Hình 3.9: Sự phụ thuộc của logIp vào logv trên GCE
Cường độ dòng tăng tuyến tính theo tốc độ quét có hệ số góc a = 0,7386;
3.2. Tối ƣu hóa các điều kiện xác định Auramine O trên điện cực HMDE và GCE
Để tối ưu hóa các điều kiện xác định Auramine O chúng tôi đã tiến hành sử dụng:
Phương pháp von - ampe hịa tan hấp phụ sóng vng trên điện cực HMDE với các điều kiện đo: nồng độ AO 10-7 M; khoảng quét thế (- 0,5 V; - 1,4 V); thời gian hấp phụ 30 s; tốc độ quét 250 mV/s,
Phương pháp von - ampe hòa tan hấp phụ xung vi phân trên điện cực GCE
với điều kiện đo: nồng độ AO 10-7 M, khoảng quét thế - 1 V đến 1,2 V; thời gian
hấp phụ 60 s; tốc độ quét 20 mV/s.
3.2.1. Khảo sát sự ảnh hưởng của pH
pH ảnh hưởng đến dạng tồn tại và khả năng hấp phụ của chất phân tích trên bề mặt điện cực tức là ảnh hưởng đến động học của quá trình làm giàu cũng như đến q trình hịa tan, điều đó ảnh hưởng đến cường độ dịng píc, thế đỉnh píc. Vì vậy, việc khảo sát ảnh hưởng của pH là yếu tố quan trọng nhất và cần tiến hành trước:
3.2.1.1. Khảo sát sự ảnh hưởng của pH trên điện cực HMDE
Thay đổi giá trị pH từ 2,0 đến 10,5 và giữ nguyên các điều kiện đo ban đầu trên điện cực HMDE.
Bảng 3.4: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến cường độ dòng trên HMDE
STT pH Thế đỉnh píc (V) Chiều cao píc I (nA)
1 2,0 - 0,787 80,2
2 2,5 - 0,837 81,4
4 3,5 - 0,927 88,4 5 4,0 - 0,961 88,3 6 4,5 - 1,000 94,3 7 5,0 - 1,050 98,0 8 5,5 - 1,080 99,7 9 6,0 - 1,120 93,3 10 6,5 - 1,150 95,6 11 7,0 - 1,180 90,5 12 7,5 - 1,200 101,0 13 8,0 - 1,200 123,0 14 8,5 - 1,240 145,0 15 9,0 - 1,250 145,0 16 9,5 - 1,260 133,0 17 10,0 - 1,280 88,2 18 10,5 - 1,290 48,3
Hình 3.10: Đường von - ampe hòa tan phụ thuộc giữa cường độ dịng vào giá trị pH trên HMDE
Hình 3.12: Đồ thị biểu diễn mối liên quan giữa thế đỉnh píc và pH trên HMDE Dựa vào kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến cường độ dịng píc từ pH 2 Dựa vào kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến cường độ dịng píc từ pH 2 đến pH 10,5 cho thấy cường độ tín hiệu píc gần như khơng thay đổi từ pH 2 đến 7, tăng dần từ 8 đến 9 và giảm dần từ 9,5 đến 10,5. Tại pH = 9,0 cho cường độ dịng cao nhất và chân píc cân đối. Vì vậy, tơi chọn pH = 9,0 cho các điều kiện khảo sát tiếp theo.
Mặt khác, từ kết quả nghiên cứu thấy rằng khi pH tăng thì thế đỉnh píc (Ep) giảm dần (dịch chuyển về phía thế catot) và giữa Ep và pH có mối quan hệ tuyến tính theo phương trình Ep = 0,6906. pH - 0,5114 với R² = 0,9905 với R2 = 0,992. Điều này chứng tỏ có sự tham gia proton H+ trong phản ứng điện hóa xảy ra trên bề mặt điện cực. Khi pH tăng thì quá trình khử của Auramine O trên bề mặt điện cực dễ dàng xảy ra hơn.
3.2.1.2. Khảo sát sự ảnh hưởng của pH trên điện cực GCE
Thay đổi pH từ 3,0 đến 11,0. Ở pH từ 3 đến 6 thì Auramine O khơng có tín hiệu píc nhưng từ pH = 7 đến pH = 11 có xuất hiện píc của Auramine O (phụ lục 1).
Bảng 3.5: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến cường độ dòng trên GCE
7 0,833 132 8 0,793 188 9 0,722 212 9,5 0,69 246 10 0,658 250 10,5 0,643 239 11 0,611 240
Hình 3.14: Đồ thị biểu diễn mối liên quan giữa thế đỉnh píc và pH trên trên GCE Trong khoảng pH từ 7,0 đến 11,0 thì cường độ dịng píc phụ thuộc vào pH, tại pH = 10,0 thì tín hiệu píc cao và cân đối nhất. Do vậy, chúng tôi chọn pH = 10,0 cho các nghiên cứu tiếp theo.
Mặt khác, từ kết quả nghiên cứu thấy rằng khi pH tăng thì thế đỉnh píc (Ep) giảm dần (dịch chuyển về phía thế catot) và giữa Ep và pH có mối quan hệ tuyến tính theo phương trình Ep = - 0.0573.pH + 1.2394 với R2 = 0,9924. Điều này chứng tỏ có sự tham gia proton H+ trong phản ứng điện hóa xảy ra trên bề mặt điện cực. Khi pH tăng thì q trình oxi hóa của Auramine O trên bề mặt điện cực dễ dàng xảy ra hơn.
3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của thế hấp phụ
Thế hấp phụ ảnh hưởng đến cường độ dịng píc. Do đó, chúng tơi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của thế hấp phụ ở các giá trị khác nhau.
3.2.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của thế hấp phụ trên điện cực HMDE
Đệm B - R ở pH = 9,0 thay đổi thế hấp phụ từ 0 V đến - 0,9 V.
Bảng 3.6: Kết quả khảo sát ảnh hưởng thế hấp phụ đến cường độ dòng trên HMDE
Thế hấp phụ (V) 0 - 0,1 - 0,2 - 0,3 - 0,4 - 0,5 - 0,6 - 0,7 - 0,8 - 0,9
Hình 3.15: Đường von - ampe hòa tan khi thay đổi giá trị thế hấp phụ trên HMDE
Hình 3.16: Sự phụ thuộc của cường độ dịng píc vào giá trị thế hấp phụ trên HMDE Qua kết quả nghiên cứu trên ta thấy: tại các thế hấp phụ khác nhau thì giá trị của cường độ dòng khác nhau. Trong khoảng thế hấp phụ từ 0 V đến - 0,2 V cường độ píc tăng, khi thế hấp phụ từ - 0,2 V đến - 0,9 V gần như khơng thay đổi, chân píc cân đối. Để đảm bảo độ chọn lọc, chúng tôi chọn thế hấp phụ tối ưu là - 0,5 V cho các khảo sát tiếp theo.
3.2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của thế hấp phụ trên điện cực GCE
Điều kiện đo: đệm B - R pH = 10; thay đổi thế hấp phụ từ - 1 V đến 0,5 V. Bảng 3.7: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thế hấp phụ đến cường độ dòng trên
GCE Thế hấp phụ (V) - 1 - 0,8 - 0,5 - 0,3 0 0,3 0,5 I (nA) 244 249 251 269 348 304 224 U (V) 0,667 0,674 0,667 0,667 0,667 0,665 0,666 500m 600m 700m 800m 900m 1.00 U (V) 1.60u 1.80u 2.00u 2.20u 2.40u 2.60u I (A )
Hình 3.17: Đường von - ampe hịa tan phụ thuộc vào thế hấp phụ trên GCE 0 V
Hình 3.18: Sự phụ thuộc của cường độ dịng vào giá trị thế hấp phụ trên GCE Qua kết quả nghiên cứu trên ta thấy: tại các thế hấp phụ khác nhau thì giá trị của cường độ dịng khác nhau. Trong khoảng thế hấp phụ từ - 1 V đến 0,5 V cường độ píc tăng. Ở thế hấp phụ 0 V thì cường độ píc cao và chân píc cân đối. Để đảm bảo độ chọn lọc, chúng tôi chọn thế hấp phụ tối ưu là 0 V.
3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ
Thời gian hấp phụ là yếu tố ảnh hưởng rất lớn tới cường độ dịng píc. Khi tăng thời gian hấp phụ thì lượng chất hấp phụ lên bề mặt điện cực càng lớn. Tuy nhiên, điều này chỉ đúng trong một khoảng thời gian nhất định còn khi thời gian hấp phụ quá lâu thì lượng chất hấp phụ gần như không đổi hoặc xảy ra hiện tượng hấp phụ đa lớp. Lúc này bề mặt điện cực bão hịa, chất khơng thể hấp phụ lên bề mặt điện cực thêm nữa.
3.2.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ trên điện cực HMDE
Chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến cường độ dịng píc của chất phân tích ở 2 nồng độ khác nhau là 10- 6 M và 2,4.10- 7 M.
Điều kiện đo: pH = 9,0; thế hấp phụ - 0,5 V, thay đổi thời gian hấp phụ 0 s đến 300 s. Tín hiệu đo được như bảng 3.8; hình 3.19 và 3.20.
Bảng 3.8: khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến cường độ dòng trên HMDE Thời gian hấp phụ (s) I (nA) Nồng độ 10- 6 M Nồng độ 2,4×10-7 M 0 66,3 15,4 5 112,0 26,5 10 163,0 43,1 30 251,0 75,7 60 234,0 124,0 90 234,0 163,0 120 232,0 195,0 150 230,0 201,0 200 230,0 198,0 250 212,0 188,0 300 213,0 190,0
Hình 3.19: Đường von - ampe hòa tan khi thay đổi thời gian hấp phụ ở nồng độ 10- 6 M trên HMDE
Hình 3.20: Đường von - ampe hịa tan khi thay đổi thời gian hấp phụ ở nồng độ 2,4.10-7 M trên HMDE
Hình 3.21: Sự phụ thuộc của cường độ dòng vào thời gian hấp phụ trên HMDE a) 10- 6 mol/L- 1 và b) 2,4.10- 7 mol.L- 1
Từ kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến tín hiệu cường độ dịng, có thể thấy rằng :
- Ở nồng độ 10- 6 M khi tăng thời gian hấp phụ từ 0 - 60 s thì cường độ dịng píc tăng đều. Khi thời gian hấp phụ lớn hơn 60 s thì cường độ dịng píc tăng chậm. Lúc này bề mặt điện cực gần như bão hịa khơng cịn khả năng hấp phụ thêm. Tại t = 30 s cho cường độ tín hiệu cao, chân píc cân đối. Vì vậy, chúng tơi chọn thời gian hấp phụ là 30 s là đối với các dung dịch có nồng độ n.10- 6 mol.L- 1.
- Tương tự tại nồng độ 2,4.10- 7 M với thời gian hấp phụ từ 0 s đến 120 s cường độ dịng píc tăng đều, từ 150 s đến 300 s thì khơng đổi vì bề mặt điện cực đã bão hịa. Vì vậy đối với những dung dịch có nồng độ n.10- 7 M chọn thời gian 60 s.
3.2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ trên điện cực GCE
Chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng thời gian hấp phụ đến cường độ dòng ở các điều kiện: đệm B - R có pH =10, thế bắt đầu quét 0 V; thời gian hấp phụ thay đổi từ 0 s đến 150 s thu được kết quả bảng 3.9; hình 3.22; hình 3.23;.
a
Bảng 3.9: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến cường độ dòng trên GCE
Thời gian hấp phụ (s) 0 10 20 30 60 90 120 150
Chiều cao píc I (nA) 18,6 111 135 191 323 456 472 520
Hình 3.22: Đường von - ampe hòa tan khi thay đổi giá trị thời gian hấp phụ trên GCE
Hình 3.23: Sự phụ thuộc của cường độ dòng vào thời gian hấp phụ trên GCE Từ kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian hấp phụ nhận thấy khi tăng thời gian hấp phụ từ 0 s đến 90 s thì cường độ dịng píc tăng tuyến tính theo thời
500m 600m 700m 800m 900m U (V) 1.80u 2.00u 2.20u 2.40u 2.60u 2.80u I ( A ) 150 s 120 s 90 s 60 s 10 – 30 s 0 s
gian hấp phụ. Nếu tiếp tục tăng thời gian hấp phụ lên hơn 90 s thì cường độ dịng khơng thay đổi nhiều. Do vậy, chúng tôi chọn thời gian hấp phụ 90 s là điều kiện tối ưu cho các khảo sát tiếp theo.
3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ quét
Khi càng tăng tốc độ qt thế thì cường độ dịng píc của chất phân tích càng tăng. Tuy nhiên, khi tốc độ quét quá lớn, sẽ gây ra hiện tượng chẻ píc, điều này gây ảnh hưởng đến việc định lượng cũng như xác định hàm lượng của chất trong mẫu. Do đó, chúng tơi tiến hành khảo sát ảnh hưởng hưởng của tốc độ quét thế.
3.2.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ quét trên điện cực HMDE
Điều kiện đo: pH = 9,0; thế hấp phụ - 0,5 V; thời gian hấp phụ 60 s; tốc độ quét thay đổi từ 10 mV/s đến 500 mV/s. Tín hiệu thu được bảng 3.10 và hình 3.24; hình 3.25:
Bảng 3.10: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tốc độ quét đến cường độ dòng trên HMDE
Tốc độ quét
(mV/s) 10 50 100 150 200 250 300 400 500
Hình 3.24: Đường von - ampe hòa tan phụ thuộc của cường độ dòng vào giá trị tốc độ quét trên HMDE
Hình 3.25: Sự phụ thuộc của cường độ dòng vào giá trị tốc độ quét trên HMDE Dựa vào kết quả trên cho ta thấy, khi tốc độ qt tăng thì chiều cao píc tăng đều. Tuy nhiên, khi tốc độ quét lớn thì chân píc dỗng ra, nhọn khơng trơn. Mặt khác khi tốc độ qt tăng thì thế đỉnh píc dịch chuyển về phía âm hơn, chứng tỏ q trình khử xảy ra khó hơn. Vì vậy, chúng tôi chọn tốc độ quét là 250 mV/s, một tốc độ quét cho cường độ dịng đủ lớn, píc cân đối và đẹp.
3.2.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ quét trên điện cực GCE
Điều kiện đo: đệm B - R có pH = 10, thế bắt đầu quét 0 V; thời gian hấp phụ 90 s; tốc độ quét thay đổi từ 10 mV/s đến 35 mV/s thu được kết quả:
Bảng 3.11: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tốc độ quét đến cường độ dòng trên GCE Tốc độ quét (mV/s) 10 15 20 25 30 35 I (nA) 156 219 278 339 354 361 500m 600m 700m 800m 900m U (V) 1.40u 1.60u 1.80u 2.00u 2.20u 2.40u I ( A )
Hình 3.26: Đường von - ampe hịa tan của AO phụ thuộc vào tốc độ quét trên GCE (1 - 3) tốc độ quét 10 đến 30 mV/s; (4) - tốc độ quét 25 mV/s; (5) - tốc độ quết 30
mV/s; (6) - tốc độ quét 35 mV/s 4
1 - 3 5
Hình 3.27: Sự phụ thuộc của cường độ dịng vào giá trị tốc độ quét trên GCE
Qua kết quả khảo sát ảnh hưởng của tốc độ quét thấy rằng khi tốc độ qt
tăng thì tín hiệu cường độ dịng tăng. Cụ thể, tăng tuyến tính trong khoảng nồng độ từ 10 mV.s-1 đến 25 mV.s-1, tăng chậm khi tốc độ quét lớn hơn 25 mV.s-1. Điều này có thể giải thích khi tốc độ qt cao thì khả năng hịa tan chất phân tích hấp phụ trên bề mặt điện cực khơng hồn tồn, chỉ được một lượng nhất định nên tín hiệu cường độ dịng không tăng. Do vậy, chúng tôi chọn tốc độ quét là 25 mV.s-1.
Như vậy, sau khi khảo sát các điều kiện pH, thế hấp phụ, thời gian hấp phụ, tốc độ quét chúng tôi đã lựa chọn các điều kiện tối ưu để xác định Auramine O trên điện cực HMDE và GCE
Bảng 3.12: Các điều kiện tối ưu xác định AO trên GCE
Điều kiện đo HMDE GCE
pH 9 10 Thế hấp phụ - 0,5 V 0 V Thời gian hấp phụ 30 s ở n.10-6 M, 60 s ở n.10-7 M 90s Tốc độ quét 250 mV/s 25 mV/s
3.3. Đánh giá phương pháp 3.3.1. Xây dựng đường chuẩn 3.3.1. Xây dựng đường chuẩn
3.3.1.1. Xây dựng đường chuẩn trên điện cực HMDE
Từ các kết quả khảo sát được chúng tôi đã xây dựng đường chuẩn trong khoảng nồng độ từ 4.10- 8 mol.L- 1 đến 6,4.10- 7 mol.L- 1 với các điều kiện đã tối ưu
Bảng 3.13: Ảnh hưởng của nồng độ Auramine O đến cường độ dịng trên HMDE
Hình 3.29: Cường độ dịng pic phụ thuộc vào sự thay đổi nồng độ AO trên HMDE
C(10- 8 M) 4 12 20 32 64
Hình 3.30: Đường chuẩn của AO trong khoảng nồng độ 4.10- 8 M đến 6,4.10- 7 M trên HMDE
Sử dụng phần mềm minitab tính tốn kết quả:
Sử dụng chuẩn student (2 phía) với mức độ tin cậy P=95%, số bậc tự do f = n- 2 nên tra bảng ta có t (0,95;3) = 3,182
Tính ∆a = t (0,95;3), Sa = 3,182×1,451= 4,617 ∆b = t (0,95;3), Sb = 3,182×0,043= 0,137 Y = ( 2,887 ± 4,617) + (2,459 ± 0,137) X
Với Y là cường độ dịng píc (nA); X là nồng độ Auramine O 10- 8 M
Giới hạn phát hiện : LOD = 3 Sy/b = 2,46.10- 8 M
Giới hạn định lượng : LOQ = 10 Sy/b = 8,21.10- 8 M
Vậy trong khoảng nồng độ 4.10-8 M đến 6,4.10-7 M sự phụ thuộc giữa IP vào