Phân tích As bằng phương pháp HGGFAAS. Áp dụng xác định As trong mẫu Kali sorbate

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tên tiếng Việt Tiếng Anh AAS HTNT Quang phổ hấp thu nguyên tử Atomic Absorption Spectroscopy AOAC Hiệp hội của các nhà hóa học phân tích chính thức Ass

TRẦN BÍCH NGỌC

PHÂN TÍCH ARSEN BẰNG PHƯƠNG PHÁP HG-GF-AAS

ÁP DỤNG XÁC ĐỊNH As TRONG MẪU KALI SORBATE

Chuyên ngành: HÓA PHÂN TÍCH

Mã số chuyên ngành: 60 44 29

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS NGUYỄN VĂN ĐÔNG

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2012

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn tốt nghiệp này là quá trình nghiên cứu thực sự của cá nhân, được thực hiện trên máy AA800 - Perkin Elmer của Viện Vệ Sinh Y

Tế Công Cộng Thành phố Hồ Chí Minh dưới sự hướng dẫn, theo dõi của TS Nguyễn Văn Đông, giảng viên Bộ Môn Hóa Phân Tích, khoa Hóa, trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Thành phố Hồ Chí Minh

Các số liệu, những kết quả trong luận văn là trung thực, chưa từng được công bố dưới bất cứ hình thức nào trước khi trình, bảo vệ và công nhận bởi “ Hội đồng đánh giá luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ khoa học- Hóa học”

TRẦN BÍCH NGỌC

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành chương trình cao học và thực hiện luận văn này, tôi đã nhận được

sự hướng dẫn, giúp đỡ của nhiều Thầy Cô, đồng nghiệp và gia đình

Trước hết, tôi xin chân thành cám ơn đến Viện Trưởng PGS.TS Lê Hoàng Ninh đã luôn tạo điều kiện cho tôi thực hiện đề tài tốt nghiệp tại Viện

Tôi xin chân thành cám ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý tận tình của TS Nguyễn Văn Đông, người đã theo sát tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu này

Tôi xin chân thành cám ơn tới các Thầy Cô – Bộ môn Hóa Phân Tích – Khoa Hóa, trường Đại học Khoa học Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh đã nhiệt tình truyền đạt trong suốt quá trình học tập

Tôi xin chân thành cám ơn đến Cô Nguyễn Thị Hiệp, Cô Lê Thị Ngọc Hà và các đồng nghiệp trong phòng Quản Lý Chất Lượng, labo Lý Hóa Nước, labo AAS– Viện

Vệ Sinh Y Tế Công Cộng Thành phố Hồ Chí Minh đã luôn giúp đỡ, động viên, tạo điều kiện cho tôi hoàn thành được đề tài

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Tên tiếng Việt (Tiếng Anh)

AAS (HTNT) Quang phổ hấp thu nguyên tử

(Atomic Absorption Spectroscopy)

AOAC Hiệp hội của các nhà hóa học phân tích chính thức

(Association of Official Analytical Chemists) ABS Độ hấp thu (Absorption)

EDL Đèn phóng điện phi điện cực (Electrodeless Discharge Lamp)

F-AAS Kỹ thuật hóa hơi nguyên tử bằng ngọn lửa

(Flame-Atomic Absorption Spectrometry) FIAS Hệ thống phân tích tiêm dòng chảy

(Flow Injection Atomic Spectroscopy)

GF-AAS Kỹ thuật nguyên tử hóa sử dụng chương trình nhiệt độ bằng lò

graphite (Graphite furnace – Atomic Absorption Spectrometry) HG-AAS Kỹ thuật tạo hơi hydride và phổ hấp thu nguyên tử

(Hydride Generation – Atomic Absorption Spectrometry)

HG-GF-AAS Kỹ thuật tạo hơi hydride và nguyên tử hóa bằng lò graphite

Hydride Generation- Graphite furnace –Atomic Absorption Spectrometer.

RSD Độ lệch chuẩn tương đối -Relative Standard Deviation

SD Độ lệch chuẩn -Standard Deviation

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng và khối lượng đặc trưng của As trong

các trường hợp dùng chất biến tính lên tube graphite trong kỹ thuật HG-GF AAS 40

Bảng 2.2: Chương trình nhiệt độ tiền xử lý ống graphite 41

Bảng 2.3: Chương trình thực hiện của FIAS 100: Thể tích mẫu: 500 µL 41

Bảng 2.4: Chương trình lò cho THGA (lò gia nhiệt ngang) 42

Bảng 2.5: Chương trình thực hiện kết hợp giữa FIAS 100 và lò graphite 42

Bảng 3.1: Chuẩn bị dung dịch chuẩn As 2 ppb dùng khảo sát nồng độ acid ascorbic tham gia phản ứng khử As (V) về As(III): 58

Bảng 3.2: Chuẩn bị dung dịch chuẩn As 2 ppb dùng khảo sát thời gian khử 59

Bảng 3.3: Chuẩn bị dung dịch chuẩn As 2 ppb khảo sát nhiệt độ khử 60

Bảng 3.4: Chuẩn bị dung dịch chuẩn As 2 ppb để khảo sát môi trường khử (HCl) dùng trong việc thực hiện phản ứng khử As(V) về As (III): 62

Bảng 3.5: Bảng tóm tắt các thông số tối ưu –kỹ thuật HG-GF 63

Bảng 3.6: Chuẩn bị dung dịch chuẩn As 2 ppb dùng khảo sát ảnh hưởng của các acid tham gia trong xử lý mẫu 64

Bảng 3.7: Các điểm chuẩn được thực hiện trong kỹ thuật HG-GF 66

Bảng 3.8: Khảo sát sự tương quan tuyến tính đường chuẩn As (III)-kỹ thuật HG-GF 66

Bảng 3.9: Khảo sát độ tái lặp đường chuẩn As (III)- kỹ thuật HG-GF 68

Bảng 3.10: Khảo sát LOD của máy- kỹ thuật HG-GF 71

Bảng 3.11: Kết quả mẫu CBQ 01 để tính giới hạn định lượng mẫu- kỹ thuật HG-GF 73

Bảng 3.12: Cách thực hiện mẫu khảo sát hiệu suất thu hồi- Kỹ thuật HG-GF 73

Bảng 3.13: Kết quả mẫu kali sorbate tính hiệu suất thu hồi ở các nồng độ khác nhau-Kỹ thuật HG-GF 74

Bảng 3.14: Kết quả tính hiệu suất thu hồi mẫu CBQ01- Kỹ thuật HG-GF 74

Bảng 3.15: Tiêu chí đánh giá28,29 74

Bảng 3.16: Mẫu Kali sorbate thêm chuẩn trước khi tiến hành khử As (V) về As(III)-Kỹ thuật HG-GF 75

Bảng 3.17: Kết quả mẫu kali sorbate mang mã số CBQ01-Kỹ thuật HG-GF

Bảng 3.18: Độ lặp lại và độ tái lặp của mẫu mang mã số 01253.11, Kỹ thuật HG-GF 77

Bảng 3.19: Độ lặp lại và độ tái lặp của mẫu mang mã số CBQ01- Kỹ thuật HG-GF 77

Bảng 3.20: Bảng kết quả tính toán độ không đảm bảo đo mẫu CBQ01-Kỹ thuật HG-GF 78 Bảng 3.21: Kết quả mẫu PT CAL 81 với kỹ thuật hydride qua lò graphite 80

Bảng 3.22: Khảo sát LOD –kỹ thuật hydride qua lò gia nhiệt bằng điện (HG-cell) 82

Bảng 3.23: Khảo sát MDL trên nền mẫu thật CBQ01-kỹ thuật HG-Cell 83

Bảng 3.24: Chuẩn bị mẫu để thực hiện hiệu suất thu hồi –Kỹ thuật HG-cell 84

Bảng 3.25: Hiệu suất thu hồi của mẫu CBQ ở các khoảng nồng độ -kỹ thuật HG-cell 85

Bảng 3.26: Kết quả độ lặp lại và độ tái lặp của mẫu Kali sorbate CBQ01-kỹ thuật HG-cell .86

Bảng 3.27: Kết quả tính độ không đảm bảo đo mẫu CBQ01-Kỹ thuật HG cell 88

Bảng 3.28: Kết quả chương trình PT CAL 81 dùng kỹ thuật hydride qua cell thạch anh: 88

Bảng 3.29: Kết quả mẫu CBQ thực hiện ở các khoảng nồng độ khác nhau và bằng hai kỹ thuật .89

Bảng 3.30: Kết quả mẫu PT CAL 81 thực hiện bằng 2 kỹ thuật .89

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Sơ đồ chuyển hóa của các dạng arsen6 11

Hình 1.2: Các dạng arsen vô cơ và hữu cơ 11

Hình 1.3: Nhiễm độc arsen ở tay người dân 13

Hình 1.4: Khoảng giới hạn phát hiện của một số phương pháp phổ thông dụng 16

Hình 1.5: Các bộ phận trong máy AAS 16

Hình 1.6: Các phương pháp tạo hydride trực tiếp 26

Hình 1.7: Hệ thống tạo hydride tiêm dòng liên tục 26

Hình 1.8: Sơ đồ hệ thống tiêm dòng chảy tạo hơi hydride .27

Hình 1.9: Hệ thống tạo hydride theo mẻ 27

Hình 1.10: Kỹ thuật ghép nối lò graphite và bộ hóa hơi hydride .30

Hình 2.1: Dạng ngoài của máy AA 800 hãng Perkin Elmer 38

Hình 2.2: Tín hiệu As trong mẫu nước biển thêm 2mg/L As với các chất bao phủ tương ứng:(A) Ir-, (B) Zr-, (E) U-, (F) La2O323 40

Hình 2.3: Sơ đồ thực hiện các bước trong chương trình nhiệt độ 43

Hình 3.1: Sự phụ thuộc của độ hấp thu A(III) 2 ppb vào tốc độ hút mẫu, dung dịch NaBH4 0.2% và HCl 3N 48

Hình 3.2: Sự phụ thuộc của độ hấp thu dung dịch chuẩn As(III) 2 ppb vào nồng độ chất mang HCl, tốc độ quay của bơm là 100, nồng độ NaBH4 0.2% 49

Hình 3.3: Sự phụ thuộc của độ hấp thu dung dịch chuẩn As(III) 2 ppb vào nồng độ NaBH4, tốc độ quay của bơm là 100, nồng độ HCl 3N 51

Hình 3.4: Sự phụ thuộc độ hấp thu của As(III) 2 ppb vào nồng độ HCl và NaBH4 0.2% m/v; 0.5% m/v với tốc độ bơm 100 .52

Hình 3.5: Sự phụ thuộc độ hấp thu As (III) 2 ppb vào thời gian tích góp trên FIAS 100 với NaBH4 0.5%m/v; HCl 3N và tốc độ bơm 100 54

Hình 3.6: Sự phụ thuộc độ hấp thu As(III) 2 ppb vào nhiệt độ nguyên tử hóa với các thông số NaBH4 0.5%; HCl 3N và tốc độ bơm 100 .55

Hình 3.7: Tín hiệu các peak của As (III) 2 ppb ở các nhiệt độ nguyên tử hóa: 56

Hình 3.8: Sự phụ thuộc độ hấp thu của As(III) 2 ppb vào nồng độ acid ascorbic khử As(V) về As(III) NaBH4 0.5%, HCl 3N và tốc độ bơm 100 58

Hình 3.9: Sự phụ thuộc độ hấp thu của As(III) 2 ppb vào thời gian thực hiện phản ứng khử As(V) về As(III) với nồng độ acid ascorbic 0.25%,NaBH4 0.5%, HCl 3N và tốc độ bơm 100 .60

Hình 3.10: Sự phụ thuộc của độ hấp thu As(V) 2 ppb vào nhiệt độ khử, thời gian khử là 15 phút với các điều kiện NaBH4 0.5%; HCl 3N và tốc độ bơm 100 61

Hình 3.11: Sự phụ thuộc của độ hấp thu As(V) vào nồng độ HCl dùng làm môi trường khử As(V) về As(III) trước khi hóa hơi Arsine .62

Hình 3.12: Sự phụ thuộc của độ hấp thu dung dịch chuẩn As(V) 2 ppb vào nồng độ các acid tồn tại trong dung dịch .64

Hình 3.13: Sự tương quan tuyến tính của đường chuẩn As (III)- Kỹ thuật HG-GF 67

Hình 3.14: Giản đồ blank có ảnh hưởng nhiễu nền- Kỹ thuật HG-GF 70

Hình 3.15: Đường chuẩn As(III) khảo sát LOD-Kỹ thuật HG-GF 71

Hình 3.16: Sự phụ thuộc của độ hấp thu A(III) 10 ppb vào tốc độ hút mẫu, dung dịch NaBH4 0.5% và HCl 3N- Kỹ thuật HG-cell 81

Hình 3.17: Đường chuẩn As (III) với kỹ thuật HG-cell 82

MỤC LỤC

Lời cam đoan 1

Lời cảm ơn 2

Danh mục từ viết tắt 3

Danh mục bảng 4

Danh mục hình vẽ 5

Mục lục 6

Lời nói đầu 8

1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 10

1.1 Giới thiệu một số đặc điểm của arsen 10

1.1.1 Tính chất lý học của arsen 10

1.1.2 Các hợp chất của arsen 10

1.1.3 Tác động của arsen lên sức khỏe con người: 11

1.2 Các phương pháp phân tích: 14

1.2.1 Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử 15

1.2.2 Phương pháp huỳnh quang nguyên tử (AFS) 15

1.2.3 Phương pháp quang phổ hấp thu nguyên tử 16

1.3 Các kỹ thuật nguyên tử hóa thông dụng xác định arsen .18

1.3.1 Kỹ thuật lò graphite 18

1.3.2 Kỹ thuật tạo hơi hydride qua cell thạch anh 25

1.3.3 Kỹ thuật ghép nối lò graphite với bộ hóa hơi hydride qua bộ kít nối FIAS 29

2 CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31

2.1 Mục đích nghiên cứu 31

2.2 Đối tượng nghiên cứu: 31

2.3 Nội dung nghiên cứu: 32

2.4 Giới thiệu chung về phương pháp hấp thu nguyên tử kỹ thuật hydride hóa ghép nối lò graphite 34

2.4.1 Nguyên lý của phương pháp 34

2.4.2 Phép định lượng của phương pháp 35

2.5 Đánh giá kết quả phân tích27 36

2.5.1 Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) 36

2.5.2 Đánh giá kết quả phân tích3, 28-29 37

2.6 Trang thiết bị nghiên cứu: 38

2.6.1 Giới thiệu máy quang phổ hấp thu nguyên tử PE AA-800 38

2.6.2 Trang thiết bị phụ trợ 43

2.7 Dụng cụ và hóa chất thí nghiệm 44

2.7.1 Các dụng cụ thí nghiệm chính 44

2.7.2 Hóa chất 44

2.7.3 Chuẩn bị hóa chất: 44

3 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN 47

3.1 Khảo sát các điều kiện thí nghiệm trên máy AA 800 (Perkin Elner) 47

3.1.1 Chọn các thông số vận hành máy 47

3.2.1 Khảo sát tốc độ bơm nhu động 47

3.2.2 Tối ưu nồng độ HCl 48

3.2.3 Tối ưu nồng độ NaBH4: 50

3.3 Khảo sát thời gian tích góp trên FIAS 100 52

3.4 Khảo sát nhiệt độ nguyên tử hóa arsen trong chương trình nhiệt của lò graphite 54

3.5 Khảo sát điều kiện khử As(V) về As(III) 57

3.5.1 Ảnh hưởng nồng độ acid ascorbic đến phản ứng khử As(V) Æ As(III) 57

3.5.2 Khảo sát thời gian khử 59

3.5.3 Khảo sát nhiệt độ khử 60

3.5.4 Khảo sát môi trường khử 62

3.6 Khảo sát mức độ ảnh hưởng của các acid tham gia trong xử lý mẫu và các kim loại khác có trong mẫu 63

3.7 Xây dựng đường chuẩn 65

3.7.1 Khảo sát sự tương quan tuyến tính và độ lặp lại: 66

3.7.2 Khảo sát độ tái lặp: 67

3.8 Tiến hành phân tích mẫu 68

3.8.1 Chuẩn bị mẫu: 68

3.8.2 Xử lý mẫu: 69

3.8.3 Tiến hành khử As(V) về As(III): 69

3.9 Đánh giá kết quả phân tích mẫu 70

3.9.1 Tính toán giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) 70

3.9.2 Giới hạn định lượng và giới hạn phát hiện của phương pháp: 72

3.9.3 Khảo sát hiệu suất thu hồi .73

3.9.4 Ảnh hưởng nền mẫu đến hiệu suất thu hồi 75

3.9.5 Độ lặp lại và độ tái lặp của mẫu 76

3.9.6 Tính toán độ không đảm bảo đo 77

3.9.7 Mẫu đối chứng thông qua chương trình PT 79

3.10 Kỹ thuật hydride qua lò gia nhiệt bằng điện 80

3.10.1 Hoạt hóa cell thạch anh 80

3.10.2 Tối ưu hóa tốc độ bơm .81

3.10.3 Tính toán giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) 82

3.10.4 Hiệu suất thu hồi 84

3.10.5 Độ lặp lại và độ tái lặp 85

3.10.6 Tính toán độ không đảm bảo đo 85

3.10.7 Mẫu đối chứng thông qua chương trình PT .87

3.11 So sánh kỹ thuật hydride qua lò graphite và kỹ thuật hydride qua lò gia nhiệt bằng điện (cell thạch anh) 88

3.11.1 Về giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) 88

3.11.2 Sự tương quan của hai kỹ thuật 88

3.11.3 Hiệu quả kinh tế 89

4 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91

4.1 Kết luận: 91

4.2 Kiến nghị: 91

Tài liệu tham khảo 91

Phụ lục 94

LỜI NÓI ĐẦU Arsen là một nguyên tố á kim, được tìm thấy nhiều trong môi trường tự nhiên ở nhiều dạng hợp chất khác nhau Trong các loại arsen thì hợp chất arsen vô

cơ như As (III) và As(V) có độc tính cao, ảnh hưởng rất nhiều đến sức khỏe con người Cơ quan nghiên cứu ung thư Quốc tế (IARC) cũng đã kết luận rằng arsen và hợp chất của nó có thể gây ung thư ở người

Có rất nhiều phương pháp phân tích As tổng và các loại arsen như quang phổ hấp thu nguyên tử (AAS), quang phổ huỳnh quang nguyên tử (AFS), quang phổ phát xạ nguyên tử plasma khối phổ (ICP/MS), sắc ký lỏng ghép nối quang phổ phát

xạ khối phổ (HPLC-ICP-MS) cũng như nhiều kỹ thuật hóa hơi trong AAS như kỹ thuật lò graphite, kỹ thuật hóa hơi hydride qua cell thạch anh được sử dụng trên Thế giới Cả hai kỹ thuật này đều có ưu và nhược điểm.Chẳng hạn như nguyên tử hóa bằng kỹ thuật lò graphite thì không thích hợp cho việc phân tích đối tượng mẫu có thành phần nền phức tạp trong khi kỹ thuật hóa hơi hydride qua cell thạch anh thì rất nhạy cho các loại đối tượng trên dù rằng kỹ thuật này có nhiệt độ nguyên tử hóa thấp và nền mẫu phức tạp Sự kết hợp (HG-GF) cho phép tận dụng triệt để thế mạnh của từng kỹ thuật để khắc phục các hạn chế nêu trên Tuy nhiên, kỹ thuật HG GF AAS chưa được ứng dụng rộng rãi phổ biến trong các phòng thí nghiệm ở Việt Nam Do đó, mục tiêu của đề tài này là xác định hàm lượng arsen tổng trong các mẫu có thành phần phức tạp bằng phương pháp quang phổ hấp thu nguyên tử, nguyên tử hóa arsine trong lò graphite

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Giới thiệu một số đặc điểm của arsen

1.1.1 Tính chất lý học của arsen

Nguyên tố arsen (M=74.92) thuộc nhóm VA, có cấu hình điện tử [Ar] 3d104s24p3, có vân đạo d trống nên ngoài việc cho những hợp chất có số oxi hóa +3 hoặc -3, As còn tồn tại ở dạng hợp chất có số oxi hóa +54,5 Arsen ở dạng đơn chất

và dạng hợp chất đều có tính chất vừa kim loại vừa không kim loại nên được gọi là nguyên tố á kim4

Arsen được tìm thấy nhiều trong môi trường tự nhiên ở vỏ trái đất và một lượng nhỏ trong đá, đất, nước và không khí Arsen có trong nhiều khoáng chất khác nhau Arsen đến từ nhiều nguồn, một phần arsen có trong tự nhiên và phần còn lại là từ các nguồn nhân tạo4-5

Arsen kim loại có ánh kim, có cấu trúc tinh thể gần giống phosphor đen Arsen

có tỷ trọng là 5.7g/cm3, độ dẫn điện 3.106/Ωm, bán kính nguyên tử 1.21A0, năng lượng ion hóa thứ nhất 947 kJ/mol, nhiệt độ nóng chảy 8170C ở áp suất 36 atm

1.1.2 Các hợp chất của arsen

Arsen có nhiều dạng khác nhau, các hợp chất quan trọng nhất của arsen là oxide arsen (III), As2O3, opinent sulfide vàng (As2S3), hùng hoàng đỏ (As4S4), lục Paris

(tên gọi chung cho đồng (II) acetoarsenite), calcium arsenate (Ca3(AsO4)2), chì

hydrogen arsenate (PbHAsO4)4, 6

Arsen cũng được tìm thấy trong các khoáng vật arsenate như mimetit,

Pb3(AsO4)3Cl và erythrit, Co3(AsO4)2.8H2O Ngoài ra arsen cũng tồn tại trong nhiều dạng hữu cơ nhưng ít độc hơn arsen dạng vô cơ

Chuyển hóa giữa các dạng quan trọng của arsen như sau:

Hình 1.1: Sơ đồ chuyển hóa của các dạng arsen 6

Và các dạng arsen:

Hình 1.2: Các dạng arsen vô cơ và hữu cơ

1.1.3 Tác động của arsen lên sức khỏe con người:

Sự nhiễm độc As được báo cáo trên toàn thế giới Ô nhiễm As đến từ nhiều nguồn khác nhau: sẵn có trong tự nhiên, công nghiệp hay trong thức ăn, nước uống5,

7-9

t (-H 2 )

AsH3 ↑

tan trong nước,

khử mạnh

As ↓tan trong NaClO

[AsO 2 ]

-↑

HAsO2khử mạnh

[AsO 4 ]

3-H3AsO4oxyhóa yếu

Ag +

HNO 3

HNO 3 , MnO 4-

Tổ chức y tế thế giới (WHO) đã thiết lập một tiêu chuẩn tạm thời về nồng độ arsen trong nước uống là 10 μg/L và may thay đa số nồng độ As trong nước ngầm hầu hết trên các nước đều có hàm lượng As < 10μg/L10

Tuy nhiên, các báo cáo cho thấy trong các nguồn nước ngầm ở nhiều nơi có hàm lượng As khá cao, điều này dẫn đến sự nhiễm độc As trong nước ngầm Đã có nhiều nghiên cứu khảo sát ở Đài Loan, sự nhiễm độc trong nước ngầm xảy ra ở bờ biển Tây Nam Đài Loan (1961-1985), hầu hết các giếng nước ở vùng này đều chứa As hàm lượng từ 0.01 mg/L đến 1.82 mg/L Sự nhiễm độc ở Antofagasta, Chi Lê, Antofagasta, khoảng 130.000 dân sống ở thành phố này dùng nguồn nước uống từ sông Tocance đến từ dãy núi Andes có nhiễm nồng độ As cao (0.8mg/L) trong khoảng 12 năm (1959-1970)5

Sự nhiễm As còn có thể đến từ các hoạt động công nghiệp5 hay đến từ công nghiệp chế biến thức ăn và nước uống Qua khảo sát ở Nhật, hàm lượng As được tìm thấy trong sữa đậu nành từ 5.6 mg/L đến 71.6 mg/L As có trong các acid amin (260-275 mg/L) được dùng trong quá trình chế biến, hay trong quá trình sản xuất sữa bột Hàm lượng As từ 13.5 – 21 mg/Kg do nhiễm từ sodium phosphate (7.11% As) dùng trong quá trình sản xuất, cũng như sự có mặt As trong rượu ở Mancheter, được sản xuất ở Anh, Đức

Cơ quan nghiên cứu ung thư quốc tế (IARC) cũng đã kết luận rằng arsen và hợp chất arsen có thể gây ung thư ở người

Sự nhiểm độc As mãn tính được khảo sát ở Đài Loan trên khoảng 40000 dân trong 37 làng, có trên 7400 trường hợp sạm màu (tăng sắc tố), 2868 chứng dày sừng, và các trường hợp ung thư (gan, phổi, da, tuyến tiền liệt, bàng quang, thận) được nghiên cứu5

Việc hấp thu chất arsen lâu ngày, chủ yếu từ nước giếng ô nhiễm, đã gây bệnh

“chân đen” ở Đài Loan Các mạch máu ở cẳng chân và bàn chân bị phá huỷ gây ra tình trạng lạnh, mất cảm giác và dần dần hoại tử ở bàn chân11

Hình 1.3: Nhiễm độc arsen ở tay người dân

Đầu những năm 1960, qua khảo sát sự nhiễm độc ở Chi Lê, Antofagasta (thành phố phía Bắc ChiLe) cho thấy các biểu hiện da khác thường, nhất là trẻ em Các mạch máu ngoại biên của những đứa bé này xuất hiện triệu chứng Raynaud, thiếu máu cục bộ ở lưỡi, liệt nửa người với tắc động mạch cảnh và thiếu máu cục bộ cơ tim Trong nghiên cứu trên 27000 trẻ ở tuổi đi học, 12% được tìm thấy có sự thay đổi da do As, 1/4 đến 1/3 các trường hợp này đều có triệu chứng giống nhau Ở khu dân cư Antofagastan, 144 trường hợp có sắc tố da không bình thường, được so sánh với 98 mẫu chứng Nghiên cứu gần đây cũng cho thấy As gây tổn thương da bàng quang và ung thư phổi ở miền Bắc Chile

Tất cả các nước ở Mỹ, Canada, Ấn Độ, Anh, Ai cập, Nhật, Úc đều nhiễm độc

chuẩn Nguồn nước giếng ở Đan Phương có hàm lượng As > 500μg/L7 hay vượt hơn 50 lần tiêu chuẩn cho phép, hay nguồn nước giếng ở Nam Du cũng có hàm lượng As cao hơn tiêu chuẩn của WHO quy định12

Tương tự như ở sông Hồng, sông Mekong cũng được tiến hành khảo sát sự nhiễm As và kết quả cũng cho thấy có sự nhiễm As từ sông Mekong hay các nguồn nước giếng có nguồn gốc từ sông Mekong Kết quả nghiên cứu các giếng nước của hai tỉnh Tiền Giang và Đồng Tháp cho thấy hàm lượng As từ 0.9 μg/L đến 321 μg/L13

Kết quả khảo sát tình hình ô nhiễm As trong nước ngầm của Viện Vệ Sinh Y Tế Công Cộng Tp Hồ Chí Minh năm 2005 cho thấy tại khu vực đồng bằng Sông Cửu Long, các tỉnh An Giang, Kiên Giang, Đồng Tháp …là những nơi có tỷ lệ nhiễm cao và An Giang là địa phương đã bị nhiễm nặng nề nhất trong khu vực này Trong tổng số khoảng 3000 mẫu / mỗi tỉnh khảo sát có hàm lượng As cao hơn 10 μg/L như sau: An Giang chiếm 20.18%, Đồng Tháp 12.47%, Long An 8.61% và Kiên Giang 3.79%1, 11 Tương tự trong cuộc khảo sát sự nhiễm As trong nước ngầm ở các Tỉnh An Giang, Đồng Tháp, Kiên Giang và Long An vào những năm 2007-2008 cho thấy tỷ lệ giếng nước có nồng độ As cao hơn tiêu chuẩn của WHO khoảng 26% tổng số giếng nước khảo sát là 4609

Khảo sát 50 mẫu tóc ở Thanh Trì, vùng ngoại ô của Hà Nội, Việt Nam vào tháng 9/2001 có kết quả As trong mẫu tóc từ 0.088 -2.77μg/g, thấp hơn As nhiễm trên thế giới, nhưng cao hơn những người sống trong khu vực không bị nhiễm As14

1.2 Các phương pháp phân tích:

Phân tích arsen ở hàm luợng vết đã được xác định bằng nhiều phương pháp khác nhau: phân tích tổng As thường đuợc tiến hành dùng các thiết bị quang phổ, khối phổ trong khi việc phân tích nguyên dạng As lại cần thêm bước tách riêng các dạng

As như chiết hoặc sắc ký Trong bài này, chúng tôi chỉ chú trọng vào hàm lượng As tổng số nên chỉ trình bày chi tiết các phương pháp thông dụng dành cho phân tích

As tổng số

1.2.1 Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử

Nguyên tắc của phương pháp: nguyên tố cần phân tích đuợc nguyên tử hóa và kích hoạt nhờ một nguồn nhiệt độ cao Trạng thái kích hoạt của nguyên tử không bền và chuyển về trạng thái cơ bản đồng thời phát ra bức xạ điện từ có năng lượng đúng bằng với chênh lệch năng lượng giữa hai trạng thái kích hoạt và cơ bản Mỗi nguyên tố có một phổ phát xạ đặc trưng nên có thể dùng phổ phát xạ cho mục đích định danh chất phân tích Cường độ phát xạ tại một bước sóng nhất định nào đó của nguyên tố tỷ lệ với số nguyên tử ở trạng thái kích hoạt và như vậy tỷ lệ với nồng độ mẫu phân tích Dựa trên tính chất này, phổ phát xạ đuợc dùng trong mục đích định lượng Phương pháp này có độ nhạy, độ chính xác rất cao, khoảng tuyến tính rất rộng Các thiết bị phổ phát xạ gần đây cho phép phân tích đồng thời nhiều nguyên

tố trong cùng một mẫu trong khoảng thời gian rất ngắn (vài chục s), đây là một ưu điểm nổi bật giúp việc phân tích mẫu hữu hiệu hơn.15-17

1.2.2 Phương pháp huỳnh quang nguyên tử (AFS)

Phương pháp này cũng từng đuợc sử dụng tương đối phổ biến trong xác định As

As cũng đuợc nguyên tử hóa bằng một nguồn cấp nhiệt độ đủ cao Đám hơi nguyên

tử tạo thành đuợc chiếu xạ bởi một chùm bức xạ đặc trung của As phát ra từ đèn cathod rỗng Nguyên tử As được kích hoạt và phát xạ tại bước sóng có năng lượng bằng chênh lệch năng lượng giũa trạng thái cơ bản và trạng thái kích hoạt và được ghi đo Phân tích As bằng AFS là kỹ thuật xác định tổng As và thường thông qua dạng hydride và kéo dài khoảng tuyến tính lên đến mg/L, cho phép áp dụng trong môi trường, sinh hóa và mẫu thực phẩm

Phương pháp này xác định được As tổng và các loại As dựa vào kỹ thuật tiêm dòng chảy và hệ hóa hơi hydride Việc phân tích As tổng hay từng loại As tùy thuộc vào cách xử lý mẫu Giới hạn phát hiện của phương pháp này trong rượu từ 0.3μg/L đến 0.6μg/L và có độ chụm với %RSD từ 2% tới 8% trong khoảng nồng độ As từ 0.5μg/L đến 10 μg/L15, 18-19

Hình 1.4: Khoảng giới hạn phát hiện của một số phương pháp phổ thông dụng

1.2.3 Phương pháp quang phổ hấp thu nguyên tử

1.2.3.1 Giới thiệu về phổ hấp thu nguyên tử

Hình 1.5: Các bộ phận trong máy AAS

1.2.3.2 Nguồn bức xạ kích thích phổ hấp thu 2-20

Nguồn này phát ra một dãy vạch phổ nguyên tử có độ phân giải cao, đặc trưng cho từng nguyên tố cần đo Đối với As là chùm vạch triplet 193.7 nm, 189.0 nm, 197.2 nm Các nguồn kích thích thông dụng là đèn catod rỗng, đèn phóng điện phi điện cực Gần đây nguồn bức xạ liên tục phát ra từ đèn Xe cường độ cao đã đuợc đưa vào sử dụng kết hợp với hệ thống đơn sắc có độ phân giải rất cao và cho độ nhạy tương đương với nguồn phát bức xạ vạch, đặc trưng như HCL và EDL

Nhưng dù là loại đèn nào thì nguồn phát tia bức xạ cũng phải thỏa mãn các điều kiện sau:

- Phải tạo ra được các tia bức xạ nhạy đối với nguyên tố cần phân tích

- Nguồn bức xạ phải phù hợp với thiết bị phân giải để có độ đơn sắc phù hợp

và cường độ cao, ổn định và ít nhiễu do các vạch phổ (không đặc trưng) khác

1.2.3.3 Hệ thống nguyên tử hóa mẫu phân tích 2, 21-22

Hệ thống này tạo ra nhiệt độ thích hợp và ổn định để nguyên tử hóa nguyên tố thành trạng thái hơi rời rạc Có hai loại kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu là kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa (Flame-AAS) và kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa Kỹ thuật nguyên tử hóa ngọn lửa cho độ nhạy rất kém đối với As nên không dùng trong phân tích vi lượng As Bài này chỉ đề cập đến kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa

Kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa gồm ba loại: lò graphite, hydride và hydride ghép nối lò graphite

- Kỹ thuật lò graphite cho phép xác định tương đối nhanh và chính xác ở khoảng nồng dộ rất thấp (μg/L) Nguyên tố cần phân tích kèm theo nền mẫu thường được đưa vào lò ở dạng lỏng Sự nguyên tử hóa diễn ra ở nhiệt

độ khá cao, tùy theo từng nguyên tố, đến gần 3000oC

- Kỹ thuật hydride cho phép xác định tưong đối nhanh và chính xác ở khoảng nồng độ rất thấp (μg/L) một số nguyên tố có khả năng tạo hydride thể khí ở nhiệt độ thường Nguyên tố cần phân tích đuợc cho tạo hơi hydride và đuợc đưa khá chọn lọc vào buồng nguyên tử hóa là ống thạch anh đuợc gia nhiệt sẵn ở 750-10000C Sự nguyên tử hóa như vậy diễn ra ở nhiệt độ thấp và có sự hỗ trợ của gốc tự do

- Kỹ thuật hydride ghép nối lò graphite cho phép xác định tưong đối nhanh

và chính xác ở khoảng nồng độ rất thấp (μg/L) một số nguyên tố có khả năng tạo hydride thể khí ở nhiệt độ khá cao Nguyên tố cần phân tích được tạo hơi hydride và đưa vào lò graphite Sự nguyên tử hóa các nguyên tố ở dạng hydride sẽ được thực hiện ở nhiệt độ khá cao và cũng tùy theo từng

Kỹ thuật hydride ghép nối lò graphite là kỹ thuật tích hợp giữa hai kỹ thuật lò graphite và kỹ thuật hydride

Kỹ thuật lò graphite có ưu điểm là sử dụng chương trình nhiệt độ để nguyên tử hóa mẫu nhưng lại bị ảnh hưởng nhiễu nền Trong khi kỹ thuật hydride thì có ưu điểm là không bị ảnh hưởng nhiễu nền, nhưng nhiệt độ nguyên tử hóa lại thấp Vì vậy, kỹ thuật hydride ghép nối lò graphite sẽ tích hợp những ưu điểm của hai kỹ thuật trên, hay nói cách khác, kỹ thuật này cho độ nhạy khá cao do giảm được ảnh hưởng nền và nhiệt độ nguyên

tử hóa cao

1.2.3.4 Bộ đơn sắc và bộ ghi đo tín hiệu 2

Bộ đơn sắc có độ phân giải cao, cho phép tách phổ hấp thu thành các vạch phổ đơn sắc tại khe ra của máy đo phổ hấp thu nguyên tử

Bộ ghi đo tín hiệu có chức năng chuyển hóa tín hiệu quang thành tín hiệu điện, khuyếch đại tín hiệu điện và ghi đo phổ

1.3 Các kỹ thuật nguyên tử hóa thông dụng xác định arsen

1.3.1 Kỹ thuật lò graphite

1.3.1.1 Tóm tắt quá trình nguyên tử hóa mẫu 2

Đây là phương pháp quang phổ hấp thu không ngọn lửa, tức là không dùng nhiệt của phản ứng cháy từ ngọn lửa mà dùng nguồn nhiệt phát sinh từ dòng điện qua cuvet than chì để nguyên tử hóa mẫu Khác với ngọn lửa, nhiệt độ của lò graphite

có thể đuợc điều chỉnh rất chính xác (đến 1oC) qua việc kiểm soát dòng điện qua lò graphite theo một chuơng trình nhiệt theo mong muốn của người sử dụng Một thể tích (luợng) mẫu khá nhỏ đuợc đưa thủ công hay tự động vào lò graphite và toàn bộ lượng chất phân tích trong mẫu được bay hơi và nguyên tử hóa trong lò Sự chuyển mẫu vào lò là 100%, sự nguyên tử hóa diễn ra khá triệt để nên so với kỹ thuật ngọn lửa, độ nhạy của phương pháp này cao hơn hàng trăm đến hàng ngàn lần Tuy vậy

do bề mặt lò graphite bị ăn mòn dần theo quá trình đo mẫu nên các quá trình diễn ra trên bề mặt lò mỗi mẫu mỗi khác, hậu quả là độ lặp giữa các phép đo kém Trong

khi đó kỹ thuật nguyên tử hóa dùng ngọn lửa cung cấp môi trường nguyên tử hóa mới liên tục và ổn định nên phép đo có độ lặp lại tốt hơn Độ lặp của các phép đo trên kỹ thuật lò tùy thuộc nhiều vào thành phần nền của mẫu Nếu mẫu chứa nhiều acid có tính ăn mòn, chứa nhiều khoáng vô cơ thì bề mặt lò bị ăn mòn khá nhanh và kết quả đo rất kém ổn định Chính vì lý do này mà kỹ thuật lò graphite chỉ hữu hiệu cho các mẫu nước sạch và thực tế phân tích As trong mẫu nước sạch (nước ngầm, nuớc sông) luôn ưu tiên dùng kỹ thuật lò graphite

Quá trình nguyên tử hóa được thực hiện trong ống graphite với thời gian rất ngắn (sự nguyên tử hóa tức khắc) nhờ năng lượng của dòng điện công suất lớn và trong môi trường khí trơ Nguồn năng lượng thường được dùng hiện nay là dòng điện có cường độ dòng rất cao (từ 50-600A) và hiệu điện thế thấp (<12V) Mẫu phân tích bằng phương pháp này có thể không cần làm giàu sơ bộ và lượng mẫu tiêu tốn ít (20

μL cho mỗi lần đo)

Quy trình đo chung trên mọi thiết bị GF-AAS có thể đuợc tóm tắt như sau:

- Giai đoạn 1: sấy khô mẫu

Đây là giai đoạn đầu tiên của quá trình nguyên tử hóa mẫu Mục đích của việc sấy khô mẫu là để đảm bảo cho dung môi hòa tan mẫu bay hơi hoàn toàn và nhẹ nhàng Thông thuờng nhiệt độ sấy khô nên cao hơn nhiệt độ của dung môi hòa tan mẫu khoảng 10-20oC Đối với dung dịch nước có chứa HNO3 thì thuờng sấy khô mẫu ở 120oC trong thời gian 40 s cho tổng thể tích mẫu và chất biến tính (modifier)

25 – 30 μL

- Giai đoạn 2: Tro hóa

Mục đích của giai đoạn này là làm bay hơi hoàn toàn các hợp chất hữu cơ và tro hóa, nung luyện các hợp chất vô cơ cùng với các nguyên tố cần phân tích để chuyển các hợp chất này về cùng một dạng tồn tại Sự hóa hơi và nguyên tử hóa nguyên tố phân tích ở dạng tồn tại này là đồng thời và ổn định, biểu hiện ở giản đồ độ hấp thu theo thời gian là một peak hình chuông tương đối đối xứng (hơi giống phân bố Gauss)

Đây là giai đoạn cuối của quá trình nguyên tử hóa mẫu và cũng là giai đoạn quyết định cường độ của vạch phổ Giai đoạn này được thực hiện trong thời gian rất ngắn, thông thường từ 2 s đến 6 s, nhưng tốc độ tăng nhiệt thường là tối đa (2000

oC/s) để lò đạt ngay tức khắc nhiệt độ nguyên tử hóa Nhiệt độ nguyên tử hóa tùy thuộc vào tính chất nhiệt của từng nguyên tố và dạng tồn tại thực tế của nguyên tố

đó tại thời điểm nguyên tử hóa Trong giai đoạn tro hóa, chất phân tích thuờng kết hợp với các khoáng trong nền mẫu hoặc/và modifier để tạo nên các dạng khoáng hỗn tạp Quá trình này có thể xem như một giai đoạn đồng nhất mẫu, qua đó các dạng tồn tại khác nhau của nguyên tố phân tích (nếu có) trong mẫu bị chuyển về 1 dạng khoáng nhất định Thông thường nguyên tố cần phân tích trong dạng khoáng (mẫu) có tính chất nhiệt khác với nguyên tố này ở dạng tinh khiết (chuẩn) và hậu quả là mức độ bay hơi của chuẩn và mẫu khác nhau thể hiện ở tỷ lệ tín hiệu diện tích/chiều cao khác nhau giữa chuẩn và mẫu hoặc giữa mẫu có thành phần nền khác nhau Kết quả phân tích nếu dùng phương pháp đường chuẩn chắc chắn là kém chính xác

Để làm cho tính chất nhiệt của nguyên tố phân tích trong chuẩn và mẫu tương tự nhau, người ta hay dùng các chất biến tính với lượng áp đảo (gấp hàng chục ngàn lần lượng nguyên tố phân tích) Tuy vậy biện pháp này chỉ hữu hiệu với những mẫu

có thành phần nền không quá phức tạp hay hàm lượng khoáng trong mẫu không cao Trong những mẫu chứa khoáng vô cơ nồng độ cao như nước biển hay dịch chiết đất, kỹ thuật lò graphite cho kết quả kém chính xác (sai và lặp kém) Người ta hay dùng các biện pháp chiết để tách bỏ nền (đồng thời làm giàu mẫu) để khắc phục yếu điểm này của kỹ thuật lò graphite và mở rộng phạm vi áp dụng trong phân tích Trong thực tế sử dụng, nguời phân tích nên tối ưu hóa nhiệt độ nguyên tử hóa cho phù hợp với nền mẫu

- Giai đoạn 4: Làm sạch mẫu và làm nguội

Mục đích của giai đoạn này là để đuổi toàn bộ các vết mẫu (nền + chất phân tích) còn lại để hoàn trả bề mặt lò sạch cho phép đo kế tiếp Nhiệt độ làm sạch thuờng cao hơn nhiệt độ nguyên tử hóa mẫu và khí mang đuợc dùng tối để lơi cuốn

chất phân tích ra khỏi lò Nhiệt độ làm sạch quá cao có thể rút ngắn tuổi thọ của lò

và vì vậy làm tăng giá thành phân tích

1.3.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nguyên tử hóa

Với các giai đoạn sấy, tro hóa và nguyên tử hóa mẫu trên, quá trình nguyên tử hóa bộc lộ một số yếu tố ảnh hưởng Mức độ ảnh huởng của các yếu tố này là khác nhau đối với mỗi nguyên tố

¾ Môi trường khí trơ thực hiện thường dùng là argon (Ar) hoặc nitơ (N2), nghĩa

là thực hiện trong môi trường không có oxy, mục đích là cách ly lò graphite đang đuợc đốt ở nhiệt độ cao khỏi bị cháy trong oxygen khí quyển Trước đây N2 đuợc dùng khá phổ biến làm khí mang nhưng khí này ở nhiệt độ cao lại phản ứng với graphite sinh ra cyanogen (CN)2 rất độc, cộng với việc Ar ngày càng rẻ đi, hiện nay khí trơ Ar là lựa chọn duy nhất làm khí mang Lưu lượng khí trơ bên trong lò graphite có thể được điều chỉnh theo chương trình đặt trước giúp lôi cuốn chất bẩn khỏi lò trong các giai đoạn làm khô, tro hóa và làm sạch lò Trong giai đoạn nguyên

tử hóa, khí mang làm giảm tín hiệu hấp thu do pha loãng hơi nguyên tử trong quang

lộ, vì vậy phân tích viên đặt chế độ tắt khí mang trong giai đoạn nguyên tử hóa với các phép đo yêu cầu độ nhạy cao

¾ Công suất đốt nóng lò graphite: khi tăng công suất đốt nóng thì cường độ vạch phổ tăng nhưng chỉ trong một giới hạn nhất định

¾ Tốc độ đốt nóng lò graphite: tốc độ đốt nóng và thời gian nguyên tử hóa tỷ lệ nghịch với nhau Nếu đo diện tích peak thì không bị ảnh hưởng, nhưng nếu đo chiều cao thì tỷ lệ với tốc độ đốt nóng Nhưng vấn đề chính là ở chỗ, khi nguyên tử hóa với tốc độ đốt nóng lò graphite chậm, ta thường phải nguyên tử hóa thời gian dài, dẫn đến kết quả vạch phổ không những có chiều cao thấp mà còn có nhiều đỉnh và dạng phức tạp, gây khó khăn trong định lượng

¾ Loại tube graphite dùng để nguyên tử hóa mẫu, các loại nguyên liệu graphite khác nhau cũng có ảnh hưởng đến cường độ vạch phổ và thời gian nguyên tử hóa

Nói chung, các loại graphite hoạt hóa toàn phần thường cho kết quả tốt nhất, độ nhạy cao, ổn định

1.3.1.3 Các loại nhiễu trong lò graphite và biện pháp khắc phục

Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả phân tích trong kỹ thuật này rất đa dạng và phức tạp Tùy thuộc vào tính chất của các yếu tố ảnh hưởng mà được chia làm hai loại nhiễu: nhiễu quang phổ và nhiễu không quang phổ

¾ Nhiễu quang phổ là loại nhiễu do phân tử hay nguyên tử chất nền hấp thu,

bao gồm các loại nhiễu sau:

• Nhiễu do phát xạ: xuất hiện khi bức xạ “vật đen” phát ra từ lò graphite bị đốt nóng đến được detector Nhiễu này làm tăng độ bất ổn của tín hiệu đo, trong một số trường hợp nghiêm trọng thì nhiễu này làm “mù” tạm thời detector, tín hiệu phân tích vô nghĩa

Nhiễu do phát xạ được kiểm soát bằng các biện pháp sau:

- Chọn nhiệt độ nguyên tử hóa phù hợp với sự nguyên tử hóa chất phân tích,

mà tại nhiệt độ đó sự kích thích phổ phát xạ là không đáng kể

- Lò graphite, khoang chứa lò và cửa sổ lò phải luôn được sạch sẽ để tránh sự tán xạ ánh sáng từ phát xạ vạch đen vào detector

• Nhiễu do hấp thu nền: đây là loại nhiễu quang phổ nghiêm trọng nhất trong kỹ thuật lò graphite Nguyên nhân có sự nhiễu này là do sự hấp thu phân tử hay sự tán xạ gây ra bởi nền mẫu ở giai đoạn nguyên tử hóa, do các thành phần có trong nền mẫu Nhiễu này (BG) là một dãy phổ rộng (đôi khi che phủ vài chục đến vài trăm nm), khả năng chồng lấn bước sóng chất cần phân tích là đáng kể Do đó, các kỹ thuật kiểm soát BG phải được sử dụng hầu hết trên các phép đo hấp thu trên

GF AAS

Nhiễu do hấp thu nền (BG) được kiểm soát bằng các biện pháp sau:

- Giảm BG qua giai đoạn xử lý mẫu

- Chương trình hóa nhiệt độ lò phù hợp

- Sử dụng bước sóng khác ở nơi ít có sự hấp thu nền (bước sóng càng dài thì sự hấp thu nền càng giảm)

Các biện pháp loại trừ nền:

- Dùng chất bổ trợ nền: thông qua giai đoạn tro hóa: tùy thuộc vào độ bay hơi tương đối của thành phần nền mẫu và chất phân tích

- Dùng chất/hỗn hợp chất biến tính như Ni , Pd + Mg(NO3)2

- Thay đổi thể tích mẫu: kiểm soát nền hữu hiệu khi không có giới hạn về

độ nhạy (mẫu có nồng độ cao)

¾ Nhiễu không quang phổ được tạo thành do:

• Do các thành phần đa dạng của nền mẫu ức chế sự tạo thành nguyên tử

tự do của chất phân tích., biểu diễn bằng phản ứng sau:

M° + X° ↔ MX

M° = nguyên tử tự do của chất phân tích, X° = nguyên tử nền

Biện pháp khắc phục:

- Phương pháp thêm chuẩn: Bù trừ cho nhiễu không quang phổ Tuy

nhiên, dùng biện pháp này lại có một số hạn chế như sau:

- Chỉ phù hợp khi nền mẫu ảnh hưởng đến sự tạo thành các nguyên tử tự

do của chất phân tích trong mẫu và phần thêm vào (điều này thường không đúng)

- Nếu phản ứng gây nhiễu là một quá trình chậm và không cạnh tranh tức thời với nguyên tử tự do tạo ra từ phần thêm vào, dẫn đến đường chuẩn thiết lập bằng phuơng pháp thêm thường không đúng lắm và kết quả thu được là kết quả sai

-Phương pháp thêm chuẩn cũng không bù trừ được nhiễu quang phổ

Do đó, bù trừ nhiễu không quang phổ bằng phương pháp thêm chuẩn thường không được lựa chọn so với sử dụng phương pháp loại trừ nền mẫu (qua xử lý mẫu)

• Do hiệu ứng lưu: Khi nguyên tử hóa mẫu trong lò graphite, một lượng nhỏ

graphite dưới dạng các hợp chất khó bay hơi (thường là ở dạng carbide) và tích tụ lại qua nhiều lần nguyên tử hóa Lượng tích tụ này bay hơi không đều giữa các lần nguyên tử hóa và như vậy không thể kiểm soát được dẫn đến tăng cường độ của vạch phổ và dẫn đến kết quả phân tích bị sai lệch

Cách khắc phục: sau mỗi lần nguyên tử hóa, đun nóng tube graphite ở nhiệt

độ cao để phân hủy hết các chất còn lưu lại trên bề mặt tube

• Do sự ion hóa của nguyên tố phân tích:

M → M+ + e-

Nếu nguyên tố phân tích bị ion hóa càng nhiều thì cường độ vạch hấp thu càng giảm

Biện pháp hạn chế:

+ Chọn nhiệt độ nguyên tử hóa phù hợp

+ Thêm vào mẫu các chất có thế ion hóa thấp hơn (thường là các muối halogen kim loại kiềm)

• Do nồng độ acid và loại acid trong dung dịch mẫu:

Các acid càng khó bay hơi và bền nhiệt thì càng làm giảm nhiều cường độ vạch

phổ hấp thu của nguyên tố phân tích

Do đó, để tránh nhiễu không quang phổ do bề mặt lò graphite nói trên, người

ta đã dùng biện pháp là phủ một lớp graphite xử lý nhiệt làm cho bề mặt lò graphite

bền chắc (nén chặt) và trơ, không thấm để làm giảm xu hướng hình thành carbide

Lò graphite xử lý nhiệt cũng có tuổi thọ cao hơn lò graphite không phủ xử lý nhiệt

1.3.2 Kỹ thuật tạo hơi hydride qua cell thạch anh

Năm 1955 ông Walsh đã giới thiệu phương pháp hấp thu nguyên tử, sau đó kỹ thuật phân tích này đã được sử dụng rất phổ biến ở các phòng thí nghiệm trên toàn thế giới Tuy nhiên ban đầu việc xác định nguyên tử bằng phổ hấp thu nguyên tử còn gặp rất nhiều khó khăn trong việc sol khí hóa dung dịch mẫu, nhất là đối với các nguyên tố As, Se, Sb, Te…

Năm 1969 Holak đã sử dụng kỹ thuật tạo hydride kết hợp với phổ hấp thu nguyên tử Ông dùng hỗn hợp kim loại và acid (Zn kim loại và acid chlorhydric) để thực hiện phản ứng khử, kẽm và HCl được đựng trong một ống nghiệm có nitơ lỏng Trước tiên, ống nghiệm này được làm nóng lên rồi dẫn dung dịch có chứa As

đi qua, khí As sinh ra được dẫn vào ngọn lửa không khí- acetylen trong môi trường

N2 Bằng phương pháp khắc phục đáng kể nhược điểm của sự sol khí hóa, nâng cao được độ nhạy Chất khử dùng cho phản ứng tạo hydride là hydrogen mới sinh:

Zn + 2HCl ⎯⎯→ ZnCl2 + 2H ⎯⎯→⎯m+

E EHn Trong đó E là nguyên tố phân tích, m,n có thể giống hoặc khác nhau Hiện nay người ta dùng NaBH4 (sodium tetrahydroborate) là tác nhân cho tốc độ sinh khí nhanh hơn và hiệu quả hơn so với Zn kim loại

NaBH4 + H+ + 3H2O → Na+ + 8H + H3BO3

Hơi hydride được đẩy ra khỏi dung dịch chuyển đến buồng nguyên tử hóa nhờ dòng khí mang là khí trơ (thường là Ar) Về cơ bản phản ứng tạo hydride là như nhau, tuy nhiên tuy thuộc vào cách thức phối trộn mẫu, chất mang acid, NaBH4 và cách thức lôi cuốn hơi hydride mà có các kỹ thuật tạo hơi hydride khác nhau Mỗi

kỹ thuật vì vậy khác nhau về hiệu năng (độ nhạy, các yếu tố gây nhiễu)

1.3.2.1 Các kỹ thuật tạo hydride 22 :

Các kỹ thuật tạo hơi hydride hiện nay có thể đuợc tóm tắt trong sơ đồ bên dưới:

Hình 1.6: Các phương pháp tạo hydride trực tiếp

¾ Hệ thống tạo hydride tiêm dòng liên tục (continuous flow):

Hình 1.7: Hệ thống tạo hydride tiêm dòng liên tục

Mẫu, acid tạo môi trường, và NaBH4 được bơm liên tục vào hệ thống nhờ một bơm nhu động 3 kênh và đuợc trộn đều nhờ một dòng khí mang Ar (purge I) Hơi hydride sẽ được tách khỏi dung dịch phản ứng và được dẫn đến cell đo nhờ sự hỗ trợ của một dòng khí mang khác (purge gas II) Tín hiệu đo theo kiểu “ steady state”

và đo theo chiều cao

Tạo hơi hydride

(Hydride generation)

Tích góp (Collection)

Tạo theo mẻ (Batch)

Chuyển trực tiếp đến cell nguyên tử hóa (Direct transfer)

Bơm liên tục (Flow continuous)

Tiêm dòng chảy (Flow injection)

Hấp thu vào dung dịch (in absorbing media)

Nén (pressure) Bẫy lạnh (cryotrapping)

¾ Hệ thống tiêm dòng chảy (Flow injection)

Hình 1.8: Sơ đồ hệ thống tiêm dòng chảy tạo hơi hydride

Thể tích mẫu xác định (500-1000 µL) được nạp vào loop Lúc này dòng acid làm chất mang và NaBH4 làm chất khử được bơm liên tục Mẫu được trộn lần lượt với dòng acid, NaBH4 và dòng khí trơ Phản ứng tạo hydride diễn ra Hơi hydride sẽ được tách ra khỏi dung dịch phản ứng và được lôi cuốn đến cell đo Tín hiệu đo theo kiểu “ transient peak”, đo theo chiều cao hay diện tích peak đều được

¾ Hệ thống tạo hydride theo mẻ (batch):

Hình 1.9: Hệ thống tạo hydride theo mẻ

Một thể tích mẫu nhất định khá lớn (5-25 mL) có chứa acid được cho vào bình

Phản ứng tạo hơi hydride diễn ra và hơi hydride được lôi cuốn theo một dòng khí mang đến cell đo

Nguyên tử hóa bằng cell thạch anh:

• Mẫu được hoá hơi hydride Hơi này được dẫn liên tục vào ống thạch anh và được nguyên tử hoá ở nhiệt độ thấp (900oC)

• Ống thạch anh được gia nhiệt hoặc bằng điện có kiểm soát được nhiệt

¾ Nhiễu quang phổ thường không đáng kể do các chất phân tích đã được tách ra

khỏi nền mẫu ở dạng hydride dễ bay hơi trong khi đa số các chất gây nhiễu không bay hơi nên được giữ lại trong dung dịch mẫu

¾ Nhiễu không quang phổ thường gặp nhiều hơn và thường có trong pha lỏng và

pha khí

ƒ Trong pha lỏng:xuất hiện do:

√ Quá trình sinh ra hydride do sự khuấy trộn dung dịch acid, mẫu và NaBH4, tốc độ khuấy trộn, độ nhớt dung dịch mẫu

√ Tốc độ giải phóng hydride khỏi dung dịch mẫu: các hợp chất hydride ít nhiều tan trong nước nên cần phải sụt khí mang để lôi cuốn các hydride vào pha khí và đến cell nguyên tử hóa

√ Mẫu tạo bọt trong quá trình tạo hydride, nguyên nhân có thể do mẫu được vô cơ hóa chưa hoàn toàn, mẫu sinh học

ƒ Trong pha khí xuất hiện do:

√ Các hydride cản trở lẫn nhau do nồng độ các gốc tự do trong cell thạch anh có hạn, các hydride khác nhau sẽ cạnh tranh bắt gốc tự do

√ Xảy ra trong quá trình các chất hydride di chuyển từ dung dịch mẫu đến

bộ phận nguyên tử hóa, làm gián đoạn hay làm mất chất phân tích trong các dụng cụ tích góp

√ Tạo ra do thay đổi tốc độ hình thành hay giải phóng hydride ra khỏi dung dịch

¾ Nhiễu do các chất ở trạng thái oxy hóa

Các chất ở trạng thái oxy hóa khó chuyển thành hợp chất hydride do tốc độ tạo thành chậm hay do hiệu suất thấp

As(V) kém nhạy hơn As(III) 20-30%

¾ Nhiễu hóa học do sử dụng các acid và nồng độ acid trong mẫu

Acid thường ít ảnh hưởng đến việc tạo hydride, ngoại trừ Se và Sn (do Se, Sn phải sử dụng acid trong dung dịch đệm)

Các acid HCl, H2SO4, HNO3 thường gây giảm tín hiệu khi ở nồng độ cao

1.3.3 Kỹ thuật ghép nối lò graphite với bộ hóa hơi hydride qua bộ kít nối

FIAS

Đây là kỹ thuật kết hợp giữa hai kỹ thuật hydride và kỹ thuật lò graphite23-25 Tương tự như kỹ thuật hydride qua lò nhiệt điện (qua cell thạch anh), mẫu sẽ được hóa hơi hydride theo một trong ba phương pháp như tạo hơi hydride theo mẻ, liên tục hay tiêm dòng chảy (xem phần trình bày ở mục 1.3.2.1) Hơi hydride sẽ được chuyển đến lò graphite thông qua bộ kít nối giữa thiết bị tạo hơi hydride và lò graphite Sau khi hơi hydride được chuyển đến lò graphite thì được nguyên tử hóa thông qua chương trình nhiệt độ ( tương tự lò graphite)

Kỹ thuật hydride ghép nối lò graphite được thực hiện cụ thể như sau:

• Mẫu được hóa hơi hydride Hơi này được dẫn liên tục vào lò graphite đã cài đặt sẵn chương trình nhiệt độ

• Mẫu sau khi được hóa hơi tạo hydride, hơi này được dẫn qua lò graphite thông qua bộ kit nối giữa hệ thống hydride với lò graphite

• Quá trình nguyên tử hóa mẫu thông qua chương trình nhiệt độ gồm các giai đoạn sau2:

o Giai đoạn 1: sấy khô mẫu

Đây là giai đoạn đầu tiên của quá trình nguyên tử hóa mẫu Mục đích của việc sấy khô mẫu là để đảm bảo cho dung môi hòa tan mẫu bay hơi hoàn toàn và nhẹ nhàng

o Giai đoạn 2: Tro hóa

Mục đích của giai đoạn này là tro hóa các hợp chất hữu cơ và mùn có trong mẫu, đồng thời nung luyện mẫu ở một nhiệt độ thuận lợi cho giai đoạn nguyên tử hóa tiếp theo đạt hiệu suất cao và ổn định

o Giai đoạn 3: Nguyên tử hóa

Đây là giai đoạn cuối của quá trình nguyên tử hóa mẫu và cũng là giai đoạn quyết định cường độ của vạch phổ Giai đoạn này được thực hiện trong thời gian rất ngắn, thông thường từ 2 s đến 6 s, nhưng tốc độ tăng nhiệt thì rất lớn để đạt ngay tức khắc nhiệt độ nguyên tử hóa, tốc độ thường khoảng từ 18000-C đến 25000-C

o Giai đoạn 4: Làm sạch mẫu và làm nguội

Mục đích là sau khi nguyên tử hóa, giai đoạn này dùng để đuổi mọi vết bẩn trong lò và làm nguội lò về để thực hiện mẫu tiếp theo

Hình 1.10: Kỹ thuật ghép nối lò graphite và bộ hóa hơi hydride

Tín hiệu đo theo kiểu “transient peak”, đo theo chiều cao hay diện tích peak đều được

2 CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Mục đích nghiên cứu

Theo phân tích những ưu và nhược điểm của kỹ thuật nguyên tử hóa hơi hydride trong ống thạch anh ở nhiệt độ thấp vốn chịu ảnh hưởng rất nhiều do hiệu suất nguyên tử hóa không cao và những nhiễu do các yếu tố ảnh hưởng đến sự nguyên tử hóa qua cơ chế gốc tự do, chúng tôi nhận thấy việc kết hợp nguyên tử hóa arsen ở dạng hydride và nhiệt độ cao của lò graphite là một lựa chọn rất hứa hẹn để có thể đưa tới một kết quả tốt hơn

Ở Việt nam cũng đã có vài nghiên cứu ứng dụng của phương pháp này nhưng chưa được phổ biến nhiều Gần đây Viện Vệ Sinh Y Tế Công Cộng Thành phố Hồ Chí Minh đươc trang bị thiết bị phổ hấp thu nguyên tử Perkin Elmer AA 800 cho phép kết nối kỹ thuật tạo hơi hydride và kỹ thuật nguyên tử hóa hydride trong lò graphite

Kỹ thuật này làm tăng độ nhạy vì vừa kết nối kỹ thuật hydride và vừa dùng kỹ thuật lò graphite Do đối tượng mẫu phân tích về chỉ tiêu As trong Viện khá đa dạng, nền mẫu từ đơn giản đến rất phức tạp, từ nồng độ rất thấp tới nồng độ rất cao, chúng tôi quyết định nghiên cứu kỹ thuật này trong bài luận văn để áp dụng cho phân tích As tổng số trong những mẫu có nền phức tạp hay nồng độ thấp nhằm phục

vụ cho yêu cầu thực tế của Viện

2.2 Đối tượng nghiên cứu:

Với chức năng của Viện là cấp giấy chứng nhận các mặt hàng thực phẩm nhập khẩu (các chất bảo quản chiếm tỷ lệ khá lớn), giám sát vệ sinh môi trường các tỉnh phía Nam và nền mẫu các chất bảo quản có thành phần nền rất phức tạp

Kali sobate C5H7COOK là chất bảo quản, là chất bột trắng kết tinh, dễ tan trong nước, nhưng khi tiến hành xử lý mẫu trong môi trường acid, dễ trở thành acid sorbic

Acid sorbic hay acid 2.4-hexadienoic (C5H7COOH) là chất kết tinh có vị chua nhẹ và mùi nhẹ, khó tan trong nước lạnh (0.16%), dễ tan trong nước nóng (ở 100oC tan 3.9%), trở nên khó tan khi xử lý bằng acid

Nói chung, mẫu kali sorbate sau khi vô cơ hóa còn lại muốn kali nồng độ khá cao vậy nên được xem là mẫu có thành phần nền phức tạp Khi phân tích mẫu này bằng

kỹ thuật lò graphite, hàm lượng muối khá cao trong mẫu gây khó khăn rất nhiều đến phép phân tích As (nhiễu quang phổ và không quang phổ) cho dù thiết bị phân tích

có trang bị hiệu ứng Zeeman vốn là kỹ thuật hiệu chỉnh nền tiên tiến nhất hiện nay Đồng thời lượng muối cao có tính ăn mòn mạnh làm lò bị hỏng rất nhanh.26

Phân tích As trong mẫu này bằng kỹ thuật tạo hơi hydride và nguyên tử hóa trong ống thạch anh thông thường có thể không gặp khó khăn lớn do nhiễu nền như trong

kỹ thuật lò graphite nhưng lại gặp khó khăn nhiều hơn về độ nhạy Nổng độ As trong mẫu thường không cao và việc xử lý một lượng mẫu lớn là khá bất tiện Ngoài

ra do nguyên tử hóa ở nhiệt độ thấp theo cơ chế gốc tự do nên độ nhạy và độ ổn định của tín hiệu đo không cao

Phân tích As trên hệ kết hợp: tạo hơi hydride để tách bỏ nền mẫu; bẫy và nguyên

tử hóa As từ dạng hydride trong lò graphite có lẽ là một giải pháp cho các điểm yếu của mỗi kỹ thuật đơn lẻ thường dùng trong phân tích As hiện nay Với hệ này, một mặt nền mẫu phức tạp không ảnh hưởng nhiều đến phép phân tích, mặt khác có thể bẫy làm giàu As trong lò graphite và nguyên tử hóa ở nhiệt độ cao để tăng cường độ nhạy và độ ổn định phép phân tích Với hệ thống này được kỳ vọng là có thể xác định As hàm lượng rất thấp trong mẫu có nền phức tạp

Theo yêu cầu thực tế, chúng tôi chọn mẫu kali sorbate là một phụ gia thực phẩm

để làm đối tượng nghiên cứu xác định arsen bằng phương pháp quang phổ hấp thu nguyên tử sử dụng kỹ thuật ghép nối lò graphite và bộ hóa hơi hydride

2.3 Nội dung nghiên cứu:

Để đạt đuợc mục tiêu, nghiên cứu này các yếu tố ảnh hưởng đến kỹ thuật cũng như mức độ ảnh hưởng của các acid tham gia xử lý mẫu cần được khảo sát Trên

nguyên tắc thay đổi một yếu tố và cố định tất cả các yếu tố còn lại Điều kiện phù hợp nhất vừa khảo sát, được chọn dùng cho thí nghiệm sau Trên cơ sở đó, đề tài được thực hiện các bước như sau:

Bước 1: Chọn các thông số đo của máy bao gồm:

• Bước sóng hấp thụ của nguyên tố cần đo: Arsen

• Khe sáng

• Cường độ dòng đèn EDL

Bước 2: Tối ưu hóa các điều kiện tạo hợp chất hydride

• Tỷ lệ các chất tham gia tại buồng phản ứng

• Tốc độ khí mang

• Tốc độ bơm của chất mang NaBH4

• Tốc độ bơm của chất khử HCl

• Nồng độ NaBH4 và HCl

• Thời gian tích góp trên FIAS

• Nhiệt độ nguyên tử hóa arsen trong chương trình nhiệt của lò graphite

Bước 3: Tối ưu hóa điều kiện khử As(V) về As(III) bằng cách khảo sát các yếu tố:

• Nồng độ acid ascorbic

• Thời gian khử

• Nhiệt độ khử

• Môi trường khử

Bước 4: Khảo sát ảnh hưởng các acid trong quá trình xử lý mẫu: acid nitric, acid

sulfuric, acid chlorhydric, acid perchloric

Bước 5: Xử lý mẫu

Bước 6: Đánh giá kết quả và giới hạn của phương pháp qua đường chuẩn, LOD,

LOQ, độ lặp lại, độ tái lặp, độ đúng (trueness), hiệu suất thu hồi

Bước 7: Khảo sát kỹ thuật hydride qua cell thạch anh

Bước 8: So sánh kỹ thuật hydride qua lò graphite với kỹ thuật hydride qua cell

2.4 Giới thiệu chung về phương pháp hấp thu nguyên tử kỹ thuật hydride hóa ghép nối lò graphite

2.4.1 Nguyên lý của phương pháp

Dựa vào tính chất dễ tạo hợp chất hydride cộng hóa trị của nguyên tố As Arsine

ở dạng khí, tương đối ít tan trong nước nên dễ dàng tách ra khỏi dung dịch mẫu Hơi arsine tạo ra trong dung dịch mẫu đuợc lôi cuốn dần dần và hấp thu hoàn toàn vào lớp kim loại Ir phủ trên bề mặt lò graphite Gia nhiệt lò graphite đến nhiệt độ đủ cao giúp AsH3 bay hơi đột ngột và nguyên tử hóa hoàn toàn

Người ta chế tạo bộ tạo khí hydride kết hợp kỹ thuật nguyên tử hóa sử dụng chương trình nhiệt As tạo hợp chất hydride cộng hóa trị có công thức AsH3 Trong các hợp chất, As thường thể hiện số oxy hóa +3 và +5, và thường tồn tại As dạng oxy hóa +5 ngoài tự nhiên Tuy nhiên ở dạng hydride thì As dạng oxy hóa +3 bền hơn Vì vậy người ta luôn tiến hành thực hiện phản ứng khử As+5về As+3 trước khi tiến hành tạo hơi hydride21 Để thực hiện phản ứng khử trên, chất khử được dùng là NaBH4 trong môi trường HCl20, có phản ứng như sau:

NaBH4 + 3H2O + HCl → H3BO3 + 8H+ + NaCl

H+ là hydrogen mới sinh có tính khử mạnh nên khi có mặt các hợp chất của As,

nó thực hiện ngay quá trình khử:

Mn+ + (m + n) H → MHn + mH+

Với As, hợp chất tạo hydride AsH3 được tạo thành nhờ NaBH4 trong môi trường acid Hợp chất AsH3 được mang vào buồng nguyên tử hóa bằng dòng khí trơ (Ar) liên tục

Để chuyển hóa toàn bộ As thành AsH3 thì trước hết phải oxy hóa As lên As5+, sau đó khử về As3+ và cuối cùng chuyển hóa thành AsH3 theo sơ đồ:

As(III,V) ⎯⎯ →oxyhóa⎯ As(V) ⎯⎯→khu As(III) ⎯hydride⎯⎯hóa⎯→ AsH3

Hơi AsH3 này được dẫn qua lò graphite thông qua bộ kit nối giữa hệ thống hydride với lò graphite có sử dụng chương trình nhiệt độ

2.4.2 Phép định lượng của phương pháp

Sự phụ thuộc của cường độ hấp thu nguyên tử của một nguyên tố vào nồng độ của nguyên tố đó trong dung dịch mẫu phân tích được nghiên cứu và thấy rằng trong một khoảng nồng độ C nhất định của nguyên tố trong mẫu phân tích, cường

độ vạch phổ hấp thụ và nồng độ N của nguyên tố đó trong đám hơi nguyên tử tuân theo định luật Lamber- Beer:

9 N là nồng độ nguyên tử của nguyên tố trong đám hơi nguyên tử

Trong quá trình đo, L không đổi, cường độ của vạch phổ hấp thu chỉ phụ thuộc vào N, hay:

Với K a là hằng số thực nghiệm, phụ thuộc vào tất cả các điều kiện hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu

b là hằng số bản chất, nó phụ thuộc vào từng vạch phổ của từng nguyên tố và luôn có giá trị 0< b

Theo phương trình (4) cho thấy, trong một phép đo định lượng một nguyên tố phải giữ cho các điều kiện hóa hơi, nguyên tử hóa mẫu ổn định và không đổi

2.5 Đánh giá kết quả phân tích 27

2.5.1 Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ)

2.5.1.1 Giới hạn phát hiện (LOD):

- Độ nhạy của thiết bị: là nồng độ nhỏ nhất của nguyên tố phân tích có trong

mẫu để còn có thể phát hiện được tín hiệu hấp thu của nó theo một vạch phổ

nhất định đã chọn và tín hiệu này phải bằng 3 lần dao động của giá trị nền

Độ nhạy = 3* Noise

Với Noise là tín hiệu nhiễu nền

- Giới hạn phát hiện (LOD): là nồng độ nhỏ nhất của chất phân tích tạo ra

được một tín hiệu có thể phân biệt được một cách tin cậy với tín hiệu mẫu trắng (hay tín hiệu nền)

Với ý nghĩa có thể phân biệt một cách tin cậy, giới hạn phát hiện được tính như sau: LOD= Trung bình nền mẫu trắng + 3SD

Với trung bình nền mẫu trắng (tín hiệu mật độ quang đo theo diện tích), SD là độ lệch chuẩn

- Giới hạn phát hiện của phương pháp (MDL): là nồng độ nhỏ nhất của chất

phân tích có trong mẫu có thể phát hiện được tín hiệu hấp thụ của nó trong cùng điều kiện xử lý của phương pháp MDL được tính theo phương trình hồi quy tuyến tính: y=a+bx

Sau khi đo được y (tín hiệu mẫu trắng), thay y vào phương trình, tính được:

MDL= (y-a)/b

2.5.1.2 Giới hạn định lượng (LOQ):

Là tín hiệu hay nồng độ thấp nhất trên một đường chuẩn tin cậy và người ta thường chấp nhận: LOQ ≈ LOD * 10/3

2.5.2 Đánh giá kết quả phân tích3, 28-29

2.5.2.1 Xác định hiệu suất thu hồi:

2.5.2.3 Xác định độ không đảm bảo đo

Độ không đảm bảo đo là thông số đặc trưng cho sự phân tán giữa các giá trị của đại lượng được quy cho đại lượng đo dựa trên thông tin đã sử dụng Độ không đảm bảo đo được tính toán và biểu diễn với mức tin cậy 95%, hệ số phủ k=2 Hiện nay,

có nhiều phương thức tiếp cận tính độ không đảm bảo đo của phép thử Ở đây, độ không đảm bảo đo được tính từ độ chụm và độ chệch của phương pháp thử

* Nguyên tắc:

Độ không đảm bảo đo được xác định từ các nghiên cứu về độ chụm

(precision-Rw) và độ chệch (bias) của phương pháp Độ không đảm bảo đo mở rộng được biểu diễn kèm theo hệ số k tương ứng với mức độ tin cậy biết trước 95%

* Các bước thực hiện:

™ Xác định độ tái lặp nội bộ phòng thí nghiệm u(Rw) Cách thực hiện thông

™ Xác định độ chệch của phép thử u(bias) Cách thực hiện thông qua % khác nhau giữa giá trị danh định và giá trị trung bình của các lần đo mẫu

ubias = ∑bias n 2 với n là số lần đo mẫu

™ Chuyển các thành phần về độ không đảm bảo đo chuẩn và tổng hợp các

độ không đảm bảo đo chuẩn ux

ux= (u2 (R w) +u2 (bias))

™ Tính độ không đảm bảo đo mở rộng Ux với mức tin cậy 95%

Ux = 2* ux

2.6 Trang thiết bị nghiên cứu:

2.6.1 Giới thiệu máy quang phổ hấp thu nguyên tử PE AA-800

Máy quang phổ hấp thu nguyên tử AA 800, hãng Perkin Elmer20-21

Hình 2.1: Dạng ngoài của máy AA 800 hãng Perkin Elmer

Máy gồm 4 khối chính:

1- Khối cung cấp nguồn đơn sắc

2- Khối vận chuyển mẫu vào plasma và nguyên tử hóa

3- Khối thu nhận phân ly và ghi phổ hấp thụ

4- Khối xử lý hiển thị và in các kết quả phân tích

Máy AA 800 hiện có được trang bị hệ nguyên tử hóa bằng lò graphite gia nhiệt theo kiểu THGA có khả năng kết nối với hệ thống tiêm dòng chảy FIAS 100 để phân tích các hợp chất tạo hơi hydride

Như vậy, việc phân tích arsen trên thiết bị AA 800 (PE) có thể được thực hiện trên 3 kỹ thuật:

• Kỹ thuật nguyên tử hóa trực tiếp As trong mẫu bằng lò graphite ở nhiệt độ cao (GF-AAS)

• Kỹ thuật nguyên tử hóa As ở dạng arsine trong ống thạch anh ở nhiệt độ thấp sau khi cho As trong mẫu chuyển thành arsine trong hệ tiêm dòng chảy FIAS 100 (HG-AAS)

• Kỹ thuật kết hợp nguyên tử hóa As ở dạng arsine trong lò graphite ở nhiệt độ cao sau khi cho As trong mẫu chuyển thành arsine trong hệ tiêm dòng chảy FIAS 100 (HG-GF-AAS)

Việc xác định arsenic dùng kỹ thuật nguyên tử hóa hơi hydride trong ống thạch anh đã phổ biến rộng rãi, trong khi kỹ thuật nguyên tử hóa hơi hydride trong lò graphite vẫn chưa phổ biến lắm

Trước khi sử dụng kỹ thuật hydride ghép nối lò graphite bằng bộ kit nối FIAS với lò graphite, ống graphite phải được xử lý trước khi sử dụng

Xử lý ống graphite trước khi sử dụng kỹ thuật ghép nối hydride-graphite 17, 21, 23-25

Trước khi sử dụng kỹ thuật ghép nối này, ống graphite phải được xử lý bằng một chất biến tính (modifer) thích hợp Việc dùng các chất biến tính cho bề mặt tube graphite bằng các kim loại như Pd, Ir hay hình thành dạng carbide cho các nguyên

tô như Zr, W làm tăng hiệu quả bẫy hơi hydride Do đó, Pd, Ir, Zr và W được dùng23-24, 30

Tuy nhiên việc dùng Pd có nhiều điều không thuận lợi và ngoài việc dùng các dạng đơn chất nói trên, còn có thể dùng hỗn hợp Pd-Ir, Pd-Zr, Pd-W, IrZr, Ir- W làm chất biến tính cho bề mặt tube

Hình 2.2: Tín hiệu As trong mẫu nước biển thêm 2mg/L As với các chất bao phủ tương ứng: (A) Ir-, (B) Zr-, (E) U-, (F) La 2 O 3 23

So sánh về độ nhạy khi dùng các chất bao phủ lên ống graphite:

Khối lượng đặc trưng cho mỗi chất có độ hấp thu là 0.0044, theo bảng sau:

Bảng 2.1: Giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng và khối lượng đặc trưng của As trong các

trường hợp dùng chất biến tính lên tube graphite trong kỹ thuật HG-GF AAS

Tube graphite được xử lý với

LOD (ng/L)

LOQ (ng/L)

Mo (pg)