Nếu đặt một hiệu điện thế vào hai điện cực nhúng vào dung dịch chất điện ly và tăng dần thế hiệu đó, thì ban đầu dòng điện chạy qua dung dịch hầu nh không thay đổi. Khi hiệu thế tăng lên một giá trị đủ để phân hủy chất điện ly thì cờng độ dòng sẽ tăng lên một cách đột ngột. Giá trị thế hiệu đó gọi là thế hiệu phân hủy.
Nếu dùng một trong hai cực có bề mặt nhỏ (thờng dùng catot giọt thủy ngân) còn cực kia có bề mặt lớn, thì khi cho dòng điện một chiều qua dung dịch, ở cực có bề mặt nhỏ xảy ra sự biến thiên nồng độ (do chất điện ly bị phân hủy); vì bề mặt điện cực quá nhỏ nên mật độ dòng điện cực lớn.
Cùng với sự tăng thế hiệu giữa hai cực, cờng độ dòng chảy qua dung dịch và mật độ dòng trên cực nhỏ tăng lên, thì ion bị khử ở vùng sát bề mặt cực nhỏ tăng lên làm giảm nồng độ của ion bị khử đó xuống. Tiếp tục tăng thế hiệu giữa hai cực lên thì sự tăng mật độ dòng trên điện cực nhỏ dẫn tới kết quả là đến một lúc tất cả các ion đợc chuyển đến catot đều bị phóng điện. Sự bổ sung các ion từ dung dịch cho đến lớp sát điện cực xảy ra chậm hơn quá trình phóng điện trên bề mặt điện cực. Khi đó sự tăng tiếp hiệu điện thế giữa hai cực sẽ không gây ra đợc sự tăng đáng kể cờng độ dòng điện chạy qua dung dịch.
Dùng phơng pháp phân tích cực phổ xác định đợc các chất vô có cũng nh hữu cơ, nếu chúng có thể bị khử hay bị oxi hóa trên bề mặt các cực khi có dòng điện một chiều đi qua. Do đó phân tích cực phổ đợc ứng dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm hóa phân tích của các cơ sở nghiên cứu khoa học và các nhà máy. Trong thời gian gần đây, phơng pháp cực phổ sử dụng các vi điện cực rắn quay đợc sử dụng ngày càng nhiều. Tới nay có nhiều phơng pháp phân tích cực phổ hiện đại xác định đợc lợng rất nhỏ tới 10-9 – 10-10 V nh cực phổ sóng vuông, cực phổ xung vi phân, cực phổ vôn ampe hòa tan, cực phổ xúc tác.
1.4.5.3. Quy trình của phơng pháp phân tích cực phổ
Để phân tích một chất nào đó bằng phơng pháp cực phổ, trớc hết cần chuyển nó vào dung dịch. Sau đó tạo nên môi trờng cần thiết và tách các chất ngăn cản sự xác định cực phổ.
Điều bất tiện nhất đối với phân tích cực phổ là trong dung dịch phân tích có các chất có thế khử gần với thế khử của nguyên tố cần xác định hoặc có thể thấp hơn oxi hoà tan trong dung dịch, chúng sẽ ngăn cản phép xác định. Để tách các chất ngăn cản, ngời ta sử dụng các phản ứng kết tủa, tạo phức, oxi hoá khử, tách bằng sắc kí…
Quá trình phân tích cực phổ gồm các bớc cụ thể sau: Bớc 1: Cho dung dịch phân tích vào bình điện phân.
Bớc 2: Sục khí H2 hoặc N2 nguyên chất vào dung dịch bình điện phân trong vòng 10 phút để loại trừ oxi hoà tan trong dung dịch. Vì oxi cũng cho sóng khử catot làm ảnh hởng đến sóng khử của chất phân tích. Nếu dung dịch phân tích có môi trờng axit yếu hoặc là kiềm thì có thể loại trừ oxi hoà tan bằng hoá chất Na2S2O3 tinh khiết.
Bớc 3: Cho chất nền thích hợp vào.
Bớc 4: Cho một vài chất hoạt động bề mặt gielatin hoặc metyl đỏ hoặc aga-aga. Mỗi chất 2 giọt để giảm sự chênh lệch sức căng bề mặt giọt thuỷ ngân có lợi cho phân tích. Cụ thể giảm đợc cực đại loại 1 và cực đại loại 2 trên đờng cực phổ.
Sau đó tiến hành ghi cực phổ.
1.4.5.4. Các phơng pháp phân tích cực phổ
*Phân tích định tính:
Ngời ta ghi cực phổ đồ sẽ xác định thế bán sóng. Tra bảng các thế bán sóng có thể tìm nguyên tố nào tơng ứng với thế thu đợc trên nền (phông) đã chọn.
Cách xác định E1/2:
Kéo dài các phần thẳng a, b trớc và sau sóng trên cực phổ đồ, sau đó kẻ một đờng song song cắt đôi khoảng cách giữa chúng. Giao điểm của đờng này với đờng cong d chiếu xuống trục hoành sẽ cho thế bán sóng E1/2.Thế bán sóng thờng đợc đo so với cực so sánh không phân cực (cực Calomen bão hoà).
Để xác định chính xác thế bán sóng của ion xác định phải loại trừ cực đại (nh của oxi), phải loại ion cản trở (có E1/2 gần với ion xác định) bằng cách chuyển chúng vào ion xác định.
* Phân tích định lợng:
+ Phơng pháp mẫu tiêu chuẩn.
Ghi cực phổ đồ của dung dịch phân tích và dung dịch tiêu chẩn ở nồng độ đã biết chính xác trong cùng điều kiện thí nghiệm.
Gọi Cx và Cs là nồng độ tơng ứng của chất phân tích trong dung dịch nghiên cứu và trong dung dịch so sánh (dung dịch tiêu chuẩn).
Hx và hs là độ cao sóng cực phổ đối với dung dịch phân tích và dung dịch chuẩn, ta sẽ có: hs hx Cs Cx = và Cx= hx hs Cs
Để xác định chính xác độ cao của sóng ngời ta chụp cực phổ đồ của nền nguyên chất và sau đó chụp cực phổ đồ của nền có chất điện hoạt và ở cùng một giá trị thế trong khu vực dòng giới hạn ngời ta xác định độ cao nửa sóng nh là hiệu giữa dòng giới hạn và dòng của nền.
+ Phơng pháp đờng chuẩn.
Ghi cực phổ của dãy dung dịch chuẩn có thành phần giống nhau với nồng độ chất điện hoạt biến thiên. Sau đó xác định độ cao các sóng thu đợc và vẽ đ- ờng chuẩn phụ thuộc hi - Ci. Dựa vào đờng chuẩn này ngời ta xác định nồng độ chất phân tích trong dung dịch X. Sau khi đã đo độ cao sóng cực phổ hx của dung dịch này trong cùng điều kiện thực nghiệm nh khi đo đối với dung dịch chuẩn.
+ Phơng pháp thêm.
Nguyên tắc của phơng pháp này là dùng ngay mẫu phân tích làm nền để chuẩn bị mẫu đầu bằng cách lấy một mẫu phân tích nhất định (CX) rồi thêm vào đó những lợng chính xác nguyên tố cần xác định theo từng bậc nồng độ, chẳng hạn C1,C2,C3,…(theo cấp số cộng) ta đợc dãy mẫu đầu:
Cx; Cx + C1; Cx + C2; Cx + C3;…
Chọn các điều kiện thí nghiệm thích hợp và một vạch phổ của nguyên tố cần phân tích, tiến hành ghi cờng độ hấp thụ của vạch phổ đó cho tất cả các mẫu đợc các giá trị tơng ứng là hx, h1, h2, h3,… và vẽ đồ thị phụ thuộc vào chiều cao pic. Dựa vào đồ thị này ngời ta xác định nồng độ chất phân tích trong dung dịch X khi đã xác định đợc pic của X trong cùng điều kiện.
Phơng pháp thêm có u điểm là: Quá trình chuẩn bị mẫu rất dễ dàng, không phải dùng những hoá chất tinh khiết cao để chuẩn bị dãy mẫu nhân tạo, loại trừ đợc hoàn toàn ảnh hởng về thành phần cũng nh cấu trúc vật lý của các chất tạo thành mẫu. Phơng pháp này đợc dùng để phân tích các lợng vết và cũng để kiểm tra độ lặp lại, độ chính xác của phơng pháp.
1.4.6. Phơng pháp vôn ampe hòa tan xung vi phân
Quá trình xác định bằng phơng pháp von-ampe hòa tan xung vi phân gồm hai giai đoạn:
Giai đoạn 1: Điện phân làm giàu chì kim loại trên bề mặt vi điện cực giọt thủy ngân (catot): M2+ + 2e M (M: Pb, Cd, Cu, Zn). Quá trình này đợc tiến hành tại thế không đổi và khuấy dung dịch với tốc độ đều.
Giai đoạn 2: Hòa tan kim loại kết tủa trên bề mặt điện cực và ghi dòng hòa tan bằng phơng pháp von-ampe kết hợp với xung vi phân dới dạng pic. Trong những điều kiện thích hợp cờng độ dòng hòa tan tỷ lệ thuận với lợng chì đã kết tủa trên bề mặt điện cực cũng nh nồng độ chất cần xác định trong dung dịch.
Đây là phơng pháp có độ nhạy, độ chọn lọc và độ lặp lại cao, thực hiện nhanh và khá đơn giản.
1.5. Các phơng pháp xử lý mẫu để phân tích các kimloại nặng trong thực phẩm [4, 8] loại nặng trong thực phẩm [4, 8]
Xử lý mẫu là giai đoạn đầu tiên nhng cũng rất quan trọng của quá trình phân tích. Dù chỉ sai sót rất nhỏ trong giai đoạn xử lý mẫu cũng dẫn đến sai số cho kết quả phân tích có khi còn làm cho sai số lớn. Vì vậy mọi cách xử lý mẫu để phân tích đều phải tuân thủ các điều kiện của QA/QC, và đảm bảo các yêu cầu cụ thể sau:
* Lấy đợc hoàn toàn, không làm mất chất phân tích.
* Không làm nhiễm bẩn thêm chất phân tích vào mẫu do bất kỳ nguồn nào.
* Kết quả xử lý phải phù hợp với phơng pháp phân tích đã chọn.
* Dùng các hoá chất phải đảm bảo có độ sạch đúng yêu cầu, mục đích phân tích và mức độ phân tích.
* Không đa thêm các chất có ảnh hởng vào mẫu.
* Có thể tách hay làm giàu đợc mẫu cần phân tích thì càng tốt.
Trong khi xử lý hay phân huỷ mẫu, có thể có rất nhiều quá trình vật lý và các phản ứng hoá học có thể xảy ra đồng thời, tuỳ thuộc vào mỗi loại chất màu, thành phần của mẫu và các chất đợc cho vào dùng để xử lý mẫu. Trong quá trình xử lý mẫu có thể xảy ra các quá trình sau:
Quá trình oxy hoá khử làm thay đổi hoá trị, chuyển đổi dạng, làm tan vỡ cấu trúc của các vật chất mẫu ban đầu, để giải phóng chất phân tích về dạng hợp chất tan trong dung dịch.
Sự đốt cháy phá huỷ các chất hữu cơ và mùn tạo ra khí CO2, NOx, SO2, nớc và giải phóng các kim loại trong chất hữu cơ ban đầu, đa chúng về dạng các hợp chất hay muối có thể tan trong axit.
Sự tạo ra các hợp chất phức bền, ít phân ly làm tan chất mẫu, tạo ra các phức dạng tan của các chất phân tích trong dung dịch (dung môi) qua đó mà hoà tan chất mẫu.
Tạo ra các hợp chất dễ bay hơi, làm mất đi anion trong phân tử chất mẫu ban đầu,làm mẫu bị phân huỷ tạo ra các chất khác tan trong dung dịch axit hay kiềm, hay trong nớc.
Sự kết tinh, hay kết tủa chất phân tích dới dạng hợp chất khác, làm chất phân tích đợc tách ra khỏi chất mẫu ban đầu chuyển sang dạng hợp chất mới mà chúng ta lấy đợc chúng ra khỏi mẫu ban đầu.
Trong quá trình xử lý và phân huỷ mẫu có thể có các phản ứng hoá học xảy ra nh: Các phản ứng oxy hoá khử, phản ứng thuỷ phân, phản ứng tạo phức, phản ứng hoà tan, phản ứng kết tủa,…của các phân tử chất mẫu với dung dịch axit phân huỷ mẫu, và các phần tử có trong mẫu với nhau.
Trong thực tế tuỳ thuộc vào từng loại mẫu cụ thể, mục đích, phơng pháp phân tích mà ta lựa chọn phơng pháp xử lý mẫu cụ thể phù hợp. Sau đây là một số phơng pháp xử lý mẫu đợc dùng trong phân tích hoá học:
1.5.1. Kỹ thuật vô cơ hoá ớt [4]
Xử lý mẫu bằng axit mạnh đặc và có tính oxy hoá: Dùng axit mạnh và đặc (HCl, H2SO4), hay axit mạnh đặc có tính oxy hoá mạnh (HNO3, HClO4), hay hỗn hợp 2 axit (HNO3, H2SO4), hay hỗn hợp 3 axit (HNO3, H2SO4, HClO4), để phân huỷ mẫu trong điều kiện đun nóng trong bình kendan hay trong ống nghiệm. Tuỳ từng loại mẫu và tuỳ từng loại dụng cụ, thiết bị phá mẫu mà lợng axit và thời gian phá huỷ mẫu khác nhau từ vài giờ đến hàng vài chục giờ. Nếu trong lò vi sóng hệ kín thì chỉ cần 50-60 phút. Dới tác dụng của axit đặc và nhiệt độ,có thể xảy ra một số quá trình vật lý và hoá học nh phản ứng oxy hoá khử, phản ứng thuỷ phân…
1.5.2. Kỹ thuật vô cơ hoá khô
Nguyên tắc: Kỹ thuật tro hoá khô là kỹ thuật nung để xử lý mẫu, song thực chất chỉ là bớc đầu tiên của quá trình xử lý mẫu. Vì sau khi nung mẫu bã còn lại phải đợc hoà tan (xử lý tiếp) bằng dung dịch muối hay dung dịch axit phù hợp, thì mới chuyển đợc các chất phân tích vào dạng dung dịch, để sau đó xác định nó theo một phơng pháp đã chọn. Quá trình nung xử lý mẫu có thể không thêm chất phụ gia, chất bảo vệ, hay có thêm các chất này vào mẫu, để trợ giúp cho việc nung xảy ra đợc tốt hơn, nhanh hơn và bảo vệ đợc chất phân tích không bị mất.
1.5.3. Kỹ thuật vô cơ hoá khô ớt kết hợp
Nguyên tắc của kỹ thuật này là mẫu đợc nung trong chén hay cốc nung mẫu. Trớc tiên ngời ta xử lý ớt sơ bộ trong cốc hay chén nung bằng một lợng nhỏ axit và chất phụ gia để phá vỡ sơ bộ cấu trúc ban đầu của các hợp chất mẫu, và tạo điều kiện giữ một số nguyên tố có thể bay hơi khi nung. Sau đó mới đem nung ở nhiệt độ thích hợp. Vì thế lợng axit dùng để xử lý chỉ bằng 1/4 hay 1/3 l- ợng cần dùng cho xử lý ớt. Nh thế sẽ ít tốn axit tinh khiết cao. Sau đó đem nung
một số kim loại khi nung. Do đó đã tận dụng đợc u điểm của cả hai kỹ thuật xử lý ớt và khô nhất là giảm bớt đợc các hoá chất tinh khiết cao khi tro hoá ớt, dung dịch thu đợc trong và sạch hơn tro hoá ớt.
Ưu điểm của kỹ thuật vô cơ hoá khô ớt kết hợp:
+ Hạn chế đợc sự mất mát của một số chất phân tích.
+ Sự tro hoá là triệt để, sau khi hoà tan tro sẽ có dung dịch mẫu trong. + Không phải dùng nhiều axit tinh khiết cao.
+ Thời gian xử lý tro hoá nhanh hơn tro hoá ớt.
+ Không phải đuổi axit d lâu nên hạn chế đợc sự nhiễm bẩn do môi tr- ờng.
+ Phù hợp cho nhiều loại mẫu khác nhau để xác định kim loại. + Không cần trang bị phức tạp nh lò vi sóng đắt tiền.
Chơng 2
PHƯƠNG PHáP THựC NGHIệM
2.1. Thiết bị, dụng cụ, hóa chất2.1.1. Thiết bị, dụng cụ 2.1.1. Thiết bị, dụng cụ
- Máy cực phổ 797VA Computrace (Metrohm Thụy Sĩ). - Máy đo pH.
- Bếp điện, lò nung. - Bát thạch anh. - Máy xay phân tích.
- Pipet chia độ đến 0,1ml, 5ml, 10ml.
- Bình định mức 10ml, 50ml, 100ml, 500ml. - Cốc thủy tinh, chậu thủy tinh.
- Phễu thủy tinh. - Giấy lọc. - Phễu thủy tinh. - Bình tam giác.
- Chai thủy tinh hoặc chai nhựa có nút. - Kẹp gỗ.
- Dao inox.
2.1.2. Hóa chất
Các dung dịch gốc Zn2+ 1000ppm, Pd2+ 1000ppm, Cd2+ 1000ppm, Cu2+ 1000ppm, HCl đặc, CH3COOH, Mg(NO3)2, NH3 đặc, nớc cất hai lần.Các hóa chất thuộc loại tinh khiết phân tích của Merck.
2.1.3. Pha chế dung dịch
2.1.3.1. Pha chế dung dịch Mg(NO3)2 10%
Cân chính xác 10g Mg(NO3)2 sau đó cho vào bình định mức 100ml, thêm 90ml nớc cất hai lần ta thu đợc dung dịch Mg(NO3)2 10%.
2.1.3.2. Pha chế dung dịch H2SO4 75 %
Hút chính xác 100 ml dung dịch H2SO4 98% (d= 1,8361 g/ml) cho vào bình định mức 250 ml, thêm vào 56,31ml nớc cất hai lần ta đợc dung dịch H2SO4 75%.
2.1.3.3. Pha chế dung dịch HCl 2%
Hút chính xác 10 ml dung dịch HCl 37,3% (d= 1,185g/ml) cho vào bình tam giác 250ml, thêm vào 209,15 ml nớc cất hai lần ta đợc dung dịch HCl 2%.
2.1.3.4. Pha dung dịch HCl 1/1
Hút chính xác 50ml dung dịch HCl 37,3% cho vào bình tam giác 250ml, thêm vào 50ml nớc cất hai lần ta đợc dung dịch HCl 1/1.
2.2. Lấy mẫu và xử lý mẫu (phân hủy mẫu) BẰNG phơng pháp khô ớt kết hợp
2.2.1. Lấy mẫu
Để đánh giá thực trạng d lợng chì, cadimi, đồng và kẽm trong nhuyễn thể hai mảnh tại vùng biển Cửa Lò-Nghệ An, chúng tôi tiến hành mua mẫu tại chợ Hải Sản ở thị xã Cửa Lò.
2.2.2. Chuẩn bị mẫu
Mẫu sau khi lấy nếu ở gần thì chuyển ngay về phòng thí nghiệm. Nếu ở xa phòng thí nghiệm thì phủ bùn và bảo quản chỗ mát.