5. Các điều kiện ghi phổ AAS
5.3. Các điểm cần chú ý khi thực hiện phép đo
Các đường chuẩn tốt nhất là được dựng trước khi phân tích mỗi ngày sẽ hạn chế được những sai số. Có thể sử dụng lại các đường chuẩn cũ sau khi kiểm tra vài điểm trước khi phân tích, nếu thấy sai số trong phạm vi cho phép.
- Nên tiến hành các thử nghiệm về sự nhiễu của các yếu tố khác như nồng độ các ion gây nhiễu.Độ nhậy của phương pháp, giới hạn phát hiện của máy.
- Có thể sử dụng phương pháp thêm trong đó hai dung dịch phân tích được lấy với lượng thể tích như nhau sau đó cho thêm vào một mẫu thứ nhất lượng thể tích dung dịch chuẩn với nồng độ đã biết còn dụng dịch mẫu thứ hai cho thêm lượng thể tích dung môi như trên. Tín hiệu đo trên máy được hiệu chỉnh với đường nền. khi đó nồng độ chưa biết của nguyên tố sẽ được tính toán như sau:
Cx= Sb.Vs.Cs/(Sa-Sb)Vx (2.12) Trong đó:
Sa, Sb là hai tín hiệu đo
Vs, Cs thể tích và nồng độ của chất chuẩn cho thêm. Vx, thể tích mẫu phân tích.
Khi đo phổ AAS bằng phương pháp nguyên tử hóa bằng lò grafit.
Phương pháp này có độ chính xác cao và giới hạn phát hiện rất nhỏ vì vậy dùng để phân tích các nguyên tố dạng vết hoặc vi lượng. Có thể có nhiều yếu tố ảnh hưởng đế kết quả đo do vậy phải luôn hiệu chỉnh. Ngày nay các loại lò Grafit thường được thết kế cấu tạo với các bộ điều khiển nhiệt độ và tự động hóa cao.
Trước khi tiến hành đo trên máy mẫu phân tích phải được xử lý theo các phương pháp cụ thể cho từng đối tượng để loại trừ sự nhiễu phổ.
Trình tự phân tích được cụ thể hóa trên mỗi máy và có hướng dẫn riêng vì vậy phải đọc kỹ trước khi thao tác trên máy.
Yếu tố này thường thấy khi các nguyên tố thứ ba ở trong mẫu phân tích có nồng độ cao và đó thường là nguyên tố cơ sở cuả mẫu. Tuy các nguyên tố này có vạch phổ không nhạy nhưng do nồng độ lớn, nên các vạch này xuất hiện với độ rộng lớn.
Nếu nó lại nằm cạnh các vạch phổ phân tích thì các vạch phổ này sẽ chen lấn các vạch phổ phân tích, làm cho việc đo cường độ cuả vạch phổ phân tích gặp nhiều khó khăn và thiếu chính xác, nhất là với các máy có độ phân giải không cao.
Vì thế trong mỗi mục đích phân tích cụ thể cần phải nghiên cứu và chọn những vạch phân tích phù hợp để loại trừ sự chen lấn cuả các vạch phổ cuả nguyên tố khác.
Sự ảnh hưởng về phổ chủ yếu là do thiết bị và tính chất của ngọn lửa. Sự nhiễu về phổ xảy ra khi các vạch phổ được chọn để phân tích không tách hoàn toàn với các vạch phổ kế cận hoặc khi các vạch phổ phân tích này trùng với vạch phổ của một chất khác.
Mặc dù phổ hấp thu nguyên tử là rất đơn giản nhưng cũng có những trường hợp bị trùng lấp vạch phổ, một vài trường hợp cụ thể được cho trong bảng sau:
Bảng 2.13: Sự chen lấn và sự trùng vạch phổ của các nguyên tố Nguyên tố Bước sóng hấp thu Nguyên tố cản trở Bước sóng hấp thu Al Cu Fe Ga Hg Mn Si 308.33 324.75 271.90 403.30 253.65 403.31 250.69 V Eu Pt Mn Co Ga V 308.21 324.76 271.90 403.31 253.65 403.30 250.69
Những sự cản trở kiểu này có thể tránh được bằng cách chọn các vạch phổ phân tích không bị chèn(nhiễu). Ví dụ sự cản trở của Zn(213.8-56A) khi xác định Fe(213.8-58.9 A) trong thép nếu không chú ý đến sự nhiễu về phổ này thì kết quả phân tích hẳn nhiên là sai số rất lớn.
Trong môi trường hấp thụ, đặc biệt là trong ngọn lửa đèn khí, nhiều khi còn có chứa cả các hạt rắn rất nhỏ li ti của vật chất mẫu chưa bị hoá hơi và
nguyên tử hóa, hay các hạt muội cacbon cuả nhiên liệu chưa được đốt cháy hoàn toàn.
Các hạt này hoặc hấp thụ hoặc chắn đường đi cuả chùm sáng từ đèn HCL chiếu vào môi trường hấp thụ.
Yếu tố này thể hiện rất rõ khi chọn không đúng chiều cao cuả đèn nguyên tử hoá mẫu và khi hỗn hợp khí cháy không được đốt cháy tốt, hay do thành phần cuả hỗn hợp khí cháy không được chọn phù hợp(thường là quá dư Acetylen).
5.3.2. Ảnh hưởng của các yếu tố vật lý
Ảnh hưởng của các yếu tố vật lý chủ yếu là do lỗi khi đưa mẫu vào ngọn lửa bởi ảnh hưởng về các tính chất vật lý của mẫu như độ nhớt, sức căng bề mặt.
a. Độ nhớt và sức căng bề mặt cuả dung dịch mẫu
Trong phép đo AAS, với kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu trong ngọn lửa, yếu tố này ảnh hưởng đến tốc độ dẫn mẫu và buồng Aerosol hoá và hiệu suất aerosol hóa cuả mẫu và từ đó mà ảnh hưởng đến kết quả phân tích.
Nói chung, tốc độ dẫn mẫu là tỷ lệ nghịch với độ nhớt cuả dung dịch mẫu.
Hình 2.21: Ảnh hưởng của độ nhớt đến tốc độ dẫn mẫu
Chính sự khác nhau về nồng độ axit và loại axit, nồng độ chất nền cuả mẫu, thành phần cuả các chất có trong dung dịch mẫu là nguyên nhân gây ra sự khác nhau về độ nhớt cuả dung dịch.
Vì thế trong mỗi quá trình phân tích nguyên tố, nhất thiết phải đảm bảo sao cho mẫu phân tích và mẫu đầu phải có cùng nồng độ axit, loại axit và thành phần hoá học, vật lý cuả tất cả các nguyên tố khác, nhất là chất nền cuả mẫu. Yếu tố này thường thể hiện nhiều trong phép đo F-AAS.
- Đo và xác định theo phương pháp thêm chất chuẩn.
- Pha loãng mẫu bằng một dung môi hoặc một dung dịch nền phù hợp.
- Thêm vào mẫu một chất đệm có nồng độ đủ lớn.
- Dùng bơm để đẩy mẫu với một tốc độ xác định mà ta mong muốn.
b. Hiệu ứng lưu lại
Yếu tố này thể hiện rõ ràng đặc biệt trong phép đo phổ không ngọn lửa, và càng lớn khi mẫu phân tích có nồng độ lớn. Đồng thời cũng phụ thuộc vào bản chất cuả các nguyên tố, hợp chất nó tồn tại trong mẫu, cũng như loại cuvet Graphit được dùng để nguyên tử hoá mẫu.
Nói chung các nguyên tố khó bay hơi và dễ sinh ra hợp chất bền nhiệt luôn luôn gây ra ảnh hưởng này lớn. Các cuvet được chế tạo từ graphit đã hoạt hoá thường hạn chế được hiệu ứng này.
Nghĩa là bề mặt cuvet càng mịn thì ảnh hưởng càng nhỏ, bề mặt càng xốp thì ảnh hưởng càng lớn. Do tính chất này mà khi nguyên tử hoá mẫu để đo cường độ vạch phổ, thì một lượng nhỏ của nguyên tố phân tích không bị nguyên tử hoá, chúng được lưu lại trên bề mặt cuvet và cứ thế tích tụ lại qua một số lần nguyên tử hoá mẫu.
Nhưng đến một lần nào đó thì nó lại bị nguyên tử hoá theo và do đó tạo ra số nguyên tử tự do của nguyên tố phân tích tăng đột ngột không theo nồng độ của nó trong mẫu, nghĩa là làm tăng cường độ của vạch phổ và dẫn đến làm sai lệch kết quả phân tích.
Để loại trừ ảnh hưởng này chúng ta có thể theo các cách sau:
- Làm sạch cuvet mỗi lần nguyên tử hoá mẫu, để làm bay hơi hết các chất còn lại trong cuvet. Vì vậy phải thực hiện ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nguyên tử hoá nguyên tố phân tích.
- Dùng các loại cuvet được chế tạo từ các loại graphit đã được hoạt hoá toàn phần, có bề mặt chắc và mịn.
- Khi phân tích nên đo các mẫu có nồng độ nhỏ trước. - Thêm vào mẫu những chất đệm có nồng độ phù hợp.
- Tráng bề mặt trong của cuvet graphit bằng một lớp các chất bền nhiệt.
c. Sự Ion hoá
Đây là yếu tố vật lý thứ ba ảnh hưởng đến kết quả phân tích. Vì quá trình ion hoá thường làm giảm số nguyên tử tự do cuả nguyên tố phân tích trong môi trường hấp thụ tạo ra phổ.
Nhưng mức độ bị ion hoá cuả mỗi nguyên tố là khác nhau và phụ thuộc vào nhiệt độ cuả mội trường hấp thụ.
Với một nguyên tố, thì khi nhiệt độ cuả môi trường hấp thụ càng cao, thì nguyên tố đó cũng bị ion hoá nhiều hơn
Sự nhiễu ion hoá xảy ra khi nhiệt độ ngọn lửa có đủ năng lượng kích thích nguyên tử kim loại bức xạ điện tử và tạo ra ion. Khi những điện tử này sắp xếp lại sẽ làm giảm số lượng các nguyên tử ở trạng thái cơ bản, do đó sự hấp thụ bị giảm.
Bảng 2.14: Mức độ ion hoá cuả một số nguyên tố Nguyên tố Thế ion
hóa(eV)
Số % bị ion hóa ở nhiệt độ(0C) 2000 3000 4000 Na 5,21 0,30 5,00 26,00 K 4,32 2,10 22,00 82,00 Rb 4,16 9,00 34,00 90,00 Cs 3,87 28,00 70,00 96,00 Ca 6,11 0,20 1,50 17,00 Ba 5,31 1,00 6,00 23,00
Để loại trừ sự ion hoá cuả một nguyên tố phân tích chúng ta có thể dùng các biện pháp sau đây:
- Có thể kiểm soát sự nhiễu ion hóa bằng cách thêm một lượng thừa các chất(nguyên tố) dễ bị ion hóa vào trong mẫu trắng, chất chuẩn cũng như mẫu phân tích. Các kim loại kiềm như K, Na, Rb, Cs là thích hợp cho mục đích này
- Chọn điều kiện nguyên tử hoá có nhiệt độ thấp, mà trong điều kiện đó nguyên tố phân tích hầu như không bị ion hoá.
- Thêm vào mẫu phân tích một chất đệm cho sự ion hoá. Đó là các muối halogen cuả kim loại kiềm có thế ion hoá thấp hơn thế ion hoá cuả nguyên tố phân tích với một nồng độ phù hợp. như vậy trong điều kiện đó nguyên tố phân tích sẽ không bị ion hóa nữa.
d. Sự kích thích phổ phát xạ
Yếu tố này xuất hiện thường làm giảm nồng độ của các nguyên tử trung hòa có khả năng hấp thụ bức xạ trong môi trường hấp thụ. Do đó cũng làm giảm cường độ của vạch phổ hấp thụ.
Để loại trừ ảnh hưởng của sự phát xạ của nguyên tố phân tích chúng ta có thể dùng các biện pháp sau đây:
- Chọn nhiệt độ nguyên tử hóa mẫu thấp phù hợp mà tại nhiệt độ đó sự kích thích phổ phát xạ là không đáng kể hoặc không xảy ra đối với nguyên tố phân tích.
- Thêm vào mẫu các chất đệm để hạn chế sự phát xạ của nguyên tố phân tích. Đó chính là các muối halogen của kim loại kiềm, có thế kích thích phổ phát xạ thấp hơn thế kích thích phổ phát xạ của nguyên tố phân tích.
- Chỉnh giảm độ rộng của khe, tăng cường độ dòng của đèn và pha loãng mẫu.
Bảng 2.15: Mức độ bị kích thích phổ phát xạ của các nguyên tố trong các điều kiện khác nhau Nguyên tố Thế kích thích( eV) Tỷ số Ni/N0 ở nhiệt độ(OC) 2000 3000 4000 Cs-852,10 1,76 4,00. 10-4 7,00. 10-3 3,00. 10-2 Na-589,00 2,12 1,00. 10-5 6,00. 10-4 4,00. 10-3 Ca-422,70 2,95 1,10. 10-7 4,10. 10-5 6,00. 10-4 Zn-213,90 5,86 7,00. 10-13 6,00. 10-10 1,10. 10-7
5.3.3. Ảnh hưởng của yếu tố hóa học
Trong phép đo phổ hấp thụ nguyên tử các ảnh hưởng hóa học cũng rất đa dạng và phức tạp. Nó xuất hiện cũng rất khác nhau trong mỗi trường hợp cụ thể và cũng nhiều trường hợp không xuất hiện. Các ảnh hưởng hóa học thường có thể dẫn đến kết quả sau đây:
- Làm giảm cường độ của vạch phổ của của nguyên tố phân tích, do sự tạo thành các hợp chất bền nhiệt, khó hóa hơi và khó nguyên tử hóa.
- Làm tăng cường độ của vạch phổ, do sự tạo thành các hợp chất dễ hóa hơi và dễ nguyên tử hóa.
- Sự tăng cường độ vạch phổ khi nguyên tố phân tích tồn tại trong nền của mẫu là những hợp hợp chất dễ hóa hơi.
- Sự giảm cường độ của vạch phổ khi nguyên tố phân tích tồn tại trong nền của mẫu là những hợp chất bền nhiệt, khó hóa hơi. Lúc này các nguyên tố nền kìm hãm sự hóa hơi của nguyên tố phân tích.
- Sự gây nhiễu do yếu tố hóa học là vấn đề phổ biến nhất trong xác định bằng phương pháp hấp thụ nguyên tử.
Yếu tố gây nhiễu hóa học thường được hạn chế hoặc kiểm soát chúng bằng hai cách:
Sử dụng ngọn lửa có nhiệt độ cao hơn hoặc thêm tác chất cạnh tranh(cation cạnh tranh) vào dung dịch mẫu(hoặc dung dịch chất chuẩn).
Ví dụ: ảnh hưởng của Photphat trên canxi nếu dùng ngọn lửa không khí- Acetylen, canxi photphat không phân ly hoàn toàn.
Khi nồng độ Photphat tăng thì sự hấp thụ của Canxi giảm. Giải pháp ở đây là cho một lượng lớn Lanthan vào hoặc dùng ngọn lửa có nhiệt độ cao hơn đó là N2O-Acetylen
Hình 2.22: Sự gây nhiễu của Photphat lên Canxi
Khi Lanthan được thêm vào, nó sẽ kết hợp với Photphat và giải phóng Canxi, làm cho độ hấp thụ của Canxi không phụ thuộc vào nồng độ của photphat hiện diện trong dung dịch.
Nếu dùng ngọn lửa(N2O-Acetylen) nóng hơn mà không còn sự nhiễu hóa học nữa thì không cần thiết phải thêm Lanthan vào.
a. Nồng độ axit và loại axit trong dung dịch mẫu
Nói chung nồng độ axit trong dung dịch mẫu luôn luôn có ảnh hưởng đến cường độ của vạch phổ cuả nguyên tố phân tích.
Ảnh hưởng này thường gắn liền với loại anion của axit. Các axit càng khó bay hơi thường càng làm giảm nhiều cường độ vạch phổ.
Hình 2.23: Ảnh hưởng của lọai axit đến cường độ vạch phổ Ca 422.7 nm trong phép đo F-AAS(không khí + C2H2).
Nói chung các axit làm giảm cường độ vạch phổ theo thứ tự: HClO4<HCl<HNO3<H2SO4<H3PO4<HF.
Nghĩa là axit HClO4, HCl và HNO3 gây ảnh hưởng nhỏ nhất trong vùng nồng độ nhỏ.
Chính vì thế trong thực tế phân tích của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử(AAS) người ta thường dùng môi trường là axit HCl hay HNO3 với nồng độ 1% hay 2%. Vì ở nồng độ này ảnh hưởng của 2 axit này là không đáng kể( nhỏ hơn 5%)
b. Ảnh hưởng của các cation
Dung dịch mẫu phân tích, ngoài nguyên tố cần xác định, thường còn chứa các nguyên tố khác. Các nguyên tố này tồn tại dưới dạng các cation hay anion tan trong dung dịch mẫu. Các ion này có thể làm tăng, cũng có thể lảm giảm,cường độ vạch phổ của nguyên tố phân tích.
Khi có ảnh hưởng thì mức độ ảnh hưởng của mỗi ion cũng rất khác nhau trong từng trường hợp cụ thể.