CHƢƠNG 2 : NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.4. Trang thiết bị và hóa chất
2.4.1. Trang thiết bị
Thiết bị:
- Thiết bị phân tích điện hóa Metrohm - Swiss Made có ghép nối với máy tính và phần mềm 663 VA STAND điều khiển.
Hệ điện cực:
- Điện cực làm việc: điện cực giọt thủy ngân treo, glassy carbon - Điện cực so sánh: Ag/AgCl/KCl (3 M).
- Điện cực phụ trợ: thanh cacbon. - Máy đo pH meter TOA - Nhật Bản.
- Cân phân tích StarTorius (độ chính xác ÷ 0,0001 g). Dụng cụ
- Bình định mức: 25,00 mL; 50,00 mL; 100,0 mL.
- Pipet: 0,50 mL; 1,00 mL; 2,00 mL; 5,00 mL; 10,00 mL. - Cốc: 100 mL; 250 mL.
- Màng lọc 0,45 µm
2.4.2. Hóa chất và dung môi
- Chất chuẩn: Auramine O dạng bột, độ tinh khiết 85% (Mỹ) - Axit axetic (CH3COOH), (PA, Merck)
- Axit photphoric (H3PO4), (PA, Deajung, Hàn Quốc, 85 %) - NaOH (PA, Merck)
- Axit H3BO3(PA, Merck)
- Nước cất hai lần.
2.4.3. Chuẩn bị các dung dịch hóa chất
2.4.3.1. Pha dung dịch gốc Auramine O 10- 3 M
Cân chính xác 8,9 mg chất chuẩn Auramine O (M = 303,83 g/mol), cân trên cân phân tích (độ chính xác 0,0001 g) pha trong nước cất 2 lần, rung siêu âm 5 phút và chuyển vào bình định 25,00 ml. Định mức tới vạch, được dung dịch chuẩn gốc
có nồng độ 10- 3 M. Dung dịch gốc được chuyển vào lọ thủy tinh và bảo quản trong
tủ lạnh với nhiệt độ khoảng - 40C.
Dung dịch gốc trước khi sử dụng phải đưa về nhiệt độ phịng sau đó lắc đều dung dịch. Các dung dịch chuẩn được pha từ dung dịch gốc sử dụng trong ngày.
2.4.3.2. Pha dung dịch đệm BR có pH (2 đến 12)
Dung dịch A: Dung dịch hỗn hợp 3 axit H3PO4, H3BO3 và CH3COOH cùng ở nồng độ 0,04 M.
Dung dịch B: Dung dịch NaOH 0,2 M
Dùng dung dịch B để điều chỉnh pH cần nghiên cứu, giá trị pH chính xác được đo bằng máy đo pH.
2.5. Các thông số đánh giá độ tin cậy của phƣơng pháp phân tích
2.5.1. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ)
Giới hạn phát hiện (LOD) là nồng độ nhỏ nhất của chất phân tích mà thiết bị phân tích cịn cho tín hiệu khác với tín hiệu mẫu trắng hay tín hiệu nền. Nếu có mẫu trắng: LOD là nồng độ chất nhỏ nhất mà tín hiệu đo / nhiễu bằng 3.
Nếu khơng có mẫu trắng : Tính theo phương trình đường chuẩn
LOD = 3
Trong đó : Sy : Độ lệch chuẩn b : Hệ số góc
Giới hạn định lượng (LOQ) là nồng độ thấp nhất của chất phân tích mà hệ thống có thể định lượng được với tín hiệu phân tích khác có ý nghĩa định lượng với tín hiệu của mẫu trắng hay tín hiệu nền. Nếu có mẫu trắng: LOQ là nồng độ nhỏ nhất mà tín hiệu đo / nhiễu bằng 10. [5]
Nếu khơng có mẫu trắng: Tính theo phương trình đường chuẩn LOQ = 10.
2.5.2. Độ lặp lại của phương pháp
Độ lặp lại: Đặc trưng cho mức độ gần nhau giữa giá trị riêng lẻ tiến hành trên các mẫu thử giống hệt nhau, bằng cùng một phương pháp phân tích, trong cùng điều kiện thí nghiệm (cùng người phân tích, cùng trang thiết bị, phịng thí nghiệm, trong các khoảng thời gian ngắn). Do vậy còn gọi là độ chính xác trong phịng thí nghiệm.
Độ lặp lại của phương pháp được xác định qua độ lệch chuẩn (SD) và độ lệch chuẩn tương đối (RSD %).
Công thức độ lệch chuẩn SD là : SD =
Công thức độ lệch chuẩn tương đối RSD% = .100% = C %
Độ lệch chuẩn tương đối (RSD) là tỷ số giữa độ lệch chuẩn và giá trị trung bình. Nó thường được biểu thị bằng phần nghìn (nhân với 1000 ppt) hay phổ biến hơn là phần trăm độ lệch chuẩn tương đối (nhân với 100 %) RSD (%) còn được gọi là hệ số biến thiên (CV %). Đại lượng này được dùng để đo độ chụm của phép phân tích.
Trong đó : : là chiều cao píc
2.5.3. Hiệu suất thu hồi
Hiệu suất thu hồi là cách khác để biểu diễn độ chệch dưới dạng phần trăm tương đối của lượng tìm lại được. Độ chệch càng nhỏ thì hiệu suất thu hồi càng lớn Cơng thức tính hiệu suất thu hồi là :
H% = 100 %
Mục đích của việc đánh giá hiệu suất thu hồi là kiểm tra xem chất chuẩn được thêm vào được trộn đều với nền mẫu thế nào và tính chất của nền mẫu có giống với nền mẫu phân tích ban đầu hay khơng. [5]
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Nghiên cứu đặc tính điện hóa của Auramine O bằng phƣơng pháp von - ampe vịng (CV)
3.1.1. Đặc tính điện hóa của Auramine O trên điện cực HMDE và GCE
Để nghiên cứu q trình điện hóa xảy ra trên bề mặt điện cực, chúng tôi đã tiến hành sử dụng phương pháp von - ampe vòng với các điều kiện:
Trên điện cực HMDE: đệm B - R pH = 5, khoảng quét thế 0 V đến - 1,2 V;
nồng độ của AO 10- 6 M; thời gian hấp phụ 30 s.
Trên điện cực GCE:: đệm B - R có pH = 9, khoảng quét thế 0 V đến 1,2 V;
nồng độ của AO 10- 6 mol.L- 1, tốc độ quét 0,1 V/s; thời gian hấp phụ 60 s.
3.1.1.1. Đặc tính hấp phụ của AO trên HMDE
-700m -800m -900m -1.00 -1.10 U (V) -25.0n -20.0n -15.0n -10.0n -5.00n 0 I (A )
Hình 3.1: Đường CV (von - ampe vịng) của AO trên HMDE ở tốc độ quét 0,01 V/s
a - Mẫu trắng đệm Briton - Robinson pH = 5; b - Auramine O 10- 6 M không
hấp phụ; c - Auramine O 10- 6 M hấp phụ 30 s
a b
Trên đường phân cực catot từ 0 V đến - 1,2 V; xuất hiện píc khử ở thế - 1,08 V. Trên đường phân cực anot từ - 1,2 V đến 0 V khơng xuất hiện píc oxi hóa.
Do vậy, Auramine O là chất oxi hóa, q trình khử của Auramine O là bất thuận nghịch.
So sánh giữa giá trị cường độ dịng píc khử trên đường c và cường độ dịng píc khử trên đường b thấy rằng khi ở thế 0 V với thời gian hấp phụ 30 s thì tín hiệu cường độ dịng tăng lên so với trường hợp khi khơng có hấp phụ (đường b). Điều này chứng tỏ AO đã hấp phụ trên điện cực giọt thủy ngân treo khi có áp thế tại 0 V trước khi ghi tín hiệu hịa tan. Đây là cơ sở để nhóm nghiên cứu chọn phương pháp von - ampe hịa tan hấp phụ, một phương pháp có độ nhạy và độ chọn lọc cao, đáp ứng yêu cầu phân tích lượng vết và siêu vết có trong đối tượng nghiên cứu.
Tiến hành quét đường von - ampe vịng 5 lần liên tiếp. Tín hiệu thu được như hình 3.2:
Đường CV được qt 5 vịng, vịng đầu tiên thì giá trị cường độ dịng cao hơn, 4 vịng sau đó thì giá trị cường độ dịng píc catot thấp hơn và khơng thay đổi. Nguyên nhân là do khi quét CV 5 vịng liên tục trên cùng 1 giọt có đặt điều kiện hấp phụ ở thế 0 V với thời gian hấp phụ 30 s thì ở vịng thứ nhất, hịa tan chất phân tích đã hấp phụ trên bề mặt điện cực, các vịng sau đó chất phân tích khơng cịn trên bề mặt điện cực nữa, tín hiệu hịa tan đó là của chất phân tích trong dung dịch không hấp phụ lên bề mặt điện cực.
Từ kết quả nghiên cứu bằng đường von - ampe vịng có thể kết luận q trình khử của Auramine O là bất thuận nghịch, có hấp phụ trên điện cực HMDE.
3.1.1.2. Đặc tính hấp phụ của AO trên điện cực GCE
0 200m 400m 600m 800m 1.00 1.20 U (V) -2.00u 0 2.00u 4.00u 6.00u I (A )
Hình 3.3: Đường Von - Ampe vòng của dung dịch Auramine trên GCE 1) mẫu trắng, 2) Auramine O 10- 6 mol.L- 1 không hấp phụ, 3) Auramine O 10- 6
mol.L- 1 có hấp phụ tại thế 0 V với thời gian hấp phụ 60 s.
Trên đường 3, đường phân cực anot từ 0 V đến 1,2 V xuất hiện 1 píc oxi hố ở thế 0,76 V. Trên đường phân cực catot từ 1,2 V đến 0 V khơng xuất hiện píc khử. Do vậy q trình oxi hóa của auramin O là q trình bất thuận nghịch. Mặt khác, tín
1 2
hiệu cường độ dịng ở đường 3 có hấp phụ 60 s tại thế 0 V cao hơn đường 2 khi khơng hấp phụ chứng tỏ Auramine O có hấp phụ trên điện cực glassy carbon. Vì vậy tơi lựa chọn phương pháp von ampe hòa tan hấp phụ xung vi phân để định lượng Auramine O trong mẫu thực phẩm.
Tiến hành quét đường von - ampe vịng 5 lần liên tiếp.
Hình 3.4: Đường CV của AO ghi 5 vịng liên tiếp trên điện cực GCE
Đường CV được quét 5 vịng, vịng đầu tiên thì giá trị cường độ dịng cao hơn, 4 vòng sau đó thì giá trị cường độ dịng píc anot khơng phát hiện được. Nguyên nhân là do khi quét CV 5 vịng liên tục có đặt điều kiện hấp phụ ở thế 0 V với thời gian hấp phụ 60 s thì ở vịng thứ nhất, hịa tan chất phân tích đã hấp phụ trên bề mặt điện cực, các vịng sau đó chất phân tích khơng cịn trên bề mặt điện cực nữa, nên tín hiệu cường độ dịng píc thấp.
3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng pH
3.1.2.1. Khảo sát ảnh hưởng pH trên điện cực HMDE
Tiến hành khảo sát CV tại các pH khác nhau:
0 200m 400m 600m 800m 1.00 1.20 U (V) -2.00u 0 2.00u 4.00u 6.00u I ( A )
Hình 3.5: Đường CV của AO trên HMDE
1 - tại pH = 5,0; 2 - tại pH = 7,0; 3 - tại pH = 9,0 với nồng độ 10- 6 M
Khi pH tăng thì thế hịa tan dịch chuyển về phía âm hơn điều đó chứng tỏ có khả năng proton tham gia vào phản ứng điện hóa của Auramine O trên bề mặt điện cực HMDE.
3.1.2.2. Khảo sát ảnh hưởng pH trên điện cực GCE
Tiến hành khảo sát CV tại các pH khác nhau:
Bảng 3.1: Kết quả khảo sát pH bằng đƣờng CV trên GCE
pH 8 9 10 11
Chiều cao píc I (µA) 0,620 0,896 1,13 1,41
Thế đỉnh píc 0,897 0,857 0,801 0,793
Khi pH tăng thì thế hịa tan dịch chuyển về phía âm hơn điều đó chứng tỏ có khả năng proton tham gia vào phản ứng điện hóa của Auramine O trên bề mặt điện cực GCE.
3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ quét
Tốc độ quét ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ của chất phân tích trên điện cực. Vì vậy, tơi tiến hành đo đường CV khảo sát các tốc độ quét khác nhau.
3.1.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ quét trên điện cực HMDE
Bảng 3.2: Kết quả khảo sát tốc độ quét bằng đường CV trên HMDE
Hình 3.6: Đường CV của AO phụ thuộc vào tốc độ quét trên HMDE (1) - tốc độ quét 0,01 V/s; (2) - tốc độ quét 0,05 V/s; (3) - tốc độ quét 0,10 V/s; (4) - tốc độ quét quét 0,01 V/s; (2) - tốc độ quét 0,05 V/s; (3) - tốc độ quét 0,10 V/s; (4) - tốc độ quét
0,5 V/s; (5) - tốc độ quét 0,7 V/s
Tốc độ quét (V/s) 0,01 0,05 0,10 0,50 0,70
Hình 3.7: Sự phụ thuộc của logIp vào logv trên HMDE
Khi tốc độ quét tăng thì thế đỉnh pic (EP) dịch chuyển về phía âm hơn, cường độ dịng tăng tuyến tính theo tốc độ qt theo phương trình trong hình 3.5 với hệ số góc a = 0,9094, chứng tỏ AO hấp phụ mạnh trên HMDE và lượng chất hấp phụ tăng theo tốc độ quét [14]. Thế đỉnh píc dịch chuyển theo sang phía âm khi tốc độ quét tăng càng chứng tỏ thêm q trình điện hóa xảy ra trên bề mặt điện cực HMDE là q trình bất thuận nghịch và có sự tham gia của proton. [22]
3.1.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ quét trên điện cực GCE
Bảng 3.3: Kết quả khảo sát tốc độ quét bằng đường CV trên GCE Tốc độ quét (mV/s) 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Chiều cao píc I (µA) 1,20 1,60 2,04 2,40 2,66 3,04 3,26 3,59 3,78
0 200m 400m 600m 800m 1.00 1.20 U (V) -5.00u 0 5.00u 10.0u 15.0u I (A )
Hình 3.8: Đường CV của AO phụ thuộc vào tốc độ quét.trên điện cục GCE
Hình 3.9: Sự phụ thuộc của logIp vào logv trên GCE
Cường độ dịng 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 tơi 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 dòng 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 dòng 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