Khóa luận Nghiên cứu quy trình xác định hàm lượng thủy ngân trong một số loại son môi bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng kỹ thuật hóa hơi lạnh

a hơi thủy ngân phải được đảm bảo nằm trên trục quang học nhằm thu được tín hiệu có độ ổn định và độ nhạy cao. Khảo sát và chọn chiều cao ống chữ T phù hợp là yếu tố quan trọng của phép phân tích. Hơi thủy ngân sinh ra sau phản ứng nhờ dòng khí mang dẫn đến ống hấp thụ nằm trên chùm sáng của đèn catot rỗng, tại đây hơi thủy ngân hấp thụ tia bức xạ và cho tín hiệu độ hấp thụ. Lưu lượng dòng khí mang ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất phản ứng nguyên tử hóa và thời gian lưu của thủy ngân trong ống hấp thụ. Tốc độ dòng khí mang quá thấp thì sự lôi cuốn hơi thủy ngân không hoàn toàn, tốc độ quá cao thì thời gian lưu thấp, tín hiệu hấp thụ kém. Để khảo sát chọn điều kiện tối ưu cho hai yếu tố này, ta tiến hành đo độ hấp thụ của dung dịch thủy ngân chuẩn 6 μg.L−1 định mức bằng HNO3 2M, sử dụng chất khử NaBH4 0,5% ổn định trong dung dịch NaOH 0,5% và kênh axit HCl 1M. Trong các thí nghiệm quy hoạch tâm xoay Box – Hunter, các yếu tố tốc độ dòng khí mang (v) và chiều cao ống chữ T (h) được thay đổi như Bảng 2.2. Bảng 2.2. Các điều kiện khảo sát ảnh hưởng của v và h đến độ hấp thụ N Tốc độ khí mang (ml/phút) Chiều cao ống chữ T (mm) 1 30 11,5 2 40 11,5 3 30 9,5 4 40 9,5 5 27,93 10,5 6 42,07 10,5 7 35 9,1 8 35 11,9 9 35 10,5 10 35 10,5 11 35 10,5 12 35 10,5 13 35 10,5 Khóa luận tốt nghiệp Bùi Phước Hùng 15 2.2.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất khử NaBH4 và axit HCl bằng phương án quy hoạch thực nghiệm tâm xoay bậc 2 Box – Hunter Trong phép phân tích sử dụng kỹ thuật hóa hơi lạnh xác định thủy ngân, ta sử dụng các chất khử mạnh trong môi trường axit để sinh ra hợp chất hiđrua (HgH2 ), hợp chất này dễ bị nguyên tử hóa thành các nguyên tử tự do (Hg) tại nhiệt độ phòng. Trong đề tài này, chúng tôi sử dụng tác nhân khử NaBH4 ổn định trong NaOH là một chất khử mạnh và cho hiệu suất phản ứng cao.[8] Kênh axit, theo cookbook của hãng Thermo Scientific khuyến cáo sử dụng axit HCl có nồng độ từ 5% (v/v), do quá trình nguyên tử hóa thủy ngân xảy ra theo phản ứng: 2 4 2 6 2 2Hg 4BH 2H 2B H 2H HgH         nên nồng độ H+ có ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng, nồng độ H+ sử dụng phải đảm bảo cho phản ứng xảy ra hoàn toàn. Để khảo sát chọn điều kiện tối ưu cho kênh khử và kênh axit, chúng tôi tiến hành khảo sát tín hiệu độ hấp thụ của dung dịch thủy ngân chuẩn 6 μg.L−1 ổn định trong HNO3 2M, tốc độ dòng khí mang và chiều cao ống chữ T cố định theo các điều kiện đã tối ưu. Trong các thí nghiệm quy hoạch thực nghiệm tâm xoay Box – Hunter, các yếu tố nồng độ chất khử (c1) và nồng độ axit (c2) thay đổi như bảng 2.3 Bảng 2.3. Các điều kiện khảo sát ảnh hưởng của c1 và c2 đến độ hấp thụ N Nồng độ chất khử NaBH4 (%) Nồng độ axit HCl (M) 1 0,3 1,5 2 0,7 1,5 3 0,3 0,5 4 0,7 0,5 5 0,2172 1 6 0,7828 1 7 0,5 0,293 8 0,5 1,707 9 0,5 1 10 0,5 1 11 0,5 1 12 0,5 1 13 0,5 1 2.2.1.3. Khảo sát độ rộng khe đo Độ rộng khe đo có ảnh hưởng đến độ nhạy và vùng tuyến tính của phép đo. Đối với máy AAS, khe đo của máy không điều chỉnh được liên tục mà chỉ có các giá trị định sẵn là 0,1 nm, 0,2 nm, 0,5 nm, 1 nm. Đối với vạch phổ hấp thụ của nguyên tố cần định Khóa luận tốt nghiệp Bùi Phước Hùng 16 lượng phải sử dụng một giá trị độ rộng khe đo xác định để chỉ cho vừa đủ vạch phổ cần đo vào khe là tốt nhất. Để khảo sát yếu tố này, chúng tôi tiến hành đo tín hiệu độ hấp thụ của dung dịch thủy ngân chuẩn 6 μg.L−1 ổn định trong HNO3 2M với các điều kiện nồng độ chất khử, axit, tốc độ dòng khí mang và chiều cao ống chữ T đã tối ưu như trên, chỉ thay đổi yếu tố độ rộng khe đo của máy. 2.2.2. Xây dựng phương pháp định lượng thủy ngân đối với phép đo CV - AAS 2.2.2.1. Khảo sát xác định khoảng tuyến tính của thủy ngân Đối với mỗi nguyên tố, trong một giới hạn nhất định của nồng độ, giá trị độ hấp thụ phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ của nguyên tố trong mẫu phân tích. Để định lượng chính xác một nguyên tố thì nồng độ của nó trong mẫu phải nằm trong khoảng tuyến tính này, do đó việc xác định khoảng tuyến tính của thủy ngân là hết sức quan trọng. Để khảo sát khoảng tuyến tính của thủy ngân, chúng tôi tiến hành pha các mẫu chuẩn thủy ngân có nồng độ từ 0,05 – 100 μg.L−1 sau đó do tín hiệu độ hấp thụ của các dung dịch chuẩn này, sử dụng phần mềm Origin 8.5 để xây dựng phương trình hồi quy mối quan hệ giữa nồng độ C và độ hấp thụ A. 2.2.2.2. Xây dựng đường chuẩn Hg Khoảng tuyến tính của thủy ngân là khoảng nồng độ tương đối rộng khi sử dụng kỹ thuật hóa hơi lạnh. Tuy nhiên hàm lượng thủy ngân trong mẫu là hàm lượng vết, vì thế việc xây dựng đường chuẩn với khoảng nồng độ nhỏ gần với nồng độ của thủy ngân trong mẫu sẽ cho kết quả chính xác hơn đồng thời tiết kiệm hóa chất. Để xây dựng đường chuẩn của thủy ngân, chúng tôi tiến hành pha dãy dung dịch chuẩn có nồng độ từ 0,2 – 15 μg.L−1 sau đó đo tín hiệu độ hấp thụ, sử dụng phần mềm Origin 8.5 để xây dựng phương trình đường chuẩn. 2.2.2.3. Xác định giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ) của Hg[12] Giới hạn phát hiện là giá trị nồng độ thấp nhất của chất phân tích mà hệ thống phân tích còn cho tín hiệu phân tích khác có nghĩa với tín hiệu của mẫu trắng hay tín hiệu của đường nền với một độ tin cậy nhất định. Giới hạn định lượng được xem là nồng độ thấp nhất của chất phân tích mà hệ thống phân tích định lượng được với tín hiệu phân tích khác có nghĩa định lượng với tín hiệu của mẫu trắng hay tín hiệu nền với một độ tin cậy nhất định. Khóa luận tốt nghiệp Bùi Phước Hùng 17 Có nhiều cách để xác định LOD và LOQ, trong đề tài này chúng tôi xác định LOD và LOQ bằng độ lệch chuẩn của phương trình đường chuẩn đã xây dựng ở trên. y3.S LOD b  y10.S LOQ b  Với: Sy là độ lệch chuẩn của phương trình đường chuẩn b là hệ số của phương trình đường chuẩn 2.2.2.4. Khảo sát độ lặp lại của phép đo Trong một quy trình phân tích, yếu tố lặp lại là yếu tố quan trọng bên cạnh độ đúng của phép đo. Yếu tố này đánh giá tính ổn định và đảm bảo độ tin cậy của phép đo. Để đánh giá độ lặp của phép đo ta pha 3 mẫu có nồng độ ở điểm đầu, điểm giữa và điểm cuối của đường chuẩn với các điều kiện và thành phần giống như mẫu chuẩn. Thực hiện đo mỗi mẫu 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 hóa quy trình xử lý mẫu son môi Chúng tôi chọn phương pháp vô cơ hóa mẫu ướt bằng hệ thống bình phá mẫu Kjeldahl với các tác nhân oxy hóa axit nitric đặc 65%, axit pecloric đặc 70%. Quy trình xử lý mẫu được đề nghị như sau:[7] 1. Cân chính xác 0,5 g mẫu son môi cho vào bình phá mẫu Kjeldahl 2. Thêm tiếp vào bình 10 mL dung dịch HNO3 đặc, lắc đều, để yên trong 10 phút 3. Thêm tiếp vào bình 5 mL dung dịch HClO4 đặc, lắc đều 4. Lắp bình vào hệ thống, chỉnh mức nhiệt độ 5, thời gian phá mẫu 80 phút 5. Để dung dịch sau khi phá nguội đến nhiệt độ phòng, thêm từ từ dung dịch KMnO4 đến khi màu tím bền trong 15 phút 6. Thêm từ từ dung dịch NH2OH.HCl để khử lượng dư KMnO4 7. Lọc dung dịch và định mức thành 50 mL bằng nước cất 2 lần. Để tối ưu quy trình xử lý mẫu, chúng tôi tiến hành khảo sát xử lý mẫu son môi Jackelin, cân chính xác 0,5 g mẫu son sau đó phá mẫu bằng hệ thống Kjeldahl và thay đổi các yếu tố sau để tìm ra điều kiện tối ưu nhất:  Khảo sát thể tích dung dịch HClO4 đặc Tiến hành phá mẫu và thay đổi lần lượt thể tích HClO4 đặc từ 0 mL, 5 mL, 10 mL, 15 mL. Khóa luận tốt nghiệp Bùi Phước Hùng 18  Khảo sát ảnh hưởng của dung dịch KMnO4 25 g.L-1 Tiến hành phá mẫu và thay đổi lần lượt thể tích dung dịch KMnO4 25 g.L-1 từ 0 mL, 5 mL, 10 mL, 15 mL.  Khảo sát ảnh hưởng của thể tích NH2OH.HCl 50 g.L-1 Tiến hành phá mẫu và thay đổi lần lượt thể tích dung dịch NH2OH.HCl từ vừa đủ làm mất màu tím của dung dịch, dư 1 mL, dư 2mL.  Khảo sát thể tích axit HNO3 đặc cho quy trình xử lý mẫu Tiến hành phá mẫu và thay đổi lần lượt thể tích dung dịch HNO3 đặc từ 3 mL, 5 mL, 7 mL, 10 mL, 13 mL, 15 mL.  Khảo sát mức nhiệt độ cho quy trình xử lý mẫu Tiến hành phá mẫu và thay đổi lần lượt mức nhiệt độ của hệ thống Kjeldahl từ 4, 5, 6, 7.  Khảo sát thời gian cho quy trình xử lý mẫu Tiến hành phá mẫu và thay đổi lần lượt thời gian phá mẫu từ 60 phút, 80 phút, 100 phút, 120 phút.  Quy hoạch thực nghiệm bậc 2 các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu độ hấp thụ Sau quá trình khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quy trình xử lý mẫu, các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu trong khoảng khảo sát như thể tích HNO3 đặc, mức nhiệt độ và thời gian phá mẫu. Nhằm xác định một cách chính xác các điều kiện tối ưu, xem xét sự ảnh hưởng qua lại giữa các yếu tố đến tín hiệu độ hấp thụ chúng tối tiến hành khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố này đến độ hấp thụ bằng phương án quy hoạch thực nghiệm bậc 2 Box – Hunter. Tiến hành xử lý mẫu son môi với các điều kiện cố định với thể tích HClO4 5 mL, thể tích KMnO4 sử dụng sau khi phá mẫu 5 mL, thể tích NH2OH.HCl vừa đủ để làm mất màu tím của dung dịch. Các yếu tố thể tích HNO3 (V), mức nhiệt độ xử lý mẫu (L) và thời gian phá mẫu (t) được thay đổi như bảng 2.4 Khóa luận tốt nghiệp Bùi Phước Hùng 19 Bảng 2.4. Các điều kiện khảo sát ảnh hưởng của V, L và t đến độ hấp thụ 2.2.4. Khảo sát hệ số thu hồi của quy trình xử lý mẫu Hệ số thu hồi đánh giá độ đúng của phương pháp phân tích, do đó một phép phân tích tốt cần phải có hệ số thu hồi tốt. Để khảo sát hệ số thu hồi, chúng tôi tiến hành thêm một lượng chính xác chất chuẩn đã biết nồng độ vào mẫu ban đầu. Sau đó, xử lý mẫu theo quy trình đã tối ưu đo tín hiệu độ hấp thụ. Từ đó xác định nồng độ thủy ngân trong mẫu, so sánh với các mẫu đã thêm chuẩn để đánh giá hệ số thu hồi của phương pháp. Hệ số thu hồi được tính theo công thức tc c C C H% 100% C    Với: H%: hệ số thu hồi (%) Ctc : Nồng độ thủy ngân trong mẫu đã thêm chuẩn ( μg.L−1 ) C : Nồng độ thủy ngân trong mẫu chưa thêm chuẩn ( μg.L−1 ) Cc : Nồng độ thủy ngân chuẩn thêm vào ( μg.L−1 ) N Thời gian phá mẫu (phút) Mức nhiệt độ Thể tích HNO3 đặc (mL) 1 80 5 7 2 120 5 7 3 80 7 7 4 120 7 7 5 80 5 13 6 120 5 13 7 80 7 13 8 120 7 13 9 66,36 6 10 10 133,64 6 10 11 100 4,318 10 12 100 7,682 10 13 100 6 4,954 14 100 6 15,046 15 100 6 10 16 100 6 10 17 100 6 10 18 100 6 10 19 100 6 10 20 100 6 10 Khóa luận tốt nghiệp Bùi Phước Hùng 20 2.2.5. Phân tích định lượng mẫu son môi 2.2.5.1. Lấy mẫu Chúng tôi tiến hành lấy mẫu son môi ở các chợ, shop mỹ phẩm phổ biến trên thị trường. Danh sách các mẫu son môi phân tích được trình bày trong bảng 2.5 Bảng 2.5. Thông tin về các mẫu son môi khảo sát STT Tên mẫu Hình Kí hiệu Địa điểm Thời gian 1 JACKELIN M1 Chợ Phạm Văn Hai Quận Tân Bình 16h00 ngày 06/11/2016 2 RIMMEL M2 Chợ Phạm Văn Hai Quận Tân Bình 16h50 ngày 11/12/2016 3 AFTER 90 M3 Chợ Phạm Văn Hai Quận Tân Bình 17h00 ngày 11/12/2016 Khóa luận tốt nghiệp Bùi Phước Hùng 21 4 IN THE NUDE M4 Chợ Phạm Văn Hai Quận Tân Bình 17h05 ngày 11/12/2016 5 MAC M5 Chợ Hạnh Thông Tây Quận Gò Vấp 18h30 ngày 30/12/2016 6 BLACK UP M6 Chợ Hạnh Thông Tây Quận Gò Vấp 18h35 ngày 30/12/2016 7 LUVSKIN M7 NOWZONE FASHION MALL 12h07 ngày 08/01/2017 2.2.5.2. Kết quả phân tích các mẫu son môi Sử dụng quy trình xử lý mẫu đã tối ưu để phá mẫu, định mức dung dịch sau xử lý đến 50 mL bằng nước cất 2 lần. Đo tín hiệu độ hấp thụ và suy ra nồng độ thủy ngân trong dung dịch dựa vào phương trình hồi quy. Khóa luận tốt nghiệp Bùi Phước Hùng 22 2.2.6. Phương pháp xử lý và đánh giá kết quả Các số liệu thực nghiệm được xử lý bằng phương pháp toán thống kê với các đặc trưng sau:[12] + 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 s RSD x + Khoảng tin cậy:    . S x t N Khóa luận tốt nghiệp Bùi Phước Hùng 23 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Khảo sát các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử thủy ngân của hệ thống CV – AAS Thủy ngân có hai vạch phổ hấp thụ đặc trưng 184,9 nm và 253,7 nm. Vạch phổ ở 184,9 nm có độ nhạy cao hơn gấp nhiều lần so với vạch 253,7 nm nhưng bước sóng này bị hấp thụ rất mạnh bởi khí quyển nên ít được sử dụng.[18] Theo cookbook của hãng Thermo Scientific cho thấy phép đo phổ hấp thụ nguyên tử của thủy ngân sử dụng kỹ thuật hóa hơi lạnh trên hệ thống thiết bị máy quang phổ hấp thụ nguyên tử của Thermo scientific sẽ cho kết quả tốt nhất với các thông số máy được trình bày ở bảng 3.1. Bảng 3.1. Các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử của thủy ngân[33] Các thông số Các điều kiện được lựa chọn Bước sóng 253,7 nm Tốc độ kênh axit HCl 0,7 mL.phút−1 Tốc độ kênh chất khử NaBH4 1,6 mL.phút−1 Tốc độ kênh mẫu 7,5 mL.phút−1 Tốc độ kênh thải 14 mL.phút−1 3.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng khí mang và chiều cao ống chữ T bằng phương án quy hoạch thực nghiệm bậc 2 tâm xoay Box – Hunter Tính quay của phương án cấu trúc có tâm sẽ đạt được khi chọn cánh tay đòn sao: k 2 4 4α 2 2 1,414   với k là số yếu tố khảo sát[4]. Các mức và khoảng biến thiên của các yếu tố được liệt kê tóm tắt trong bảng 3.2 Bảng 3.2. Các mức và khoảng biến thiên của hai yếu tố tốc độ dòng khí mang và chiều cao ống chữ T Yếu tố Các mức Khoảng biến thiên Mức trên +1 Mức cơ sở 0 Mức dưới -1 x1 là tốc độ khí mang (v, mL.phút-1) 40 35 30 5 x2 là chiều cao ống chữ T (h, mm) 11,5 10,5 9,5 1,0 Khóa luận tốt nghiệp Bùi Phước Hùng 24 Gọi y là tín hiệu độ hấp thụ quang của của dung dịch chuẩn, mô hình toán học của quá trình được chọn là: 2 2 0 1 1 2 2 12 1 2 11 1 22 2y b b x b x b x x b x b x      (3.1) Phương án thực nghiệm là phương án quay bậc hai có tâm. Số thí nghiệm của phương án k 0N 2 2k n   (k < 5), với cánh tay đòn sao α 1,414 . Ma trận quy hoạch thực nghiệm (QHTN) được cho trong bảng 3.3 Bảng 3.3. Ma trận QHTN phương án quay bậc hai, hai yếu tố N x0 x1 x2 x12 2 1x 2 2x y 1 + -1 +1 -1 +1 +1 0,058 2 + +1 +1 +1 +1 +1 0,057 3 + -1 -1 +1 +1 +1 0,065 4 + +1 -1 -1 +1 +1 0.062 5 + -1,414 0 0 1,999 0 0,060 6 + +1,414 0 0 1,999 0 0,055 7 + 0 -1,414 0 0 1,999 0,071 8 + 0 +1,414 0 0 1,999 0,063 9 + 0 0 0 0 0 0,074 10 + 0 0 0 0 0 0,074 11 + 0 0 0 0 0 0,077 12 + 0 0 0 0 0 0,078 13 + 0 0 0 0 0 0,075 Các hệ số trong phương trình hồi quy (3.1) được tính theo các công thức sau:[4] N k N 2 0 1 i 2 ji i i 1 j 1 i 1 b a y a x y       (3.2) N j 3 ji i i 1 b a x y , j 1: k    (3.3) N ji 4 ji li i i 1 b a x x y , l j; j, l 1: k     (3.4) N k N N 2 2 jj 5 ji i 6 ji i 7 i i 1 j 1 i 1 i 1 b a x y a x y a y          (3.5) Các giá trị hằng số trong các công thức 3.2  3.5 được cho trong bảng sau: Bảng 3.4. Các giá trị hằng số trong phương trình tính các hệ số hồi quy[4] k N no α a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 2 13 5 1,414 0,2 0,1 0,125 0,25 0,1251 0,0187 0,1 3 20 6 1,682 0,1663 0,0568 0,0732 0,125 0,0625 0,0069 0,0568 Khóa luận tốt nghiệp Bùi Phước Hùng 25 Từ đó giá trị các hệ số tính được là: bo = 0,0758; b1 = -0,0014; b2 = 0,0001; b12 = -0,0005; b11 = -0,0096; b22 = -0,0049 Phương sai tái hiện 2 ths được xác định theo kết quả các thí nghiệm ở tâm: [4] 0n 0 0 2 u 2 u 1 th 0 (y y ) s n 1      trong đó: n0 – số thí nghiệm song song ở tâm phương án 0 uy - giá trị thông số tối ưu hóa ở thí nghiệm thứ u ở tâm phương án 0y - giá trị trung bình của thông số tối ưu hóa trong n0 thí nghiệm ở tâm. Từ đó ta tính được: 2 6 ths 3,3.10  Phương sai các hệ số được tính theo các công thức sau:[4] lj 2 2 b 4 ths a s (3.6) jj 2 2 b 5 6 ths (a a )s  (3.7) 0 2 2 b 1 ths a s (3.8) j 2 2 b 3 ths a s (3.9) Từ đó phương sai của các hệ số tính được là: 0 2 bs = 6,6.10 -7 ; j 2 bs = 4,1.10 -7 ; jl 2 bs = 8,3.10 -7 ; jj 2 bs = 3,9.10 -7 Kiểm định tính ý nghĩa của các hệ số hồi quy theo tiêu chuẩn Student: j j j b b t s  ta tính được: to = 93,25; t1 = 2,15; t2 = 0,14; t12 = 0,55; t11 = 15,35; t22 = 7,78 Tra bảng tp(f); p = 0,05; f = 5; t0,05(4) = 2,78 Các giá trị t1, t2, t12 < tp(f), do đó các hệ số b1, b2, b12 bị loại ra khỏi phương trình hồi quy. Phương trình hồi quy có dạng: y = 0,0758 – 0,0096 21x – 0,0049 2 2x  Kiểm định sự tương thích của phương trình hồi quy với thực nghiệm Tổng bình phương độ lệch Sdư được tính theo công thức: Khóa luận tốt nghiệp Bùi Phước Hùng 26 Sdư = N 2 i i i 1 (y Y )   = 1,05.10-4 Tổng Sth Sth = 0n 0 0 2 u u 1 (y y )   = 1,32.10-5 Do đó: 4 5 5 2 0 1,05.10 1,32. 1,53.10 ( ) ( 1) (13 10 3) (5 1)             du th tt S S s N l n Giá trị tính được của F: 2 5 tt 2 6 th s 1,53.10 F 4,64 s 3,3.10      Tra bảng F0,95 (6,4) = 6,2 Ta có F < F0,95 (6,4), vì vậy phương trình (3.1) phù hợp với thực nghiệm. Sử dụng phần mềm Modde 5.0, ta có được mặt đáp ứng: Hình 3.1. Ảnh hưởng của v, h đến độ hấp thụ quang của dung dịch Hg2+ 6μg.L−1 Nhận xét: Miền cực đại của độ hấp thụ quang đạt được khi tốc độ dòng khí mang từ 34 đến 36 mL.phút-1 và chiều cao ống chữ T từ 10,4 đến 10,6 mm. Tối ưu hóa các yếu tố thiết bị ảnh hưởng đến độ hấp thụ quang của thủy ngân, ta lấy đạo hàm bậc nhất của phương trình (3.1) theo từng biến ta có 1 1 2 2 y 0,0192x 0 x y 0,0098x 0 x           1s 2s x 0 x 0     Chuyển sang tọa độ tự nhiên (v, h): 0 1 v v x v    v 35 0 10     v =35 (mL.phút-1) 0 2 h h x h    h 10,5 0 1     h = 10,5 (mm) Khóa luận tốt nghiệp Bùi Phước Hùng 27 Vậy thông số tối ưu hóa cho chiều cao ống chữ T là 10,5 mm và tốc độ khí mang là 35 mL.phút-1. 3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất khử NaBH4 và axit HCl bằng phương án quy hoạch thực nghiệm tâm xoay bậc 2 Box – Hunter Tính quay của phương án cấu trúc có tâm sẽ đạt được khi chọn cánh tay đòn sao: k 2 4 4α 2 2 1,414   với k là số yếu tố khảo sát. Các mức và khoảng biến thiên của các yếu tố được liệt kê tóm tắt trong bảng 3.5 Bảng 3.5. Các mức và khoảng biến thiên của 2 yếu tố nồng độ chất khử và axit Gọi y là tín hiệu độ hấp thụ quang của của dung dịch chuẩn, mô hình toán học của quá trình được chọn là: 2 2 0 1 1 2 2 12 1 2 11 1 22 2y b b x b x b x x b x b x      (3.1) Phương án thực nghiệm là phương án quay bậc hai có tâm. Nhân là TYT 23 , 4 thí nghiệm ở điểm sao, với cánh tay đòn sao α 1,414 và 4 thí nghiệm ở tâm. Ma trận QHTN được cho trong bảng 3.3 Bảng 3.6. Ma trận QHTN bậc hai, hai yếu tố N x0 x1 x2 x12 2 1x 2 2x y 1 + -1 +1 -1 +1 +1 0,054 2 + +1 +1 +1 +1 +1 0,059 3 + -1 -1 +1 +1 +1 0,053 4 + +1 -1 -1 +1 +1 0,066 5 + -1,414 0 0 1,999 0 0,044 6 + +1,414 0 0 1,999 0 0,060 7 + 0 -1,414 0 0 1,999 0,056 8 + 0 +1,414 0 0 1,999 0,066 9 + 0 0 0 0 0 0,074 10 + 0 0 0 0 0 0,075 11 + 0 0 0 0 0 0,072 12 + 0 0 0 0 0 0,077 13 + 0 0 0 0 0 0,078 Yếu tố Các mức Khoảng biến thiên Mức trên +1 Mức cơ sở 0 Mức dưới -1 x1 là nồng độ chất khử NaBH4 (c1, %(m/v)) 0,7 0,5 0,3 0,2 x2 là nồng độ axit HCl (c2,M) 1,5 1 0,5 0,5 Khóa luận tốt nghiệp Bùi Phước Hùng 28 Từ các công thức 3.2  3.5, giá trị các hệ số trong phương trình hồi quy được tính như sau: bo = 0,0753; b1 = 0,0051; b2 = 0,0025; b12 = 0,0020; b11 = -0,0113; b22 = -0,0069 Phương sai tái hiện 2 ths được xác định theo kết quả các thí nghiệm ở tâm: 0n 0 0 2 u 2 6u 1 th 0 (y y ) s 5,7.10 n 1       Từ các công thức 3.6  3.9, giá trị phương sai của các hệ số trong phương trình hồi quy được tính như sau: 0 2 bs = 1,6.10 -6 ; j 2 bs = 7,1.10 -7 ; jl 2 bs = 1,4.10 -6 ; jj 2 bs = 6,8.10 -7 Kiểm định tính ý nghĩa của các hệ số hồi quy theo tiêu chuẩn Student: j j j b b t s  ta tính được: to = 70,56; t1 = 6,01; t2 = 2,98; t12 = 1,68; t11 = 13,78; t22 = 8,32 Tra bảng tp(f); p = 0,05; f = 4; t0,05(4) = 2,78. Giá trị t12 < tp(f), do đó hệ số b12 bị loại ra khỏi phương trình hồi quy. Phương trình hồi quy có dạng: 2 2 1 2 1 2y 0,0753 0,0051 0,0025x x x x0,0113 0,0069    (3.10)  Kiểm định sự tương thích của phương trình hồi quy với thực nghiệm Tổng bình phương độ lệch Sdư : Sdư = N 2 i i i 1 (y Y )   = 5,49.10-5 Tổng Sth Sth = 0n 0 0 2 u u 1 (y y )   = 2,28.10-5 Từ đó ta tính được: 5 6 5 2 0 5,49.10 2,28. 8,03.10 ( ) ( 1) (13 10 5) (5 1)             du th tt S S s N l n Giá trị tính được của F: 2 6 tt 2 6 th s 8,03.10 F 1,41 s 5,7.10      Khóa luận tốt nghiệp Bùi Phước Hùng 29 Tra bảng F0,95 (4,4) = 6,4 Ta có F < F0,95 (4,4), vì vậy phương trình (3.10) phù hợp với thực nghiệm. Sử dụng phần mềm Modde 5.0, ta có được mặt đáp ứng: Hình 3.2. Ảnh hưởng của c1, c2 đến độ hấp thụ quang của dung dịch Hg2+ 6 μg.L−1 Nhận xét: Miền cực đại của độ hấp thụ quang đạt được khi nồng độ chất khử NaBH4 sử dụng nằm trong khoảng 0,5 đến 0,6% và nồng độ axit HCl cần dùng nằm trong khoảng từ 1,0 đến 1,3M. Tối ưu hóa các yếu tố hóa chất ảnh hưởng đến độ hấp thụ quang của thủy ngân, ta lấy đạo hàm bậc nhất của phương trình (3.10) theo từng biến ta có: 1 1 2 2 y 0,0051 0,0226x 0 x y 0,0025 0,0137x 0 x           1s 2s x 0,22566 x 0,18248     Chuyển sang tọa độ tự nhiên (c1, c2): 1 1o 1 1 c c x c    1c 0,50,22566 0,2     c1 = 0,5451320,55% 2 2o 2 2 c c x c    2c 10,18248 0,5     c2 = 1,091241,1 (M) A = y = 0,076 Vậy thông số tối ưu hóa cho nồng độ chất khử NaBH4 là 0,55% (m/v) và nồng độ axit HCl là 1,1M. Thực hiện thí nghiệm kiểm tra tại điều kiện tối ưu hóa với dung dịch chuẩn Hg 6μg.L−1 , thu được kết qua đo thu được như sau: 0,075; 0,077; 0,079. Ta có: TNA 0,077 n 2 i TN 2 6i 1 (A A ) s 4.10 n 1       2 3 A s s 1,1547.10 n   Khóa luận tốt nghiệp Bùi Phước Hùng 30 Từ đó ta tính được tTN : TN LT TN 3 A A A 0,077 0,076 t 0,87 s 1,1547.10      Ta thấy tTN < t0,05(2) = 4,3, do đó sự sai khác giữa ATN và ALT là không đáng kể. Phép đo tại các điều kiện tối ưu hóa cho thấy sự tương thích tốt giữa lý thuyết và thực nghiệm. 3.1.3. Khảo sát sự ảnh hưởng của độ rộng khe đo Khảo sát sự ảnh hưởng của độ rộng khe đo đến tín hiệu độ hấp thu với các điều kiện đã tối ưu ở trên, độ rộng khe đo có thể điều chỉnh theo các giá trị định sẵn của chương trình là 0,1 nm; 0,2 nm; 0,5 nm; 1,0 nm. Bảng 3.7. Khảo sát ảnh hưởng của độ rộng khe đo Độ rộng khe đo (nm) Độ hấp thụ Trung bình Lần 1 Lần 2 Lần 3 0,1 0,0593 0,0602 0,0611 0,0602 ± 0,0022 0,2 0,0654 0,0678 0,0673 0,0668 ± 0,0031 0,5 0,0756 0,0752 0,0766 0,0758 ± 0,0018 1,0 0,0710 0,0732 0,0743 0,0728 ± 0,0042 Nhận xét: Từ kết quả đo, chúng tôi nhận thấy với độ rộng khe đo là 0,5 nm cho tín hiệu thu được cao nhất và ổn định. 3.1.4. Tổng kết các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử của thủy ngân bằng hệ thống CV – AAS Từ các quá trình khảo sát trên và tham khảo cookbook của hãng Thermo scientific chúng tôi tổng kết các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử Hg của máy VP-AAS được trình bày ở bảng 3.8. Khóa luận tốt nghiệp Bùi Phước Hùng 31 Bảng 3.8 Các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử Hg của máy CV-AAS Các thông số Các điều kiện được lựa chọn Bước sóng 253,7 nm Tốc độ kênh axit HCl 0,7 mL.phút−1 Tốc độ kênh chất khử NaBH4 1,6 mL.phút−1 Tốc độ kênh mẫu 7,5 mL.phút−1 Tốc độ kênh thải 14 mL.phút−1 Chiều cao ống chữ T 10,5 mm Cường độ dòng đèn HCL (Imax=6 mA) 75 % Imax Độ rộng khe đo 0,5 nm Lưu lượng khí mang argon 35 mL.phút−1 Nồng độ chất khử NaBH4 ổn định trong NaOH 0,5% (m/v) 0,55 % (m/v) Nồng độ axit HCl 1,1 M 3.2. Xây dựng phương pháp định lượng thủy ngân đối với phép đo CV – AAS 3.2.1. Khảo sát xác định khoảng tuyến tính của thủy ngân Để xác định khoảng tuyến tính của phép đo Hg chúng tôi tiến hành pha các dung dịch Hg2+ chuẩn trong nền HNO3 2 M theo các nồng độ khác nhau từ 0,05 – 100 μg.L−1 và tiến hành đo theo chiều tăng dần nồng độ và theo các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử của thủy ngân đã được tối ưu ở bảng 3.8. Bảng 3.9. Nồng độ các dung dịch chuẩn xác định khoảng tuyến tính của Hg 2Hg V  (mL) Nồng độ Hg2+ lấy pha (μg.L−1) Thể tích cuối (mL) Nồng độ cuối (μg.L−1) 1,25 1 25 0,05 2,5 1 25 0,1 5 1 25 0,2 0,25 100 25 1 1,25 100 25 5 2,5 100 25 10 3,75 100 25 15 5 100 25 20 7,5 100 25 30 15 100 25 60 20 100 25 80 1 10000 100 100 Kết quả đo thu được trình bày trong bảng 3.10.