CHƢƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2. Đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu
2.2.3. Phƣơng pháp phân tích
Các dạng As, Se trong mẫu phân tích sau khi tiến hành vơ cơ hóa đƣa về dạng hóa trị cao nhất, tiếp theo khử sơ bộ rồi đƣợc khử thành khí hidrua bằng Hiđro mới sinh [H] theo các phản ứng xảy ra nhƣ sau:
AsO43- + 2[H] → AsO33- + H2O AsO33- + 6[H] + 3H+ → AsH3 + 3H2O (CH3)nAs(O)(OH)3-n + 2[H] → (CH3)nAs(OH)3-n + H2O (CH3)nAs(OH)3-n + 3-n[H] → (CH3)nAsH3-n + 3-nH2O Hoặc: HSeO4- + 4[H] + H+ → H2SeO2 + 2H2O H2SeO2 + 4[H] → SeH2 + 2H2O (CH3)nSe(O)(OH)4-n + 2[H] → (CH3)nSe(OH)4-n + H2O (CH3)nSe(OH)4-n + 4-n[H] → (CH3)nSeH4-n + 4-nH2O Trong đó, n là số nhóm thế metyl trong hợp chất.
Sau đó dịng khí mang Ar sẽ dẫn khí hidrua sang vùng nguyên tử hóa, dƣới tác dụng của nhiệt độ cao các phản ứng sau sẽ xảy ra:
AsH3 t0 As + H2 (CH3)nAsH3-n t0 nC + As(r) + (3 + 2n)H SeH2 t0 Se(r) + H2 (CH3)nSeH4-n 0 t nC + Se(r) + (4 + 2n)H Se(r) t0 Se(k) As(r) t0 As(k)
Tiếp theo chiếu chùm sáng đơn sắc sinh ra từ đèn Catot rỗng có điện cực làm bằng chính nguyên tố cần phân tích qua đám hơi nguyên tử của nguyên tố đó, thu lấy chùm sáng đi qua và xác định độ hấp thụ quang (Abs) để định lƣợng. Để tránh sự biến đổi của các dạng, môi trƣờng trơ đƣợc tạo ra bằng cách đƣa vịi dẫn khí nitơ vào trên miệng dụng cụ đựng các dung dịch. Sơ đồ mơ tả q trình đo tín hiệu phân tích nhƣ ở hình 2.1. Các thơng số của máy đo phổ và bộ hiđrua hóa áp dụng cho các
điều kiện tối ƣu (tín hiệu tốt nhất và độ lệch chuẩn tƣơng đối nhỏ nhất). Các điều kiện tối ƣu đƣợc tóm tắt trong bảng 2.1 [9, 17 – 19, 50].
Bảng 2. 1. Các điều kiện đo phổ AAS của As, Se bằng kỹ thuật hiđrua hóa
Thiết bị Nguyên tố Se As
Máy AAS
Vạch phổ (nm) 196 193,7
Cƣờng độ dòng đèn (mA) 20 7
Chiều cao đèn nguyên tử hóa (mm) 16 16
Độ rộng khe đo (nm) 1,0 1,0 Tốc độ dịng khí C2H2 (lít/phút) 1,8 1,8 Mơi trƣờng khử HCl 6M 6M Số lần đo lặp 3 3 Độ lệch chuẩn (RSD) <20% <20% Bổ chính Đèn D2 Đèn D2 Bộ HVG Nồng độ chất khử NaBH4 (%) trong NaOH 0,1M 0,5 0,5 Tốc độ dòng NaBH4 (ml/phút) 2 2 Tốc độ dòng mẫu (ml/phút) 6 6
Hình 2. 1. Sơ đồ đo độ hấp thụ quang của As, Se bằng phương pháp HG – AAS
2.2.3.2. Nguyên tắc của phương pháp HG – AAS - Chemometrics xác định đồng thời các dạng As, Se
- Cơ sở của phương pháp và các câu lệnh tính tốn [10, 22, 67-68]
Tín hiệu phân tích dƣới dạng độ hấp thụ quang thu đƣợc từ quá trình hidrua hóa các dung dịch chứa tất cả các dạng của nguyên tố cần định lƣợng, ở các môi trƣờng phản ứng khác nhau (có nồng độ H+
trận tín hiệu phân tích Y có mối quan hệ tuyến tính với nồng độ các dạng nguyên tố cùng tồn tại trong một dung dịch (ma trân nồng độ X) theo phƣơng trình:
Y = kX + C.
Trong đó, k là ma trân hệ số hồi qui của phƣơng trình, C là ma trận sai số của mơ hình. Để xác định nồng độ các dạng nguyên tố trong cùng một dung dịch, trƣớc hết cần xây dựng đƣợc các phƣơng trình hồi qui trên. Từ ma trận X và ma trận Y tƣơng ứng, có thể dùng các thuật tốn hồi qui đa biến nhƣ ILS hoặc PCR…để xác định các hệ số k. Từ đó, khi đã có tín hiệu phân tích của một mẫu nào đó, ta có thể tính đƣợc nồng độ các dạng của ngun tố trong dung dịch dựa vào các phƣơng trình hồi qui đã xây dựng đƣợc theo sơ đồ hình 2.2.
Hình 2. 2. Sơ đồ mơ tả q trình tính tốn trong mơ hình hồi quy đa biến
Căn cứ vào cơ sở trên, chúng tôi chuẩn bị các mẫu chuẩn chứa các dạng của nguyên tố cần phân tích thành một ma trận nồng độ mẫu chuẩn (X0) dựa trên khảo sát về khoảng tuyến tính của từng dạng. Đo tín hiệu phân tích ở các mơi trƣờng tạo hợp chất hiđrua hóa khác nhau thành ma trận tín hiệu đo (Y0), nhập các thơng tin X0, Y0 vào phần mềm rồi thực hiện các câu lệnh tính tốn xây dựng mơ hình hồi quy đa biến theo các thuật tốn lựa chọn.
+ Nhập dữ liệu ma trận nồng độ các dung dịch chuẩn: X = X0;
+ Nhập dữ liệu ma trận độ hấp thụ quang của các dung dịch chuẩn đo ở các môi trƣờng khác nhau: Y=Y0;
+ Tính ma trận hệ số hồi qui: P = inv(Y'*Y)*Y*X;
+ Nhập ma trận độ hấp thụ quang của mẫu định phân: Yx = Ymẫu;
+ Tính nồng độ các dạng trong mẫu định phân: Xx = Yx*P;
- Các câu lệnh của thuật toán PCR giải trong Matlab 6.0:
+ Nhập dữ liệu: Tƣơng tự nhƣ thuật toán ILS.
+ Bình phƣơng tập số liệu chứa biến phụ thuộc: D = Y’*Y; + Tính các PC: [VS] = svd(D);
+ Tính ma trận phần trăm phƣơng sai của các PC:
d = diag(S)/sum(diag(S))*100;
+ Chọn số PC làm cơ sở cho không gian mới: f = V(:,1:n); (n là số PC chọn có tổng phƣơng sai lớn nhất, đã đƣợc sắp xếp từ lớn đến nhỏ)
+ Chuyển đổi tập số liệu ban đầu và tính ma trận hệ số hồi qui:
Yj = Y*f ; F = inv(Yj'*Yj)*Yj'*X; Fj=f*F; + Tính nồng độ các dạng trong mẫu định phân: Xx=Yx*Fj;
- Quy trình xác định dạng nguyên tố As, Se trong mẫu thực tế
Dung dịch mẫu phân tích thu đƣợc từ các quá trình xử lý mẫu ở mục 2.2.1 đƣợc bơm thẳng vào hệ thống tạo khí hiđrua, độ hấp thụ quang của các nguyên tố phân tích đƣợc đo ở các mơi trƣờng tạo hiđrua hóa khác nhau với các thơng số đƣa ra ở bảng 2.1, chỉ thay đổi môi trƣờng axit. Ma trận độ hấp thụ quang thu đƣợc sẽ nhập vào phần mềm Matlab dƣới dạng bảng trong đó hàng là tín hiệu đo của các dung dịch còn cột là môi trƣờng khử, dựa vào mơ hình hồi qui đa biến xây dựng đƣợc sẽ định lƣợng các dạng của nguyên tố cần phân tích.
vào miệng các lọ đựng các dung dịch. Sơ đồ thực nghiệm và sơ đồ tính tốn đƣợc chúng tơi tóm tắt qua hình 2.1 và 2.2; giao diện tính tốn của phần mềm Matlab đƣợc chú thích ở phụ lục số 4.