Nguyên tắc của phương pháp này là dựa vào phương trình cơ bản của phép đo A = K.C và một dãy mẫu đầu để dựng một đường chuẩn, sau đĩ nhờ đường chuẩn
này và giá trị A để xác định nồng độ CX của nguyên tố cần phân tích trong mẫu đo
phổ, rồi từ đĩ tính được nồng độ của nĩ trong mẫu phân tích.
Trước hết phải chuẩn bị một dãy mẫu đầu, dãy mẫu chuẩn (thơng thường là 5 mẫu) và các mẫu phân tích trong cùng điều kiện. Ví dụ các mẫu đầu cĩ nồng độ của nguyên tố X cần xác định C1, C2, C3, C4, C5 và các mẫu phân tích là CX1, CX2, … Rồi sau đĩ chọn một quá trình phân tích phù hợp để rồi đo phổ. Đo các mẫu chuẩn và các mẫu phân tích theo một vạch đã chọn. Ví dụ thu được các giá trị cường độ tương ứng với các nồng độ là A1, A2, A3, A4, A5, và AX1, AX2, … Sau đĩ dựng đường chuẩn theo hệ toạ độ A - Cx.
Nhờ đường chuẩn và các giá trị AX ta sẽ dễ dàng xác định được nồng độ CX. Cơng việc cụ thể là đem các giá trị AX đặt lên trục tung A của hệ toạ độ, từ đĩ kẻ
đường song song với trục hồnh CX. Đường này sẽ cắt đường chuẩn tại điểm M. Từ
điểm M hạ đường vuơng gĩc với trục hồnh cắt trục hồnh tại CX. CX là nồng độ cần tìm.
C 7 C 6 C 5 C 4 C 3 C ( m g / m L ) A x C x C 1 C 2 0
Hình 2.1. Đồ thị của phương pháp đường chuẩn 2.2.2. Phương pháp thêm chuẩn [14]
Nguyên tắc của phương pháp này là người ta dùng ngay một mẫu phân tích làm nền để chuẩn bị một dãy mẫu đầu bằng cách lấy một lượng mẫu phân tích nhất định và thêm vào đĩ những lượng nhất định của nguyên tố cần xác định theo từng bậc nồng độ (theo cấp số cộng). Ví dụ lượng thêm vào là C1, C2, C3, C4, như thế chúng ta sẽ cĩ một dãy mẫu chuẩn là:
C0 = Cx
C1 = (Cx + C1) C2 = (Cx + C2) C3 = (Cx + C3) C4 = (Cx + C4)
Trong đĩ Cx là nồng độ của nguyên tố cần xác định trong mẫu phân tích đã
chọn. Các mẫu phân tích cịn lại giả sử kí hiệu Cx1,Cx2,Cx3, …
Tiếp đĩ chọn các điều kiện thí nghiệm phù hợp và một vạch phổ của nguyên tố phân tích, tiến hành ghi cường độ hấp thụ của vạch phổ đĩ theo tất cả dãy mẫu đầu và các mẫu phân tích.
Kết quả thu được như bảng sau: Mẫu C0 C1 C2 C3 C4 Cx1 Cx2 Cx3 A A0 A1 A2 A3 A4 Ax1 Ax2 Ax3 . . . .
Hình 2.2. Đồ thị của phương pháp thêm chuẩn
Từ các giá trị cường độ này ứng với các nồng độ thêm vào của các nguyên tố phân tích chúng ta dựng được một đường chuẩn theo hệ toạ độ A - Cx. Đường này cắt trục tung tại điểm cĩ toạ độ (A0, 0). Sau đĩ để xác định được nồng độ Cx chưa biết chúng ta làm như sau:
Cách 1: Kéo dài đường chuẩn về phía trái, nĩ cắt trục hồnh tại điểm C0. Chính đoạn OC0 bằng giá trị nồng độ Cx cần tìm.
Cách 2: Cũng cĩ thể xác định Cx bằng cách từ gốc toạ độ kẻ một đường
song song với đường chuẩn và từ điểm A0 kẻ đường song song với trục hồnh hai điểm
này cắt nhau tại điểm M. Từ điểm M hạ đường vuơng gĩc với trục hồnh. Đường này cắt trục hồnh tại điểm C0. Chính đoạn C0 là giá trị Cx cần tìm.
A A0 C0 O C1 C2 C3 C4 C0 M C (g/ml)
2.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Trong phần thực nghiệm luận văn phải thực hiện các nhiệm vụ sau:
2.3.1. Khảo sát các điều kiện thực nghiệm xác định asen, cadimi, chì bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử khơng ngọn lửa (GF-AAS) pháp phổ hấp thụ nguyên tử khơng ngọn lửa (GF-AAS)
2.3.1.1. Khảo sát các điều kiện của máy đo phổ AAS
- Bước sĩng hấp thụ của asen, cadimi, chì. - Cường độ dịng điện đèn catơt rỗng - Độ rộng khe đo
- Điều kiện nguyên tử hĩa mẫu (nhiệt độ sấy mẫu, nhiệt độ tro hĩa luyện mẫu, nhiệt độ nguyên tử hĩa mẫu)
2.3.1.2. Chọn nền và mơi trường phân tích
2.3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của các cation khác
2.3.2. Khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của asen, cadimi, chì.
2.3.3. Đánh giá sai số, độ lặp, khoảng tin cậy của phép đo, xác định LOD, LOQ. 2.3.4. Xác định hàm lượng As, Cd, Pb trong các mẫu rau xanh và mẫu nước thải bằng phương pháp đường chuẩn.
2.3.5. Kiểm tra độ chính xác của kết quả phân tích bằng phương pháp thêm chuẩn.
Chương 3
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN
3.1. KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC NGUYÊN TỐ ASEN, CADIMI, CHÌ BẰNG PHƯƠNG PHÁP GF - AAS [14, 31] NGUYÊN TỐ ASEN, CADIMI, CHÌ BẰNG PHƯƠNG PHÁP GF - AAS [14, 31]
3.1.1. Khảo sát vạch đo
Mỗi loại nguyên tử của nguyên tố hố học chỉ cĩ thể hấp thụ những bức xạ cĩ bước sĩng mà chính nĩ phát ra trong quá trình phát xạ. Nhưng thực tế khơng phải mỗi loại nguyên tử đều hấp thụ được tất cả các bức xạ mà nĩ phát ra. Quá trình hấp thụ chỉ nhạy với các vạch đặc trưng (gọi là vạch nhạy). Vạch nào cĩ độ hấp thụ càng nhạy thì khoảng nồng độ tuyến tính càng hẹp. Như vậy đối với một nguyên tố các vạch phổ khác nhau sẽ cĩ độ nhạy khác nhau, đồng thời với mỗi vạch này cĩ thể cĩ rất nhiều nguyên tố khác trong mẫu cĩ vạch phổ gần với vạch phổ này, nĩ cĩ thể chen lấn hay gây nhiễu tới vạch phổ của nguyên tố phân tích làm cho việc đo cường độ vạch phân tích gặp khĩ khăn và thiếu chính xác. Vì hàm lượng Pb, Cd và As trong rau xanh được dự đốn là rất nhỏ nên chúng tơi tiến hành khảo sát để tìm ra vạch phổ cĩ độ nhạy cao để hạn chế được ảnh hưởng của nguyên tố cĩ vạch phổ lân cận.
Chúng tơi tiến hành khảo sát đối với dung dịch As 5ppb, Cd 1ppb, Pb 2ppb
trong HNO3 2% cĩ nền Mg(NO3)2 0,01% với các vạch phổ đặc trưng trên. Kết quả
thu được như trong các bảng 3.1 đến bảng 3.3.
Bảng 3.1: Kết quả khảo sát vạch đo của As
Vạch đo
(nm) Abs lần 1 Abs lần 2 Abs lần 3 Trung bình %RSD
189,0 0,0485 0,0488 0,0487 0,0487 0,3247
193,7 0,0677 0,0676 0,0676 0,0676 0,1046
Asen cĩ 3 bước sĩng hấp thụ đặc trưng là 189,0 nm; 193,7 nm và 197,2 nm. Qua kết quả khảo sát ta thấy với bước sĩng 193,7 nm độ hấp thụ của asen là lớn nhất và cĩ sai số nhỏ nhất.
Bảng 3.2: Kết quả khảo sát vạch đo của Cd
Vạch đo (nm) Abs lần 1 Abs lần 2 Abs lần 3 Trung bình %RSD
228,8 0,1057 0,1055 0,1058 0,1057 0,1496
226,5 0,0017 0,0016 0,0016 0,0016 6,2500
Cd cĩ bước sĩng đặc trưng là 228,8 nm và 226,5 nm. Qua kết quả khảo sát ta thấy với bước sĩng 228,8 nm thì độ hấp thụ Cd là lớn nhất và sai số nhỏ nhất.
Bảng 3.3: Kết quả khảo sát vạch đo của Pb
Vạch đo (nm) Abs lần 1 Abs lần 2 Abs lần 3 Trung bình %RSD
217 0,0153 0,0154 0,0152 0,0153 0,6536
283,3 0,0079 0,0082 0,0078 0,0080 2,6517
Chì cĩ bước sĩng đặc trưng là 217 nm và 283,3 nm. Qua kết quả khảo sát, ta thấy tại bước sĩng 217 nm thì độ hấp thụ của chì là lớn nhất và sai số nhỏ nhất.
Qua kết quả khảo sát (bảng 3.1 ÷ 3.3) và tài liệu tham khảo [14, 31], chúng tơi chọn các bước sĩng tối ưu cho asen, cadimi và chì ở bảng 3.4.
Bảng 3.4: Các bước sĩng tối ưu của cadimi, chì và asen
Nguyên tố Cd Pb As
Bước sĩng (nm) λ = 228,8 λ = 217,0 λ = 193,7
Đây là những bước sĩng đảm bảo cho sự hấp thụ cao, độ lặp tốt, phù hợp với phép phân tích. Chúng tơi sử dụng những bước sĩng này cho các phép phân tích các nguyên tố cadimi, chì và asen trong luận văn.
3.1.2. Khảo sát các thơng số máy
3.1.2.1. Khảo sát độ rộng khe đo
Độ rộng của khe đo ảnh hưởng 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 hưởng của nguyên tố cần nghiên cứu được phát ra từ đèn catot rỗng, sau khi đi qua mơi trường hấp thụ sẽ được hướng vào khe đo của máy, được chuẩn trực, được phân ly và sau đĩ 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.
Qua kết quả khảo sát độ rộng của khe đo, để đảm bảo cho phép đo phổ hấp thụ nguyên tử ổn định và cĩ độ hấp thụ cao, phù hợp với tuổi thọ của đèn, chúng tơi chọn độ rộng khe đo của Cd là 0,5 nm, của Pb là 0,5 nm và của As là 0,7 nm (bảng 3.5 ÷ 3.7).
Bảng 3.5: Kết quả khảo sát khe đo với nguyên tố As
Khe đo Lần đo 0,2 nm 0,5 nm 0,7 nm 1 nm
1 0,0675 0,0674 0,0677 0,0672 2 0,0667 0,0678 0,0677 0,0668 3 0,0672 0,0673 0,0676 0,0675 Abs TB 0,0671 0,0675 0,0677 0,0672 %RSD 0,6054 0,3920 0,1477 0,5261
Bảng 3.6 : Kết quả khảo sát khe đo với nguyên tố Cd
Khe đo Lần đo 0,2 nm 0 ,5 nm 0,7 nm 1 nm
1 0,1047 0,1057 0,1052 0,1048 2 0,1056 0,1055 0,1050 0,1044 3 0,1042 0,1057 0,1055 0,0142 Abs TB 0,1048 0,1056 0,1052 0,1045 %RSD 0,6781 0,1160 0,2423 0,2949
Bảng 3.7 : Kết quả khảo sát khe đo với nguyên tố Pb
Khe đo Lần đo 0,2 nm 0 ,5 nm 0,7 nm 1 nm
1 0,0146 0,0153 0,0152 0,0149 2 0,0151 0,0154 0,0150 0,0145 3 0,0144 0,0152 0,0154 0,0144 Abs TB 0,0147 0,0153 0,0152 0,0146 %RSD 2,4528 0,6536 1,3158 1,8122
3.1.2.2. Khảo sát cường độ dịng đèn catot rỗng (HCL)
Đèn catot rỗng HCL là nguồn phát tia bức xạ cộng hưởng, nĩ chỉ phát ra những tia phát xạ nhạy của nguyên tố kim loại được dùng làm catot rỗng. Mỗi đèn HCL đều cĩ dịng điện giới hạn cực đại mà đèn cĩ thể chịu đựng được, tuy nhiên giá trị thích hợp nhất khi sử dụng đèn là trong vùng từ 60 - 85% giá trị cực đại. Vì nếu ở điều kiện dịng cực đại thì đèn làm việc khơng ổn định và rất chĩng hỏng, đồng thời phép đo cĩ độ nhạy và độ lặp lại kém. Khi cần độ nhạy cao thì chọn cận dưới và khi cần độ ổn định cao thì chọn cận trên.
Bảng 3.8: Khảo sát cường độ dịng đèn với nguyên tố As
Cường độ dịng đèn (mA) 60% Imax (7) 65% Imax (8) 75% Imax (9) 83% Imax (10) Lần 1 0,0686 0,0683 0,0677 0,0659 Lần 2 0,0688 0,0682 0,0677 0,0661 Lần 3 0,0686 0,0681 0,0676 0,0661 Abs Trung bình 0,0687 0,0682 0,0677 0,0660 %RSD 0,1783 0,1466 0,1044 0,1856
Bảng 3.9: Khảo sát cường độ dịng đèn với nguyên tố Cd
Cường độ dịng đèn (mA) 60% Imax (6) 70% Imax (7) 80% Imax (8) 90% Imax (9) Lần 1 0,1088 0,1058 0,1045 0,1003 Lần 2 0,1086 0,1056 0,1044 0,1005 Lần 3 0,1085 0,1056 0,1041 0,1003 Abs Trung bình 0,1086 0,1057 0,1043 0,1004 %RSD 0,1456 0,1159 0,2034 0,1220
Bảng 3.10: Khảo sát cường độ dịng đèn với nguyên tố Pb
Cường độ dịng đèn (mA) 60% Imax (7) 65% Imax (8) 75% Imax (9) 83% Imax
Lần 1 0,0152 0,0155 0,0153 0,0161 Lần 2 0,0155 0,0156 0,0153 0,0163 Lần 3 0,0154 0,0157 0,0152 0,0161 Abs Trung bình 0,0154 0,0156 0,0153 0,0162 %RSD 1,0267 0,6410 0,4622 0,7560
Qua kết quả khảo sát cho thấy cường độ đèn rõ ràng cĩ ảnh hưởng đến sự hấp thụ của các nguyên tố cần phân tích. Để đảm bảo cho độ nhạy, độ ổn định mà vẫn cĩ lợi cho tuổi thọ của đèn, chúng tơi chọn 70% Imax đối với Cd; 75% Imax đối với Pb và 75% Imax đối với As (bảng 3.8 đến 3.10).
3.1.3. Khảo sát điều kiện nguyên tử hĩa mẫu
Kỹ thuật nguyên tử hĩa khơng ngọn lửa là quá trình nguyên tử hĩa tức khắc trong thời gian rất ngắn nhờ năng lượng của dịng điện cĩ cơng suất lớn và trong mơi trường khí trơ. Quá trình nguyên tử hĩa xảy ra theo ba giai đoạn chính kế tiếp nhau: sấy khơ, tro hĩa luyện mẫu, nguyên tử hĩa để đo phổ hấp thụ và cuối cùng là làm nguội cuvet. Trong đĩ 2 giai đoạn đầu là chuẩn bị cho giai đoạn nguyên tử hĩa để đạt được kết quả tốt. Nhiệt độ trong cuvet graphit là yếu tố chính quyết định mọi sự diễn biến của quá trình nguyên tử hĩa mẫu. Thường thì quá trình nguyên tử hĩa xảy ra theo 4 giai đoạn kết tiếp trong thời gian tổng số từ 60 – 80 giây.
3.1.3.1. Nhiệt độ sấy khơ mẫu
Đây là giai đoạn đầu tiên của quá trình nguyên tử hĩa mẫu. Nĩ rất cần thiết để đảm bảo cho dung mơi hịa tan mẫu bay hơi nhẹ nhàng hồn tồn, nhưng khơng làm mất mẫu. Vì vậy nếu khơng thực hiện sấy tốt, mẫu sẽ bị bắn làm sai lệch kết quả phân tích. Nhiệt độ và thời gian sấy khơ của mỗi loại mẫu phụ thuộc vào bản chất của các chất ở trong mẫu và dung mơi hịa tan nĩ. Nĩi chung nhiệt độ sấy khơ phù hợp đối với đa số các mẫu vơ cơ trong dung mơi nước nằm trong khoảng 100 –
250 trong thời gian từ 20 – 40 giây với lượng mẫu được bơm vào cuvet nhỏ hơn 100μl. Việc tăng nhiệt độ sấy từ nhiệt độ phịng đến nhiệt độ sấy mong muốn cần
phải được thực hiện từ từ, với tốc độ tăng nhiệt độ từ 5 – 80C trong 1 giây là phù
hợp. Vì vậy chúng tơi thực hiện giai đoạn sấy khơ mẫu làm hai bước:
Bước 1: nhiệt độ 1000C – thời gian 20 giây cĩ Rampe (Auto)
Bước 2: nhiệt độ 1500C - thời gian 15 giây cĩ Rampe (Auto)
3.1.3.2. Khảo sát nhiệt độ tro hĩa luyện mẫu
Đây là giai đoạn thứ 2 của quá trình nguyên tử hĩa mẫu. Mục đích để tro hĩa (đốt cháy) các hợp chất hữu cơ và mùn cĩ trong mẫu sau khi đã sấy khơ. Đồng thời cũng là để nung luyện ở nhiệt độ thuận lợi cho giai đoạn nguyên tử hĩa tiếp theo đạt hiệu suất cao và ổn định. Giai đoạn này cĩ ảnh hưởng rất nhiều đến kết quả phân tích, nếu chọn nhiệt độ tro hĩa khơng phù hợp. Nếu nhiệt độ tro hĩa quá cao thì một số hợp chất cĩ thể bị phân hủy và mất trong giai đoạn này, vì vậy thường tro hĩa mẫu từ từ ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ giới hạn thì phép đo luơn luơn cho kết quả ổn định. Mỗi nguyên tố đều cĩ một nhiệt độ tro hĩa luyện mẫu giới hạn, đối với As, Pb, Cd là dưới 6500C. Thực nghiệm đã chỉ ra rằng khơng nên tro hĩa luyện mẫu ở nhiệt độ quá thấp so với nhiệt độ tới hạn, vì như thế mẫu chuẩn bị cho giai đoạn nguyên tử hĩa sẽ khơng tốt. Ngồi yếu tố nhiệt độ, thì tốc độ tăng nhiệt độ trong quá trình tro hĩa cũng ảnh hưởng đến độ ổn định của cường độ vạch phổ. Nĩi chung tốc độ tăng nhiệt độ quá lớn thường làm bắn mẫu. Vì vậy thơng thường thời gian tro hĩa luyện mẫu 20 – 50 giây, với lượng mẫu đưa vào cuvet nhỏ hơn 100μl. Ở đây chúng tơi chọn tổng thời gian tro hĩa luyện mẫu là 20 giây, trong đĩ 10 giây dùng cho việc tăng nhiệt độ từ sấy đến tro hĩa, 10 giây giữ nhiệt độ khơng đổi để luyện mẫu.
Để chọn được nhiệt độ tro hĩa phù hợp chúng tơi tiến hành khảo sát với dung
dịch chuẩn As 5ppb, Pb 2ppb và Cd 1ppb trong HNO3 2% cĩ nền Mg(NO3)2 0,01%.
Bảng 3.11: Kết quả khảo sát nhiệt độ tro hĩa của As, Cd và Pb
T0 (0C) 450 500 550 600 700 750
Abs – As 0,0671 0,0673 0,0673 0,0676 0,0674 0,0670
Abs – Cd 0,1038 0,1056 0,1042 0,1040 0,1035 0,1034
Abs – Pb 0,0129 0,0132 0,0137 0,0153 0,0138 0,0134
Từ kết quả trên ta thấy độ hấp thụ quang của As lớn nhất ở nhiệt độ 6000C,
của Cd lớn nhất ở 5000C và của Pb lớn nhất ở 6000C. Vì vậy chúng tơi chọn các nhiệt độ này là nhiệt độ tro hĩa để đo phổ của As, Cd và Pb.
3.1.3.3. Khảo sát nhiệt độ nguyên tử hĩa mẫu
Đây là giai đoạn quyết định cường độ vạch phổ, song nĩ lại bị ảnh hưởng bởi