếp nhau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Giai đoạn sấy khô.
- Giai đoạn tro hoá luyện mẫu.
- Giai đoạn nguyên tử hoá mẫu để đo phổ hấp thụ nguyên tử. - Giai đoạn làm sạch cuvet.
Trong đó hai giai đoạn đầu là chuẩn bị cho giai đoạn nguyên tử hoá để đạt được kết quả tốt. Nhiệt độ trong cuvet graphit quyết định mọi sự diễn biến của quá trình nguyên tử hoá mẫu. Thường quá trình nguyên tử hoá xảy ra theo bốn giai đoạn kế tiếp, tổng thời gian là 55 giây.
3.5.1. Nhiệt độ sấy khô mẫu
Đây là giai đoạn đầu tiên và rất cần thiết để đảm bảo cho dung môi hoà tan bay hơi nhẹ hoàn toàn, nhưng không bị bắn ra ngoài làm mất mẫu. Nhiệt độ và thời gian sấy khô của mỗi loại mẫu phụ thuộc vào bản chất của các chất ở trong mẫu và dung môi hoà tan nó. Nói chung nhiệt độ sấy khô phù hợp với đa số các mẫu vô cơ trong dung môi nước nằm trong khoảng từ 100 – 250oC trong thời gian từ 20 - 40 giây với lượng mẫu được bơm vào cuvet nhỏ hơn 100µl. Việc tăng nhiệt độ sấy từ nhiệt độ phòng đến nhiệt độ sấy mong muốn cần phải được thực hiện từ từ, với tốc độ tăng nhiệt độ từ 5 - 8 oC/giây là phù hợp. Vì vậy, chúng tôi thực hiện giai đoạn sấy khô mẫu làm hai bước:
- Bước 1: ở 120oC với thời gian là 20 giây. - Bước 2: ở 250o
C với thời gian là 10 giây.
3.5.2. Nhiệt độ tro hoá luyện mẫu
Đây là giai đoạn thứ hai của quá trình nguyên tử hoá mẫu, mục đích là để tro hoá đốt cháy các hợp chất hữu cơ và mùn có trong mẫu sau khi đã sấy khô. Đồng thời cũng là để nung luyện mẫu ở một nhiệt độ thuận lợi cho giai đoạn nguyên tử hoá tiếp theo đạt hiệu suất cao ổn định. Giai đoạn này có ảnh hưởng rất nhiều đến kết quả phân tích, nếu chọn nhiệt độ tro hoá không phù hợp thì một số hợp chất có thể bị phân huỷ và mất trong giai đoạn này. Lý thuyết và các kết quả thực nghiệm cho thấy tro hoá mẫu từ từ và ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ giới
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
hạn thì phép đo luôn cho kết quả ổn định. Mỗi nguyên tố đều có một nhiệt độ tro hoá luyện mẫu giới hạn. Thực nghiệm cũng cho ta thấy tro hoá luyện mẫu ở nhiệt độ quá thấp so với nhiệt độ tro hoá tới hạn, thì mẫu chuẩn bị cho giai đoạn nguyên tử hoá sẽ không tốt, nếu tro hoá mẫu ở nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ đó thì cường độ vạch phổ giảm và không ổn định.
Ngoài yếu tố nhiệt độ thì tốc độ tăng nhiệt độ trong quá trình tro hoá cũng ảnh hưởng đến độ ổn định của cường độ vạch phổ. Tốc độ tăng nhiệt độ quá lớn làm cho bắn mẫu, tăng chậm nhiệt độ cho kết quả tốt hơn. Từ thực nghiệm cho thấy thời gian tro hoá luyện mẫu 20 – 25 giây với lượng mẫu đưa vào cuvet nhỏ hơn 100µl. Ở đây chúng tôi chọn tổng thời gian tro hoá luyện mẫu là 20 giây. Trong đó 10 giây dùng cho việc tăng nhiệt độ từ sấy đến nhiệt độ tro hoá, 10 giây giữ nhiệt độ không đổi để luyện mẫu.
Tham khảo tài liệu [10] thì nhiệt độ tro hóa của phép đo GF-AAS đối với nguyên tố Crom là 500 – 800oC. Qua nghiên cứu chúng tôi chọn nhiệt độ 700oC là nhiệt độ tối ưu để tro hoá đo mẫu chè xanh đối với nguyên tố Crom trên máy AA – 6300.
3.5.3. Nhiệt độ nguyên tử hoá mẫu
Đây là giai đoạn cuối cùng của quá trình nguyên tử hoá mẫu nhưng lại là giai đoạn quyết định cường độ của vạch phổ. Giai đoạn này thường thực hiện trong thời gian rất ngắn 3 - 6 giây. Nhưng tốc độ tăng nhiệt độ lại rất lớn để đạt ngay tức khắc đến nhiệt độ nguyên tử hoá mẫu và thực hiện phép đo cường độ vạch phổ. Tốc độ tăng nhiệt độ thường là từ 1800 - 2500o
C/giây, thông thường người ta sử dụng tốc độ tối đa mà máy có thể cho phép. Nhiệt độ nguyên tử hoá của mỗi nguyên tố rất khác nhau và mỗi nguyên tố cũng có một nhiệt độ nguyên tử hóa giới hạn của nó, nhiệt độ này phụ thuộc trong mức độ nhất định vào trạng thái và thành phần của mẫu mà nó tồn tại, nhất là chất nền của mẫu.
Trên máy AA – 6300, chúng tôi đã nghiên cứu và chọn nhiệt độ 2300oC trong thời gian 3 giây là phù hợp để nguyên tử hoá mẫu cho phép đo Crom trong chè xanh.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.5.4. Các điều kiện khác
3.5.4.1. Khí môi trường cho quá trình nguyên tử hoá
Quá trình nguyên tử hoá được thực hiện trong môi trựờng khí trơ Argon (Ar), Nitơ (N2), hay Heli (He). Bản chất, thành phần và tốc độ dẫn khí trơ vào cuvet graphite đều ảnh hưởng đến cường độ vạch phổ và nhiệt độ trong cuvet graphite. Trong ba loại khí trên thì khí Argon là tốt nhất [10] và được sử dụng phổ biến nhất [20], [23], [25], [28], [30]. Trên máy AA - 6300 khí Argon được chọn sử dụng. Tốc độ dẫn khí cho giai đoạn sấy mẫu là 0,1 l/phút, giai đoạn tro hoá luyện mẫu: 10 giây đầu là 1 l/phút, 10 giây sau không cho khí vào, giai đoạn nguyên tử hoá cũng không cho khí vào, giai đoạn làm sạch cuvet là 1 l/phút.
3.5.4.2. Thể tích mẫu
Thể tích mẫu được đưa vào cuvet để nguyên tử hoá đo phổ là 20L.
3.6. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến phép đo GF - AAS 3.6.1. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ axit và loại axit
Để chọn được loại axit và nồng độ axit phù hợp, chúng tôi tiến hành khảo sát độ hấp thụ của Cr3+
5 ppb được pha trong dung dịch axit có nồng độ biến thiên và khảo sát độ hấp thụ của nguyên tố. Kết quả này là giá trị trung bình của 3 lần đo và có trừ mẫu trắng.
Bảng 3.19. Khảo sát ảnh hƣởng của axit đối với Crom
Nồng độ axit(%) Abs – Cr HCl HNO3 1 0,0193 0,0176 2 0,0188 0,0178 3 0,0179 0,0167
Từ kết quả khảo sát ở trên, chúng tôi đã chọn nồng độ 2 axit mà tại các nồng độ đó độ hấp thụ của Crom cao và ổn định (có độ lặp tốt) tức là ít bị ảnh hưởng bởi nồng độ axit. Với axit HCl chọn nồng độ 1%, với axit HNO3chọn nồng độ 2%.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Tiếp theo, chúng tôi khảo sát để chọn ra trong 2 loại axit đó một loại axit mà ít ảnh hưởng nhất tới độ hấp thụ của Crom. Bằng cách pha các dung dịch đó ở nồng độ biến thiên của Cr3+
trong các nồng độ axit đã chọn. Kết quả này được trình bày ở bảng 3.20.
Bảng 3.20. Độ hấp thụ của Crom trong các axit có nồng độ tối ƣu
STT Cr3+ (ppb) HCl 1% HNO3 2% 1 2 0,0048 0,0035 2 5 0,0193 0,0178 3 10 0,0486 0,0419 4 15 0,0695 0,0659 5 20 0,1005 0,0912 6 25 0,1151 0,1143 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0 5 10 15 20 25 30 HCl HNO3
Hình 3.4. Độ hấp thụ của Crom trong các axit có nồng độ tối ƣu
Xử lý số liệu bằng chương trình Microsoft office Excel, chúng tôi thu được các phương trình dạng A = a.C + b lần lượt ứng với độ hấp thụ của đồng trong các axit:
Axit HCl A = 0,0049C – 0,0038 (R2 = 0,9932) Axit HNO3 A = 0,0048C – 0,0063 (R2
= 0,9999)
Nếu 0,995 < R2
≤ 1: khoảng khảo sát đường biểu diễn là một phương trình có tương quan tuyến tính, với R là hệ số tương quan.
Ab
s
-Cr
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Axit tối ưu nhất được chọn đảm bảo cho độ hấp thụ nguyên tố cao và có độ lặp tốt (ứng với đồ thị thẳng và có độ dốc cao). Kết quả cho thấy axit HNO3 2% là môi trường tốt nhất cho phép đo Crom.
3.6.2 Ảnh hƣởng của chất cải biến nền (chất cải biến hóa học)
Kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa có độ nhạy, độ chính xác cao nhưng ảnh hưởng của nền mẫu đến cường độ hấp thụ của Crom là rất lớn, nhất là trong các nền phức tạp. Nếu trong mẫu có chứa các hợp chất bền nhiệt, khó bay hơi 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 hóa mẫu hoặc thêm vào mẫu các chất cải biến hóa học. Việc tăng nhiệt độ nguyên tử hóa cũng chỉ đến một giới hạn nhất định, nên việc thêm vào các chất cải biến hóa học thành phần mẫu được ứng dụng rộng rãi cho nhiều đối tượng mẫu khác nhau. Có hai nhóm chất cải biến hóa học là :
- Nhóm các chất khi thêm vào sẽ tạo nền với các cấu tử những dạng dễ bay hơi, cho phép loại những thành phần ảnh hưởng của nền ra khỏi mẫu trước giai đoạn nguyên tử hóa của nguyên tố phân tích. Nhóm này gồm các chất như NH4NO3, NH4Ac, (NH4COO)2…
- Nhóm các chất có khả năng kết hợp với nguyên tố cần phân tích thành các hợp chất khó bay hơi hơn, do đó quá trình tro hóa và nguyên tử hóa có thể tiến hành ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ hóa hơi của nền mẫu. Các chất điển hình thuộc nhóm này là Pd(NO3)2, Mg(NO3)2, NH4H2PO4…
Ngoài ra, chúng ta cũng có thể dùng hỗn hợp các chất cải biến trên để thu được kết quả tốt hơn. Để đo Crom, ta nên dùng các chất cải biến hóa học là Mg(NO3)2, Pd(NO3)2, NH4H2PO4, hoặc hỗn hợp Mg(NO3)2 và NH4H2PO4.
Tham khảo một số tài liệu thì chất cải biến Mg(NO3)2 0,01% cho tín hiệu nền giảm và sai số nhỏ nhất. Vì vậy, chúng tôi đã chọn Mg(NO3)20,01% để cải biến nền cho phép đo phổ GF - AAS đối với Crom [8], [11], [20], [23], [25], [26], [28].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.6.3. Khảo sát ảnh hƣởng của các cation
Trong thành phần của ba mẫu chè xanh được khảo sát ở Thái Nguyên, chúng tôi nhận thấy chúng có nhiều các cation khác nhau. Vì thế, chúng tôi đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của các cation đối với cường độ vạch phổ của Crom.
Để thuận tiện cho việc khảo sát, chúng tôi tiến hành xem xét ảnh hưởng của từng nhóm cation đối với dung dịch Cr3+
5ppb + HNO3 2% + Mg(NO3)2 0,01%, đó là các nhóm sau:
Nhóm cation kim loại kiềm: K+ , Na+. Nhóm cation kim loại kiềm thổ: Ca2+
, Mg2+, Ba2+. Nhóm cation kim loại hóa trị III: Fe3+, Al3+.
Nhóm cation kim loại nặng hóa trị II: Co2+, Cd2+, Ni2+,Mn2+, Pb2+, Zn2+. Kết quả lấy trung bình ba lần đo được dẫn từ bảng 3.21 – bảng 3.24.
Bảng 3.21. Ảnh hƣởng của kim loại kiềm đến phổ hấp thụ của Crom
Mẫu C0 C1 C2 C3 C4 C5
K+(ppb) 0 2000 5000 10000 15000 20000
Na+(ppb) 0 2000 4000 6000 8000 10000
Abs - Cr 0,0180 0,0183 0,0187 0,0185 0,0176 0,0175
Bảng 3.22. Ảnh hƣởng kim loại kiềm thổ đến phổ hấp thụ của Crom
Mẫu C0 C6 C7 C8 C9 C10
Ca2+(ppb) 0 2000 4000 6000 8000 10000
Mg2+(ppb) 0 2000 4000 6000 8000 10000
Ba2+(ppb) 0 1000 2000 3000 4000 5000
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Bảng 3.23. Ảnh hƣởng kim loại hóa trị III đến phổ hấp thụ của Crom
Mẫu C0 C11 C12 C13 C14 C15 Al3+(ppb) 0 200 400 600 800 1000 Abs - Cr 0,0180 0,0178 0,0176 0,0173 0,0169 0,0165 Mẫu C0 C16 C17 C18 C19 C20 Fe3+(ppb) 0 2000 4000 6000 8000 10000 Abs - Cr 0,0180 0,0179 0,0185 0,0175 0,0188 0,0177
Bảng 3.24. Ảnh hƣởng của nhóm kim loại nặng hóa trị II đến phổ hấp thụ của Crom
Mẫu C0 C21 C22 C23 C24 C25 Co2+(ppb) 0 10 20 30 40 50 Cd2+(ppb) 0 10 20 30 40 50 Ni2+(ppb) 0 20 40 60 80 100 Mn2+(ppb) 0 2000 4000 6000 8000 10000 Pb2+(ppb) 0 10 20 30 40 50 Zn2+(ppb) 0 200 500 800 1000 1500 Abs - Cr 0,0180 0,0183 0,0179 0,0188 0,0174 0,0191 Nhận xét
Qua kết quả khảo sát, chúng tôi thấy rằng theo các điều kiện đã chọn có thể tiến hành đo phổ GF-AAS để xác định Crom trong sự có mặt của các cation với nồng độ khá lớn mà không bị ảnh hưởng. Bởi các bước sóng hấp thụ cực đại của nguyên tố này cách xa bước sóng hấp thụ cực đại của Cr (λ = 357,90 nm) nên chúng không gây ảnh hưởng tới phép đo phổ hấp thụ nguyên tử của Crom. Thực tế hàm lượng của các cation này trong mẫu để đo phổ đều nhỏ hơn rất nhiều giới hạn đã khảo sát.
3.7. Phƣơng pháp đƣờng chuẩn đối với phép đo GF – AAS 3.7.1. Khảo sát khoảng tuyến tính
Để xác định khoảng tuyến tính của Crom đối với phép đo GF - AAS, chúng tôi tiến hành khảo sát đối với dung dịch chuẩn Cr3+
với các nồng độ từ 2 – 40 ppb trong nền HNO3 2%, Mg(NO3)20,01%. Các kết quả nghiên cứu đối với Crom được dẫn ra bảng 3.25 và hình 3.5.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Bảng 3.25. Khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Crom
STT Nồng độ (ppb) Abs - Cr 1 2 0,0038 2 5 0,0180 3 10 0,0422 4 15 0,0660 5 20 0,0915 6 25 0,1145 7 30 0,1298 8 35 0,1396 9 40 0,1509 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0 10 20 30 40 50 conc(ppb) A b s -C r Hình 3.5. Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Crom
Qua kết quả thu được cho thấy khoảng tuyến tính của Crom từ 2 ppb – 30 ppb.
3.7.2. Xây dựng đƣờng chuẩn
Để xác định đường chuẩn của Crom với phương trình đầy đủ dựa trên kết quả khảo sát xác định khoảng tuyến tính của Crom theo bảng 3.25 và hình 3.5, chúng tôi dùng phần