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 khi thể tích chất hoạt động bề mặt lớn hơn 0,25ml hiệu suất lại có xu hướng giảm mạnh và chỉ đạt 26% tương ứng với thể tích Triton X-100 là 2,0ml. Nguyên nhân của sự giảm này là do độ nhớt của pha giàu chất hoạt động bề mặt tăng, dẫn tới làm giảm tốc độ hút mẫu và vì vậy tín hiệu phân tích thấp.
3.2.4. Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ và thời gian ủ
Nhiệt độ và thời gian ủ là hai yếu tố cần thiết để phản ứng xảy ra hoàn toàn và sự phân tách pha dễ dàng và hoàn toàn, hiệu quả làm giàu cao. Để lựa chọn được điều kiện tối ưu với thời gian ủ ngắn nhất và nhiệt độ thấp nhất. Hai yếu tố ảnh hưởng trên được khảo sát trong khoảng 60-100oC và 50-140 phút.
Kết quả đạt được chỉ ra trong các bảng và hình sau:
Bảng 3.8: Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiệt độ tới hiệu suất chiết STT Nhiệt độ (oC) Hiệu suất chiết (E%)
1 70 12,0
2 80 71,2
3 90 81,6
4 100 81,8
48
Bảng 3.9. Ảnh hƣởng của thời gian ủ vào hiệu suất chiết
STT Time ủ (min) Hiệu suất chiết (E%)
1 50 46,0 2 65 52,0 3 80 63,6 4 95 68,8 5 110 78.6 6 125 81,4 7 140 81,0
Hình 3.5: Đồ thị ảnh hƣởng của thời gian ủ vào hiệu suất chiết
Từ hình 3.4 có thể thấy tại nhiệt độ thấp hơn 80oC hiệu suất chiết thấp do nhiệt độ đó dưới nhiệt độ của điểm mù dẫn đến sự phân tách của 2 pha là không hoàn toàn. Tuy nhiên khi nhiệt độ lớn hơn 80oC độ thu hồi tăng dần và đạt giá trị lớn nhất khi nhiệt độ trên 90oC. Do vậy trong các nghiên cứu tiếp theo nhiệt độ phản ứng được giữ ở 90oC.
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian ủ được trình bày trong hình 3.5 cho thấy hiệu suất chiết điểm mù của Mn tăng dần trong khoảng thời gian 50-110 phút, sau đó thay đổi không đáng kể.
Như vậy, nhiệt độ 90oC và thời gian ủ 110 phút là điều kiện tối ưu để quy trình chiết đạt hiệu quả chiết cao.
49
3.2.5. Khảo sát ảnh hƣởng của lực ion
Để khảo sát ảnh hưởng của lực ion, chúng tôi tiến hành với mẫu chuẩn Mn 5,0ppm. Quy trình thực nghiệm như sau: Hút 0.5ml Mn 5,0ppm thêm 1,0ml 8- hydroxyquinoline 5.10-3M thêm 0,5ml Triton X-100 4,0%, và 1ml đệm pH với pH = 10. Sau đó, thêm lần lượt những nồng độ khác nhau 1%, 3%, 5%, 7%, 9% của 1ml dung dịch NaCl. Định mức dung dịch đến 10,0ml và tiến hành như 3.2.1.
Sự tăng hàm lượng chất điện ly sẽ làm tăng nhiệt độ sôi và làm giảm nhiệt độ đông đặc của dung dịch, các kết quả nghiên cứu trước đây cho thấy, sự tăng hàm lượng chất điện ly sẽ làm giảm nhiệt độ điểm mù của chất hoạt động bề mặt do các ion NaCl đã loại nước của nhóm ethoxy trong chất hoạt động bề mặt [28]. Sự tăng nồng độ mixen làm tăng sự hòa tan của chất phân tích dẫn đến hiệu suất chiết được tăng lên. Ảnh hưởng của lực ion vào hiệu suất chiết được đưa ra ở bảng 3.10
Bảng 3.10. Khảo sát ảnh hƣởng của lực ion
STT % NaCl Hiệu suất chiết (E%)
1 1 25,0
2 3 57,0
3 5 81,4
4 7 61,6
5 9 48,5
50
Kết quả trình bày trong hình 3.6 cho thấy hiệu suất chiết tăng dần từ 25,0% đến 81,0% khi tăng nồng độ của dung dịch NaCl từ 1,0% đến 5,0% . Do nồng độ muối làm tăng cường quá trình mất nước của nhóm ethoxy trên bề mặt của mixen, vì vậy làm tăng nồng độ của mixen và khi đó quá trình hòa tan chất phân tích vào mixen nhiều hơn dẫn đến làm tăng hiệu suất chiết. Tuy nhiên khi sử dụng nồng độ NaCl lớn hơn 5,0% lại làm giảm hiệu suất chiết.
Nồng độ tối ưu của chất điện ly NaCl cho hiệu quả chiết cao nhất là 1,0ml NaCl 5,0% (w/v).
3.2.6. Ảnh hƣởng của thời gian ly tâm
Thời gian ly tâm là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất chiết điểm mù. Sự tách pha sẽ không được hoàn toàn nếu thời gian ly tâm quá ngắn. Do đó, chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của thời gian ly tâm trong khoảng 2-15 phút với tốc độ ly tâm 3000 vòng/phút
Kết quả khảo sát là được chỉ ra ở bảng 3.11.
Bảng 3.11. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của thời gian ly tâm STT Time ly tâm (min) Hiệu suất chiết (E%)
1 2 32,5 2 4 41,0 3 6 56,4 4 8 82,4 5 10 84,0 6 15 82,0
51
Hình 3.7: Đồ thị khảo sát ảnh hƣởng của thời gian ly tâm
Kết quả bảng 3.11 và hình 3.7 cho thấy hiệu suất chiết tăng dần khi tăng thời gian ly tâm và đạt giá trị cao nhất 84% tương ứng với thời gian 10 phút. Sau khi ly tâm 15 phút hiệu suất chiết có sự giảm nhẹ xuống 82%. Như vậy, thời gian ly tâm tối ưu được lựa chọn là 10 phút.
Bảng 3.12: Bảng tóm tắt các điều kiện tối ƣu của quy trình chiết điểm mù.
STT Các điều kiện tối ƣu Đơn vị Thông số Ghi chú
1 pH 10,0
2 Nồng độ 8-hydroxyquinoline 5.10-3M ml 1,0
3 Triton X-100 4,0% ml 0,25
4 Nhiệt độ ủ oC 90