Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) là một trong những phương pháp hiện đại, được áp dụng phổ biến trong các phòng thí nghiệm. Phương pháp này xác định đƣợc hầu hết các kim loại trong mẫu sau khi đã chuyển hóa chúng về dạng dung dịch.
Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) được ứng dụng với ba kĩ thuật là nguyên tử hoá bằng ngọn lửa (F - AAS) nguyên tử hoá không ngọn lửa (GF-AAS) và kĩ thuật đặc biệt trong trường hợp phân tích các nguyên tố có nhiệt độ hóa hơi thấp: Hóa hơi lạnh (Hg), hydrua hóa (As, Se, Sn…)
Phương pháp này được phát triển rất nhanh và hiện nay đang được ứng dụng rất phổ biến ví có độ nhạy rất cao (mức ppb) và độ chọn lọc cao (ứng với mỗi nguyên tố có một đèn catod rỗng). Do đó, khi phân tìch lƣợng chất vết kim loại trong trường hợp không cần thiết phải làm giàu sơ bộ các nguyên tố cần phân tích, tránh đƣợc sự nhiễm bẩn mẫu khi xử lì qua các giai đoạn phức tạp. Đây là đặc tính rất ƣu việt của phương pháp này, ngoài ra còn có một số điểm mạnh khác như: Khả năng phân tìch đƣợc gần 60 nguyên tố hoá học, ngoài các nguyên tố kim loại còn có thể phân tìch được một số á kim (lưu huỳnh, clo…) và một số chất hữu cơ bằng phép
đo gián tiếp; Lƣợng mẫu tiêu tốn ít; Thời gian tiến hành phân tìch nhanh, đơn giản… Ngày nay trong phân tìch hiện đại, phương pháp HTNT được sử dụng rất có hiệu quả đối với nhiều lĩnh vực nhƣ y học, dƣợc học, sinh học, phân tích môi trường, phân tìch địa chất, … đặc biệt phân tìch lượng vết các nguyên tố kim loại.
Chính vì vậy mà chúng tôi sử dụng phương pháp hấp thụ nguyên tử (AAS) trong việc xác định hàm lƣợng các kim loại vết trong dịch chiết đất và trầm tích.
Phương pháp phân tìch dựa trên cơ sở đo phổ hấp thụ nguyên tử của một nguyên tố đƣợc gọi là phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (phép đo AAS).
2.3.2. Cơ sở lí thuyết của phép đo
Đo sự hấp thụ năng lƣợng (bức xạ đơn sắc) của nguyên tử tự do ở trong trạng thái hơi (khì) khi chiếu chùm tia bức xạ qua đám hơi của nguyên tố đó trong môi trường hấp thụ.
Muốn thực hiện phép đo phổ hấp thụ nguyên tử của một nguyên tố cần phải thực hiện các quá trình sau:
- Chọn các điều kiện và một loại trang bị phù hợp để chuyển mẫu phân tìch từ trạng thái ban đầu (rắn hay dung dịch) thành trạng thái hơi của các nguyên tử tự do. Đó chình là quá trính hoá hơi và nguyên tử hoá mẫu.
- Chiếu chùm tia bức xạ đặc trƣng của nguyên tố cần phân tìch qua đám hơi nguyên tử tự do vừa đƣợc tạo ra ở trên. Các nguyên tử của nguyên tố cần xác định trong đám hơi sẽ hấp thụ những tia bức xạ nhất định và tạo ra phổ hấp thụ của nó.
- Tiếp đó, nhờ một hệ thống máy quang phổ người ta thu toàn bộ chùm sáng, phân ly và chọn một vạch phổ hấp thụ của nguyên tố cần phân tìch để đo cường độ của nó. Cường độ đó chình là tìn hiệu hấp thụ. Trong một giới hạn nồng độ nhất định của nồng độ C, giá trị cường độ này phụ thuộc tuyến tình vào nồng độ C của nguyên tố ở trong mẫu phân tìch theo phương trính:
. b A k C
Trong đó:
A: Cường độ của vạch phổ hấp thụ.
K: Hằng số thực nghiệm.
C: Nồng độ của nguyên tố cần xác định trong mẫu đo phổ.
b : Hằng số bản chất (0< b 1).
- Hằng số thực nghiệm k phụ thuộc vào tất cả các điều kiện hoá hơi và nguyên tử hoá mẫu nhất định đối với một hệ thống máy AAS và với các điều kiện đã chọn cho mỗi phép đo; b là hằng số bản chất, phụ thuộc vào từng vạch phổ của từng nguyên tố. Giá trị b=1 khi nồng độ C nhỏ, khi C tăng thí b nhỏ xa dần giá trị 1.
- Nhƣ vậy, mối quan hệ giữa A và C là tuyến tình trong một khoảng nồng độ nhất định. Khoảng nồng độ này đƣợc gọi là khoảng tuyến tình của phép đo.
Trong phép đo AAS, phương trính (*) ở trên chình là phương trính cơ sở để định lƣợng một nguyên tố.
2.3.3. Trang bị của phép đo
Dựa vào nguyên tắc của phép đo, ta có thể mô tả hệ thống trang bị của thiết bị đo phổ AAS theo sơ đồ nhƣ sau:
Phần1 Phần2 Phần 3 Phần 4
Phần 1. Nguồn phát chùm tia bức xạ cộng hưởng của nguyên tố cần phân tìch. Đó có thể là đèn catốt rỗng (Hollow Cathode Lamp-HCL), hay đèn phóng điện không điện cực (Electrodeless Discharge Lamp-EDL), hoặc nguồn phát bức xạ liên tục đã đƣợc biến điệu.
Phần 2. Hệ thống nguyên tử hoá mẫu. Hệ thống này đƣợc chế tạo theo ba loại kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu:
- Kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu bằng ngọn lửa đèn khì (F-AAS)
- Kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu không ngọn lửa (ETA-AAS) - Kỹ thuật hoá hơi lạnh (CV-AAS)
Phần 3. Bộ phận đơn sắc (hệ quang học) có nhiệm vụ thu, phân ly và chọn tia sáng (vạch phổ) cần đo hướng vào nhân quang điện để phát hiện và đo tìn hiệu hấp thụ AAS của vạch phổ.
Phần 4. Bộ phận khuyếch đại và chỉ thị tín hiệu AAS. Phần chỉ thị tín hiệu có thể:
- Điện kế chỉ thị tìn hiệu AAS - Bộ tự ghi để ghi các pick hấp thụ - Bộ chỉ thị hiện số
- Bộ máy in
- Máy tình với màn hính để hiển thị dữ liệu, phần mềm xử lý số liệu và điều khiển toàn bộ hệ thống máy đo.
Trong ba kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu thí kĩ thuật F-AAS ra đời sớm hơn. Theo kỹ thuật này người ta dùng nhiệt ngọn lửa đèn khì để nguyên tử hóa mẫu. Do đó mọi quá trình xảy ra trong khi nguyên tử hóa mẫu đều phụ thuộc vào đặc tính của ngọn lửa và nhiệt độ là yếu tố quyết định hiệu suất nguyên tử hóa mẫu phân tích.
Hình 3.1. Sơ đồ nguyên tắc cấu tạo của máy quang phổ hấp thụ nguyên tử