Luận văn Nghiên cứu tích lũy kim loại nặng trong rau húng quế tại khu vực Phú Xuyên, Hà Nội

sol khí , hệ thống tạo plasma, vùng tương tác, hệ thống thấu kính, hệ thống phân tách khối , detector, hệ thống xử lý số liệu. Hình 6. Nguyên lý cấu tạo của máy ICP-MS Hệ thống tạo plasma Máy phát cao tần RF có công suất làm việc biến thiên từ 0,1 đến 2,5KW và hoạt động ở nhiều tần số khác nhau. Các tần số phổ biến hay dùng là 27,12; 40; 45;250; 450MHz. ICP-Torch gồm hệ thống ba ống thạch anh chịu nhiệt lồng vào nhau và đồng tâm. Trong cùng là một mao quản có dòng khí Ar để dẫn hỗn hợp sol khí của mẫu vào vùng plasma. Dùng một loại khí Ar cho cả ba mục đích (tạo môi trường plasma, mang mẫu và phụ trợ) là tốt nhất vì Ar thường rẻ hơn so với các loại khí khác. Hơn nữa, Ar có thế ion hoá cao hơn so với nhiều nguyên tố khác (trừ He, F và Ne) nên phản ứng (Ar+ + e- → Ar) xảy ra dễ dàng hơn so với phản ứng (M++ e- → M). Điều này đảm bảo cho mẫu duy trì ở trạng thái ion hoá (với M+) để máy phổ khối phát hiện được. Dòng khí mang mẫu có 25 lưu lượng 0,5-1,5 L/ph. Khí tạo môi trường plasma có lưu lượng 10-15 L/ph. Dòng khí phụ trợ có lưu lượng 1-2 L/ph. Plasma Ar được hình thành và duy trì tại điểm cuối của đèn thuỷ tinh thạch anh đặt bên trong cuộn dây đồng được làm lạnh bằng nước. Một điện thế có tần số radio (RF) được đặt vào cuộn dây tạo ra một trường điện từ ở bên trong cuộn dây. Sự phóng điện từ cuộn dây bên trong đèn cung cấp điện tử để khởi động plasma. Sự va chạm tiếp sau đó làm tăng số nguyên tử Ar bị ion hoá và hình thành plasma. Quá trình hình thành plasma ngay lập tức tự duy trì được và tiếp tục duy trì khi dòng khí Ar vẫn tiếp tục đi vào đèn. Nhờ dòng khí mang Ar, mẫu được đưa từ hệ thống bơm mẫu vào vùng plasma và hình thành các ion mang điện tích dương (+1). Trong luận văn nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng phương pháp quang phổ khối plasma cảm ứng ICP-MS để xác định hàm lượng tích lũy kim loại nặng trong rau húng quế tại khu vực Phú Xuyên, Hà Nội. 1.5. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ MẪU RAU VÀ TRẦM TÍCH 1.5.1. Phương pháp vô cơ hóa khô Kỹ thuật xử lý khô (tro hóa khô) là kỹ thuật nung để xử lý mẫu trong lò nung ở một nhiệt độ thích hợp (450 750oC), song thực chất đây chỉ là bước đầu tiên của quá trình xử lý mẫu. Vì sau khi nung, mẫu bã còn lại phải được hòa tan (xử lý tiếp) bằng dung dịch muối hay dung dịch axit phù hợp, thì mới chuyển các chất cần phân tích trong tro mẫu vào dung dịch để sau đó xác định nó theo một phương pháp đã chọn, Khi nung, các chất hữu cơ của mẫu sẽ bị đốt cháy thành CO2 và nước. Thời gian nung có thể từ 5-12 giờ tùy thuộc vào mỗi loại chất phân tích, cấu trúc, dạng liên kết của các chất trong mẫu. * Ưu - nhược điểm Thao tác và cách làm đơn giản, không phải dùng nhiều axit đặc tinh khiết cao đắt tiền, xử lý được triệt để nhất là các mẫu nền hữu cơ, đốt cháy hết các chất hữu cơ, vì thế làm dung dịch mẫu thu được sạch. Nhưng có nhược điểm là có thể mất một số chất dễ bay hơi, ví dụ như: Cd, Pb, Zn, Sn, Sb, nếu không có chất phụ gia và chất bảo vệ. 26 1.5.2. Phương pháp vô cơ hóa ướt * Xử lý bằng axit mạnh đặc nóng Dùng axit mạnh đặc và nóng (ví dụ H Cl, H2SO4), hay axit mạnh, đặc và nóng có tính oxi hóa mạnh (HNO3, HClO4), hoặc hỗn hợp 2 axit (HNO3 + H2SO4), hay 3 axit (HNO3 + H2SO4 + HClO4), hoặc là 1 axit đặc và 1 oxi hóa mạnh (H2SO4 + KMnO4), để phân hủy mẫu trong điều kiện đun nóng trong bình Kendan, trong ống nghiệm, trong cốc hay lò vi sóng. Lượng axit cần dùng để phân hủy mẫu thường gấp 1015 lần lượng mẫu, tùy thuộc mỗi loại mẫu và cấu trúc vật lý, hóa học của nó. Thời gian phân hủy mẫu trong các hệ hở, bình Kendan, ống nghiệm, cốc, thường từ vài giờ đến hàng chục giờ tùy loại mẫu và bản chất của các chất, còn nếu trong lò vi sóng thì chỉ cần 50 - 90 phút. Hầu như không bị mất các chất phân tích, nhất là trong lò vi sóng. Nhưng thời gian phân hủy mẫu rất dài, trong điều kiện thường, tốn nhiều axit đặc tinh khiết cao, nhất là trong các hệ hở. Dễ bị nhiễm bẩn khi xử lý trong hệ hở, do môi trường hay axit dùng và phải đuổi axit dư lâu, nên dễ bị nhiễm bẩn, bụi vào mẫu. 1.5.3. Phương pháp vô cơ hóa khô - ướt kết hợp Nguyên tắc của kỹ thuật này là mẫu được phân hủy trong chén hay cốc nung. Trước tiên người ta xử lý ướt sơ bộ bằng một lượng nhỏ axit và chất phụ gia, để phá vỡ 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 nung ở nhiệt độ thích hợp. Vì thế lượng axit dùng để xử lý thường chỉ bằng 1/4 hay 1/5 lượng cần dùng cho xử lý ướt. Sau đó nung sẽ nhanh hơn và quá trình xử lý sẽ triệt để hơn xử lý ướt, đồng thời hạn chế được sự mất của một số kim loại khi nung. Do đó đã tận dụng được ưu điểm của cả hai kỹ thuật xử lý ướt và khô, nhất là giảm bớt được các loại hóa chất (axit, kiềm tinh khiết cao) khi xử lý ướt, sau đó hòa tan tro mẫu sẽ thu được mẫu trong, vì không còn chất hữu cơ và sạch hơn tro hóa ướt thông thường. Hạn chế được 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 ướt. Không phải đuổi axit dư, nên hạn chế được sự nhiễm bẩn. Do đó phù hợp cho nhiều loại mẫu khác nhau để xác định kim loại. 27 CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM 2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1.1. Thiết bị phân tích ICP-MS Phổ ICP-MS có độ nhạy cao hơn nhiều so với các phương pháp phổ hấp thụ và phát xạ nguyên tử. Giới hạn phát hiện của nó có thể đạt tới cỡ ppt. Đồng thời phổ ICP-MS có độ ổn định cao, độ lặp lại tốt và vùng tuyến tính rộng. Chính vì vậy phương pháp phổ ICP-MS ngày càng được chú ý sử dụng rộng rãi. Hình 7: Thiết bị phân tích ICP-MS 7900 Agilent 2.1.2. Thiết bị phá mẫu lò vi sóng 2.1.2.1. Nguyên tắc Dùng năng lượng của lò vi sóng để đun nóng mẫu được đựng trong bình kín. Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, mẫu được hòa tan dễ dàng. Đây là phương pháp xử lý mẫu hiện đại nhất hiện nay, làm giảm đáng kể thời gian xử lý mẫu, không mất mẫu và vô cơ hóa mẫu được triệt để. Có thể vô cơ hóa cùng một lúc được nhiều mẫu. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi thiết bị rất đắt tiền mà nhiều cơ sở phân tích không đủ điều kiện trang bị. 2.1.2.2. Cơ chế của sự phân hủy mẫu trong lò vi sóng Các tác nhân phân hủy mẫu bao gồm axit có tác dụng phá hủy và hòa tan các hạt (phân tử) mẫu, năng lượng nhiệt (có tác dụng làm tan rã các hạt mẫu 28 cùng với axit), sự khuếch tán đối lưu, chuyển động nhiệt và va chạm của các hạt mẫu với nhau làm cho chúng bị bào mòn dần. Ngoài ra, trong lò vi sóng còn có sự phá vỡ từ trong lòng hạt mẫu ra ngoài, do các phân tử nước hấp thụ (90%) năng lượng vi sóng và có động năng rất lớn, nên chúng có chuyển động nhiệt rất mạnh, làm căng và tách các hạt mẫu từ trong ra. Thêm vào đó, vì là hệ kín nên có áp suất cao, sẽ làm cho nhiệt độ sôi lại cao hơn, đây là tác nhân phân hủy mạnh nhất, do đó thúc đẩy quá trình phân hủy mẫu rất nhanh từ trong ra và từ ngoài vào. Vì thế nên việc xử lý mẫu trong lò vi sóng chỉ cần thời gian rất ngắn (3070 phút) mà lại triệt để. 2.1.2.3. Các quá trình xảy ra khi phân hủy mẫu bằng lò vi sóng Dưới tác dụng của axit, năng lượng nhiệt (nhiệt độ) và năng lượng vi sóng các quá trình vật lý và hóa học sau đây sẽ xảy ra: Sự phá vỡ mạng lưới cấu trúc của hạt mẫu, giải phóng các chất phân tích, để đưa chúng vào dung dịch dưới dạng các muối tan. Quá trình oxi hóa khử làm thay đổi hóa trị, chuyển đổi dạng, làm tan vỡ các hạt mẫu, để giải phóng chất phân tích về dạng muối tan. Nếu xử lý mẫu hữu cơ phân tích kim loại, thì có sự đốt cháy, phá hủy các hợp chất hữu cơ và mùn tạo ra khí CO2 và nước, để giải phóng các kim loại trong chất hữu cơ về dạng muối vô cơ tan trong dung dịch. Tạo hợp chất dễ bay hơi làm mất đi các anion trong phân tử chất mẫu, làm mẫu bị phân hủy tạo ra các hợp chất tan trong dung dịch. Sự tạo thành các hợp chất muối hay phức tan trong dung dịch. Cơ chế tách chất phân tích ra khỏi mẫu ban đầu ở dạng kết tủa không tan và nhờ đó người ta tách được các chất phân tích và làm giàu chúng. Như vậy, trong quá trình xử lý mẫu ở đây cũng có thể có các phản ứng hóa học xảy ra như phản ứng oxi hóa khử, phản ứng thủy phân, phản ứng tạo phức, phản ứng hòa tan, phản ứng kết tủa, của các phân tử chất mẫu với các axit dùng để phân hủy mẫu và các chất có trong mẫu với nhau. Trong đó, quá trình nào là chính, quá trình nào là phụ được quyết định bởi thành phần chất nền, bản chất của chất mẫu và các loại axit dùng để phân hủy và hòa tan mẫu. 29 Hình 8: Thiết bị phá mẫu lò vi sóng 2.2. THU THẬP MẪU 2.2.1. Thời gian và địa điểm lấy mẫu Các mẫu nước, đất và rau húng quế cùng được lấy tại khu vực trồng rau húng tập trung trên địa bàn xã Hồng Thái, Tân Dân, Quang Lãng huyện Phú Xuyên. Mẫu được lấy từ lúc cây được 25 ngày tuổi, mỗi lần lấy mẫu tiếp theo cách nhau khoảng 25 ngày. Thời gian lấy mẫu từ tháng 2 đến tháng 6 năm 2019. Xã Hồng thái: 20° 46´6.5340´´B, 105° 57´49.4947´´Đ Xã Tân Dân: 20°44´50.8´´N, 105°51´25.8´´E Xã Quang Lãng: 20°42'04.8"N 105°59'36.8"E Số lượng mẫu lấy: Mẫu nước 15 mẫu; đất trồng 15 mẫu; rau húng quế 15 mẫu. Ký hiệu mẫu: mẫu nước ký hiệu NC; mẫu đất ký hiệu CR; mẫu rau ký hiệu HQ. 30 Hình 9. Bản đồ và vị trí lấy mẫu 31 2.2.2. Lấy mẫu, bảo quản mẫu Cả 3 loại mẫu đất, nước, rau húng quế được lấy tại các xã khác nhau. Từng loại mẫu có các cách lấy và bảo quản, xử lý theo các cách riêng biệt sau. Mẫu rau húng quế Phương pháp lấy mẫu, thu mẫu và xử lý mẫu theo tiêu chuẩn TCVN 9016:2011 Cách lấy: Nguyên tắc của lấy mẫu hỗn hợp là lấy những mẫu riêng biệt ở nhiều điểm khác nhau rồi trộn lại để được mẫu trung bình. Thông thường lấy mẫu từ 5 đến 10 điểm rồi trộn lại để lấy mẫu trung bình. Khi lấy mẫu ở những điểm riêng biệt như: chỗ bón phân hoặc vôi tụ lại, chỗ cây quá tốt hoặc quá xấu, chỗ cây bị sâu bệnh. Cả 3 loại mẫu đất, nước, rau được lấy ở những điểm riêng biệt rải đều trên ruộng rau. Mẫu được lấy cách bờ khoảng 1 mét và trong thời gian cách nhau khoảng 25 ngày kể từ lúc rau được reo trồng. Có thể áp dụng cách lấy mẫu theo đường chéo hoặc đường thẳng góc với địa hình vuông gọn, hoặc theo đường gấp khúc với địa hình dài. Hình 10. Sơ đồ lấy mẫu Sau khi lấy được rửa sạch bùn đất bám vào bằng chính nước tại khu vực lấy mẫu, sau đó chuyển mẫu vào túi nhựa có gắn mép để bảo quản. Mẫu lấy về lại được rửa sạch bằng nước cất hai lần, cắt nhỏ, đồng nhất mẫu rồi chuyển vào túi nhựa có gắn kín, để trong bình hút ẩm. 32 Mẫu đất Phương pháp lấy mẫu, thu mẫu và xử lý mẫu đất theo tiêu chuẩn TCVN 7538-2:2005 Mẫu đất cũng được lấy theo cách lấy mẫu hỗn hợp là lấy những mẫu riêng biệt ở nhiều điểm khác nhau rồi trộn lại để được mẫu đại diện trung bình. Thông thường lấy mẫu từ 5 đến 10 điểm rồi trộn lại để lấy mẫu đại diện trung bình. Mẫu đất được lấy là đất ở tầng mặt (0 – 20 cm). Mẫu nước Phương pháp lấy mẫu, thu mẫu và xử lý mẫu nước theo TCVN 6663-1:2011 và EPA 200.8 Lấy mẫu và bảo quản mẫu. Các chai lấy mẫu nước được rửa sạch và được dán nhãn đầy đủ các chi tiết về địa điểm, ngày giờ thu mẫu. Các loại chai thủy tinh, chai nhựa (PE, PET, HDPE có dung tích 3lít, 2 lít, 1lít và 0,5 lít. Các chai được tráng bằng dung dịch HNO3 1:1 rồi tráng lại bằng nước cất, làm sạch chai chứa mẫu trước khi lấy. Do phân tích kim loại nặng là phân tích có độ nhạy cao nên các chai chỉ sử dụng 1 lần để chứa mẫu này. 2.3. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, HÓA CHẤT 2.3.1. Thiết bị, dụng cụ a, Dụng cụ 1) Pipet đơn kênh 0,1 mL, 1 mL, 5 mL, 2) Bình định mức 20 mL, 25 mL, 50 mL, 100 mL (Đức), 3) Ống hình trụ (falcon) 50 mL (Đức), 4) Kẹp, nhíp: được làm bằng nhựa, 5) Ống teflon 6) Chày cối 7) Túi zipper polyethylene 8) Cốc thủy tinh có mỏ 100mL. 9) Quả bóp cao su 33 b, Thiết bị 1) Tủ sấy memmert 2) Máy đồng hóa mẫu 3) Lò vi sóng Marss 6 4) Máy ICP-MS 7900 – Agilent 5) Bếp điện 6) Khí Argon độ tinh khiết 99,99% (Messer), 7) Khí Heli độ tinh khiết 99,999% (Messer), 8) Cân phân tích 4 số. 2.3.2. Hóa chất, chất chuẩn a, Axit: Sử dụng axit độ tinh khiết cao (hoặc tương đương) axit để chuẩn bị các dung dịch chuẩn và xử lý mẫu. Sử dụng cẩn thận trong việc xử lý của các axit trong phòng thí nghiệm để tránh ô nhiễm của các axit có nồng độ vết của kim loại. 1) Axit Nitric, HNO3, (d=1,41). 2) Nitric acid, 1%: Thêm 15,4 mL HNO3 đặc pha loãng tới 1000 mL. 3) Nitric acid, 2%: Thêm 30,8 mL HNO3 đặc pha loãng tới 1000 mL 4) Axit HCl 36% 5) H202 30% b, Nước siêu sạch: có độ dẫn 18.2 mΩ. c, Dung dịch chuẩn: 1) Dung dịch nội chuẩn: 10 ppm (Bi, Ge, In, Sc, Tb, Y và Li ). 2) Chuẩn đơn As 10 ppm, (inorganic). 3) Dung dịch tune máy: 1ppb (Li, Co, In, TL) 4) Chuẩn đơn: Cu nồng độ 10 ppm, (inorganic). 5) Chuẩn đơn: Pb nồng độ 10 ppm, (inorganic). 6) Chuẩn đơn: Cd nồng độ 10 ppm, (inorganic). 7) Chuẩn đơn: Fe nồng độ 10 ppm, (inorganic). 8) Chuẩn đơn: Zn nồng độ 10 ppm (inorganic). 34 2.4. XÂY DỰNG ĐƯỜNG CHUẨN Đường chuẩn của các nguyên tố kim loại được lập theo bảng dưới bằng cách pha loãng chất chuẩn từ chuẩn gốc các kim loại bằng axit HNO3 2%. Giai đoạn 1: Pha dung dịch hỗn hợp các chất chuẩn gốc từ 10ppm xuống 500ppb đối với (As, Cd, Pb) còn với (Fe, Cu, Zn) có nồng độ 1 ppm từ các dung dịch chất chuẩn của nhà cung cấp. (1) Chất chuẩn As Cd Pb Fe Cu Zn Vhút (ml) 1 1 1 2 2 2 Vđịnh mức(ml) 20 Giai đoạn 2: Pha dung dịch chuẩn có nồng độ từ 1 – 200. Từ dung dịch (1) pha ra các nồng độ 1 ppb, 5ppb, 10 ppb, 25ppb, 50 ppb, 80ppb, 100 ppb. Tương ứng với nồng độ của Fe, Cu, Zn là 2 ppb, 10ppb, 20ppb, 50ppb, 100ppb, 160ppb, 200ppb. As, Cd, Pb (ppb) 0 1 5 10 25 50 80 100 Fe, Cu, Zn (ppb) 0 2 10 20 50 100 160 200 Vhút (ml) 0 0,1 0,1 0,2 0,5 1 1,6 2 Vđịnh mức (ml) 10 25 10 10 10 10 10 10 2.5. ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP Thí nghiệm xác định MDL và MQL: Thêm chuẩn nồng độ KLN 5ppb đối với mẫu nước tiến hành đo lặp 10 lần để xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng. Thí nghiệm xác định độ thu hồi, tiến hành thêm chuẩn 20ppb đối với mẫu nước. Nền mẫu đất hàm lượng kim loại Fe; Cu; Zn được thêm chuẩn 32ppm và As; Cd; Pb thêm chuẩn 7ppm. Nền mẫu rau húng quế đối với nhóm kim loại Fe; Cu; Zn ta thêm chuẩn 5ppm. Còn với nhóm As; Cd; Pb thêm 0,1ppm chất chuẩn. Tiến hành trên nền mẫu thực thêm chuẩn các mẫu được đo lặp lại 10 lần. Dựa vào đường chuẩn để tính toán nồng độ thu được từ đó xác định độ thu hồi của phương pháp nghiên cứu. Thí nghiệm xác định độ lặp lại: Tiến hành thí nghiệm trên các nền mẫu được đo lặp lại 10 lần. 35 Thí nghiệm xác định độ tái lặp: Tiến hành thí nghiệm lặp lại giữ nguyên các yếu tố phân tích, tiến hành thay đổi ngày phân tích trên cùng một nền mẫu. Kết quả của 2 lần phân tích dùng để xác định độ tái lặp. 2.6. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU 2.6.1. Xác định hàm lượng kim loại trong mẫu Hàm lượng tổng kim loại có trong mẫu được tính theo công thức sau: Trong đó: C đo máy: Nồng độ nguyên tố trong dung dịch cuối cùng của mẫu thử đo được trên máy. (µg/L) Cblank : Nồng độ nguyên tố trong dung dịch cuối cùng của mẫu trắng phương pháp (blank) đo được trên máy (µg/L). V : Thể tích định mức dung dịch sau khi phá mẫu bằng lò vi sóng (ml). f : Là hệ số pha loãng mẫu sau khi lọc. m : Lượng cân mẫu thử (đối với nền mẫu đất trồng và rau húng quế đơn vị g). 1000 : hệ số chuyển ppb sang ppm 2.6.2. Giới hạn phát hiện Định nghĩa Giới hạn phát hiện là nồng độ mà tại đó giá trị xác định được lớn hơn độ không đảm bảo đo của phương pháp. Đây là nồng độ thấp nhất của chất phân tích trong mẫu có thể phát hiện được nhưng chưa thể định lượng được (đối với phương pháp định lượng). Cách xác định LOD của phương pháp định lượng: Có nhiều cách xác định LOD khác nhau tùy thuộc vào phương pháp áp dụng là phương pháp công cụ hay không công cụ. Các cách tiếp cận có thể chấp nhận được bao gồm: Làm trên mẫu thử: Làm 10 lần song song. Nên chọn mẫu thử có nồng độ thấp (ví dụ, trong khoảng 5 đến 7 lần LOD ước lượng). (C đo máy - Cblank )*V*f m *1000 [µg/g hoặc mg/kg] Kết quả = 36 Tính LOD: Tính giá trị trung bình  x , và độ lệch chuẩn SD LOD = 3 x SD 1n )xx( SD 2 i     2.6.3. Giới hạn định lượng Định nghĩa LOQ là nồng độ tối thiểu của một chất có trong mẫu thử mà ta có thể định lượng bằng phương pháp khảo sát và cho kết quả có độ chụm mong muốn. LOQ chỉ áp dụng cho các phương pháp định lượng. Giống như LOD có nhiều cách khác nhau để xác định LOQ phụ thuộc vào từng phương pháp cụ thể mà lựa chọn cho phù hợp. Việc xác định LOQ cần tính đến các yếu tố ảnh hưởng trong mẫu phân tích, do đó cần thực hiện trên nền mẫu thật. LOQ trong nhiểu trường hợp có thể là điểm thấp nhất của khoảng tuyến tính. Hình 8 mô tả mối quan hệ giữa LOD, LOQ và khoảng tuyến tính. Cách xác định Có hai trường hợp như trong phần tính LOD là thực hiện trên mẫu trắng và thực hiện trên mẫu thử. Các công thức tính toán như sau: Tính trên mẫu trắng: LOQ = 00 SD10x   Tính trên mẫu thử: LOQ = 10 SD 2.6.4. Hiệu suất thu hồi Đây là một thông số không thể thiếu được trong khi đánh giá một phương pháp phân tích. Dựa vào việc thêm chuẩn vào mẫu thử, cùng với việc tiến hành làm mẫu thực không có thêm chuẩn, hiệu suất thu hồi được tính theo công thức sau: %𝐻 = 𝐶𝑆+𝑚ẫ𝑢 − 𝐶𝑚ẫ𝑢 𝐶𝑆0 × 100 Trong đó: %H: hiệu suất thu hồi CS+mẫu : nồng độ tổng chuẩn thêm vào và mẫu thực có đo được. Cmẫu: nồng độ thực đo được. CSo: nồng độ chuẩn biết trước 37 Bảng 6: Độ thu hồi chấp nhận ở các nồng độ khác nhau (theo AOAC) TT Hàm lượng [%] Tỷ lệ chất Đơn vị Độ thu hồi [%] 1. 0,01 10-4 100 ppm 90-107 2. 0,001 10-5 10 ppm 80-110 3. 0,0001 10-6 1 ppm 80-110 4. 0,00001 10-7 100 ppb 80-110 5. 0,000001 10-8 10 ppb 60-115 6. 0,0000001 10-9 1 ppb 40-120 2.6.5. Độ lặp lại Độ lặp lại của phương pháp thể hiện cho độ chụm của các các phép đo lặp lại. Thông thường khi thực hiện các phép thử nghiệm trên những mẫu vật liệu và trong những tình huống được xem là giống hệt nhau thường không cho các kết quả giống nhau. Điều này do các sai số ngẫu nhiên không thể tránh được vốn có trong mỗi quy trình phân tích gây ra và không thể kiểm soát được hoàn toàn tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến đầu ra của một phép đo như sự bay hơi của dung môi, sai số từ dụng cụ thiết bị. Độ lặp lại của phương pháp được xác định qua độ lệch chuẩn (SD) và độ lệch chuẩn tương đối (RSD%). 𝑆𝐷 = √ ∑(𝑆𝑖−𝑆𝑡𝑏)2 𝑛−1 RSD (%)= 𝑆𝐷 𝑆𝑡𝑏 × 100 % 2.6.6. Phương pháp đánh giá tích tụ sinh học Chỉ có tính chất bền vững trong môi trường, thì các chất sẽ không gây nên vấn đề gì cho môi trường. Nếu một chất không thể xâm nhập vào bên trong cơ thể của sinh vật, thì nó sẽ không đem đến mối đe dọa nào. Một khi đã được hấp thu, hóa chất được tích lũy trong cơ thể đến giới hạn có thể gây độc. Sự tích lũy sinh học được định nghĩa như là một quá trình mà qua đó sinh vật tích lũy các hóa chất trực tiếp từ môi trường vô sinh (ví dụ : nước, khí, đất) và từ các nguồn thức ăn (truyền dưỡng). Sự tích lũy sinh học các độc chất môi trường chịu ảnh hưởng bởi một vài yếu tố. Trước hết phải kể đến là tính bền vững trong môi trường của độc chất. Mức độ tích lũy của một chất trong môi trường được xác định bằng nồng độ của chất đó trong môi trường. Chất gây ô nhiễm dễ dàng bị đào thải ra khỏi môi trường thì thường không sẵn sàng cho tích lũy sinh học. Mối tương quan giữa khả năng hấp thu kim 38 loại của cây và hàm lượng của kim loại đó trong môi trường được thể hiện qua hệ số tích lũy sinh học. Hệ số tích lũy sinh học - Bioconcentration factor (BCF) của một kim loại là hệ số giữa tổng lượng kim loại có trong cây với lượng kim loại có trong môi trường. 39 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. KẾT QUẢ KHẢO SÁT MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN THIẾT BỊ ICP-MS 3.1.1. Chuẩn hóa số khối (Tunning) Bước đầu tiên khi phân tích trên thiết bị ICP-MS đó là chuẩn hóa số khối (Tunning). Mỗi đồng vị có một số khối nhất định tuy nhiên không thể chuẩn hóa toàn bộ các nguyên tố mà việc chuẩn hóa phải thực hiện theo từng khoảng từ số khối nhỏ đến số khối lớn. Các nguyên tố dùng chuẩn hóa gồm Li (7); Mg (24); Co (59); Ce (140); Y (205); U (238). Các nguyên tố này có số khối từ nhỏ đến lớn bao phủ toàn bộ các nguyên tố khác. Sau khi chuẩn hóa máy tự động tối ưu các điều kiện phân tích. 3.1.2. Công suất cao tần (Radio Frequency Power - RFP) RFP là công suất điện tần số radio cung cấp cho cuộn dây tạo plasma. Công suất càng lớn nhiệt độ ngọn lửa plasma càng lớn và ngược lại. Công suất cao tần quyết định trực tiếp quá trình ion hóa hay nguyên tử hóa mẫu. Nguồn năng lượng ICP có tính ưu việt hơn so với các nguồn khác. Khảo sát công suất cao tần từ 900 đến 1600W với thay đổi mỗi lần 100W. Hình 11: Sự phụ thuộc của cường độ tín hiệu vào RFP Từ hình 11 biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ tín hiệu phép đo vào RFP trong vùng RFP khảo sát (từ 900W đến 1600W). Phổ ICP-MS dựa trên cơ sở ghi đo ion có điện tích +1 (ion M+). Khi RFP thấp dẫn đến khả năng ion hóa mẫu thấp, số lượng ion M+ ít nên cường độ tín hiệu không cao. Khi RFP đạt tới 1400 W, hiệu suất ion hóa tốt nhất, số lượng ion M+ cao nhất nên cường độ tín hiệu cao nhất. Khi RFP lớn hơn 1400 W, số lượng ion M+ giảm do khả 0.0E+00 5.0E+05 1.0E+06 1.5E+06 2.0E+06 2.5E+06 3.0E+06 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0 1 6 0 0 Số đ ếm ( C P S) Công suất RFP (W) Fe (56) Cu (63) Zn (66) As (75) Cd (111) Pb (208) 40 năng hình thành các dạng ion khác có mức oxy hóa cao M++ làm cho cường độ tín hiệu giảm đi. Điều này giải thích lý do đường biểu diễn cường độ tín hiệu phổ phụ thuộc vào RFP là một đường cong có cực đại. Điểm cực đại của đường cong ứng với giá trị tối ưu của RFP. Trong phép phân tích chúng tôi chọn cường độ cao tần tối ưu là 1400 W. 3.1.3. Độ sâu mẫu (Sample Depth - SDe) SDe là khoảng cách giữa đỉnh cone giao diện đến bên phải vòng dây tạo plasma (hình 12). SDe ảnh hưởng lớn đến cường độ tín hiệu phổ. Hình 12. Độ sâu bơm mẫu SDe SDe là tham số quan trọng ảnh hưởng đến cường độ tín hiệu phép đo. Vùng lõi của ngọn lửa plasma (hình cầu) là vùng có nhiệt độ cao nhất, nơi xảy ra sự ion hóa tạo ion M+. Số lượng ion M+tạo thành phụ thuộc RFP, CGFR. Tuy nhiên số lượng ion M+ đi qua được hai côn (sampling coin và skimming coin) vào bộ lọc khối phụ thuộc vào SDe. Khi điều chỉnh SDe sao cho mặt cắt đi qua tâm hình cầu trong vùng lõi plasma trùng với mặt cắt của sampling coin, toàn bộ ion M+ trong hình cầu và một số rất ít các ion mảnh oxit và hydroxit đi vào bộ lọc khối và do đó, cường độ tín hiệu sẽ đạt giá trị cao nhất 41 Hình 13: Sự phụ thuộc cường độ tín hiệu vào SDe Kết quả từ hình 13 ta thấy khi giá trị SDe thấp hơn hoặc cao hơn 6 mm, số lượng ion M+ đi vào bộ lọc khối giảm nên cường độ tín hiệu thấp. Khi SDe đạt 6 mm, số lượng ion M+ đi vào bộ lọc khối cao nhất nên cường độ tín hiệu cao nhất. Vậy chúng tôi lựa chọn giá trị SDe bằng 6 mm cho thí nghiệm tiếp theo. 3.1.4. Lưu lượng khí mang (Carier Gas Flow Rate - CGFR) CRFR có ảnh hưởng đáng kể đến độ nhạy của phương pháp ICP-MS. CGFR lớn lượng mẫu được đưa vào vùng plasma lớn và ngược lại. Điều này dẫn đến tỷ lệ tín hiệu trên một đơn vị nồng độ tăng hoặc giảm, dẫn đến ảnh hưởng độ nhạy của phép phân tích. Tuy nhiên không phải khi tăng CGFR là cường độ vạch phổ tăng, hoặc khi giảm CGFR là cường độ vạch phổ giảm. Sự tăng hay giảm chỉ nằm trong một phạm vi nhất định và còn tuỳ thuộc vào nhiều thông số khác. Việc khống chế tốc độ khí mang dựa trên tỉ số CeO/Ce, tốc độ khí mang hợp lí sẽ cho tín hiệu cao nhất nhưng tỉ số 156CeO+/140Ce+ nhỏ hơn 1,2% . 0.E+00 5.E+05 1.E+06 2.E+06 2.E+06 3.E+06 3.E+06 2 3 4 5 6 7 8 9 C P S ĐỘ SÂU BƠM MẪU Fe (56) Cu (63) Zn (66) As (75) Cd (111) Pb (208) 42 Hình 14: Sự phụ thuộc cường độ tín hiệu vào CGFR Từ Hình 14 ta thấy lưu lượng khí ban đầu thấp 0,9 L/ph tức lượng mẫu đưa vào vùng plasma thấp nên số lượng ion M+ thấp dẫn đến cường độ tín hiệu phổ thấp. Khi CGFR tăng dần, số lượng ion M+ cũng tăng l