Phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) là phương pháp xác định lượng vết của hầu hết các kim loại với độ chính xác cao, kết quả phân tích ổn
xác định gián tiếp thông qua một kim loại có phổ hấp thụ nguyên tử nhạy nhờ một phản ứng hoá học trung gian có tính chất định lượng như: Phản ứng tạo kết tủa, tạo phức, đẩy kim loại hay hoà tan kim loại…giữa kim loại đo phổ và chất cần phân tích. Sử dụng phương pháp AAS có thể tiến hành phân tích hàng loạt, có thể xác định đồng thời nhiều mẫu.
Do Cloxacilin không có phổ hấp thụ nguyên tử, chúng tôi tiến hành xác định gián tiếp hàm lượng của nó thông qua phép đo phổ hấp thụ nguyên tử của Ag dư, sau khi đã li tâm tách bỏ kết tủa AgCl được tạo thành từ phản ứng có tính
chất định lượng giữa ion Ag+
với ion Clgiải phóng ra sau quá trình vô cơ hoá
Cloxacilin, vì một phân tử Cloxacilin có một nguyên tử Clo, theo phản ứng:
CloxacilinCl- + CO2 + H2O
-
Cl + Ag+ AgCl
Với điều kiện trang thiết bị có sẵn và những ưu điểm của phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử AAS nêu trên, chúng tôi đã sử dụng phương pháp này để xây dựng một quy trình xác định Cloxacilin gián tiếp thông qua việc đo phổ F- AAS của Ag.
2.1.3. Nội dung nghiên cứu
- Tối ưu hoá các thông số máy cho phép đo phổ hấp thụ nguyên tử của Ag - Tối ưu hoá các điều kiện nguyên tử hoá mẫu
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến phép xác định Ag bằng phương pháp F-AAS như: loại axit, nồng độ axit, chất nền, các cation, các anion khác có trong mẫu
- Khảo sát khoảng tuyến tính khi xác định Cloxacilin theo lượng dư Ag - Xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng
- Tối ưu hoá các điều kiện phân huỷ mẫu lấy -
Cl trong Cloxacilin
- Yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng kết tủa Cloxacilin bằng ion Ag+
- Xây dựng quy trình phân tích
- Ứng dụng quy trình nghiên cứu để xác định Cloxacilin trong một số mẫu thực phẩm.
2.2. Trang thiết bị, dụng cụ, hoá chất
2.2.1. Trang thiết bị và dụng cụ
- Máy đo quang phổ hấp thụ nguyên tử NovAA 400 của hãng Analytik Jena (CHLB Đức) – Phòng máy bộ môn Hóa học phân tích – Khoa Hóa học – ĐHKHTN – ĐHQGHN.
- Đèn HCL của các nguyên tố cần xác định, Ag - Pipet 0,1 ml, 1 ml, 2 ml, 5 ml, 10 ml
- Bình định mức 25 ml, 50 ml, 100 ml, 250 ml - Cốc thủy tinh, ống đong, phễu, …
- Tủ sấy, tủ hút …
- Cân phân tích, cân kỹ thuật và một số thiết bị, dụng cụ khác - Máy ly tâm, bếp đun cách thuỷ,…
2.2.2. Hoá chất
- Dung dịch chuẩn Ag 1000 mg/l trong HNO3 của Merck.
- Axit đặc HNO3 65% của Merck, KOH của Merck.
- Dung dịch nền CH3COONH4.
- Metanol tinh khiết dung cho phân tích. - Chất chuẩn Cloxacilin bột tinh khiết.
* Dung dịch đệm:
Đệm McIlvaine pH = 4 0,5: Cân 28,4 gam Na2HPO4 cho vào bình định
mức 1 lít và hòa tan bằng nước cất rồi định mức tới vạch, lắc đều hỗn hợp. Cân 21 gam axit xitric monohydrat vào bình định mức 1 lít khác, hòa tan bằng nước cất và định mức tới vạch, lắc kỹ. Lấy 1 lit axít xitric ở trên trộn với 625ml
Na2HPO4 trong bình 2 lít. Điều chỉnh pH tới 4 0,5 bằng cách thêm từng giọt
HCl 0,1M hoặc NaOH 0,1M. Dung dịch này sử dụng trong một tuần.
Dung dịch đệm McIlvaine – EDTA: Thêm 6,05 Na2EDTA.2H2O vào
1,625 lít đệm McIlvaine và trộn hỗn hợp tới khi tan hết. Dung dịch này sử dụng trong một tuần.
Axit oxalic trong metanol: Hòa tan 1,26 gam axit oxalic trong bình định mức 1 lít, pha loãng dung dịch tới vạch định mức bằng metanol và trộn đều hỗn hợp. Dung dịch này được sử dụng trong một ngày.
CHƢƠNG 3 - THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Khảo sát điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa của Ag
Để quá trình phân tích đạt kết quả tốt, thì việc nghiên cứu chọn các thông số đo phù hợp với phép phân tích định lượng một chất là một công việc hết sức cần thiết và quan trọng trong kĩ thuật AAS.
Để tối ưu hoá các thông số máy tôi chọn các dung dịch sau để khảo sát:
- Dung dịch Ag 3 ppm trong HNO3 2% nền NH4Ac 1%
Giá trị đưa ra ở mỗi bảng là kết quả ba lần sau khi đã trừ blank (mẫu trắng).
3.1.1. Khảo sát chọn vạch phổ hấp thụ
Mỗi loại nguyên tử của một nguyên tố hóa học chỉ có thể hấp thụ những bức xạ có bước sóng mà chính nó có thể phát ra trong quá trình phát xạ. Nhưng thực tế không phải mỗi loại nguyên tử có thể hấp thụ tất cả các bức xạ mà nó phát ra, quá trình hấp thụ chỉ tốt và nhạy chủ yếu đối với các vạch đặc trưng hay vạch cộng hưởng. Đối với một nguyên tố vạch phổ nào có khả năng hấp thụ càng mạnh thì phép đo vạch đó có độ nhạy càng cao. Như vậy đối với một nguyên tố các vạch phổ khác nhau sẽ có độ nhạy khác nhau, đồng thời với mỗi vạch này có thể có rất nhiều các nguyên tố khác trong mẫu có những vạch phổ gần với vạch phổ này, nó có thể chen lấn hay gây nhiễu tới vạch phổ của nguyên tố phân tích làm cho việc đo cường độ vạch phân tích là rất khó khăn và thiếu chính xác. Vì vậy ta khảo sát tìm ra vạch phổ có độ nhạy cao và hạn chế được ảnh hưởng của các nguyên tố có vạch phổ lân cận.
Theo W.J.Price các vạch phổ đặc trưng của Ag: Ag: 328,1 nm và 338,3 nm.
Kết quả khảo sát chọn vạch phổ của dung dịch Ag 3ppm trong HNO3 2%
nền NH4Ac 1% được chỉ ra trong bảng 3.1:
Bảng 3.1. Kết quả khảo sát vạch đo phổ của Ag
Bước sóng (nm) Abs RSD (%) Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung Bình 328,1 0,4152 0,4155 0,4152 0,4153 0,04 383,3 0,2771 0,2503 0,2680 0,2651 5,14
Trong các vạch phổ của Ag chúng tôi chọn vạch phổ có = 328,1 nm
cho phép đo phổ của Ag vì tại vạch phổ này, phép đo cho độ nhạy và độ ổn định tốt nhất.
3.1.2. Khảo sát khe đo
Theo nguyên tắc hoạt động của hệ thống đơn sắc trong máy quang phổ hấp thụ nguyên tử, chùm tia phát xạ cộng hưởng của nguyên tố cần xác định được phát ra từ đèn catot rỗng sau khi đi qua môi trường hấp thụ sẽ được hướng vào khe đo của máy, được trực chuẩn, được phân ly và sau đó chỉ một vạch phổ cần đo được chọn và hướng vào khe đo để tác dụng vào nhân quang điện để phát hiện và xác định cường độ của vạch phổ. Do vậy khe đo của máy phải được chọn chính xác và phù hợp với từng vạch phổ, có độ lặp lại cao trong mỗi phép đo và lấy hết được độ rộng của vạch phổ. Chúng tôi đã tiến hành khảo sát sự hấp thụ
của bạc với dung dịch Ag+
nồng độ 3 ppm trong HNO3 2% nền NH4Ac 1% . Kết
Bảng 3.2. Kết quả khảo sát độ rộng khe đo Khe đo (nm) Abs RSD (%) Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình 0,2 0,3652 0,3694 0,3720 0,3689 0,93 0,5 0,4112 0,4115 0,4121 0,4116 0,15 0,8 0,3832 0,3867 0,3889 0,3862 0,81 1,2 0,3891 0,3912 0,3935 0,3913 0,56
Kết quả khảo sát cho thấy trong các khe đo của Ag chúng tôi chọn khe đo 0,5 nm cho phép đo phổ của Ag vì tại vạch phổ này, phép đo cho độ nhạy và độ ổn định tốt nhất.
3.1.3. Khảo sát cường độ dòng đèn catot rỗng
Trong phép đo phổ hấp thụ nguyên tử dùng ngọn lửa trực tiếp (F-AAS) thì nguồn phát tia bức xạ đơn sắc của nguyên tố cần xác định thường là đèn catôt rỗng (HCL). Đèn HCL làm việc tại mỗi chế độ dòng nhất định sẽ cho chùm phát xạ có cường độ nhất định. Cường độ làm việc của đèn catot rỗng (HCL) có liên quan chặt chẽ tới cường độ hấp thụ của vạch phổ. Dòng điện làm việc đèn HCL của mỗi nguyên tố là rất khác nhau. Mỗi đèn HCL đều có dòng giới hạn cực đại (Imax) được ghi trên vỏ đèn. Theo lý thuyết và thực nghiệm phân tích phổ hấp
thụ nguyên tử, chỉ nên dùng cường độ trong vùng giới hạn từ 60 ÷ 80% Imax. Vì
nếu ở điều kiện dòng cực đại thì đèn làm việc không ổn định và rất chóng hỏng, đồng thời phép đo có độ nhạy và độ lặp lại kém.
chúng tôi đã tiến hành khảo sát cường độ đèn HCL trong vùng từ 60 ÷ 80% Imax.
Kết quả khảo sát cường độ đèn catốt rỗng với dung dịch với dung dịch Ag+
nồng
độ 3 ppm trong HNO3 2% nền NH4Ac 1% được chỉ ra ở bảng 3.3:
Bảng 3.3. Sự phụ thuộc phổ hấp thụ nguyên tử của Ag vào cường độ đèn catốt rỗng I (mA) Imax=15mA Abs RSD (%) Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình 8 0,4051 0,4087 0,3994 0,4044 1,16 9 0,4011 0,4042 0,4059 0,4037 0,60 10 0,4131 0,4135 0,4128 0,4131 0,08 11 0,4002 0,4016 0,4037 0,4018 0,44 12 0,3985 0,3991 0,3984 0,3987 0,10
Kết quả chỉ ra ở bảng 3.3 cho thấy tại cường độ đèn bằng 10mA với phép đo Ag cho độ hấp thụ quang lớn và độ ổn định cao. Vì vậy chúng tôi chọn cường độ dòng đèn catốt rỗng bằng 10 mA cho phép đo Ag.
3.1.4. Khảo sát thành phần hỗn hợp khí cháy
Trong phép đo F – AAS, nhiệt độ của ngọn lửa là yếu tố quyết định quá trình hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu. Nhiệt độ ngọn lửa đèn khí lại phụ thuộc vào bản chất và thành phần của hỗn hợp khí đốt tạo ra ngọn lửa. Điều đó có nghĩa là với mỗi một hỗn hợp khí đốt sẽ cho ngọn lửa có nhiệt độ khác nhau. Hai loại hỗn hợp khí đã và đang được sử dụng phổ biến trong phép đo F – AAS là hỗn hợp
(không khí nén + Axetilen) và hỗn hợp (khí N2O + Axetilen). Với Ag nên dùng
điều kiện tối ưu hóa ngọn lửa ta sử dụng dung dịch Ag 3 ppm trong HNO3 2%
nền NH4Ac 1% . Máy tự động điều chỉnh tốc độ dòng khí và chiều cao Burner
cho đến khi chọn được tín hiệu đo cao nhất và ổn định nhất. Kết quả khảo sát được chỉ ra ở bảng 3.4:
Bảng 3.4. Khảo sát ảnh hưởng tốc độ dẫn khí đến độ hấp thụ của Ag
STT Tốc độ
(l/h)
Burner (mm)
Gas/Ox Net Signal
1 80 6,0 0,230 0,0274 2 70 6,0 0,201 0,0311 3 60 6,0 0,172 0,0358 4 50 6,0 0,144 0,0374 5 40 6,0 0,115 0,0379 6 40 5,0 0,115 0,0382 7 45 5,0 0,129 0,0372 8 40 5,0 0,115 0,0367
Kết quả khảo sát ở bảng 3.4 cho thấy tại tốc độ dẫn khí C2H2 50 l/h ta thu
được các điều kiện tối ưu nhất. Vì vậy ta chọn thông số khảo sát tại tốc độ dẫn khí là 50l/h và tỉ lệ C2H2/KK bằng 0,144.
3.1.5. Khảo sát tốc độ dẫn mẫu
Tốc độ dẫn mẫu cũng ảnh hương nhiều đến cường độ vạch phổ cần đo. Đối với một hệ thống máy nhất định, tốc độ dẫn mẫu phụ thuộc vào độ nhớt của mỗi loại dung dịch. Do đó tôi tiến hành khảo sát tốc độ dẫn mẫu của dung dịch, kết quả thu được ở bảng 3.5:
Bảng 3.5. Khảo sát tốc độ dẫn mẫu Tốc độ (ml/ph) Abs RSD (%) Lần 1 Lần 2 Lần 3 TB 3 0,3899 0,3822 0,3859 0,3860 1,11 3,5 0,3975 0,4022 0,4051 0,4016 0,96 4 0,4106 0,4109 0,4101 0,4105 0,12 4,5 0,3921 0,4051 0,4063 0,4012 2,01 5 0,3826 0,3912 0,3975 0,3884 2,03 5,5 0,3989 0,4019 0,3926 0,3978 1,19 6 0,3935 0,3970 0,3899 0,3935 0,91
Qua kết quả kháo sát được chỉ ra ở bảng 3.5 cho ta thấy tại tốc độ dẫn mẫu 4ml/ph cho phép đo có độ nhạy và độ ổn định cao nhất. Vì vậy ta chọn tốc độ dẫn mẫu là 4ml/ph cho phép đo phổ của Ag.
3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng tới phép đo phổ F – AAS của Ag.
3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit
Trong phép đo phổ F – AAS, với mẫu phân tích kim loại nặng thì dung dịch mẫu phải được axit hóa để tránh hiện tượng tạo phức hidroxo, thủy phân của ion kim loại. Nhưng nồng độ axit và các loại axit khác nhau trong dung dịch mẫu lại luôn ảnh hưởng đến cường độ vạch phổ của nguyên tố phân tích thông qua tốc độ dẫn mẫu, khả năng hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu.
Nói chung, các loại axit dễ bay hơi gây ảnh hưởng nhỏ, các loại axit khó bay hơi và bền nhiệt gây ảnh hưởng lớn hơn. Các loại axit làm giảm cường độ vạch phổ hấp thụ của nguyên tố cần phân tích theo thứ tự:
Chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của một số loại axit có thể dùng
để hòa tan mẫu và tạo môi trường như HCl, HNO3, … ảnh hưởng tới cường độ
hấp thụ của Ag trên nguyên tắc giữ cố định nồng độ ion kim loại nhưng pha trong các dung dịch axit có nồng độ biến thiên và khảo sát độ hấp thụ của nguyên tố Ag 3 ppm từ dung dịch gốc. Kết quả khảo sát được chỉ ra ở bảng 3.6:
Bảng 3.6. Khảo sát nồng độ axit HNO3
HNO3 (%) Abs RSD (%) Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình 0 0,4098 0,4123 0,4106 0,4109 1,15 0,5 0,4034 0,4124 0,4136 0,4098 5,08 1 0,3979 0,3056 0,4082 0,4039 5,16 2 0,4179 0,4176 0,4170 0,4175 0,39 3 0,4093 0,4156 0,4120 0,4123 2,82 5 0,4013 0,4082 0,3956 0,4017 6,20
Theo kết quả khảo sát trên, chúng tôi chọn nồng độ axit mà tại đó độ hấp thụ quang cao và ổn định, có độ lặp lại tốt tức là ít bị ảnh hưởng bởi nồng độ axit. Ta thấy rằng, axit HNO3 với nồng độ 2% cho độ hấp thụ quang cao, ổn
định. Do đó ta chọn axit HNO3 2% làm môi trường axit hóa để đo phổ của Ag.
3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng thành phần nền của mẫu
Trong một số trường hợp, các mẫu có chứa các nguyên tố nền dưới dạng các chất bền nhiệt. Các chất này gây khó khăn, cản trở quá trình hóa hơi, nguyên tử hóa mẫu, từ đó làm giảm độ nhạy của phương pháp phân tích và cường độ vạch phổ. Để loại trừ ảnh hưởng của yếu tố này người ta có thể dùng nhiều biện
- Tăng thêm nhiệt độ nguyên tử hóa mẫu,
- Thêm vào mẫu các chất phụ gia có nồng độ phù hợp để ngăn cản sự xuất hiện các hợp chất bền nhiệt,
- Tách bỏ nguyên tố nền khi hai phương pháp trên không đạt hiệu quả. Tất nhiên biện pháp này rất hữu hạn.
Trong ba biện pháp này thì biện pháp thứ nhất chỉ được thực hiện trong một chừng mực nhất định do sự hạn chế của trang thiết bị, bản chất của khí đốt. Do đó chuyển mẫu sang các chất nền khác đây là một biện pháp được loại trừ ảnh hưởng của các chất nền mẫu. Tuy nhiên đối với từng kỹ thuật đo mà thêm vào các chất phụ gia khác nhau.
Trên cơ sở lý thuyết của phép đo F-AAS, chúng tôi tiến hành khảo sát với
chất nền CH3COONa (NaAc) và CH3COONH4 (NH4Ac) có nồng độ biến thiên
từ 0 – 5% đối với dung dịch Ag 3 ppm trong HNO3 2%. Kết quả được chỉ ra ở
Bảng 3.7. Khảo sát ảnh hưởng thành phần nền của mẫu Ag NH4Ac(%) Abs RSD (%) Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình 0 0,4007 0,3992 0,4034 0,4011 2,11 0,5 0,3956 0,3895 0,3877 0,3909 4,56 1 0,4081 0,4079 0,4074 0,4078 0,33 1,5 0,3898 0,3912 0,3935 0,3915 2,04 2 0,3995 0,4023 0,4011 0,4010 1,39 3 0,3972 0,3914 0,3901 0,3929 4,07 5 0,3890 0,3916 0,3923 0,3910 1,91 NaAc (%) Abs RSD (%) Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình 0 0,3911 0,3917 0,3921 0,3916 0,55 0,5 0,3885 0,3896 0,3882 0.3888 0,83