trên bẫy vàng (CV-Amalgam-AAS)
Phổ hấp thu nguyên tử hóa hơi lạnh là một trong những phương pháp phổ biến nhất dùng để xác định hàm lượng thủy ngân trong nhiều đối tượng mẫu khác nhau. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp kỹ thuật hóa hơi lạnh nguyên thủy không đáp
ứng yêu cầu vềđộ nhạy cho những mẫu thực tế. Kỹ thuật cải tiến cho phép tích góp toàn bộ lượng Hg lôi cuốn trong một thời gian dài lên một bẫy và giải phóng hoàn toàn lượng Hg tích góp trong một thời gian rất ngắn. Kỹ thuật tích góp thực tế giúp gia tăng tỷ lệ S/N so với kỹ thuật truyền thống. Bẫy thông dụng nhất là hợp kim Au/Pt hoặc Au. Trong nghiên cứu này chúng tôi dùng bẫy Au do cách thức chế tạo của bẫy này khá đơn giản và rẻ hơn nhiều so với bẫy Au/Pt. [15]
25
Hình 1.7: Hệ thống CV-Amalgam-AAS (Figure 4-43) [13] 1.2.5.1 Nguyên tắc phương pháp
Cách thức nguyên tử hóa trong kỹ thuật này tương tự như trong kỹ thuật hóa hơi truyền thống của phép đo CV–AAS, điểm khác biệt là hơi thủy ngân sau khi được lôi cuốn ra khỏi dung dịch mẫu, thay vì đi trực tiếp đến cell đo và bị thải bỏ hoặc tuần hoàn, thì được giữ lại toàn bộ (tích góp) trên một bẫy vàng dưới dạng hỗn hống. Sau khi toàn bộ thủy ngân trong mẫu đo bị lôi cuốn hết và được giữ lại hoàn toàn trên bẫy vàng, bẫy vàng sẽđược gia nhiệt đến khoảng 600oC. Thủy ngân được giải phóng nhanh và hoàn toàn khỏi bẫy vàng sẽ được dòng khí mang lôi cuốn đến
ống hấp thu. Tín hiệu phân tích quan sát được là một peak rất cao, nhọn và có bề
rộng đáy khá hẹp.
So với kỹ thuật CV truyền thống, kỹ thuật cải tiến CV–Amalgam có giới hạn phát hiện thấp hơn nhiều, ít nhiễu hơn do các hợp chất trong mẫu bị lôi cuốn cùng với hơi Hg không lưu giữ trên bẫy vàng và bị thổi khỏi hệ thống trước khi đo.
1.2.5.2 Các yếu tốảnh hưởng đến việc xác định thủy ngân bằng phương pháp CV- Amalgam- AAS
26
Bao gồm các thông số vật lý của thiết bị có ảnh hưởng đến hiệu suất lôi cuốn hơi thủy ngân đến cell hấp thu.
Lưu lượng khí mang: khí mang có vai trò lôi cuốn thủy ngân ra khỏi dung dịch trong bình phản ứng đến tích góp tại bẫy vàng và lôi cuốn thủy ngân từ bẫy vàng đến ống hấp thu nên lưu lượng khí mang ảnh hưởng đến hiệu suất lôi cuốn thủy ngân ra khỏi dung dịch và thời gian lưu của hơi thủy ngân trong ống hấp thu, từ đó ảnh hưởng lên tín hiệu hấp thu. Khi lưu lượng khí mang càng lớn thì sự lôi cuốn hơi thủy ngân sẽ càng nhanh và hoàn toàn. Tuy nhiên, khi đó thời gian lưu của thủy ngân trong ống hấp thu sẽ càng thấp dẫn đến tín hiệu hấp thu nhỏ, tức độ nhạy giảm. Ngược lại nếu tốc độ khí mang nhỏ thì thời gian lưu của hơi thủy ngân trong ống hấp thu dài, tín hiệu hấp thu cao hơn nhưng nếu tốc độ khí mang thấp quá thì sự lôi cuốn hơi thủy ngân sẽ diễn ra chậm hơn đòi hỏi phải tăng thời gian ghi tín hiệu. Nếu thời gian ghi đo tăng thì độ ổn định của tín hiệu kém hơn do sự bất ổn định của thiết bị. Vì vậy phải chọn lưu lượng khí mang hợp lý để tín hiệu đo tối ưu mà thời gian phản ứng chấp nhận được. Do phương pháp CV-Amalgam-AAS có độ nhạy cao nên khí mang sử
dụng phải đảm bảo độ tinh khiết cao và Ar 99.999% là sự lựa chọn thích hợp nhất. [1]
Thể tích dung dịch trong bình phản ứng: khi thể tích dung dịch ở các dung dịch đo khác nhau không đồng nhất thì sự lôi cuốn thủy ngân trong mỗi trường hợp sẽ khác nhau. Khi thể tích dung dịch trong bình phản ứng nhỏ
thì quá trình lôi cuốn thủy ngân sẽ nhanh và hoàn toàn hơn. Do đó cần cố định thể tích dung dịch trong bình phản ứng để quá trình lôi cuốn thủy ngân được đồng nhất giữa các lần đo.
9 Ảnh hưởng quang phổ:[37]
Trong phép phân tích thủy ngân, do kỹ thuật nguyên tử hóa được thực hiện ở
nhiệt độ phòng, chỉ có thủy ngân bị nguyên tử hóa nên ảnh hưởng quang phổ chỉ có thể xuất hiện do sự hấp thu của những chất khí hoặc chất dễ bay hơi có phổ hấp thu
27 phân tử trùng lắp với phổ phát xạ của thủy ngân.
Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi như chloroform, carbontetrachloride, benzene, toluene, acetone... có khả năng hấp thu mạnh ở bước sóng 253.7 nm như thủy ngân gây sai số dương cho phép phân tích. Để loại trừảnh hưởng của các dung môi hữu cơ này cần phải phân hủy mẫu để
phá hủy hoàn toàn các hợp chất này.
Riêng đối với khí Cl2 là sản phẩm sinh ra khi sử dụng KMnO4, K2S2O8 trong quá trình xử lý mẫu. Khí Cl2 cũng hấp thu ở bước sóng 253.7 nm làm tăng tín hiệu hấp thu nhưng tín hiệu chỉ tăng đáng kể khi Cl2 có nồng độ cao từ 1 mg/mL. Do đó cần sục khí trơ vào dung dịch mẫu để đuổi hết khí Cl2 ra khỏi dung dịch hoặc dùng một chất khử thích hợp để
khử Cl2 thành Cl- trước khi khử Hg2+ thành Hgo.
9 Ảnh hưởng hóa học [25]
Ảnh hưởng hóa học gây ra do những chất phản ứng với ion Hg2+, Sn2+ làm giảm hiệu suất khử các hợp chất thủy ngân về thủy ngân kim loại hoặc những chất làm cản trở sự bay hơi của kim loại thủy ngân. Tùy theo nồng độ của chất gây nhiễu có trong dung dịch mẫu mà mức độảnh hưởng khác nhau.
Các ion kim loại quý như Au3+, Ag+, Pt4+ khi có mặt trong mẫu cùng với ion Hg2+ bị khử thành kim loại. Trừ Pt, các kim loại này tạo hỗn hốn với thủy ngân làm thủy ngân khó bay hơi, quá trình lôi cuốn thủy ngân đến ống hấp thu bị hạn chế, từđó làm giảm tín hiệu hấp thu đo được.
Một số ion kim loại nặng có thể tham gia cạnh tranh phản ứng khử với Hg2+ làm giảm hiệu suất quá trình nguyên tử hóa. Ảnh hưởng này ít xuất hiện hơn khi sử dụng SnCl2 làm chất khử so với khi sử dụng NaBH4 vì SnCl2 có tính khử yếu hơn NaBH4.
Các chất oxyhóa mạnh như HNO3, KMnO4, K2Cr2O7... ở nồng độ cao làm giảm hoạt tính khử của SnCl2 hay NaBH4. Để loại trừ ảnh hưởng này tránh dùng dư chất oxi hóa hoặc dùng thêm một chất khử khác để phản ứng hết với các chất oxi hóa dư.
28
Các anion như I-, Br-, CN- tạo phức bền với Hg2+, làm giảm thế oxy hóa khử
của cặp Hg2+/Hgo. Khi đó nếu dùng SnCl2 là chất khử thì ion Hg2+ trong phức khó bị khử, thậm chí không khử được. Để khắc phục ảnh hưởng này nên dùng chất khử là NaBH4.
Bảng 1.2: Nồng độ giới hạn của một số nguyên tố được phép có trong dung dịch mẫu [25] Nguyên tố Nồng độ giới hạn (mg/L) Cu (II) 500 Ni (II) 500 Ag (I) 1 I- 0.1 As (V) 0.5 Bi (III) 0.5 Sb (III) 0.5 Se (IV) 0.05 1.3 Các phương pháp xử lý mẫu phân tích Hg 1.3.1Xử lý mẫu nước
1.3.1.1 Mẫu nước mặt, nước thải sinh hoạt và công nghiệp
Ngay sau khi lấy mẫu phải thêm HNO3đặc đến pH ≤ l. Nếu không thể tiến hành xác định ngay sau khi lấy mẫu, thêm acid nitric và 4mL dung dịch KMnO4 cho mỗi L mẫu và nếu cần có thể tăng lượng KMnO4đến khi đạt được màu tím bền.
Lấy phần mẫu thử, hoặc một phần nhỏ hơn được pha loãng thành 100mL, chứa không quá l µg Hg, vào bình nón nút thủy tinh. Thêm cẩn thận 10mL H2SO4đặc và 2.5mL HNO3 đặc, lắc đều sau mỗi lần thêm. Thêm 15mL dung dịch KMnO4 0.05 g/mL. Nếu màu tím đậm không bền trong 15 phút thì thêm tiếp 15mL KMnO4 nữa
để được màu tím bền. Sau đó thêm 8mL dung dịch K2S2O8 0.05 g/mL và đun 2 giờ
trên bếp cách thủy 95oC. Để nguội đến nhiệt độ phòng. Khử chất oxi hóa dư bằng cách thêm NH2OH.HCl 0.1 g/mL đến khi dung dịch vừa mất màu và toàn bộ MnO2 tan hết. [8]
29
1.3.1.2 Mẫu nước uống, nước dùng để chế biến thực phẩm và nước giải khát
Vô cơ hoá phần mẫu thử bằng cách chiếu tia cực tím trong 10 phút để phá hủy các chất hữu cơ và các hợp chất hữu cơ – thủy ngân và để chuyển toàn bộ thủy ngân thành dạng thủy ngân (II). [8]
1.3.1.3 Mẫu nước ngọt, nước mềm, nước biển (nước mặn), nước uống và các loại nước khác chứa lượng nhỏ các chất hữu cơ
Ngay sau khi lấy mẫu, điều chỉnh pH ≤ 1 bằng dung dịch HNO3 10M để hạn chế
sự mất thủy ngân do bay hơi. Nếu không phân tích ngay sau khi lấy mẫu thì thêm 10mL dung dịch Br2 1.5% (w/v) cho mỗi L mẫu. Cho mẫu vào bình nón, thêm 1mL dung dịch Br2 (trừ khi đã thêm khi lấy mẫu). Đậy nút bình và lắc đều. Đun nóng 4 giờở 45oC. Lắc đều và để nguội đến nhiệt độ phòng. [8]
1.3.2Xử lý mẫu rau quả
Mẫu rau quảđược phân hủy trong hệ như hình 1.8:
30
Bộ phận (A) kiểu bình Soxhlet, có khóa vặn và một ống bên nối trực tiếp với bình cầu (D)
Bộ phận làm lạnh (C) được nối tiếp với phần dưới của A.
Bình cầu (D) có một cổ thứ 2, được nối qua khớp với một phễu (B) (để chứa acid xử lý mẫu) có khóa vặn.
Khi khóa của phần A mở, thiết bị ở tư thế hồi lưu; khi khóa đóng, ở phần A hơi nước và các acid đậm đặc được giữ lại.
Giai đoạn đầu khóa của phần A mở, mẫu được phân hủy theo kiểu đun hoàn lưu. Mẫu được phân hủy bởi HNO3 đặc ở nhiệt độ 50ºC trong khoảng 30 phút cho đến khi dung dịch phân hủy có trạng thái đồng nhất. Nếu hỗn hợp có màu nâu thì thêm vài giọt HNO3 cho đến khi mất màu nâu rồi để nguội.
Thận trọng thêm hỗn hợp HNO3 và H2SO4 đặc (1:1). Đun ở nhiệt độ thấp, nếu dung dịch có màu nâu thì thêm HNO3 từng giọt một. Tiếp tục đun cho đến khi quan sát các chất xơ đã bị phân hủy. Đóng khóa của bộ Soxhlet lại để giữ hơi nước và acid, tiếp tục đun nóng, dung dịch sẽ cô đặc lại. Nếu quan sát thấy có màu nâu thì thêm vài giọt HNO3 lượng vừa đủ để làm sáng mẫu. Tiếp tục đun đến khi đuổi hết khói trắng phía trên dung dịch mẫu. Chú ý điều chỉnh nhiệt độ sao cho luồng khói trắng không vượt quá nửa bộ phận làm lạnh C. Dung dịch phải không màu hoặc có màu vàng nhạt, để nguội. Thận trọng rút nước và các acid ở A cho vào bình cầu D bằng cách mở khóa. Thêm vài mL (NH2)2CO và đun sôi hồi lưu trong 30 phút, sau
đó để nguội. Tráng kỹ bộ phận làm lạnh C và bộ phận Soxhlet A bằng HNO3 loãng. Gộp phần dung dịch rửa và dung dịch mẫu trong bình cầu D cho vào bình định mức. [9]
1.3.3Xử lý mẫu thịt và sản phẩm từ thịt
Mẫu thịt cần phân tích được thái nhỏ, nghiền mịn, trộn đều, cân 10g cho vào bình Kjeldahl, thêm dần 10 - 15 mL H2SO4 98% vào và lắc trong nồi cách thủy ở
nhiệt độ 50 - 60oC cho đến khi mẫu tan hết, chuyển dung dịch này sang bình định mức 50 mL và để lắng 1 giờ trong nước đá.
31
Thêm dần 15mL KMnO4 6% vào bình vừa cho vừa lắc sau đó để yên 30 phút ở
nhiệt độ phòng. Định mức bằng HCl 1M đến thể tích 50 mL. Bình đựng mẫu phân tích phải được đậy kín bằng nút nhựa PE. Mẫu ở trạng thái này có thể bảo quản 1 ngày mà không mất thuỷ ngân. [7]
1.3.4Xử lý mẫu đất
Đối với mẫu đất, bùn lắng có thể được xử lý theo phương pháp vô cơ hóa khô hoặc vô cơ hóa ướt. Khi vô cơ hóa khô, mẫu được phân hủy ở nhiệt độ cao trong bình kín. Hơi thủy ngân giải phóng ra khỏi mẫu được hấp phụ trên bẫy vàng. Sau đó
đun nóng bẫy vàng để giải phóng hơi thủy ngân [12]. Trong phương pháp vô cơ hóa
ướt, mẫu được phân hủy bởi các acid HNO3, H2SO4 và HClO4 trong hệ thống đun hoàn lưu [29]. Một cách khác để vô cơ hóa mẫu đất là phân hủy mẫu trong bình Kjeldahl bởi các chất oxi hóa như HNO3, H2SO4 và KMnO4. Hydroxylamin được sử
dụng để khử chất oxi hóa dư và hòa tan hoàn toàn MnO2 [10]. Các phương pháp xử
lý mẫu trên đều cho hiệu suất thu hồi tốt, đáp ứng được yêu cầu phân tích thủy ngân.