Để xác định nồng độ (hàm lƣợng) của một số nguyên tố trong mẫu phân tích trong phép đo AAS ngƣời ta thƣờng sử dụng một số phƣơng pháp sau: phƣơng pháp đƣờng chuẩn, phƣơng pháp thêm chuẩn, phƣơng pháp một mẫu chuẩn, phƣơng pháp đồ thị không đổi.
Tuy nhiên trong phạm vi luận văn này, tôi chỉ tiến hành xác định hàm lƣợng các kim loại bằng phƣơng pháp đƣờng chuẩn vì phƣơng pháp này đơn giản, dễ thực hiện và phù hợp với điều kiện thực tế.
Nguyên tắc củ phương pháp: là dựa vào phƣơng trình cơ bản của phép
đo A = K.C và một dãy mẫu đầu để dựng một đƣờng chuẩn và sau đó nhờ đƣờng chuẩn này và giá trị Ai để xác định nồng độ Ci của nguyên tố cần phân tích trong mẫu đo phổ, rồi từ đó tính đƣợc nồng độ của nó trong mẫu phân tích.
CHƢƠNG 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. KHẢO SÁT ĐIỀU KIỆN TỐI ƢU ĐỂ ĐO PHỔ
3.1.1. Khảo sát chọn vạch đo phổ [10], [16]
Mỗi một nguyên tử của một nguyên tố hóa học chỉ có thể hấp thụ những bức xạ mà chính nó có thể phát ra trong quá trình phát xạ. 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. Nhƣ vậy đối với một nguyên tố các vạch phổ khác nhau sẽ có độ nhạy khác nhau, đồng thời với mỗi vạch này có thể có rất nhiều nguyên tố khác trong mẫu có những vạch phổ gần với vạch phổ này chúng có thể chen lấn hay gây nhiễu tới vạch phổ của nguyên tố phân tích làm cho việc đo cƣờng độ vạch phân tích là khó khăn và thiếu chính xác. Vì mục đích xác định Na, K, Ca, Fe trong mẫu xoài nên chúng tôi tiến hành khảo sát để tìm ra vạch phổ có độ nhạy cao và hạn chế đƣợc ảnh hƣởng của các nguyên tố có vạch phổ lân cận.
Tiến hành khảo sát đối với dung dịch chuẩn Na 2ppm, K 5ppm, Ca 2ppm, Fe 2ppm trong 10ml HNO3 2% và HCl 1% đối với vạch phổ đặc trƣng đƣợc chọn tự động, kết quả cho thấy vạch phổ tối ƣu đối với Na là 589 nm, K là 766,5 nm, Ca là 422,7 nm, Fe là 248,3 nm. Chúng tôi xác định độ ổn định của kết quả đo cƣờng độ vạch phổ này thu đƣợc kết quả ghi trình bày ở bảng 3.1
Bảng 3.1: Kết quả khảo sát vạch đo của các kim loại
Kim loại λ (nm) Abs-lần 1 Abs-lần 2 Abs-lần 3 Trung bình % RSD
Na 589 0,1504 0,1536 0,1511 0,1517 1,1089
K 766,5 0,1026 0,1012 0,1034 0,1024 1,0874 Ca 422,7 0,0528 0,0518 0,0517 0,0521 1,1675 Fe 248,3 0,0786 0,0769 0,0767 0,0774 1,3488
Nhận xét: Qua kết quả khảo sát cũng nhƣ dựa vào các tài liệu tham khảo
và yêu cầu xác định vi lƣợng các nguyên tố ta thấy, tại vạch phổ 589 nm đối với Na; 766,5 nm đối với K; 422,7 nm đối với Ca và 248,3nm đối với Fe cho kết quả tin cậy với hệ số cho phép đo (%RSD ≤ 1,3488). Các nghiên cứu tiếp theo chúng tôi sử dụng các vạch phổ này.
3.1.2. Khảo sát cƣờng độ đèn catot rỗng (HCL)
Đèn catot rỗng (HCL) có nhiệm vụ chỉ phát ra những tia phát xạ nhạy của nguyên tố phân tích. Cƣờng độ làm việc của đèn có liên quan chặt chẽ tới cƣờng độ hấp thụ của vạch. Thông thƣờng, chỉ nên dùng đèn catot rỗng với cƣờng độ nằm trong khoảng 60 – 80 % cƣờng độ cực đại (Imax) ghi trên vỏ đèn. Không nên đặt đèn ở cƣờng độ cực đại vì ở giá trị đó đèn làm việc không ổn định, độ nhạy cũng nhƣ độ lặp lại kém và rất dễ hỏng đèn.
Theo chƣơng trình tự động của máy cƣờng độ đèn đƣợc sử dụng nhƣ sau: Ca với I = 10mA; Fe với I = 12mA. Vì tại các cƣờng độ đèn này sẽ cho vạch phổ vừa cao vừa ổn định tức sai số sẽ rất nhỏ, các nghiên cứu tiếp theo chúng tôi sử dụng các giá trị cƣờng độ này.
3.1.3. Chọn khe đo
Theo nguyên tắc hoạt động của hệ thống đơn sắc trong máy hấp thụ nguyên tử, chùm tia phát xạ cộng hƣởng của các nguyên tố cần nghiên cứu đƣợc phát ra từ đèn catot rỗng, sau khi đi qua môi trƣờng hấp thụ, sẽ đƣợc hƣớng vào khe đo của máy, đƣợc trực chuẩn phân ly và sau đó chỉ một vạch phổ cần đƣợc chọn vào khe đo tác dụng lên nhân quang điện để phát hiện và xác định cƣờng độ vạch phổ, có độ lặp lại cao và lấy đƣợc hết độ rộng của vạch phổ.
Qua tài liệu tham khảo của máy AA-6300 Shimazu, khe đo phù hợp để cho tín hiệu phổ ổn định nhất của các kim loại lần lƣợt là: 0.2 nm đối với Na; 0.7
nm đối với K; 0.7 nm đối với Ca; 0.2 nm đối với Fe. Ở điều kiện này, 100% diện tích pic của vạch phổ nàm trong khe đo. Các nghiên cứu tiếp theo chúng tôi sử dụng độ rộng khe đo đã chọn.
3.1.4. khảo sát loại khí đốt và tốc độ dẫn khí trong phép đo F-AAS
Trong phép đo F-AAS, nhiệt độ của ngọn lửa là yếu tố quyết định quá trình hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu. Nhiệt độ ngọn lửa đèn khí lại phụ thuộc nhiều vào bản chất và thành phần của các chất khí đốt cháy tạo ra ngọn lửa. điều đó có ý nghĩa là với mỗi khí đốt sẽ cho ngọn lửa có nhiệt độ khác nhau. Hai loại hỗn hợp khí đã và đang sử dụng phổ biến trong phép đo F-AAS là hỗn hợp (axetilen- không khí nén) và hỗn hợp ( khí N2O- axetilen ).
Na, K, Ca, Fe thƣờng đƣợc nguyên tử hóa ở nhiệt độ khoảng 23000 C – 24500C nên dùng hỗn hợp không khí nén và axetilen là thích hợp nhất và tốc độ dẫn khí đƣợc tự động hóa trong phép đo là 2 lít/phút.
3.2. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN PHÉP ĐO F-AAS [16]
Trong phép đo phổ hấp thụ nguyên tử F-AAS có rất nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình đo, nhƣng đặc biệt các yếu tố hóa học rất đa dạng và phức tạp. Sau đây là các yếu tố hóa học ảnh hƣởng đến phép đo AAS.
3.2.1. Khảo sát ảnh hƣởng của các loại axit
Trong phép đo phổ AAS, mẫu đo ở dạng dung dịch trong môi trƣờng axit. Nồng độ axit trong dung dịch luôn ảnh hƣởng đến cƣờng độ vạch phổ của các nguyên tố cần phân tích thông qua tốc độ dẫn mẫu, khả năng hóa hơi nguyên tử hóa các chất mẫu.
Nói chung các loại axit dễ bay hơi gây ảnh hƣởng nhỏ, các axit khó bay hơi gây ảnh hƣởng lớn. Các axit làm giảm cƣờng độ của vạch phổ của nguyên tố cần phân tích theo thứ tự : HClO4 < HCl < HNO3 < H2SO4 < H3PO4 < HF. Nghĩa
là axit HClO4, HCl và HNO3 gây ảnh hƣởng nhỏ nhất trong vùng nồng độ nhỏ. Chính vì vậy trong thực tế phân tích của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) ngƣời ta thƣờng dùng HCl hoặc HNO3 và trong luận văn này chúng tôi dùng HNO3 2%.
3.2.2. Ảnh hƣởng của các cation và anion trong mẫu
Trong mẫu phân tích, ngoài các ion cần phân tích còn có rất nhiều các cation và anion khác, các ion này có thể gây ra các hiệu ứng phức tạp đối với cƣờng độ vạch phổ của nguyên tố cần phân tích. Do điều kiện thời gian có hạn nên trong quá trình nghiên cứu tôi chƣa thực hiện đƣợc khảo sát sự ảnh hƣởng của các ion khác đến ion cần phân tích.
3.3. PHƢƠNG PHÁP ĐƢỜNG CHUẨN CỦ PHÉP ĐO S 3.3.1. Khảo sát xác định khoảng tuyến tính
Trong phép đo phổ hấp thụ nguyên tử tín hiệu hấp thu của vạch phổ phụ thuộc vào nồng độ của nguyên tố phân tích và đƣợc xác định theo phƣơng trình sau:
Aλ = K. Cb
Trong đó: Aλ: độ hấp thụ
K: hằng số thực nghiệm
C: nồng độ của nguyên tố trong mẫu đo phổ b: hằng số bản chất (0 < b ≤ 1)
Trong một khoảng nồng độ nhất định thì b = 1, mối quan hệ của A và C là tuyến tính A = f (C). Do đó để xác định hàm lƣợng Na, K, Ca, Fe chúng ta phải tìm đƣợc khoảng nồng độ tuyến tính của phép đo để xây dựng đƣờng chuẩn.
Để xác định khoảng tuyến tính của Na, K, Ca, Fe chúng tôi tiến hành pha dung dịch chuẩn của các kim loại ở các nồng độ khác nhau trong nền HNO3 và
HCl. Sau đó đo cƣờng độ vạch phổ trong các điều kiện đã chọn, mỗi nồng độ đƣợc đo 3 lần lấy giá trị trung bình, kết quả thu đƣợc ghi ở bảng 3.2 đến bảng 3.5 và các hình 3.1 đến hình 3.4
Bảng 3.2: Khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Na
Nồng độ (ppm) Abs-Na 1 2 3 4 5 Lần 1 0,0725 0,1582 0,2416 0,3229 0,4064 Lần 2 0,0728 0,1505 0,2397 0,3162 0,4116 Lần 3 0,0704 0,1464 0,2495 0,3164 0,4175 Trung bình 0,0719 0,1517 0,2436 0,3185 0,4095 %RSD 4,9506 3,9491 2,1334 1,1968 1,3562
Hình 3.1: Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính ứng dụng xác định Na.
Qua đồ thị khảo sát ta thấy khoảng tuyến tính của Na từ 1 ÷ 5 (ppm). 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0 1 2 3 4 5 6 Abs Conc-Na (ppm)
Bảng 3.3: Khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của K Nồng độ (ppm) Abs-K 1 5 10 15 20 Lần 1 0,0178 0,1029 0,2314 0,3534 0,4951 Lần 2 0,0166 0,0986 0,2236 0,3596 0,5013 Lần 3 0,0172 0,1057 0,2206 0,3637 0,4871 Trung bình 0,0172 0,1024 0,2252 0,3589 0,4945 %RSD 3,4884 3,4925 2,4756 1,4448 1,4396
Hình 3.2: Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính ứng dụng xác định K
Qua đồ thị khảo sát ta thấy khoảng tuyến tính của K từ 1 ÷ 20 (ppm) 0.0000 0.1000 0.2000 0.3000 0.4000 0.5000 0.6000 0 5 10 15 20 25 Abs Conc- K (ppm)
Bảng 3.4: Khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Ca Nồng độ (ppm) Abs-Ca 0,1 0,5 1 1,5 2 Lần 1 0,0039 0,0152 0,0268 0,0413 0,0526 Lần 2 0,0043 0,0142 0,0283 0,0396 0,0514 Lần 3 0,0044 0,0147 0,0274 0,0403 0,0529 Trung bình 0,0042 0,0147 0,0275 0,0404 0,0523 %RSD 6,2994 3,4013 2,7453 2,1148 1,5176
Hình 3.3: Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính ứng dụng xác định Ca
Qua đồ thị khảo sát ta thấy khoảng tuyến tính của Ca từ 0,1 ÷ 2 (ppm) 0.0000 0.0100 0.0200 0.0300 0.0400 0.0500 0.0600 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Abs Conc- Ca (ppm)
Bảng 3.5: Khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Fe Nồng độ (ppm) Abs-Fe 0,1 0,5 1 1,5 2 Lần 1 0,0064 0,0198 0,0416 0,0586 0,0786 Lần 2 0,0071 0,0221 0,0395 0,0605 0,0765 Lần 3 0,0069 0,0211 0,0413 0,0603 0,0771 Trung bình 0,0068 0,021 0,0408 0,0598 0,0774 %RSD 5,3023 5,4917 2,7838 1,7459 1,3975
Hình 3.4: Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính ứng dụng xác định Fe.
Qua đồ thị khảo sát ta thấy khoảng tuyến tính của Fe từ 0,1 ÷ 2 (ppm).
Nhận xét: Qua kết quả đo độ hấp thụ của các mẫu chuẩn ta thấy:
+ Sai số tƣơng đối (%RSD) của phép đo Na, K, Ca, Fe đều nhỏ và nằm trong vùng cho phép ( ≤10%). 0.0000 0.0100 0.0200 0.0300 0.0400 0.0500 0.0600 0.0700 0.0800 0.0900 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Abs Conc-Fe (ppm)
+ Các nồng độ đƣợc khảo sát nằm trong vùng tuyến tính đã đƣợc chọn là: 1 ÷ 5 ppm đối với Na; 1 ÷ 20 ppm đối với K; 0,1 ÷ 2 ppm đối với Ca; 0,1 ÷ 2 ppm đối với Fe.
3.3.2. Xây dựng đƣờng chuẩn, xác định giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lƣợng (LOQ) của Na, K, Ca, Fe [20] giới hạn định lƣợng (LOQ) của Na, K, Ca, Fe [20]
Xây dựng đƣờng chuẩn
Từ kết quả và sử dụng phần mềm origin 7.5 để xây dựng đƣờng chuẩn: Phƣơng trình đƣờng chuẩn: y = Ax + B
Trong đó: y: là độ hấp thụ của chất i
x: là nồng độ của chất i trong mẫu phƣơng trình hồi quy đầy đủ có dạng:
Ai = (A ± ΔA).Ci + (B ± ΔB) Trong đó: Ai : độ hấp thụ
Ci: là nồng độ i
ΔA = t(0,95;4).SA ΔB = t(0,95;4).SB Tra bảng giá trị t(0,95;4) = 2,776
Giới hạn phát hiện ( LOD)
Giới hạn phát hiện là nồng độ mà tại đó giá trị xác định đƣợc lớn hơn độ không đảm bảo đo của phƣơng pháp. Đây là nồng độ thấp nhất của chất phân tích trong mẫu có thể phát hiện đƣợc nhƣng chƣa thể định lƣợng đƣợc.
Có thể xác định giới hạn phát hiện dựa vào độ dốc của đƣờng chuẩn và độ lệch chuẩn của tín hiệu đo, dựa vào công thức:
2 i tb C -C S = n-1 y SD LOD = 3. a
Trong đó: Sy: là độ lệch chuẩn của tín hiệu
Ci: nồng độ của lần đo thứ i
Ctb: nồng độ trung bình
a: là độ dốc của đƣờng chuẩn
Giới hạn định lƣợng (LOQ)
Giới hạn định lƣợng (LOQ) là nồng độ tối thiểu của một chất có trong mẫu thử mà ta có thể định lƣợng bằng phƣơng pháp khảo sát và cho kết quả có độ chụm mong muốn và đạt độ tin cây ≥ 95%.
Có thể xác định giới hạn định lƣợng dựa vào phƣơng trình đƣờng chuẩn: SD
LOD = 10. a
3.3.2.1. Nguyên tố natri
Xây dựng đường chuẩn của Na
Sử dụng phẩn mềm origin 7.5 để xây dựng đƣờng chuẩn của Na thu đƣợc kết quả nhƣ hình 3.5.
Hình 3.5: Đồ thị đƣờng chuẩn của Na
Từ phƣơng trình đƣờng chuẩn của Na: y = Ax + B ta có các thông số: y = 0,0842x - 0,01368 R² = 0,99962 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 1 2 3 4 5 6 Abs Conc-Na (ppm) Đƣờng chuẩn của Na
Thông số Giá trị Sai số
---
A 0,0842 0,00134
B -0,01368 0,00444
---
Theo kết quả tính toán của phần mềm origin 7.5 ta có: ΔA = t(0,95;4).SA = 2,776. 0,00134 = 3,71984. 10-3
ΔB = t(0,95;4).SB = 2,776. 0,00444 = 0,012325
Vậy phƣơng trình hồi quy đầy đủ của đƣờng chuẩn có dạng: ANa = (0,0842 ± 3,71984. 10-3). CNa + (-0,01368 ± 0,012325)
Giới hạn phát hiện (LOD) của Na
Giới hạn phát hiện Na bằng phép đo F- AAS theo đƣờng chuẩn:
y 3
3*S 3*0,001915
LOD = = = 5,745.10 (ppm)
A 0,0842
Giới hạn định lượng (LOQ) của Na
Giới hạn định lƣợng Na bằng phép đo F- AAS theo đƣờng chuẩn:
y
10*S 10*0,001915
LOQ = = = 0,2274 (ppm)
A 0,0842
3.3.2.2. Nguyên tố kali
Xây dựng đường chuẩn của K
Sử dụng phẩn mềm origin 7.5 để xây dựng đƣờng chuẩn của K thu đƣợc kết quả nhƣ hình 3.6.
Hình 3.6: Đồ thị đƣờng chuẩn của K
Từ phƣơng trình đƣờng chuẩn của K: y= Ax + B ta có các thông số: Thông số Giá trị Sai số
--- A 0,02527 6,35034.10-4
B -0,01815 0,00778
--- Theo kết quả tính toán của phần mềm origin 7.5 ta có: ΔA = t(0,95;4).SA = 2,776. 6,35. 10-4 = 1,76276. 10-3 ΔB = t(0,95;4).SB = 2,776 . 0,00778 = 0,0216
Vậy phƣơng trình hồi quy đầy đủ của đƣờng chuẩn có dạng: AK = (0,0842 ± 1,76276. 10-3 ). CK + (-0,01368 ± 0,0216)
Giới hạn phát hiện (LOD) của K
Giới hạn phát hiện K bằng phép đo F- AAS theo đƣờng chuẩn:
y
3*S 3*0,0002
LOD = = = 0,0237 (ppm)
A 0,02527
Giới hạn định lượng (LOQ) của K
Giới hạn định lƣợng K bằng phép đo F- AAS theo đƣờng chuẩn:
y = 0,02527x - 0,0182 R² = 0,99905 0.0000 0.1000 0.2000 0.3000 0.4000 0.5000 0.6000 0 5 10 15 20 25 Abs Conc- K (ppm) Đƣờng chuẩn của K
y
10.S 10*0,0002
LOQ = = = 0,0791 (ppm)
A 0,02527
3.3.2.3. Nguyên tố canxi
Xây dựng đường chuẩn của Ca
Sử dụng phẩn mềm origin 7.5 để xây dựng đƣờng chuẩn của Ca thu đƣợc