3.1.1. Khảo sát chọn vạch đo
Ở trạng thái hơi, mỗi loại nguyên tử của một nguyên tố hoá học chỉ có thể hấp thụ những bức xạ có bước sóng mà chính nó phát ra trong quá trình phát xạ. Nhưng thực tế không phải mỗi loại nguyên tử có thể hấp thụ được tất cả các bức xạ mà nó phát ra, quá trình hấp thụ chỉ tốt và nhạy chủ yếu đối với các vạch nhạy (vạch đặc trưng). Đối với một nguyên tố vạch phổ nào có khả năng hấp thụ càng mạnh thì phép đo vạch đó có độ nhạy càng cao. Như vậy, đối với một nguyên tố các vạch phổ khác nhau sẽ có độ nhạy khác nhau, đồng thời với mỗi vạch này có thể có rất nhiều các nguyên tố khác trong mẫu có những vạch phổ gần với vạch phổ này, có thể chen lẫn hay nhiễu tới vạch phổ của nguyên tố phân tích làm cho việc đo cường độ vạch phân tích là thiếu chính xác. Vì mục đích xác định hàm lượng Đồng trong chè xanh có nồng độ rất nhỏ nên chúng tôi tiến hành khảo sát để tìm ra vạch phổ có độ nhạy cao và hạn chế được ảnh hưởng của các nguyên tố có vạch phổ lân cận.
Chúng tôi tiến hành khảo sát sự hấp thụ với dung dịch chuẩn Cu2+ 2 ppm trong HNO3 2% ở các bước sóng khác nhau và thu được kết quả thể hiện trong bảng 3.1.
Bảng 3.1. Khảo sát vạch đo của Đồng
Vạch đo (nm) Mức nhậy phổ kém vạch số 1 Abs Lần 1 Abs Lần 2 Abs Lần 3 Abs Trung bình 324,80 1 0,068 0,063 0,070 0,067 327,44 2 lần kém 0,036 0,031 0,035 0,034 218,00 4 lần kém 0,018 0,016 0,018 0,017 217,31 21 lần kém 0,004 0,003 0,002 0,003
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Theo kết quả khảo sát, dựa vào tài liệu tham khảo [5], [10] và xuất phát từ yêu cầu xác định vi lượng đồng nên chúng tôi chọn vạch 324,80 nm cho Đồng. Đây là vạch phổ đảm bảo cho độ hấp thụ cao, độ lặp lại tốt, phù hợp với phép phân tích.
3.1.2. Khảo sát chọn khe đo
Theo nguyên tắc hoạt động của hệ thống đơn sắc trong máy phổ hấp thụ nguyên tử, chùm tia phát xạ cộng hưởng của nguyên tố cần nghiên cứu được phát ra từ đèn catot rỗng đi qua môi trường hấp thụ hướng vào khe đo của máy, được chuẩn trực, phân ly. Cuối cùng chỉ một vạch phổ cần đo được chọn và hướng vào khe đo tác dụng vào nhân quang điện để phát hiện và xác định cường độ vạch phổ. Do vậy, khe đo của máy phải được chọn chính xác, phù hợp với từng vạch phổ, có độ lặp lại cao trong mỗi phép đo và lấy được hết độ rộng của vạch phổ.
Đối với vạch phổ hấp thụ của Đồng khe đo phù hợp là 0,5 nm. Ở khe này diện tích píc của vạch phổ nằm hoàn toàn trong khe đo.
3.1.3. Khảo sát cƣờng độ dòng đèn catot rỗng
Đèn catot rỗng (HCL) là nguồn phát bức xạ cộng hưởng, nó chỉ phát ra những tia phát xạ nhạy của nguyên tố kim loại được dùng làm catot rỗng. Đèn HCL làm việc tại mỗi chế độ dòng nhất định sẽ cho chùm phát xạ có cường độ nhất định. Cường độ làm việc của đèn catot rỗng HCL có liên quan chặt chẽ tới cường độ hấp thụ của vạch phổ. Dòng điện làm việc đèn của mỗi nguyên tố là khác nhau. Mỗi đèn HCL đều có dòng giới hạn cực đại (Imax) được ghi trên vỏ đèn. Theo lý thuyết và thực nghiệm phân tích phổ hấp thụ nguyên tử chỉ nên dùng cường độ trong vùng giới hạn từ 60 – 80% Imax. Vì ở điều kiện dòng cực đại thì đèn làm việc không ổn định và nhanh hỏng đèn, đồng thời phép đo có độ nhạy và độ lặp lại kém. Do đó, chúng tôi tiến hành khảo sát sự hấp thụ của Đồng trong khoảng giới hạn của cường độ dòng đèn.
Với đèn đơn Đồng có Imax = 5 mA, tiến hành khảo sát cường độ đèn HCL trong vùng từ 60 – 80 % Imax đối với dung dịch chuẩn Cu2+
2ppm trong HNO3 2%. Kết quả khảo sát cường độ đèn catot rỗng được trình bày trong bảng 3.2.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Bảng 3.2. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào cƣờng độ dòng đèn với Đồng
I(mA) Abs-Cu 60%Imax (3mA) 65%Imax (3,25mA) 70%Imax (3,5mA) 75%Imax (3,75mA) 80%Imax (4mA) Lần 1 0,067 0,068 0,064 0,062 0,064 Lần 2 0,065 0,066 0,063 0,063 0,060 Lần 3 0,075 0,071 0,067 0,066 0,061 Trung bình 0,069 0,068 0,065 0,064 0,062 %RSD 7,6 3,9 3,3 3,1 3,2
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 chúng tôi chọn cường độ dòng đèn của Đồng là 3,25mA (65%Imax).
3.1.4. Khảo sát chiều cao đèn nguyên tử hóa mẫu
Cấu tạo ngọn lửa khí gồm 3 thành phần chính: phần tối, phần trung tâm và đuôi ngọn lửa. Trong đó phần trung tâm có nhiệt độ cao nhất và thường không có màu hoặc màu lam rất nhạt. Trong phần này, hỗn hợp khí được đốt cháy tốt nhất, các phản ứng thứ cấp ở mức độ tối thiểu, quá trình hóa hơi, nguyên tử hóa mẫu có hiệu suất cao và ổn định. Do đó trong phép đo F – AAS người ta phải cho chùm tia bức xạ đi qua phần này. Điều đó được thực hiện bằng cách chỉnh và chọn chiều cao đầu đốt (vị trí chùm tia là cố định) sao cho phù hợp với từng nguyên tố cần xác định.
Với máy Thermon (Anh) có bộ phận điều chỉnh tự động chiều cao đầu đốt. Chúng tôi đã tiến hành khảo sát sự hấp thụ của Đồng vào chiều cao đầu đốt với dung dịch chuẩn Cu2+
2 ppm trong HNO3 2%. Kết quả được trình bày ở bảng 3.3 là giá trị trung bình của 3 lần đo và có trừ đi mẫu trắng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Bảng 3.3. Sự phụ thuộc phổ hấp thụ nguyên tử vào chiều cao đầu đốt
Chiều cao (mm) Abs – Cu
4 0,023 5 0,035 6 0,048 7 0,063 8 0,068 9 0,065
Qua kết quả khảo sát thấy rằng chiều cao của đầu đốt phù hợp (ổn định và có độ hấp thụ cao) cho phép đo phổ hấp thụ nguyên tử của Đồng là 8 mm.
3.1.5. Khảo sát lƣu lƣợng khí axetilen
Theo kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa, nhiệt độ của ngọn lửa là yếu tố quyết định quá trình hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu. Nhiệt độ của ngọn lửa đèn khí lại phụ thuộc vào bản chất và thành phần cảu hỗn hợp khí đốt tạo ra ngọn lửa. Đồng được nguyên tử hoá ở khoảng nhiệt độ 2100o
C, do đó dùng ngọn lửa của hỗn hợp axetilen và không khí nén là phù hợp nhất vì ngọn lửa của hỗn hợp khí này cho nhiệt độ khoảng 2000o
C – 2450o
C. Trên hệ thống máy Thermon (Anh), lưu lượng không khí nén được giữ cố định, vì vậy để chọn điều kiện ngọn lửa có nhiệt độ phù hợp với phép đo, chúng tôi tiến hành khảo sát tốc độ dẫn khí axetilen đối với dung dịch Cu2+ 2ppm trong HNO3 2%. Kết quả được đưa ra trong bảng 3.4.
Bảng 3.4. Khảo sát tốc độ khí axetilen đến độ hấp thụ đối với Đồng
Lƣu lƣợng khí C2H2 (lít/phút) Abs - Cu Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình 1,0 0,043 0,044 0,048 0,045 1,1 0,057 0,059 0,062 0,060 1,2 0,068 0,072 0,067 0,069 1,4 0,065 0,068 0,059 0,064 1,6 0,060 0,067 0,058 0,062 1,8 0,058 0,057 0,052 0,056
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Như vậy, theo kết quả khảo sát thấy rằng phép đo phổ hấp thụ nguyên tử của nguyên tố Đồng cho độ nhạy và ổn định cao ở một giá trị tốc độ dẫn khí axetilen nhất định. Chúng tôi đã chọn lượng khí axetilen là 1,2 (lit/phút) để đảm bảo cho độ nhạy và độ ổn định cao của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử dùng ngọn lửa trực tiếp với Đồng.
3.1.6. Thể tích mẫu
Thể tích mẫu được hút cũng ảnh hưởng tới cường độ vạch phổ cần đo đối với hệ thống máy nhất định. Thể tích mẫu được hút chỉ phụ thuộc vào độ nhớt của dung dịch. Trên máy Thermo (Anh), chúng tôi sử dụng hệ thống bơm mẫu tự động (ASC), dung dịch mẫu được hút với thể tích 20µl cho một lần đo. Đây là thể tích mẫu được chọn phù hợp với hầu hết các dung dịch thông thường có nồng độ muối không cao.
3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến phép đo F – AAS 3.2.1. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ axit và loại axit
Đối với mẫu phân tích kim loại, đặc biệt là các kim loại nặng, dung dịch mẫu luôn luôn phải được axit hóa để tránh hiện tượng tạo phức hidroxo, thủy phân và một số hợp chất khó tan khác. Nhưng nồng độ axit trong dung dịch luôn luôn có ảnh hưởng đến cường độ vạch phổ của các nguyên tố phân tích thông qua tốc độ dẫn mẫu, khả năng hóa hơi và nguyên tử hóa các chất mẫu, ảnh hưởng này thường gắn liền với loại anion của axit. Nói chung các loại axit dễ bay hơi gây ảnh hưởng nhỏ, các loại axit khó bay hơi và bền nhiệt gây ảnh hưởng hớn hơn. Axit làm giảm cường độ vạch hấp thụ của nguyên tố cần phân tích theo thứ tự : HClO4 < HCl < HNO3 < H2SO4 < H3PO4 < HF.
Trong phép đo AAS không nên chọn H2SO4để tạo môi trường cho dung dịch mẫu vì anion SO42- có thể gây ra hiệu ứng âm (làm giảm) cường độ vạch phổ của nguyên tố phân tích, mà chỉ nên dùng axit HCl hay HNO3 với nồng độ từ 1% - 3%. Để chọn được loại axit và nồng độ axit phù hợp, chúng tôi tiến hành khảo sát độ hấp thụ của Cu2+
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
độ hấp thụ của nguyên tố. Kết quả được trình bày ở bảng 3.5 là giá trị trung bình của 3 lần đo và có trừ mẫu trắng .
Bảng 3.5. Khảo sát ảnh hƣởng của axit đối với Đồng
Nồng độ axit(%) Abs – Cu HCl HNO3 1 0,075 0,065 2 0,072 0,068 3 0,067 0,063
Theo kết quả khảo sát ở trên, chúng tôi đã chọn nồng độ 2 axit mà tại các nồng độ đó độ hấp thụ của Đồng 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 HNO3 chọn nồng độ 2%.
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 Đồng. Bằng cách pha các dung dịch đó ở nồng độ biến thiên của Cu2+ trong các nồng độ axit đã chọn. Kết quả được trình bày ở bảng 3.6.
Bảng 3.6 . Độ hấp thụ của Đồng trong các axit có nồng độ tối ƣu
STT Cu 2+ (ppm) HCl 1% HNO3 2% 1 0,5 0,021 0,019 2 1,0 0,038 0,037 4 2 0,075 0,068 5 2,5 0,110 0,087 6 5 0,180 0,169 0,00 0,04 0,08 0,12 0,16 - 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 conc_Cu(ppm) Ab s HCl HNO3 Hình 3.1. Độ hấp thụ của Đồng trong các axit có nồng độ tối ƣu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
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 = 0,0358C + 0,006 (R2 = 0,9835)
Axit HNO3 A = 0,0333C + 0,002 (R2 = 0,9997)
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.
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 HNO3 2% là môi trường tốt nhất cho phép đo Đồng.
3.2.2. Khảo sát thành phần nền của mẫu
Trong một số trường hợp, các mẫu có chứa các nguyên tố nền dưới dạng các chất bền nhiệt. Các chất này gây khó khăn, cản trở quá trình hóa hơi nguyên tử hóa mẫu, từ đó làm giảm độ nhạy của phương pháp phân tích và cường độ vạch phổ. Để loại trừ ảnh hưởng của yếu tố này người ta có thể dùng nhiều biện pháp khác nhau.
+ Tăng nhiệt độ nguyên tử hóa mẫu.
+ Thêm vào mẫu các chất phụ gia có nồng độ phù hợp để ngăn cản sự xuất hiện các hợp chất bền nhiệt.
+ Tách bỏ hai nguyên tố nền khi hai biện pháp trên không đạt hiệu quả. Tất nhiên biện pháp này là hữu hạn.
Trong ba biện pháp này thì biện pháp thứ nhất chỉ được thực hiện trong một chừng mực nhất định do sự hạn chế của trang thiết bị, bản chất của khí đốt. Do đó chuyển mẫu sang các chất nền khác, đây là một biện pháp được dùng khá phổ biến trong phép đo AAS để loại trừ ảnh hưởng của các chất nền mẫu. Tuy nhiên đối với từng kĩ thuật đo mà đưa thêm vào các chất phụ gia khác nhau.
Trên cơ sở lý thuyết của phép đo của Phạm Luận (năm 2005) [11], chúng tôi tiến hành khảo sát với chất nền CH3COONa (NaAc), và CH3COONH4 (NH4Ac) có nồng độ biến thiên từ 1 - 3% [6] đối với dung dịch Cu2+
2 ppm trong HNO32%. Kết quả được chỉ ra ở bảng 3.7.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Bảng 3.7. Ảnh hƣởng của thành phần nền đối với Đồng
Abs-Cu Chất nền Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình %RSD 0 0,068 0,065 0,071 0,068 4,1 NH4Ac 1% 0,068 0,074 0,067 0,070 5,4 NH4Ac 2% 0,069 0,066 0,064 0,066 3,8 NH4Ac 3% 0,069 0,065 0,070 0,068 3,9 NaAc 1% 0,067 0,063 0,072 0,067 6,7 NaAc 2% 0,068 0,072 0,066 0,069 4,4 NaAc 3% 0,066 0,065 0,061 0,064 4,1
Qua kết quả khảo sát, chúng tôi thấy nền NH4Ac và nền NaAc không làm tăng cường độ hấp thụ và độ ổn định của phép đo. Do đó, chúng tôi không sử dụng 2 nền trên cho phép đo này.
Trong phép đo F-AAS, để có kết quả phân tích tốt nhất thì các chất phụ gia thêm vào thường là LaCl3, SrCl2, LiCl, KCl và AlCl3. Ở đây, LaCl3 được sử dụng rộng rãi nhất, các chất còn lại chỉ dùng trong một số trường hợp riêng biệt. Muối LaCl3 dùng để loại trừ ảnh hưởng của các cation và anion trong phép đo F-AAS với hiệu lực tốt nhất [10]. Vì vậy chúng tôi chọn LaCl3 là chất phụ gia. Tuy nhiên, LaCl3 có nhiệt độ hóa hơi cao. Nếu nồng độ LaCl3trong mẫu mà lớn thì nhiệt độ của ngọn lửa không đủ để hóa hơi mẫu. Vì thế cần phải khảo sát nồng độ nền LaCl3 sao cho phù hợp nhất. Do đó chúng tôi tiến hành khảo sát đối với dung dịch Cu2+
2ppm, nền HNO32%. Kết quả thu được như trong bảng 3.8.
Bảng 3.8. Khảo sát nồng độ LaCl3
Nồng độ LaCl3 (%) 0 0,5 1 2
Abs-Cu 0,067 0,069 0,072 0,070
%RSD 4,5 2,8 2,1 3,5
Qua kết quả thu được ta thấy tại nồng độ LaCl3 1% cường độ hấp thụ của Đồng cao và ổn định, do đó chúng tôi chọn LaCl31% là chất phụ gia thêm vào.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.2.3. Khảo sát sơ bộ thành phần mẫu
Trong chè xanh ở Thái Nguyên có nhiều nguyên tố tồn tại dưới dạng cation. Vì vậy, cần loại bỏ ảnh hưởng của các nguyên tố đó đến cường độ vạch phổ hấp thụ của Cu2+ và Cr3+. Tác giả Đặng Quốc Trung [17] đã khảo sát thành phần mẫu với ba mẫu chè xanh với đại diện với 8 nguyên tố bằng phương pháp ICP - MS, kết quả được dẫn ra ở bảng 3.9.
Bảng 3.9. Kết quả khảo sát thành phần mẫu
Nguyên tố và mẫu Hồng Thái-
Tân Cƣơng Nam Thái- Tân Cƣơng Nam Tân- Tân Cƣơng Cd2+(ppb) 4,560 2,410 4,322 Co2+(ppb) 2,642 2,680 0,827 Fe3+(ppb) 1819,934 9167,755 1475,406 Hg2+(ppb) 0,217 2,804 0,579