Trên thực tế có rất nhiều phương pháp xác định hàm lượng kim loại nặng như phân tích thể tích, phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử, phương pháp phổ hấp thụ phân tử, phương pháp cực phổ, ... Trong đề tài này chúng tôi sử dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) để xác định hàm lượng các kim loại nặng (Cr3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+).
1.4.1. Sự xuất hiện của phổ hấp thụ nguyên tử
cb
cb C
q q b q
C 1 .
. 1
max max
q Ccb
Khi chiếu chùm sáng có bước sóng xác định vào đám hơi nguyên tử thì các nguyên tử tự do sẽ hấp thụ các bức xạ có bước sóng nhất định ứng đúng với những tia bức xạ nó có thể phát ra trong quá trình phát xạ và sinh ra phổ hấp thụ nguyên tử.
1.4.2. Cơ sở của phương pháp
Dựa trên phương trình định luật Lambert-Beer biểu diễn mối quan hệ giữa sự hấp thụ ánh sáng và nồng độ chất.
A = logI/I0 = Ka.N.d
Trong đó: Ka: hệ số hấp thụ nguyên tử; N: số nguyên tử tự do; d: bề dày của lớp hấp thụ
Như vậy, sự hấp thụ phụ thuộc vào nồng độ nguyên tử biểu hiện qua số nguyên tử N và bề dày của lớp hấp thụ.
Phương pháp phân tích định lượng AAS được thực hiện theo cách lập đường chuẩn. Pha một loạt mẫu với nồng độ khác nhau của chất cần xác định (chất X) ở dạng tinh khiết rồi đo giá trị A của chúng, sau đó vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc A vào C. Từ đó có thể tìm nồng độ của X bằng cách đo Ax của X rồi chiếu lên đường chuẩn và tìm C.
1.4.3. Nguyên tắc
Để thực hiện phép đo phổ AAS cần thực hiện các quá trình sau đây:
+ Hóa hơi mẫu phân tích, đưa mẫu về trạng thái khí
+ Quá trình nguyên tử hóa mẫu: Nguyên tử hóa đám mây đó (phân ly các phân tử tạo ra đám mây các nguyên tử tự do, có khả năng hấp thụ bức xạ đơn sắc). Đây là quá trình quan trọng và quyết định kết quả của phép đo.
+ Chọn nguồn phát tia sáng có bước sóng phù hợp để xuất hiện phổ hấp thụ.
+ Thu toàn bộ chùm sáng sau khi đi qua môi trường hấp thụ, phân ly thành phổ, chọn vạch phổ, đo cường độ vạch.
+ Thu, ghi kết quả đo cường độ vạch phổ hấp thụ.
- Nguồn đơn sắc: nguồn cung cấp chùm tia phát xạ đặc trưng của nguyên tố phân tích: đèn catot rỗng (HCL); đèn phóng điện không điện cực (EDL).
- Hệ thống nguyên tử hóa mẫu phân tích: Kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn lửa F-AAS (phương pháp ngọn lửa) và không ngọn lửa ETA-AAS (phương pháp không ngọn lửa).
- Hệ thống Detector: Thu, phân ly, ghi lại phổ của nguyên tố phân tích gồm thân máy quang phổ AAS và detector (phần quang và phần điện).
1.4.4. Một số yêu cầu trong kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu
- Quan trọng nhất là giai đoạn tạo ra các nguyên tử tự do và hai kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu:
+ Nguyên tử hóa mẫu được với hiệu suất cao cho phép đo có độ nhạy cao;
+ Có độ ổn định, độ lặp tốt để đảm bảo cho phép đo có độ chính xác cao;
+ Không đưa vào các yêu tố ảnh hưởng gây nhiễu đến quá trình đo: phổ phụ, phổ nền, ...;
+ Tiêu hao ít mẫu;
+ Trang bị không đắt tiền;
+ Quá trình vận hành không phức tạp, khó khăn.
* Kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu:
a. Kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn lửa + Nhiệt độ ngọn lửa phụ thuộc vào:
- Bản chất các chất khí đốt để tạo ra ngọn lửa 1900 - 33000C (dung môi bay hơi);
- Thành phần của chúng;
- Tốc độ dẫn khí vào để đốt ngọn lửa.
b. Kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu không ngọn lửa
- Có độ nhạy cao, nhạy hơn ngọn lửa 100-1000 lần.
- Nguyên tắc: Mẫu phân tích đặt trong cuvet được nung nóng bằng nguồn năng lượng nhiệt điện, sấy khô mẫu, tro hóa mẫu, sau đó nguyên tử hóa mẫu thu tín hiệu của vạch phổ hấp thụ.
1.4.5. Ưu nhược điểm của phương pháp AAS 1.4.5.1. Ưu điểm
- Độ nhạy và độ chọn lọc cao, dùng phân tích lượng vết .
- Tốn ít mẫu, ít thời gian và không cần dùng nhiều hóa chất tinh khiết cao, tránh được nhiễm bẩn.
- Kết quả ổn định, sai số nhỏ. Có thể xác định đồng thời liên tiếp nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu.
1.4.5.2. Nhược điểm - Thiết bị đắt tiền.
- Các dụng cụ, hóa chất có độ tinh khiết cao, không khí trong phòng thí nghiệm không có bụi.
- Chỉ cho biết thành phần nguyên tố có trong mẫu không cho biết trạng thái liên kết của nguyên tố trong mẫu. Do đó, AAS chỉ là phương pháp phân tích thành phần nguyên tố.
1.4.6. Ứng dụng của phương pháp AAS
Xác định lượng vết kim loại trong các hợp chất vô cơ và hữu cơ với các đối tượng khác nhau. Các phi kim hầu như không phát hiện được vì vạch phổ của chúng nằm ngoài vùng phổ của các máy hấp thụ nguyên tử thông dụng.