Úng dụng phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử để xác định hàm lượng Cu và Pb trong tỏi và các chếphẩm từtỏi

Ngày nay trong Y học, người ta đã khẳng định được rằng nhiều nguyên tố kim loại có vai trò cực kỳquan trọng đối với cơthểsống và con người

MỞ ĐẦU

Ngày nay trong Y học, người ta đã khẳng định được rằng nhiều nguyên tố

kim loại có vai trò cực kỳ quan trọng đối với cơ thể sống và con người Sự thiếu

hụt hay mất cân bằng của nhiều kim loại vi lượng trong các bộ phận của cơ thể như

gan, tóc, máu, huyết thanh, là những nguyên nhân hay dấu hiệu của bệnh tật, ốm

đau hay suy dinh dưỡng, đặc biệt là sự có mặt của các kim loại nặng như Cu, Pb,

Zn, Cd, Mn, Fe, trong máu và trong huyết thanh của người

Tuy nhiên, cùng với mức độ phát triển của công nghiệp và sự đô thị hoá,

hiện nay môi trường sống của chúng ta bị ô nhiễm trầm trọng Các nguồn thải kim

loại nặng từ các khu công nghiệp vào không khí, vào nước, vào đất, vào thực phẩm

rồi xâm nhập vào cơ thể con người qua đường ăn uống, hít thở dẫn đến sự nhiễm

độc Do đó việc nghiên cứu và phân tích các kim loại nặng trong môi trường sống,

trong thực phẩm và tác động của chúng tới cơ thể con người nhằm đề ra các biện

pháp tối ưu bảo vệ và chăm sóc sức khoẻ cộng đồng là một việc vô cùng cần thiết

Những năm gần đây, cùng với Nhân sâm, Bạch quả, Lô hội, Nghệ, , Gừng

và Tỏi được đánh giá như một loại gia vị điển hình, một vị thuốc kỳ diệu mà hầu

như trên thế giới xứ nào cũng dùng đến Từ cách đây hơn 5000 năm, Tỏi đã là gia

vị hết sức phổ biến đồng thời cũng là vị thuốc vô cùng quen thuộc trong y học dân

gian Như vậy, để phát triển và ứng dụng nó, một yêu cầu đặt ra là phải kiểm tra,

đánh giá chất lượng của tỏi đặc biệt là hàm lượng các kim loại nặng Vì thế trong

bản khoá luận này, chúng tôi nghiên cứu ứng dụng phương pháp phân tích phổ hấp

thụ nguyên tử để xác định hàm lượng Cu và Pb trong tỏi và các chế phẩm từ tỏi

và Pb trong tỏi và các chế phẩm từ tỏi

PHẦN I TỔNG QUAN

1.1.GIỚI THIỆU VỀ TỎI VÀ CÁC SẢN PHẨM TỪ TỎI [11,12, 13, 14,

23, 31]

Tỏi có tên Latinh là Allium Sativum Tỏi là loài thực vật thân thảo họ bách

hợp, có nguồn gốc từ sa mạc Kigirs Vào khoảng 3000 năm trước Công nguyên,

trước tiên người Ai Cập cổ đã đem về trồng, sau đó lan truyền sang nhiều khu vực

và quốc gia ở phương Đông và phương Tây, khoảng năm 113 trước Công nguyên

thì truyền sang Trung Quốc

Tỏi là một cây gia vị được sử dụng phổ biến trên khắp thế giới, vừa làm tăng

thêm hương vị, vừa có tác dụng sát khuẩn, phòng bệnh Loài người sử dụng tỏi

trong cuộc sống đã có lịch sử hơn 5000 năm Người Ai Cập và người La Mã cổ đại

cho rằng tỏi là cội nguồn của sức mạnh, trong chiến tranh, binh lính ăn tỏi có thể

tăng sức lực và dũng khí chiến đấu Người Sirya cho rằng tỏi có thể giúp người ta

chịu đựng gian khổ, vì vậy khi vụ mùa vất vả, ăn tỏi có thể làm việc rất bền bỉ Một

vị học giả nước ngoài đã từng nói : "Đối với cuộc sống sinh tồn của con người, tỏi

là nhân tố quan trọng thứ năm, chỉ đứng sau đất, không khí, lửa và nước ", cách nói

này hơi khoa trương nhưng phần nào thể hiện được vai trò của tỏi trong cuộc sống

con người

Tỏi tươi là một nguồn cung cấp rất nhiều vitamin, muối khoáng và các

khoáng vi lượng, tỏi chứa hàm lượng lưu huỳnh cao nhất trong tất cả các cây thuộc

họ hành, tỏi Theo một số tài liệu tổng hợp, củ tỏi hàm chứa hai nhóm hoạt chất

chính :

* Tinh dầu : chủ yếu bao gồm các hợp chất chứa lưu huỳnh (nhóm hợp chất

disunfua finat), tiêu biểu như : allicin, diallylsunfua, diallyltrisunfua,

allylpropyldisunfua,

* Vitamin : A, B1 , B2 , B3 , C, E ,

Các khoáng vi lượng : iot, selen, gecmani, kẽm, đồng, sắt, canxi, magiê,

nhôm ,

Enzim : alliinase, peroxidase, myrosinase ,

Các hoạt chất khác : scordinin, S-alylcystein, S-alylmecaptocystein,

γ-Glutamyl-S-metylcystein, γ-Glutamyl-methionin,

Tỏi sống là một loại kháng sinh tự nhiên có phổ kháng khuẩn tương đối rộng,

khả năng kháng khuẩn của nó tương đương với penicilin, streptomycin,

doxycylin, Tỏi có tác dụng kháng nấm, kháng virut, tỏi có khả năng ức chế trên

70 loại vi khuẩn, tiêu biểu như Escherichia coli, Crynebacterium, Các nghiên cứu

cho thấy hoạt tính dược lý chủ yếu của tỏi là do hợp chất allicin, khi củ tỏi được giã

dập, men alliinase chuyển hoá alliin (S-allyl-L-cystein sunfoxit) thành 2-propen

sunfonic, khi dime hoá tạo thành allicin Chính hợp chất này tạo ra mùi và tác dụng

chữa bệnh của tỏi Allicin có khả năng ngăn ngừa cao huyết áp, làm giảm lượng

cholesterol, điều hoà hàm lượng đường và mỡ trong máu, do đó có hiệu quả rõ rệt

trong việc chống lại chứng nghẽn mạch, đột quị và làm giảm nguy cơ đau tim Các

nghiên cứu khoa học còn chỉ ra tác dụng chống lại sự oxy hoá của allicin, allicin

làm tăng hai enzim quan trọng chống oxy hoá trong máu là catylase và glutathiol

peroxydase Ngoài ra, hàm lượng selen chứa trong tỏi làm cho tỏi có khả năng

chống lại bệnh ung thư, ngăn chặn sự phát triển của khối u và giết chết các tế bào

ung thư Tỏi còn có tác dụng góp phần loại bỏ các kim loại nặng như Pb, Hg ra

khỏi cơ thể

Vì những lợi ích mà tỏi mang đến cho sức khoẻ con người, cùng với rất

nhiều cuốn sách viết về các bài thuốc từ tỏi, trong những thập kỷ gần đây nó đã

được sử dụng làm nguyên liệu cho ngành dược sản xuất thuốc chữa bệnh và các

chế phẩm tỏi thương mại bán rộng rãi trên thị trường ở Việt Nam trong vài năm

qua, chúng ta cũng đã trồng tỏi và sản xuất một số thuốc từ tỏi, như viên bao

Dogarlic, viên nén Dogarlic, Garlic-T, v.v phục vụ cho việc phòng và chữa bệnh

và Pb trong tỏi và các chế phẩm từ tỏi

1.2.Giới thiệu chung về đồng và chì

1.2.1.Trạng thái thiên nhiên [3, 4, 24, 25]

Trong bảng HTTH các nguyên tố hoá học, Cu có số thứ tự 29 thuộc phân

nhóm phụ nhóm I, chu kỳ 4 và có khối lượng nguyên tử là 64,35 Còn Pb có số thứ

tự 82 thuộc phân nhóm chính nhóm IV, chu kỳ 6 và có khối lượng nguyên tử là

207,21

Đồng (Cu) và chì (Pb) là những kim loại được con người biết đến và sử dụng

từ rất xa xưa, khoảng 3000 năm trước Công nguyên

Tên tiếng Anh "copper" của đồng xuất phát từ tên Latinh là "Cuprum" có lẽ

bắt nguồn từ chữ "Cuprus" là tên Latinh của hòn đảo Kipr, nơi ngày xưa người La

Mã cổ đã khai thác quặng đồng và chế tác đồ đồng

Trong thiên nhiên, Cu là nguyên tố tương đối phổ biến, tổng trữ lượng Cu

trong vỏ trái đất là 0.03% tổng số nguyên tử Cu tồn tại trong thiên nhiên cả ở trạng

thái tự do và ở dạng hợp chất như sunfua, oxit và cacbonat Các khoáng quặng

chính của Cu là chancopirit (CuFeS2 ,còn gọi là pirit đồng), chứa 34,57% Cu,

chancozit (Cu2S) chứa 79,8% Cu, cuprit (Cu2O) chứa 88%Cu, covelin (CuS) chứa

66,5% Cu, malachit (CuCO3.Cu(OH)2) và bornit (Cu5FeS4) Ngoài ra hợp chất của

Cu còn có trong cơ thể sinh vật

Cu là kim loại màu quan trọng nhất đối với công nghiệp và kỹ thuật Từ xa

xưa, người ta dùng quặng giàu để luyện đồng Ngày nay, công nghệ luyện đồng có

thể dùng quặng nghèo chỉ chứa 1-2% Cu để điều chế đồng bằng quá trình nhiệt

luyện kim :

2CuFeS2 + 5O2 + 2SiO2 = 2Cu + 2FeSiO3 + 4SO2 Chì là nguyên tố phân bố khá rộng rãi trong thiên nhiên ở dạng kết hợp với

các kim loại khác, đặc biệt là với Ag và Zn Trữ lượng của Pb là 10-4% tổng số

nguyên tử của vỏ trái đất Trong thiên nhiên hiếm gặp Pb ở dạng nguyên chất mà

thường thấy ở dạng sunfua, cacbonat, photphat hoặc clorua Khoáng vật quan trọng

nhất của Pb là galen (PbS) , các khoáng vật khác là cerusit (PbCO3) , anglesit

(PbSO4) và pyromophit (Pb5Cl(PO4)3)

Để điều chế Pb ,người ta chuyển galen PbS thành PbO rồi khử bằng C

1.2.2.Tính chất vật lý [3, 4, 24, 25]

Cu là kim loại có màu đỏ hoặc hồng sáng, có ánh kim, thuộc cấu trúc mạng

tinh thể lập phương tâm diện Cu có khối lượng riêng lớn, mềm, dẻo, dễ kéo thành

sợi, có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và nhiệt thăng hoa tương đối cao Tính dẫn

nhiệt và dẫn điện của Cu rất tốt chỉ đứng thứ hai sau Ag Trong thiên nhiên, Cu có

hai đồng vị bền là 63Cu (70,13%) và 65Cu (29,87%)

Pb là kim loại có màu xám thẫm, có cấu trúc lập phương tâm diện điển hình

đối với kim loại Pb cũng có tính dễ dát mỏng, mềm, dễ uốn và tỷ trọng cao nhưng

nhiệt độ nóng chảy, độ bền, tính đàn hồi và độ dẫn điện thấp Tính chất vật lý nổi

bật của chì là có khả năng bôi trơn cao Chì và các hợp chất của chì đều rất độc

Một số hằng số vật lý quan trọng của Cu và Pb :

Kim loại Tỷ khối

(g/cm3)

Tnc (0C)

Ts (0C)

Độ dẫn điện

NL ion hoá bậc1 (eV)

Cu nằm ở phân nhóm phụ nhóm I cùng với Ag và Au.Trạng thái oxy hoá

chính của Cu là +1 và +2, trong đó các hợp chất của Cu(II) là bền vững hơn cả

Ngoài ra còn tồn tại các hợp chất Cu(III) không bền như Cu2O3 hay các anion

CuO2- , CuF63- ,

và Pb trong tỏi và các chế phẩm từ tỏi

Về mặt hoá học, Cu là kim loại rất kém hoạt động.Trong không khí, ở nhiệt

độ thường, bề mặt của đồng bị bao phủ một màng màu đỏ do Cu phản ứng với O2

không khí tạo thành Cu(I) oxit :

2Cu + O2 + 2H2O = 2Cu(OH)22Cu(OH)2 + Cu = Cu2O + H2O Nếu trong không khí có mặt CO2 , Cu bị bao phủ dần bởi một lớp màu lục

gồm cacbonat bazơ Cu(OH)2CO3 không bền làm đồng dễ bị rỉ Khi đun nóng ngoài

không khí ở 2000C, Cu sẽ tác dụng trực tiếp với O2 tạo thành CuO Cu dễ dàng

phản ứng với các halogen (Cl2, Br2) tạo thành CuX2 ở nhiệt độ thường trừ flo vì

màng CuF2 được tạo nên rất bền sẽ bảo vệ đồng

Vì Cu đứng sau hidro trong dãy điện hoá nên nó chỉ tan trong các axit có tính

oxy hoá như HNO3 và H2SO4 đặc theo phản ứng :

3Cu + 8 HNO3(loãng) = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O

Cu + 2H2SO4(đặc) = CuSO4 + SO2↑ + 2 H2O

* Hợp chất

- Trạng thái oxy hoá +1 ít đặc trưng đối với đồng Cu(I) oxit tồn tại trong

thiên nhiên dưới dạng khoáng vật cuprit Cu2O là chất bột màu đỏ, ít tan trong nước

nhưng tan trong dung dịch kiềm đặc :

Cu2O + 2NaOH + H2O = 2Na[Cu(OH)2] (natri hidroxo cuprit )

Cu2O tan trong dung dịch NH3 đậm đặc tạo thành phức chất amoniacat :

Cu2O + 4 NH3 + H2O = 2[Cu(NH3)2]OH

Cu2O tác dụng với axit HCl tạo thành CuCl : Cu2O + 2HCl = 2CuCl + H2O

Các halogen CuX không tan trong nước và axit nhưng lại tan khá nhiều (đặc

biệt khi đun nóng) trong dung dịch đậm đặc của các axit hydrohalogenua và dung

dịch NH3 nhờ tạo thành phức chất :

CuCl + HCl = H[CuCl2] CuCl + 2NH3 = [Cu(NH3)2]Cl

Các hợp chất Cu(I) dễ bị oxy hoá (ngay cả bởi ôxy không khí) chuyển thành

dẫn xuất bền của Cu(II) :

Ví dụ : 4CuCl + O2 + 4HCl = 4CuCl2 + 2H2O

- Trạng thái oxy hoá +2 là rất đặc trưng đối với đồng Các hợp chất Cu(II)

nói chung đều bền hơn các dẫn xuất cùng kiểu của Cu(I)

Cu(II) oxit (CuO) là chất bột màu đen nóng chảy ở 10260C và trên nhiệt độ

đó mất bớt oxi biến thành Cu2O CuO không tan trong nước nhưng tan dễ dàng

trong dung dịch axit tạo thành muối Cu(II) và trong đung dịch NH3 tạo thành phức

chất amoniacat :

CuO + 2HCl = CuCl2 + H2O CuO + 4 NH3 + 2H2O = [Cu(NH3)4](OH)2

Khi đun nóng với dung dịch SnCl2 , FeCl2 , CuO bị khử thành muối Cu(I) :

2CuO + SnCl2 = 2CuCl + SnO2 3CuO + 2FeCl2 = 2CuCl + CuCl2 + Fe2O3 Khi đun nóng CuO dễ bị các khí H2 , CO , NH3 khử thành kim loại :

Ví dụ : CuO + CO 3000C Cu + CO2

Cu(II) hydroxit Cu(OH)2 là kết tủa bông màu lam, dễ mất nước biến thành

oxit khi đun nóng Cu(OH)2 không tan trong nước nhưng tan dễ dàng trong dung

dịch axit, dung dịch NH3 đặc và chỉ tan trong dung dịch kiềm 40% khi đun nóng :

Cu(OH)2 + 2NaOH = Na2[Cu(OH)4] Cu(OH)2 + 4NH3 = [Cu(NH3)4)](OH)2

Đa số muối Cu(II) dễ tan trong nước, bị thuỷ phân và khi kết tinh từ dung

dịch thường ở dạng hidrat Khi gặp các chất khử, muối Cu(II) có thể chuyển thành

muối Cu(I) hoặc thành Cu kim loại

Muối Cu(II) có khả năng oxy hóa I- thành I2 , chuẩn độ lượng I2 giải phóng

ra từ phản ứng này bằng thiosunfat S2O32- với chỉ thị hồ tinh bột người ta có thể

định lượng được hàm lượng đồng

và Pb trong tỏi và các chế phẩm từ tỏiCu(II) có khả năng phản ứng với feroxianat Fe(CN)2 tạo thành kết tủa đỏ nâu

Cu2Fe(CN)6 Trong dung dịch amoniac, Cu(II) phản ứng mãnh liệt với các phân tử

NH3 tạo thành ion phức Cu(NH3)42+ có màu xanh lam Nó cũng tạo phức với một số

tác nhân hữu cơ như α-benzoin oxim (C6H5CH(OH)C(NOH)C6H5),

8-hydroxyquinolin, natridietyldithiocacbamat, dithizon , Những phức này cho phép

xác định đồng bằng phương pháp khối lượng, thể tích hay trắc quang

1.2.3.2.Tính chất hoá học của chì và hợp chất của nó [4, 5, 25]

* Đơn chất

Trong phân nhóm chính nhóm IV, Pb thể hiện rõ rệt nhất tính kim loại ở

điều kiện thường, Pb bị oxy hoá bởi O2 không khí tạo thành ớp oxit màu xám xanh

bao bọc trên bề mặt bảo vệ cho Pb không tiếp tục bị oxy hoá nữa

2Pb + O2 = 2PbO

Pb có khả năng tương tác với các nguyên tố halogen và nhiều nguyên tố

không kim loại khác : Pb + X2 = PbX2

Pb chỉ tương tác ở trên bề mặt với dung dịch axit HCl loãng và axit H2SO4

dưới 80% vì bị bao bởi một lớp muối khó tan PbCl2 và PbSO4 nhưng với dung dịch

đậm đặc hơn của các axit đó, Pb có thể tan vì muối khó tan của lớp bảo vệ đã

chuyển thành hợp chất tan theo phản ứng :

PbCl2 + 2HCl = H2PbCl4 và PbSO4 + H2SO4 = Pb(HSO4)2

Với axit HNO3 ở bất kỳ nồng độ nào, Pb cũng phản ứng với vai trò một kim

loại và tạo thành Pb(NO3)2 Trong axit HCl đặc, Pb phản ứng cho H2PbCl4 và

H2PbCl3

Pb có thể tương tác với dung dịch kiềm khi đun nóng và giải phóng H2 :

Pb + 2KOH + 2H2O = K2[Pb(OH)4] + H2↑ Khi có mặt O2 , Pb có thể tan trong axit acetic, một số axit hữu cơ khác :

2Pb + 4CH3COOH + O2 = 2Pb(CH3COO)2 + 2H2O

và có thể tương tác với nước : 2Pb + O2 + H2O = 2Pb(OH)2

* Hợp chất

Chì thường tồn tại trong các hợp chất ở mức oxy hoá +2 và +4 Ngược lại

với các nguyên tố khác trong phân nhóm IV, trạng thái oxy hoá đặc trưng nhất của

chì là các hợp chất Pb(II)

Hidrua của chì là PbH4 ,kém bền và chỉ tồn tại ở nhiệt độ thấp

Pb tạo nên hai loại oxit chính là chì monoxit PbO và dioxit PbO2 PbO ít tan

trong nước nhưng dễ tan trong các axit và trong kiềm mạnh, khi đun nóng trong

không khí ở 4500C, Pb chuyển thành Pb3O4

PbO2 kém hoạt động về mặt hoá học, không tan trong nước PbO2 có tính

lưỡng tính nhưng tan trong kiềm dễ dàng hơn trong axit Khi tan trong dung dịch

kiềm, nó tạo nên hợp chất hidroxo kiểu M2[Pb(OH)6] :

PbO2 + 2KOH + 2H2O = K2[Pb(OH)6] PbO2 có màu nâu đen, khi đun nóng mất dần oxi tạo thành các oxit trong đó

Pb có số oxy hoá thấp hơn :

PbO2 290-3200C Pb2O3 390-4200C Pb3O4 530-5500C PbO

(nâu đen) (vàng đỏ) (đỏ) (vàng)

PbO2 có thể bị khử dễ dàng bởi C, CO, H2 đến kim loại Tính oxy hoá rất đặc

trưng đối với PbO2 , nó là một trong những chất oxy hoá mạnh thường dùng

Những chất dễ cháy như S, P khi nghiền với bột PbO2 sẽ bốc cháy, do đó PbO2

được dùng làm một thành phần của thuốc diêm

Khi tương tác với axit H2SO4 đậm đặc, PbO2 giải phóng O2; với HCl, giải

phóng Cl2 :

2PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O + O2 PbO2 + 4HCl = PbCl2 + 2H2O + Cl2

Trong môi trường axit đậm đặc, nó oxy hoá Mn(II) thành Mn(VII), trong

môi trường kiềm mạnh, oxy hoá Cr(III) thành Cr(VI) :

5PbO2 + 2MnSO4 + 6HNO3 = 2HMnO4 + 3Pb(NO3)2 + 2PbSO4 + 2H2O

và Pb trong tỏi và các chế phẩm từ tỏi3PbO2 + 2Cr(OH)3 + 10KOH = 2K2CrO4 + 3K2[Pb(OH)4] + 2H2O Nhờ khả năng oxy hoá mạnh, người ta sử dụng PbO2 để chế tạo ra ắc quy chì

Hidroxit Pb(OH)2 là kết tủa màu trắng ít tan trong nước Khi đun nóng, nó bị

mất nước tạo thành oxit PbO Pb(OH)2 cũng có tính chất lưỡng tính, nó có khả

năng tác dụng với cả axit và kiềm Khi tan trong dung dịch kiềm mạnh, Pb(OH)2

tạo nên muối hidroxo plombit :

Pb(OH)2 + 2KOH = 3K2[Pb(OH)4]

Có hai loại halogenua chính của chì là PbCl2 và PbCl4

Sunfua chì PbS có màu đen, không tan trong nước và dung dịch axit loãng

nhưng tan trong axit HNO3 và HCl đậm đặc :

3PbS + 8HNO3 = 3PbSO4 + 8NO + 4H2O 1.3.Vai trò sinh học của đồng và chì

1.3.1.Vai trò sinh học của đồng và hợp chất của nó [20, 28, 33]

Đồng đóng vai trò quan trọng đối với nhiều loại thực vật và động vật Cu tác

động đến nhiều chức năng cơ bản và là một phần cấu thành nên một số protein và

các enzym quan trọng trong cơ thể Hợp chất của Cu là cần thiết cho quá trình tổng

hợp hemoglobin và photpholipit Nó tham gia vào các hoạt động : sản xuất hồng

cầu, sinh tổng hợp elastin và myelin, tổng hợp nhiều hoormon và các sắc tố

Enzym-Cu hay còn gọi là superoxit dismutase (SOD) được nghiên cứu nhiều nhất

SOD có chức năng điều hoà các gốc tự do, bảo vệ cấu trúc và cơ chế chuyển hoá tế

bào, ngăn ngừa lão hoá Cytochromodase cũng sử dụng Cu như một chất xúc tác,

nó có mặt trong các mô có nhu cầu năng lượng (cơ tim, gan và chất xám của não)

và có vai trò khống chế áp suất

Hàm lượng Cu trong toàn bộ cơ thể người lớn xấp xỉ 0,1 g và nhu cầu hàng

ngày của một người có sức khoẻ trung bình vào khoảng 2 mg Sự thiếu hụt Cu dẫn

đến bệnh thiếu hồng cầu trầm trọng do dó gây nên chứng thiếu máu Thiếu Cu ở

những người phụ nữ mang thai có thể dẫn đến đẻ non và những trẻ sơ sinh này rất

dễ bị tổn thương ở nhưng người mắc bệnh suy nhược nhiệt đới (Kwashiorkor) thì

sự mất sắc tố lông tóc cũng là biểu hiện của sự thiếu Cu (Hình 1)

Hình 1

Tuy nhiên, thừa Cu cũng dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng như mắc

bệnh Wilson mà đặc tính của nó là do thừa Cu trong gan ; Cu thừa tích tụ cả vào

não, thận dẫn đến tử vong ở những bệnh nhân suy gan và thay thế Zn trong protein

làm mất vai trò của protein (Hình 1)

1.3.2.Vai trò sinh học của chì và hợp chất của nó [15, 16, 17, 18, 28]

Khó có thể kể hết công dụng của Pb trong công nghệ và đời sống con người,

nhưng về mặt sinh học, Pb thuộc vào loại chất độc nổi tiếng nhất và trong số những

chất độc hiện nay, nó cũng đóng một vai trò đáng kể Pb và các hợp chất của Pb

đều độc đối với người và động thực vật nếu vượt quá ngưỡng cho phép Bình

thường con người tiếp nhận hàng ngày 0,1-0,2 mg Pb không hại từ các nguồn

không khí, nước và thực phẩm nhiễm nhẹ chì, nhưng nếu tiếp nhận lâu dài 1

mg/ngày sẽ bị nhiễm độc chì mãn tính và nếu hấp thu 1 gam Pb một lần có thể dẫn

đến tử vong

Khi xâm nhập vào cơ thể, Pb tập trung chủ yếu ở xương, người ta tính rằng

có tới 94-95% Pb của cơ thể tập trung ở xương, tại đây Pb tương tác với photphat

trong xương rồi truyền vào các mô mềm của cơ thể và thể hiện độc tính của nó

Ngoài ra Pb còn ngưng đọng ở gan, lá lách, thận, Chì phá huỷ quá trình tổng hợp

hemoglobin và các sắc tố cần thiết khác trong máu như cytochrom, cản trở sự tổng

hợp nhân hem và tích luỹ trong các tế bào hồng cầu, làm giảm thời gian sống của

Ch
s SH

C Cu

Vùng nồng

độ cần

Vùng

thừa

và Pb trong tỏi và các chế phẩm từ tỏihồng cầu, do đó làm tăng chứng thiếu máu, gây đau bụng, hoa mắt choáng váng

Nhiễm độc Pb mãn tính gây nên những cơn đau bụng ở người lớn và bệnh viêm

não ở trẻ em

Chì đặc biệt độc hại đối với não và thận, hệ thống sinh sản và hệ thống tim

mạch của con người Nhiễm độc chì sẽ dẫn đến những ảnh hưởng có hại tới chức

năng của trí óc, thận, gây vô sinh, sẩy thai và tăng huyết áp Khi hàm lượng Pb

trong máu khoảng 0,3 ppm thì nó ngăn cản quá trình sử dụng O2 để oxy hoá

glucoza tạo ra năng lượng cho quá trình sống, ở nồng độ cao hơn ( >0,8 ppm) có

thể gây nên thiếu máu do thiếu hemoglobin Hàm lượng chì trong máu nằm trong

khoảng 0,5 - 0,8 ppm sẽ gây ra sự rối loạn chức năng của thận và ảnh hưởng đến

não

Cách đây không lâu, Slipkocter đã chứng minh sự suy giảm trí tuệ do bị tích

tụ Pb trong cơ thể Nghiên cứu hàm lượng Pb trong răng sữa ở trẻ em, ông thấy

rằng, những đứa trẻ trong răng sữa có nhiều Pb có chỉ số IQ giảm mạnh và kỹ năng

ngôn ngữ kém phát triển Nhiễm độc Pb làm cho hệ thần kinh luôn căng thẳng,

phạm tội và sự rối loạn trong tập trung chú ý ở trẻ em từ 7-11 tuổi

Pb còn gây ảnh hưởng xấu đến môi trường và sức khoẻ do hợp chất

ankyl-chì được cho vào xăng ôtô, xe máy với vai trò làm chất chống kích nổ mà tính độc

hại cao của nó với con người gần đây mới phát hiện ra, vì thế hiện nay trên thế giới

người ta không dùng xăng pha chì

1.4.Các phương pháp xác định đồng và chì

1.4.1.Các phương pháp hoá học

1.4.1.1.Phương pháp phân tích khối lượng [8]

Phương pháp này dựa trên cơ sở cân chính xác khối lượng của chất phân tích

hay hợp chất sản phẩm không tan của nó thu được khi cho tác dụng với một thuốc

thử kết tủa phù hợp sau khi lọc, sấy và nung sản phẩm đó Sau đó từ lượng cân thu

được ta sẽ tính được hàm lượng của chất cần phân tích Phương pháp này đơn giản,

có độ chính xác cao, nhưng nó đòi hỏi thao tác kỹ thuật phức tạp, tốn thời gian và

chỉ thích hợp cho phân tích hàm lượng lớn

Ví dụ có thể xác định Cu, Pb bằng cách kết tủa Cu dưới dạng CuS với thuốc

thử hydro sunfua H2S hoặc thioacetamin C2H5NS ; kết tủa Pb dưới dạng PbSO4 ,

PbCrO4 hoặc chì molipdat Sấy, nung các kết tủa này ,sau đó đem cân dạng cân và

dựa và đó ta xác định được hàm lượng Cu ,Pb [23,24]

Tuy nhiên, trong tỏi và các chế phẩm từ tỏi, Cu và Pb là những nguyên tố vi

lượng, do đó phương pháp này không thích hợp

1.4.1.2.Phương pháp phân tích thể tích [8, 19]

Đây là phương pháp định lượng các chất dựa trên việc đo chính xác thể tích

của thuốc thử đã biết nồng độ khi cho nó tác dụng với một thể tích nhất định của

chất cần phân tích trong điều kiện phản ứng xảy ra hoàn toàn định lượng Tuỳ

thuộc vào loại phản ứng chính được dùng mà người ta chia phương pháp phân tích

thể tích thành các nhóm: phương pháp chuẩn độ axit-bazơ, phương pháp oxy hoá

khử, phương pháp chuẩn độ kết tủa, phương pháp complexon

Người ta có thể xác định Cu bằng phương pháp chuẩn độ complexon dựa

trên phản ứng tạo phức bền của Cu2+ với EDTA ở pH = 8 , chỉ thị là murexit 1%

trong NaCl : Cu2+ + H2Y2- = CuY2- + 2H+

CuInd+ + H2Y2- = CuY2- + Ind- + 2H+ (vàng nhạt) (tím)

hoặc bằng phương pháp chuẩn độ oxy hoá khử (phương pháp iot-thiosunfat)

theo phản ứng :

2Cu2+ + 4I- = 2CuI + I2Sau đó chuẩn độ I2 giải phóng ra bằng Na2S2O3 với chỉ thị hồ tinh bột :

I2 + 2 Na2S2O3 = 2NaI + Na2S4O6

và Pb trong tỏi và các chế phẩm từ tỏi

Pb cũng có thể xác định bằng phương pháp complexon theo 3 cách: chuẩn độ

trực tiếp, chuẩn độ ngược bằng Zn2+, hay chuẩn độ thay thế dùng ZnY2- với chỉ thị

ETOO

Ví dụ chuẩn độ ngược Pb2+ bằng Zn2+ : cho Pb2+ tác dụng với một lượng dư

chính xác EDTA đã biết trước nồng độ ở pH=10, sau đó chuẩn độ lượng dư EDTA

bằng Zn2+ đã biết nồng độ với chỉ thị ETOO :

Pb2+ + H2Y2- = PbY2- + 2H+

H2Y2- + Zn2+ = Zny2- + 2H+

Zn2+ + H2Ind = ZnInd + 2H+ (xanh) (đỏ nho)

Tuy nhiên phân tích thể tích chỉ thích hợp để xác định hàm lượng lớn hoặc

bán vi lượng , do đó ta không dùng phương pháp này để phân tích vi lượng Cu, Pb

trong tỏi

1.4.2.Các phương pháp phân tích công cụ

1.4.2.1.Các phương pháp quang học

1.4.2.1.1.Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử (AES) [1]

Phương pháp này dựa trên cơ sở sự xuất hiện phổ phát xạ của nguyên tố cần

phân tích khi nguyên tử tự do của nó ở trạng thái kích thích giải phóng năng lượng

đã nhận vào để trở về trạng thái cơ bản và sinh ra các vạch phổ phát xạ của nó Để

kích thích phổ AES người ta có thể dùng nguồn năng lượng là ngọn lửa, hồ quang

hay tia điện

Tác giả Phạm Luận đã ứng dụng phương pháp này để đưa ra quy trình xác

định một số kim loại kiềm trong các mẫu nước ngọt với một số kết quả sau : giới

hạn phát hiện của Na là 0,05 ppm, Li và K là 0,5 ppm và Pb là 0,1 ppm [21]

Đặc biệt với sự ra đời của nguồn năng lượng mới là plasma cao tần cảm ứng

ICP được ứng dụng trong phép phân tích AES từ khoảng 20 năm trở lại đây, song

lại được sử dụng rộng rãi và có hiệu quả cao Ngày nay, phổ phát xạ ICP là một

công cụ phân tích phục vụ đắc lực cho công việc nghiên cứu và sản xuất vật liệu

khoa học với độ ổn định và độ nhạy cao cỡ ng

Bằng phép đo phổ ICP-AES , tác giả Kim A.Anderson đã xác định đa lượng

và vi lượng của 17 nguyên tố trong một số mẫu mô thực vật, ví dụ hàm lượng Cu

và Pb trong lá thông là 3,0 ± 0,3 µg/g và 10,8 ± 0,5 µg/g [27]

Lần đầu tiên tại Việt Nam, các tác giả Vũ Hoàng Minh, Nguyễn Tiến Lượng,

Phạm Luận, Trần Tứ Hiếu đã áp dụng thành công phương pháp phổ ICP-AES để

xác định chính xác các nguyên tố đất hiếm trong mẫu địa chất Việt Nam [34]

1.4.2.1.2.Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) [1]

Bằng cách chiếu vào đám hơi nguyên tử tự do của nguyên tố cần phân tích

một chùm tia sáng đơn sắc có năng lượng phù hợp, có độ dài sóng trùng với các

vạch phổ phát xạ đặc trưng của nguyên tố đó, chúng sẽ hấp thụ các tia sáng và sinh

ra phổ hấp thụ nguyên tử Dựa vào tín hiệu phổ này ta sẽ xác định được hàm lượng

nguyên tố cần phân tích

Sử dụng phép đo AAS, người ta có thể phân tích được lượng vết của hầu hết

các kim loại và cả những hợp chất hữu cơ hay các anion không có phổ hấp thụ

nguyên tử với độ ổn định, độ nhạy, độ chính xác và nhất là độ ổn định cao

ở nhiều nước trên thế giới, nhất là các nước phát triển, phương pháp phân

tích AAS đã trở thành phương pháp tiêu chuẩn để định lượng nhiều kim loại [1]

Sử dụng phương pháp này, John Bishop đã xác định lượng vết của một số

nguyên tố Ag, Bi, Cu, Sb, Ni trong hợp kim chì - thiếc và đạt được các kết quả sau

: Ag 41,15µg/g ; Bi 11µg/g ; Cu 3,7µg/g ; Sb 59µg/g và Ni 0,15µg/g [30]

Xác định Pb trong một số mẫu sinh học bằng phương pháp phổ hấp thụ

nguyên tử sử dụng hệ thống bơm dòng chảy tách và làm giàu trực tiếp dựa trên sự

hấp phụ cặp ion, các tác giả Guan Hong Tao, Zhaolun Fang đã chuyển Pb sang

dạng anion phức iotchì, sau đó cho hấp phụ trực tiếp lên một vi cột cùng với cation

[NH4(C4H9)4]+ tạo thành cặp ion Kết quả cho thấy giới hạn phát hiện của phương

và Pb trong tỏi và các chế phẩm từ tỏipháp là 3µg/L với độ lệch chuẩn là 2% ở nồng độ 30µg/L ; 3,1% ở nồng độ 50µg/L

và xác định được hàm lượng Pb trong lá đào 1,01±0,04µg/g , trong mẫu bột gạo là

0,78±0,05µg/g [27]

Nghiên cứu tóc của những trẻ em mắc chứng gặp khó khăn trong việc đọc,

D.Capel và cộng sự đã áp dụng phép đo AAS để định lượng Cu, Pb với kết quả là

Cu :57µg/g ; Pb :16µg/g [29]

Ở Việt Nam, tuy mới tiếp thu kỹ thuật phân tích phổ AAS, nhưng đã có rất

nhiêu công trình khoa học nghiên cứu và ứng dụng thành công phương pháp này để

xác định các kim loại trong nhiều đối tượng mẫu khác nhau

Với đề tài nghiên cứu xác định Cu, Zn trong huyết thanh bằng phép đo AAS

, các tác giả Phạm Luận, Đặng Quang Ngọc, Trần Tứ Hiếu, Lương Thuý Quỳnh đã

xây dựng và đề xuất một quy trình phân tích với độ nhạy đến 0,03 ppm và sai số

nhỏ hơn 12% , kết quả phân tích là: hàm lượng Cu trong huyết thanh ≤ 1,2ppm tuỳ

theo giới tính, độ tuổi và địa dư [34]

Sử dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử, tác giả Lê Lan Anh và cộng sự

đã xác định hàm lượng Pb trong tóc, nước tiểu và máu với các kết quả là : hàm

lượng Pb trung bình trong tóc là 15,15±2µg/g đối với người bình thường ; 49,8±7,9

µg/g đối với người tiếp xúc thường xuyên với xăng dầu và 86,01 ±12,7µg/g với

những bệnh nhân thấm nhiễm Pb [35]

Xác định các kim loại nặng trong các mẫu thịt cá bằng phép đo AAS ,

Dr.Phạm Luận và cộng sự đã thu được một số kết quả sau : giới hạn phát hiện đối

với Cu , Pb là 0,05 và 0,1ppm ; giới hạn trên của vùng tuyến tính là Cu 3,5ppm ; Pb

8ppm và sai số mắc phải trong vùng nồng độ 0,5 - 2ppm nhỏ hơn 15% [22]

1.4.2.1.3.Phương pháp trắc quang [2]

Phân tích trắc quang là phương pháp phân tích dựa trên việc đo phổ UV-VIS

của những chất có khả năng hấp thụ năng lượng chùm sáng để tạo ra phổ hấp thụ

phân tử và cả những chất không có phổ UV-VIS bằng cách cho tác dụng với một

thuốc thử thích hợp tạo ra hợp chất phức bền có khả năng hấp thụ tia bức xạ và cho

phổ UV-VIS nhạy

Pb2+ không có phổ hấp thụ phân tử UV-VIS , do đó ta chuyển nó về dạng

chì-dithizonat Pb(C13H12N4S)2 khi cho tác dụng với dithizon

(diphenyldithiocacbazon C13H12N4S hay H2Dz ) trong môi trường pH=5÷6 :

Pb2+ + 2H2Dz = Pb(HDz)2 + 2H+ (xanh) (đỏ)

Phức này được chiết vào dung môi hữu cơ CCl4(hoặc CHCl3) và đem đo mật

độ quang tại bước sóng λ = 510 nm, biết mật độ quang ta có thể xác định nồng độ

của Pb với giới hạn phát hiện là 0,05 ppm [25]

Ta cũng có thể xác định Cu bằng cách đo mật độ quang của phức

Cu-dithizonat tại bước sóng λ = 545 nm với độ nhạy 0,003ppm [24]

Bằng phương pháp trắc quang, các tác giả Trần Thúc Bình, Trần Tứ Hiếu,

Phạm Luận đã xác định Cu, Ni, Mn, Zn trong cùng hỗn hợp theo phương pháp

Vierod cải tiến bằng Pyridin-azo-naphtol (PAN) với sai số < 4% ở những bước

sóng khác nhau [36]

1.4.2.2.Các phương pháp điện hoá

1.4.2.2.1.Phương pháp cực phổ [6, 7, 23, 25]

Cực phổ là một phương pháp Von-Ampe trong đó người ta sử dụng điện cực

giọt thuỷ ngân rơi là điện cực làm việc Bằng cách phân cực điện cực giọt thuỷ

ngân bằng một điện áp một chiều biến thiên tuyến tính với thời gian để nghiên cứu

quá trình khử cực của chất phân tích trên điện cực đó và thông qua chiều cao của

đường cong von-ampe ta có thể định lượng được ion kim loại cần xác định trong

dung dịch ghi cực phổ

Để áp dụng phương pháp này, hoạt tính cực phổ của Cu đã được nghiên cứu

với rất nhiều chất nền (là các chất điện ly trơ) khác nhau và có một số nền đặc biệt

thích hợp cho phép định lượng nguyên tố này Trong nền NH3 , pyridin, thiocyanat

và Pb trong tỏi và các chế phẩm từ tỏi

và clorua đậm đặc, Cu2+ bị khử theo hai nấc Cu2+→Cu+ ,Cu+→Cu0, mỗi bậc cho

một sóng cực phổ riêng và để định lượng Cu người ta sử dụng sóng thứ hai Cũng

có thể xác định Cu trong nền Na tartrate 0,4M + NaH tartrate 0,1M + gelatin (<

0,05%) với thế nửa sóng là - 0,09 V Để khử oxy hoà tan trong dung dịch, người ta

sử dụng Na2SO3

Bằng phương pháp này , có thể xác định Pb một cách hiệu quả cả trong nền

axit và nền bazơ Một trong những nền axit tốt nhất là Na tartrate 0,4M + NaH

tartrate 0,1M (cho pH = 4,5) và một lượng nhỏ gelatin (≤ 0,01%), nếu có mặt Bi3+

thì nồng độ gelatin phải ≤ 0,005% với thế nửa sóng là E1/2 = - 0,48V Trong nền

bazơ, ví dụ như NaOH 1M , Pb tồn tại ở dạng ion HPbO2- cũng bị khử rất dễ dàng

với E1/2 = - 0,755V [24]

Do có độ nhạy và độ chính xác cao, các phương pháp cực phổ xung vi phân

và von-ampe hoà tan anot với điện cực màng thuỷ ngân đã được các tác giả Trịnh

Xuân Giản, Trịnh Anh Đức, Lê Đức Liêm sử dụng để xác định dạng liên kết vết Pb

trong nước biển, kết quả cho thấy vết Pb có tồn tại trong nước biển với dung lượng

liên kết 2,95 µg/L [37]

1.4.2.2.2.Phương pháp Von-Ampe hoà tan [6, 7]

Chỉ bằng một máy cực phổ tự ghi thông thường và một cực giọt thuỷ ngân

treo hoặc một cực rắn đĩa quay bằng than thuỷ tinh, người ta có thể xác định được

gần 30 kim loại bằng phương pháp Von-ampe hoà tan (Ag, As, Au, Bi, Cd, Co, Cu,

Ge, Hg, K, Mg, Ni, Pb, Zn, ) trong khoảng nồng độ n.10-9 đến n.10-6 mol/L với độ

chính xác khá cao

Để tiến hành phân tích bằng phương pháp Von-Ampe hoà tan người ta dùng

bộ thiết bị gồm một máy cực phổ tự ghi và một bình điện phân gồm hệ 3 điện cực :

cực làm việc là cực giọt thuỷ ngân tĩnh hoặc cực đĩa rắn, cực so sánh (cực Calomen

hay cực bạc clorua) có thế không đổi và cực phụ trợ Pt Quá trình phân tích gồm 2

giai đoạn :

- Giai đoạn làm giàu chất phân tích lên bề mặt điện cực đo (cực làm việc)

dưới dạng một kết tủa (kim loại , hợp chất khó tan) ở thế thích hợp và không đổi

trong suốt quá trình điện phân

- Giai đoạn hoà tan kết tủa đã dược làm giàu và ghi đường cong hoà tan

Các đại lượng điện hoá (thế hay dòng) ghi được trong quá trình hoà tan tỷ lệ

thuận với lượng chất kết tủa trên bề mặt điện cực cũng như nồng độ chất phân tích

Sử dụng bình điện hoá dòng chảy trong phương pháp Von-Ampe hoà tan

xung vi phân trong dòng chảy, các tác giả Trần thị Thu Nguyệt, Trần Thu Quỳnh,

Từ Vọng Nghi xác định một số kim loại nặng trong nước cho kết quả đo với độ

chính xác và lặp lại cao Nghiên cứu cho thấy dung dịch nền thích hợp để xác định

Cu, Pb là : HCl 0,02M + KCl 0,1M ; Hg2+ 10-4M , thế điện phân làm giàu là -1,0

V Thế pic hoà tan của chúng là Cu2+: -0,09V ; Pb2+: -0,5V với sai số không vượt

quá 4% khi phân tích nồng độ cỡ 10-6M [38]

Xác định lượng vết Pb trong mẫu nước bằng phương pháp Von-ampe hoa tan

anot sử dụng điện cực màng thuỷ ngân, tác giả Nguyễn Quốc Tuấn và Nguyễn

Ngọc Châm đã đo được thế pic của Pb khoảng -0,48V trong điều kiện đo : pH=2

(môi trường axxit HCl) , khoảng quét thế từ - 0,35 đến -0,74 mV Giới hạn phát

hiện của phương pháp là 1ppm với sai số từ 2 đến 5% [39]

và Pb trong tỏi và các chế phẩm từ tỏi

PHẦN II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng , mục tiêu và phương pháp nghiên cứu

Không chỉ là một loại rau gia vị hết sức phổ biến, tỏi còn được biết đến như

một vị thuốc dân gian mà tác dụng dược lý của nó cho đến nay đã được khoa học

nghiên cứu và chứng minh một cách khá rõ ràng và đầy đủ Tác dụng đích thực của

tỏi là tác dụng tổng thể của hàng trăm hoạt chất, trong đó các khoáng vi lượng và

enzym đóng vai trò không kém phần quan trọng

Mặt khác, Việt Nam ta là một trong những nước tiềm tàng một nguồn tài

nguyên dược thảo vô cùng phong phú và đa dạng, trong đó tỏi Việt Nam được đánh

giá qua cảm quan tương đối khá cao so với tỏi Trung Quốc, Mỹ, Pháp, Vì thế

trong vài năm gần đây, một số công ty sản xuất Việt Nam đã chế biến từ tỏi thành

nhiều sản phẩm đặc chế dưới dạng đơn thuần hoặc phối hợp và được bán rộng rãi

trên thị trường [13], [11]

Do đó việc xác định hàm lượng các kim loại lượng vết, nhất là các kim loại

độc hại ( Cu, Pb) trong củ tỏi cũng như các sản phẩm từ tỏi là vô cùng cần thiết

nhằm đánh giá, kiểm định chất lượng của chúng và góp phần bảo vệ sức khoẻ cộng

đồng

Với điều kiện trang thiết bị nghiên cứu hiện có , dưới sự hướng dẫn của thầy

Phạm Luận ,trong bản khoá luận này chúng tôi nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật phổ

hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) để tìm các điều kiện phù hợp xây dựng một

quy trình phân tích xác định hàm lượng Cu, Pb trong tỏi và các chế phẩm của nó

Chúng tôi tiến hành nghiên cứu các vấn đề sau :

- Khảo sát và chọn các điều kiện đo phổ Cu, Pb

- Khảo sát chọn điều kiện nguyên tử hoá mẫu

- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến việc xác định Cu, Pb bằng phép đo

F-AAS

- Khảo sát, xác định khoảng tuyến tính và xây dựng đường chuẩn của Cu,Pb

- Xác định giới hạn phát hiện, đánh giá sai số và độ lặp lại của phương pháp

- Nghiên cứu chọn cách xử lý mẫu

- ứng dụng phương pháp đã đề xuất để xác định Cu, Pb trong củ tỏi và các

sản phẩm của nó

2.2.Giới thiệu phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)

Phép đo AAS là một kỹ thuật phân tích hoá lý đã và đang được ứng dụng

rộng rãi trong nhiều ngành khoa học kỹ thuật, trong sản xuất công nghiệp, nông

nghiệp, y dược , địa chất, hoá học ở nhiều nước trên thế giới, nhất là các nước phát

triển, phương pháp phân tích phổ AAS đã trở thành một phương pháp tiêu chuẩn để

phân tích lượng vết các kim loại trong nhiều đối tượng mẫu khác nhau như đất,

nước ,không khí, dược phẩm, các mẫu y sinh học,

Với các trang bị và kỹ thuật hiện nay, bằng phương pháp phân tích này người

ta có thể định lượng được hầu hết các kim loại (khoảng 65 nguyên tố) và một số á

kim đến giới hạn nồng độ cỡ ppm bằng kỹ thuật F-AAS và đến nồng độ ppb bằng

kỹ thuật ETA-AAS với sai số không lớn hơn 15% [1]

2.2.1.Nguyên tắc của phép đo

Cơ sở lý thuyết của phép đo này là sự hấp thụ năng lượng bức xạ đơn sắc

của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi (khí) khi chiếu một chùm tia sáng có bước

sóng xác định qua đám hơi của nguyên tố cần phân tích trong môi trường hấp thụ

Vì thế muốn thực hiện phép đo phổ hấp thụ nguyên tử của một nguyên tố cần phải

thực hiện các quá trình sau:

1 Chế biến mẫu phân tích về dạng dung dịch phù hợp

2 Hoá hơi và nguyên tử hóa dung dịch mẫu phân tích, nhờ đó chúng ta có

được đám hơi các nguyên tử tự do của nguyên tố phân tích Đám hơi này chính là

môi trường hấp thụ bức xạ

và Pb trong tỏi và các chế phẩm từ tỏi

3 Chiếu chùm tia sáng bức xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích qua

đám hơi nguyên tử tự do, các nguyên tử của nguyên tố cần xác định trong đám hơi

đó sẽ hấp thụ những tia bức xạ nhất định và sinh ra phổ hấp thụ của nó

4.Tiếp đó nhờ một hệ thống máy quang phổ người ta thu toàn bộ chùm sáng,

phân ly và chọn một vạch phổ hấp thụ của nguyên tố cần phân tích để đo cường độ

của nó

Trong một giới hạn nhất định của nồng độ, giá trị cường độ này phụ thuộc

tuyến tính vào nồng độ C của nguyên tố cần phân tích trong mẫu theo phương

trình:

Aλ = k.C Trong đó, Aλ : cường độ của vạch phổ hấp thụ

k : hằng số thực nghiệm

C : nồng độ nguyên tố xác định trong mẫu đo phổ

2.2.2.Trang bị của phép đo F-AAS

Dựa vào nguyên tắc của phép đo, ta có thể mô tả hệ thống trang bị của

máy đo phổ hấp thụ nguyên tử bao gồm các phần cơ bản sau :

Phần 1 Nguồn phát chùm tia bức xạ đơn sắc của nguyên tố phân tích để

chiếu vào môi trường hấp thụ chứa các nguyên tử tự do Đó là các đèn Catot rỗng

(HCL- Hollow Cathode Lamp), hay các đèn phóng điện không điện cực (EDL-

Electrodeless Discharge Lamp), đèn phát phổ liên tục đã được biến điệu (D2

-Lamp, W2-Lamp )

Hình 2 : Sơ đồ nguyên tắc cấu tạo hệ thống máy F-AAS

Phần 2 Hệ thống nguyên tử hóa mẫu phân tích Hệ thống này được chế tạo

theo hai loại kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu : kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn

lửa đèn khí (F-AAS) và kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu không ngọn lửa (ETA-AAS)

Hệ thống nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn lửa gồm:

-Bộ phận dẫn mẫu vào buồng aerosol hóa và thực hiện quá trình aerosol

hóa mẫu (tạo thể sol khí)

-Đèn nguyên tử hóa mẫu (burner head) để đốt cháy hỗn hợp khí có chứa

mẫu ở thể sol khí

Phần 3 Là máy quang phổ, nó là bộ đơn sắc, có nhiệm vụ thu, phân ly, và

chọn tia sáng (vạch phổ) cần đo hướng vào nhân quang điện để phát hiện tín hiệu

Dung dịch mẫu Thải

và Pb trong tỏi và các chế phẩm từ tỏi

- Điện kế chỉ năng lượng hấp thụ ( E) của vạch phổ,

- Máy tự ghi pic của vạch phổ (Recorder),

- Bộ hiện số Digital,

- Bộ máy tính và máy in (Printer),

- Máy tích phân ( Intergrater)

2.3.Thiết bị, hoá chất , dụng cụ cho quá trình nghiên cứu

* Thiết bị : Để nghiên cứu xác định Cu, Pb bằng kỹ thuật quang phổ hấp thụ

nguyên tử ngọn lửa (F-AAS), chúng tôi sử dụng hệ thống máy quang phổ hấp thụ

và phát xạ nguyên tử Model SP-9/800 ( hãng Philips Pye Unicam ) Đi kèm với

máy còn có các trang thiết bị như máy nén không khí, bình khí acetylen tinh khiết

(> 99,9%), các đèn Catot rỗng (HCL) của các nguyên tố Cu, Pb

* Hoá chất :

- Dung dịch chuẩn Cu, Pb 1000 ppm trong HNO3 2%

- Các axit đặc HCl 36% , HNO3 65% loại Specpure (Merck)

- Các dung dịch nền: NH4Ac 10%, NH4Cl 10% , NaAc 10% và LaCl3 10%

loại pA

- Các dung dịch gốc của các kim loại Na, K, Ca, Mg, Al, Fe, Mn, Cd, Zn,

Co, Ni, loại pA

- Dung dịch H2O2 30% loại Specpure (Merck)

Tất cả các loại hoá chất pA đều được kiểm tra lại bằng phép đo F-AAS, nếu

có vết Cu và Pb thì phải chiết để loại bỏ bằng dung môi CCl4 có thuốc thử tạo

phức APDC (Amoni Pirolydin Dithio Cacbamat)

và Pb trong tỏi và các chế phẩm từ tỏi

PHẦN III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN

3.1.Khảo sát các điều kiện đo phổ của Cu và Pb

Để quá trình phân tích đạt kết quả tốt, việc nghiên cứu để phát hiện và chọn

các thông số đo phù hợp với mục đích phân tích định lượng các nguyên tố vi lượng

trong mỗi đối tượng mẫu là một công việc hết sức cần thiết và quan trọng trong kỹ

thuật F-AAS

3.1.1.Chọn vạch đo

Khi nguyên tử của một nguyên tố ở trạng thái tự do, nó có khả năng hấp thụ

các bức xạ có bước sóng nhất định ứng đúng với các tia bức xạ mà nó phát ra trong

quá trình phát xạ Nhưng nguyên tử không hấp thụ tất cả các bức xạ đó, quá trình

hấp thụ chỉ xảy ra đối với các vạch phổ nhậy, đặc trưng của nguyên tố Do đó

chúng ta phải khảo sát để chọn được những bước sóng (vạch đo) có độ nhạy, độ

hấp thụ lớn nhất và tránh được sự chen lấn của vạch phổ các nguyên tố khác

Theo W.J.Price [25], Cu và Pb có các vạch phổ đặc trưng tương ứng với độ

nhạy và cường độ hấp thụ như trong bảng 1:

(ppm)

Cường độ Hấp thụ 324,8 0,025 0,74 217,0 0,08 0,39

327,4 0,050 0,38 283,3 0,2 0,21

217,9 0,10 0,011 216,4 3,2 -

222,6 0,50 0,004

Với yêu cầu xác định vi lượng, chúng tôi chọn vạch phổ của Cu là 324,8 nm

và của Pb là 217,0 nm vì các vạch phổ này cho độ nhạy và độ hấp thụ cao nhất

Tuy nhiên, trong mẫu phân tích thường tồn tại các nguyên tố khác có vạch

phổ gần với vạch phổ nhạy của nguyên tố cần xác định Mặc dù các vạch phổ này

không nhạy, nhưng do nồng độ lớn nên chúng có thể chen lấn các vạch phân tích

làm cho việc đo cường độ vạch phổ phân tích rất khó khăn và thiếu chính xác Do

đó ta phải khảo sát xem có sự ảnh hưởng của các nguyên tố có vạch phổ gần với

vạch phổ của nguyên tố phân tích không Kết quả khảo sát được chỉ ra ở bảng 3 và

Bảng 3 ảnh hưởng của Fe, Mn, Co đối với Cu

Mẫu HpicTB (cm) Sai số (%)

Bảng 4 ảnh hưởng của Fe, Ni đối với Pb

Mẫu HpicTB (cm) Sai số (%)

và Pb trong tỏi và các chế phẩm từ tỏiKết quả thực nghiệm trong bảng 3 và 4 cho thấy tại các vạch phổ đã chọn

của các nguyên tố cần phân tích không bị ảnh hưởng bởi các nguyên tố khác trong

mẫu có vạch phổ gần vạch phổ phân tích

3.1.2 Chọn khe đo của máy quang phổ

Chùm tia phát xạ cộng hưởng của nguyên tố cần xác định sau khi đi qua môi

trường hấp thụ sẽ hướng vào khe đo của hệ thống đơn sắc và vào hệ chuẩn trực, rồi

được phân ly để chọn một tia cần đo Như vậy chùm sáng đa sắc được chuẩn trực,

phân ly và sau đó chỉ một vạch phổ cần đo được hướng vào khe ra của bộ đơn sắc

và tác dụng vào nhân quang điện sinh ra tín hiệu đo để xác định cường độ vạch phổ

hấp thụ Do đó khe đo của máy phải được chọn cho từng vạch phổ sao cho tín hiệu

đủ nhạy, đạt độ ổn định cao và loại bỏ được những vạch phổ cản trở hai bên cạnh

vạch phổ nghiên cứu, làm sao chỉ cho vừa đủ độ rộng vạch phổ cần đo vào khe đo

là tốt nhất

Với các nguyên tố Cu, Pb người ta thường chọn khe đo là 0,5 nm vì với khe

này 100% diện tích pic của vạch phổsẽ nằm gọn trong khe đo

3.1.3 Khảo sát chọn cường độ đèn Catot rỗng (HCL)

Cường độ dòng làm việc của đèn HCL có liên quan chặt chẽ với cường độ

hấp thụ của vạch phổ Dòng điện qua đèn của mỗi nguyên tố là khác nhau và mỗi

đèn có một dòng giới hạn cực đại Imax Đèn HCL làm việc tại mỗi chế độ dòng nhất

định sẽ cho chùm sáng có cường độ nhất định và mỗi sự dao động về cường độ

dòng của đèn đều làm ảnh hưởng đến cường độ chùm tia sáng phát xạ của đèn Do

đó trong mỗi phép đo cụ thể phải chọn một giá trị cường độ dòng phù hợp và giữ

cố định trong suốt quá trình đo

Theo lý thuyết và thực nghiệm của thực tế phân tích theo kỹ thuật AAS, chỉ

nên dùng cường độ dòng trong vùng từ 60-85% Imax ghi trên thân đèn là tốt nhất

Với các đèn HCL của nguyên tố Cu ( Imax = 15mA), Pb ( Imax= 10mA), khảo

sát chiều cao pic hấp thụ của Cu 1ppm và Pb 2ppm (trong nền HCl 1%) tại các

cường độ dòng đèn khác nhau ta có kết quả như sau (bảng 5 và 6):

Bảng 5 Khảo sát ảnh hưởng của cường độ dòng đèn HCL đến chiều cao pic

hấp thụ của Cu

IHCL (mA) 9

(60% Imax)

10 (67%Imax)

11 (73% Imax)

12 (80% Imax)

13 87% Imax)

1,65 1,70 1,70

1,65 1,65 1,65

1,65 1,60 1,65

1,60 1,60 1,65

1,25 1,25 1,30

1,30 1,25 1,25

1,25 1,25 1,25

1,25 1,20 1,25

Kết quả cho thấy, tại cường độ dòng I = 11 mA (73%Imax) đối với đèn HCL

của Cu và I = 8 mA (80% Imax) đối với đèn HCL của Pb, phép đo có độ nhạy và độ

ổn định cao Do đó chúng tôi chọn các thông số này cho toàn bộ quá trình nghiên

cứu

3.1.4 Chọn các điều kiện ghi phổ

Do cường độ vạch phổ hấp thụ được ghi dưới dạng pic, chiều cao của pic tỷ

lệ thuận với cường độ hấp thụ hay nồng độ chất phân tích, nên ta phải chọn các

thông số máy ghi sao cho pic thu được có độ nhạy và độ ổn định cao

và Pb trong tỏi và các chế phẩm từ tỏi

*Thế ghi: Chiều cao pic hấp thụ cuả nguyên tố phân tích phụ thuộc vào thế

ghi của máy ghi Nếu nồng độ chất phân tích nhỏ, ta phải giảm thế ghi để tăng độ

nhạy và ngược lại, nếu nồng độ chất phân tích lớn, ta tăng thế ghi Tuy nhiên độ

nhạy càng cao thì độ ổn định lại giảm

Để phù hợp với phép xác định Cu, Pb, chúng tôi chọn thế ghi là 10 mV, vì

tại thế ghi này pic hấp thụ cho độ ổn định cao đồng thời có chiều cao vừa đủ cho

việc định lượng

*Tốc độ giấy: Độ rộng của pic phụ thuộc vào thời gian đo và tốc độ giấy, do

đó để thu được pic cân đối, ổn định, đồng thời tiết kiệm mẫu và tiết kiệm giấy,

chúng tôi chọn tốc độ giấy là 30 mm/phút và thời gian đo khoảng 5 giây

3.2 Khảo sát các điều kiện nguyên tử hóa mẫu

Nguyên tử hoá mẫu là công việc quan trọng nhất của phép đo F-AAS,

quá trình này thực hiện tốt hay không đều ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả đo Do

đó , muốn đạt được kết quả chính xác, chúng ta cần phải khảo sát, phát hiện và

chọn các điều kiện nguyên tử hoá phù hợp nhất cho từng nguyên tố cần phân tích

trong mỗi loại mẫu cụ thể [1]

3.2.1 Khảo sát chiều cao của đèn nguyên tử hoá mẫu

Khảo sát, chọn chiều cao ngọn lửa phù hợp của đèn nguyên tử hóa để thu tín

hiệu AAS của mỗi nguyên tố là một điều kiện quan trọng giúp loại trừ các yếu tố

ảnh hưởng, nhằm thu được các tín hiệu có độ ổn định và độ nhạy cao

Nhiệt độ là một thông số đặc trưng của ngọn lửa đèn khí, nó là yếu tố quyết

định hiệu suất nguyên tử hoá mẫu Mà nhiệt độ ngọn lửa lại thay đổi theo từng

vùng, vùng trung tâm ngọn lửa có nhiệt độ cao, thường không màu hoặc có màu

xanh nhạt, tại đó mật độ các nguyên tử cao và ảnh hưởng của các nguyên tố khác

là thấp Do đó trong phép đo F-AAS, ta chọn vùng này để thu chùm sáng hấp thụ

của nguyên tố phân tích

Với mỗi phép đo xác định Cu, Pb, ta phải khảo sát chọn một chiều cao thích

hợp của đèn Chúng tôi chuẩn bị các dung dịch Cu, Pb có nồng độ khác nhau trong

nền HCl 1% và đo cường độ hấp thụ của chúng ở những độ cao từ 0- 10 mm của

đèn nguyên tử hoá mẫu, kết quả khảo sát được chỉ ra trong bảng 7 và 8

Bảng 7 ảnh hưởng của chiều cao đèn NTH mẫu đến pic hấp thụ của Cu

0,60 0,60 0,65

0,75 0,75 0,75

0,80 0,85 0,85

0,85 0,85 0,85

0,85 0,80 0,85

0,80 0,80 0,80

1,60 1,60 1,55

1,65 1,65 1,65

1,75 1,75 1,75

1,70 1,70 1,75

1,70 1,65 1,70

1,65 1,65 1,70

TB 1,37 1,58 1,65 1,75 1,72 1,68 1,67 2,5

Lần 1

Lần 2

Lần 3

3,35 3,35 3,40

3,55 3,55 3,50

3,85 3,85 3,80

4,20 4,20 4,20

4,20 4,25 4,25

4,20 4,20 4,15

4,15 4,10 4,10

7,90 7,80 7,85

8,35 8,25 8,30

8,20 8,20 8,15

8,25 8,15 8,30

7,90 7,80 7,85

8,05 8,00 8,05

0,40 0,45 0,40

0,65 0,60 0,60

0,65 0,70 0,70

0,70 0,70 0,70

0,75 0,80 0,70

0,80 0,80 0,70

1,15 1,10 1,10

1,30 1,30 1,25

1,40 1,40 1,40

1,40 1,55 1,50

1,45 1,40 1,40

1,40 1,45 1,45

TB 0,82 1,12 1,28 1,40 1,48 1,42 1,43

và Pb trong tỏi và các chế phẩm từ tỏi

2,25 2,25 2,20

2,80 2,80 2,80

3,15 3,15 3,15

3,30 3,40 3,40

3,30 3,40 3,45

3,25 3,25 3,30

4,95 5,00 4,90

6,10 6,10 5,95

6,35 6,35 6,30

6,60 6,60 6,50

6,90 6,90 6,70

6,50 6,50 6,40

TB 3,82 4,95 5,98 6,33 6,57 6,83 6,47

Kết quả thực nghiệm cho thấy: ứng với chiều cao ngọn lửa là 5 mm, pic hấp

thụ của cả Cu và Pb đều có độ nhạy tương đối cao Mặt khác, so sánh pic của hai

dãy thí nghiệm Cu và Pb tại chiều cao này thì có sự tuyến tính và ổn định hơn so

với các chiều cao khác của đèn Do đó chúng tôi chọn H-burner = 5 mm cho phép

đo Cu và Pb

3.2.2 Khảo sát thành phần khí cháy

Trong phép đo F-AAS, quá trình hoá hơi và nguyên tử hoá mẫu được quyết

định bởi nhiệt độ ngọn lửa đèn khí Nhiệt độ ngọn lửa lại phụ thuộc rất nhiều vào

bản chất và thành phần của chất khí được đốt cháy để tạo ra ngọn lửa, nghĩa là ứng

với mỗi hỗn hợp khí cháy, ngọn lửa sẽ có một nhiệt độ xác định và khi thành phần

khí cháy thay đổi thì nhiệt độ ngọn lửa cũng thay đổi Ngoài ra, tốc độ dẫn của hỗn

hợp khí vào đèn để đốt cháy cũng ảnh hưởng đến nhiệt độ ngọn lửa và qua đó ảnh

hưởng đến cường độ vạch phổ

Cu, Pb được nguyên tử hoá ở nhiệt độ 2200-24000C [1], do đó dùng ngọn lửa

của hỗn hợp không khí nén (trong đó có O2 là chất oxy hoá) và acetylen (khí cháy)

là phù hợp Vì vậy phải khảo sát, lựa chọn tốc độ tối ưu của khí cháy để quá trình

nguyên tử hoá đạt hiệu suất cao nhất

Với thiết bị quang phổ SP9, cột đo tốc độ khí được biểu thị bằng chiều cao

flowmeter theo đơn vị mm, và bằng một đồ thị qui đổi từ đơn vị chiều cao này sang

đơn vị lít/phút ta sẽ tính được tốc độ cung cấp khí cháy Để khảo sát lưu lượng khí,

chúng tôi cố định chiều cao của cột không khí nén ở 35 mm (tương đương 4,75

lít/phút) và thay đổi chiều cao cột khí C2H2 từ 16-25 mm Kết quả thu được ở bảng

9

Kết quả khảo sát cho thấy, lưu lượng khí C2H2 ứng với chiều cao flowmeter

là 22 mm (tương đương 1,15 lít/phút) đảm bảo độ nhạy và độ ổn định cho phép xác

định cả Cu và Pb Do đó, trong quá trình phân tích chúng tôi chọn hỗn hợp khí cháy

với tỷ lệ KK/C2H2 = 4,75/1,15 (lít/phút)

Bảng 9 Sự phụ thuộc của chiều cao pic hấp thụ vào lưu lượng khí C 2 H 2

Nguyên tố H-pic(cm) H-flowmeter (mm)

16 18 20 22 23 24 25

Cu (1 ppm)

Lần 1 Lần 2 Lần 3

2,20 2,20 2,25

2,15 2,20 2,15

2,20 2,15 2,15

2,15 2,15 2,15

2,10 2,10 2,10

2,00 2,05 2,05

2,00 2,00 2,05

TB 2,22 2,17 2,17 2,15 2,10 2,03 2,02

Pb (2ppm)

Lần 1 Lần 2 Lần 3

1,30 1,35 1,25

1,40 1,40 1,45

1,55 1,50 1,50

1,60 1,60 1,60

1,60 1,60 1,65

1,45 1,55 1.50

1,50 1,50 1,55

TB 1,30 1,42 1,52 1,60 1,62 1,50 1,52 3.2.3 Tốc độ dẫn mẫu

Tốc độ dẫn mẫu cũng ảnh hưởng đến chiều cao pic hấp thụ Đối với một hệ

thống máy nhất định, tốc độ dẫn mẫu chỉ phụ thuộc vào độ nhớt của dung dịch Với

hầu hết các dung dịch, tốc độ dẫn mẫu phù hợp là 4-5 ml/phút [1]

*Từ các kết quả khảo sát trên, ta chọn được các điều kiện đo phổ hấp thụ

nguyên tử của Cu, Pb như sau (bảng 10):

Bảng 10 Các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử của Cu, Pb