3.4.1. Khảo sát độ lặp lại [5], [16]
Để đánh giá độ lặp lại của phép đo chúng tôi tiến hành ghi đường von-
ampe hoà tan của Zn2+
, Cd2+, Pb2+ và Cu2+ cùng nồng độ (0,05mg/l), với các điều kiện ghi đo như bảng 3.11.
Chuẩn bị dung dịch khảo sát:
Pha dung dịch khảo sát :
Dùng pipet 2 ml hút chính xác 0,5ml dung dịch NH4Ac 1M và 0,5ml HAc 1M vào bình định mức 20ml, sau đó thêm vào bình 0,05 ml dung dịch Cd2+, Pb2+, Cu2+ cùng nồng độ 20 mg/l và 0,1 ml dung dịch Zn2+ nồng độ 20 mg/l. Định mức bằng nước cất 2 lần tới vạch định mức, để có dung dịch cuối
cùng khi đo là 100 ppb Zn2+
và 50 ppb Cd2+, Pb2+, Cu2+ trong nền NH4Ac +
HAc tổng nồng độ là 0,05 M. Đây chính là dung dịch đưa vào bình điện phân
để tiến hành khảo sát.
Ta thu được hình ảnh phổ đồ và kết quả như sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Tiến hành đo lặp lại 7 lần và lấy giá trị trung bình được liệt kê trong bảng sau:
Bảng 3.27. Kết quả đo khảo sát độ lặp lại
Lần đo Ip (µA) Zn2+ Cd2+ Pb2+ Cu2+ 1 9,381 11,431 7,27 12,89 2 9,354 11,428 7,29 12,94 3 9,328 11,399 7,37 12,79 4 9,337 11,456 7,32 12,81 5 9,315 11,393 7,30 12,93 6 9,360 11,455 7,29 12,92 7 9,296 11,414 7,34 12,87 Giá trị TB Ip 9,339 11,425 7,32 12,878 Độ lệch chuẩn S 0,0288 0,0249 0,0343 0,0590 Độ lệch chuẩn TB : Sx 0,0138 0,0195 0,0255 0,0223
Các đại lượng được tính theo công thức sau:
- Gá trị trung bình của Ip là : Ip= Ii N (3.6) - Độ lệch chuẩn S : S = ( )2 ( 1) i X X N (3.7) - Độ lệch chuẩn TB : Sx = S N (3.8)
Trong đó : Xi, Ii: giá trị đo được thứ i X : giá trị trung bình N : số lần thực nghiệm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.4.2. Khảo sát giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lƣợng (LOQ) [5], [7], [9], [16], [10], [22], [27]
3.4.2.1. Giới hạn phát hiện (LOD) [5], [7], [9], [16], [22]
Giới hạn phát hiện (LOD) là nồng độ nhỏ nhất của chất phân tích tạo ra được một tín hiệu có thể phân biệt một cách tin cậy so với tín hiệu trắng (hay tín hiệu nền). Nhiều quan điểm khác nhau về cách xác định giới hạn phát hiện, phổ biến nhất là cách xác định giới hạn phát hiện (LOD) theo quy tắc 3σ. Theo quy tắc này, LOD được quy ước là nồng độ của chất khảo sát cho tín hiệu cao gấp 3 lần độ lệch chuẩn của đường nền
Nếu nồng độ chất trong mẫu là C thì LOD là :
LOD = 3. .S C
X (3.9)
3.4.2.2. Giới hạn định lƣợng (LOQ) [22], [7], [5], [9], [16]
Giới hạn định lượng (LOQ) là nồng độ nhỏ nhất của chất phân tích mà hệ thống phân tích định lượng được với tín hiệu phân tích khác và có ý nghĩa định lượng so với tín hiệu của mẫu trắng (hay tín hiệu nền).
Nếu nồng độ trong mẫu phân tích là C thì LOQ được tính theo công thức:
LOQ = 10. .S C
X (3.10)
Có hai cách tính LOD :
♦ Cách 1: Tiến hành thí nghiệm để lập phương trình đường chuẩn, từ đó
xác định Sy (độ lệch chuẩn của tín hiệu y trên đường chuẩn) và chấp nhận Sd = Sy. Như vậy LOD là nồng độ của chất phân tích cho tín hiệu = 3Sy. Từ
phương trình đường chuẩn tính được nồng độ của chất phân tích. Cách này có thể tiến hành nhanh và không tốn thời gian nhưng không thật chính xác vì đã chấp nhận sự phụ thuộc của tín hiệu vào nồng độ mà thông thường mỗi khoảng nồng độ có một hệ số góc khác nhau và đường chuẩn lập ra thường trong khoảng nồng độ cách xa với LOD.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
♦ Cách 2: Tiến hành n thí nghiệm lặp lại xác định nồng độ mẫu trắng đã biết nồng độ các ion, thu được các giá trị Ii (i =1 † n) (tín hiệu Ipic). Từ đó tính
i
I và S theo công thức : (3.6) và (3.7). kết hợp với (3.9) và (3.10), ta sẽ xác
định được GHPH (LOD) và GHĐL (LOQ).
Ở đây chúng tôi xác định GHPH (LOD) và GHĐL (LOQ) bằng cách đo
lặp lại 7 lần đối với dung dịch có [Zn2+
] = 100 ppb, [Cd2+] = [Pb2+] = [Cu2+] =
50 ppb trên nền hỗn hợp dung dịch đệm (NH4Ac + HAc ) 0,05M ( pH = 4,5).
Các điều kiện ghi đo như như bảng 3.11. Ta thu được tín hiệu dòng Ip với các giá trị như bảng 3.27.
Vậy, từ kết quả trên bảng 3.27 ta xác định được GHPH (LOD) và
GHĐL (LOQ) của các ion Zn2+
, Cd2+, Pb2+, Cu2+ như sau: ♦ Giới hạn phát hiện của Zn2+
: LOD Zn2+ = 0,92 (ppb) ♦ Giới hạn định lượng của Zn2+
: LOQZn 2+
= 3,1(ppb) ♦ Giới hạn phát hiện của Cd2+
: LOD Cd 2+
= 0,32 (ppb)
♦ Giới hạn định lượng của Cd2+
: LOQCd
2+
= 1,1 (ppb) ♦ Giới hạn phát hiện của Pb2+
: LODPb2+ = 0,7 (ppb) ♦ Giới hạn định lượng của Pb2+
: LOQPb2+ = 2,3 (ppb) ♦ Giới hạn phát hiện của Cu2+
: LODCu 2+
= 0,687 (ppb)
♦ Giới hạn định lượng của Cu2+
: LOQCu 2+
= 2,29 (ppb)
Nhận xét : Phương pháp von-ampe hoà tan xung vi phân với điện cực màng thủy ngân có khả năng xác định đồng thời nhiều nguyên tố và có độ nhạy rất cao.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.5. XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG CÁC KM LOẠI Zn, Cd, Pb, Cu TRONG MẪU CHÈ KHÔ 3.5.1. Chuẩn bị mẫu phân tích và quy trình xử lý mẫu [1], [2], [8], [11], [12] 3.5.1.1. Chuẩn bị mẫu phân tích [1], [8]
- Phương pháp lấy mẫu: Lượng mẫu lấy phải đảm bảo đủ lượng chất cần phân tích, phù hợp với phân tích định lượng, đảm bảo giữ nguyên đúng thành phần của đối tượng thực tế đã lấy mẫu. Để phân tích xác định hàm lượng các kim loại nặng trong sản phẩm chè khô ở huyện Phú Lương chúng tôi tiến hành lấy 10 mẫu chè khô ở các xã khác nhau trong huyện.
- Xử lý sơ bộ mẫu và bảo quản mẫu : Mục đích để giữ và bảo quản được chất phân tích không bị mất do ảnh hưởng của yếu tố môi trường xung quanh hay sự hấp phụ của dụng cụ chứa mẫu… Cân khoảng 20 – 30 gam mẫu chè khô thành phẩm, cho vào cối sứ nghiền thành bột mịn, sau đó đựng vào các hộp nhựa nhỏ hoặc túi nilon có kí hiệu cho từng mẫu để ở nơi có môi trường thích hợp.
3.5.1.2. Quy trình xử lý mẫu [8], [11], [12], [28], [31]
Trong mẫu phân tích có chứa rất nhiều các thành phần hóa học khác
nhau vì vậy cần phải xử lý mẫu trước khi tiến hành các phép ghi đo điện hóa.
Thông thường có các cách phá mẫu như sau: Phương pháp vô cơ hoá khô, vô cơ hoá ướt hoặc vô cơ hoá khô ướt kết hợp, phương pháp xử lí bằng lò vi sóng...
Với những điều kiện trong phòng thí nghiệm đang có thì chúng tôi tiến hành phá mẫu theo phương pháp vô cơ hóa khô và vô cơ hóa ướt.
♦ Phƣơng pháp xử lí mẫu vô cơ hoá ƣớt
Lấy mẫu chè khô sau khi đã qua xử lý sơ bộ, cân chính xác 1 gam mỗi mẫu cho vào bình Kendal dung tích 100ml, đánh số thứ tự các mẫu, tẩm ướt
bằng nước cất 2 lần sau đó thêm vào mỗi mẫu 5 ml HNO3 đặc + 15 ml HCl
đặc và 3 ml H2O2 30% lắc cho ngấm đều, để khoảng 20 phút. Đun trên bếp
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
giờ (khi đun có thể thêm HNO3 đặc + HCl đặc) đến khi mẫu bị phân hủy hoàn
toàn (dung dịch trong). Sau đó chuyển sang cốc chịu nhiệt (50ml), nếu dung dịch chưa trong thì thêm vào vài giọt H2O2 đun cho bay hơi hết axit thu được muối trắng ẩm. Hòa tan muối ẩm này và định mức bằng nước cất 2 lần vào bình định mức 50 ml. Đây là dung dịch mẫu đã xủ lý để tiến hành pha dung dịch đo.
♦ Phƣơng pháp xử lí mẫu vô cơ hoá khô
Lấy mẫu chè khô sau khi đã qua xử lý sơ bộ, cân chính xác 1 gam mỗi mẫu cho vào chén sứ (đã được nung khô), đánh số thứ tự các mẫu. Cho vào lò nung nâng dần nhiệt độ lên đến 400 – 450oC trong khoảng 4 ÷ 5 giờ, kiểm tra xem mẫu phân hủy hết ở dạng tro trắng là được. Tắt lò để giảm nhiệt khoảng 20 phút, lấy mẫu ra để nguội. Hòa tan mẫu tro trắng bằng HCl 2 M, sau đó cô cạn dung dịch mẫu trên bếp điện đến khi thu được muối trắng ẩm. Hòa tan muối ẩm và định mức bằng nước cất 2 lần vào bình định mức 50 ml. Đây là dung dịch mẫu đã xủ lý để tiến hành pha dung dịch đo.
3.5.2. Ứng dụng phƣơng pháp thêm chuẩn xác định hàm lƣợng Zn, Cd, Pb, Cu trong mẫu chè khô [7], [9], [18], [19]
♦ Cơ sở của phƣơng pháp thêm chuẩn
Dựa vào sự tuyến tính giữa chiều cao pic hòa tan (Ip) và nồng độ ion chất phân tích (Cx), khi xây dựng đường chuẩn để tiến hành phương pháp thêm chuẩn.
Phương pháp này tiến hành như sau:
Đo và ghi phổ đồ Von - Ampe hoà tan của dung dịch X (có nồng độ Cx
cần xác định), thu được chiều cao pic Ix tỉ lệ với nồng độ chất phân tích (Cx) theo phương trình 3.11.
Ix = K.Cx (3.11)
Sau đó thêm vào dung dịch X một lượng dung dịch chuẩn có nồng độ Cc
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
dung dịch này, ta thu được chiều cao píc Ix+c liên hệ với nồng độ mới theo phương trình 3.12. I(x+c) = K. x. x C. C x C C V C V V V (3.12)
Từ (3.11) và (3.12), ta có thể tính nồng độ chất phân tích có trong mẫu
theo công thức : Cx = Cc . ( ) 1 . x C x C x x C C I V V V I V V (3.13)
Nhận xét: Với phương pháp thêm chuẩn ta có thể xác định hàm lượng chất trong mẫu với ưu điểm hơn phương pháp đường chuẩn là loại bỏ đuợc phần lớn sai số phông nền. Mặt khác số liệu đã được máy đo hiệu chỉnh nên kết quả có độ tin cậy cao. Vì vậy chúng tôi đã sử dụng phương pháp thêm chuẩn để xác định hàm lượng các kim loại Zn, Cd, Pb, Cu trong các mẫu chè khô.
♦ Kết quả phân tích mẫu
Gọi Cx (ppb) là nồng độ các ion kim loại M2+ (Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ ) trong mẫu chè khô, bằng phương pháp thêm chuẩn ta tính được Cx theo (3.13).
Dựa vào Cx ta sẽ tính được hàm lượng các kim loại Zn2+
, Cd2+, Pb2+, Cu2+ trong mẫu như sau:
m(M2+) = . .1000 x đm C V M ( µg/g) (3.14) Trong đó: m(M 2+
) : Hàm lượng kim loại trong mẫu ( µg/g) Cx : Nồng độ M2+
xác định được bằng phương pháp thêm chuẩn theo (3.13). Vđm : thể tích dung dịch mẫu sau khi xử lý và định mức (Vđm = 50 ml) M : khối lượng mẫu phân tích ( M = 1 gam )
Tiến hành ghi đo dòng Ip và phổ đồ Von – Ampe hòa tan xác định các
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.5.2.1. Xác định đồng thời hàm lƣợng Zn, Cd, Pb, Cu
Để tiến hành phương pháp thêm chuẩn phân tích xác định đồng thời hàm lượng Zn, Cd, Pb, Cu trong mẫu chè, chúng tôi tiến hành phân tích trong điều kiện được đưa ra trong bảng sau.
Bảng 3.28. Các thông số ghi đo xác định đồng thời hàm lƣợng Zn, Cd, Pb, Cu
1 Điện cực làm việc MFE
2 Chế độ đo DPP
3 Thời gian điện phân 120s
4 Thời gian chờ 10s
5 Bước biên độ 0,005
6 Bước thời gian 0,4s
7 Thế điện phân -1,3 (V)
8 Khoảng quét thế -1,3 ÷ 0,1 (V)
Để xác định đồng thời Zn, Cd, Pb, Cu ta lấy V (ml) dung dịch mẫu sau khi đã qua xử lý cho vào bình định mức 20 ml, thêm vào bình một thể tích
hỗn hợp dung dịch đệm NH4Ac + HAc (pH = 4,5) và định mức bằng nước cất
2 lần đến vạch định mức để được dung dịch mẫu đem đo trên nền đệm NH4Ac
+ HAc 0,05M (pH = 4,5).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Tiến hành ghi đo đối với mẫu 1, ta được kết quả được trình bày trong bảng 3.29 dưới đây:
Bảng 3.29. Kết quả đo mẫu xác định đồng thời Zn, Cd, Pb, Cu
Lần thêm 1 2 3
Thể tích dung dịch mẫu thêm V (ml) 0,5 0,5 0,5
Ipic (µA) (Mẫu 1) Zn2+ 7,78 9,64 12,26 Cd2+ KPHĐ KPHĐ KPHĐ Pb2+ KPHĐ KĐLĐ KĐLĐ Cu2+ 4,1 4,86 5,75
Từ kết quả hình ảnh phổ đồ và các giá trị Ipic của Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ ghi
trên bảng 3.29. Ta thấy trong mẫu chè hàm lượng Zn và Cu lớn hơn rất nhiều
so với lượng Pb và đặc biệt là Cd, nên thể tích mẫu lấy để xác định hàm lượng các kim loại đồng thời đối với Zn và Cu thì chỉ cần lấy một lượng mẫu ít,
nhưng nếu lấy lượng mẫu ít thì tín hiệu Ipic của Pb rất nhỏ còn Cd thì không
phát hiện được (KPH). Vậy muốn xác định Cd và Pb thì phải lấy một thể tích
mẫu nhiều hơn khi xác định Zn, Cu và như vậy thì tín hiệu Ipic của Zn và Cu
sẽ rất cao gây biến dạng pic như vậy thì xác định Zn và Cu sẽ gây sai số lớn, không chính xác. Mặt khác, nếu ta xác định đồng thời Zn và Cu thì khi ta xác
định bằng phương pháp thêm chuẩn thì nồng độ của Cu2+
lớn hơn của Zn2+ sẽ làm cho tín hiệu Ipic của Zn giảm, gây sai số khi xác định Zn.
Vì vậy khi xác định hàm lượng Zn, Cd, Pb, Cu trong mẫu chè bằng phương pháp Von – Ampe hòa tan ta không nên xác định đồng thời mà ta tiến hành xác định riêng hàm lượng cho từng nguyên tố sẽ cho kết quả chính xác nhất.
3.5.2.2. Xác định hàm lƣợng Zn [5], [16]
Để tiến hành phương pháp thêm chuẩn phân tích hàm lượng Zn trong mẫu chè, chúng tôi tiến hành phân tích trong điều kiện được đưa ra trong bảng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Bảng 3.30. Các thông số kỹ thuật ghi đo xác định hàm lƣợng Zn
1 Điện cực làm việc MFE
2 Chế độ đo DPP
3 Thời gian điện phân 120s
4 Thời gian chờ 10s
5 Bước biên độ 0,005
6 Bước thời gian 0,4s
7 Thế điện phân -1,3 (V)
8 Khoảng quét thế -1,3 ÷ - 0,9 (V)
Để xác định Zn, ta lấy 0,2 ml dung dịch mẫu sau khi đã qua xử lý cho vào bình định mức 20 ml, thêm vào bình một thể tích hỗn hợp dung dịch đệm NH4Ac + HAc (pH = 4,5) và định mức bằng nước cất 2 lần đến vạch định
mức để được dung dịch mẫu đem đo trên nền đệm NH4Ac + HAc 0,05M (pH = 4,5).
Tiến hành ghi đo mỗi mẫu 3 lần, ta được kết quả trung bình được trình bày trong bảng 3.31 dưới đây:
Bảng 3.31. Kết quả thêm chuẩn trung bình đối với Zn
Lần thêm 0 1 2 3 Thể tích Zn2+ 40 (mg/l) thêm (µL) 0 31,25 31,25 31,25 Nồng độ Zn2+ thêm (mg/l) 0,0000 0,0625 0,1250 0,1875 Ipic (µA) Mẫu 1 3,02 3,49 4,05 4,59 Mẫu 2 2,87 3,39 3,96 4,54 Mẫu 3 2,95 3,52 4,09 4,62 Mẫu4 2,88 3,47 3,98 4,60 Mẫu 5 2,96 3,43 4,03 4,56 Mẫu 6 2,98 3.46 4,05 4,58
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 3.43. Phổ đồ thêm chuẩn xác dịnh Zn trong mẫu 1
Hình 3.44. Đồ thị thêm chuẩn xác dịnh Zn trong mẫu 1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 3.46. Đồ thị thêm chuẩn xác dịnh Zn trong mẫu 3
Kết quả : Nồng độ và hàm lượng Zn(II) trong 6 mẫu Chè là :
Bảng 3.32. Hàm lƣợng Zn trong chè Mẫu Nồng độ Zn2+ (mg/l) Hàm lƣợng Zn (µg/g) 1 0,375 0,015 18,75 0,75 2 0,338 0,013 16,90 0,65 3 0,354 0,010 17,70 0,50 4 0,347 0,012 17,35 0,60 5 0,362 0,011 18,10 0,55 6 0,371 0,009 18,55 0,45 3.5.2.3. Xác định hàm lƣợng Cu [5], [16]
Để tiến hành phương pháp thêm chuẩn phân tích hàm lượng Cu trong mẫu chè, chúng tôi tiến hành phân tích trong điều kiện được đưa ra trong bảng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn