Các bước chuẩn bị phân tích As bằng AAS

Chương 4. PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ (AAS)

4.4. Các bước chuẩn bị phân tích As bằng AAS

 Hệ thống đèn phát ra nguồn sáng hấp thu

 Hệ thống nguyên tử hóa mẫu

 Hệ thống gương lọc sắc

 Bộ đơn sắc

 Bộ phát hiện

 Computer

 Dung dịch mẫu

4.4.1. Chuẩn bị dung dịch mẫu

 Lấy mẫu:

Mẫu nước giếng được lấy và được bảo quản trong bình định mức bằng thủy tinh đã được rửa bằng HCl 2 M, được đậy kín tránh để mẫu tiếp xúc với ôxy không khí tạo ra kết tủa FeAsO4 và các hợp chất bay hơi, các ion kim loại ảnh hưởng trong suốt quá trình bảo quản và xử lí mẫu khác ảnh hưởng đến kết quả phân tích.

 Bảo quản mẫu:

Mẫu được bảo quản ngay sau khi lấy mẫu bằng cách axít hóa mẫu phân tích bằng dung dịch HNO3 đậm đặc đến pH<2 mục đích là để hòa tan các hợp chất khó tan của mẫu như As2O3 về dạng tan H3AsO3 hay H3AsO4, thuận tiện trong quá trình bảo quản mẫu.

Mẫu được bảo quản trong tủ giữ mẫu.

 Xử lí mẫu:

Do mẫu có chứa những phần tử lơ lững hoặc các hợp chất hữu cơ do đó cần phải được xử lí trước khi phân tích gồm: lọc mẫu, axít hóa bằng HNO3 đến pH<2 rồi đem đo trên phép đo AAS. Nếu mẫu có chứa các hợp chất khó tan của kim loại cần phân tích thì ta cần phá mẫu trước khi lọc nhằm đảm bảo kết quả phân tích.

4.4.2. Thiết bị và quy trình phân tích

4.4.2.1. Nguồn phát ra bức xạ đơn sắc

TS. Nguyễn Văn Sơn- Khoa CN Thanh Hóa-ĐHCN TP HỒ Chí Minh 46

Chọn hệ thống đèn catot rỗng (HCl). Đèn này được cấu tạo gồm ba phần chính:

 Thân đèn và cửa sổ

 Các điện cực catot và anot

 Khí trong đèn.Đó là khí trơ He, Ar, N2

Anot được cấu tạo bằng kim loại trơ và bền nhiệt như W hay Pt. Catot được chế tạo có dạng hình xylanh hay hình ống rỗng có đường kính từ 3–5 mm. Dài 5–6 mm và chính bằng kim loại cần phân tích với độ tinh khiết cao (ít nhất 99.9%). Dây dẫn của catot cũng là kim loại W hay Pt. Cả hai điện cực được gắn chặt trên bệ đỡ của thân đèn và cực catot phải nằm đúng trục xuyên tâm của đèn. Nguồn nuôi là nguồn một chiều có thế 220-240 V.

4.4.2.2. Nguyên tắc làm việc:

Khi đèn làm việc, catot được nung đỏ, giữa catot và anot xảy ra sự phóng điện liên tục.

Do sự phóng điện đó mà một số phân tử khí bị ion hóa. Các ion vừa được sinh ra sẽ tấn công vào catot làm bề mặt catot nóng đỏ và một số nguyên tử kim loại trên bề mặt catot bị hóa hơi và nó trở thành những nguyên tử kim loại tự do. Khi đó dưới tác dụng của nhiệt độ trong đèn HCl đang được đốt nóng đỏ, các nguyên tử kim loại này bị kích thích và phát ra phổ phát xạ của nó. Đó chính là phổ vạch của chính kim loại làm catot rỗng.

Nhưng vì trong điều kiện làm việc đặc biệt của môi trường khí trơ có áp suất thấp, nên phổ phát xạ đó chỉ bao gồm các vạch nhạy của kim loại đó.

4.4.2.3. Hệ thống nguyên tử hóa mẫu

Quá trình nguyên tử hóa trong ngọn lửa gồm hai bước kế tiếp nhau.

 Bước 1: là chuyển dung dịch mẫu phân tích thành thể các hạt nhỏ như sương mù trộn đều với khí mang và khí cháy. Quá trình này được gọi là quá trình aerosol hóa hay nebulize hóa.

 Bước 2: là dẫn hỗn hợp aerosol cùng hỗn hợp khí đốt vào đèn để nguyên tử hóa. Hệ thống này gọi là Nebulizer system, nó gồm hai phần chính:

 Đèn để nguyên tử hóa mẫu (burner head)

 Buồng aerosol hóa mẫu theo hai loại kỹ thuật:

 Aerosol hóa mẫu theo kỹ thuật pneumatic-mao dẫn: Kỹ thuật này người ta dung hệ thống Nebulize và khí mang để tạo ra thể sol khí của mẫu phân tích nhờ hiện tượng mao dẫn.

Trước hết nhờ ống mao dẫn S và dòng khí mang K mà dung dịch mẫu được dẫn vào buồng aerosol hóa. Trong buồng này, dung dịch mẫu được đánh tung thành thể bụi nhờ quả bi E và cánh quạt Q, rồi được trộn đều với hỗn hợp khí đốt và được dẫn lên đèn nguyên tử hóa.

TS. Nguyễn Văn Sơn- Khoa CN Thanh Hóa-ĐHCN TP HỒ Chí Minh 47

dung hệ thống siêu âm có tần số 1-4.5 MHz. Dưới tác dụng của lực siêu âm, mẫu dung dịch được phân tán thành những hạt rất nhỏ và trộn đều với hỗn hợp khí để dẫn lên đèn nguyên tử hóa.

4.4.2.4. Hóa chất

Dung dịch NaBohydrua (NaBH4): hoà tan 8g NaBH4 trong 20 ml NaOH 0.1N pha chế hằng ngày.

Dung dịch NaI hòa tan 50 g NaI trong 100 ml nước cất, pha chế hằng ngày, có thể thay bằng KI cùng lượng tương ứng H2SO4 18N (ứng với H2SO2 tỉ lệ 1:1) H2SO4 2.5N:

rót cẩn thận 35 ml H2SO4 vào 400 ml nước cất, để nguội, định mức đến 800 ml.

Dung dịch K2S2O8 5%: hòa tan 25g K2S2O8 trong 800 ml nước cất đựng trong bình thủy bảo quản trong tủ lạnh, pha chế hàng tuần.

Acid Nitric HNO3 đậm đặc Acid percloric HClO4 Acid clohidric HCl Khí Ar/N2, Ar/He

 Dung dịch chuẩn As vô cơ:

 Dung dịch chuẩn gốc As(III) hòa tan 1.32g As2O3 trong mẫu nước cất có chứa 4g NaOH.

Định mức tới 1000ml (1 ml chứa 1 mg As(III)).

 Dung dịch chuẩn làm việc As(III): pha loãng 10ml dd chuẩn gốc As(III) tới 1000ml bằng nước cất cú pha loóng 5ml HCl đđ (1ml chứa 10 àg As(III))

 Dung dịch chuẩn As(III) pha loãng 10ml dd chuẩn tới 1000ml bằng nước cất có chứa 2- 5ml HNO3đđ (1ml chứa 0.1 àg As(III)).

 Dung dịch chuẩn As (V):

 Dung dịch gốc: Hòa tan 1.534g As2O5 trong mẫu nước cất chứa 4g NaOH pha loãng đến 1000ml(1ml chứa 1 mg As(V)).

 Dung dịch chuẩn làm việc As(V): pha loãng dd gốc 100 lần (1ml chứa 10 mg As(V))

 Pha dung dịch chuẩn: pha loãng dung dịch chuẩn làm việc 100 lần (1ml chứa 0.1 mg As(V))

 Dung dịch chuẩn As hữu cơ:

Hòa tan 1.842g (CH3)2AsOOH (acid dimethylarsenic) trong nước chứa 4g NaOH pha loãng đến 1000 mL (1mL chứa 1 mg As). Chú ý kiểm tra độ tinh khiết của acid theo dung dịch As tiêu chuẩn (50–100 mg/l) bằng quang phổ hấp thu nguyên tử.

Dung dịch chuẩn làm việc As hữu cơ: Pha chế như trờn (1mL chứa 10 àg As).

Dung dịch chuẩn As hữu cơ: Pha chế như trờn (1mL chứa 0.1 àg As) 4.4.2.5. Mở máy:

TS. Nguyễn Văn Sơn- Khoa CN Thanh Hóa-ĐHCN TP HỒ Chí Minh 48

tốc độ dòng khí là 2 l/phút. Nếu có ống làm khô nối giữa bình phản ứng và ống nguyên tử hóa mẫu thì dùng CaCl2 thay vì sử dụng CaSO4 vì nó giữ SeH4 lại. Trước khi dùng hệ sinh khí hydrua phải xác định thong số máy tối ưu. Phun dung dịch chứa Asen vào ngọn lửa để điều chỉnh vị trí ống nguyên tử hóa sao cho đạt mật độ quang cực đại. Phun dung dịch trắng cho đến khi loại hoàn toàn dung dịch lưu lại. Xác định tốc độ khí mang, nồng độ và tốc độ nhỏ giọt NaBH4, thể tích dung dịch và tốc độ khuấy để đạt được tốc độ hydrua hóa cực đại nếu sử dụng dung dịch ống thạch anh cần chọn nhiệt độ tối ưu. Việc nhỏ giọt NaBH4 quá nhanh hydrua thoát ra nhanh sẽ làm mất cân bằng hệ. Khi tốc độ khí mang quá lớn thì tính hiệu hấp thu sẽ giảm. Nên dùng bước sóng 193.7 nm cho Asen.

4.4.2.6. Xác định đường chuẩn:

Lấy 0.00; 1.0; 2.0; 10; 15; 20 dung dịch làm việc Asen (III) pha loãng đến 100ml bằng dung dịch HNO3 (2-5ml HNO3 đặc trong 1l nước cất) ta thu dãy chuẩn với nồng độ từ 0, 1, 2, 5, 10, 15, 20 mg Asen (III)/l pha dung dịch chuẩn hằng ngày.

4.4.2.7. Chẩn bị mẫu phân tích.

Để xác định lại độ tái hiện hoàn toàn của Asen làm theo hai bước trên. Trong bình Berzelin dung tích 200ml, trong 50ml mẫu chuẩn thêm vào 7 mL mẫu chuẩn bằng Asen(III) (dung dịch chuẩn được pha chế bằng cách lấy 10ml dung dịch làm việc vào cốc có mỏ và pha chế thành 50ml thêm vào đó 7 mL H2SO4 18N và 5 ml HNO3 đặc. Sau đó đem cô cho đến khi xuất hiện khí SO3. Duy trì điều kiện oxy hóa bằng cách thêm vào liên tục HNO3 vào để tránh cho dung dịch không bị đậm màu. Khi phân hủy hoàn toàn dung dịch sẽ có màu sáng. Để nguội thêm vào đó 25 ml nước cất và 1 mL HClO4 và lại cô tiếp để loại hết khí oxit nitơ (cho đến khi bốc khói SO3). Chú ý cẩn thận khi tiếp xúc với HClO4. Kiểm tra hiệu quả quá trình phân hủy bằng cách cho thêm 5ml dung dịch chuẩn Asen hữu cơ vào 50 mL mẫu và xác định tốc độ tái hiện. Xử lí các mẫu chuẩn theo toàn bộ quy trình để đánh giá độ tái hiện tổng số và độ tái hiện trung bình của Asen trong axit clohydric phải trên 80%. Một cách khác có thể dùng bình kjeldahl để phân hủy trong việc xác định độ tái hiện tổng số của Asen bằng cách nâng cao hiệu suất mẫu. Sau lần cô cuối cùng pha loãng mẫu bằng nước cất tới 50 mL.

 Chuẩn bị mẫu và dãy chuẩn để đo tổng Asen

Lấy 50 mL dung dịch mẫu hoặc chuẩn cho vào bình Berzelin 200 mL thêm vào 1ml H2SO4 2.5 N và 5 mL dung dịch K2S2O 5% cô nhẹ trên bếp cách cát khi còn khoảng 30- 40 phút không được để dung dịch cô cạn. Cách khác có thể đun dung dịch trong autoclave ở 120 oC trong 1 giời. Sau khi phân hủy xong pha loãng tới 50 mL để đo asen kiểm tra hiệu suất phân hủy bằng cách xác định độ tái hiện của acid cacolodic nếu thấp thì phải phân hủy lại và dung lượng K2S2O8 gấp đôi.

TS. Nguyễn Văn Sơn- Khoa CN Thanh Hóa-ĐHCN TP HỒ Chí Minh 49

4.4.2.8. Xác định As bằng NaBH4

Thêm 5 mL HCl đặc vào 50 mL chuẩn hoặc mẫu đã bị phân hủy trong bình Berzelin 200 mL và khuấy đều thêm tiếp 5 mL NaI và khuấy tiếp ít nhất 30 phút, lấy ống sục khí, phểu nhỏ giọt và ống thoát khí vào bình berzelin, mở máy ghi cho đến khi đường nền ổn định. Trong lúc sục khí để đuổi tất cả kim loại ra khỏi bình phản ứng, thêm 0.5ml NaBH4 vào bình. Tín hiệu tăng nhanh và rồi giảm. Khi tín hiệu trở lại nền, lấy bình ra, rửa ống phun bằng nước rồi tiếp tục làm với chuẩn để kiểm tra tín hiệu, kiểm tra các chất gây ảnh hưởng hóa học làm giảm tín hiệu của Asen bằng cách xử lí mẫu đã phân hủy vởi dung dịch Asen (III) có nồng độ 10 mg/L. Độ tái hiện trung bình phải đạt 90%.

4.4.2.9. Tính toán kết quả.

Dựng đường chuẩn độ cao của pic theo nồng độ chuẩn. Xác định nồng độ mẫu theo đường chuẩn nếu mẫu có pha loãng trước khi phân hủy thì phần kết quả đo được với hệ số pha loãng. Tóm tắt quy trình xác định Asen bằng AAS với hệ tạo khí hydrua:

 Nguyên tắc

Asen được khử một cách định lượng về trạng thái khí hydrua AsH3 bằng NaBH4 và khí tạo thành đi theo dòng khí trơ vào bộ phận nguyên tử hóa của máy AAS (ống thạch anh trên ngọn lửa dòng khí O2/N2).

 Thiết bị

Hệ thống tạo khí hydrua, máy AAS, đèn catod rỗng Asen, đèn đơteri hiệu chỉnh.

 Thuốc thử

Khí mang Ar hoặc N2 HCl 12 N; KI 20%; tinh thể NaBH4 Dung dịch chuẩn gốc Asen 1 g/L. Pha loãng 100 lần asen 10 mg/L và pha loãng tiếp 100 lần asen 0.1 mg/L

 Dựng đường chuẩn

Dãy chuẩn được chuẩn bị trong bình định mức 100 mL theo thứ tự sau:

Số bình định mức Trắng 2 3 4

Dung dịch chuẩn 0.1 mg/L Asen (ml) 0 10 20 40 Nước cất định mức đến vạch 100 100 100 100 Nồng độ Asen tương ứng (mg/L) 0 10 20 40