2.2.1. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm
- Hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS-3300 của hang Perkin Elmer
- Cân phân tích chính xác đến 10-5g của hãng Satorious - Máy ly tâm Kobuta tốc độ 12000 vòng/phút
- Máy đo pH
- Bình định mức thủy tinh loại A, dung tích 10ml, 25ml, 50ml, 100ml, 250ml; 250ml
36
- Các loại pipet vạch, pipet bầu thể tích 0.5 ml, 1ml, 2ml, 5ml, 10ml; - Phễu, Cốc, bình tam giác, đũa thủy tinh
2.2.2. Hóa chất và nguyên liệu
Do yêu cầu nghiêm ngặt của phép đo nên nước cất, hóa chất phải có độ tinh khiết cao, trong quá trình nghiên cứu chúng tôi đã dùng các hóa chất và nguyên liệu:
- Mẫu chè Thái Nguyên - Triton X-100 ( Fluka) - 8-hydroxyquinoline
- Mangan sulphat MnSO4.H2O, (PA, Merk) - Axit nitric HNO3 65%, (PA, Merk)
- Axit clohydric HCl 37%, (PA, Merk) - Axit pecloric HClO4. (PA, Merk) - Natri clorua NaCl, (PA, Merk) - Đệm ammoniac
- Metanol MeOH, (PA, Merk) - Nước cất
Do Mn trong chè có hàm lượng vết nên để tránh tối đa sự nhiễm bẩn, tất cả các dụng cụ sử dụng để phân tích đều được ngâm bằng HNO3 10% trong 24h và rửa lại bằng nước cất hai lần.
2.2.3. Chuẩn bị hóa chất và dung dịch chuẩn
- HNO3 0.1M: Hút 1,62ml HNO3 đặc vào bình định mức 250ml, định mức đến vạch bằng nước cất.
- 8-hydroxyquinoline 5.10-3M: Cân 0,0725g 8-hydroxyquinoline hòa tan trong bình định mức 100ml, định mức đến vạch bằng nước cất.
- Triton X-100 4%: Hút 4ml Triton X-100 vào bình định mức 100ml, định mức bằng nước cất đến vạch.
- NaCl 5%: Cân 5g NaCl vào bình định mức 100ml, định mức đến vạch bằng nước cất.
37 - Đệm ammoniac với pH=10
- Các dạng mangan có nồng độ từ 0,5 đến 5 ppm được pha từ dung dịch chuẩn gốc có nồng độ 1000ppm.
2.3. Lấy mẫu và bảo quản mẫu
Các mẫu chè xanh được lấy tại 10 khu vực thuộc 3 huyện trong tỉnh thái nguyên. Các mẫu được lấy theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN: 5609- 2007 [14]
2.3.1. Mẫu chè khô
Các mẫu chè được lấy thuộc khu vực huyện Đại Từ, huyện Đồng Hỉ và thành phố Thái Nguyên. Lấy lá chè đem làm khô ở 95 oC trong 12h
2.3.2. Mẫu nƣớc chè
Lấy 5g mẫu chè khô cho vào cốc 250ml. Thêm 100ml nước cất nóng vào. Sau đó, đun dung dịch tới sôi. Để nguội 10 phút, lọc dung dịch vào bình định mức 250ml và định mức đến vạch.
2.4. Quy trình phân tích
Tiến hành theo phương pháp đơn biến: Chúng tôi tiến hành khảo sát từng yếu tố một để chọn ra điều kiện phù hợp nhất cho phép phân tích (các thông số tối ưu của phương pháp).
2.4.1. Quy trình xác định hàm lƣợng Mn tổng số.
Quy trình phân tích Mn tổng số được mô tả theo sơ đồ sau:
Mẫu lá chè đen (500 mg)
4 ml HNO3 (đặc) 1 ml HClO4 (đặc) Đun ở 2000C đến khi gần khô
Mẫu đƣợc vô cơ hóa
Để nguội
Định mức đến 50 ml
Dung dịch
Khử bằng HNO3 0,1M
AAS
38
2.4.2. Quy trình xác định các dạng mangan trong nƣớc chè
2.4.2.1. Xác định Mn tổng chiết trong nước chè bằng chiết điểm mù
Mẫu nƣớc chè (0,5 ml)
8-hydroxyquinoline 5.10-3 M TritonX-100 4%
Đệm pH=10 và NaCl 5% Định mức tới 10 ml
Mẫu đƣợc đun cách thủy
Ly tâm Làm lạnh
Tách lấy pha nhớt
Pha loãng bằng HNO3 0,1M
AAS
Hình 2.3: Quy trình phân tích hàm lƣợng Mn tổng chiết trong nƣớc chè
2.4.2.2. Xác định mangan ở dạng liên kết flavonoit bằng chiết điểm mù
Mẫu nƣớc chè (3 ml)
TritonX-100 4% NaCl 5%
Định mức tới 10 ml
Mẫu đƣơc đun cách thủy
Ly tâm Làm lạnh
Tách lấy pha nhớt
Pha loãng bằng HNO3 0,1M
AAS
Hình 2.4: Quy trình phân tích hàm lƣợng Mn ở dạng liên kết flavonoit trong nƣớc chè
2.4.2.3. Xác định mangan dạng tự do và phức yếu trong nước chè bằng phương pháp chiết điểm mù
Để xác định mangan dạng tự do và phức yếu trong nước chè bằng phương pháp chiết điểm mù ta lấy Mn tổng chiết trong nước chè ở 2.4.2.1 trừ đi mangan ở dạng liên kết flavonoit ở 2.4.2.2.
39
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử của mangan
3.1.1. Chọn vạch đo:
Ở trạng thái hơi, mỗi loại nguyên tử của một nguyên tố hoá học chỉ có thể hấp thụ những bức xạ có bước sóng mà chính nó phát ra trong quá trình phát xạ. Nhưng thực tế không phải mỗi loại nguyên tử có thể hấp thụ được tất cả các bức xạ mà nó phát ra, quá trình hấp thụ chỉ tốt và nhạy chủ yếu đối với các vạch nhạy (vạch đặc trưng). Đối với một nguyên tố vạch phổ nào có khả năng hấp thụ càng mạnh thì phép đo vạch đó có độ nhạy càng cao.
Đối với nguyên tố mangan có 4 vạch phổ đặc trưng thường dùng trong phép đo phổ hấp thụ nguyên tử là 279,5 nm, 279,8 nm, 280,1 nm và 403,1 nm, trong đó vạch phổ 279,5 nm có độ nhạy và độ ổn định cao nhất và không bị chen lấn bởi các vạch phổ của nguyên tố khác. Do vậy trong nghiên cứu này, vạch phổ 279,5 nm được lựa chọn để phân tích nguyên tố Mn
3.1.2. 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 phân tích được phát ra từ đèn catot rỗng đi qua môi trường hấp thụ hướng vào khe đo của máy, được trực chuẩn, phân li, cuối cùng chỉ một vạch phổ cần đo được chọn và hướng vào khe đo tác dụng vào nhân quang điện để phát hiện và xác định cường độ vạch phổ. Do vậy, khe đo của máy phải được chọn phù hợp và chính xác với từng vạch phổ, có độ lặp lại cao trong mỗi phép đo và lấy được hết độ rộng của vạch phổ.
Nguyên tố Mn, do có 2 vạch phổ gần nhau là 279,5 nm và 279,8 nm, nhưng độ nhạy của hai vạch phổ này lại khác nhau đến 0,7 lần. Do vậy, phải lựa chọn khe đo phù hợp mà vẫn đảm bảo độ nhạy, độ ổn định của phép đo. Khe đo 0,2 nm được lựa chọn để phân tích nguyên tố Mn với vạch phổ 279,5nm.
3.1.3. Khảo sát cƣờng độ đèn catot rỗng
Đèn catot rỗng (HCL) là nguồn phát bức xạ cộng hưởng, chỉ phát ra những tia phát xạ nhạy của nguyên tố kim loại được dùng làm catot rỗng. Đèn HCL làm việc
40
tại một chế độ dòng nhất định sẽ cho chùm phát xạ có cường độ nhất định. Cường độ làm việc của đèn catot rỗng HCL có liên quan chặt chẽ tới cường độ hấp thụ của vạch phổ. Dòng điện làm việc đèn của mỗi nguyên tố là 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 – 80% Imax. Vì ở điều kiện dòng cực đại Imax thì đèn làm việc không ổn định và nhanh hỏng, khi đó phép đo có độ nhạy và độ lặp lại kém.
Khảo sát cường độ dòng đèn catot rỗng của dung dịch chuẩn dung dịch Mn2+ 1ppm trong HNO3 2% để xét xem mối quan hệ giữa cường độ vạch phổ với cường độ dòng đèn, đồng thời chọn ra cường độ dòng đèn thích hợp nhất. Kết quả khảo sát cường độ dòng đèn catot rỗng (HCL) được trình bày trong bảng 3.1
Bảng 3.1. Khảo sát cƣờng độ dòng đèn đối với Mn
%Imax Lần đo 60%Imax (12mA) 65%Imax (13mA) 70%Imax (14mA) 75%Imax (15mA) 80%Imax (16mA) 1 0,0770 0,0773 0,0775 0,0774 0,0772 2 0,0774 0,0780 0,0776 0,0780 0,0758 3 0,0772 0,0782 0,0784 0,0785 0,0781 TB 0,0772 0,0778 0,0778 0,0780 0,0770 % RSD 0,2591 0,6080 0,6337 0,7064 1,5052
Kết quả khảo sát trên ta thấy độ hấp thụ ổn định nhất khi cường độ dòng đèn của Mn là 12 mA. Do vậy trong nghiên cứu này, cường độ dòng đèn là 12 mA được lựa chọn để phân tích nguyên tố Mn.
3.1.4. Khảo sát chiều cao đèn nguyên tử hoá mẫu
Cấu tạo ngọn lửa khí gồm 3 thành phần chính: phần tối, phần trung tâm và phần đuôi ngọn lửa. Trong đó phần trung tâm có nhiệt độ cao nhất và thường không có màu hoặc màu lam rất nhạt. Trong phần này hỗn hợp khí được đốt cháy là tốt nhất, các phản ứng thứ cấp ở mức độ tối thiểu, quá trình hoá hơi, nguyên tử hoá mẫu có hiệu suất cao và ổn định. Trong phép đo F – AAS phải chọn chùm tia
41
bức xạ đi qua phần này bằng cách chỉnh và chọn chiều cao đầu đốt sao cho phù hợp với từng nguyên tố cần xác định.
Tiến hành khảo sát sự hấp thụ của Mn vào chiều cao đầu đốt với dung dịch Mn2+ 1ppm trong HNO3 2%. Kết quả được chỉ ra ở bảng 3.2
Bảng 3.2. Khảo sát chiều cao đèn nguyên tử hóa khi xác định Mn Chiều cao burner (nm) Lần đo 5 6 7 8 1 0,0766 0,0777 0,0770 0,0781 2 0,0780 0,0768 0,0773 0,0775 3 0,0772 0,0784 0,0772 0,0780 TB 0,0773 0,0776 0,0772 0,0779 % RSD 0,9082 1,0335 0,1982 0,4121
Qua kết quả khảo sát chúng tôi chọn chiều cao đèn nguyên tử hóa đối với các nguyên tố Mn là 7mm. Vì ở điều kiện này độ hấp thụ cao và độ lệch chuẩn nhỏ (0,1982%).
3.1.5. Khảo sát lƣu lƣợng khí axetilen
Theo kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa, người ta dùng năng lượng nhiệt của ngọn lửa đèn khí để hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu phân tích. Vì thế mọi quá trình xảy ra trong khi nguyên tử hóa mẫu là phụ thuộc vào các đặc trưng và tính chất của ngọn lửa. Chúng tôi chọn nhiệt độ phù hợp để hóa hơi và nguyên tử hóa nguyên tố cần phân tích. Ở đây chúng tôi chọn hỗn hợp khí axetylen và không khí nén làm khí đốt.
Lưu lượng không khí nén được giữ cố định bằng 10 lít/phút và thay đổi tốc độ khí axetylen từ 1,8 đến 2,5 lít/ phút. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khí axetylen đến độ hấp thụ của dung dịch Mn2+
1ppm trong HNO3 2% được trình bày ở bảng 3.3.
42
Bảng 3.3. Khảo sát tốc độ dẫn khí axetylen khi xác định Mn C2H2 (L/ph) Lần đo 1,8 2,0 2,2 2,5 1 0,0759 0,0768 0,0757 0,0766 2 0,0773 0,0771 0,0774 0,0771 3 0,0764 0,0770 0,0770 0,0774 TB 0,0765 0,0770 0,0767 0,0770 %RSD 0,9268 0,1987 1,1591 0,5247
Qua kết đưa ra ở bảng 3.3 cho thấy khi lựa chọn tốc độ khí axetylen là 2,0 lít/phút thì độ hấp thụ đạt giá trị lớn nhất là 0.077 và độ lệch chuẩn tương đối nhỏ nhất là 0.1987%. Do vậy trong các nguyên cứu tiếp theo chúng tôi lựa chọn tốc độ khí axetylen là 2,0 lít/phút.
Những kết quả nghiên cứu khảo sát và thu thập tài liệu tham khảo cho thấy phép đo phổ hấp thụ nguyên tử mangan sẽ cho kết quả tốt nhất với các thông số máy như sau:
Bảng 3.4. Các điều kiện đo phổ hấp thụ của nguyên tử mangan Nguyên tố phân tích Các yếu tố Mn Thông s ố máy đo Vạch phổ hấp thụ (nm) 279,5 Khe đo (nm) 0,2
Cường độ dòng đèn (%Imax) (mA) 12,0 Lưu lượng khí nén (99,9%) (l/phút) 10,0 Lưu lượng khí C2H2 (99,9%) (l/phút) 2,0
Chiều cao Burner (mm) 7,0
3.2. Khảo sát ảnh hƣởng của các điều kiện chiết điểm mù: 3.2.1. Ảnh hƣởng của pH: 3.2.1. Ảnh hƣởng của pH:
43
thành phức kim loại với thuốc thử và hiệu suất chiết phụ thuộc vào pH. Vì vậy, ảnh hưởng của pH vào độ nhạy và thông số chiết được kiểm tra. Để khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình chiết điểm mù, chúng tôi tiến hành với mẫu chuẩn Mn 5,0ppm. Quy trình thực nghiệm như sau: Hút 0,5ml dung dịch chuẩn Mn 5,0ppm thêm 0,5ml 8-hydroxyquinoline 5.10-3M, thêm 0,5ml Triton X-100 4,0%, thêm 1,0ml NaCl 5,0%. Sau đó thêm 1,0ml dung dịch đệm với pH thay đổi 7,8,9,10 và 11. Sau đó, định mức đến vạch và đun cách thủy ở 90oC trong 110 phút. Sau đó, lấy ra ly tâm 10 phút, làm lạnh 15 phút. Tách lấy phần nhớt để phân tích hàm lượng Mn bằng phương pháp F-AAS. Các kết quả khảo sát được ra ở bảng sau:
Bảng 3.5: Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của pH vào hiệu suất chiết điểm mù
STT pH Hiệu suất chiết (E%)
1 7 20,0
2 8 25,2
3 9 67,0
4 10 66,8
5 11 67,5
44
Kết quả bảng 3.5 và hình 3.1 cho ta thấy pH có ảnh hưởng tới hiệu suất chiết của mangan. Khi pH<9 thì hiệu suất chiết thấp chỉ đạt 2,5% và khi pH=9 thì hiệu suất thu hồi đạt 67,0%, nếu tiếp tục tăng pH lên 11 thì độ thu hồi không tăng nữa và đạt giá trị ổn định tại hiệu suất thu hồi 67,5%. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất chiết Mn là do, đầu tiên Mn hình thành phức với 8-hydroxyquinoline, sau đó hợp chất phức này tan trong đầu kỵ nước của chất hoạt động bề mặt. Khi pH thấp khả năng phân ly của 8-hydroxyquinoline thấp do hợp chất này có pKa1=5,13 và pKa2=9,89 dẫn đến khả năng tạo phức của Mn với 8-hydroxyquinoline thấp và hiệu suất chiết thấp. Khi tăng pH>9 thì khả năng tạo phức của Mn với 8- hydroxyquinoline tăng dẫn đến hiệu suất chiết tăng. Do vậy trong các nghiên cứu tiếp theo pH chiết mẫu được lựa chọn là 10.
3.2.2. Ảnh hƣởng của nồng độ 8-hydroxyquinoline
Hiệu suất chiết phụ thuộc vào sự hình thành phức, động học của sự hình thành phức và sự chuyển hóa khối lượng giữa các pha. Vì vậy, ảnh hưởng của nồng độ 8- hydroxyquinoline đến hiệu suất chiết điểm mù của Mn (II) được nghiên cứu. Chúng tôi tiến hành với mẫu chuẩn Mn 5,0ppm. Quy trình thực nghiệm như sau: Hút 0.5ml Mn 5,0ppm thêm 0,5ml Triton X-100 4,0%, 1,0ml NaCl 5,0%, và 1ml đệm pH với pH = 10. Sau đó, thêm những thể tích khác nhau 0,25ml, 0,5ml, 1,0ml, 1,25ml, 1,5ml, 1,75ml, 2,0ml, 2,5ml của dung dịch 8-hydroxyquinoline 5.10-3M. Định mức dung dịch đến 10,0ml và tiến hành như 3.2.1.
45
Bảng 3.6. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ 8-hydroxyquinoline đến hiệu suất chiết
STT 8-hydroxyquinoline 5.10-3M (ml) Hiệu suất chiết (E%)
1 0,25 32,9 2 0,50 62,8 3 1,00 73,2 4 1,25 73,2 5 1,50 73,2 6 1,75 73,2 7 2,00 73,2 8 2,50 73,2
Hình 3.2: Đồ thị ảnh hƣởng của nồng độ 8-hydroxyquinoline vào hiệu suất chiết
Qua hình 3.2 có thể thấy thể tích của 8-hydroxyquinoline 5.10-3M có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất chiết của Mn. Với sự tăng thể tích của 8-hydroxyquinoline 5.10-3M, độ thu hồi tăng dần và đạt cực đại (73,2%) khi thể tích của 8-
46
hydroxyquinoline 5.10-3M là 1,0ml. Hiệu suất chiết Mn tăng khi tăng thể tích 8- hydroxyquinoline là do Mn tạo phức hoàn toàn với thuốc thử và hòa tan trong chất hoạt động bề mặt. Trong các nghiên cứu tiếp theo thể tích của 8-hydroxyquinoline 5.10-3M được lựa chọn là 1ml. .
3.2.3. Khảo sát ảnh hƣởng của chất hoạt động bề mặt Triton X-100
Hàm lượng của Triton X-100 không chỉ ảnh hưởng đến hiệu quả chiết mà còn tăng thế tích pha giàu chất hoạt động bề mặt. Sự ảnh hưởng của lượng TritonX-100 4,0% (w/v) vào chiết điểm mù là được nghiên cứu trong khoảng thể tích 0,12- 2,00ml và giữ nguyên các điều kiện khác. Hút 5,0ml Mn 5,0ppm thêm 1,0ml 8- hydroxyquinoline 5.10-3M, thêm 1,0ml NaCl 5,0%. Sau đó thêm 1,0ml đệm pH với pH = 10. Kết quả khảo sát được chỉ ra ở bảng sau:
Bảng 3.7: Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ Triton X-100 vào hiệu quả chiết
STT TritonX-100 4,0% (ml) Hiệu suất chiết (E%)
1 0,12 74,0 2 0,25 79,4 3 0,50 74,1 4 0,75 56,6 5 1,00 43,6 6 1,25 31,2 7 1,50 28,8 8 2,00 26,0
47
Kết quả thực nghiệm cho thấy hiệu suất chiết tăng dần và chúng đạt giá trị lớn nhất (79,4%) khi sử dụng 0,25 ml Triton X-100. Với thể tích 0,12ml hiệu suất chiết chỉ đạt 74% do lượng chất hoạt động bề mặt không đủ để hòa tan phức. Tuy nhiên