Nguyên tắc xác định của phương pháp phổ hấp thụ phân tử dựa trên việc đo độ hấp thụ ánh sáng (hay độ truyền qua T) của một dung dịch phức tạo thành giữa ion cần xác định với một thuốc thử vô cơ hay hữu cơ trong môi trường thích hợp khi được chiếu bởi chùm sáng.
Cd, Pb được xác định theo phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử (UV-Vis) bằng cách cho Cd, Pb tạo phức với thuốc thử đithizon ở pH=12 (đối với Cd); pH=8
(đối với Pb), sau đó chiết và ghi đo phức ở bước sóng 550 nm. Giới hạn phát hiện:
LODCd=34 μg/L; LODPb=56 μg/L [17].
Cd và Pb cũng được tạo phức với thiosemicarbazone ở pH=6 (phức của Pb màu da cam, phức của Cd màu vàng), chiết phức và đo bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử ở bước sóng 380 nm (đối với Cd) và 440 nm (đối với Pb).
Khoảng tuyến tính thu được là 0÷12μg/L (Cd) và 0÷10μg/L (Pb). Giới hạn phát hiện: LODPb = 0,00264μg/L; LODCd = 0,00151μg/L [6].
Để tăng độ nhạy và giảm bớt các khâu chuẩn bị, làm giàu nồng độ các kim loại thì Li Han và cộng sự đã phát triển phương pháp quang phổ đạo hàm mới cho việc xác định Cu2+, Zn2+, Cd2+, Hg2+ và Pb2+ sử dụng thuốc thử meotetra (3-methoxy-4- hydroxylphenyl) porphyrin. Thông thường việc xác định đồng thời hỗn hợp ion kim loại gặp một vấn đề lớn do sự chồng chéo của các phổ, nhưng các tác giả trên đã giải quyết vấn đề bằng cách xử lý phổ ban đầu thông qua các công cụ chemometric [18].
Tóm lại, phương pháp đo phổ UV-Vis có độ nhạy, độ ổn định và độ chính xác khá cao, được sử dụng nhiều trong phân tích vi lượng. Nhược điểm của phương pháp này là có độ chọn lọc kém vì một thuốc thử có thể tác dụng được với nhiều ion kim loại cùng cho phức màu có cực đại hấp thụ trùng nhau hay gần nhau.
1.2.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
Về nguyên tắc: chiếu vào đám hơi nguyên tử tự do một chùm tia sáng đơn sắc có bước sóng phù hợp, trùng với bước sóng vạch phổ phát xạ đặc trưng của nguyên tố phân tích, chúng sẽ hấp thụ tia sáng đó sinh ra phổ hấp thụ của nguyên tử. Cường độ vạch phổ thu được tỉ lệ với nồng độ nguyên tố cần phân tích theo biểu thức:
A = a.Cx.
Kelber Miranda và các cộng sự đã sử dụng kỹ thuật F-AAS để xác định hàm lượng của Cd, Cu và Pb trong lá chè. Giới hạn phát hiện đạt được 0,05 mg/kg (đối với Cd), 2,1 mg/kg (đối với Cu), 0,68 mg/kg (đối với Pb) [19].
Phương pháp F-AAS cũng được sử dụng để xác định hàm lượng của Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb và Zn trong phân bón hữu cơ cho hiệu suất thu hồi với Cd là 100%, Cr là 109%, Cu là 96%, Mn là 92%, Ni là 101%, Pb là 104% và Zn là 102%
[2].
Phương pháp GF-AAS xác định hàm lượng Cd, Pb và Sn trong các mẫu nước mặt đạt được độ lặp lại tốt RSD = 3,08-6,11%, giới hạn phát hiện 0,003-0,025 μg/L (Cd), 0,05-0,10 μg/L (Pb) và 0,1-0,25 μg/L (Sn) [3].
Thực tế cho thấy phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử có nhiều ưu việt như:
Độ nhạy, độ chính xác cao, lượng mẫu tiêu thụ ít, tốc độ phân tích nhanh. Với ưu điểm này, AAS được thế giới dùng làm phương pháp tiêu chuẩn để xác định lượng nhỏ và lượng vết các kim loại trong nhiều đối tượng khác nhau.
1.2.3. Phương pháp phổ khối plasma cao tần cảm ứng (ICP-MS)
ICP-MS là kỹ thuật phân tích các nguyên tố vô cơ, nguyên tắc phân tích định lượng là dựa vào việc đo tỉ số m/z (khối lượng/điện tích) của ion dương sinh ra bởi nguyên tử của nguyên tố cần xác định.
Phương pháp ICP-MS là phương pháp có độ nhạy rất cao hay giới hạn phát hiện rất nhỏ cỡ ppt (ng/L), với vùng tuyến tính rất rộng khoảng từ 0,5 ppt đến 500 ppm, phạm vi phân tích khối lượng rộng từ 7 đến 250 amu (atomic mass unit) nên phân tích được hầu như tất cả các nguyên tố Li đến U..., ngoài ra còn phân tích các đồng vị của các nguyên tố (do các đồng vị có khối lượng khác nhau). Tốc độ phân tích rất nhanh, phân tích hàng loạt các nguyên tố chỉ từ 3-5 phút.
Đối với việc xác định hàm lượng các KLN, kỹ thuật đo ICP-MS được các nhà nghiên cứu sử dụng rất phổ biến. Ví dụ trong nghiên cứu Zhifeng Yang và các cộng sự sử dụng phương pháp ICP-MS để xác định các KLN Cr, Cu, Ni, Zn, Cd, và Pb.
Tỷ số m/z của các kim loại Cr, Cu, Ni, Zn, Cd, và Pb lần lượt là 52, 65, 60, 66, 111 và 208 [20]. Ngoài ra phương pháp ICP-MS cũng được các tác giả sử dụng trực tiếp hoặc kết hợp với phương pháp phân tích dòng chảy để xác định KLN [4, 5].
Như vậy phương pháp ICP-MS là phương pháp có nhiều ưu việt được sử dụng trong phân tích rất phổ biến, tuy nhiên đây cũng là phương pháp có những nhược điểm sau: trang thiết bị đắt tiền, thời gian cần thiết cho phép phân tích dài, với lại trong quá trình phân tích, phương pháp này cũng cần thiết thực hiện nhiều bước phức tạp, do đó yêu cầu người tiến hành phải có trình độ chuyên môn cao.
1.2.4. Phương pháp phân tích điện hóa
Phương pháp phân tích điện hóa có ưu điểm hệ thiết bị đơn giản, gọn nhẹ chi phí thấp, tiết kiệm thời gian mà vẫn đảm bảo độ chính xác, độ nhạy cao. Do đó
trong những năm gần đây phương pháp này được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu để ứng dụng vào phân tích KLN. Các nghiên cứu tập trung chủ yếu vào việc chế tạo các loại điện cực khác nhau nhằm tăng độ nhạy, độ chọn lọc của phép phân tích. Nhiều phương pháp sử dụng kĩ thuật điện hóa đã được phát triển để sử dụng phân tích các KLN. Trong đó phương pháp Von-Ampe hòa tan anot (ASV) là chiếm ưu thế hơn cả.
Phương pháp ASV sử dụng điện cực graphen oxit/oxit sắt từ (GO/Fe3O4) biến tính với benzothiazo-2-cacboxaldehit (2-CBT) để xác định hàm lượng Pb, Cd trong nước với giới hạn phát hiện của Pb 0,02 ng/mL; Cd 0,03 ng/mL [21].
Hàm lượng Cd, Pb cũng được xác định bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan sóng vuông sử dụng điện cực Bi/G/MWCNTs/GC (Bi/Graphen/ống nanocacbon đalớp/GC) với khoảng nồng độ tuyến tính từ 0,5 – 30 μg/L đối với Cd, Pb; Giới hạn phát hiện của Pb là 0,2 μg/L; Cd là 0,1 μg/L [22].
Wang và cộng sự năm 2011 sử dụng điện cực cacbon thủy tinh (GC) biến tính bởi lớp phủ polyanilin để xác định hàm lượng của Cd, Pb với khoảng nồng độ tuyến tính 0 – 2 μM; LODPb=0,1 μM; LODCd= 0,13 μM [23].
Hàm lượng Zn, Pb, Cu cũng được xác định bằng phương pháp DPASV sử dụng điện cực cacbon thủy tinh (GC) biến tính bởi graphen lắng đọng điện hóa trên màng Bi với khoảng nồng độ tuyến tính từ 1 – 100 μg/L; LODZn= 1,80 μg/L; LODCd= 0,18 μg/L; LODPb= 0,11 μg/L [24].
Trong các phương pháp phân tích điện hóa thì phương pháp Von-Ampe hòa tan anot là công cụ đủ mạnh để xác định các ion kim loại.