Khóa luận Nghiên cứu quy trình xác định hàm lượng chì trong một số mẫu son môi bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa

pháp đơn giản, dễ thực hiện. Nhược điểm: giới hạn hàm lượng chì phát hiện được phải từ 10-7 M trở lên, các kim loại khác cũng có thể tạo phức với dithizon trong dung môi CCl4 gây sai số đến quá trình phân tích. Năm 2017, Đặng Kim Tại đã xác định hàm lượng chì trong đất ở thành phố Cao Lãnh, Tỉnh Đồng Tháp bằng phương pháp trắc quang (UV -VIS) kết hợp với phương pháp chiết tách. Kết quả thu được đều thỏa mãn giới hạn cho phép các kim loại nặng trong đất (൑ 70 mg/kg), hàm lượng chì từ 10,54 േ 1,87 mg/kg đến 20,16 േ 1,46 mg/kg. 1.4.2. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử điện nhiệt EAAS [17] Phương pháp này có độ nhạy cao, thao tác dễ dàng và nhanh chóng, giai đoạn chuẩn bị mẫu hầu hết đều đơn giản, giới hạn phát hiện thấp, phù hợp cho phân tích chì ở hàm lượng nhỏ. Năm 2012, Sema Gunduz và Suleyman Akman đã xác định hàm lượng chì trong son môi bằng phương pháp EAAS, sử dụng hỗn hợp HNO3 đặc (65%) và HF (40%) để phá mẫu trong lò vi sóng, sau đó đem đo độ hấp thụ ở bước sóng 283,3060 nm. Kết quả thu được hàm lượng chì trong các mẫu son từ 0,11 ng/mg đến 4,48 ng/mg. 1.4.3. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa GFAAS Phương pháp này cực kì hữu ích trong vấn đề nghiên cứu các nguyên tố ở dạng vết, vì đây là một trong những kĩ thuật có độ nhạy cao nhất, giới hạn phát hiện vào khoảng μg/L đến ng/L. 7 Năm 2012, tạp chí Talanta đã đăng bài báo nghiên cứu chì trong son môi của Aline Rodrigues Soares và Clésia Cristina Nascentes bằng phương pháp GFAAS. Hai cách xử lí mẫu khác nhau được dùng để so sánh cho ra kết quả gần giống nhau: Khi xử lí mẫu bằng dung dịch TMAH, hàm lượng chì trong son thu được từ 2,07 േ 0,03 μg/g đến 3,72 േ 0,06 μg/g; khi xử lí mẫu bằng hỗn hợp acid HNO3 đặc, HF đặc và cung cấp nhiệt bằng lò vi sóng, hàm lượng chì trong son đạt từ 2,15 േ 0,08 μg/g đến 3,56 േ 0,15 μg/g [12]. 1.4.4. Phương pháp khối phổ ICP - MS Phổ khối lượng có tính chọn lọc tốt, độ nhạy cao, phù hợp trong nghiên cứu hàm lượng vết các kim loại nặng như Hg, As, Pb Năm 2014, Wei-Ni Chen và các cộng sự đã nghiên cứu hàm lượng chì trong các mẫu son môi bằng phương pháp kết hợp ICP-MS, hàm lượng chì đạt được trong các mẫu khác nhau dao động từ 22,5 േ 0,7 ng/g đến 189 േ 8,5 ng/g [19]. 1.4.5. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS [5] 1.4.5.1. Nguyên tắc Để thực hiện phương pháp đo độ hấp thụ nguyên tử phải thực hiện quy trình chặt chẽ sau: Chọn điều kiện và hệ thống nguyên tử hoá phù hợp để chuyển mẫu cần phân tích thành dạng hơi của nguyên tử tự do, hơi này chính là môi trường hấp thụ bức xạ ở bước sóng thích hợp. Chiếu chùm tia bức xạ có bước sóng thích hợp qua đám hơi nguyên tử từ nguồn cung cấp tia sáng, đó là đèn catot rỗng (HCL) hay đèn không điện cực (EDL). Cường độ chùm tia sáng bị đám hơi nguyên tử hấp thụ phụ thuộc vào nồng độ của nó trong môi trường hấp thụ. Hệ thống máy quang phổ sẽ thu toàn bộ chùm sáng và chọn vạch phổ hấp thụ của nguyên tố cần nghiên cứu để đo cường độ của nó. Cường độ này chính là tín hiệu độ hấp thụ thể hiện trên màn hình máy đo. Trong khoảng nồng độ nhất định, giá trị độ hấp thụ tuyến tính với nồng độ của nguyên tố trong mẫu theo công thức: A = a.L.Cb A: độ hấp thụ. 8 a: hằng số thực nghiệm L: bề dày môi trường hấp thụ chùm sáng đi qua. C: nồng độ của nguyên tố trong mẫu phân tích. b: hằng số bản chất (0 < b ൑ 1) 1.4.5.2. Ưu điểm và nhược điểm  Ưu điểm: - Độ nhạy và độ chọn lọc tương đối cao. Khoảng 65 nguyên tố hoá học được xác định bằng phương pháp này với độ nhạy từ 0,05 ppm – 1 ppm. Do độ nhạy cao nên không cần làm giàu nguyên tố trước khi phân tích. - Thao tác thực hiện dễ dàng và nhanh chóng. - Kết quả phân tích ổn định, sai số nhỏ.  Nhược điểm: - Hệ thống máy AAS khá đắt tiền, nhiều cơ sở nhỏ không đủ điều kiện để sắm hệ thống máy móc. - Do độ nhạy cao nên chỉ cần sự nhiễm bẩn nhỏ cũng làm ảnh hưởng đáng kể đến kết quả phân tích. - Chỉ cho biết thành phần nguyên tố phân tích, không chỉ ra trạng thái liên kết của nó trong mẫu. 1.4.5.3. Kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu bằng ngọn lửa đèn khí Kỹ thuật này sử dụng năng lượng nhiệt của ngọn lửa đèn khí được tạo ra khi đốt hỗn hợp khí oxi hoá (ví dụ không khí) và khí cháy (ví dụ acetylene) để hoá hơi và nguyên tử hoá mẫu phân tích khi mẫu đưa vào ngọn lửa ở thể sol khí.  Đặc điểm: Kỹ thuật này có độ nhạy không cao (LOD từ 0,05 ppm đến 1 ppm) nên thường được sử dụng để xác định hàm lượng ở cấp microgam (ppm).  Một số công trình nghiên cứu xác định chì bằng phương pháp FAAS: Năm 2016, Đặng Xuân Thư và các cộng sự đã có công trình nghiên cứu xác định hàm lượng Cu, Pb, Cd, Mn trong nước thải và sinh hoạt bằng phương pháp FAAS đăng trên tạp chí Khoa học Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh. Kết quả xác 9 định được phương trình hồi quy của Pb là y = 0,0258x + 0,0022 với LOD = 0,003 mg/L; LOQ = 0,01 mg/L; hàm lượng chì trong các mẫu nước sinh hoạt từ 0,0009 ppm đến 0,2917 ppm; hàm lượng chì trong các mẫu nước thải từ 0,0018 ppm đến 0,2947 ppm [11]. Năm 2017, Nguyễn Mậu Thành đã phân tích xác định hàm lượng chì và sắt trong nước sông Cầu Rào với hàm lượng chì trung bình đạt 0,0041 ppm, thỏa yêu cầu đối với giới hạn chì được quy định trong QCVN đối với nước sông (൑ 0,05 ppm) [9]. Năm 2011, Chu Việt Sơn bảo vệ thành công luận văn thạc sĩ với đề tài nghiên cứu xác định hàm lượng chì trong thuốc nổ chì Azotua bằng hai phương pháp chuẩn độ thể tích và FAAS. Kết quả cho thấy phương pháp FAAS hiệu quả hơn với LOD = 0,09 ppm và LOQ = 0,30 ppm, hàm lượng chì đạt được từ 7,973 ppm đến 10,242 ppm [7]. 10 CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM Hoá chất – Dụng Cụ 2.1.1. Hoá chất  Chất chuẩn: Tên chất chuẩn: Pb(NO3)2 1000 ppm Xuất xứ: Merck KGaA, Đức  Hoá chất khác: Bảng 2.1 Danh mục các loại hoá chất khác dùng trong đề tài nghiên cứu STT Tên hoá chất Nguyên trạng Xuất xứ 1 Perchloric acid (HClO4) 70% Trung Quốc 2 Acid nitric (HNO3) 65% Trung Quốc 3 Hydrogen peroxide (H2O2) 30% Trung Quốc 2.1.2. Trang thiết bị và dụng cụ phục vụ nghiên cứu 2.1.2.1. Trang thiết bị + Hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AA Spectrometer iCE 3000 series (Thermo Scientific). + Cân phân tích (Sartorius – CPA225D). + Hệ thống bình phá mẫu Kjeldahl (SpeedDigester K – 436). + Máy cất nước hai lần (Hamilton Laboratory Class Limited – Sartorius). + Máy đề ion nước (Labconco Corporation Kansas City, Missouri 64132) 2.1.2.2. Dụng cụ + Bình định mức 25 mL, 50 mL, 100 mL, 500 mL, 1000 mL (Đức). + Pipet 1 mL, 2 mL, 5 mL, 10 mL (Đức). + Cốc thủy tinh 100 mL, 200 mL, 500 mL (Đức). + Ống đong 50 mL, 100 mL (Đức). + Đũa thủy tinh, đĩa thủy tinh, giấy lọc, ống nhỏ giọt, 11 Thực nghiệm 2.2.1. Khảo sát các điều kiện tối ưu đo phổ hấp thụ nguyên tử Pb của máy FAAS  Khảo sát chiều cao ngọn lửa và lưu lượng dòng khí đốt bằng phương án quy hoạch thực nghiệm bậc 2 tâm xoay Box – Hunter Chiều cao ngọn lửa đèn khí ảnh hưởng đáng kể đến tín hiệu độ hấp thụ của mẫu nghiên cứu. Ngọn lửa đèn khí được cấu tạo từ các vùng khác nhau, mỗi vùng có nhiệt độ đặc trưng khác nhau tác động đến hiệu suất nguyên tử hoá mẫu. Trong đó, vùng trung tâm là nơi có nhiệt độ cao, thường màu xanh nhạt hoặc không màu, quá trình nguyên tử hoá mẫu tại đây diễn ra tốt nhất. Do đó cần khảo sát chiều cao ngọn lửa sao cho nguồn sáng đơn sắc từ đèn chiếu qua vùng trung tâm ngọn lửa để thu được tín hiệu độ hấp thụ tốt nhất và ổn định nhất [5]. Lưu lượng khí đốt (hỗn hợp không khí và acetylene) là yếu tố quyết định nhiệt độ ngọn lửa đèn khí. Nhiệt độ ngọn lửa quá thấp dẫn đến hiệu suất hoá hơi và nguyên tử hoá mẫu thấp, nhiệt độ ngọn lửa quá cao sẽ xảy ra quá trình ion hoá nguyên tử, làm tín hiệu thu được của máy thấp. Việc khảo sát lưu lượng khí đốt tạo điều kiện tìm nhiệt độ tốt nhất cho quá trình nguyên tử hoá mẫu phân tích [5]. Để khảo sát điều kiện tối ưu của hai yếu tố này, chúng tôi tiến hành đo độ hấp thụ của dung dịch chì chuẩn 7 ppm định mức bằng dung dịch HNO3 1%. Trong phương án quy hoạch thực nghiệm Box – Hunter, yếu tố chiều cao đèn nguyên tử hoá (h) và lưu lượng dòng khí đốt acetylene (v) được thay đổi như Bảng 2.2. Bảng 2.2 Các thông số thay đổi của h và v ảnh hưởng đến độ hấp thụ N Lưu lượng (v) (L/phút) Chiều cao (h) (mm) 1 0,9 8,5 2 1,5 8,5 3 0,9 12,5 4 1,5 12,5 5 0,8 10,5 6 1,6 10,5 7 1,2 7,7 12 8 1,2 13,3 9 1,2 10,5 10 1,2 10,5 11 1,2 10,5 12 1,2 10,5 13 1,2 10,5 2.2.2. Xây dựng phương pháp định lượng chì đối với phép đo FAAS 2.2.2.1. Khảo sát khoảng tuyến tính của chì Đối với phương pháp đường chuẩn hay thêm chuẩn, khoảng tuyến tính là yếu tố hàng đầu phải khảo sát. Nếu độ hấp thụ và nồng độ của nguyên tố chì không tuyến tính với nhau thì không thể tiến hành định lượng hàm lượng của chì dựa vào giá trị độ hấp thụ đo được từ máy FAAS. Để xác định khoảng tuyến tính của chì, chúng tôi tiến hành pha các mẫu chì chuẩn có nồng độ tăng dần từ 0,01 ppm – 100 ppm, sau đó đem các mẫu chuẩn đã pha để đo giá trị độ hấp thụ, sử dụng phần mềm Origin 8.5 xây dựng phương trình hồi quy mối quan hệ giữa nồng độ và độ hấp thụ. 2.2.2.2. Xây dựng đường chuẩn chì Khoảng tuyến tính chì khảo sát được là một khoảng nồng độ khá rộng, bên cạnh đó hàm lượng chì trong các mẫu son môi tương đối bé (< 20 ppm) [2], do đó chúng tôi phải giới hạn độ rộng của khoảng tuyến tính bằng cách dựng đường chuẩn chì, một mặt hạn chế sai số, mặt khác tiết kiệm tối đa lượng hóa chất cần dùng. Để xây dựng đường chuẩn của chì, chúng tôi tiến hành pha các mẫu chì chuẩn có nồng độ tăng dần từ 0,1 ppm – 20 ppm, sau đó đem các mẫu chuẩn đã pha để đo giá trị độ hấp thụ, sử dụng phần mềm Origin 8.5 xây dựng đường chuẩn. 2.2.2.3. Xác định giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ) của chì Giới hạn phát hiện (LOD) là giá trị nồng độ thấp nhất của chất phân tích mà hệ thống phân tích còn có thể cho tín hiệu có nghĩa so với tín hiệu mẫu trắng hay tín hiệu nền. Giới hạn định lượng (LOQ) là giá trị nồng độ thấp nhất của chất phân tích mà 13 hệ thống phân tích có thể định lượng được với tín hiệu phân tích có nghĩa so với tín hiệu mẫu trắng hay tín hiệu nền. Trên thực tế có nhiều cách xác định LOD và LOQ cho các quy trình khác nhau. Trong quy trình phân tích chì trong son môi, chúng tôi xác định LOD và LOQ bằng phương trình đường chuẩn đã xây dựng.  D3.SLOD b  D10.SLOQ b Với: SD là độ lệch chuẩn của tín hiệu hấp thụ. b là hệ số của phương trình đường chuẩn. 2.2.2.4. Khảo sát độ lặp lại của phép đo Độ lặp lại là yếu tố không thể thiếu đối với mỗi quy trình phân tích bất kỳ, nếu giá trị cần đo không lặp lại giữa các lần đo khác nhau của cùng một quy trình thì quy trình đó không đáng tin cậy. Để khảo sát độ lặp lại, chúng tôi tiến hành pha 3 dung dịch chuẩn có giá trị nồng độ giống với điểm đầu, giữa và cuối của đường chuẩn với thành phần giống các mẫu chuẩn đã pha trong giai đoạn dựng đường chuẩn. Đo giá trị độ hấp thụ mỗi dung dịch chuẩn 10 lần. Kết quả được đánh giá thông qua độ lệch chuẩn (S) và độ lệch chuẩn tương đối (%RSD) của tín hiệu độ hấp thụ. 2.2.3. Tối ưu hoá quy trình xử lí mẫu son môi Chúng tôi xử lí mẫu son môi bằng phương pháp vô cơ hoá ướt [4] với hệ thống phá mẫu Kjeldahl, các hoá chất được sử dụng trong quá trình phá mẫu là perchloric acid đặc (70%), acid nitric đặc (65%) và hydrogen peroxide đặc (30%). Để tối ưu hoá quy trình xử lí mẫu son môi, chúng tôi tiến hành cân 0,5 gam son môi cho vào ống Kjeldahl, sau đó thay đổi các yếu tố sau để tìm điều kiện tối ưu nhất:  Thể tích perchloric acid đặc (70%) Chúng tôi thay đổi thể tích acid HClO4 đặc và giữ nguyên giá trị các yếu tố còn lại. 14 Thể tích HClO4 thay đổi (ml): 0; 5; 7; 10; 17. Thể tích HNO3 (ml): 10. Thể tích H2O2 (ml): 5. Nhiệt độ phá mẫu (oC): 350. Thời gian phá mẫu (phút): 80.  Thể tích acid nitric đặc (65%) Chúng tôi thay đổi thể tích acid HNO3 đặc và giữ nguyên giá trị các yếu tố còn lại. Thể tích HNO3 thay đổi (ml): 5; 7; 10; 15. Thể tích HClO4 (ml): 10. Thể tích H2O2 (ml): 5. Nhiệt độ phá mẫu (oC): 350. Thời gian phá mẫu (phút): 80.  Thể tích hydrogen peroxide đặc (30%) Chúng tôi thay đổi thể tích hydrogen peroxide đặc và giữ nguyên giá trị các yếu tố còn lại. Thể tích H2O2 thay đổi (ml): 1; 3; 5; 7. Thể tích HClO4 (ml): 10. Thể tích HNO3 (ml): 10. Nhiệt độ phá mẫu ( oC): 350. Thời gian phá mẫu (phút): 80.  Mức nhiệt độ cho quy trình phá mẫu Chúng tôi thay đổi các mức nhiệt độ khác nhau của hệ thống phá mẫu Kjeldahl và giữ nguyên giá trị các yếu tố còn lại. Mức nhiệt độ thay đổi: 4 (240oC); 5 (300oC); 6 (350oC); 7 (410oC). 15 Thể tích H2O2 (ml): 3. Thể tích HClO4 (ml): 10. Thể tích HNO3 (ml): 10. Thời gian phá mẫu (phút): 80.  Thời gian phá mẫu Chúng tôi thay đổi thời gian cho quy trình phá mẫu và giữ nguyên giá trị các yếu tố còn lại. Thời gian phá mẫu thay đổi (phút): 60; 70; 80; 90. Nhiệt độ phá mẫu (oC): 350. Thể tích H2O2 (ml): 3. Thể tích HClO4 (ml): 10. Thể tích HNO3 (ml): 10.  Quy hoạch thực nghiệm bậc 2 các yếu tố ảnh hưởng đáng kể đến tín hiệu độ hấp thụ Quá trình khảo sát các yếu tố trên cho kết quả: hai yếu tố thể tích perchloric acid đặc (70%) và thể tích hydrogen peroxide đặc (30%) ảnh hưởng đáng kể đến tín hiệu độ hấp thụ. Để xác định chính xác giá trị tối ưu của hai yếu tố trên và xem xét sự ảnh hưởng qua lại giữa chúng, chúng tôi tiến hành phương án quy hoạch thực nghiệm bậc 2 tâm xoay Box – Hunter. Trong phương án quy hoạch thực nghiệm Box – Hunter, các yếu tố giữ nguyên giá trị bao gồm thể tích HNO3 10 ml, nhiệt độ phá mẫu 350oC, thời gian phá mẫu 75 phút. Các yếu tố thể tích perchloric acid (V1) và thể tích hydrogen peroxide (V2) được thay đổi như Bảng 2.3. 16 Bảng 2.3 Các thông số thay đổi của V1 và V2 ảnh hưởng đến độ hấp thụ N Thể tích HClO4 (V1) (mL) Thể tích H2O2 (V2) (mL) 1 7 2 2 13 2 3 7 4 4 13 4 5 5,8 3 6 14,2 3 7 10 1,6 8 10 4,4 9 10 3 10 10 3 11 10 3 12 10 3 13 10 3 2.2.4. Khảo sát hệ số thu hồi của quy trình xử lý mẫu Một quy trình phân tích chất lượng tốt phải có hệ số thu hồi tốt, nếu quy trình có hệ số thu hồi kém thì quy trình không đáng tin cậy. Để khảo sát hệ số thu hồi, chúng tôi tiến hành phương pháp thêm chuẩn: thêm lượng chính xác chất chuẩn có nồng độ xác định vào mẫu ban đầu, thực hiện quy trình xử lí mẫu đã tối ưu và đo tín hiệu độ hấp thụ. Sau đó xác định nồng độ chì trong mẫu, so sánh với mẫu không thêm chuẩn để tính hệ số thu hồi. Hệ số thu hồi được tính theo công thức: H% = େ౪ౙ ି େഥେౙ x 100% Trong đó: H%: hệ số thu hồi (%). C୲ୡ: Hàm lượng chì trong mẫu đã thêm chuẩn (ppm). Cത: Hàm lượng chì trong mẫu chưa thêm chuẩn (ppm). 17 Cୡ: Hàm lượng chì chuẩn thêm vào (ppm). 2.2.5. Phân tích định lượng mẫu son môi Chúng tôi tiến hành khảo sát 5 loại mẫu son môi được trình bày trong bảng 2.4. Bảng 2.4 Thông tin các mẫu son môi khảo sát STT Tên mẫu Hình Kí hiệu Địa điểm Thời gian 1 Tanako Matte M1 Chợ Bình Đông Quận 8 12/2018 - 04/2019 2 Voliko M2 Chợ Bình Đông Quận 8 21/04/2019 3 Lipice M3 Chợ Bình Đông Quận 8 21/04/2019 4 Ashley M4 Chợ Bình Đông Quận 8 21/04/2019 5 Loreal Paris M5 Shop Hasaki Quận 10 22/04/2019 Chúng tôi tiến hành xử lí mẫu theo quy trình đã tối ưu hoá, lấy phần dung dịch sau khi phá mẫu định mức đến 50 mL bằng nước đề ion hoá. Tiến hành đo tín hiệu độ hấp thụ và suy ra nồng độ chì trong son dựa vào phương trình hồi quy đã thiết lập. 18 2.2.6. Phương pháp xử lý và đánh giá kết quả Các số liệu thực nghiệm được xử lý bằng tính toán thống kê với các công thức sau [10]:  Giá trị trung bình: 1 1   n i i x x n  Độ lệch chuẩn: 2 1 ( ) 1     n i i x x s n  Độ lệch chuẩn tương đối: (%) .100 sRSD x  Khoảng tin cậy: .   Sx t N 19 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Khảo sát các điều kiện tối ưu đo phổ hấp thụ nguyên tử Pb của máy FAAS 3.1.1. Khảo sát chiều cao ngọn lửa và lưu lượng dòng khí đốt bằng phương án quy hoạch thực nghiệm bậc 2 tâm xoay Box – Hunter Các thông số cung cấp từ cookbook của Thermo Scientific [18] được trình bày trong Bảng 3.1. Trong suốt quá trình nghiên cứu, các thông số này được giữ nguyên để máy cho tín hiệu đo độ hấp thụ tốt nhất. Bảng 3.1 Các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử của chì Các thông số Các điều kiện được lựa chọn Bước sóng 217,0 nm Cường độ dòng đèn cathode rỗng 75% Độ rộng khe đo 0.5 nm Các mức và khoảng biến thiên của hai yếu tố chiều cao ngọn lửa và lưu lượng dòng khí đốt trong phương án quy hoạch thực nghiệm được trình bày trong Bảng 3.2. Bảng 3.2 Các mức và khoảng biến thiên của hai yếu tố chiều cao ngọn lửa và lưu lượng dòng khí đốt Tên các yếu tố Các mức Khoảng biến thiên -1 0 +1 x1 là lưu lượng dòng khí đốt (v; L/phút) 0,9 1,2 1,5 0,3 x2 là chiều cao ngọn lửa (h; mm) 8,5 10,5 12,5 2 Cánh tay đòn sao α = 2ౡర = 2మర = 1,414 với k là số yếu tố khảo sát [3]. Biểu diễn giá trị độ hấp thụ (ký hiệu là y) theo mô hình toán học: y = b0 + b1x1 + b2x2 + b12x1x2 + b11x12 + b22x22 (*) Phương án quy hoạch thực nghiệm Box – Hunter là phương án quay bậc hai có tâm có số thí nghiệm N = 2k + 2k + no (k < 5) với no là số thí nghiệm ở tâm. Ma trận quy hoạch thực nghiệm được trình bày trong bảng 3.3. 20 Bảng 3.3 Ma trận quy hoạch thực nghiệm bậc hai, hai yếu tố N x0 x1 x2 x12 x12 x22 y 1 +1 -1 -1 +1 +1 +1 0,141 2 +1 +1 -1 -1 +1 +1 0,115 3 +1 -1 +1 -1 +1 +1 0,133 4 +1 +1 +1 +1 +1 +1 0,142 5 +1 -1,414 0 0 +1,999 0 0,131 6 +1 +1,414 0 0 +1,999 0 0,137 7 +1 0 -1,414 0 0 +1,999 0,138 8 +1 0 +1,414 0 0 +1,999 0,146 9 +1 0 0 0 0 0 0,152 10 +1 0 0 0 0 0 0,154 11 +1 0 0 0 0 0 0,154 12 +1 0 0 0 0 0 0,154 13 +1 0 0 0 0 0 0,150 Kết quả tính toán thực hiện trên phần mềm Modde 5.0 được trình bày trong Hình 3.1. Hình 3.1 Kết quả tính toán quy hoạch thực nghiệm chiều cao ngọn lửa và lưu lượng dòng khí đốt trên phần mềm Modde 5.0. Trên Hình 3.1, Rat là kí hiệu của rate (lưu lượng dòng khí đốt) và Hei là kí hiệu của Height (chiều cao ngọn lửa). 21 Dựa vào kết quả tính toán trên Hình 3.1, phương trình (*) trở thành: y = 0,1528 – 0,0107x12 – 0,0067x22 + 0,0087x1x2 (**) Để tính giá trị tối ưu của các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu độ hấp thụ, ta tiến hành lấy đạo hàm bậc nhất của phương trình (**) lần lượt theo biến x1 và x2: ப୷ ப୶భ = - 0,0214x1 + 0,0087x2 = 0 ப୷ ப୶మ = - 0,0134x2 + 0,0087x1 = 0 Chuyển sang tọa độ tự nhiên (v; h): x1 = ୴ି ୴బ∆୴ = ୴ିଵ,ଶ ଴,ଷ = 0 ⇔ v = 1,2 (L/phút) x2 = ୦ି ୦బ∆୦ = ୦ିଵ଴,ହ ଶ = 0 ⇔ h = 10,5 (mm) Sử dụng phần mềm Modde 5.0 tạo mặt đáp ứng như Hình 3.2. Hình 3.2 Ảnh hưởng của v, h đến độ hấp thụ của dung dịch Pb2+ 7 ppm. Nhận xét: Miền cực đại của độ hấp thụ đạt được khi tốc độ dòng khí đốt từ 1,10 đến 1,35 L/phút và chiều cao ngọn lửa từ 10,5 đến 12,0 mm. Tiến hành kiểm tra 3 lần kết quả độ hấp thụ với giá trị của hai yếu tố vừa quy hoạch thực nghiệm, kết quả thu được như Bảng 3.4. ⇔ x1 = x2 = 0 22 Bảng 3.4 Kết quả kiểm nghiệm với giá trị tối ưu hoá của hai yếu tố chiều cao ngọn lửa và lưu lượng dòng khí đốt A1 A2 A3 Atb Lần 1 0,1500 0,1490 0,1480 0,1490 ± 0,0025 Lần 2 0,1530 0,1520 0,1500 0,1520 ± 0,0038 Lần 3 0,1540 0,1510 0,1530 0,1530 ± 0,0038 Bảng 3.4 cho thấy kết quả kiểm nghiệm phù hợp với mô hình 3 chiều từ Hình 3.2 của phương án quy hoạch thực nghiệm bậc hai tâm xoay Box – Hunter. 3.1.2. Tổng kết các thông số tối ưu của máy đo phổ FAAS Từ quy trình khảo sát và tham khảo cookbook của Thermo Scientific, chúng tôi tổng kết các điều kiện tối ưu sẽ sử dụng trong suốt quá trình nghiên cứu đề tài này trong Bảng 3.5. Bảng 3.5 Các thông số tối ưu hoá của máy FAAS Các thông số Các điều kiện được lựa chọn Bước sóng 217,0 nm Cường độ dòng đèn cathode rỗng 75% Độ rộng khe đo 0,5 nm Lưu lượng dòng khí đốt 1,2 L/phút Chiều cao ngọn lửa 10,5 mm Xây dựng phương pháp định lượng chì đối với phép đo FAAS 3.2.1. Khảo sát khoảng tuyến tính của chì Để xác định khoảng tuyến tính của chì, chúng tôi tiến hành pha các mẫu chì chuẩn có nồng độ tăng dần từ 0,01 ppm – 100 ppm theo cách trình bày trong Bảng 3.6. 23 Bảng 3.6 Cách pha các dung dịch chuẩn Pb2+ khảo sát tuyến tính Nồng độ Pb2+ lấy pha (ppm) Thể tích Pb2+ lấy pha (mL) Thể tích định mức (mL) Nồng độ Pb2+ cuối (ppm) 0,1 2,5 25 0,01 0,1 5 25 0,02 1 5 50 0,1 1 5 25 0,2 10 5 50 1 10 12,5 25 5 100 5 50 10 100 5 25 20 100 10 25 40 100 12,5 25 50 100 17,5 25 70 1000 10 100 100 Sau khi pha dãy dung dịch chì chuẩn, chúng tôi tiến hành đo độ hấp thụ các dung dịch đó bằng máy FAAS, giá trị độ hấp thụ A được trình bày trong Bảng 3.7. 24 Bảng 3.7 Khảo sát khoảng tuyến tính của dung dịch chì chuẩn Nồng độ Pb2+ (ppm) Độ hấp thụ (A) RSD (%) Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình 0,01 0,00046 0,00078 0,00070 0,00065 ± 0,00041 25,75 0,02 0,00082 0,00069 0,00072 0,00074 ± 0,00017 9,16 0,1 0,00206 0,00241 0,00226 0,00224 ± 0,00044 7,83 0,2 0,00513 0,00522 0,00520 0,00518 ± 0,00012 0,91 1 0,02273 0,02283 0,02320 0,02292 ± 0,00061 1,08 5 0,10828 0,10913 0,10808 0,1085 ± 0,0014 0,51 10 0,21188 0,21351 0,21324 0,2129 ± 0,0022 0,41 20 0,40552 0,40308 0,40284 0,4038 ± 0,0037 0,37 40 0,81150 0,81275 0,80843 0,8109 ± 0,0055 0,27 50 0,94948 0,95235 0,95292 0,9516 ± 0,0046 0.19 70 1,05578 1,05792 1,05666 1,0568 ± 0,0027 0,10 100 1,27969 1,27768 1,27685 1,2781 ± 0,0036 0,11 Hình 3.3 Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính nồng độ của Pb 25 Nhận xét: Từ Hình 3.3, chúng tôi nhận thấy khoảng nồng độ từ 0 ppm – 40 ppm đường tuyến tính có dạng đường thẳng, từ nồng độ 40 ppm trở lên, đường tuyến tính có dạng đường gấp khúc. Mặt khác, khoảng nồng độ chì trong các loại mỹ phẩm nói chung thường dưới 20 ppm [2], do đó chúng tôi xây dựng đường chuẩn từ 0,1 ppm đến 20 ppm để tiết kiệm hoá chất. 3.2.2. Xây dựng đường chuẩn Pb Chúng tôi xây dựng đường chuẩn chì với khoảng nồng độ từ 0,1 ppm đến 20 ppm. Cách pha các dung dịch chì chuẩn được trình bày trong Bảng 3.8. Sau khi pha, chúng tôi tiến hành đo độ hấp thụ bằng máy FAAS, kết quả thu được trình bày trong Bảng 3.9. Bảng 3.8 Cách pha các dung dịch chuẩn Pb2+ dựng đường chuẩn Nồng độ Pb2+ lấy pha (ppm) Thể tích Pb2+ lấy pha (mL) Thể tích định mức (mL) Nồng độ Pb2+ cuối (ppm) 10 0,25 25 0,1 10 0,5 25 0,2 1000 0,025 25 1 1000 0,125 25 5 1000 0,175 25 7 1000 1 100 10 1000 0,3 25 12 1000 0,35 25 14 1000 0,45 25 18 1000 0,5 25 20 26 Bảng 3.9 Giá trị độ hấp thụ các điểm dựng đường chuẩn Pb Nồng độ Pb2+ (ppm) Độ hấp thụ (A) RSD (%) Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình 0,1 0,00240 0,00305 0,00254 0,00266 ± 0,00085 12,84486 0,2 0,00646 0,00693 0,00658 0,00666 ± 0,00061 3,66849 1 0,02504 0,02514 0,02500 0,02506 ± 0,00018 0,28775 5 0,10831 0,10856 0,10860 0,10849 ± 0,00039 0,14486 7 0,15057 0,15066 0,15063 0,15062 ± 0,00014 0,03042 10 0,21188 0,21351 0,21320 0,2129 ± 0,0022 0,41039 12 0,25394 0,25433 0,25439 0,25422 ± 0,00061 0,09611 14 0,29802 0,29515 0,30059 0,2979 ± 0,0068 0,91346 18 0,38782 0,38794 0,38684 0,3881 ± 0,0015 0,15571 20 0,43428 0,43545 0,43782 0,4359 ± 0,0048 0,41381 Chúng tôi sử dụng phần mềm Origin 8.5 xây dựng đường chuẩn chì như hình 3.4. Hình 3.4 Đường chuẩn thể hiện mối liên hệ giữa nồng độ và độ hấp thụ chì Y = A + B * X Parameter Value Error ------------------------------------------------------------ A 7,50729E-4 0,00161 B 0,02148 1,44855E-4 ------------------------------------------------------------ r SD N P ------------------------------------------------------------ 0,99982 0,00316 10 <0,0001 27 Theo kết quả trên ta có : a = 0,00075; b = 0,02148 Độ lệch chuẩn hệ số a: Sa = 0,00161 Độ lệch chuẩn hệ số b: Sb = 1,44855.10-4 Độ lệch chuẩn của tín hiệu hấp thụ là SD= 0,00316 Hệ số tương quan đường hồi quy r = 0,99982 Tra bảng phân phối student ta được giá trị t(P=0,95; f=N-2=8)= 2,31 Phương trình hồi quy đầy đủ của đường chuẩn có dạng: Ai= (a t.Sa) + (b t.Sb).CPb Ai= (0,0008  0,0037 ) + (0,02148  0,00033).CPb Trong đó: Ai là độ hấp thụ đo được từ máy FAAS CPb là nồng độ chì (ppm) 3.2.3. Xác định giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ) của đường chuẩn Pb Từ đường chuẩn đã dựng, chúng tôi xác định LOD, LOQ của phương pháp FAAS theo công thức: LOD = ଷୗీୠ = ଷ.଴,଴଴ଷଵ଺ ଴,଴ଶଵସ଼ = 0,44 (ppm) LOQ = ଵ଴ୗీୠ = ଵ଴.଴,଴଴ଷଵ଺ ଴,଴ଶଵସ଼ = 1,47 (ppm) Tổng kết các điều kiện khảo sát về phương trình hồi quy của chì theo Bảng 3.10. Bảng 3.10 Phương trình hồi quy của chì Tên Phương trình hồi quy Khoảng nồng độ lập phương trình hồi quy Hệ số tương quan đường hồi quy LOD LOQ Chì (Pb) Ai= (0,0008  0,0037) +(0,02148