2. 1.3 Thiết bị máy móc
2.2.1.Kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa [16]
Kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa ra đời sau kỹ thuật nguyên tử hóa trong ngọn lửa. Nhưng kỹ thuật này được phát triển rất nhanh và hiện nay đang được ứng dụng rất phổ biến, vì kỹ thuật này cung cấp cho phép đo AAS có độ nhạy rất cao (mức nanogam ppb), có khi gấp hàng nghìn lần phép đo trong ngọn lửa.
Đặc điểm nữa của phép đo không ngọn lửa là đòi hỏi một lượng mẫu tương đối nhỏ. Thông thường mỗi lần đo chỉ cần lượng mẫu từ 20 - 50 µL. Do đó không cần nhiều lượng mẫu phân tích, việc chuẩn bị mẫu cũng dễ dàng và không tốn nhiều hóa chất cũng như các dung môi tinh khiết cao đắt tiền.
Về nguyên tắc, kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa là quá trình nguyên tử hóa tức khắc trong thời gian rất ngắn nhờ năng lượng của dòng điện công suất lớn và trong môi trường khí trơ. Quá trình nguyên tử hóa xảy ra theo ba giai đoạn kế tiếp nhau: sấy khô, tro hóa luyện mẫu, nguyên tử hóa để đo phổ hấp thụ nguyên tử và cuối cùng là làm sạch cuvet. Trong đó hai giai đoạn đầu là chuẩn bị cho giai đoạn nguyên tử hóa để đạt kết quả tốt. Nhiệt độ trong cuvet graphit là yếu tố quyết định mọi sự diễn biến của quá trình nguyên tử hóa mẫu.
Hình 2.1. Các giai đoạn xảy ra trong lò Graphit
Quá trình nguyên tử hóa trong các dụng cụ đó đều xảy ra theo ba giai đoạn kế tiếp nhau trong thời gian tổng cộng từ 60 - 80 giây. Các giai đoạn đó là:
* Giai đoạn sấy khô mẫu:
Đây là giai đoạn đầu tiên của quá trình nguyên tử hóa mẫu. Nó có nhiệm vụ để cho dung môi hòa tan mẫu bay hơi nhẹ nhàng và hoàn toàn, nhưng không làm bắn mẫu, mất mẫu. Để thực hiện quá trình sấy tốt, đối với mỗi loại mẫu cần phải tiến hành nghiên cứu, phát hiện và chọn nhiệt độ thời gian sấy cho phù hợp. Nhiệt độ và thời gian sấy khô của mỗi loại mẫu phụ thuộc vào bản chất của các chất ở trong mẫu và dung môi hòa tan nó.
* Giai đoạn tro hóa luyện mẫu:
Mục đích là tro hóa (đốt cháy) các hợp chất hữu cơ và mùn có trong mẫu sau khi đã sấy khô, đồng thời nung luyện ở một nhiệt độ thuận lợi cho giai đoạn nguyên tử hóa tiếp theo đạt hiệu suất cao và ổn định. Nếu chọn nhiệt độ tro hóa quá cao thì một số hợp chất có thể bị phân hủy mất trong giai đoạn này.
Nhiệt độ tro hóa giới hạn là nhiệt độ mà sự tro hóa mẫu ở nhiệt độ đó và nhỏ hơn nó, thì cường độ vạch phổ là không đổi. Còn nếu tro hóa mẫu ở nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ đó thì cường độ vạch phổ bị giảm và không ổn định. Nhiệt độ tro hóa giới hạn của mỗi nguyên tố rất khác nhau, nó phụ thuộc bản chất của mỗi nguyên tố và phụ thuộc vào dạng hợp chất mà nguyên tố đó tồn tại, cũng như matrix (chất nền) của mẫu.
Ngoài yếu tố nhiệt độ thì tốc độ tăng nhiệt độ trong quá trình tro hóa cũng có ảnh hưởng đến độ ổn định của cường độ vạch phổ. Nói chung, tốc độ tăng nhiệt độ quá lớn thường làm bắn mẫu. Việc tăng chậm cho kết quả tốt hơn, nghĩa là phải thực hiện tro hóa luyện mẫu trong một thời gian không quá ngắn. Thông thường là từ 30-60 giây, với lượng mẫu đưa vào cuvet nhỏ hơn 100 µL.
* Giai đoạn nguyên tử hóa:
Đây là giai đoạn cuối cùng của quá trình nguyên tử hóa mẫu, nhưng lại là giai đoạn quyết định cường độ của vạch phổ. Song nó lại bị ảnh hưởng bởi hai giai đoạn trên. Giai đoạn này thực hiện trong thời gian rất ngắn, thông thường từ 3 – 6 giây, nhưng tốc độ thực sự lớn (1500 – 30000C/s) để đạt được nhiệt độ nguyên tử hóa trung bình và hoàn thành đo phổ. Nhiệt độ nguyên tử hóa của các nguyên tố khác nhau là không giống nhau. Khi nguyên tử hóa mẫu ở nhiệt độ cao hơn giới hạn nhiệt độ chuẩn, độ hấp thụ của phổ không tăng nhưng kết quả đo thường không ổn định và cuvet dễ bị hỏng. Ngoài nhiệt độ xác định, việc chọn thời gian nguyên tử hóa đúng cũng cần thiết trong bước này.
Ngoài ra còn có 2 quá trình phụ:
Làm sạch cuvet: thổi sạch chất trong cuvet, chuẩn bị cho lần phân tích tiếp theo. Nhiệt độ làm sạch cuvet thường cao hơn nhiệt độ nguyên tử hóa 1000C.
Làm nguội cuvet: Sau giai đoạn làm sạch cuvet, nhiệt độ cuvet còn rất cao, nếu bơm mẫu vào tiếp theo thì mẫu sẽ bị bắn hết vì thế cần có giai đoạn làm nguội cuvet để đưa cuvet về nhiệt độ phòng và sau đó bơm mẫu phân tích tiếp theo.
Ưu điểm: kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa có độ nhạy của phép
đo cao (mức nanogam ppb), lượng mẫu ít, có thể tự động hóa, ứng dụng đụơc với nhiều nguyên tố trong nhiều loại nền khác nhau.
Nhược điểm: độ ổn định của phép đo không ngọn lửa thường kém phép
đo trong ngọn lửa, ảnh hưởng của phổ nền thường rất lớn.