Chƣơng 2 : THỰC NGHIỆM
2.2. Giới thiệu về phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử [14, 27]
2.2.1. Nguyên tắc của phƣơng pháp AAS
Trong điều kiện thƣờng, nguyên tử không thu cũng không phát ra năng lƣợng dƣới dạng các bức xạ, lúc này nguyên tử ở trạng thái cơ bản. Nhƣng khi nguyên tử ở trạng thái hơi tự do, nếu chúng ta kích thích nó bằng một chùm tia sáng đơn sắc có
năng lƣợng phù hợp, có độ dài sóng trùng với các vạch phổ phát xạ đặc trƣng của ngun tố đó thì chúng sẽ hấp thụ các tia sáng đó và sinh ra phổ hấp thụ nguyên tử.
Trên cơ sở xuất hiện của phổ hấp thụ nguyên tử, chúng ta thấy phổ hấp thụ nguyên tử chỉ đƣợc sinh ra khi nguyên tử tồn tại ở trạng thái khí tự do và ở mức năng lƣợng cơ bản. Vì vậy, muốn thực hiện đƣợc 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 hóa hơi mẫu.
2. Nguyên tử hóa đám hơi đó, phân li các phân tử, tạo ra đám hơi nguyên tử tự do của các ngun 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 sáng có bƣớc sóng phù hợp với nguyên tố phân tích và chiếu vào đám hơi ngun tử đó. Phổ hấp thụ sẽ xuất hiện.
4. Nhờ một hệ thống máy quang phổ, ngƣời ta thu toàn bộ chùm sáng sau khi đi qua môi trƣờng hấp thụ, phân li chúng thành phổ và chọn một vạch phổ cần đo của nguyên tố phân tích hƣớng vào khe đo để đo cƣờng độ của nó. Trong một giới hạn nhất định của nồng độ, giá trị cƣờng độ này phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ của nguyên tố cần phân tích theo phƣơng trình:
Aλ = k.C.L Trong đó:
Aλ: Cƣờng độ vạch phổ hấp thụ.
k: Hằng số thực nghiệm.
L: Chiều dài môi trƣờng hấp thụ.
C: Nồng độ nguyên tố cần xác định trong mẫu đo phổ. 5.Thu và ghi lại kết quả đo cƣờng độ vạch phổ hấp thụ.
2.2.2. Hệ thống, trang thiết bị của phép đo AAS
Dựa vào nguyên tắc của phép đo, hệ thống trang thiết bị của máy phổ hấp thụ nguyên tử gồm các phần sau:
Phần I: Nguồn phát chùm bức xạ đơn sắc của các nguyên tố cần phân tích
- Đèn catot rỗng (Hollow Cathode lamp HCL).
- Đèn phịng điện khơng điện cực (Electrodeless Discharge lamp- EDL). -Đèn phát phổ liên tục đã biến điệu (D2- lamp hay Xe-lamp)
Phần II: Hệ thống ngun tử hóa mẫu phân tích theo hai kỹ thuật
Kỹ thuật nguyên tử háo mẫu bằng ngọn lửa đèn khí: kỹ thuật này ra đời đầu tiên cùng với sự ra đời của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS), nhƣng kỹ thuật này có độ nhạy khơng cao, thƣờng là trong vùng 0,05- 1ppm. Theo kỹ thuật này, ngƣời ta dùng năng lƣợng ngọn lửa đèn khí để ngun tử hóa mẫu. Do đó, mọi q trình xảy ra trong ngọn lửa khi ngun tử hóa mẫu đều phụ thuộc vào đặc tính của ngọn lửa [11]. Nhiệt độ ngọn lửa chính là yếu tố quyết định hiệu suất ngun tử hóa mẫu phân tích.
Kỹ thuật ngun tử hóa không ngọn lửa: kỹ thuật này ra đời sau cùng với phép đo phổ hấp thụ nguyên tử khơng ngọn lửa (GF-AAS), nhƣng lại có độ nhạy rất cao đạt đến 0,1ppb và hiện nay đang đƣợc ứng dụng rất phổ biến. Trong kỹ thuật này, ngƣời ta dùng một lò nung bằng graphit (cuvet graphit) hay thuyền lantan để nguyên tử hóa mẫu. Kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu khơng ngọn lửa là q trình ngun tử hóa mẫu tức khắc trong thời gian rất ngắn nhờ nguồn năng lƣợng của dịng điện có cƣờng độ dòng rất cao (từ 50 đến 600A) và thế thấp (dƣới 12V) trong mơi trƣờng khí trơ. Q trình ngun tử hóa xảy ra theo các giai đoạn kế tiếp nhau: sấy khơ, tro hóa luyện mẫu, ngun tử hóa 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 hóa đạt kết quả tốt. Ở giai đoạn nguyên tử hóa mẫu, dƣới tác dụng của nguồn năng lƣợng này, cuvet chứa mẫu phân tích sẽ đƣợc nung đỏ ngay tức khắc, mẫu sẽ đƣợc hóa hơi và nguyên tử hóa để tạo ra các nguyên tử tự do ở trạng thái hơi có khả năng hấp thụ bức xạ đơn sắc tạo ra phổ hấp thụ nguyên tử của nó. Kỹ thuật này có độ nhạy cao, gấp hàng trăm đến hàng nghìn lần phép đo trong ngọn lửa mà lƣợng mẫu tiêu tốn ít (mỗi lần 20-50μl). Do đó khơng cần nhiều mẫu phân tích việc chuẩn bị mẫu cũng dễ dàng, khơng tốn nhiều hóa chất cũng nhƣ các dung mơi tinh khiết cao đắt tiền.
Phần III: Hệ quang học và detector dùng để thu, phân ly toàn bộ phổ của
mẫu và chọn vạch phổ hấp thụ cần đo hướng vào nhân quang điện để phát tín hiệu hấp thụ của vạch phổ.
Phần IV: Hệ thống chỉ thị kết quả đó có nhiều cách khác nhau, từ đơn giản
đến phức tạp:
Trang bị đơn giản gồm: các điện kế chỉ năng lƣợng hấp thụ của vạch phổ. Các máy tự ghi lại cƣờng độ vạch phổ dƣới 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 hiển thị kết quả đo ra màn hình. Tuy nhiên loại trang thiết bị này rất đắt tiền.
- Phƣơng pháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử đã và đang đƣợc sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành khoa học bởi nó có nhiều tính năng ƣu việt.
- Độ nhạy và độ chọn lọc cao.
- Không cần làm giàu nguyên tố cần xác định.
- Các thao tác thực hiện đơn giản, dễ làm, có thể xác định đồng thời hay liên tiếp nhiều nguyên tố trong một mẫu. Các kết quả phân tích ổn định. sai số nhỏ (sai số không quá 15% ở mức ppb)..