2.2.1.1. Hóa chất
* Dung dịch chuẩn gốc đồng 1000 ổ2 mg/L, loại p.a, Merck, Đức * Dung dịch chuẩn gốc chì 1000 ổ2 mg/L, loại p.a, Merck, Đức * Dung dịch chuẩn gốc cadimi 1000 ổ2 mg/L, loại p.a, Merck, Đức * Dung dịch chuẩn gốc kẽm 1000 ổ2 mg/L, loại p.a, Merck, Đức * Dung dịch chuẩn gốc thori 1000 ổ2 mg/L, loại p.a, Merck, Đức * Dung dịch chuẩn gốc thủy ngân 1000 ổ2 mg/L, loại p.a, Merck, Đức * Dung dịch chuẩn ICP (IV) chứa 23 nguyên tố, loại p.a, Merck, Đức * Nƣớc cất 2 lần, nƣớc deion
* Các dung dịch axắt HNO3 65%, dung dịch H2O2 30%, loại p.a, Merck, Đức
2.2.1.2. Dụng cụ
* Các bình chứa mẫu P.P 250 mL, các ống nghiệm nhựa có nắp đậy P.P 15 mL, 50 mL (Greiner), giá để ống nghiệm.
* Bình định mức nhựa P.P 10mL, 20 mL, 25 mL, 50 mL, 100 mL. * Lọ nhựa P.P đựng dung dịch chuẩn
* Pipet 10ml.
* Micropipet 100, 200, 1000, 5000 ộL, Eppendorf.
2.2.1.3. Thiết bị
* Lò vi sóng Dimension 4, National, Model NN- C988W (năng lƣợng tối đa 900W) kèm theo bộ ống teflon MRP 600/10M (Milestone), Panasonic.
* Máy đo ICP-MS (ELAN 9000) và các thiết bị phụ .
Hệ thống phân tắch ICP-MS điển hình có dạng nhƣ hình 2.5. Hình 2.6 là hình ảnh thiết bị phân tắch ICP-MS đƣợc sử dụng để phân tắch mẫu tại khoa Hoá- Trƣờng
Đại học Khoa học Tự nhiên- Đại học Quốc Gia Hà Nội. 11 9 8 7 6 5 4 Ar 1 2 14 3 10 12 13
Hình 2.5: Sơ đồ khối về nguyên tắc cấu tạo của hệ ICP- MS 1. Hệ bơm dẫn mẫu vào buồng tạo sol khắ.
2. Bộ tạo sol khắ mẫu. 3. Đèn nguyên tử hóa mẫu. 4. Bộ khử đầu ngọn lửa ICP. 5. Hệ thấu kắnh ion.
6. Hệ phân giải phổ khối. 7. Trƣờng tứ cực và bộ lọc ion. 8. Detector.
9. Hệ điện tử.
10. Bơm chân không.
11. Bơm chân không loại tubor phân tử. 12. Hệ buồng chân không của máy. 13. Bộ phận cấp khắ Ar.
Hình 2.6: Ảnh máy ICP Ờ MS (ELAN 9000)
2.3. Lấy mẫu, xử lý mẫu, bảo quản mẫu 2.3.1. Lấy mẫu 2.3.1. Lấy mẫu
Mẫu cá đƣợc lấy đại diện ở 3 tầng nƣớc với độ sâu khác nhau.
Tầng đáy: khoảng > 35m từ mặt nƣớc (cá đuối, mẫu nhuyễn thể) Tầng giữa: khoảng 20 - 35 m từ mặt nƣớc (cá nhám, cá thu) Tầng mặt: 0 - 20 cm từ mặt nƣớc (cá mực)
Vị trắ lấy mẫu: Các mẫu đƣợc đặt hàng trực tiếp qua các ngƣ dân đánh bắt ven biển khu vực tỉnh Quảng Ninh, Hải phòng. Vị trắ lấy mẫu đƣợc cung cấp bởi ngƣ dân khi đánh bắt tại vùng biển này.
Bảng 2.1: Vị trắ lấy mẫu nhuyễn thể và ký hiệu mẫu
Vị trắ lấy mẫu Ngày / giờ lấy mẫu Ký hiệu mẫu
Đồ Sơn (Hải Phòng)
Mẫu được lấy tại biển Đồ Sơn. 107ồ46′- 109ồ07′Đông, 20ồ42′49 - 16ồ47′22 Đông
9h ngày 11/08/2013 Ốc 1 Ngao 1 18h ngày 11/08/2013 Sò 1
Cát bà (Hải Phòng)
Mẫu được lấy tại khu vực xã Việt Hải
108ồ52′- 109ồ07′Đông, 20ồ42′- 20ồ54′độ vĩ Bắc
11h ngày 12/08/2013 Ốc 2 Ngao 2 Sò 2
Vân Đồn (Quảng Ninh)
Bãi biển Sơn Hào, xã Quan Lạn
Tọa độ: 21ồ44′19″ - 20ồ24′31″B, 107ồ05′22″ - 108ồ25′28″Đ 10h35Ỗ ngày 13/08/2013 Ốc 3 Ngao 3 Sò 3
Móng Cái ( Quảng Ninh)
Xã Hải Tiến 21o17Ỗ Ờ 20ồ24′31″ Bắc 107o42Ỗ Ờ 109 o42Ỗ07ỖỖĐông 10h35Ỗngày 14/08/2013 Ốc 4 Ngao 4 Sò 4 Cẩm phả (Quảng Ninh)
Phường Cửa Ông, Tọa độ: 21ồ03′42″- 20ồ54′14ỖỖB, 107ồ17′22″-109ồ07Ỗ 12ỖỖĐ 11h 25Ỗngày 15/08/2013 Ốc 5 Ngao 5 Sò 5
Bảng 2.2: Vị trắ lấy mẫu cá và ký hiệu mẫu
Vị trắ lấy mẫu Ngày / giờ lấy mẫu Ký hiệu mẫu
Mẫu được lấy tại biển Đồ Sơn.
107ồ46′- 109ồ07′Đông, 20ồ42′49 - 16ồ47′22 Đông 9h ngày 11/08/2013 Cá Thu 1 Cá Ngừ 1 18h ngày 11/08/2013 Cá đuối 1 Cá Mực 1 Cá nhám 1 Cát bà (Hải Phòng)
Mẫu được lấy tại khu vực xã Việt Hải
108ồ52′- 109ồ07′Đông, 20ồ42′- 20ồ54′độ vĩ Bắc 11h ngày 12/08/2013 Cá Thu 2 Cá Ngừ 2 Cá đuối 2 Cá Mực 2 Cá nhám 2
Vân Đồn (Quảng Ninh)
Bãi biển Sơn Hào, xã Quan Lạn
Tọa độ: 21ồ44′19″ - 20ồ24′31″B, 107ồ05′22″ - 108ồ25′28″Đông 10h35Ỗ ngày 13/08/2013 Cá Thu 3 Cá Ngừ 3 Cá đuối 3 Cá Mực 3 Cá nhám 3
Móng Cái ( Quảng Ninh)
Xã Hải Tiến 21o17Ỗ Ờ 20ồ24′31″ Bắc 107o42Ỗ Ờ 109 o42Ỗ07ỖỖĐông 10h35Ỗ ngày 14/08/2013 Cá Thu 4 Cá Ngừ 4 Cá đuối 4 Cá Mực 4 Cá nhám 4 Cẩm phả (Quảng Ninh)
Phường Cửa Ông, Tọa độ: 21ồ03′42″ - 20ồ54′14ỖỖB , 107ồ17′22″ - 109ồ07Ỗ 12ỖỖĐông 11h 25Ỗngày 15/08/2013 Cá Thu 5 Cá Ngừ 5 Cá đuối 5 Cá Mực 5 Cá nhám 5
Hình 2.7: Bản đồ khu vực lấy mẫu
2.3.2. Xử lý mẫu sơ bộ và bảo quản mẫu
* Mẫu động vật nhuyễn thể:
Ốc, Ngao, sò sống tại các khu vực lấy mẫu trên, sau khi lấy đƣợc rửa sạch lớp vỏ bên ngoài bằng nƣớc biển tại chắnh nơi lấy mẫu để loại bỏ các chất bẩn khác bám trên vỏ của chúng. Sau đó chuyển ốc, ngao, sò vào hộp đựng chứa đầy nƣớc tại khu vực lấy mẫu và chuyển về phòng thắ nghiệm, giữ sống trong nƣớc để chúng nhả gần hết các chất bẩn. Trƣớc khi mổ ốc lấy thịt bên trong cần phải rửa kỹ lớp vỏ bên ngoài bằng nƣớc sạch để loại bỏ hết bùn, rêu, tảo hay các chất bẩn khác bám trên vỏ của chúng. Sau khi mổ lấy phần thân mềm (phần ăn đƣợc) của ốc, ngao, sò rửa sạch phần mô mềm thu đƣợc bằng nƣớc cất 2 lần, thấm khô bằng giấy lọc sạch. Sau đó đồng nhất mẫu bằng máy xay. Lƣỡi dao và các bộ phận khác của máy xay phải đƣợc vệ sinh kỹ, tráng rửa bằng axit HNO3 loãng trƣớc và sau khi xử lý mỗi mẫu.
* Đối với mẫu thực cá:
Khi lấy mẫu cá chúng ta cũng rửa sạch cá bằng nƣớc biển, cho vào túi nilon sạch rồi vận chuyển về phòng thắ nghiệm. Khi về phòng thắ nghiệm Ta rửa sạch bằng nƣớc cất 2 lần rồi rùng dao không gỉ lọc lấy phần mô thịt, thái mỏng đem đông khô. Lƣỡi dao và các bộ phận khác của máy xay phải đƣợc vệ sinh kỹ, tráng rửa bằng axit HNO3 loãng trƣớc và sau khi xử lý mỗi mẫu.
sww sdw
dw% 100
Ở đây : dw % là hệ số mẫu khô / tƣơi ( g/100g ) tắnh theo phần trăm sdw là lƣợng cân khô của mẫu ( g )
sww là lƣợng cân tƣơi của mẫu ( g )
Sau khi cân xong nghiền mẫu bằng cối mã não. Bảo quản mẫu trong túi nilon sạch trong tủ lạnh ngăn đá.
2.3.3. Phƣơng pháp xử lý mẫu
Mẫu sinh học có chứa thành phần chủ yếu là chất hữu cơ, hàm lƣợng kim loại chủ yếu là hợp chất cơ kim loại. Vì vậy muốn đo hàm lƣợng kim loại bằng ICP Ờ MS ta phải đƣa kim loai về dạng muối vô cơ đơn giản. Thông thƣờng ngƣời ta sử dụng các tác nhân oxi hóa nhƣ H2O2... trong môi trƣờng axit để phân hủy hợp chất hữu cơ đƣa kim loại về dạng muối.
CxHyOzNtM + OXH + H+ → Mn+ + CO2 + H2O +... (M là kim loại) Trong luận văn này tôi tiến hành thắ nghiệm trong hệ kắn với lò vi sóng. Qua quá trình khảo sát các thông số về thể tắch hóa chất, loại hóa chất và thời gian, công suất lò vi sóng đối với mẫu cá, nhuyễn thể và các động vật khác, tôi đã tối ƣu đƣợc các thông số nhƣ sau:
Bảng 2.3 : Các thông số tối ƣu phá mẫu động vật (cá) bằng lò vi sóng. khối lýợng
mẫu (g)
Hóa chất (ml)
Thời gian phá mẫu theo công suất của lò vi sóng (phút) HNO3 đặc 65% H2O2 đặc 30% Low (300W) Medium (600W) High (900W) 0,05 Ờ 0,25 1,5 2 3 6 0
Mẫu đƣợc để nguội tới nhiệt độ phòng (khoảng 50 Ờ 60 phút) rồi chuyển định lƣợng vào bình định mức 25ml bằng HNO3 2%, đem đo bằng máy ICP Ờ MS.
2.4. Xử lý thống kê số liệu phân tắch 2.4.1 Phân tắch thành phần chắnh (PCA) 2.4.1 Phân tắch thành phần chắnh (PCA)
biến trong tập số liệu nhằm đạt đƣợc biểu diễn hai chiều từ tập số liệu đa chiều bằng cách tìm ra giá trị phƣơng sai lớn nhất với số thành phần chắnh (PC) hay các biến ảo ắt nhất.
Nói cách khác PCA là thuật toán đa biến dựa trên việc quay các trục số liệu chứa các biến tối ƣu. Khi đó, một tập hợp các biến liên quan với nhau đƣợc chuyển thành tập hợp các biến không liên quan và đƣợc sắp xếp theo thứ tự giảm độ biến thiên hay phƣơng sai. Những biến không liên quan này là sự kết hợp tuyến tắnh các biến ban đầu. Dựa trên phƣơng sai do mỗi biến mới gây ra có thể loại bỏ bớt các biến phắa cuối dãy mà chỉ mất ắt nhất thông tin về các số liệu thực ban đầu. Bằng cách này sẽ giảm đƣợc kắch thƣớc của tập số liệu trong khi vẫn có thể giữ nguyên thông tin.
Trong thuật toán PCA, có thể có nhiều PC vì có nhiều biến trong tập số liệu. Số PC tối đa bằng số biến. Việc dùng PCA có thể tóm lƣợc đƣợc cấu trúc đồng phƣơng sai với tập số liệu có kắch thƣớc nhỏ hơn, mà không làm mất đi ý nghĩa của tập số liệu ban đầu. Có thể sử dụng tập số liệu mới này trong tắnh toán để thay thế cho tập số cũ.
PCA loại bỏ sự đa cộng tắnh giữa các biến trong việc xây dựng phƣơng trình hồi qui biểu diễn sự phụ thuộc của tắn hiệu phân tắch vào các biến là nồng độ các thành phần trong hệ. Phƣơng pháp này có tên gọi là hồi qui thành phần chắnh.
Từ tập số liệu với n biến ban đầu có liên quan mật thiết với nhau, sau khi giảm thành p biến không liên quan thì trị riêng của chúng có thể sử dụng làm số liệu đầu vào của phƣơng pháp hồi qui kết hợp với mạng noron nhân tạo giải bài toán phân tắch đồng thời các thành phần trong hệ có tƣơng tác không cộng tắnh.
Nếu xem các số liệu phân tắch trong tập số liệu là kết quả phân tắch lặp lại thì PCA cho phép tìm đƣợc sai số thô trong số các kết quả phân tắch.
Tuy nhiên PCA đơn thuần là phƣơng pháp toán học nên các kết quả thu đƣợc bị ảnh hƣởng rất lớn bởi tập số liệu ban đầu, vì vậy cần kết hợp với những kiến thức chuyên ngành khác nếu không sẽ dẫn đến những giải nghĩa sai lệch.
2.4.2. Phần mềm máy tắnh
Các số liệu phân tắch lặp lại, phân tắch hồi qui, hoặc đồ thị biểu diễn qui luật phân bố...các đại lƣợng đƣợc xử lý bằng phần mềm MINITAB 14, exel 2007, Origin 8.0.
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Chọn đồng vị phân tắch
Trong tự nhiên, các nguyên tố hóa học thƣờng có nhiều đồng vị. Trong phép phân tắch ICP-MS ngƣời ta thƣờng chọn đồng vị dựa trên ba tiêu chắ: + Phải là một trong những đồng vị phổ biến nhất trong tự nhiên
+ Ảnh hƣởng bởi sự chèn khối phải không có hoặc bé nhất
+ Sự hiệu chỉnh ảnh hƣởng của các mảnh ion oxắt phải đơn giản và càng ắt bƣớc càng tốt.
Tuỳ theo sự phức tạp của nền mẫu mà có thể chọn các đồng vị phân tắch khác nhau. Tuy nhiên, hầu hết các tác giả đều thống nhất trong việc lựa chọn số khối phân tắch nhƣ trong bảng dƣới đây (bảng 3.1), chúng tôi cũng chọn các số khối phân tắch nàyvới điện tắch Z = 1.
Bảng 3.1: Tỷ số khối lƣợng/điện tắch (M/Z) của các kim loại cần phân tắch STT Nguyên tố Ký hiệu M/Z STT Nguyên tố Ký hiệu M/Z 1 Crôm Cr 52 7 Kẽm Zn 66 2 Mangan Mn 55 8 Cadmi Cd 111 3 Sắt Fe 57 9 Chì Pb 208 4 Coban Co 59 10 Asen As 75
5 Niken Ni 60 11 Thủy ngân Hg 202
6 Đồng Cu 63 12 Uran U 238
13 Thori Th 232
Khi phân tắch, máy chỉ thu tắn hiệu của các đồng vị đã chọn theo nguyên tắc phân giải khối bằng bộ phân chia tứ cực.
3.2 Tối ƣu hoá điều kiện phân tắch bằng ICP-MS 3.2.1 Chuẩn hóa số khối (Tunning) 3.2.1 Chuẩn hóa số khối (Tunning)
Bƣớc đầu tiên khi phân tắch trên thiết bị ICP-MS đó là chuẩn hóa số khối (Tunning). Mỗi đồng vị có một số khối nhất định tuy nhiên không thể chuẩn hóa toàn bộ các nguyên tố mà việc chuẩn hóa phải thực hiện theo từng
khoảng từng khoảng từ số khối nhỏ đến số khối lớn. Các nguyên tố dùng chuẩn hóa gồm He (3,016); Mg (23,985); Rh (102,905); Ce (139,905); Pb (207,977); U (238,05). Các nguyên tố này có số khối từ nhỏ đến lớn bao phủ toàn bộ các nguyên tố khác. Sau khi chuẩn hóa máy tự động tối ƣu các điều kiện phân tắch.
3.2.2. Độ sâu mẫu (Sample Depth - SDe):
SDe là khoảng cách giữa đỉnh cone giao diện đến bên phải vòng dây tạo plasma (hình 9).
Hình 3.1: Độ sâu mẫu của máy ICP Ờ MS
SDe có ảnh hƣởng đến nhiều đại lƣợng trong đó có cƣờng độ vạch phổ. Khi tăng giá trị SDe cƣờng độ vạch phổ giảm dần. Kết quả cho thấy khi công suất cao tần RF lớn từ 1200W trở lên thì cƣờng độ vạch phổ giảm nhanh hơn. Trong phép phân tắch chúng tôi chọn độ sâu mẫu là 3 mm.
3.2.3. Công suất cao tần (Radio Frequency Power - RFP):
RFP là công suất điện tần số radio cung cấp cho cuộn dây tạo plasma. Công suất càng lớn nhiệt độ ngọn lửa plasma càng lớn và ngƣợc lại. Công suất cao tần quyết định trực tiếp quá trình ion hóa hay nguyên tử hóa mẫu. Nguồn năng lƣợng ICP có tắnh ƣu việt hơn so với các nguồn khác. Nhiệt độ trong tâm Plasma từ 6000 đến 10000oK. Khảo sát công suất của máy phát công suất cao tần từ 900 đến 1300W với thay đổi một lần 50W.
Bảng 3.2: Kết quả khảo sát công suất máy phát cao tần Công suất máy phát cao tần (W) Rh (cps)
900 236589 950 245970 1000 253694 1050 265413 1100 289777 1150 302569 1200 355699 1250 380804 1300 352190
Bảng 3.3: kết quả khảo sát dung dịch chuẩn chứa các nguyên tố cần phân tắch nồng độ 5ppb Nguyên tố Nồng đô (ppb) Cps (1000W) Cps (1250W) Cps (1300W) Cr 5,00 2997,03 4452,86 2462,10 Co 5,00 2991,85 5732,30 3517,52 Ni 5,00 677,36 1230,78 700,03 Cu 5,00 1734,91 2577,87 1530,85 As 5,00 604,03 908,07 557,36 Pb 5,00 1159,49 2539,56 2038,72 Cd 5,00 289,33 600,02 368,01 Zn 5,00 493,35 692,05 384,02 Mn 5,00 4232,05 6495,17 3490,33 Fe 5,00 57,34 34,67 56,01 U 5,00 3033,93 5163,11 2820,52 Hg 5,00 28,47 33,84 30,69 Th 5,00 182,26 197,37 189,47
Khi tăng dần công suất RF cƣờng độ vạch phổ tăng dần nhƣng đến một giá trị RFP nào đó cƣờng độ vạch phổ lại giảm do quá trình ion hóa sẽ tạo ra ion +2 và tắn hiệu ion +1 giảm. Trong phép phân tắch chúng tôi chọn cƣờng độ cao tần là 1250 W.
3.2.4. Lƣu lƣợng khắ mang (Carier Gas Flow Rate - CGFR)
CRFG có ảnh hƣởng đáng kể đến độ nhạy của phƣơng pháp ICP-MS. CGFR lớn lƣợng mẫu đƣợc đƣa vào vùng plasma lớn và ngƣợc lại. Điều này dẫn đến tỷ lệ tắn hiệu trên một đơn vị nồng độ tăng hoặc giảm, dẫn đến ảnh hƣởng độ nhạy của phép phân tắch. Tuy nhiên không phải khi tăng CGFR là cƣờng độ vạch phổ tăng, hoặc khi giảm CGFR là cƣờng độ vạch phổ giảm. Sự tăng hay giảm chỉ nằm trong một phạm vi nhất định và còn tuỳ thuộc vào nhiều thông số khác. Việc khống chế tốc độ khắ mang dựa trên tỉ số CeO/Ce, tốc độ khắ mang hợp lắ sẽ cho tắn hiệu cao nhất nhƣng tỉ số CeO/Ce nhỏ hơn
0,03. Kết quả thực nghiệm thu đƣợc tốt nhất khi lƣu lƣợng khắ mang là 2,0 lắt/phút.
3.2.5. Tóm tắt các thông số tối ƣu của thiết bị phân tắch
Bảng 3.4: Các thông số tối ƣu của máy đo ICP-MS đã khảo sát và lựa chọn Tốc độ khắ Nebulizer 0,85 L/phút
Tốc độ khắ phụ trợ 2,0 L/phút
Lƣu lƣợng khắ tạo plasma 15,0 L/phút
Áp suất chân không (khi đo mẫu) 1,0 -1,2. 10-5 Torr Áp suất chân không (khi để máy Standby) 2,0 Ờ 3,0. 10-6 Torr
Tốc độ bơm rửa 48 vòng/phút
Tốc độ bơm mẫu 26 vòng/phút
Nhiệt độ nƣớc làm mát 200C
Công suất nƣớc làm mát 1750W
Công suất máy phát cao tần RF 1250W
Thế của các lăng kắnh 5,75V