kỹ thuật phân tích nguyên tố bằng hấp phụ nguyên tử ( aas atomic absorption spectrophotometric)

kỹ thuật phân tích nguyên tố bằng hấp phụ nguyên tử ( aas atomic absorption spectrophotometric)

Contents

KỸ THUẬT PHÂN TÍCH NGUYÊN TỐ BẰNG HẤP THỤ NGUYÊN TỬ (AAS_Atomic Absorption

Spectrophotometric) 2

I Giới thiệu chung: 2

II.Cơ sở lý thuyết: 4

Nguyên lý và thiết bị của phương pháp AAS 5

Kỹ thuật nguyên tử hoá không ngọn lửa 6

III Ví Dụ Tính Toán 7

KỸ THUẬT PHÂN TÍCH NHIỆT (TGA, DTA, DSC) 11

I Giới Thiệu Về Phân Tích Nhiệt Và Nhiệt Vi Sai 11

1.1 Phân tích nhiệt 11

1.2 Phân tích nhiệt vi sai 11

1.2.2 Thiết bị DTA 12

1.2.3 Phân tích nhiệt nhiệt lượng vi sai quét (DSC) 13

1.3 Ứng dụng của các phương pháp phân tích nhiệt: 13

II Thực Nghiệm 14

KỸ THUẬT PHÂN TÍCH CẤU TRÚC VẬT LIỆU BẰNG HỒNG NGOẠI (IR) 17

I.Giới thiệu chung 17

1.Nguyên lí của phổ IR 17

2 Sự hấp thụ bức xạ hồng ngoại và phổ dao động 17

3 Ứng dụng của pp phổ dao động 19

4 Các kĩ thuật đo hồng ngoại 21

II: Thực nghiệm 22

2

KỸ THUẬT PHÂN TÍCH NGUYÊN TỐ BẰNG HẤP THỤ NGUYÊN TỬ (AAS_Atomic Absorption

Spectrophotometric)

I Giới thiệu chung:

* Mục đích: Xác định kim loại có trong các vật liệu dựa trên xác định tổng hàm lượng kim loại có trong mẫu

*Giới thiệu:

Ngày nay, các phương pháp vật lý, đặc biệt là các phương pháp phổ được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu các hợp chất hoá học cũng như các quá trình phản ứng hoá học Những phương pháp này đặc biệt có ý nghĩa với việc xác định các hợp chất hữu cơ Cơ sở của phương pháp phổ là quá trình tương tác của các bức xạ điện từ đối với các phân tử vật chất Sự tương tác này dẫn đến phân tử hấp thụ hay bức xạ năng lượng, do sự kích thích các

điện tử hay các liên kết hoặc các hạt nhân nguyên tử trong phân tử

1.1 Bức xạ điện từ

Bức xạ điện từ sinh ra một điện trường E và một từ trường H vuông góc với nhau

Bức xạ điện từ bao gồm sóng vô tuyến đến các bức xạ Rontgen và các bức xạ γ đều có bản chất sóng và hạt Bản chất sóng của chúng thể hiện ở hiện tượng nhiễu xạ và giao thoa Các hạt sodngs này lan truyền trong không gian theo hình sin và có các cực đại và cực tiểu, khoảng cách giữa hai đầu mút của một sóng được gọi là bước sóng, ký hiệu là λ Những bức xạ điện từ khác nhau có độ dài bước sóng khác nhau Bước sóng được coi là một đại lượng

đặc trưng cho mỗi sóng Ngoài ra các sóng còn được đặc trưng bằng tần số ν Giữa bước sóng và tần số ν liên hệ

với nhau theo biểu thức:

c = ν.λ

trong đó: c_ tốc độ ánh sáng

Chiều dài bước sóng λ được đo bằng các đơn vị độ dài: m, nm, µm, Å

Trong quang phổ người ta còn dùng đại lượng nghịch đảo của λ (1/λ) để đo chiều dài bước sóng, ký hiệu là

ν =

Các bức xạ điên từ cũng mang năng lượng, các bức xạ có chiều dài bước sóng càng nhỏ thì năng lượng của chúng càng lớn vì nó tuân theo định luật:

Bảng 1.1 Phân loại các vùng bức xạ điện từ

1.2 Sự tương tác giữa vật chất và bức xạ điện từ

Khi chiếu một chùm bức xạ điện từ vào một môi trường vật chất, sẽ xảy ra hiện tượng các phân tử vật chất hấp thụ năng lượng hay bức xạ năng lượng Năng lượng mà phân tử hấp thụ vào hay phát ra là:

trong đó E1 và E2 _ mức năng lượng của phân tử ở trạng thái đầu và cuối

ν _ tần số của bức xạ điện từ iij hấp phụ hay phát xạ ra

Nếu năng lượng ở trạng thái cuối cao hơn trạng thái đầu (∆E > 0) dthì sẽ xảy ra sự hấp thụ các bức xạ điện

từ còn nếu năng lượng ở trạng thái đầu cao hơn (∆E < 0) thì xảy ra sự bức xạ năng lượng

Theo thuyết lượng tử thì các phân tử và các bức xạ điện từ trao đổi năng lượng với nhau không phải bất kỳ

và liên tục mà có tính chất gián đoạn Phân tử chỉ hấp thụ hay bức xạ 0, 1, 2, 3, n lần lượng tử hν thôi Khi phân

tử hấp thụ hoặc bức xạ sẽ làm thay đổi cường độ của bức xạ điện từ nhưng không làm thay đổi năng lượng của bức

xạ điện từ, bởi vì cường độ bức xạ điện từ xác định bằng mật độ các hạt proton có trong chùm tia, còn năng lượng của bức xạ điên từ lại phụ thuộc vào tần số ν của bức xạ Vì thế khi chiếu một chùm bức xạ điện từ với một tần số duy nhất đi qua môi trường vật chất thì sau khi đi qua năng lượng của bức xạ không hề thay đổi mà chỉ có cường

độ của bức xạ thay đổi

Các phân tử khi hấp thụ năng lượng của bức xạ điện từ sẽ gây ra sự thay dổi trong cấu tạo phân tử như làm quay hay dao động các nguyên tử trong phân tử hoặc làm biến dạng các đám mây điện tử trong phân tử, v v Đối với các phân tử có mômen lưỡng cực µ ≠ 0 thì mômen này sẽ bị thay đoỉi qua sự quay (µq), qua sự dao động (µd)

và qua sự kích thích điện tử (pq)

4

Sự thay đổi: a, mômen quay

b, mômen dao động

c, mômen kích thích điên tử qua sự tương tác với các tia điện từ

Các quá trình này đều đòi hỏi một năng lượng xác định, có tần số riêng gọi là tần số quay νq, tần số dao

phân tử chỉ hấp phụ được các bức xạ điện từ có tần số đúng bằng các tần số trên (νq, νd , νđ) để xảy ra các quá trình biến đổi trong phân tử như trên Do sự hấp thụ chọn lọc này mà khi chiếu chùm bức xạ điện từ với một dải tần số khác nhau đi qua môi trường vật chất thì sau khi đi qua, chùm bức xạ này mất đi một số bức xạ có tần số xác định, nghĩa là các tia này đã bbị phân tử hấp thụ

II.Cơ sở lý thuyết:

Vật chất được cấu tạo từ các nguyên tử và nguyên tử là phần tử nhỏ nhất còn giữ được tính chất của nguyên tố Trong điều kiện bình thường nguyên tử không hấp thụ hay phát ra năng lượng dưới dạng dưới dạng các bức xạ, lúc này nguyên tử tồn tại ở trạng thái cơ bản Đó là trạng thái bền vững và có mức năng lượng thấp nhất của nguyên tử Khi nguyên tử tự do ở trạng thái hơi, nếu chiếu một chùm tia sáng có những bước sóng xác định vào đám hơi nguyên tử thì các nguyên tử tự do sẽ hấp thụ các bức xạ có bước sóng nhất định, ứng với những tia bức xạ mà nó có thể phát ra được trong quá trình phát xạ Lúc đó nguyên tử dã nhận năng lượng dưới dạng các tia bức xạ và nó chuyển lên trạng thái kích thích, có năng lượng cao hơn trạng thái cơ bản Đó là tính chất đặc trưng của nguyên tử ở trạng thái hơi Quá trình đó gọi là quá trình hấp thụ năng lượng của nguyên tử Phổ sinh ra trong quá trình này gọi là phổ hấp thụ nguyên tử

Nghiên cứu sự phụ thuộc của cường độ một vạch phổ hấp thụ của một nguyên tố và nồng độ C trong mẫu phân tích, lý thuyết và thực nghiệm cho thấy: Trong một vùng nồng độ C nhỏ, mối quan hệ giữa cường độ vạch phổ hấp thụ và nồng độ của nguyên tố có trong đám hơi cũng tuân theo định luật LamBert-Beer

D=lg (Io/I) = ε.C.d

Trong đó: D(=A: độ hấp phụ): mật độ quang

C: Nồng độ nguyên tố cần xác định có trong ngọn lửa d: chiều dày của dung dịch

ε: hệ số hấp thụ phân tử gam

Từ công thức trên ta có dựa vào độ hấp phụ (hoặc là dựa vào mật độ quang), người ta xác định nồng độ nguyên tử của nguyên tố cần xác định trong thể tích mẫu Từ biều thức trên chứng tỏ mật độ quang của lớp hấp thụ

tỷ lệ thuận với nồng độ của nguyên tử chứa trong đó tại bước sóng hấp thụ ứng với nguyên tố đó Tính tỷ lệ này

được bảo toàn trong một khoảng nồng độ nhất định, tuỳ thuộc vào tính chất của nguyên tố cần xác định và tính

chất của đèn Sự phụ thuộc trên là cơ sở thực tiễn của phương pháp phân tích hấp thụ nguyên tử định lượng

Nguyên lý và thiết bị của phương pháp AAS

+ Cơ sở lý thuyết của phép đo AAS: là sự hấp thụ năng lượng ( bức xạ đơn sắc) của nguyên tử tự do ở

trạng thái hơi (khí) khi chiếu chùm tia bức xạ qua đám hơi của nguyên tố ấy trong môi trường hấp thụ Vì vậy muốn thực hiện được phép đo phổ hấp thụ nguyên tử thì cần phải có các quá trình sau:

- Chọn các điều kiện và một loại thiết bị phù hợp để chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn hay dung dịch) thành trạng thái hơi của các nguyên tử tự do Đó là quá trình nguyên tử hoá mẫu Những thiết bị thực hiện quá trình này được gọi là hệ thống nguyên tử hoá mẫu

- Chiếu chùm tia sáng phát xạ của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi nguyên tử vừa điều chế được ở trên 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 Ở đây, một phần cường độ của chùm sáng đã bị một loại nguyên tử hấp thụ và phụ thộc vào nồng

độ của nguyên tố trong môi trường hấp thụ Nguồn cung cấp chùm tia phát xạ của nguyên tố cần xác định gọi là

nguồn bức xạ đơn sắc

- Dựa trên nguyên tắc của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử nên dụng cụ dùng trong phương pháp này gồm

có các bộ phận chính như sau: nguồn sáng, bộ hấp thụ, thiết bị quang học, thiết bị thu và ghi

+ Thiết bị_Máy AAS

Máy làm việc ở 2 chế độ ( cấu hình): graphit và flame

Graphit: Xác định hàm lượng kim loại bé (< 1ppm) Mỗi lần phân tích ta cần 1 lượng mẫu khoảng 20 l - 50 l

Đây là kĩ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa dùng năng lượn của dòng điện công suất lớn hay năng lượng

của dòng cao tần cảm ứng để nguyên tử hóa gần như tức khắc mẫu chứa chất phân tích trong cuvet graphite và trong môi trường khí trơ để tạo ra các nguyên tử tự do ở trạng thái hơi có khả năng hấp thụ đơn sắc tạo ra phổ hấp thụ nguyên tử của nó

Mẫu chứa nguyên tố cần xác định được đua vào lò graphite bằng bộ hút mẫu tự động hoặc bằng tay với thể tích rất nhỏ( 20 - 50 l) Quá trình phân tích trong lò xảy ra theo 4 giai đoạn liên tiếp trong tổng thời gian 60 – 80 giây: Sấy khô mẫu: Làm dung môi hòa tan mẫu bay hơi nhẹ và hoàn toàn, mà không làm mất mẫu

Tro hóa mẫu: Đốt cháy các hợp chất hưu cơ và mùn có trong mẫu trong đó, mỗi nguyên tố có 1 nhiệt độ tro hóa giới hạn khác nhau

Nguyên tử hóa: Thời gian giai đoạn này rất ngắn (3 – 6s), nhưng tốc độ tăng nhiệt độ rất lớn( 1800 – 2500oC/s), nhiệt độ này phụ thuộc vào mõi nguyên tố, và mỗi hợp chất trong mẫu Nên tiến hành tại nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ tới hạn

Làm sạch cuvet: Thực hiện ở nhiệt độ trên 2700oC, để bốc hới tất cả các chất còn lại trong lò, chuẩn bị cho làn phân tích tiếp theo

Flame: Xác định hàm lượng kim loại lớn (> 1ppm) Ở chế độ này, do mẫu ( dạng lỏng) được đưa vào máy theo

dòng chảy liên tục nên không xác định được lượng mẫu

6

Bộ hấp thụ: Bộ hấp thụ dùng để chuyển chất phân tích sang trạng thái mà trong đó các chất cần xác định sẽ tồn tại

dưới dạng những nguyên tử tự do, có khả năng hấp thụ ánh sáng của nguồn sáng bên ngoài Có thể dùng các loại

đèn khí làm bộ hấp thụ Các khí thường dùng để đốt đèn là propan, butan, axetylen, hidro

Chất oxi hoá khi đốt cháy là oxi, được sử dụng dưới dạng tinh khiết hoặc dưới dạng hỗn hợp với không khí hoặc một vài khí khác

Đặc tính cơ bản của ngọn lửa là nhiệt độ và thành phần khí của nó, thành phần khí phụ thuộc vào dạng khí đốt và chất oxi hoá Nhiệt độ và thành phần khí của ngọn lửa xác định mức độ phân li của các hợp chất đưa vào và được tạo thành trong ngọn lửa Tuỳ thuộc vào tỷ lệ giữa C và oxi, ngọn lửa sẽ có tính khử hay tính oxi hoá Ngọn

lửa có tính khử khi tỷ lệ C>O, có tính oxi hoá khi C<O và trung hoà khi C=O

Đặc tính của dung môi trong mẫu được đưa vào ngọn lửa có thể ảnh hưởng đến nhiệt độ, thành phần khí và

làm cho ngọn lửa có tính khử hoặc tính oxi hoá

Trong ngọn lửa, sự nguyên tử hoá các nguyên tố hoặc các hợp chất của chúng xảy ra trong những điều kiện khác nhau, tuỳ thuộc vào hợp chất của nguyên tố ở dạng bền vững với nhiệt hoặc không bền với nhiệt

Bộ phận phun và đèn là hai phần rất quan trọng của bộ hấp thụ Chúng có tác dụng quyết định đến độ nhạy

và độ chính xác của phép phân tích Đèn thường có một khe liền hoặc một số các dãy lỗ riêng biệt

Hiện nay người ta đã nghiên cứu thành công các phương pháp nguyên tử hoá chất phân tích trong bộ phận hấp thụ, đó là phương pháp không dùng ngọn lửa và phương pháp kết hợp (lò- ngọn lửa ) Nhờ những phương pháp này mà độ nhạy tăng lên rất nhiều khi xác định một loạt các nguyên tố

Nguồn sáng: Nguồn sáng chính dùng trong phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử là các đèn catot

rỗng Đèn này là bình hay ống hình trụ bằng thuỷ tinh có các điện cực dùng để đốt nóng Bình được nạp đầy một khí trơ nào đó có áp suất thấp (agon, neon, heli, xenon ) Để có vùng bức xạ tử ngoại, cửa ra của đèn được chế tạo bằng thạch anh hoặc thuỷ tinh đặc biệt

Catot rỗng của đèn được chế tạo bằng một kim loại tinh khiết (hoặc bằng vật liệu khác) dưới dạng ống hình trụ mà mặt phía trong của nó được phủ bằng một chất có chứa nguyên tố cần xác định

Tính ổn định của đèn khi làm việc là yếu tố rất quan trọng, nó ảnh hưởng đến độ chính xác và độ nhạy của phương pháp phân tích Tính ổn định đó được xác định bằng đặc thù của đèn Tính ổn định của đèn khi làm việc

đặc biệt có ý nghĩa trong trường hợp sử dụng thang rộng

Ngoài những loại đèn catot rỗng trong thực tế phân tích người ta còn dùng các đèn không cực cao tần Đó

là các bình bằng thạch anh hay bằng thuỷ tinh có đường kính từ 10mm đến 20mm, trong đó có đưa vào một kim loại tương ứng (hay hợp chất của nó và một khí trơ (có áp suất vài mmHg) dùng để duy trì sự phóng điện trong

đèn Sự phóng điện trong đèn được sinh ra khi đặt nó vào một trường điện từ của máy phát có tần số làm việc là

100- 2450MHz Cũng có thể sử dụng những nguồn phổ hấp thụ như đèn hidro, đèn xenon, đèn dơteri, nhưng các

đèn đó còn chưa được sử dụng rộng rãi trong phân tích quang phổ hấp thụ

Kỹ thuật nguyên tử hoá không ngọn lửa

Kỹ thuật nguyên tử hoá không ngọn lửa ra đời sau kỹ thuật nguyên tử hoá trong ngọn lửa Nhưng kỹ thuật này phát triển rất nhanh và hiện được ứng dụng rất phổ biến vì kỹ thuật này cung cấp cho phép đo AAS có độ nhạy rất cao có khi gấp hàng trăm đến hàng nghìn lần phép đo trong ngọn lửa

Phép đo không ngọn lửa đòi hỏi một mẫu tương đối nhỏ Thông thường mỗi lần đo chỉ từ 20-50µl, do đó không cần nhiều mẫu phân tích, việc chuẩn bị mẫu cũng dễ dàng hơn

Về nguyên tắc kỹ thuật nguyên tử hoá không ngọn lửa là quá trình nguyên tử hoá tức khắc trong thời gian rất ngắn nhờ năng lượng của dòng điện công suất lớn và trong môi trường khí trơ

Dụng cụ để nguyên tử hoá theo kỹ thuật này gồm các nhóm chính như sau:

- Các loại cuvet graphit

- Các loại cốc graphit

- Các loại thuyền làm bằng kim loại chịu nhiệt như tali

Quá trình nguyên tử hoá không ngọn lửa thường gồm ba giai đoạn

+ Sấy khô mẫu: Thường ở nhiệt độ 100-150oC trong thời gian 20-40 giây với lượng mẫu nhỏ hơn 100µl - nhiệt độ

và thời gian sấy phụ thuộc vào bản chất của các chất ở trong mẫu và dung môi hoà tan

+ Tro hoá: Đốt cháy các chất hữu cơ và nung luyện mẫu ở nhiệt độ thuận lợi cho giai đoạn nguyên tử hoá - nhiệt

độ nguyên tử hoá phụ thuộc vào bản chất của mỗi nguyên tố và dạng hợp chất mà nguyên tố đó tồn tại - nhiệt độ

tro hoá thường thấp hơn nhiệt độ tro hoá giới hạn của nguyên tố từ 30-50oC; thời gian tro hoá từ 20-60s với lượng mẫu đưa vào cuvet nhỏ hơn 100µl, trong đó một phần ba thời gian dùng để nâng nhiệt độ từ nhiệt độ sấy đến nhiệt

độ tro hoá đã đặt; hai phần ba thời gian dùng để luyện mẫu ở nhiệt độ tro hoá đã chọn

+ Nguyên tử hoá: là giai đoạn quyết định cường độ của vạch phổ, thời gian rất ngắn từ 3-6 giây, đôi khi có thể đến

10 giây Tốc độ tăng nhiệt độ rất lớn (1500-2000oC/1giây) để đạt ngay tức khắc đến nhiệt độ nguyên tử hoá

Nhiệt độ nguyên tử hoá của mỗi nguyên tố phụ thuộc vào bản chất của nguyên tố, trạng thái và thành phần của mẫu

- Thiết bị quang học: Thiết bị này bao gồm, dụng cụ quang học( máy đơn sắc hay kính lọc) dùng để tách các vạch

phân tích của nguồn, các thấu kính, các màng chắn và các gương phụ để đưa các chùm sáng từ nguồn qua bộ phận hấp thụ

- Thiết bị thu và ghi: Thiết bị này gồm bộ ghi ánh sáng bao gồm bộ phận nhân quang và các thiết bị điện để nuôi

bộ khuyếch đại dòng quang điện Bộ ghi có thể là thiết bị đọc biểu kiến, thiết bị tự ghi hoặc thiết bị hiện số cùng các sơ đồ điện tương ứng của nguồn nuôi hay là thiết bị để in

III Ví Dụ Tính Toán

Sơ đồ trình tự tiến hành đo:

Ckimlo¹i cã trong mÉul−îng kim lo¹i cã trong mÉu

H2SO4HNO3HCl

- Có hai kiểu đo trong kỹ thuật xác định nguyên tố bằng AAS đó là:

Đo theo kiểu graphic

Đo theo kiểu flame

Trong đó:

- Graphic: Xác định hàm lượng kim loại bé (<1ppm)

- Flame: Xác định hàm lượng kim loại lớn

* Từ pt: D(A) = lg(Io/I) = ε.C.d ta có:

Mật độ quang của ánh sáng sau khi xảy ra quá trình hấp thụ tỷ lệ với nồng độ chất nghiên cứu trong mẫu

* Trước khi tiến hành dựng đường chuẩn ta phải chuẩn bị mẫu phân tích

- Máy chỉ đo được mẫu ở dạng nước Khi mẫu ở dạng rắn thì ta phải tiến hành phá mẫu bằng cách axit hoá, vô cơ hoá

* Phương pháp xây dựng đường chuẩn phân tích cho từng kim loại

- Làm sạch bình:

Rửa sạch bình sau đó tráng bằng nước cất hai lần rồi ngâm bình trong axit 24 tiếng để đảm bảo làm sạch hết kim loại

- Cách pha dung dịch chuẩn:

Cho đầy 1/2 bình định mức nước cất 2 lần, thêm tiếp chất cần pha vao bình, lắc đều bình khoảng 30s Thêm tiếp nước cất 2 lần vào bình định mức sao cho đầy 2/3 bình rồi lắc tiếp khoảng 30s Cuối cùng cho đầy nước cất vào bình đến vạch định mức, đậy nút chặt, tay cầm chặt cổ bình, ngón trỏ giữ chặt nút bình, đập nhẹ thân bình vào lòng bàn tay còn lại để trộn đều dung dịch trong bình

- Có hai phương pháp xây dựng đường chuẩn:

+ Xây dựng dựa trên thể tích của bình định mức

+ Xây dựng dựa trên khối lượng

Trong đó xây dựng đường chuẩn dựa trên thể tích của bình định mức được ưu tiên hơn Còn xây dựng

đường chuẩn dựa trên khối lượng chỉ dùng cho mẫu đắt tiền

* Cách xác định đường chuẩn dựa trên thể tích của bình định mức

- Trước khi xác định đường chuẩn cần có mẫu trắng (blank)

VD: Thể tích bình định mức:100ml

axit: HNO3đ

Dung dịch chuẩn gốc Fe (chuẩn V của Fe là 1000ppm)

- Trong phân tích ít nhất phải xác định được 4 điểm

- Hai đuờng ( ) là cận trên và cận dưới Đó chính là giới hạn sai số

- Trên thực tế đường chuẩn không thẳng vì không thể chính xác 100%

- Hai đường giới hạn trên và dưới càng bé thì kết quả càng chính xác

C V V

10

- Dùng tiếp hệ micropipet 10-100µl lấy đầy 1 lần dung dịch đã pha có nồng độ 2ppm vào bình định mức 50ml khác thì ta được dung dịch có nồng độ là:

32.10 0,1

4

50 = ppb

Tương tự như vậy ta có bảng kết quả sau:

Stt bình định mức HNO3 dd gốc Fe dd trung gian 2ppm được nồng độ

Từ C và A ta dựng đường chuẩn sau đó tiến hành đo AAS của mẫu cần phân tích thì được độ hấp thụ A dựa vào

đường chuẩn ta => C kim loại từ đó ta tính ra được lượng kim loại có trong mẫu

IV Ưu nhược điểm của phép đo AAS

Cũng như các phương pháp phân tích khác, phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử cũng có những

ưu và nhược điểm nhất định:

* Ưu điểm:

- Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử có độ nhạy và độ chọn lọc cao Gần 60 nguyên tố hoá học có thể được xác định bằng phương pháp này với độ nhạy từ 1.10-4 đến 1.10-5% Đặc biệt nếu sử dụng kỹ thuật nguyên tử hoá không ngọn lửa thì có thể đạt đến độ nhạy

n.10-7%

Chính vì có độ nhạy cao nên phương pháp phân tích này đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực để xác định lượng vết các kim loại Đặc biệt là trong phân tích các nguyên tố vi lượng Cũng do độ nhạy cao nên trong nhiều trường hợp không phải làm giàu nguyên tố cần xác định

+ Có thể xác định đồng thời hay liên tiếp nhiều nguyên tố trong mẫu Các kết quả phân tích rất ổn định, sai

số nhỏ Trong nhiều trường hợp sai số không quá 15% với nồng độ ở mức ppm

* Nhược điểm:

- Phải có một hệ thống máy tương đối đắt tiền

- Vì có độ nhạy cao nên sự nhiễm bẩn có ảnh hưởng lớn đến kết quả phân tích hàm lượng vết

- Phương pháp chỉ cho ta 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 Vì thế đây chỉ là phương pháp phân tích thành phần nguyên tố

KỸ THUẬT PHÂN TÍCH NHIỆT (TGA, DTA, DSC)

I Giới Thiệu Về Phân Tích Nhiệt Và Nhiệt Vi Sai

Phân tích nhiệt là một ngành khoa học thực nghiệm bao gồm hàng chục kỹ thuật đo khác nhau, tạo thành

"họ" các kỹ thuật phân tích nhiệt, cho phép xác định các tính chất nhiệt của vật chất hoặc là trực tiếp, hoặc là thông qua ảnh hưởng của tác động nhiệt lên các tính chất cơ bản khác của vật liệu

1.1 Phân tích nhiệt

ĐN: "Phân tích nhiệt là nhóm các phương pháp nhằm theo dõi các tính chất của mẫu đo khi mẫu chịu tác

động của nhiệt theo một chương trình nhất định và dặt trong một môi trường nhất định Chương trình nhiệt là các

bước tăng hoặc giảm hoặc giữ nhiệt độ khoong đổi hoặc sự kế tiếp nhau của các bước trên."

Các kỹ thuật phân tích nhiệt:

- Các kỹ thuật phân tích nhiệt thông dụng

• Nhiệt vi sai

• Nhiệt lượng vi sai quét

• Phân tích cơ nhiệt

• Trọng lượng và nhiệt độ

- Các kỹ thuật phâna tích nhiệt chuyên dụng

• Dynamic Mechanical Analysis (DMA), Thermodilactometry (TD)

• Dielectric Thermal Analysis (DEA), Thermally Stimulated Current (TSC)

• Temperature Programmed Desorption (TDP)

• Temperature Programmed Surface Reaction (TPSL)

• Thermodiffractometry, Thermospectrometry

1.2 Phân tích nhiệt vi sai

1.2 Nguyên lý và giản đồ nhiệt vi sai

Về bản chất, phân tích nhiệt là khảo sát sự thay đổi của mọtt đại lượng A nào đó theo nhiệt độ Dữ liệu nhận được dưới dạng sự phụ thuộc của đại lượng khảo sát theo nhiệt độ A=f(T) Giản đồ nhiệt A=f(T) mô tả sự phụ thuộc nhiệt độ theo thời gian là một dạng đặc biệt và rất đơn giản của phân tích nhiệt

Bằng cách tiến hành khảo sát đồng thời sự phụ thuộc T=f(t) trên 2 mẫu, kí hiệu là 1 và 2, cùng với một chương trình nhiệt, chúng ta sẽ thu được 2 giản đồ nhiệt tương ứng T=f1(t) và T=f2(t) Nếu mẫu 1 là mẫu cần khảo sát, kí hiệu là S, mẫu còn lại là mẫu so sánh, trơ nhiệt, kí hiệu là R thì khi kết hợp thuần tuý toán học, cộng hoặc trừ 2 giản đồlại, ta sẽ thu được 1 giản đồ nhiệt duy nhất theo nguyên lý đo vi sai

Nếu việc kết hợp 2 giản đồ nhiệt T=fs(t) và T=fr(t) được thực hiện đơn giản bằng cách trừ đi nhau, ta sẽ

được sự phụ thuộc mới, mô tả giản đồ nhiệt vi sai:

12

Minh họa nguyên lý đo DTA

Giản đồ nhiệt vi sai cho biết sự khác biệt nhiệt độ mẫu đo và mẫu so sánh (∆T) khi tác động chương trình nhiệt đồng thời lên cả 2 mẫu

1.2.2 Thiết bị DTA

Về cơ bản, DTA bao gồm 4 khối cơ bản:

• Khối lò nhiệt và hệ điều khiển nhiệt

• Khối đo nhiệt độ mẫu đo và mẫu so sánh (detector)

• Khối xử lý tín hiệu đo nhiệt độ

• Phần thu và ghi giản đồ nhiệt

Các thông số kỹ thuật quan trọng nhất của một thiết bị DTA là:

• Vùng nhiệt độ làm việc (Tmin, Tmax)

• Mức độ ổn định của đường nền (baseline)

• Khối lượng mẫu tối thiểu

• Khối lượng mẫu tối đa

• Tốc độ quét nhiệt cực tiểu

• Tốc độ quét nhiệt cực đại

• Số bước của chương trình nhiệt đa bước

• Khả năng đo trong các môi trường khí khác nhau

• Các chức năng và tiện ích phân tích của phần mền