3.1.1 Chọn vạch phổ
Các nguyên tố thƣờng có vài vạch phổ với độ nhạy khác nhau asen có 3 vạch phổ 193,7 nm; 197,2 nm; 189,0nm. Tuy nhiên theo các tài liệu nghiên cứu và lựa chọn tự động của phần mềm máy 240FS –AA của Agilent technology thì vạch phổ ứng với bƣớc sóng 193,7 nm là vạch đặc trƣng và nhạy nhất của asen. Vì vậy chúng tôi định lƣợng asen qua tín hiệu của vạch này.
3.1.2 Chọn độ rộng khe đo
Độ rộng của khe đo ảnh hƣởng đến tín hiệu phổ hấp thụ. Theo nguyên tắc hoạt động của hệ thống đơn sắc trong máy phổ hấp thụ nguyên tử, chùm tia phát xạ cộng hƣởng của nguyên tố cần nghiên cứu đƣợc phát ra từ đèn catot rỗng, sau khi đi qua môi trƣờng hấp thụ sẽ đƣợc hƣớng vào khe đo của máy, đƣợc chuẩn trực, đƣợc phân ly và sau đó chỉ một vạch phổ cần đo đƣợc chọn và hƣớng vào khe đo để tác dụng vào nhân quang điện để phát hiện và xác định cƣờng độ của vạch phổ. Do vậy, khe đo của máy phải đƣợc chọn chính xác, phù hợp với từng vạch phổ. Bằng thực nghiệm cùng với tham khảo một số tài liệu chúng tôi lựa chọn độ rộng khe đo là 0,5nm. Điều này phù hợp với khuyến cáo của hãng Agilent.
3.1.3 Chọn cƣờng độ dòng đèn catot rỗng (HCL)
Đèn catot rỗng HCL là nguồn phát tia bức xạ cộng hƣởng, nó chỉ phát ra những tia phát xạ nhạy của nguyên tố kim loại đƣợc dùng làm catot rỗng. Mỗi đèn HCL đều có dòng điện giới hạn cực đại mà đèn có thể chịu đựng đƣợc, tuy nhiên giá trị thích hợp nhất khi sử dụng đèn là trong vùng từ 60-85% giá trị cực đại. Cƣờng độ dòng đèn đƣợc lựa chọn tự động theo phần mềm của máy là 10 mA. Mặt khác, do đèn HCL mới năng lƣợng đèn ổn định nên chúng tôi không thay đổi cƣờng độ dòng đèn. Mà chỉ tiến hành tối ƣu hóa để đạt đƣợc độ hấp thụ cao nhất (Optimize lamp).
3.1.4 Chiều cao đèn nguyên tử hóa (chiều cao Burner)
Đây là một thông số quan trọng trong phép đo AAS. Chiều cao đèn nguyên tử hóa mẫu phải phù hợp sao cho toàn bộ chùm tia sáng phát ra từ đèn HCL đều đƣợc chiếu gọn vào cửa sổ của cuvet đo. Nếu không chọn đúng chiều cao đèn phù hợp,
giá trị đo sẽ có độ nhạy và độ ổn định kém. Quá trình tối ƣu hóa cho tín hiệu ổn định và cao nhất ở khoảng 4,3 – 4,5 mm.
3.1.5 Khảo sát tốc độ khí cháy – khí axetilen
Nguồn nhiệt cung cấp cho việc nung nóng cuvet thạch anh là ngọn lửa của đèn khí (C2H2 – KK). Vì vậy nếu lƣu lƣợng khí axetilen thấp sẽ không đủ nhiệt độ cung cấp cho ống thạch anh tức là không đủ năng lƣợng cho quá trình hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu. Còn nếu lƣu lƣợng khí quá cao, khí cháy không hoàn toàn, sinh ra muội cacbon sẽ bám lên ống thạch anh làm ống nhanh bị bẩn nhanh phải vệ sinh. Mặt khác có thể giảm độ hấp thụ do các phản ứng phụ xảy ra. Khảo sát lƣu lƣợng khí axetilen từ 1,8 đến 2,3 lít/phút, tốc độ khí nén là 13,5 lít/phút. Kết quả thu đƣợc bảng số liệu sau:
Bảng 3.1: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào lưu lượng khí axetilen
STT Lƣu lƣợng khí axetilen (lít/phút) Độ hấp thụ As (10µg/L) 1 1,8 0,1982 2 1,9 0,2326 3 2,0 0,2531 4 2,1 0,2546 5 2,2 0,2524 6 2,3 0,2551 Axetilen (ml/phut) 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 Abs 0.19 0.20 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 Axetilen vs Abs
Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang của As theo lưu lượng khí axetilen
Với kết quả khảo sát trên có thể nhận thấy rằng với lƣu lƣợng khí axetilen 2,1 lít/phút, độ hấp thụ quang của asen cho tín hiệu cao và ổn định. Chúng tôi chọn lƣu lƣợng khí axetlien là 2,1 lít/phút. Hỗn hợp khí cháy không khí/axetilen = 13,5/2,1 (L/phút)
Các thông số đƣợc lựa chọn theo ứng dụng của máy AAS – 240FS AA của Agilent technology và các điều kiện thực tế của phòng thí nghiệm.
Chú ý: Đối với các hãng máy khác nhau thì điều kiện các thông số đo phổ trên thay đổi cần phải khảo sát lại.
3.2. KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN TẠO HỢP CHẤT HIDRUA CỦA ASEN
Để tạo hợp chất hidrua của asen phải có sự tham gia của NaBH4, axit HCl và dung dịch mẫu có chứa As (III) tại buồng phản ứng. Vì vậy phản ứng tạo hidrua có xảy ra hoàn toàn hay không phụ thuộc vào tỷ lệ nồng độ các chất tham gia phản ứng tại buồng phản ứng, nồng độ ban đầu đem sử dụng, đồng thời quá trình khử As (V) về As (III) phải xảy ra hoàn toàn định lƣợng, ảnh hƣởng của các ion khác có trong mẫu… [33], [38]. Vì vậy chúng tôi lần lƣợt tiến hành các bƣớc khảo sát cho điều kiện tạo hidrua nhƣ sau:
3.2.1. Khảo sát tỷ lệ các chất tham gia tại buồng phản ứng
Trong bộ tạo hidrua có ba đƣờng dẫn cho ba chất thành phần vào buồng phản ứng, điều khiển tốc độ dung dịch trong ba đƣờng dẫn mẫu vào buồng phản ứng, điều khiển tốc độ dung dịch trong ba đƣờng dẫn này bằng vòng quay của motơ bơm nhu động và bộ phận điều chỉnh cho mỗi đƣờng dẫn. Ở đây có hai vít điều chỉnh: Một vít dùng cho đƣờng dẫn mẫu, một vít dùng cho hai đƣờng dẫn NaBH4 và HCl. Tỷ lệ nồng độ các chất trong buồng phản ứng phụ thuộc vào tốc độ dẫn (hút) dung dịch trong ba đƣờng dẫn.
3.2.1.1. Khảo sát tốc độ dẫn (hút) dung dịch NaBH4 và HCl
Dòng chất khử NaBH4 (pha trong NaOH) và dung dịch HCl có tốc độ biến thiên từ 0,4- 1,6 ml/ phút. Với mỗi tốc độ tiến hành đo 3 lần lấy giá trị trung bình. Ta có kết quả nhƣ trong bảng 3.2.
Bảng 3.2: Ảnh hưởng của tốc độ hút NaBH4 và HCl tới độ hấp thụ quang của As STT Tốc độ hút NaBH4 và HCl (ml/phút) Độ hấp thụ As (10µg/L) 1 0,4 0,1426 2 0,6 0,1941 3 0,8 0,2410 4 1,0 0,2590 5 1,2 0,2570 6 1,4 0,2530 7 1,6 0,2486
Toc do hut NaBH4 va HCl (ml/phut)
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 Abs 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24 0.26 0.28
Toc do NaBH4 va HCl vs Abs
Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của As theo tốc độ hút NaBH4 và HCl
Từ bảng kết quả và đồ thị cho thấy tốc độ hút NaBH4 và HCl nhỏ thì độ hấp thụ của asen có giá trị thấp, khi tăng tốc độ hút lên thì độ hấp thụ tăng đến giá trị ổn định rồi lại giảm. Với tốc độ hút 1,0 ml/phút cho kết quả đo asen tốt và tiết kiệm đƣợc hóa chất. Vậy, chúng tôi chọn tốc độ dẫn NaBH4 và HCl là 1,0 ml/phút.
3.2.1.2. Khảo sát tốc độ dẫn (hút) dung dịch mẫu
Tốc độ dòng mẫu cũng có vai trò quan trọng đối với kết quả đo vì đây là dòng cung cấp chất phản ứng. Để khảo sát chọn tốc độ dòng mẫu tối ƣu cho quá trình đo, chúng tôi đã tiến hành xác định ảnh hƣởng của yếu tố này trong khoảng 3 – 7ml/phút lên kết quả đo dung dịch As(III) 10µg/L trong dòng NaBH4 (trong NaOH 0,5%) và HCl có tốc độ bơm 2ml/phút. Kết quả đƣợc đƣa ra ở bảng 3.3 và biểu diễn trên đồ thị hình 3.3.
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của tốc độ hút mẫu tới độ hấp thụ quang của As
STT Tốc độ hút mẫu (ml/phút) Độ hấp thụ As (10 µg/L) 1 5 0,1992 2 6 0,2360 3 7 0,2580 4 8 0,2569 5 9 0,2546
Toc do dan mau (ml/phut)
4 5 6 7 8 9 10 A bs 0.19 0.20 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0.27
Toc do dan mau vs Abs
Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang của As theo tốc độ dẫn mẫu
Với kết quả khảo sát trên có thể nhận thấy rằng, tăng cao tốc độ dòng mẫu hơn 7ml/phút sẽ làm giảm nhẹ tín hiệu do hiện tƣợng pha loãng dòng và gây tốn mẫu, tốc độ nhỏ hơn sẽ cho tín hiệu thấp hơn và thời gian đo kéo dài hơn gây tốn các hóa
chất đo khác. Vì vậy, tốc độ dẫn mẫu nên giữ cố định 7ml/phút trong quá trình đo sẽ cho kết quả đo có độ nhạy cao nhất.
3.2.2. Khảo sát tốc độ khí mang – khí Argon
Tốc độ khí mang có vai trò quan trọng trong việc dẫn hơi AsH3 từ bình phản ứng vào cuvet. Nếu tốc độ khí Argon nhỏ thì AsH3 sẽ phân hủy một phần trên đƣờng dẫn, nếu tốc độ khí Argon quá lớn thì Argon lại là tác nhân pha loãng AsH3 và gây nhiễu phổ. Để làm rõ vấn đề này, chúng tối tiến hành khảo sát ảnh hƣởng của tốc độ khí Argon đến độ hấp thụ của As, tốc độ khí Argon đƣợc thay đổi từ 60 ml/phút đến 105 ml/phút. Kết quả khảo sát đƣợc chỉ ra ở bảng 3.4:
Bảng 3.4: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào tốc độ khí Argon
STT Tốc độ khí Argon (ml/phút) Độ hấp thụ As (10µg/L) 1 60 0,2215 2 75 0,2470 3 80 0,2536 4 85 0,2578 5 90 0,2602 6 95 0,2586 7 100 0,2559 8 105 0,2532 Toc do Ar (ml/phut) 50 60 70 80 90 100 110 Abs 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0.27 Toc do Ar vs Abs
Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang của As theo tốc độ khí mang
Qua kết quả bảng 3.4 cho thấy rằng tốc độ khí Argon là 85-95 ml/ph là ổn định và cao nhất. Nếu dùng lớn hơn thì tốn khí mà lại cho kết quả không tốt. Vậy chọn tốc độ khí Argon là 90ml/ph.
3.2.3. Khảo sát nồng độ hỗn hợp khử NaBH4 và HCl
3.2.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ NaBH4
Thành phần hỗn hợp khử có vai trò quan trọng trong phép đo và ảnh hƣởng trực tiếp đến tín hiệu phân tích. Tiến hành pha hỗn hợp khử NaBH4 trong NaOH 0,5% và HCl 4M. Chuẩn bị dung dịch chuẩn làm việc As 10 µg/L trong nền HCl 10% rồi tiến hành đo. Mỗi nồng độ tiến hành đo 3 lần rồi lấy kết quả trung bình. Kết quả khảo sát đƣợc dẫn ra trong bảng 3.5.
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của nồng độ NaBH4 đến độ hấp thụ của As
STT Nồng độ NaBH4 (%) Nồng độ axit HCl (M) Độ hấp thụ As (10µg/L) 1 0,1 4 0,0625 2 0,2 4 0,1526 3 0,3 4 0,2268 4 0,4 4 0,2560 5 0,5 4 0,2642 6 0,6 4 0,2628 7 0,7 4 0,2614 8 0,8 4 0,2602 9 0,9 4 0,2588 10 1,0 4 0,2573 Nong do NaBH4 (%) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Abs 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
Nong do NaBH4 vs Abs
Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang của As theo nồng NaBH4
Từ bảng kết quả và đồ thị cho thấy khi nồng độ NaBH4 thấp, độ hấp thụ của asen có giá trị thấp, khi tăng nồng độ NaBH4 lên thì độ hấp thụ tăng theo, đạt giá trị ổn định nhƣng sau đó thấp dần và tín hiệu không ổn định mặc dù nồng độ NaBH4 vẫn tăng. Điều này có thể giải thích nhƣ sau: nếu nồng độ NaBH4 nhỏ thì tỉ lệ nồng độ trong buồng phản ứng không thích hợp cho phản ứng tạo asin xảy ra hoàn toàn, lƣợng asin tạo ra thấp dẫn đến độ hấp thụ thấp. Nếu nồng độ NaBH4 quá cao, khí hidro sinh ra nhiều và nó đƣợc dẫn vào buồng nguyên tử hoá làm loãng nồng độ asen nguyên tử trong buồng nguyên tử hoá, đồng thời ảnh hƣởng đến sự nhiễu nền, vì vậy độ hấp thụ thấp và không ổn định. Để đảm bảo độ hấp thụ cũng nhƣ tối thiểu các chi phí (dung môi, hóa chất, …) chúng tôi chọn nồng độ NaBH4 là 0,5 % (trong NaOH 0,5 %) vì cho tín hiệu cao và ổn định nhất.
3.2.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ HCl
Tại bình phản ứng, axit HCl có ảnh hƣởng trực tiếp đến lƣợng khí hidro sinh ra. Nồng độ axit HCl dẫn vào bình phản ứng thay đổi từ 1 đến 8 M kết quả thu đƣợc nhƣ sau:
Bảng 3.6: Ảnh hưởng của nồng độ chất khử HCl đến độ hấp thụ của As
STT Nồng độ axit HCl (M) Nồng độ NaBH4 (%) Độ hấp thụ As (10 µg/L) 1 1 0,5 0,1415 2 2 0,5 0,2166 3 3 0,5 0,2510 4 4 0,5 0,2628 5 5 0,5 0,2652 6 6 0,5 0,2664 7 7 0,5 0,2678 8 8 0,5 0,2695
Nong do HCl (M) 0 2 4 6 8 10 Abs 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24 0.26 0.28 Nong do HCl vs Abs Hình 3.6: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc độ hấp thụ quang của As
theo nồng độ axit HCl
Trong quá trình đo mẫu, chúng tôi thấy rằng khi nồng độ HCl 7M có hiện tƣợng bọt khí sinh ra ở cuối đƣờng phản ứng làm tín hiệu không ổn định và ở nồng độ 8M vừa có bọt khí đồng thời trên ống thạch anh có tiếng nổ lách tách. Nhƣ vậy, nồng độ HCl quá lớn, khí hidro sinh ra quá nhiều tạo thành bọt khí, hiện tƣợng này rất không an toàn. Tuy nhiên, nếu nồng độ HCl thấp, lƣợng khí hidro sinh ra không đủ cho phản ứng tạo hidrua nên độ hâp thụ thấp.
Từ kết quả bảng số liệu và đồ thị, chúng tôi thấy rằng nồng độ HCl từ 4 đến 6 M là độ hấp thụ ổn định. Chúng tôi chọn nồng độ HCl là 5M.
3.2.4 Khảo sát điều kiện khử As(V) về As(III)
Để khử As(V) về As(III) chúng tôi sử dụng hệ dung dịch KI trong môi trƣờng axit HCl. Nhƣ vậy phải khảo sát để chọn nồng độ KI và thời gian để phản ứng khử xảy ra hoàn toàn khi đó độ hấp thụ của As đạt giá trị cao và ổn định.
3.2.4.1 Khảo sát nồng độ KI cho sự khử
Chúng tôi khảo sát nồng độ KI từ 1% đến 30% thời gian tiến hành trên bếp cách thủy là 30 phút. Kết quả đƣợc chỉ ra trong bảng:
Bảng 3.7: Ảnh hưởng của nồng độ thuốc thử KI đến quá trình khử As(V) STT Nồng độ dung dịch KI (%) Độ hấp thụ As(V)(10 µg/L) 1 1 0,1690 2 5 0,2540 3 10 0,2635 4 15 0,2654 5 20 0,2672 6 30 0,2641 Nong do KI (%) 0 5 10 15 20 25 30 A bs 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24 0.26 0.28 Nong do KI vs Abs
Hình 3.7: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang của As(V) theo nồng độ KI
Theo kết quả trong bảng 3.7 và đồ thị hình 3.7, khi nồng độ KI >5% đã cho độ hấp thụ tƣơng đối ổn định, tức là ở nồng độ này quá trình khử As(V) về As(III) đã xảy ra gần nhƣ hoàn toàn, vì vậy chúng tôi chọn nồng độ KI là 10% đã đảm bảo cho quá trình khử hoàn toàn.
3.2.4.2 Khảo sát thời gian khử
Để có nhiệt độ ổn định chúng tôi tiến hành nhƣ sau, đặt khay nƣớc vào tủ sấy và đặt nhiệt độ 600C, sau một giờ kiểm tra nhiệt độ đã ổn định, chúng tôi đặt mẫu nghiên cứu vào tủ sấy và bấm giờ, khi đủ thời gian lấy ra làm nguội và đem đo độ hấp thụ. Thí nghiệm này đƣợc tiến hành với điều kiện nhƣ sau:
Nồng độ KI 10%; Nồng độ HCl 5M; Nồng độ NaBH4 0,5%; Nồng độ As(V): 10µg/L.
Kết quả nghiên cứu đƣợc chỉ ra ở bảng 3.8:
Bảng 3.8: Ảnh hưởng của thời gian khử As(V)
STT Thời gian khử (phút) Độ hấp thụ As(V) (10 µg/L) 1 10 0,1910 2 20 0,2386 3 30 0,2645 4 40 0,2660 5 50 0,2650 6 60 0,2640
Thoi gian khu As (V) (phut)
0 10 20 30 40 50 60 70 Abs 0.18 0.20 0.22 0.24 0.26 0.28
Thoi gian khu As (V) vs Abs
Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang của As(V) theo thời gian khử
Qua kết quả khảo sát cho thấy rằng chỉ cần khoảng thời gian 30 phút quá trình khử đã xảy ra hoàn toàn (độ hấp thụ của As bắt đầu ổn định). Vì vậy chúng tôi chọn thời gian khử là 40 phút.
3.2.5. Khảo sát ảnh hƣởng của các kim loại khác tới phép đo
Dung dịch mẫu phân tích, ngoài nguyên tố cần xác định, thƣờng còn chứa các nguyên tố khác. Các nguyên tố này tồn tại dƣới dạng các cation hay anion tan trong dung dịch mẫu. Các ion này có thể làm tăng, cũng có thể làm giảm, hoặc có thể
không gây ảnh hƣởng gì đến cƣờng độ vạch phổ của nguyên tố phân tích. Khi có ảnh hƣởng thì mức độ ảnh hƣởng của mỗi ion cũng rất khác nhau trong từng trƣờng hợp cụ thể. Đối với các phƣơng pháp HVG – AAS, quá trình hidrua hoá asen thành