CHƢƠNG 2 : THỰC NGHIỆM
2.3 Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu
2.3.2 Phƣơng pháp phân tích tổng hàm lƣợng kim loại nặng
ICP-MS là phƣơng pháp phân tích cơng cụ hiện đại, dựa trên sự phân tách m/Z đặc trƣng cho mỗi nguyên tố để đo hàm lƣợng của nguyên tố. Kỹ thuật này đang đƣợc dùng khá phổ biến ở các phịng phân tích lớn, nhất là các trung tâm phân tích mơi trƣờng. Hệ ICP – MS có những thế mạnh nhƣ phân tích nhanh, thời gian phân tích ngắn, phân tích đƣợc đồng thời nhiều chỉ tiêu, rất thuận lợi cho phân tích
+ chuyển chất mẫu về dạng dung dịch đồng thể, hay thể khí. + dẫn dung dịch mẫu vào buồng tại thể sol khí.
+ dẫn thể sol khí mẫu lên Plasma torch ICP
+ trong plasma xảy ra các hiện tƣợng: - Hóa hơi. - Nguyên tử hóa, - Ion hóa, sinh ion M+. + Thu đám ion, lọc, dẫn vào buồng phân giải phổ khối (m/Z), + Thu và phát hiện phổ khối m/Z (bằng detector),
+ Ghi lại phổ… --> đƣợc phổ khối ICP-MS của mẫu phân tích.
Hệ thống khối phổ plasma cảm ứng ICP-MS có độ nhạy, độ chọn lọc và tính lặp lại rất cao. Tuy nhiên nó cũng là một hệ thống phức tạp và có rất nhiều thơng số ảnh hƣởng đến phép đo. Các thông số này đƣợc tối ƣu ở chế độ tự động.
* Xác định số khối và giới hạn phát hiện đối với các nguyên tố:
Để xác định hàm lƣợng mỗi nguyên tố cần xác định số khối phù hợp. Số khối đo phổ phải đáp ứng về độ chọn lọc, tỉ lệ đồng vị tƣơng ứng và đảm bảo độ nhạy khi đo phổ. Mặc dù, phƣơng pháp ICP-MS khá ƣu việt khi phân tích đồng thời các ion kim loại nặng nói trên nhƣng một số nguyên tố có thể bị ảnh hƣởng của nền mẫu và mảnh đa nguyên tố. Ví dụ khi xác định sắt, mặc dù tỷ lệ đồng vị 56Fe lên đến 91,75% trong khi đồng vị 57Fe chỉ chiếm 2,12% nhƣng để phân tích định lƣợng thì phải chọn 57Fe vì 56Fe vì bị ảnh hƣởng lớn của mảnh đa nguyên tố 40Ar16O. Đối với hệ hệ ICP – MS Elan 9000 tại khoa Hóa, trƣờng ĐHKHTN, ĐH QGHN đã đƣợc GS Phạm Luận đã khảo sát và công bố trong các sách, tài liệu tham khảo trên cả nƣớc. Trong đề tài này chúng tôi nghiên cứu 9 kim loại nặng là Fe, Mn, Zn, Cu, Pb, Cd, Co, Cr, Ni cũng đo trên thiết bị này. Với tính ổn định của hệ ICP – MS và độ tin cậy của các kết quả đo đã đƣợc GS Phạm Luận công bố, việc lựa chọn đồng vị, tỉ lệ đồng vị và LOD của các nguyên tố chúng tôi sử dụng kết quả của GS Phạm Luận [6].
Kết quả lựa chọn số khối, tỉ lệ đồng vị và xác định giới hạn phát hiện của các nguyên tố đƣợc chỉ ra ở bảng 2.2.
Bảng2.2: Số khối, tỉ lệ đồng vị và giới hạn phát hiện đối với các nguyên tố STT Nguyên tố STT Nguyên tố phân tích Số khối (m/Z) Tỷ lệ đồng vị bền (%) LOD (ppb) 1 Cu 63 69,1 0,06 2 Pb 208 52,4 0,05 3 Cd 111 28,7 0,01 4 Zn 66 27,9 0,05 5 Cr 53 83,8 0,01 6 Ni 60 26,2 0,01 7 Fe 57 2,12 0,01 8 Mn 55 100,0 0,01 9 Co 59 100,0 0,01 * Điều kiện phân tích của thiết bị ICP – MS
Để đặt điều kiện phân tích cho thiết bị ICP – MS sử dụng các thông số mặc định của nhà sản xuất và tham khảo các thông số đã đƣợc GS Phạm Luận công bố [6]. Bảng 2.3 mô tả chi tiết các thông số tối ƣu của thiết bị ICP – MS Elan 9000 Các thông số mặc định của máy và các thông số tối ƣu đƣợc chỉ ra ở bảng 2.3
Bảng2.3: Các thông số đƣợc chọn để định lƣợng kim loại nặng
Thông số Giá trị đƣợc chọn Thông số Giá trị đƣợc chọn
Công suất RF 1250 W Số lần quét khối 20 lần Lƣu lƣợng khí
mang 0,9 L/phút Số lần đo lặp 3 lần Lƣu lƣợng Ar tạo
plasma 15 L/phút Độ sâu plasma Chỉnh tối ƣu Thế thấu kính ion 6,5V Tốc độ bơm rửa 48 vòng/ phút Thế xung cấp 1000V Tốc độ bơm mẫu 26 vòng/ phút Thế quét phổ
trƣờng tứ cực Auto theo m/Z Các thông số khác Auto
* Đƣờng chuẩn của các nguyên tố phân tích.
Trong kỹ thuật ICP – MS sử dụng phƣơng pháp đƣờng chuẩn để xác định hàm lƣợng các ngun tố phân tích là rất phù hợp vì khoảng tuyến tính của kim loại nặng rộng.Đƣờng chuẩn xác định tổng hàm lƣợng các nguyên tố đƣợc xây dựng dựa trên dung dịch chuẩn 29 ngun tố (Hình 2.1).Trong đó các ngun tố Cu, Pb, Cd, Zn, Ni, Mn, Co, Cr xây dựng từ 5 điểm chuẩn có nồng độ là 0; 4; 20; 100; 200 ppb.
Đƣờng chuẩn xác định các kim loại nặng thu đƣợc ở Hình 2.7giá trị CPS cụ thể của từng điểm nồng độ đƣợc để ở phụ lục số 2.
Hình 2.7 Đƣờng chuẩn của các nguyên tố nghiên cứu trên ICP – MS Elan 9000 Phƣơng trình đƣờng chuẩn ƣờng chuẩn của các ngun tố nghiên cứu đều có Phƣơng trình đƣờng chuẩn ƣờng chuẩn của các nguyên tố nghiên cứu đều có
các kim loại nặng là hoàn toàn phù hợp.Trong quá trình đo mẫu, cứ 20 lần đo mẫu thì lặp lại một lần đo dung dịch chuẩn để kiểm tra lại đƣờng chuẩn.
Đề tài đã thu thập và đo được 20 mẫu nước mặt ở 2 độ sâu 15cm và 30cm, cùng 185 mẫu nước chiết lỗ rỗng trong 12 peeper, tất cả đều tại 12 địa điểm trên địa bàn tỉnh Hải Dương. Tổng số mẫu mà đề tài đã tiến hành đo là 205 mẫuvới 9 chỉ tiêu kim loại nặng Fe, Mn, Zn, Cu, Cd, Cr, Co, Ni và Pb.