Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.4. Phương pháp nghiên cứu
2.4.2. Phương pháp phân tích kết quả
- Phương pháp phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP - OES)
Quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP-MS) là kỹ thuật phân tích hàm lượng các nguyên tố ở dạng vết với những đặc điểm: nhiệt độ kích thích lớn, mật độ điện tích lớn, có khả năng xác định được nhiều nguyên tố cùng lúc, phát xạ nền thấp, ảnh hưởng về mặt hóa học tương đối thấp, độ ổn định tốt dẫn tới kết quả phân tích chính xác. Kỹ thuật có giới hạn phát hiện thấp đối với hầu hết
các nguyên tố, phạm vi tuyến tính rộng, có hiệu quả kinh tế. Trong phép đo phổ phát xạ nguyên tử, tín hiệu phát xạ của vạch phổ phụ thuộc vào nồng độ của nguyên tố phân tích và được xác định theo phương trình sau:
I×λ = K×C×b (2.2) Trong đó:
+ I là cường độ vạch phát xạ có bước sóng λ + K: Hằng số thực nghiệm
+ C: Nồng độ của nguyên tố trong mẫu phân tích đã phát xạ
+ b: Hằng số bản chất phụ thuộc vào đặc điểm của từng nguyên tố
(0 < b ≤1). Trong một khoảng nồng độ nhất định thì b=1, mối quan hệ giữa A và C là tuyến tính theo phương trình dạng y = ax. Khoảng nồng độ này được gọi là khoảng tuyến tính của phép đo.
Trong nghiên cứu này, nồng độ crom sẽ được xác định bằng máy quang phổ phát xạ Plasma khối phổ ICP-MS PERKIN ELMER NexION 300X tại Trung tâm Quan trắc tài nguyên và môi trường Thái Nguyên.
- Phương pháp phổ hấp thụ UV-VIS
Nguyên tắc của phương pháp: Để xác định một cấu tử X nào đó, chuyển nó thành hợp chất có khả năng hấp thụ ánh sáng rồi đo sự hấp thụ ánh sáng của nó và suy ra hàm lượng chất cần xác định.
Cơ sở của phương pháp là định luật hấp thụ ánh sáng Bouguer-Lambert- Beer. Biểu thức của định luật có dạng:
A = lgI0
I = ε × l × C (2.4) Trong đó:
A: là độ hấp thụ quang của phân tử;
l: là bề dày của dung dịch ánh sáng đi qua;
Io, I: lần lượt là cường độ của ánh sáng đi vào và ra khỏi dung dịch;
: là hệ số hấp thụ quang phân tử, nó phụ thuộc vào bản chất của chất hấp thụ ánh sáng và bước sóng của ánh sáng tới ( = f());
C: là nồng độ chất hấp thụ ánh sáng trong dung dịch.
Do đó, độ hấp thụ quang A là một hàm của các đại lượng: bước sóng, nồng độ chất hấp thụ ánh sáng và bề dày dung dịch.
A = f(,l,C) (2.5)
Do vậy, nếu đo A tại một bước sóng nhất định với cuvet có bề dày l xác định thì đường biểu diễn A = f(C) phải có dạng y = ax là một đường thẳng.
Nhưng do những yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch (pH của dung dịch, bước sóng của ánh sáng tới, sự pha loãng dung dịch, sự có mặt của các ion lạ) nên đồ thị trên không có dạng đường thẳng với mọi giá trị của nồng độ. Khi đó biểu thức trên có dạng:
A = k ×× l × (Cx)b (2.6) Trong đó:
Cx: là nồng độ chất hấp thụ ánh sáng trong dung dịch;
K: là hằng số thực nghiệm;
b: là hằng số có giá trị 0b ≤ 1. Nó là một hệ số gắn liền với nồng độ Cx. Khi Cx nhỏ thì b = 1, Cx lớn thì b < 1.
Đối với một chất phân tích trong một dung môi xác định và trong một cuvet có bề dày xác định thì = const và l = const. Đặt K = kl ta có:
A = K × Cb (2.7)
Với mọi chất có phổ hấp thụ phân tử vùng Uv-Vis, thì luôn có một giá trị nồng độ Co xác định, sao cho:
- Khi Cx<Co thì b = 1 và quan hệ giữa độ hấp thụ quang A và nồng độ Cx
là tuyến tính.
- Khi Cx>Co thì b < 1 (b tiến dần về 0 khi Cx tăng) và quan hệ giữa độ hấp thụ quang A và nồng độ Cx là không tuyến tính.
Phương trình (2.4) là cơ sở để định lượng các chất theo phép đo phổ hấp thụ phân tử UV-Vis. Trong phân tích người ta chỉ sử dụng vùng nồng độ tuyến tính giữa A và C, vùng tuyến tính này rộng hay hẹp phụ thuộc vào bản chất hấp thụ quang của mỗi chất và các điều kiện thực nghiệm, với các chất có phổ hấp thụ UV-Vis càng nhạy tức giá trị của chất đó càng lớn, giá trị nồng độ giới hạn Co càng nhỏ và vùng nồng độ tuyến tính giữa A và C càng hẹp. Trong nghiên cứu này phép phổ hấp thụ sử dụng máy quang phổ hấp thụ phân tử UV Hitachi UH5300 tại phòng thí nghiệm Lý-Lý sinh y học - Trường Đại học Y Dược - Đại học Thái Nguyên.
- Phương pháp xác định Cr(VI)
Nồng độ Cr(VI) được xác định theo TCVN 7939:2008 – Xác định Cr(VI)–
Phương pháp đo quang với nước ô nhiễm nhẹ.
Trong tiêu chuẩn này, Cr(VI) được xác định theo phương pháp phân tích trắc quang với thuốc thử diphenylcarbazide. Nguyên tắc của phương pháp này dựa trên phản ứng tạo tổ hợp màu đỏ tím của Cr(VI) với thuốc thử diphenylcarbazide trong môi trường axit.
Thuốc thử diphenylcarbazide viết tắt là: DPC. DPC là thuốc thử đặc trưng để xác định Cr(VI) trong môi trường axit, có M = 243,3, điểm nóng chảy 172o C. Ở dạng rắn, DPC có màu trắng, trong không khí sẽ chuyển sang màu hồng, chỉ tan trong rượu, axeton và một số dung môi hữu cơ khác.
Để xác định nồng độ của các chất trong mẫu phân tích theo phương pháp đo phổ hấp thụ phân tử, ta có thể tiến hành theo phương pháp đường chuẩn. Cơ sở của phương pháp là dựa trên sự phụ thuộc tuyến tính của độ hấp thụ quang A vào nồng độ của chất cần xác định trong mẫu.
Để dựng đường chuẩn, tiến hành pha một dãy dung dịch chuẩn có nồng độ chất chuẩn X tăng dần từ C1, C2,..Cn(M) (với n nhỏ nhất bằng 3). Tiến hành đo độ hấp thụ quang của cả dãy dung dịch rồi sau đó lập đồ thị sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang A của cả dãy dung dịch vào nồng độ C của chất X tức A=f(C) được gọi là đường chuẩn.
Để phân tích hàm lượng của chất X trong mẫu cần phân tích đem đo độ hấp thụ quang của chúng như đo với dãy dung dịch chuẩn được giá trị Ax. Từ đồ thị đường chuẩn, ta tính toán được Cx có trong mẫu.
Hình 2.3: Ảnh chụp cân điện tử 4 số Metter Toledo (a) và máy đo quang phổ hấp thụ phân tử UV-vis Hitachi UH5300(b)
Để dựng đường chuẩn của crom, tiến hành pha dãy dung dịch chuẩn như sau: Từ dung dịch gốc của Cr(VI) có nồng độ 1000 mg/l tiến hành pha các dung dịch có nồng độ: 0,5; 1; 2; 3; 4; 5 mg/l. Hút 10 ml dung dịch Cr(VI) cho vào bình định mức 50 ml, hỗn hợp thuốc thử gồm 4 ml dung dịch H3PO4/H2SO4
98% và 0,5 ml thuốc thử 1,5-diphenylcarbazide, thu được dung dịch phức chất màu tím đỏ. Định mức trong bình định mức thể tích 50 ml, sau đó đo độ hấp thụ quang A của dãy dung dịch trên ở bước sóng 540nm.
Bảng 2.1 Kết quả đo độ hấp thụ quang của Crom(VI) để xây dựng đường chuẩn
C(mg/l) 0,5 1 2 3 4 5
Abs 0,09 0,17 0,34 0,49 0,66 0,82
Hình 2.4: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Cr(VI)
Từ đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Cr(VI) cho thấy mối quan hệ giữa nồng độ Cr(VI) và mật độ đo quang A được biểu diễn bởi phương trình:
Y= 0,1625X + 0,0076 với độ chính xác R2 = 0,9999 tương đương 99,99% và sai số 0,01%.