2.3.1. Hệ thống máy phổ
Để xác định lượng vết Pb, Cd bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS), chúng tôi sử dụng hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử Model AA-6800 (hình 2.1). Đi kèm còn có bình khí Argon tinh khiết (99,99%), nguồn tạo tia đơn sắc là đèn catốt rỗng (HCL), Cuvet Graphit loại hoạt hóa toàn phần, hệ thống làm mát bằng nước, bộ lấy mẫu tự động, trang thiết bị phụ trợ khác.
Hình 2.1: Hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử model AA-6800 của hãng Shimadzu
2.3.2. Hóa chất và dụng cụ 2.3.2.1. Hóa chất 2.3.2.1. Hóa chất
- Axit đặc HNO3 65%, HCl 36%, H2SO4 98%, H2O2 30% Merck, loại pA.
- Các dung dịch nền: (NH4)H2PO4 pA 10%, Pd(NO3)2 pA 10%, Mg(NO3)2 pA 10%, Ni(NO3)2..
- Dung dịch chuẩn Cd, Pb loại 1000ppm, Merck.
2.3.2.2. Dụng cụ
- Bình định mức 10, 25, 50, 100, 250, 1000 (ml)… - Pipet 1, 2, 5, 10 (ml)…
- Cốc thủy tinh chịu nhiệt 100ml, 250ml..
- Bình keldal dung tích 100ml, chén sứ, phễu lọc, đũa thủy tinh
2.4. Các cách tính toán và xử lý số liệu phân tích
- Độ lệch chuẩn
- Sai số và độ dao động - Độ lặp lại
- Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn xác định (LOQ) - Phương trình hồi quy
- Hiệu suất thu hồi
- So sánh từng cặp dùng chuẩn 2-t
Chƣơng 3: THỰC NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN KẾT QUẢ
3.1. Khảo sát điều kiện đo phổ GF-AAS của Cd và Pb để xây dựng quy trình đo phổ 3.1.1. Khảo sát chọn vạch đo phổ 3.1.1. Khảo sát chọn vạch đo phổ
Mỗi nguyên tử của một nguyên tố hóa học chỉ có thể hấp thụ những bức xạ đặc trưng có bước sóng mà chính nó phát ra trong quá trình phát xạ. Thực tế không phải mỗi loại nguyên tố có thể hấp thụ được tất cả các bức xạ mà nó phát ra, quá trình hấp thụ chỉ tốt, nhạy chủ yếu với các vạch đặc trưng. Đối với một nguyên tố vạch phổ nào có khả
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 vach phân tích là rất khó khăn và thiếu chính xác. Vì mục đích xác định hàm lượng Cd, Pb trong thuốc đông y thường có nồng độ rất nhỏ (lượng vết) nên chúng tôi tiến hành khảo sát để tìm ra vạch phổ có độ nhạy cao.
Đối với Cd: Chỉ có một vạch phổ nhạy là vạch 228,8nm. Vì vậy, chúng tôi chọn vạch
phổ 228,8nm để đo phổ hấp thụ của Cd. Chúng tôi tiến hành khảo sát với dung dịch Cd 1ppb trong nền HNO3 2% và kết quả chỉ ra ở bảng 3.1.
Bảng 3.1. Khảo sát chọn vạch đo phổ của Cd
Vạch phổ (nm) Abs-lần 1 Abs-lần 2 Abs-lần 3 Abs-TB %RSD
228,8 0,1780 0,1782 0,1782 0,1781 0,07
Đối với Pb: Chỉ có một vạch phổ nhạy là vạch 217 nm. Vì vậy, chúng tôi chọn vạch
phổ 217nm để đo phổ hấp thụ của Pb. Khảo sát đối với dung dịch chuẩn Pb trong HNO3 2% và kết quả thu được ở bảng 3.2.
Bảng 3.2. Khảo sát chọn vạch đo phổ của Pb
Vạch phổ (nm) Abs-lần 1 Abs-lần 2 Abs-lần 3 Abs-TB %RSD
217,0 0,2279 0,2340 0,2383 0,2334 0,52
283,3 0,0995 0,1153 0,1059 0,1069 0,79
Qua kết quả khảo sát ta thấy tại vạch đo 217,0 nm độ hấp thụ của Pb lớn hơn và sai số nhỏ hơn ở vạch đo 283,3 nm. Do đó, chúng tôi chọn vạch đo của Pb là 217,0 nm.
3.1.2. Khảo sát khe đo của máy phổ hấp thụ nguyên tử
Theo nguyên tắc hoạt động của hệ thống đơn sắc trong máy phổ hấp thụ nguyên tử, chùm tia phát xạ cộng hưởng của nguyên tố cần nghiên cứu được phát ra từ đèn catot
rỗng, sau khi đi qua môi trường hấp thụ, sẽ hướng vào khe đo của máy, được chuẩn trực, 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 phù hợp với từng vạch phổ, có độ lặp lại cao trong mỗi phép đo và lấy được hết độ rộng vạch phổ.
Đối với Cd: Chúng tôi khảo sát với dung dịch Cd chuẩn 1,00ppb ở các giá trị khe đo
là 0,2nm; 0,5nm; 1nm; 2nm. Kết quả được chỉ ra ở bảng 3.3.
Bảng 3.3. Khảo sát khe đo của máy phổ hấp thụ nguyên tử đối với Cd
Khe đo
(nm) Abs-lần 1 Abs-lần 2 Abs-lần 3 Abs-TB %RSD
0,2 0,1645 0,1638 0,1650 0,1644 0,37
0,5 0,1781 0,1783 0,1780 0,1781 0,08
1 0,1764 0,1759 0,1768 0,1764 0,26
2 0,1634 0,1623 0,1641 0,1633 0,56
Đối với Pb: Chúng tôi khảo sát với dung dịch Pb chuẩn 4,00 ppb ở các giá trị khe đo
là 0,2nm; 0,5nm; 1nm. Kết quả được chỉ ra ở bảng 3.4.
Bảng 3.4. Khảo sát khe đo của máy phổ hấp thụ nguyên tử đối với Pb
Khe đo
(nm) Abs-lần 1 Abs-lần 2 Abs-lần 3 Abs-TB %RSD
0,2 0,2452 0,2579 0,2610 0,2547 0,83
0,5 0,2767 0,2713 0,2798 0,2759 0,43
1 0,2398 0,2720 0,2819 0,2646 2,20
Qua kết quả khảo sát ta thấy tại khe đo 0,5nm độ hấp thụ của Pb, Cd là lớn nhất và sai số là nhỏ nhất (100% diện tích vạch phổ nằm trong khe đo).
3.1.3. Khảo sát cƣờng độ dòng đèn catot rỗng (HCL)
Đèn catot rỗng (HCL) là nguồn phát bức xạ cộng hưởng, nó chỉ phát ra những tia sáng nhạy của nguyên tố được dùng làm catot rỗng. 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 HCL có liên quan chặt chẽ tới cường độ hấp thụ của vạch phổ. Dòng điện làm việc của 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 ÷ 85% dòng cực đại. Nếu dùng dòng cực đại đèn sẽ rất chóng hỏng, đèn làm việc không ổn định, độ nhạy và độ lặp lại kém.
Khảo sát cường độ dòng đèn HCL của Cd và Pb để xem xét mối quan hệ giữa cường độ vạch phổ với cường độ dòng đèn, đồng thời chọn ra cường độ dòng đèn thích hợp nhất cho hai nguyên tố Cd và Pb.
Với đèn đơn Cd có Imax = 10mA, Pb có Imax = 15mA, tiến hành khảo sát cường độ đèn HCL trong vùng 50 – 93% Imax.
Đối với Cd: Chuẩn bị một dung dịch chuẩn Cd có nồng độ 1ppb, tiến hành đo phổ
GF-AAS của Cd ở các cường độ đèn khác nhau, kết quả thu được ở bảng 3.5:
Bảng 3.5. Khảo sát cƣờng độ dòng đèn đến kết quả đo phổ đối với Cd
IHCL(mA) 5(50% Imax) 6(60% Imax) 7(70% Imax) 8(80% Imax) 8,5(85% Imax) 9(90% Imax) Abs 0,1659 0,1685 0,1736 0,1785 0,1789 0,1812 %RSD 1,53 2,04 1,45 0,16 1,94 2,35
Từ kết quả thu được ta thấy, khi cường độ đèn đặt ở 80% so với giá trị cường độ đèn cực đại thì kết quả ổn định và lặp lại tốt. Khi cường độ đèn đặt ở 85% hay 90% so với giá trị cường độ đèn cực đại thì độ hấp thụ có tăng ít nhưng độ lặp lại kém. Vậy chọn
cường độ làm việc của đèn là 80% so với giá trị cường độ đèn cực đại (tương đương với I = 8mA) cho tất cả các thí nghiệm sau.
Đối với Pb: Chuẩn bị một dung dịch chuẩn Pb có nồng độ 4,00 ppb, tiến hành đo phổ
GF-AAS của Pb ở các cường độ đèn khác nhau, kết quả thu được ở bảng 3.6:
Bảng 3.6. Ảnh hƣởng cƣờng độ dòng đèn đến kết quả đo phổ đối với Pb
IHCL(mA) 8(67% Imax) 9(75% Imax) 10 (67% Imax) 11(73 % Imax) 12(80% Imax) 13(87% Imax) 14(90% Imax) Abs 0,2377 0,2349 0,2364 0,2617 0,2544 0,2684 0,2538 %RSD 1,7675 1,6098 1,7048 0,2462 1,0163 1,3167 1,6257
Qua kết quả khảo sát ta thấy khi cường độ dòng đèn tăng thì độ hấp thụ của vạch phổ tăng nhưng hệ số biến động tăng hay sai số tăng. Vì vậy ta phải chọn được cường độ dòng đèn sao cho cường độ vạch phổ vừa cao vừa ổn định tức sai số nhỏ, do đó chúng tôi chọn cường độ dòng đèn Pb là 11mA (73%Imax).
3.2. Khảo sát các điều kiện nguyên tử hóa mẫu
Quá trình nguyên tử hóa mẫu của kĩ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa xảy ra theo các giai đoạn sau: sấy mẫu, tro hóa luyện mẫu, nguyên tử hóa để đo độ hấp thụ, ngoài ra sau các giai đoạn này là giai đoạn làm sạch cuvet. Hai giai đoạn đầu là chuẩn bị cho giai đoạn nguyên tử hóa đạt kết quả tốt.
3.2.1. Khảo sát nhiệt độ sấy
Đây là giai đoạn đầu tiên của quá trình nguyên tử hóa mẫu. Nó rất cần thiết để đảm bảo cho dung môi hòa tan mẫu bay hơi nhẹ nhàng và hoàn toàn, nhưng không làm bắn, mất mẫu. Nhiệt độ và thời gian sấy khô của mỗi loại mẫu phụ thuộc vào bản chất của các chất ở trong mẫu và dung môi hòa tan nó. Nói chung nhiệt độ sấy khô phù hợp đối với đa số các mẫu vô cơ trong dung môi nước từ khoảng 1000C đến 1250C, trong thời gian 25 đến 40 giây, với lượng mẫu bơm vào nhỏ hơn 100μl. Việc tăng nhiệt độ sấy ở
nhiệt độ phòng đến nhiệt độ sấy mong muốn cần thực hiện từ từ, với tốc độ gia nhiệt từ 50C/giây đến 80C/giây là phù hợp. Chúng tôi thực hiện quá trình sấy qua 3 bước sau: * Bước 1: Nhiệt độ 900C trong thời gian 20 giây, tốc độ tăng nhiệt: 50C/giây. * Bước 2: Nhiệt độ 1050C trong thời gian 20 giây, tốc độ tăng nhiệt: 30C/giây. * Bước 3: Nhiệt độ 1100C trong thời gian 10 giây, tốc độ tăng nhiệt: 20C/giây.
3.2.2. Khảo sát nhiệt độ tro hóa luyện mẫu
Đây là giai đoạn 2 của quá trình nguyên tử hóa mẫu. Mục đích là tro hóa (đốt cháy) các hợp chất hữu cơ và mùn có trong mẫu sau khi đã sấy khô, đồng thời cũng để nung luyện ở một nhiệt độ thuận lợi cho giai đoạn nguyên tử hóa tiếp theo đạt hiệu suất cao và ổn định. Giai đoạn này có ảnh hưởng rất nhiều đến kết quả phân tích, nếu chọn nhiệt độ tro hóa không phù hợp thì một số hợp chất có thể bị phân hủy mất trong giai đoạn này, nếu nhiệt độ tro hóa là quá cao. Lí thuyết và các kết quả thực nghiệm xác nhận rằng, tro hóa mẫu từ từ và ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ giới hạn thì phép đo luôn luôn cho kết quả ổn định và mỗi nguyên tố đều có một nhiệt độ tro hóa luyện mẫu giới hạn (Tr) trong phép đo GF-AAS.
Đối với Cd: Chuẩn bị dung dịch chuẩn Cd 1ppb, tiến hành đo phổ GF-AAS ở các
nhiệt độ tro hóa khác nhau, kết quả khảo sát được như bảng 3.7 và hình 3.1:
Bảng 3.7. Các điều kiện tro hóa mẫu đối với Cd
Nhiệt độ tro hóa mẫu (0
C) 400 500 600 700 800 900
Abs-Cd 0,1359 0,1502 0,1784 0,1728 0,1657 0,1598
%RSD 1,583 1,3123 0,4508 1,1824 1,7375 1,2433
Hình 3.1. Đƣờng cong nhiệt độ tro hóa đối với Cd
Từ kết quả thu được ta chọn nhiêt độ tro hóa là 6000C cho các thí nghiệm sau.
Đối với Pb: Chuẩn bị dung dịch chuẩn Pb 4ppb, tiến hành đo phổ GF-AAS ở các
nhiệt độ tro hóa khác nhau, kết quả khảo sát được như bảng 3.8 và hình 3.2:
Bảng 3.8. Các điều kiện tro hóa mẫu đối với Pb
Nhiệt độ tro hóa mẫu (0 C) 400 500 600 700 800 900 Abs-Pb 0,1400 0,1426 0,1445 0,1415 0,1414 0,1412 %RSD 0,679 1,5169 0,1406 1,0713 1,6286 1,1652 0,139 0,14 0,141 0,142 0,143 0,144 0,145 400 500 600 700 800 900 1000
Nhiệt độ tro hóa
A b s 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 300 500 700 900
Nhiệt độ tro hóa mẫu Abs
Từ kết quả thu được ta chọn nhiêt độ tro hóa là 6000C cho các thí nghiệm sau.
3.2.3. Khảo sát nhiệt độ nguyên tử hóa
Đây là giai đoạn cuối cùng của quá trình nguyên tử hóa mẫu, nhưng lại là giai đoạn quyết định cường độ của vạch phổ. Song nó lại bị ảnh hưởng của 2 giai đoạn trên. Giai đoạn này được thực hiện trong thời gian ngắn, thông thường từ 3- 6 giây. Nhưng tốc độ gia nhiệt lại rất lớn để đạt ngay tức khắc đến nhiệt độ nguyên tử hóa và thực hiện phép đo cường độ vạch phổ. Nghiên cứu giai đoạn này ta thấy, nhiệt độ nguyên tử hóa của mỗi nguyên tổ rất khác nhau và mỗi nguyên tố cũng có một nhiệt độ nguyên tử hóa tới hạn Ta của nó. Nhiệt độ Ta này phụ thuộc vào bản chất mỗi nguyên tố và thành phần của mỗi mẫu mà nó tồn tại, nhất là chất nền của mẫu.
Đối với Cd: Chuẩn bị dung dịch Cd 1ppb. tiến hành đo phổ GF- AAS ở các nhiệt độ
nguyên tử hóa khác nhau, kết quả khảo sát được như bảng 3.9 và hình 3.3:
Bảng 3.9. Các điều kiện nguyên tử hóa mẫu của Cd
Nhiệt độ nguyên tử hóa mẫu (0 C) 1900 2000 2100 2200 2300 2400 Abs-Cd 0,1203 0,1435 0,1713 0,1782 0,1735 0,1647 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 1800 2000 2200 2400
Nhiệt độ nguyên tử hóa mẫu
Hình 3.3. Đƣờng cong nhiệt độ nguyên tử hóa đối với Cd
Tại nhiệt độ nguyên tử hóa mẫu 22000C thì cho độ hấp thụ quang lớn nhất. Vậy chọn nhiệt độ nguyên tử hóa bằng 22000C cho các thí nghiệm sau.
Đối với Pb: Chuẩn bị dung dịch Pb 4ppb, tiến hành đo phổ GF- AAS ở các nhiệt độ
nguyên tử hóa khác nhau, kết quả khảo sát được như bảng 3.10 và hình 3.4:
Bảng 3.10. Các điều kiện nguyên tử hóa mẫu đối với Pb
Nhiệt độ nguyên tử hóa mẫu (0 C) 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 Abs-Pb 0,1259 0,1309 0,1511 0,1744 0,1385 0,1187 0,1151 0,1 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,17 0,18 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600
Nhiệt độ nguyên tử hoá
A
b
s
Hình 3.4. Đƣờng cong nhiệt độ nguyên tử hóa đối với Pb
Tại nhiệt độ nguyên tử hóa mẫu 22000C thì cho độ hấp thụ quang lớn nhất. Vậy chọn nhiệt độ nguyên tử hóa bằng 22000C cho các thí nghiệm sau.
3.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến phép đo GF-AAS 3.3.1. Ảnh hƣởng của axit
Trong phép đo GF-AAS, mẫu phân tích ở dạng dung dịch và trong môi trường axit để tránh hiện tượng thủy phân của các kim loại tạo thành một số hợp chất khoa tan. Tuy nhiên, nồng độ và loại axit trong dung dịch mẫu luôn luôn ảnh hưởng đến cường độ của vạch phổ của nguyên tố phân tích thông qua tốc độ dẫn mẫu, khả năng hóa hơi và nguyên
tử hóa của chất mẫu. Các axit càng khó bay hơi thì càng làm giảm cường độ vạch phổ, ngược lại axit càng dễ bay hơi càng ít gây ảnh hưởng hơn. Vì vậy, cần phải khảo sát sự ảnh hưởng của axit và nồng độ của nó đến cường độ hấp thụ của nguyên tố phân tích.
Đối với Cd: Chuẩn bị dung dịch Cd 1ppb với ba axit ở các nồng độ khác nhau. rồi
tiến hành đo phổ GF-AAS và thu được kết quả như bảng 3.11.
Bảng 3.11. Ảnh hƣởng của các axit đối với Cd
Axit Nồng độ axit C% 0 0,5 1 2 3 HNO3 Abs 0,1763 0,1720 0,1780 0,1782 0,1731 %RSD 1,29 1,50 1,56 0,15 1,75 HCl Abs 0,1756 0,1545 0,1659 0,1713 0,1706 %RSD 1,98 1,02 1,58 1,26 1,08 H2SO4 Abs 0,1768 0,1634 0,1579 0,1596 0,1608 %RSD 1,18 1,25 0,67 1,90 1,06
Đối với Pb: Chuẩn bị dung dịch Pb 4ppb với ba axit ở các nồng độ khác nhau, rồi
tiến hành đo phổ GF-AAS và thu được kết quả như bảng 3.12
Bảng 3.12. Ảnh hƣởng của các axit đối với Pb
Axit Nồng độ axit C% 0 0,5 1 2 4 HNO3 Abs 0,1570 0,1544 0,1573 0,1571 0,1586 %RSD 1,27 1,44 1,56 1,44 1,93 CH3COOH Abs 0,2830 0,3653 0,4305 0,5916 0,8358