MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU .1
CHưƠNG 1: TỔNG QUAN .3
1.1. Giới thiệu chung về rau xanh .3
1.1.1. Vai trò của rau .3
1.1.2. Thế nào là rau sạch .3
1.1.3. Công dụng của một số loại rau .4
1.1.4. Một số tiêu chí rau an toàn .6
1.1.4.1. Định nghĩa .6
1.1.4.2. Các yếu tố gây ô nhiễm cho rau .7
1.1.4.3. Về chất lượng của rau an toàn .9
1.2. Tính chất của Cd và Pb [14,22,23] .9
1.2.1. Tính chất vật lý .9
1.2.2. Tính chất hóa học. . 11
1.2.3. Các hợp chất của Cd và Pb . 12
1.2.3.1. Các ôxít . 12
1.2.3.2. Các hyđroxit . 13
1.2.3.3. Các muối . 13
1.3. Vai trò, chức năng và sự nhiễm độc Cd, Pb [5,17] . 14
1.3.1. Vai trò, chức năng và sự nhiễm độc Cd. 14
1.3.2. Vai trò, chức năng và sự nhiễm độc Pb [10] . 16
1.4. Các phương pháp xác định Cd, Pb . 17
1.4.1. Phương pháp phân tích hoá học [13] . 17
1.4.1.1. Phương pháp phân tích khối lượng . 17
1.4.1.2. Phương pháp phân tích thể tích . 18
1.4.2. Phương pháp phân tích công cụ . 19
1.4.2.1. Phương pháp điện hoá [7,13] . 19
1.4.2.2. Phương pháp quang phổ . 21
1.5. Phương pháp xử lý mẫu phân tích xác định Cd và Pb [12,25] . 24
1.5.1. Phương pháp xử lý ướt (bằng axit đặc oxi hóa mạnh) . 25
1.5.2. Phương pháp xử lý khô . 25
CHưƠNG 2. ĐỐI TưỢNG VÀ PHưƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 27
2.1. Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu. 27
2.1.1. Đối tượng và mục tiêu . 27
2.1.2. Các nội dung nghiên cứu . 27
2.2. Giới thiệu phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử [9] . 27
2.2.1. Nguyên tắc của phương pháp . 27
2.2.2. Hệ trang bị của phép đo . 28
2.3. Giới thiệu về phương pháp xử lý ướt mẫu bằng axit . 29
2.3.1. Nguyên tắc của phương pháp . 30
2.3.2. Cơ chế phân hủy . 30
2.4. Dụng cụ - hóa chất . 31
2.4.1. Dụng cụ máy móc . 31
2.4.2. Hoá chất . 31
CHưƠNG 3. THỰC NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN KẾT QUẢ . 32
3.1. Khảo sát các điều kiện thực nghiệm để đo phổ của cadimi và chì . 32
3.1.1. Khảo sát chọn vạch đo phổ . 32
3.1.2. Khảo sát cường độ dòng đèn catot rỗng (HCL) . 33
3.1.3. Khảo sát độ rộng khe đo . 34
3.1.4. Khảo sát chiều cao của đèn nguyên tử hoá mẫu . 35
3.1.5. Khảo sát thành phần hỗn hợp khí cháy . 36
3.1.6. Tốc độ dẫn mẫu . 37
3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo . 37
3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit . 38
3.2.2. Khảo sát thành phần nền của mẫu . 40
3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của các ion . 42
3.2.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của các cation . 42
3.2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của các anion. 44
3.2.3.3. Ảnh hưởng của tổng các cation và anion . 45
3.3. Phương pháp đường chuẩn đối với phép đo F- AAS. 47
3.3.1. Khảo sát xác định khoảng tuyến tính của Cd và Pb . 47
3.3.2. Xây dựng đường chuẩn, xác định giới hạn phát hiện (LOD) và giới
hạn định lượng (LOQ) của Cd và Pb . 49
3.3.2.1. Đường chuẩn của Cadimi . 49
3.3.2.2. Đường chuẩn của chì . 51
3.4. Đánh giá sai số và độ lặp lại của phép đo . 53
3.5. Tổng kết các điều kiện đo phổ F-AAS của cadimi và chì . 56
3.6. Phân tích mẫu thực . 56
3.6.1. Lấy mẫu. 56
3.6.2. Khảo sát quá trình xử lí mẫu . 58
3.7. Thực nghiệm đo phổ và tính toán kết quả . 60
3.7.1. Phương pháp xử lí kết quả phân tích theo phương pháp đường chuẩn . 60
3.7.2. Kết quả xác định hàm lượng cadimi, chì trong các mẫu rau . 60
3.8. Kiểm tra quá trình xử lý mẫu. 62
3.8.1. Mẫu lặp . 62
3.8.2. Mẫu thêm chuẩn . 66
KẾT LUẬN . 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 71
PHỤ LỤC
82 trang |
Chia sẻ: maiphuongdc | Lượt xem: 7259 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Xác định hàm lượng Cadimi và Chì trong một số loại rau xanh tại huyện Đại Từ- Tỉnh Thái Nguyên bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS), để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ZnY
2-. Sau đó chuẩn độ Zn2+ sẽ xác định được Pb2+:
Pb
2+
+ ZnY
2-
PbY
2-
+ Zn
2+
ZnInd + H2Y
2-
ZnY
2-
+ HInd
(đỏ nho) (xanh)
Phương pháp phân tích thể tích có ưu điểm là nhanh chóng và dễ thực hiện,
tuy nhiên cũng giống như phương pháp phân tích khối lượng, phương pháp này
cũng không được sử dụng trong phân tích lượng vết, vì phải thực hiện quá trình làm
giàu phức tạp.
1.4.2. Phương pháp phân tích công cụ
1.4.2.1. Phương pháp điện hoá [7,13]
a. Phương pháp cực phổ
Nguyên tắc: Người ta thay đổi liên tục và tuyến tính điện áp đặt vào 2 cực để
khử các ion kim loại, do mỗi kim loại có thế khử khác nhau. Thông qua chiều cao
của đường cong Von-Ampe có thể định lượng được ion kim loại trong dung dịch
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
20
ghi cực phổ. Vì dòng giới hạn Igh ở các điều kiện xác định tỉ lệ thuận với nồng độ
ion trong dung dịch ghi cực phổ theo phương trình:
I = kC
Trong phương pháp phân tích này người ta dùng điện cực giọt thuỷ ngân rơi
là cực làm việc, trong đó thế được quét tuyến tính rất chậm theo thời gian (thường
1-5mV/s) đồng thời ghi dòng là hàm của thế trên cực giọt thuỷ ngân rơi. Sóng cực
phổ thu được có dạng bậc thang, dựa vào chiều cao có thể định lượng được chất
phân tích.
Phương pháp này có khá nhiều ưu điểm: Nó cho phép xác định cả chất vô cơ
và hữu cơ với nồng độ 10-5
10
-6M tuỳ thuộc vào cường độ và độ lặp lại của dòng
dư. Sai số của phương pháp thường là 2
3% với nồng độ 10-3
10
-4M, là 5% với
nồng độ 10-5M (ở điều kiện nhiệt độ không đổi).
Ví dụ: Cadimi được xác định bằng phương pháp phổ phát xạ nguyên tử hồ
quang với khoảng nồng độ 0,0005 0,002 %.
Vạch cadimi 228,8 nm được sử dụng cho khoảng nồng độ 0.00050.002%.
Nồng độ cadimi 500 g/ml được xác định bằng phương pháp phát xạ ngọn lửa vì
nguyên tố này có đặc tính phát xạ kém.
Tuy nhiên, phương pháp này cũng có những hạn chế như ảnh hưởng của
dòng tụ điện, dòng cực đại, của oxi hoà tan, bề mặt điện cực…
Nhằm loại trừ ảnh hưởng trên đồng thời tăng độ nhạy, hiện nay đã có các
phương pháp cực phổ hiện đại: cực phổ xung vi phân(DPP), cực phổ sóng vuông
(SQWP)… chúng cho phép xác định lượng vết của nhiều nguyên tố.
b. Phương pháp Von-ampe hoà tan
Về bản chất, phương pháp Von-Ampe hoà tan cũng giống như phương pháp
cực phổ là dựa trên việc đo cường độ dòng để xác định nồng độ các chất trong dung
dịch. Nguyên tắc gồm hai bước:
Bước 1: Điện phân làm giàu chất cần phân tích trên bề mặt điện cực làm
việc, trong khoảng thời gian xác định, tại thế điện cực xác định.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
21
Bước 2: Hoà tan kết tủa đã được làm giàu bằng cách phân cực ngược điện
cực làm việc, đo và ghi dòng hoà tan. Trên đường Von-Ampe hoà tan cho pic của
nguyên tố cần phân tích. Chiều cao pic tỉ lệ thuận với nồng độ.
Ưu điểm của phương pháp: xác định được cả những chất không bị khử trên
điện cực với độ nhạy khá cao 10-6
10
-8
M.
Nhược điểm của phương pháp: độ nhạy bị hạn chế bởi dòng dư, nhiều yếu tố
ảnh hưởng như: điện cực chỉ thị, chất nền…
1.4.2.2. Phương pháp quang phổ
a. Phương pháp trắc quang [7]
* Nguyên tắc của phương pháp này: Dựa trên việc đo độ hấp thụ ánh sáng
của một dung dịch phức tạo thành giữa ion cần xác định với một thuốc thử vô cơ
hoặc hữu cơ trong môi trường thích hợp khi được chiếu bởi chùm sáng. Phương
pháp định lượng theo phương trình cơ bản:
A = K.C
Trong đó: A: độ hấp thụ quang của chất
K: hằng số thực nghiệm
C: nồng độ của chất phân tích
Phương pháp này cho phép xác định nồng độ của chất ở khoảng 10-5 - 10-7M
và là một trong các phương pháp được dùng khá phổ biến.
* Xác định Cd: Với cadimi để xác định hàm lượng cadimi bằng phương pháp
chiết trắc quang dùng đithizon, người ta chiết bằng CCl4 từ môi trường kiềm mạnh
chứa tactrat, dung dịch đithizonat của cadimi trong dung môi hữu cơ có mầu đỏ, hấp
thụ cực đại ở bước sóng =515 nm (kính lọc sáng có màu xanh lá cây).
* Xác định Pb: Để xác định chì ta chuyển nó về dạng chì - đithizonat trong
môi truờng pH = 5 – 6. Sau đó chiết phức này vào dung môi hữu cơ CCl4 hoặc
CHCl3 rồi đem đo mật độ quang của nó tại = 510nm. Giới hạn của phương pháp
này đối với chì là 0,05ppm.
Ưu điểm của phương pháp: độ nhạy, độ ổn định và độ chính xác khá cao,
được sử dụng nhiều trong phân tích vi lượng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
22
Nhược điểm của phương pháp: không chọn lọc, một thuốc thử có thể tạo
nhiều phức với nhiều ion.
b. Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử (AES) [8]
Ở điều kiện bình thường, nguyên tử không thu hay không phát xạ năng
lượng, nhưng nếu bị kích thích thì các electron sẽ nhận năng lượng chuyển lên trạng
thái có năng lượng cao hơn. Trạng thái này không bền, chúng có xu hướng giải
phóng năng lượng để trở về trạng thái ban đầu bền vững dưới dạng các bức xạ. Các
bức xạ này gọi là phổ phát xạ nguyên tử.
Nguyên tắc của phương pháp AES là dựa trên sự xuất hiện phổ phát xạ của
nguyên tử tự do của nguyên tố phân tích ở trạng thái khi có sự tương tác với nguồn
năng lượng phù hợp. Một số nguồn năng lượng thường dùng để kích thích phổ AES
như: ngọn lửa đèn khí, hồ quang điện, tia lửa điện…
Ưu điểm: phương pháp AES có độ nhạy cao (thường từ n.10-3 đến n.10-4%),
ít tốn mẫu, có thể phân tích đồng thời nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu, phân
tích được lượng vết kim loại trong nước, lương thực, thực phẩm.
Nhược điểm: chỉ cho biết thành phần nguyên tố trong mẫu mà không chỉ ra
được trạng thái liên kết của nó trong mẫu.
Ngoài ra còn có một số phương pháp xác định Cd và Pb. Phương pháp phổ
biến nhất mà hiện nay thường dùng là: phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS.
c. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (F- AAS)[9]
Nguyên tắc : Khi nguyên tử tồn tại tự do ở thể khí và ở trạng thái năng lượng
cơ bản, thì nguyên tử không thu hay không phát ra năng lượng. Tức là nguyên tử ở
trạng thái cơ bản. Song, nếu chiếu vào đám hơi nguyên tử tự do một chùm tia sáng
đơn sắc có bước sóng phù hợp, trùng với bước sóng vạch phổ phát xạ đặc trưng của
nguyên tố phân tích, chúng sẽ hấp thụ tia sáng đó sinh ra một loại phổ của nguyên
tử. Phổ này được gọi là phổ hấp thụ của nguyên tử. Với hai kỹ thuật nguyên tử hóa,
nên chúng ta cũng có hai phép đo tương ứng. Đó là phép đo phổ hấp thụ nguyên tử
trong ngọn lửa (F- AAS có độ nhạy cỡ 0,1 ppm) và phép đo phổ hấp thụ nguyên tử
không ngọn lửa (GF – AAS có độ nhạy cao hơn kỹ thuật ngọn lửa 50- 1000 lần, cỡ
0,1- 1 ppb).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
23
Cơ sở của phân tích định lượng theo AAS là dựa vào mối quan hệ giữa
cường độ vạch phổ và nồng độ nguyên tố cần phân tích theo biểu thức:
A
= a.Cx
Có 2 phương pháp định lượng theo phép đo AAS là : phương pháp đường
chuẩn và phương pháp thêm tiêu chuẩn.
Thực tế cho thấy phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử có nhiều ưu việt như:
Độ nhạy, độ chính xác cao, lượng mẫu tiêu thụ ít, tốc độ phân tích nhanh. Với ưu
điểm này, AAS được thế giới dùng làm phương pháp tiêu chuẩn để xác định lượng
nhỏ và lượng vết các kim loại trong nhiều đối tượng khác nhau.
Phép đo phổ AAS có thể phân tích được lượng vết của hầu hết các kim loại
và cả những hợp chất hữu cơ hay anion không có phổ hấp thụ nguyên tử. Nó được
sử dụng rộng rãi trong các ngành : địa chất,công nghiệp hóa học, hóa dầu, y học,
sinh học, dược phẩm...
* Phép đo phổ F-AAS:
Kỹ thuật F-AAS dùng năng lượng nhiệt của ngọn lửa đèn khí để hoá hơi và
nguyên tử hoá mẫu phân tích. Do đó mọi quá trình xảy ra trong khi nguyên tử hoá
mẫu phụ thuộc vào đặc trưng và tính chất của ngọn lửa đèn khí nhưng chủ yếu là
nhiệt độ ngọn lửa. Đây là yếu tố quyết định hiệu suất nguyên tử hoá mẫu phân tích,
mọi yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ ngọn lửa đèn khí đều ảnh hưởng đến kết quả của
phương pháp phân tích.
* Phép đo phổ GF-AAS:
Kỹ thuật GF-AAS ra đời sau kỹ thuật F-AAS nhưng đã được phát triển rất
nhanh, nó đã nâng cao độ nhạy của phép xác định lên gấp hàng trăm lần so với kỹ
thuật F-AAS. Mẫu phân tích bằng kỹ thuật này không cần làm giàu sơ bộ và lượng
mẫu tiêu tốn ít.
Kỹ thuật GF-AAS là quá trình nguyên tử hoá tức khắc trong thời gian rất
ngắn nhờ năng lượng nhiệt của dòng điện có công suất lớn và trong môi trường khí
trơ (Argon). Quá trình nguyên tử hoá xảy ra theo các giai đoạn kế tiếp nhau: sấy
khô, tro hoá luyện mẫu, nguyên tử hoá để đo phổ hấp thụ nguyên tử và cuối cùng là
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
24
làm sạch cuvet. Nhiệt độ trong cuvet graphit là yếu tố quyết định mọi diễn biến của
quá trình nguyên tử hoá mẫu.
Những ưu - nhược điểm của phép đo:
Cũng như các phương pháp phân tích khác, phương pháp phân tích phổ hấp
thụ nguyên tử cũng có những ưu, nhược điểm nhất định đó là:
Ưu điểm:
Đây là phép đo có độ nhạy cao và độ chọn lọc tương đối cao. Gần 60 nguyên
tố hoá học có thể xác định bằng phương pháp này với độ nhạy từ 1.10-4 – 1.10-5 %.
Đặc biệt, nếu sử dụng kỹ thuật nguyên tử hoá không ngọn lửa thì có thể đạt tới độ
nhạy n.10-7 %. Chính vì có độ nhạy cao nên phương pháp phân tích này đã được sử
dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực để xác định lượng vết các kim loại. Một ưu
điểm lớn của phép đo là: trong nhiều trường hợp không phải làm giàu nguyên tố cần
xác định trước khi phân tích. Do đó, tốn ít mẫu, ít thời gian cũng như hoá chất tinh
khiết để làm giàu mẫu. Tránh được sự nhiễm bẩn khi xử lý mẫu qua các giai đoạn
phức tạp. Đặc biệt, phương pháp này cho phép phân tích hàng loạt mẫu với thời
gian ngắn, kết quả phân tích lại rất ổn định, sai số nhỏ.
Nhược điểm: Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm phép đo AAS cũng có
nhược điểm là chỉ cho biết thành phần nguyên tố của chất ở trong mẫu phân tích mà
không chỉ ra trạng thái liên kết của nguyên tố ở trong mẫu.
1.5. Phƣơng pháp xử lý mẫu phân tích xác định Cd và Pb [12,26]
Để xác định hàm lượng Cd, Pb trong rau xanh, trước hết ta phải tiến hành xử
lý mẫu nhằm chuyển các nguyên tố cần xác định có trong mẫu từ trạng thái ban đầu
(dạng rắn) về dạng dung dịch. Đây là công việc rất quan trọng vì có thể dẫn đến
những sai lệch có trong kết quả phân tích do sự nhiễm bẩn hay làm mất chất phân
tích nếu thực hiện không tốt. Hiện nay có nhiều kĩ thuật xử lý mẫu phân tích, với
đối tượng rau xanh thì hai kĩ thuật dùng để phá mẫu gồm kỹ thuật tro hóa ướt bằng
axit đặc hoặc axit mạnh (phương pháp xử lý ướt) và kĩ thuật tro hóa khô (phương
pháp tro hóa khô).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
25
1.5.1. Phương pháp xử lý ướt (bằng axit đặc oxi hóa mạnh)
Nguyên tắc của phương pháp là dùng axit đặc có tính oxi hóa mạnh như
(HNO3, HClO4…), hay hỗn hợp cả axit đặc có tính oxi hóa mạnh(HNO3 + H2O2)…
để phân hủy hết các chất hữu cơ của mẫu trong bình Kendan, để chuyển các kim loại
ở dạng hữu cơ về dạng các ion trong dung dịch muối vô cơ. Việc phân hủy có thể
thực hiện trong hệ đóng kín (áp suất cao), hay trong hệ mở (áp suất thường). Lượng
axit thường phải dùng gấp từ 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 mở, bình Kendan,
ống nghiệm, cốc… thường từ vài giờ đến vài chục giờ, cũng tùy loại mẫu, bản chất
của các chất, còn nếu trong lò vi sóng hệ kín thì chỉ cần vài chục phút. Thường khi
phân hủy xong phải đuổi hết axit dư trước khi định mức và tiến hành đo phổ.
Ưu nhược điểm của kĩ thuật này là
+ Không mất một số kim loại như Pb, Fe, Zn, Cu…
+ Thời gian phân huỷ lâu, thường là từ 10 -12 giờ.
+ Tốn nhiều axit tinh khiết, axit dư nhiều, phải đuổi axit sau khi xử lý.
+ Dễ gây nhiễm bẩn, nếu các hoá chất không có độ sạch cao.
+ Phải đuổi axit dư lâu, có khi khó khăn không hết được. Đồng thời khi đun
đuổi axit lâu lại gây ra sự nhiễm bẩn hay bắn mất mẫu.
1.5.2. Phương pháp xử lý khô
Nguyên tắc: Đối với các mẫu hữu cơ trước hết phải được xay nghiền thành
bột, vữa hay thể huyền phù. Sau đó dùng nhiệt để hóa tro mẫu, đốt cháy chất hữu cơ
và đưa các kim loại về dạng oxit hay muối của chúng. Cụ thể là: Cân lấy một lượng
mẫu nhất định (5- 10 g) vào chén nung. Nung chất mẫu ở nhiệt độ thích hợp, để đốt
cháy hết các chất hữu cơ, và lấy bã vô cơ còn lại của các mẫu là các oxit, các
muối…sau đó hòa tan bã thu được trong axit vô cơ như HCl (1/1), HNO3 (1/2)…để
chuyển các kim loại về dạng ion trong dung dịch.Quyết định dạng tro hóa ở đây là
nhiệt độ nung và thời gian nung (nhiệt độ tro hóa và thời gian tro hóa) và các chất
phụ gia thêm vào mẫu khi nung. Nhiệt độ tro hóa các chất hữu cơ thường được chọn
thích hợp trong khoảng 400- 550 0C, tùy theo mỗi loại mẫu và chất cần phân tích.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
26
Sử dụng phương pháp này có những ưu nhược điểm như:
+ Tro hóa triệt để được mẫu, hết các chất hữu cơ.
+ Đơn giản, dễ thực hiện, quá trình xử lý không lâu như phương pháp vô cơ
hóa ướt.
+ Không tốn nhiều axit tinh khiết cao, và không có axit dư.
+ Hạn chế được sự nhiểm bẩn do dùng ít hóa chất.
+ Mẫu dung dịch thu được sạch sẽ và trong.
+ Nhưng hay bị mất một số nguyên tố phân tích (Pb, Zn, Cu, Cd…), nếu
không dùng chất bảo vệ và chất chảy.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
27
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tƣợng và mục tiêu nghiên cứu
2.1.1. Đối tượng và mục tiêu
Đối với Việt Nam, một nước nông nghiệp vẫn giữ vai trò quan trọng trong
nền kinh tế quốc dân thì vấn đề lương thực, thực phẩm có ý nghĩa vô cùng to lớn.
Rau là nguồn thực phẩm cần thiết và quan trọng cung cấp đầy đủ các chất cần thiết
cho cơ thể: vitamin, muối khoáng, đạm... Nó không những đem lại giá trị về kinh tế
mà còn mang giá trị dinh dưỡng cao mà nó còn ổn định đời sống hàng ngày của con
người và động vật. Ngoài ra, rau còn được dùng như một loại thuốc chữa bệnh
thông thường. Hiện nay vì chạy theo lợi nhuận nên chất lượng của một số loại rau
có ảnh hưởng đến sức khoẻ và gây hại cho con người và động vật do nhiễm các chất
độc như kim loại nặng như Cd, Pb, As, Hg, ...
Chính vì vậy, đối tượng và mục tiêu nghiên cứu trong luận văn này là xác
định hàm lượng Cd và Pb trong rau xanh bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
ngọn lửa (F - AAS).
2.1.2. Các nội dung nghiên cứu
- Khảo sát chọn các điều kiện phù hợp để đo phổ F- AAS của Cd và Pb.
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến phép xác định Cd và Pb của phép đo.
- Khảo sát khoảng tuyến tính và xây dựng đường chuẩn trong phép đo phổ.
- Xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phép đo.
- Đánh giá sai số và độ lặp lại của phương pháp.
- Ứng dụng phương pháp xác định Cd và Pb trong một số mẫu rau của huyện
Đại Từ - Tỉnh Thái Nguyên.
2.2. Giới thiệu phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử [9]
2.2.1. Nguyên tắc của phương pháp
Cơ sở lý thuyết của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) là dựa trên sự hấp
thụ năng lượng bức xạ đơn sắc của nguyên tử tự do của nguyên tố ở trạng thái hơi,
khi chiếu chùm tia bức xạ qua đám hơi nguyên tử của nguyên tố ấy. Môi trường hấp
thụ chính là đám hơi các nguyên tử tự do của mẫu phân tích.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
28
Do đó, muốn thực hiện phép đo AAS cần phải có các quá trình sau:
1. Chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn hoặc dung dịch) thành
trạng thái hơi của các nguyên tử tự do. Đây là quá trình nguyên tử hoá mẫu.
2. Chiếu chùm tia phát xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích từ nguồn
bức xạ qua đám hơi nguyên tử tự do ấy. Các nguyên tử của nguyên tố cần xác định
trong đám hơi sẽ hấp thụ những tia bức xạ nhất định và tạo ra phổ hấp thụ của nó.
3. Tiếp đó, nhờ hệ thống quang học, người ta thu, phân ly và chọn một vạch
phổ hấp thụ của nguyên tố cần phân tích để đo cường độ của nó. Cường độ đó chính
là tín hiệu hấp thụ của vạch phổ hấp thụ. Trong một giới hạn nồng độ xác định, tín
hiệu này phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ của nguyên tố cần xác định trong mẫu
theo phương trình:
A
= K.C
b
A
: Cường độ hấp thụ
K: Hằng số thực nghiệm
C: Nồng độ nguyên tố trong mẫu
b: Hằng số bản chất, phụ thuộc vào nồng độ (0<b1)
Phương trình trên là cơ sở định lượng cho phép đo AAS
Tuỳ thuộc vào kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu mà người ta phân biệt phổ hấp
thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) cho độ nhạy cỡ ppm. Phổ hấp thụ nguyên tử không
ngọn lửa (GF-AAS) cho độ nhạy đến ppb.
2.2.2. Hệ trang bị của phép đo
Dựa vào nguyên tắc của phép đo, ta có thể mô tả hệ thống trang thiết bị đo
AAS gồm các phần sau:
1. Nguồn phát chùm tia bức xạ cộng hưởng của nguyên tố cần phân tích. Đó
có thể là đèn catot rỗng (HCL), đèn phóng điện không điện cực (EDL) hoặc nguồn
bức xạ điện liên tục đã được biến điệu.
2. Hệ thống nguyên tử hoá mẫu. Hệ thống này được chế tạo theo hai kỹ thuật:
- Kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu bằng ngọn lửa đèn khí (F-AAS).
- Kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu không ngọn lửa (GF -AAS).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
29
3. Bộ phận đơn sắc (hệ quang học) có nhiệm vụ thu, phân ly và chọn tia
sáng(vạch phổ) cần đo hướng vào nhân quang điện để đo tín hiệu AAS .
4. Bộ phận khuếch đại và chỉ thị tín hiệu AAS. Phần chỉ thị tín hiệu có thể là :
- Điện kế chỉ tín hiệu AAS
- Bộ tự ghi các pic hấp thụ
- Bộ chỉ thị hiện số
- Máy tính (computer) với màn hình video, để hiện thị, lưu trữ, xử lý số liệu
và điều khiển toàn bộ hệ thống máy đo
Dưới đây là sơ đồ biểu diễn cấu tạo máy đo AAS:
Hình 2.1 : Sơ đồ cấu tạo máy phổ hấp thụ nguyên tử
2.3. Giới thiệu về phƣơng pháp xử lý ƣớt mẫu bằng axit
Đối với việc xác định cadimi và chì trong rau xanh chúng tôi chọn phương
pháp vô cơ hóa ướt để xử lý mẫu. Mẫu được xử lý trong hệ mở ở điều kiện thường
bằng cách sử dụng axit HNO3 65% và H2O2 30% đun mẫu tới khi khói màu nâu
Bộ phận chỉ thị
(/)/)/)/)/)/)
- -
Đèn catốt rỗng
Hệ thống
nebulizzer và burner
Detector
Dung dịch mẫu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
30
không còn bốc lên và axit cạn. Cắn được hòa tan trong HNO3 2% định mức đem đo.
Hoặc vô cơ hóa mẫu trong lò vi sóng, sử dụng axit HNO3 65% và H2O2
2.3.1. Nguyên tắc của phương pháp
Dùng một axit đặc có tính oxi hoá mạnh, hay hỗn hợp các axit đặc có tính
oxi hoá mạnh, hay một axit có tính oxi hoá mạnh và một axit không có tính oxi hoá
như (HNO3 + HCl), hay (HF + HClO4),… để phân huỷ hết các chất hữu cơ của mẫu
trong bình kenđan, để chuyển hết các kim loại ở dạng hữu cơ về dạng các ion trong
dung dịch muối vô cơ. Việc phân huỷ có thể thực hiện trong hệ đóng kín áp suất cao
hay hệ mở (áp suất thường). Lượng axit thường dùng phải gấp từ 15 – 10 lần lượng
mẫu, thời gian từ 10 – 12 giờ nên khi phân huỷ xong thường phải đuổi hết axit dư.
Sự phân hủy mẫu là do hai tác nhân đồng thời xảy ra là : Năng lượng nhiệt,
axit đặc.
2.3.2. Cơ chế phân hủy
Dưới tác dụng của axit các hạt (phân tử) mẫu bị phá hủy và hòa tan, tác nhân
năng lượng nhiệt làm tan rã các hạt mẫu. Sự khuếch tán đối lưu, chuyển động nhiệt
và va chạm của các hạt mẫu với nhau cũng làm chúng bị bào mòn dần từ ngoài vào
trong rồi tan hết.
Các quá trình xảy ra trong khi phân hủy mẫu:
+ Sự phá vỡ mạng lưới cấu trúc của hạt mẫu để giải phóng các chất phân tích
và chuyển 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 vật chất mẫu để giải phóng chất phân tích về dạng muối tan.
+ Đối với mẫu hữu cơ phân tích các 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 mẫu hữu cơ về dạng muối vô cơ tan.
+ Tạo ra 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 hay muối phức tan trong dung dịch.
Như vậy trong quá trình xử lý mẫu 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
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
31
tan, phản ứng kết tủa của phân tử chất mẫu với nhau và với các axít dùng để phân hủy
mẫu. Trong đó quá trình nào là quá trình chính hay phụ được quyết định bởi thành
phần chất nền bản chất của chất mẫu và các loại axít dùng để phân hủy và hòa tan mẫu
2.4. Dụng cụ - hóa chất
2.4.1. Dụng cụ máy móc
Các trang thiết bị, dụng cụ cần thiết cho quá trình phân tích Cd và Pb bằng
phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử là:
- Máy đo quang phổ hấp thụ nguyên tử Thermo electron corporation (Anh)-
Phòng thí nghiệm Hoá Học-Đại học Khoa Học-Đại học Thái Nguyên.
- Pipet 1;2;5;10 ml.
- Pipet man.
- Bình kendal.
- Bình định mức 10; 25; 50; 250; 1000 ml.
- Cốc thuỷ tinh.
- Ống đong, phễu.
- Tủ sấy Jeio tech (Hàn Quốc).
- Cân phân tích và một số thiết bị khác.
2.4.2. Hoá chất
- Nước cất hai lần.
- Axit đặc: HCl 36%; HNO3 65%; HClO4 70%: Merck.
- Các dung dịch chuẩn Cd2+ 1000 ppm (1000 mg/l); Pb2+ 1000 ppm (1000 mg/l)
- Các dung dịch nền: CH3COONH4 PA 10% (Merck).
CH3COONa PA 10% (Merck).
LaCl3 PA 10% (Merck).
- Dung dịch các cation kim loại để nghiên cứu ảnh hưởng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
32
CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN KẾT QUẢ
3.1. Khảo sát các điều kiện thực nghiệm để đo phổ của cadimi và chì
3.1.1. Khảo sát chọn vạch đo phổ
Mỗi loại nguyên tử của nguyên tố hoá học chỉ có thể hấp thụ những bức xạ
có bước sóng mà chính nó phát ra trong quá trình phát xạ. Nhưng thực tế không
phải mỗi loại nguyên tử đều hấp thụ được tất cả các bức xạ mà nó phát ra. Quá trình
hấp thụ chỉ nhạy với các vạch đặc trưng (gọi là vạch nhạy). Vạch nào có độ hấp thụ
càng nhạy thì khoảng nồng độ tuyến tính càng hẹp.
* Đối với cadimi : Nguyên tố Cd có 2 vạch phổ đặc trưng, nhạy nhất
1 =
228,8 nm và
2 = 326,1 nm. Tiến hành khảo sát dung dịch Cd
2+
1 ppm trong HNO3
2% ở 2 bước sóng, kết quả thu được ở bảng sau:
Bảng 3.1: Kết quả khảo sát vạch phổ của cadimi
Abs
Vạch đo (nm)
228,8 nm 326,1nm
Lần 1 0,3540 0,3350
Lần 2 0,3540 0,3340
Lần 3 0,3540 0,3350
Trung bình 0,3540 0,3350
%RSD 0,1123 0,2312
* Đối với chì :Tiến hành khảo sát ở hai vạch phổ đặc trưng nhạy nhất của chì
là 217,0 nm và 283,3 nm. Kết quả khảo sát hai vạch phổ đặc trưng của chì đối với
các dung dịch Pb2+ có nồng độ 2 ppm trong HNO3 2%, NH4Ac 1% được trình bày
trong bảng 3.2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
33
Bảng 3.2: Kết quả khảo sát vạch phổ của chì
Abs
Vạch đo (nm)
217,0 nm 283,3 nm
Lần 1 0,0885 0,0357
Lần 2 0,0887 0,0362
Lần 3 0,0889 0,0358
Trung bình 0,0887 0,0359
%RSD 0,3429 0,7348
Như vậy nhìn vào kết quả khảo sát, cũng như dựa vào các tài liệu tham khảo,
cũng như yêu cầu xác định vi lượng các nguyên tố chúng tôi thấy rằng cho thấy tại
vạch phổ 217,0 nm đối với nguyên tố chì và vạch phổ 228,8 nm đối với nguyên tố
cadimi thì độ chính xác và độ lặp lại cao nhất. Do đó chúng tôi chọn vạch đo phổ
của Pb là 217 nm và vạch đo phổ của Cd là 228,8 nm .
3.1.2. Khảo sát cường độ dòng đèn catot rỗng (HCL)
Đèn catot rỗng HCL là nguồn phát tia bức xạ cộng hưởng, nó chỉ phát ra
những tia phát xạ nhạy của nguyên tố kim loại được dùng làm catot rỗng. Mỗi đèn
HCL đều có dòng điện giới hạn cực đại mà đèn có thể chịu đựng được, tuy nhiên
giá trị thích hợp nhất khi sử dụng đèn là trong vùng từ 60-85% giá trị cực đại.
Với đèn đơn Cd có Imax = 12mA, Pb có Imax = 15 mA, tiến hành khảo sát
cường độ đèn HCL trong vùng từ 60 – 80% Imax đối với dung dịch Pb
2+
2ppm trong
HNO3 2%, NH4Ac 1%. Kết quả khảo sát cường độ đèn catốt rỗng được trình bày
trong bảng 3.3 và 3.4
Bảng 3.3: Khảo sát cƣờng độ dòng đèn với nguyên tố Cd
% Imax 60 65 75 83
Abs-Cd
Lần 1 0,3040 0,2965 0,2882 0,2909
Lần 2 0,3042 0,2967 0,2885 0,2910
Lần 3 0,3044 0,2969 0,2888 0,2909
Trung bình 0,3042 0,2967 0,2885 0,2909
%RSD 0,5089 0,2613 0,1400 0,2145
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
34
Bảng 3.4: Kết quả khảo sát cƣờng độ dòng đèn với nguyên tố Pb
% Imax 60 70 73 80
Abs-Pb
Lần 1 0,0890 0,0895 0,0795 0,0853
Lần 2 0,0889 0,0897 0,0794 0,0853
Lần 3 0,0890 0,0893 0,0795 0,0852
Trung bình 0,0890 0,0895 0,0795 0,0853
%RSD 0,2243 0,5107 0,9325 0,8829
Qua kết quả khảo sát ta thấy rằng khi cường độ dòng đèn giảm thì cường độ
hấp thụ cuả vạch phổ tăng nhưng hệ số biến động tăng hay sai số tăng, vì vậy ta
phải chọn được cường độ dòng đèn sao cho cường độ của vạch phổ vừa cao vừa ổn
định tức sai số nhỏ, do đó chúng tôi chọn cường độ dòng đèn Cd 8mA (65%) và
cường độ dòng đèn Pb 10mA (70%).
3.1.3. Khảo sát độ rộng khe đo
Độ rộng của khe đo ảnh hưởng đến tín hiệu phổ hấp thụ. Theo nguyên tắc
hoạt động của hệ thống đơn sắc trong máy phổ hấp thụ nguyên tử, chùm tia phát xạ
cộng hưởng của nguyên tố cần
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- LV2010_SP_NguyenThiHan.pdf