2 CHƯƠNG : NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.10 Kỹ thuật hydride qua lò gia nhiệt bằng điện
3.10.1 Hoạt hóa cell thạch anh
Trước khi tiến hành thực hiện kỹ thuật này, cell thạch anh đựơc tiến hành hoạt hóa:
Dùng dung dịch chuẩn As(V) có nồng độ tương đối cao, 50 ppb (pha theo mục 2.7.3.1). Cài đặt chương trình chạy As bằng kỹ thuật hydride qua lò gia nhiệt bằng
điện, nhiệt độ cài đặt của lò ở 900 0C. Hoạt hóa cell thạch anh liên tục trong 90 phút.
3.10.2Tối ưu hóa tốc độ bơm.
Các thông số đã tối ưu trong kỹ thuật hydride qua lò graphite được cố định ở đây, chỉ thực hiện phần tối ưu tốc độ bơm của FIAS, hay nói cách khác là khảo sát tốc độ hút mẫu, dung dịch chất khử (NaBH4 0.5%), dung dịch chất mang (HCl 3N). Kết quả thu được qua hình 3.16:
Khảo sát tốc độ pump(Kỹ thuật HG-CELL)
0.50 0.60 0.70 0.80
70 80 90 100 110 120
Chỉ số biểu kiến của pump
AB
S
Hình 3.16: Sự phụ thuộc của độ hấp thu A(III) 10 ppb vào tốc độ hút mẫu,. dung dịch NaBH4 0.5% và HCl 3N- Kỹ thuật HG-cell
Qua hình 3.16 cho thấy mật độ quang của As(III) ở nồng độ 10 ppb ít thay đổi khi tăng tốc độ bơm qua chỉ số biểu kiến từ 100 đến 120. Do đó, chỉ số biểu kiến của bơm được chọn là 100 để khảo sát các bước tiếp theo, tương ứng với tốc độ hút mẫu 5.5 mL/phút, NaBH4 (0.5%) 3 mL/phút, HCl (3N) 6 mL/phút. Điều này cũng hợp lý với phần khảo sát ở kỹ thuật hydride qua lò graphite, chỉ số biểu kiến tối ưu của bơm cũng được chọn là 100.
3.10.3Tính toán giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ).
3.10.3.1 Giới hạn phát hiện (LOD).
Tương tự mục 3.9.1, đề tài được tiến hành thực hiện 11 lần trên nền mẫu trắng. Tính toán độ lệch chuẩn 11 lần và tính LOD theo công thức sau:
Tín hiệu mẫu trắng=Trung bình nền blank + 3*SD
Với SD: độ lệch chuẩn sau khi đo 11 lần mẫu trắng.
Giới hạn phát hiện (LOD) sau khi đo được tín hiệu mẫu trắng (Y) được thay vào phương trình tuyến tính Y= 0.081X + 0.0102 theo hình 3.17.
Khảo sát LOD (HG-Cell) y = 0.081x + 0.0102 R2 = 0.9964 0 0.04 0.08 0.12 0.16 0.2 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Nồng độ (ppb) AB S
Hình 3.17: Đường chuẩn As (III) với kỹ thuật HG-cell
Bảng 3.22: Khảo sát LOD –kỹ thuật hydride qua lò gia nhiệt bằng điện (HG-cell)
Blank Std As Std As Std As Std As Stt 0.25 ppb 0.3 ppb 0.4 ppb 0.5 ppb 1 0.0197 0.0276 0.0454 0.0698 0.0716 2 0.021 0.0346 0.0419 0.0728 0.0718 3 0.0209 0.0518 0.0635 0.0542 0.0556 4 0.0122 0.0323 0.0526 0.0426 0.0513 5 0.0021 0.0294 0.0457 0.0717 0.08 6 0.0075 0.0447 0.0385 0.0696 0.0684 7 0.018 0.0548 0.0603 0.0513 0.0484 8 0.0164 0.0388 0.0553 0.0452 0.0708 9 0.0089 0.0325 0.0472 0.0716 0.0737
10 0.002 0.0369 0.0361 0.064 0.0546 11 0.0026 0.0389 0.0483 0.049 0.0566 Mean 0.0119 0.0384 0.0486 0.0602 0.0639 SD 0.0077 0.0088 0.0086 0.0118 0.0107 3*SD 0.0231 Mean + 3SD 0.035 LOD ( ppb) 0.30
LOD tính được trên lý thuyết (thay vào phương trình tuyến tính) là 0.30 ppb. Sau khi tính được LOD trên lý thuyết, mẫu trắng được thêm chuẩn bằng chính nồng độđã tính trên và khảo sát các nồng độ gần với LOD, kết quả qua bảng 3.22:
Qua hình 3.17 và bảng 3.22, kết quả tính LOD: 9 LOD theo phương trình tuyến tính = 0.30 ppb. 9 LOD thực nghiệm = 0.25 ppb.
Với hai giá trị LOD không khác nhau giữa lý thuyết và thực nghiệm. Giá trị LOD=0.30 ppb sẽđược chọn là giới hạn phát hiện của kỹ thuật này (HG-cell).
3.10.3.2Giới hạn định lượng (LOQ).
Tương tự mục 3.9.12, giới hạn định lượng được theo công thức: LOQ = 3*LOD = 0.90 ppb.
3.10.3.3 Giới hạn phát hiện của phương pháp (MDL) và giới hạn định lượng của phương pháp (MQL).
Bảng 3.23: Khảo sát MDL trên nền mẫu thật CBQ01-kỹ thuật HG-Cell
Kết quảđo trên máy ( ppb) Stt 2 mLCBQ/25 mL 3 mL CBQ/25 mL 1 0.315 0.366 2 0.346 0.316 3 0.229 0.402 4 0.278 0.389 5 0.315 0.309 6 0.212 0.331
8 0.275 0.376
9 0.341 0.243
10 0.244 0.304
11 0.208 0.347
TB 0.269 0.336
Mẫu kali sorbate CBQ 01 được tiến hành đo trên máy = 2.9966 ppb = 3 ppb, sau đó mẫu này được pha loãng mẫu nhiều lần và tính toán đến LOD của máy đã được khảo sát ở trên. Kết quả thu được qua bảng 3.23 như sau:
Qua bảng kết quả 3.23, nồng độ C= 0.27 ppb được chọn làm giới hạn phát hiện, của kỹ thuật này. Do đó, MDL sẽđược tính theo công thức:
MDL= 0.27 * 25/20* Thể tích định mức/ khối lượng mẫu. = 8.5 ppb hay 0.0085 mg/Kg
Và MQL = 3* MLOD = 3 * 8.5 MQL = 25.5 ppb hay 0.026 mg/Kg
3.10.4Hiệu suất thu hồi.
Đề tài được tiến hành tương tự mục 3.9.3, sau khi cân mẫu (2 gram), lần lượt thêm chuẩn As(V) ở các khoảng nồng độ tương ứng với LOQ, 1/3 đường chuẩn và 2/3 đường chuẩn. Cụ thể qua bảng 3.24 như sau:
Bảng 3.24: Chuẩn bị mẫu để thực hiện hiệu suất thu hồi –Kỹ thuật HG-cell
Mẫu -2gram M0 M0.5 M2 M4 M10
Chuẩn As(V) 50 ppb (mL) 0 0.5 2.0 4.0 10.0 Tiến hành vô cơ hóa mẫu (xem mục 3.8.2)
Sau khi định mức đến 50 mL từng mẫu tương ứng, chúng tôi thực hiện tiếp: Hút chính xác 20 mL mẫu (đã xử lý ở mục 3.9.3.1) bằng pipet chính xác có thể tích 20 mL vào ống nghiệm có khắc vạch 25 mL. Thêm vào 2 mL HCl (1: 1) và 0.5 mL hỗn hợp KI/acid ascorbic (đã pha ở mục 2.7.3). định mức đến vạch bằng nước cất. Đậy nắp, lắc đều mẫu và cho vào bếp cách thủy, đun ở nhiệt độ 800C và giữổn
nhiệt trong 15 phút. Lấy ra để nguội và tiến hành đo trên máy với các thông sốđã tối ưu.
Đo độ lặp lại, độ tái lặp và thực hiện trên từng mẫu tương ứng với các khoảng nồng độước tính (nhưđã nêu ở mục 3.10.4). Kết quả thu được qua bảng 3.25 sau:
Bảng 3.25: Hiệu suất thu hồi của mẫu CBQ ở các khoảng nồng độ -kỹ thuật HG-cell
Ký hiệu
mẫu Ngày 1 Ngày 2 Ngày 3
CBQ01 ( ppb) C ( ppb) KQ H% ( ppb) C ( ppb)KQ H% ( ppb) C ( ppb) KQ H% Mo 2.9215 182.1 3.0773 191.9 2.991 186.5 Mo-0.5 ppb 3.3673 210.9 114.9 3.4438 215.7 95.24 3.4048 213.3 107 Mo- 1 ppb 3.6453 227.1 90.19 3.967 247.1 110.9 3.7528 233.8 94.93 Mo- 2 ppb 4.3565 270.9 89.22 4.4315 275.6 84.14 4.5758 284.6 98.56 Mo- 4 ppb 6.4578 399.4 109.8 6.6415 410.8 110.6 5.9215 366.3 90.83 Mo-10 ppb 11.785 735.4 110.8 11.588 723.1 106.4 11.37 709.2 104.7
Với bảng kết quả 3.25 và bảng tiêu chí đánh giá (bảng 3.15), hiệu suất thu hồi của mẫu ở các khoảng nồng độ đã khảo sát đều đạt với tiêu chí [29], cụ thể như sau:
+ Ở nồng độ LOQ (Mo+0.5 ppb): H% từ 95.2% đến 114.9% + 1/3 đường chuẩn (Mo+4 ppb): H% từ 90.8% đến 110.6%
+ 2/3 đường chuẩn (Mo+10 ppb): H% từ 104.7% đến 110.8%
3.10.5Độ lặp lại và độ tái lặp.
Mẫu kali sorbate được xử lý theo quy trình (đã nêu trong mục 3.8). và thực hiện đo lặp lại 4 lần cho từng mẫu và thực hiện ở các ngày khác nhau. Kết quả thu được qua bảng 3.26.
Qua bảng kết quả 3.26, kết quả mẫu có độ lặp lại và độ tái lặp tương đối tốt, tất cả %RSD đều nằm trong khoảng cho phép < 15%-20% nếu mẫu có hàm lượng As ≤ 10 ppb và %RSD < 10%-15% nếu mẫu có hàm lượng 10 ppb <As≤ 100 ppb (hay
μg/Kg), hay nói cách khác:
Các kết quảđều nằm trong tiêu chí cho phép 28,29
Bảng 3.26: Kết quảđộ lặp lại và độ tái lặp của mẫu Kali sorbate CBQ01-kỹ thuật HG-cell
C ( ppb) Ký hiệu mẫu
Ngày 1 Ngày 2 Ngày 3
SD (R) TB %RSD Mo TB 2.9215 3.0773 2.9910 0.0780 2.9966 2.60 RSD% (r) 2.32 2.23 3.02 Mo+0.5 ppb TB 3.3673 3.4438 3.4048 0.0383 3.4053 1.12 RSD% (r) 3.85 3.54 2.09 Mo+1 ppb TB 3.6453 3.9670 3.7528 0.1638 3.7883 4.32 RSD% (r) 3.15 4.21 2.20 Mo+2 ppb TB 4.3565 4.4315 4.5758 0.1114 4.4546 2.50 RSD% (r) 2.22 0.95 0.82 Mo+4 ppb TB 6.4578 6.6415 5.9215 0.3741 6.3403 5.90 RSD% (r) 1.19 1.27 1.76 Mo+10 ppb TB 11.785 11.588 11.365 0.2101 11.579 1.81 RSD% (r) 2.00 2.50 3.63 3.10.6 Tính toán độ không đảm bảo đo.
Độ không đảm bảo đo được tính toán theo mục 2.5.2.3. Mẫu đuợc đo lặp 4 lần/ mẫu và thực hiện đo mẫu tái lặp ở 3 ngày khác nhau để tính độ tái lặp.
Mẫu được thực hiện ở các khoảng nồng độ khác nhau và chúng tôi tính được độ chệch thông qua nồng độ biết trước và kết quảđo được trên máy qua bảng 3.27 sau
Bảng 3.27: Kết quả tính độ không đảm bảo đo mẫu CBQ01- kỹ thuật HG-cell
Mo:
C ( ppb) SD (R) TB
Ngày 1 Ngày 2 Ngày 3
2.9215 3.07725 2.991 0.0780 2.9966
Mo+0.5 ppb Giá trịđúng = 3.3966
C ( ppb)
SD
(R) TB u(bias) u(x) U(X)
Ngày 1 Ngày 2 Ngày 3
3.3673 3.4438 3.4048 0.0383 3.4053 0.1011 0.1081 0.22
KQ (Mo+0.5) = (3.41 ± 0.22) ppb
Mo+1 ppb Giá trịđúng = 3.7966
C ( ppb) SD (R) TB u(bias) u(x) U(X)
Ngày 1 Ngày 2 Ngày 3
3.6453 3.9670 3.7528 0.1638 3.7883 0.1730 0.2383 0.48
KQ (Mo+1) = (3.79 ± 0.48) ppb
M0+2 ppb Giá trịđúng = 4.5966
C ( ppb) SD (R) TB u(bias) u(x) U(X)
Ngày 1 Ngày 2 Ngày 3
4.3565 4.4315 4.5758 0.1114 4.4546 0.1777 0.2098 0.42
KQ (Mo+2) = (4.46± 0.42) ppb
M0+4 ppb Giá trịđúng = 6.1966
C ( ppb) SD (R) TB u(bias) u(x) U(X)
Ngày 1 Ngày 2 Ngày 3
6.4578 6.6415 5.9215 0.3741 6.3403 0.3463 0.5098 1.0
KQ (Mo+4) = (6.3± 1.0) ppb
M0+10 ppb Giá trịđúng = 10.9966
C ( ppb) SD (R) TB u(bias) u(x) U(X)
Ngày 1 Ngày 2 Ngày 3
11.785 11.588 11.365 0.2101 11.5792 0.6680 0.7002 1.4
KQ (Mo+10) = (11.6 ± 1.4) ppb
3.10.7 Mẫu đối chứng thông qua chương trình PT.
Cách tiến hành thực hiện mẫu PT CAL 81 như cách chuẩn bị, pha loãng mẫu tương tự như trong kỹ thuật hydride qua lò graphite (xem mục 3.9.7.1, 3.9.7.2). Chỉ khác nhau qua cách đo As, thay vì là kỹ thuật hydride qua lò graphite thì ở đây mẫu được đo bằng kỹ thuật hydride bằng lò gia nhiệt điện (qua cell thạch anh).
Mẫu được thực hiện đo 6 lần trong một lần chạy và thực hiện đo trong 3 ngày khác nhau. Kết quả thu được qua bảng 3.28 :
Bảng 3.28: Kết quả chương trình PT CAL 81 dùng kỹ thuật hydride qua cell thạch anh: Stt Tên mẫu Kết quả đo trên máy ( ppb) fpha loãng lần 1 fpha loãng lần 2 Kết quả (mg/L) Kết quả chương trình (mg/L) Z-score 1 N01 10.369 50 12.5 6.48 ± 0.61 6.45 0.03 2 N02 10.442 10 12.5 1.31± 0.13 1.32 -0.05 3 N03 8.343 50 25.0 10.43 ± 0.72 10.4 0.02 4 N04 7.007 10 5.0 0.35 ± 0.03 0.36 -0.19
Với Z-score, kết quả được tính toán theo chương trình PT đã cho (xem mục 3.9.7).
Theo bảng 3.28, kết quả PT của các mẫu đều nằm trong z-score cho phép.(giá trị tuyệt đối từ 0.2 đến 0.19).
3.11So sánh kỹ thuật hydride qua lò graphite và kỹ thuật hydride qua lò gia nhiệt bằng điện (cell thạch anh). bằng điện (cell thạch anh).
3.11.1Về giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ)
3.11.1.1 Giới hạn phát hiện (LOD):
Qua 2 kỹ thuật đã được khảo sát bên trên, kết quả cho thấy LOD của kỹ thuật hydride qua lò graphite (LOD= 0.1 ppb) (xem mục 3.9.1) thấp hơn kỹ thuật hydride qua lò gia nhiệt bằng điện (LOD= 0.30 ppb) (xem mục 3.10.1) khoảng 3 lần.
3.11.1.2 Giới hạn định lượng (LOQ):
Tương tự như LOD, LOQ của kỹ thuật hydride qua lò graphite (LOQ= 0.30 ppb) (xem mục 3.9.1) thấp hơn kỹ thuật hydride qua lò gia nhiệt bằng điện (LOQ=0.90 ppb) (xem mục 3.10.1) khoảng 3 lần.
3.11.2Sự tương quan của hai kỹ thuật
Hai kỹ thuật này được so sánh qua độ lệch chuẩn tương đối và được tiến hành đánh giá theo tiêu chí của Food safety quality, kết quả thu được qua bảng 3.29.
Bảng 3.29: Kết quả mẫu CBQ thực hiện ở các khoảng nồng độ khác nhau và bằng hai kỹ thuật. CBQ01 TB HG-CELL TB HG -GF TRUNG BÌNH SD %RSD Tiêu chí (%) M0 2.9966 2.6353 2.8160 0.2554 9.07 M0- 0.5 ppb 3.4053 3.0406 3.2229 0.2579 8.00 M0- 1 ppb 3.7883 3.5564 3.6724 0.1640 4.47 M0- 2 ppb 4.4546 4.5648 4.5097 0.0780 1.73 M0- 4 ppb 6.3403 6.0853 6.2128 0.1803 2.90 M0- 10 ppb 11.579 11.121 11.350 0.3241 2.86 <15-20
Tương tự, hai kỹ thuật này trên cũng được so sánh qua các mẫu thực hiện của PT CAL 81 và thu được kết quả qua bảng 3.30 sau:
Bảng 3.30: Kết quả mẫu PT CAL 81 thực hiện bằng 2 kỹ thuật.
Kết quả trên máy ( ppb) Kết quả mẫu
(mg/L) Z-score
Tên mẫu
HG-GF HG-CELL HG-GF HG-CELL HG-GF HG-Cell Kết quả PT (mg/L) No1 10.751 10.369 6.72 6.48 0.28 0.03 6.45 No2 10.545 10.442 1.32 1.31 0 -0.05 1.32 No3 8.55 8.343 10.69 10.43 0.19 0.02 10.4 No4 7.713 7.002 0.39 0.35 0.56 -0.19 0.36
Qua bảng 3.29, 3.30 cho thấy 2 kỹ thuật đều có độ lệch đạt theo tiêu chí quy định, hay nói cách khác, cụ thể .:
9 Kỹ thuật HG-GF: Các kết quả có Z-score từ 0 đến 0.28. 9 Kỹ thuật HG- cell: Các kết quả có Z-score từ -0.19 đến 0.03. Sai biệt giữa hai kỹ thuật này là chấp nhận và tất cảđều có |z-score| < 2
3.11.3Hiệu quả kinh tế
Với những ưu điểm của kỹ thuật hydride qua lò graphite mà chúng tôi đã kể trên, bên cạnh đó thì hiệu quả kinh tế của kỹ thuật này có ảnh hưởng đáng kể khi sử dụng kỹ thuật này, cụ thể như sau:
9 Tube graphite đắt tiền và chỉ sử dụng khoảng 1000 lần đo/ tube.
9 Hóa chất sử dụng đòi hỏi phải thật tinh khiết, nhất là HCl dùng làm chất mang trong việc khử As(III) thành hơi arsine phải là acid thật tinh khiết (suprapure).
Trong khi dùng kỹ thuật hydride qua cell thạch anh, chỉ đo khoảng 45 s/ lần đo, tube thạch anh sử dụng lâu, bền và hóa chất không đòi hỏi độ tính khiết cao như kỹ thuật hydride qua lò graphite.
4 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4.1 Kết luận:
Với mục đích đưa ra trong luận văn là xác định hàm lượng arsen trong chất bảo quản kali sorbate bằng kỹ thuật hydride qua lò graphite trên máy quang phổ hấp thu nguyên tử. Đề tài đã được tìm hiểu đối tượng, được tham khảo tài liệu và lần lượt được tiến hành qua các bước thí nghiệm, khảo sát, chọn các điều kiện thích hợp và được phân tích trên các mẫu thêm chuẩn. Các kết quả thu được như sau:
9 Chọn được các thông số phù hợp máy đo xác định As. 9 Khảo sát và chọn được các điều kiện thích hợp để tạo arsen.
9 Tiến hành phân tích mẫu thêm chuẩn, mẫu PT để kiểm tra phương pháp phân tích đã thu được kết quả tốt.
9 So sánh hai kỹ thuật hydride qua lò graphite và hydride qua lò gia nhiệt bằng điện. So sánh ưu, khuyết điểm của hai kỹ thuật này.
Hạn chế của đề tài: do thiết bị tạo hơi hydride (FIAS 100) bị hạn chế việc điều chỉnh áp suất, cũng như thể tích loop mẫu nhỏ (500 μL) nên kỹ thuật hydride qua lò graphite chưa đưa giới hạn phát hiện xuống thấp hơn 0.10 ppb.
4.2 Kiến nghị:
- Phương pháp nghiên cứu của đề tài chỉ được khảo sát trên thiết bị có sẵn nên ít nhiều bị hạn chế trong nghiên cứu phương pháp (đã nêu trên).
- Tuy kỹ thuật hydride qua lò graphite có giới hạn phát hiện (LOD) là 0.10 ppb nhạy hơn kỹ thuật hydride qua lò gia nhiệt điện (LOD) là 0.30 ppb nhưng kỹ thuật hydride qua lò graphite sẽ tốn nhiều chi phí hơn về phụ tùng thay thế (tube
graphite), hóa chất đòi hỏi độ tinh khiết thật cao so với kỹ thuật hydride qua lò gia nhiệt điện.
Do đó, đề tài nghiên cứu này sẽ là bước khởi đầu cho các nghiên cứu về sau tham khảo lựa chọn các thông số, hóa chất cần sử dụng đểđạt kết quả tốt hơn và tùy theo đối tượng mẫu và đối tượng phục vụđể lựa chọn kỹ thuật phù hợp, sao cho vừa phù hợp với tính chất công việc mà vừa hiệu quả kinh tế.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt
1. Lê-Hoàng-Ninh, Ô nhiễm Arsen trong nước ngầm tại các tỉnh khu vực đồng bằng sông Cửu Long. Nhà xuất bản Y học: 2010; p Chương 2&3.
2. Phạm-Luận, Phương pháp phân tích phổ nguyên tử. Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia Hà Nôi: 2006.
3. Quatest-3, Hướng Dẫn Thực Hành Tốt Các Yêu Cầu Kỹ Thuật Của ISO/IEC 17025:2005 Tại Các Phòng Kiểm Nghiệm Chất Lượng Vệ Sinh An Toàn Thực Phẩm 2009.
Tài liệu tiếng Anh
4. Hughes, M. F., Arsenic toxicity and potential mechanisms of action. Toxicol. Lett. 2002, 133 (1), 1-16.
5. Mandal, B. K.; Suzuki, K. T., Arsenic round the world: a review. Talanta 2002,58 (1), 201-235.
6. Turova, N., Inorganic Chemistry in Tables. Springer Verlag, 2011.
7. Postma, D.; Larsen, F.; Minhhue, N.; Duc, M.; Viet, P.; Nhan, P.; Jessen, S., Arsenic in groundwater of the Red River floodplain, Vietnam: Controlling geochemical processes and reactive transport modeling. Geochim. Cosmochim. Acta 2007,71 (21), 5054-5071.
8. Berg, M.; Tran, H. C.; Nguyen, T. C.; Pham, H. V.; Schertenleib, R.; Giger, W., Arsenic