1.3.2.1. Phương pháp cực phổ [10]
Nguyên tắc: Ngƣời tat hay đổi liên tục và tuyến tính điện áp đặt vào 2 cực
để khử các ion kim loại, do mỗi kim loại có thế khử khác nhau. Thông qua chiều cao của đƣờng cong Von-Ampe có thể định lƣợng đƣợc ion kim loại trong dung dịch ghi cực phổ. Vì dòng giới hạn Igh ở các điều kiện xác định tỉ lệ thuận với nồng độ ion trong dung dịch ghi cực phổ theo phƣơng trình:
I = k.C
Ưu điểm: Phƣơng pháp này cho phép xác định cả chất vô cơ và hữu cơ với
nồng độ 10-5 – 10-6
M tùy thuộc vào cƣờng độ và độ lặp lại của dòng dƣ. Sai số của phƣơng pháp này thƣờng là 2 ÷ 3% với nồng độ 10-4 ÷ 10-3.
Nhược điểm: Độ nhạy bị hạn chế bởi ảnh hƣởng của dòng tụ điện, dòng
cực đại, của oxi hòa tan, bề mặt điện cực….
1.3.2.2. Phương pháp Von- Ampe hòa tan[10]
Nguyên tắc: Về bản chất, phƣơng pháp Von-Ampe hòa tan cũng giống
nhƣ phƣơng pháp cực phổ là dựa trên việc đo cƣờng độ dòng để xác định nồng độ các chất trong dung dịch. phƣơng pháp Von-Ampe hòa tan gồm hai bƣớc:
Bước 1: Điện phân làm giàu chất cần phân tích trên bề mặt điện cực làm việc, trong khoảng thời gian xác định, tại thế điện cực xác định.
Bước 2: Hòa tan kết tủa đã đƣợc làm giàu bằng cách phân cực ngƣợc điện cực lầm việc, đo và ghi dòng hòa tan. Trên đƣờng Von- Ampe hòa tan cho peak của nguyên tố cần phân tích.
Ưu điểm: Xác định đƣợc cả những chất không bị khử trên điện cực với độ
nhạy khá cao 10-6 – 10-8 M.
Nhược điểm: độ nhạy bị hạn chế bởi dòng dƣ, nhiều yếu tố bị ảnh hƣởng
của điện cực chỉ thị, chất nền….
1.3.2.3. Phương pháp trắc quang
Nguyên tắc: Dựa trên việc đo độ hấp thụ ánh sáng của một dung dịch phức tạo thành giữa ion cần xác định với một thuốc thử hữu cơ hoặc vô cơ trong môi trƣờng thích hợp khi đƣợc chiếu bởi chùm sáng. Phƣơng pháp định lƣợng theo phƣơng trình cơ bản: A = ε.l.C
Trong đó: A: độ hấp thụ quang của chất ε: hệ số hấp thụ mol (l.mol-1
.cm-1) l: bề dày lớp dung dịch (cm) C: nồng độ dung dịch (mol/l)
Phƣơng pháp trắc quang đã đƣợc sử dụng lâu đời để phân tích các kim loại nặng trong các đối tƣợng thực phẩm và môi trƣờng. Có rất nhiều các thuốc thử vô cơ cũng nhƣ hữu cơ đƣợc sử dụng để xác định các ion kim loại nặng nhƣ PAR, MEDTA, Oxazolin v.v…[41], [38], [35], [31].
Ưu điểm: Phƣơng pháp trắc quang phân tử nói chung đặc biệt là chiết trắc
quang phức màu chelat đaligan có độ nhạy, độ ổn định, độ chính xác cao, xác định nồng độ của chất ở khoảng 10-5
Nhược điểm: Không chọn lọc, một thuốc thử có thể tạo nhiều phức với
nhiều ion.
1.3.2.4. Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử (AES) và huỳnh quang nguyên tử (AFS) [16]
Nguyên tắc: Ở điều kiện bình thƣờng, nguyên tử không thu hay phát xạ
năng lƣợng, nhƣng nếu bị kích thích thì các electron sẽ nhận năng lƣợng chuyển lên trạng thái có năng lƣợng cao hơn. Trạng thái này không bền, chúng có xu hƣớng giải phóng năng lƣợng để trở về trạng thái bền vững dƣới dạng các bức xạ. Các bức xạ này gọi là phổ phát xạ nguyên tử. Một số nguồn năng lƣợng thƣờng dùng để kích thích phổ AES nhƣ: ngọn lửa đèn khí, hồ quang điện, tia lửa điện.
Ưu điểm: Phƣơng pháp AES có độ nhạy thƣờng từ n.10-3 đến n.10-4%, ít tốn mẫu, có thể phân tích đồng thời nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu, phân tích đƣợc lƣợng vết kim loại trong nƣớc, thực phẩm, lƣơng thực. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nhược điểm: Phƣơng pháp này chỉ cho biết thành phần nguyên tố trong
mẫu mà không chỉ ra đƣợc trạng thái liên kết của nó trong mẫu.
Phƣơng pháp AFS: phƣơng pháp có độ nhạy cao nhƣng phạm vi ứng dụng bị hạn chế bởi số chất có tính chất phát huỳnh quang là rất ít. Đặc biệt các chất vô cơ ( các kim loại) phải chuyển thành hợp chất phức chelat đaligan mới hi vọng có tính chất phát huỳnh quang.
Kết luận: Mỗi phƣơng pháp phân tích đều có ƣu nhƣợc điểm riêng. Tuy
nhiên thực tế cho thấy phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS có nhiều ƣu việt nhƣ: có độ nhạy, độ chính xác cao, lƣợng mẫu tiêu thụ ít và có ƣu điểm nổi bật rất thuận lợi cho việc xác định chính xác vết kim loại và các hợp chất độc hại trong nhiều đối tƣợng khác nhau, phân tích hàng loạt mẫu với thời gian ngắn các
kết quả rất ổn định với sai số nhỏ (không quá 15%) với vùng nồng độ cỡ 1- 2ppm…. Chính vì vậy phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS đƣợc coi nhƣ là phƣơng pháp chuẩn để phân tích lƣợng vết các kim loại trong các đối tƣợng phân tích.
1.3.2.5. Phương pháp ICP-MS [40]
Nguyên tắc: ICP-MS là kỹ thuật phân tích các nguyên tố vô cơ, dựa trên
nguyên tắc tách các hạt tích điện theo tỷ số khối lƣợng/điện tích của chúng (m/z) ICP - Plasma cảm ứng cao tần: nguồn nhiệt cao cung cấp ion (+) MS - thiết bị đo phổ khối:
Máy quét phổ 4 tứ cực
Dãy phổ đo: quét khối từ 7 - 250 amu (khoảng 70 nguyên tố)
Tách tất cả các nguyên tố theo tuần tự nhanh chóng, đô chọn lọc cao Đo các ion với đầu dò rất nhạy (ppt - ppm). Có thể phân tích các đồng vị và tỷ lệ của chúng
Có khả năng phân tích bán định lƣợng do có sẵn phổ chuẩn
Khi kết nối với LC, hệ thống LC-ICP-MS có thể phân tích đƣợc các hợp chất hữu cơ kim loại. Mẫu đƣợc ion hóa thành ion (+) trong nguồn Plasma nhiệt độ cao. Sau đó dòng ion này đƣợc hƣớng đi vào thiết bị tách ion (+), loại bỏ phần lớn các phần tử trung hòa. và các photon.
Dòng ion tiếp tục đƣợc hƣớng vào thiệt bị tách các ion cản trở - ion đa nguyên tử (polyatomic) bằng cơ chế va đập suy giảm năng lƣợng. Các ion còn lại sẽ di chuyển tiếp vào bộ phân tách khối theo m/z, tách khối từ 2 - 250 amu và các khối này đƣợc ghi nhận lại bởi detector gồm các điot quang.
Ưu điểm: + Phổ đơn giản, dễ giải và dễ tách các nhiểu ảnh hƣởng lẫn nhau
+ Phát hiện đƣợc hầu hết các nguyên tố trong bảng hệ thống tuần hoàn và có thể đo đƣợc nhiều nguyên tố cùng một lúc cho kết quả rất nhanh chóng và ít tốn mẫu.
+ ICP-MS có thể xác định, định lƣợng vết nhiều nguyên tố đặc biệt là xác định lƣợng vết các nguyên tố đất hiếm trong nhiều đối tƣợng mẫu khác nhau.
+ Giới hạn phát hiện của hệ thống ICP-MS rất cao, có độ thu hồi từ 95% đến 100% tùy thuộc vào từng nguyên tố.
+ Phổ ICP-MS ít vạch phổ nên có độ chọn lọc cao, ảnh hƣởng của thành nền hầu nhƣ ít xuất hiện, hoặc có thì cũng ở mức độ nhỏ và dễ loại trừ.
Nhược điểm: + Thiết bị ICP-MS rất đắt, và rất khó bảo trì khi hƣ hỏng.
+ Những ion sinh ra trong quá trình có cùng số khối/điện tích m/z với những ion quan tâm. Việc loại bỏ những ion này bằng việc sử dụng khoang trong đó khí phản ứng với ion nhiễu hoặc khí không phản ứng với ion nhiễu đƣợc đƣa vào khoang, để va chạm làm giảm động năng của ion nhiễu hoặc trung hòa ion nhiễu làm cho chúng không tới tứ cực tiếp theo để phân loại.
1.4. PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ MẪU ĐỂ XÁC ĐỊNH KIM LOẠI [4], [11], [22] [22]
Để xác định hàm lƣợng Na, K, Ca, Fe trong xoài, trƣớc hết ta phải tiến hành xử lý mẫu nhằm chuyển các nguyên tố cần xác định có trong mẫu từ trạng thái ban đầu (dạng rắn) về dạng dung dịch. Đây là công việc rất quan trọng vì nó có thể dẫn đến những sai lệch trong kết quả phân tích do sự nhiễm bẩn mẫu hay làm mất chất phân tích nếu thực hiện không đúng phƣơng pháp. Hiện nay có rất nhiều kĩ thuật xử lý mẫu phân tích bằng axit nhƣ: kỹ thuật xử lý ƣớt, kỹ thuật xử lý khô hay kỹ thuật xử lý khô ƣớt kết hợp.
1.4.1. Phƣơng pháp xử lý ƣớt
Nguyên tắc: Dùng axit đặc có tính oxi hoá mạnh (HNO3, HClO4…), hay hỗn hợp các axit và một chất oxi hoá mạnh (HNO3 + HClO4) hoặc hỗn hợp một axit mạnh và một chất oxi hoá ( HNO3 + H2O2)… để phân huỷ hết chất hữu cơ và chuyển các kim loại ở dạng hữu cơ về dạng các ion trong dung dịch muối vô cơ. Việc phân huỷ có thể thực hiện trong hệ đóng kín (áp suất cao), hay trong hệ mở ( áp suất thƣờng). Lƣợng axit phải dùng từ 10-15 lần lƣợng mẫu, tuỳ thuộc mỗi loại mẫu và cấu trúc vật lý hoá học của nó. Thời gian phân huỷ trong các hệ hở, bình Kendal, ống nghiệm, cốc…, thƣờng từ vài giờ đến hàng chục giờ, cũng tuỳ loại mẫu, bản chất của các chất, còn nếu trong lò vi sóng hệ kín thì cần vài chục phút. Thƣờng khi phân huỷ xong phải đuổi hết axit dƣ trƣớc khi định mức và tiến hành đo phổ.
Ưu điểm và nhược điểm:
+ Không bị mất các chất phân tích, nhất là trong lò vi sóng.
+ Nếu xử lý trong các hệ hở thì thời gian phân huỷ mẫu rất dài, tốn nhiều axit đặc tinh khiết cao, dễ bị nhiễm bẩn do môi trƣờng hay axit dùng và phải đuổi axit dƣ lâu nên dễ bị nhiễm bụi bẩn vào mẫu.
1.4.2. Phƣơng pháp xử lý khô (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nguyên tắc: Đối với các mẫu hữu cơ trƣớc hết phải đƣợc xay hay nghiền
thành bột, vữa hay thể huyền phù. Sau đó dùng nhiệt để tro hoá mẫu, đốt cháy chất hữu cơ và đƣa các kim loại về dạng oxit hay muối của chúng. Cụ thể là: Cân một lƣợng mẫu nhất định (5-10 gam) vào chén nung. Nung chất mẫu ở một nhiệt độ thích hợp, để đốt cháy hết các chất hữu cơ của mẫu, và lấy bã vô cơ còn lại của mẫu là các oxit, các muối,… Sau đó hoà tan bã thu đƣợc này trong axit vô cơ, nhƣ HCl(1/1), HNO3(1/2),…để chuyển các kim loại về dạng các ion trong
dung dịch. Nhiệt độ tro hoá các chất hữu cơ thƣờng đƣợc chọn trong vùng từ 40000C -50000C, nó tuỳ theo mỗi loại mẫu và chất cần phân tích
Ưu điểm và nhược điểm:
+ Tro hoá triệt để mẫu, hết các chất hữu cơ
+ Đơn giản, dễ thực hiện, quá trình xử lý không lâu nhƣ phƣơng pháp ƣớt + Không tốn nhiều axit tinh khiết cao và không có axit dƣ
+ Hạn chế đƣợc sự nhiễm bẩn do dùng ít hoá chất + Mẫu dung dịch thu đƣợc sẽ sạch và trong
+ Hay bị mất một số nguyên tố nhƣ Cd, Pb, Zn…nêu không dùng chất bảo vệ và chất chảy.
1.4.3. Phƣơng pháp xử lý khô- ƣớt kết hợp
Nguyên tắc: Mẫu đƣợc phân hủy trong chén hoặc cốc nung. Trƣớc tiên
ngƣời ta thực hiện xử lý ƣớt sơ bộ bằng một lƣợng nhỏ axit và chất phụ gia, để phá vỡ sơ bộ cấu trúc ban đầu của các hợp chất mẫu và tạo điều kiện giữ một số nguyên tố có thể bay hơi khi nung. Sau đó mâu nung ở nhiệt độ thích hợp. Vì thế lƣợng axit dùng để xử lý thƣờng chỉ bằng ¼ hay 1/5 lƣợng cần dùng cho xử lý ƣớt. Sau đó nung sẽ nhanh hơn và quá trình xử lý sẽ triệt để hơn xử lý ƣớt, đồng thời lại hạn chế đƣợc sự mất của một số kim loại khi nung. Do đó đã tận dụng đƣợc ƣu điểm của cả hai kỹ thuật xử lý ƣớt và xử lý khô, nhất là giảm bớt đƣợc các hóa chất khi xử lý ƣớt, sau đó hòa tan mẫu sẽ thu đƣợc dung dịch mẫu trong, vì không còn các chất hữu cơ và sạch hơn tro hóa ƣớt bình thƣờng.
Ưu điểm và nhược điểm:
+ Hạn chế đƣợc sự mất của một số chất phân tích dễ bay hơi, sự tro hóa triệt để, sau khi hòa tan tro còn lại có dung dịch mẫu trong.
+ Không phải dùng nhiều axit tinh khiết cao tốn kém, thời gian xử lý nhanh hơn tro hóa ƣớt, không phải đuổi axit dƣ lâu, nên hạn chế đƣợc sự nhiễm bẩn, phù hợp cho nhiều mẫu khác nhau để xác định kim loại .v.v.
+ Không cần trang thiết bị phức tạp, hiện đại, dắt tiền.
Cách này đƣợc ứng dụng chủ yếu để xữ lý mẫu phân tích các nguyên tố kim loại và một số anion vô cơ nhƣ Cl , Br , SO , PO ...- - 2-4 3-4 trong các loại mẫu sinh học, môi trƣờng, mẫu hữu cơ, vô cơ. Cách xữ lý này không dùng đƣợc cho xác định các chất hữu cơ. Trong các phòng thí nghiệm bình thƣờng, không trang thiết bị lò vi sóng thì cách xữ lý này vẫn là phƣơng pháp thích hợp, đơn giản mà vẫn đảm bảo đƣợc kết quả chính xác cao.
CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP VÀ KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 2.1. DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU
2.1.1. Dụng cụ
Các dụng cụ thủy tinh đo thể tích nhƣ bình định mức (100ml, 50ml, 25ml, 10ml), pipet, micropipet, buret, microburet, cốc thủy tinh, phiễu chiết, máy xay, bếp từ, chai nhựa PE sạch đều đƣợc ngâm kĩ bằng hỗn hợp sunfocromic, tráng rửa bằng nƣớc cất một lần và hai lần.
2.1.2. Thiết bị
- Máy hấp thụ nguyên tử AAS hãng AA-6300 Shimadzu
Hình 2.1: Máy hấp thụ nguyên tử AAS hãng AA-6300 Shimadzu
- Cân phân tích hãng Shimadzu độ chính xác ±0,1mg - Tủ sấy chân không.
- Hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS.
2.2. HÓA CHẤT 2.2.1. Hóa chất 2.2.1. Hóa chất
Do yêu cầu nghiêm ngặt của phép đo nên nƣớc cất, hóa chất phải có độ tinh khiết cao, trong quá trình nghiên cứu chúng tôi đã dùng các hóa chất sau:
- Axit đậm đặc HNO3 65%, HNO3 2%, H2O2 0,01%, HCl 37%, H2SO4 98% hãng Merck – Đức.
- Dung dịch chuẩn Na+, K+, Ca2+, Fe3+ 1000ppm hãng Merck – Đức.
2.2.2.Phƣơng pháp chuẩn bị hóa chất.
Tất cả các thuốc thử phải là loại tinh khiết để phân tích sao cho việc sử dụng chúng không ảnh hƣởng đến độ chính xác của phép thử. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Sử dụng nƣớc đã khử ion hoặc nƣớc cất có nồng độ kim loại cần xác định nhỏ đến mức không thể phát hiện khi phân tích bằng phép thử trắng.
- Axit nitric, axit sulfuric, axit clohydric đậm đặc,…
- Từ dung dịch chuẩn Ca2+, Fe3+ 1000ppm, pha thành các dung dịch có nồng độ 0,1ppm, 05ppm, 1ppm, 1,5ppm, 2ppm.
- Từ dung dịch chuẩn Na+ 1000ppm, pha thành dung dịch có nồng độ 1ppm, 2ppm, 3ppm, 4ppm, 5ppm.
- Từ dung dịch chuẩn K+ 1000ppm, pha thành dung dịch có nồng độ 1ppm, 5ppm, 10ppm, 15ppm, 20ppm.
2.3. CÁCH TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM [4], [22] 2.3.1. Lấy mẫu 2.3.1. Lấy mẫu
Mẫu phân tích: xoài cát Hòa Lộc, xoài cát Chu. Mẫu phân tích đƣợc lấy từ các vƣờn xoài của 3 xã đƣợc chọn lấy mẫu là: Mỹ Thọ, Mỹ Hội, Phong Mỹ huyện Cao Lãnh – tỉnh Đồng Tháp. Mẫu đƣợc lấy đại diện theo hình chữ Z, trộn, lấy trung bình. Lấy mẫu vào ngày 09 tháng 06 năm 2014 tổng cộng có 12 mẫu, các mẫu sau khi lấy đƣợc ghi kèm theo các thông tin về vị trí lấy mẫu, thời gian và loại mẫu. Vị trí lấy mẫu xoài đƣợc đƣa ra ở bảng 2.1.
Mẫu đƣợc kí hiệu: MT: Thị trấn Mỹ Thọ; PM: xã Phong Mỹ;
Bảng 2.1: Địa điểm và thời gian lấy mẫu
STT Loại xoài Địa điểm lấy mẫu Thời gian
1 Hòa Lộc Thị trấn Mỹ Thọ- huyện Cao Lãnh- tỉnh Đồng Tháp
7 giờ 30 phút Ngày 06/9/2014 2 Hòa Lộc Thị trấn Mỹ Thọ- huyện Cao Lãnh-
tỉnh Đồng Tháp
7 giờ 30 phút Ngày 06/9/2014 3 Hòa Lộc Thị trấn Mỹ Thọ- huyện Cao Lãnh-
tỉnh Đồng Tháp
7 giờ 30 phút Ngày 06/9/2014 4 Hòa Lộc Xã Phong Mỹ- huyện Cao Lãnh- tỉnh
Đồng Tháp
10 giờ 30 phút Ngày 06/9/2014