2.1. HểA CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ 2.1.1. Hoá chất
• Dung dịch axit HCl, HNO3, H2SO4, Mg(NO3)2, H2O2 đặc loại PA (Merck- Đức).
• Dung dịch chuẩn gốc các ion kim loại: đồng, chì, cadimi, kẽm nồng độ 1000 ppm, loại Merk của Đức.
• Các dung dịch ion kim loại Al3+, Cr3+, Mg2+, Mn2+, Co2+…được pha từ các hóa chất tinh khiết loại PA.
• Nước cất hai lần.
2.1.2. Dụng cụ
• Bình định mức các loại: 10 ml, 25 ml, 50ml, 100 ml, 500 ml, 1000 ml.
• Cốc thuỷ tinh chịu nhiệt các loại: 100 ml, 150 ml, 400 ml, 600 ml.
• Pipet các loại: 1 ml; 2 ml; 5 ml; 10 ml.
• Pipet tự động cỏc loại: 200 àl và 1 ml.
• Các dụng cụ phụ trợ khác như: phễu, ống đong, cân phân tích có độ chính xác tới 0,0001 gam, bếp điện, tủ sấy, tủ hốt, lò nung…
2.1.3. Thiết bị
Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử Shimadzu 6300 của Nhật Bản, hệ thống lò Graphit GF7A, hệ thống làm mát MU, hệ thống đưa mẫu tự động RX.
2.2. KĨ THUẬT NGUYấN TỬ HểA MẪU KHễNG NGỌN LỬA [12]
2.2.1. Đặc điểm và nguyên tắc
Kĩ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa có độ nhạy rất cao (cỡ ppb), có khi gấp hàng trăm nghìn lần phép đo trong ngọn lửa. Đây là ưu điểm chính của kĩ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa, nên khi phân tích lượng vết các kim loại trong nhiều trường hợp không phải làm giàu sơ bộ các nguyên tố cần xác định. Do đó, cần lượng mẫu phân tích nhỏ, không tốn nhiều hóa chất tinh khiết.
Phép đo không ngọn lửa trong một số trường hợp tuy có độ ổn định kém phép đo trong ngọn lửa, và chịu ảnh hưởng lớn của phổ nền nhưng với trang thiết bị và kĩ thuật đo hiện đại có kèm hệ thống bổ chính nền giúp phép đo có sự ổn định và đảm bảo độ nhạy cao.
Về nguyên tắc, kĩ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa là quá trình nguyên tử hóa tức khắc trong thời gian rất ngắn nhờ năng lượng của dòng điện có công suất lớn và trong môi trường khí trơ. Quá trình nguyên tử hóa xảy ra theo các giai đoạn kế tiếp nhau: sấy khô, tro luyện hóa mẫu, nguyên tử hóa mẫu để đo phổ hấp thụ và cuối cùng là làm sạch cuvet.
2.2.2. Các giai đoạn của quá trình nguyên tử hóa mẫu
Quá trình nguyên tử hóa mẫu xảy ra với 4 giai đoạn kế tiếp nhau:
+ Làm khô mẫu: đảm bảo dung môi hòa tan mẫu bay hơi hoàn toàn và dễ nóng chảy nhưng không làm tăng, mất mẫu.
+ Tro hóa: tro hóa các hợp chất hữu cơ và mùn trong mẫu sau làm khô và nung ở nhiệt độ thuận lợi để các giai đoạn tiếp theo đạt hiệu quả và độ ổn định cao. Mỗi nguyên tố có một giới hạn nhiệt độ tro hóa, nếu tro hóa mẫu ở nhiệt độ cao hơn thì cường độ vạch phổ bị khử và không ổn định. Tuy nhiên, không nên tro hóa ở nhiệt độ thấp so với nhiệt độ giới hạn của mẫu, vì các chất vẫn có thể không bị phá hủy hoàn toàn thành chất khác, quá trình tro hóa không hoàn toàn, không tốt với giaiđoạn nguyên tử hóa.
+ Nguyên tử hóa: là giai đoạn quyết định cường độ phổ, diễn ra trong thời gian rất ngắn nhưng tốc độ thực sự lớn để đạt được nhiệt độ nguyên tử
hóa trung bình và hoàn thành đo phổ. Nhiệt độ nguyên tử hóa của các nguyên tố khác nhau là không giống nhau. Khi nguyên tử hóa mẫu ở nhiệt độ cao hơn giới hạn nhiệt độ chuẩn, độ hấp thụ của phổ không tăng nhưng kết quả đo thường không ổn định và cuvet dễ bị hỏng. Ngoài nhiệt độ xác định, việc chọn thời gian nguyên tử hóa đúng cũng cần thiết trong bước này.
+ Làm sạch cuvet: thổi sạch chất trong cuvet, chuẩn bị cho lần phân tích tiếp theo. Nhiệt độ làm sạch cuvet thường cao hơn nhiệt độ nguyên tử hóa 150- 250oC .
2.2.3. Tối ưu hóa các điều kiện cho phép đo không ngọn lửa
Vấn đề này tùy thuộc vào các điều kiện kĩ thuật được chọn để nguyên tử hóa mẫu. Với phép đo ETA- AAS bao gồm các điều kiện:
- Các điều kiện nguyên tử hóa mẫu:
+ Thời gian, nhiệt độ nung nóng cuvet của các giai đoạn sấy mẫu, tro hóa mẫu và nguyên tử hóa mẫu để đo cường độ vạch phổ.
+ Khí môi trường cho quá trình nguyên tử hóa mẫu (tốc độ, loại khí).
+ Công suất, tốc độ đốt nóng cuvet graphit để nguyên tử hóa mẫu.
+ Điều kiện làm sạch cuvet graphit
+ Lượng mẫu và cách đưa vào cuvet để nguyên tử hóa cho phép đo - Chất nền của mẫu phân tích và các mẫu chuẩn cần phải được pha chế và chuẩn cho đồng nhất. Môi trường axit và loại axit pha chế mẫu và làm môi trường cho dung dịch mẫu chuẩn và mẫu phân tích.
- Các yếu tố ảnh hưởng về phổ, về vật lí, các ảnh hưởng hóa học của các cation và anion có trong mẫu, ảnh hưởng về thành phần nền của mẫu.
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU [12]
Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa là một phương pháp hiện đại, có độ nhạy rất cao (cỡ ppb), có độ chính xác và độ chọn lọc cao, phù hợp với xác định vi lượng các nguyên tố. Khi sử dụng
phương pháp này trong nhiều trường hợp không phải làm giàu nguyên tố trước khi phân tích nên tốn ít mẫu và thời gian. Phương pháp này còn cho phép xác định đồng thời nhiều nguyên tố, phù hợp cho việc xác định hàm lượng các kim loại trong các trường hợp khác nhau. Chính vì thế trong luận văn này, hàm lượng các kim loại nặng được xác định bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử với kĩ thuật nguyên tử hoá dùng lò graphit (GF-AAS).
Với phương pháp GF-AAS đối với mỗi loại máy đo của các hãng sản xuất khác nhau khi sử dụng để phân tích đều cho kết quả tốt ở các điều kiện thí nghiệm khác nhau. Chúng tôi dùng máy Shimadzu AA-6300 của Nhật Bản và áp dụng nguyên tắc thay đổi một số yếu tố và cố định các yếu tố còn lại.
Chúng tôi tiến hành khảo sát từng yếu tố một để chọn ra điều kiện phù hợp nhất cho phép phân tích (các thông số tối ưu của máy). Sau đó tiến hành đo trên mẫu chuẩn rồi phân tích mẫu thực tế theo phương pháp đường chuẩn.
Phương pháp đường chuẩn với nguyên tắc dựa vào phương trình cơ bản của phép đo Aλ = K.Cx và một dãy mẫu đầu để dựng một đường chuẩn, sau đó nhờ đường chuẩn này và giá trị Aλ để xác định nồng độ Cx của nguyên tố cần phân tích trong mẫu đo phổ, rồi từ đó tính được nồng độ của nó trong mẫu phân tích. Nhờ đường chuẩn và các giá trị AX ta sẽ dễ dàng xác định được nồng độ CX. Quan hệ giữa A và C được thể hiện qua hình 1.1.
2.4. LẤY MẪU, BẢO QUẢN VÀ XỬ LÍ MẪU
Các mẫu rau, rễ và nước được lấy ở các khu vực ngoại thành Hà Nội bao gồm: Thanh Trì và Đông Anh.
2.4.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu
2.4.1.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu rau, mẫu rễ
Các mẫu rau, rễ được lấy đồng thời tại các ruộng trồng rau. Trên mỗi ruộng, lấy tại các vị trí cách nhau 2-2,5m, sau đó trộn đều xử lí đại diện. Đánh số mẫu, ghi rừ địa điểm lấy và thời gian lấy.
Rau, rễ lấy được đựng trong túi nilon sạch và đưa về phòng thí nghiệm.
Rửa sạch nhiều lần bằng nước máy và nước cất rồi để ráo nước. Sau đó rau, rễ đã tách riêng được thái nhỏ, sấy trong tủ sấy ở nhiệt độ 800C trong thời gian 4 giờ. Mẫu rau, rễ tươi trước khi xử lí thì được bảo quản trong tủ lạnh ở ngăn đá.
2.4.1.2. Lấy mẫu và bảo quản mẫu nước
Mẫu nước được lấy đồng thời cùng rau và rễ tại ruộng trồng rau, tương tự cũng trộn đều để được mẫu đại diện tại mỗi ruộng. Đựng mẫu nước trong các chai nhựa loại 500 ml đã được rửa sạch bằng nước cất. Khi lấy mẫu, các bình chứa mẫu được tráng rửa hai lần bằng chính mẫu nước đang lấy. Đánh số mẫu và ghi lại giá trị đo pH của các mẫu nước đo ngay tại hiện trường. Sau đó các mẫu được axit hoá bằng axit HNO3 đặc để đưa về pH =1-2 để tránh sự thuỷ phân của các ion kim loại cũng như hạn chế sự hấp thụ các ion kim loại của các vi sinh vật trong nước.
Các mẫu sau khi lấy đều được bảo quản trong tủ lạnh ở ngăn thường và phân tích trong vòng 1 tuần từ khi lấy mẫu.
2.4.2. Phương pháp xử lí mẫu 2.4.2.1. Xử lí mẫu rau
Chúng tôi đồng thời tiến hành xử lí mẫu đại diện theo hai phương pháp xử lí khô và xử lí ướt trước khi đem xác định hàm lượng kim loại nặng. Kết quả thu được theo hai phương pháp chênh lệch nhau không đáng kể. Vì vậy chúng tôi xử lí các mẫu còn lại theo phương pháp xử lí ướt bằng axit có tính oxi hóa mạnh do phương pháp này không yêu cầu cao về dụng cụ, thiết bị.
Quy trình xử lí mẫu rau xác định hàm lượng kim loại nặng như sau:
+ Cân chính xác 1 gam mẫu rau đã xay thành bột, sau đó chuyển vào cốc thủy tinh chịu nhiệt, thêm vào cốc 20 ml dung dịch HNO3 65%, 2ml H2O2
30% và 2ml nước cất 2 lần.
+ Đun trên bếp điện trong tủ hốt khoảng 1- 2 giờ đến khi hết màu, thu được dung dịch trong suốt (thêm tiếp HNO3 65% và đun tiếp nếu dung dịch chưa trong suốt).
+ Sau đó làm bay hơi hết axit, đến khi còn muối ẩm, định mức 50 ml bằng HNO3 2% (nếu muối không tan hết thì thêm 1- 2 ml HNO3 65%).
Tùy vào hàm lượng kim loại cần xác định mà chúng tôi làm giàu hay pha loãng mẫu để hàm lượng kim loại nằm trong khoảng tuyến tính của phương pháp.
2.4.2.2. Xử lí mẫu nước
- Lọc bỏ cặn, các chất lơ lửng bằng giấy lọc.
- Xác định hàm lượng các kim loại nặng trong mẫu nước bằng phương pháp GF-AAS. Với phương pháp này thường ta không cần làm giàu mẫu trước khi đo.
- Một số mẫu ta phải cô cạn vì khi đo trực tiếp không xuất hiện tín hiệu hoặc tín hiệu ngoài đường chuẩn. Cô cạn bằng cách đun 250ml dung dịch mẫu trên bếp điện đến cạn, định mức trong bình 25ml bằng dung dịch HNO3
2%. Như vậy mẫu đã được làm giàu lên 10 lần.
2.5. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Với mục tiêu xác định hàm lượng một số kim loại nặng trong các mẫu rau và nước trồng rau nhằm đánh giá mức độ ô nhiễm của các kim loại nặng cũng như đánh giá mối tương quan về nồng độ các kim loại nặng trong các đối tượng nghiên cứu, các nội dung của luận văn được tiến hành như sau:
1. Khảo sát các điều kiện thực nghiệm xác định Zn trên máy quang phổ hấp thụ nguyên tử Shimadzu 6300 của Nhật Bản.
+ Kiểm tra các thông số của máy quang phổ AAS khi đo kẽm + Khảo sát các điều kiện của máy đo phổ AAS
- Bước sóng hấp thụ của Zn - Cường độ dòng đèn catot rỗng
- Điều kiện nguyên tử hóa mẫu (nhiệt độ sấy mẫu, nhiệt độ tro hóa mẫu, nhiệt độ nguyên tử hóa mẫu).
+ Chọn nền và môi trường phân tích
+ Khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Zn.
2. Tham khảo tài liệu để lựa chọn các điều kiện thực nghiệm xác định Cu, Pb, Cd bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF- AAS)
3. Xây dựng đường chuẩn xác định hàm lượng Cu, Pb, Cd, Zn theo các điều kiện tối ưu đã khảo sát. Đánh giá sai số, độ lặp, khoảng tin cậy của phép đo.
4. Tiến hành lấy mẫu rau và nước trồng rau. Xác định hàm lượng các kim loại nặng Cu, Pb, Cd, Zn trong mẫu.
5. Phân tích mối tương quan về hàm lượng của các kim loại nặng trên trong các mẫu rau và mẫu nước trồng rau.
CHƯƠNG 3