Ứng dụng kĩ thuật chiết điểm mù và phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử để xác định hàm lượng dạng mangan hữu cơ và mangan vô cơ trong dịch chiết của chè trồng tại xã tà xùa, huyện bắc yên, tỉnh sơn la

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY BẮC LÊ THỊ THƯƠNG ỨNG DỤNG KĨ THUẬT CHIẾT ĐIỂM MÙ VÀ PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ ĐỂ XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG DẠNG MANGAN HỮU CƠ VÀ MANGAN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY BẮC

LÊ THỊ THƯƠNG

ỨNG DỤNG KĨ THUẬT CHIẾT ĐIỂM MÙ VÀ PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ ĐỂ XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG DẠNG MANGAN HỮU CƠ VÀ MANGAN

VÔ CƠ TRONG DỊCH CHIẾT CỦA CHÈ TRỒNG TẠI

XÃ TÀ XÙA, HUYỆN BẮC YÊN, TỈNH SƠN LA

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

SƠN LA, NĂM 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY BẮC

LÊ THỊ THƯƠNG

ỨNG DỤNG KĨ THUẬT CHIẾT ĐIỂM MÙ VÀ PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ ĐỂ XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG DẠNG MANGAN HỮU CƠ VÀ MANGAN

VÔ CƠ TRONG DỊCH CHIẾT CỦA CHÈ TRỒNG TẠI

XÃ TÀ XÙA, HUYỆN BẮC YÊN, TỈNH SƠN LA

Chuyên ngành: TN2

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Người hướng dẫn: ThS Lê Sỹ Bình

SƠN LA, NĂM 2016

LỜI CẢM ƠN Khóa luận được hoàn thành tại bộ môn Hóa vô cơ – phân tích – hóa lí,

Khoa Sinh - Hóa, Trường Đại học Tây Bắc

Em xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo ThS Lê Sỹ Bình đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ, động viên em trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này

Em xin gửi lời cảm ơn tới ThS Nguyễn Đình Thoại, ThS Vi Hữu Việt và ThS Hoàng Hải Long đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận

Em xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa Sinh - Hóa và các thầy cô giáo trong khoa đã tạo điều kiện, giúp đỡ cho em được mượn dụng cụ thí nghiệm, hỗ trợ hóa chất phục vụ cho việc nghiên cứu

Em xin chân thành cảm ơn tập thể Phòng Hóa Phân tích – Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học và công nghệ Việt Nam đã đo mẫu giúp chúng em trong quá trình thực hiện khóa luận

Em xin chân thành cảm ơn các phòng chức năng, Trung tâm thông tin Thư viện đã hết sức giúp đỡ chúng em trong quá trình chúng em thực hiện khóa luận này

Xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và tập thể lớp k53 ĐHSP Hóa học đã động viện về tinh thần cũng như vật chất cho em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận

Do chưa có nhiều kinh nghiệm trong nghiên cứu khoa học nên khóa luận không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự đóng góp của các thầy cô và độc giả góp ý để khóa luận hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Sơn La, tháng 5 năm 2015

Người thực hiện

Lê Thị Thương

MỤC LỤC

PHẦN I: MỞ ĐẦU 1

1 LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1

2 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU 2

3 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 4

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4

5 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI 4

PHẦN II NỘI DUNG 6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 6

1.1 Giới thiệu về nguyên tố mangan 6

1.1.1 Vị trí, cấu hình electron và trạng thái tự nhiên của nguyên tố mangan 6

1.1.2 Tính chất vật lí 7

1.1.3 Tính chất hóa học 7

1.1.4 Ứng dụng của mangan 8

1.1.5 Vai trò sinh học của mangan 8

1.1.6 Sự tạo phức của ion Mn(II) 9

1.2 Giới thiệu về chè 10

1.2.1 Nguồn gốc, đặc điểm và sự phân bố của cây chè 10

1.2.2 Thành phần hoá học của lá chè tươi 12

1.2.3 Công dụng của cây chè 15

1.3 Tổng quan về sự phân bố của cây chè tại xã Tà Xùa 16

1.4 Tổng quan về phương pháp xác định hàm lượng Mn tổng số 16

1.4.1 Phương pháp cực phổ 16

1.4.2 Phương pháp von - ampe hòa tan 18

1.4.3 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử (phương pháp trắc quang) 18

1.4.4 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử 19

1.5 Tổng quan về các phương pháp xác định hàm lượng từng dạng mangan 27

1.5.1 Điện di 27

1.5.2 Sắc ký rây phân tử 27

1.5.3 Chiết pha rắn 28

1.6 Tổng quan về phương pháp chiết điểm mù (Cloud Point Extraction: CPE) 29

1.6.1 Khái niệm 29

1.6.2 Nguyên tắc 29

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 34

2.1 Máy móc, dụng cụ, hóa chất 34

2.1.1 Dụng cụ 34

2.1.2 Hóa chất 34

2.1.3 Máy móc 36

2.2 Lấy mẫu 36

2.3 Xử lý mẫu 37

2.4 Quy trình phân tích 37

2.4.1 Quy trình xác định hàm lượng Mn tổng số 37

2.4.2 Quy trình phân tích dạng mangan liên kết với flavonoid trong nước chè 38 2.4.3 Quy trình phân tích dạng mangan dạng tự do và phức yếu trong nước chè bằng phương pháp chiết điểm mù 38

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39

3.1 Khảo sát sự ảnh hưởng của các điều kiện chiết điểm mù 39

3.1.1 Khảo sát sự ảnh hưởng của pH 39

3.1.2 Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ chất tạo phức 40

3.1.3 Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ Triton X-100 42

3.2 Xây dựng đường chuẩn mangan theo phương pháp chiết điểm mù 43

3.3 Khảo sát hiệu suất phương pháp CPE đối với mangan 44

3.4 Xây dựng quy trình phân tích mangan tổng chiết trong nước chè 45

3.4.1 Sử dụng phương pháp vô cơ hóa ướt 45

3.4.2 Sử dụng phương pháp chiết điểm mù 45

3.4.3 Xác định dạng mangan liên kết với flavonoid trong nước chè 46

3.4.4 Xác định mangan dạng tự do và phức yếu trong nước chè bằng phương pháp chiết điểm mù 46

3.5 Phân tích mẫu thực tế 46

3.5.1 Kết quả tổng Mn chiết trong nước chè 46

3.5.1.1 Sử dụng phương pháp vô cơ hóa ướt 46

3.5.1.2 Sử dụng phương pháp chiết điểm mù 47

3.5.2 Kết quả phân tích hàm lượng mangan liên kết với flavonoid trong nước chè 48

3.5.3 Xác định hàm lượng mangan tự do và phức yếu trong nước chè 48

KẾT LUẬN 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

DANH MỤC BẲNG

Bảng 1.1: Một số hằng số vật lý của mangan 7

Bảng 1.2: Sản lượng chè của các nước trên thế giới 11

Bảng 1.3: Hàm lượng EGCG, ECG, EC, GA, caffeine trong 45 mẫu chè nghiên cứu của Carmen Cabrera và cộng sự 14

Bảng 2.1: Các mẫu chè tươi được lấy tại xã Tà Xùa 37

Bảng 3.1: Ảnh hưởng của pH đến độ hấp thụ của mangan 39

Bảng 3.2: Ảnh hưởng của nồng độ 8-HQ đến độ hấp thụ của mangan 41

Bảng 3.3 Sự phụ thuộc độ hấp thụ của mangan vào nồng độ triton X-100 42

Bảng 3.4 Sự phụ thuộc độ hấp thụ vào nồng độ mangan theo CPE 44

Bảng 3.5: Hàm lượng mangan tổng chiết trong nước chè theo phương pháp vô cơ hóa 47

Bảng 3.6: Hàm lượng mangan tổng chiết trong nước chè theo phương pháp chiết điểm mù 47

Bảng 3.7: Hàm lượng mangan liên kết với flavonoid trong nước chè theo phương pháp chiết điểm mù 48

Bảng 3.8: Hàm lượng mangan tự do và phức yếu trong nước chè 48

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Quy trình chiết điểm mù 30 Bảng 1.4 Giá trị nhiệt độ điểm mù của một số chất hoạt động bề mặt 30 Hình 1.2 Tần suất sử dụng SF trong chiết điểm mù từ năm 2000 đến 2012 32 Hình 1.3 Tần suất sử dụng tác nhân tạo phức trong CPE từ 2000-2012 32 Hình 1.4 Tần suất sử dụng các phương pháp phân tích kết hợp với CPE từ 2000 đến 2012 33 Hình 2.1: Quy trình phân tích hàm lượng Mn tổng chiết trong nước chè 37 Hình 2.2: Quy trình phân tích dạng mangan liên kết với flavonoid trong nước chè 38 Hình 3.1 Đồ thị ảnh hưởng của pH đến độ hấp thụ của mangan 40 Hình 3.2 Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ 8-HQ đến độ hấp thụ của Mn 41 Hình 3.3 Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ triton X-100 đến độ hấp thụ của Mn 43 Hình 3.4: Đường chuẩn Mn theo phương pháp chiết điểm mù 44 Hình 3.5: So sánh hàm lượng mangan liên kết với flavonoid và hàm lượng mangan tự do và phức yếu trong nước chè 49

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết

tắt

AAS Atomic Absorption Spectrometry Phổ hấp thụ nguyên tử F-AAS Flame Atomic Absorption

Spectrometry

Phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng kĩ thuật ngọn lửa ICP-MS Inductively Coupled Plasma Mas

Spectrometry

Phổ khối lượng dùng năng lượng plasma cao tần cảm ứng ICP-AES Inductively Coupled

PlasmaAtomic Emission Spectrometry

Phổ phát xạ nguyên tử plasma

cao tần cảm ứng

CPE Cloud Point Extraction Chiết điểm mù

SPE Solid Phase Extraction Chiết pha rắn

CP Cloud Point Điểm mù

LOQ Limit of quantitation Giới hạn định lượng LOD Limit of detection Giới hạn phát hiện NAA Neutron Activation Analusis Phân tích kích hoạt nơtron

CE Capillary electrophoresis Phương pháp điện di mao

quản

PHẦN I: MỞ ĐẦU

1 LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trà là một loại đồ uống được nhiều quốc gia trên thế giới ưa chuộng và

sử dụng, trong đó có Việt Nam Trà được sản xuất từ búp và lá non của cây chè Tục uống trà đã trở thành nét văn hóa lâu đời của mỗi dân tộc, mỗi quốc gia trên mọi miền lãnh thổ Ước tính mỗi ngày chúng ta uống khoảng 18 đến 20 tỷ cốc trà Chè không chỉ được dùng để tạo ra đồ uống, chè còn được các chuyên gia y

tế chứng nhân là một vị thuốc quý có thể giúp chúng ta phòng và chữa nhiều loại bệnh trong cuộc sống Như vậy, chè là một loại cây công nghiệp dài ngày, có giá trị kinh tế cao và được trồng ở nhiều nơi

Trong lá chè có rất nhiều khoáng chất cần thiết cho sức khỏe con người như kẽm, mangan, magie, sắt, đồng, titan, nhôm, brom, natri, kali, niken, crom, photpho Một trong những nguyên tố vi lượng có trong lá chè rất quan trọng với

cơ thể con người là mangan

Thành phần dinh dưỡng của mangan phụ thuộc vào dạng hóa học của nó Trong chè mangan tồn tại chủ yếu ở nhiều dạng khác nhau: dạng tự do trong nước, dạng phức yếu, dạng phức flavonoit … Và mỗi dạng đều mang lại những lợi ích khác nhau cho sức khỏe, thường thì mangan ở dạng hữu cơ có ích hơn ở dạng vô cơ Chính vì vậy, xác định hàm lượng các dạng mangan hữu cơ, vô cơ

sẽ góp phần đánh giá chất lượng chè [47].47

Hiện nay, có nhiều kĩ thuật ứng dụng để xác định mangan tổng như quang phổ hấp thụ phân tử, cực phổ, phân tích kích hoạt nơtron (NAA), quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), cao tần plassa ghép khối phổ (ICP-MS), cao tần plasma ghép phổ phát xạ nguyên tử (ICP-AES)… Đã có nhiều công trình nghiên cứu xác định các dạng của mangan sử dụng thiết bị quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), ICP-MS kết hợp với các phương pháp sắc ký, phương pháp chiết như: Sắc ký rây phân tử, sắc ký trao đổi ion, chiết pha rắn… Các hệ đo này cho phép tách và định lượng đồng thời các dạng mangan một cách hiệu quả trên nhiều đối tượng, đặc biệt là đối tượng sinh học Nhưng chi phí cho quá trình phân tích khá lớn do đòi hỏi trang thiết bị, hóa chất đắt tiền nên không phải

phòng thí nghiệm nào cũng có thể trang bị được Thêm vào đó, việc sử dụng các hóa chất độc hại có thể gây ảnh hưởng đến môi trường Vấn đề đặt ra trong thực tế thí nghiệm Việt Nam hiện nay là cần nghiên cứu một phương pháp có thể sử dụng các thiết bị phổ biến hơn, giá thành hợp lý, hiệu quả chiết cao, thân thiện với môi trường mà vẫn đảm bảo độ chọn lọc, độ chính xác và tin cậy cao

để định dạng mangan Nhiều năm trước, các ứng dụng của hệ thống mixen đã được công nhận và khai thác trong các lĩnh vực khác nhau của hóa phân tích; chủ yếu là tập trung cải thiện, đổi mới các phương pháp phân tích đã có; đồng thời, phát triển các phương pháp mới và trong đó có phương pháp chiết điểm mù (Cloud Point Extraction: CPE) Với nhiều ưu điểm như: đơn giản, giá rẻ, hiệu suất chiết cao và ít độc hại so với việc sử dụng dung môi hữu cơ Cho đến nay, phương pháp chiết điểm mù đã được sử dụng để tách chiết, làm giàu các ion kim loại sau khi hình thành tạo phức, sau đó phức được xác định bằng các phương pháp phổ Vì vậy, phương phápchiết điểm mù đang được ứng dụng nhiều hơn trong hóa phân tích

Chè Tà Xùa là đặc sản của huyện Bắc Yên Tác dụng của chè sẽ được hiểu rõ ràng hơn nếu phân tích được hàm lượng các dạng Mn trong nước chè

Do vậy, cần có những đề tài nghiên cứu về chè Bắc Yên để từ đó đánh giá được chất lượng chè

Xuất phát từ những lý do trên, tôi đã chọn đề tàì: Ứng dụng kĩ thuật chiết điểm mù và phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử để xác định hàm lượng dạng mangan hữu cơ và mangan vô cơ trong dịch chiết của chè trồng tại Xã Tà Xùa, Huyện Bắc Yên, Tỉnh Sơn La

2 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU

* Trên thế giới:

Trên thế giới, có một số công trình nghiên cứu về ứng dụng phương pháp chiết điểm mù để xác định hàm lượng kim loại trong các mẫu môi trường, mẫu sinh học như:

Alireza Rezaie Rod, Shahin Borhani, Farzaneh Shemirani (2006) đã xác định mangan trong mẫu sữa và mẫu nước bởi chiết điểm mù để làm giàu và

phân tích bởi quang phổ hấp thụ ngọn lửa Chất phân tích là được tạo phức với 1-(2-pyridylazo)-2-naphtol (PAN) và chất hoạt động bề mặt là Triton X - 114 Sau khi phân tách các pha, dựa vào điểm mù của hỗn hợp, và pha loãng pha giàu chất hoạt động bề mặt với methanol và sau đó được xác định bằng quang phổ hấp thụ ngọn lửa Hệ số làm giàu là đạt được tới 49.1 và giới hạn phát hiện là 0.39 ng/ml [31].

Năm 2006, Zhimei SUN và các cộng sự (ccs) trong công trình công bố trên tạp chí ANALYTICAL SCIENCES đã ứng dụng phương pháp chiết điểm

mù để xác định Mn(II) trong một số mẫu nước sử dụng chất tạo phức là Phenyl-3-methyl-4-benzoyl-5-pyrazolone và chất hoạt động bề mặt là Trion X-

1-100, sau đó đo bằng phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (FAAS) Giới hạn phát hiện là 1,45 ng/mL và hệ số làm giàu là 20 Các tác giả đã xác định được hiệu suất thu hồi của phương pháp là trên 91%

Năm 2008, Valfredo Azevedo Lemos và ccs trong công trình công bố trên tạp chí Journal of Hazardous Materials đã xác định đồng và niken trong một số mẫu thực phẩm sử dụng phương pháp chiết điểm mù và đo FAAS Các tác giả

đã sử dụng chất tạo phức là

2-(2 - benzothiazolylazo)-5-(N,N-diethyl) aminophenol và chất hoạt động bề mặt là Triton X-114 Hệ số làm giàu đối với việc xác đinh đồng và niken lần lượt là 29 và 25 Giới hạn phát hiện của phương pháp là 0.1 μg/g (Cu) và 0.4 μg/g (Ni)

Năm 2012, trong công bố của mình trên tạp chí Journal of Analytical Chemistry, các tác giả S Yalçn, H Filik, and R Apak đã phân tích dạng Mn trong một số mẫu chè sử dụng phương pháp FAAS sau khi đã phân tách dạng

Mn bằng chiết điểm mù Các tác giả đã khảo sát các điều kiện của phương pháp chiết điểm mù đối với Mn(II) như: pH, nồng độ 8- hydroxyquinoline (chất tạo phức), nồng độ Triton X-100 (chất hoạt động bề mặt), nhiệt độ ủ, thời gian ủ, thời gian li tâm, Từ đó tìm ra điều kiện tối ưu của phép phân tích [49]

Năm 2015, trong công bố trên tạp chí Chiang journal of science (Thái Lan) các tác giả Shahram Nekouei, Farzin Nekouei đã áp dụng chiết điểm mù để xác định Mn(II) trong một số mẫu nước Trong công trình này, các tác giả đã

dùng chất tạo phức là propanesulfonate và Azorubin S (tên khác là Amaranth Dye có công thức phân

3-([3-Cholamidopropyl]dimethylammonio)-2-hydroxy-1-tử là C20H11N2Na3O10S3) chất hoạt động bề mặt được sử dụng là Trion X-114, Ponpe 7.5, Trion X-100 and Trion X-45

* Ở Việt Nam

Năm 2014, Lê Thị Hạnh đã xác định chì, cadimi bằng phương pháp quang

phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật ngọn lửa sau khi chiết điểm mù (CPE-FAAS) Tối ưu hóa các điều kiện xác định các kim loại Pb, Cd bằng phương pháp F-AAS: khảo sát các điều kiện tách và làm giàu bằng kỹ thuật chiết điểm mù; ảnh hưởng của pH; ảnh hưởng của nồng độ thuốc thử Dithizone; ảnh hưởng của nồng độ chất hoạt động bề mặt Triton X-100; nhiệt độ và thời gian cân bằng; tỉ

lệ của các ion Pb2+, Cd2+ trong hỗn hợp chiết; khảo sát nồng độ đệm; khảo sát độ nhớt; ảnh hưởng của một số ion kim loại đến việc xác đinh Pb, Cd Trình bày ứng dụng phương pháp CPE- FAAS xác định Pb, Cd trong mẫu nước [6]

Năm 2015, Trong công trình đăng trên Tạp chí Hóa học các tác giả Nguyễn Thị Hiên, Lưu Thị Nguyệt Minh, Vũ Đức Lợi, Dương Tuấn Hưng, Lê

Sỹ Bình đã nghiên cứu xác định dạng mangan trong lá chè bằng phương pháp chiết điểm mù và phổ hấp thụ nguyên tử Dạng Mn(II)-flavonoid và dạng Mn(II)-phức yếu được tách ra nhờ phương pháp chiết điểm mù Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) lần lượt là 0,063 và 0,21 μg/L Phương pháp đã được ứng dụng phân tích một số mẫu chè tại Thái Nguyên [7]

3 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Xác định hàm lượng mangan hữu cơ và mangan vô cơ trong một nước chè được trồng tại Xã Tà Xùa, Huyện Bắc Yên, Tỉnh Sơn La

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

Phương pháp chiết điểm mù

5 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI

5.1 Đối tượng nghiên cứu

Hàm lượng mangan hữu cơ và mangan vô cơ trong nước chè được trồng tại Xã Tà Xùa, Huyện Bắc Yên, Tỉnh Sơn La

5.2 Phạm vi:

Xã Tà Xùa, Huyện Bắc Yên, Tỉnh Sơn La

PHẦN II NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về nguyên tố mangan

1.1.1 Vị trí, cấu hình electron và trạng thái tự nhiên của nguyên tố mangan [21]

Mn có số thứ tự 25 trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố, thuộc phân nhóm phụ nhóm VIIB, chu kỳ 4 Mn có tên Latinh là manganesium

Cấu hình electron của Mn: 1s22s22p63s23p63d54s2

Trạng thái oxi hóa phổ biến của Mn là +2, +3, +4, +6 và +7 Các hợp chất

có mangan ở trạng thái oxi hóa +7 là những tác nhân oxi hóa mạnh như Mn2O7 Các hợp chất có trạng thái oxy hóa +5 (lam) và +6 (lục) là các chất oxy hóa mạnh Trạng thái oxy hóa ổn định nhất là mangan +2, có màu hồng nhạt

Trong tự nhiên mangan là nguyên tố tương đối phổ biến, đứng hàng thứ

ba trong các kim loại chuyển tiếp sau Fe và Ti Trữ lượng của Mn trong vỏ Trái Đất là 0,032%

Khoáng vật chính của mangan là hausmanit (Mn3O4) chứa khoảng 72%

Mn, pirolusit (MnO2) chứa khoảng 63% Mn, braunit (Mn2O3) và manganit (MnOOH)

Những nước có nhiều mỏ quặng mangan là Nga, Nam Phi, Ấn Độ, Gabon, Brazin và Australia Nước ta có nhiều mỏ pirolusit lẫn braunit ở Tốc Tác

và Bản Khuôn (Cao Bằng) và mỏ pirolusit lẫn hematite ở Yên Cư và Thanh Tứ (Nghệ An)

Mn kim loại được sản xuất theo phương pháp nhiệt nhôm, dùng Al khử oxit Mn3O4 đã được tạo nên khi nung pirolusit ở 900˚C

3MnO2 → Mn3O4 + O2

3Mn3O4 + 8Al → 9Mn + 4Al2O3

Mn tinh khiết được điều chế bằng cách điện phân dung dịch MnSO4 Mn tinh khiết dùng để điều chế những hợp kim đòi hỏi thành phần chính xác như manganin; nicrom; đuyara

1.1.2 Tính chất vật lí [21]

Mn là kim loại màu trắng bạc, có ánh kim Dạng bề ngoài của Mn giống với

Fe nhưng Mn cứng và khó nóng chảy hơn Fe

Mn có 4 dạng thù hình, tùy thuộc vào phương pháp điều chế và nhiệt độ mà

mangan có thể tồn tại ở dạng thù hình khác nhau

Tỉ khối (g/cm3) 7,44

Độ cứng (thang Moxơ) 5 ÷ 6

Độ dẫn điện (Hg = 1) 5

Mn là kim loại có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi rất cao Mn tinh khiết

dễ cán và dễ rèn nhưng khi chứa tạp chất trở nên cứng và giòn

Mangan lần đầu tiên được nhà bác học người Thụy Điển SiLơ (K.Scheele) tìm ra năm 1774

Mn phản ứng trực tiếp với S, Se, Te để tạo nên các hợp chất như: MnS, MnSe, MnSe2, MnTe, MnTe2,…

Mn phản ứng trực tiếp với các halogen tạo muối dạng MX2

Mn phản ứng với N2 ở 600 - 1000˚C tạo Mn2N2 Mn phản ứng với P khi nung trong ampun kín tạo Mn3P2, MnP

 Mn tác dụng với C và Si tạo ra các hợp chất Mn3C, Mn7C3, Mn3Si, MnSi,…

Với hợp chất

Trong dãy điện hóa Mn đứng trước H2, tuy nhiên có lớp màng oxit bảo

vệ nên không phản ứng với nước Ở dạng bột, khi đun nóng, đặc biệt là có tạp chất như C, Mn phản ứng được với nước

Mn + 2H2O → Mn(OH)2 + H2 Phản ứng này sẽ xảy ra mạnh khi trong nước có muối amoni, do Mn(OH)2

tan trong dung dịch muối amoni (giống Mg(OH)2)

Mn(OH)2 + 2NH4+ → Mn2+

+ 2NH3 + 2H2O

Mn tác dụng với axit HCl và H2SO4 loãng tạo muối Mn2+ Trong axit HNO3 đặc nguội Mn bị thụ động (giống Cr), trong H2SO4 đặc nguội Mn phản ứng chậm, khi đun nóng phản ứng nhanh với cả hai axit

3Mn + 8HNO3 → 3Mn(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Mn + 2H2SO4 → MnSO4 + SO2 + 2H2O

1.1.4 Ứng dụng của mangan [21]

Gần 95% Mn được sản xuất là để dùng trong nghành luyện kim để chế thép Mn có khả năng loại oxi, lưu huỳnh trong thép và gang Mn có khả năng tạo hợp kim với sắt thành những loại thép đặc biệt, nó truyền cho thép những phẩm chất tốt như khó rỉ, cứng và chịu mài mòn Người ta dùng hợp kim của

Mn để sản xuất gang trắng trong lò cao

Thép Mn chứa 1 – 2% Mn dẻo dai và chịu mài mòn, được dùng làm đường ray xe lửa, trụ môtơ, bánh răng thép Thép chứa 10 – 15% Mn rất cứng dùng để sản xuất các chi tiết chịu mài mòn hay đòi hỏi độ cứng cao như búa, bi,…

1.1.5 Vai trò sinh học của mangan

Mn là nguyên tố đóng vai trò thiết yếu trong tất cả các dạng sống Mangan

là chất có tác dụng kích thích của nhiều loại enzym trong cơ thể, có tác dụng đến

sự sản sinh tế bào sinh dục, đến trao đổi chất Ca và P trong cấu tạo xương

Mangan có nhiều vai trò quan trọng trong cơ thể như: tác động đến hô hấp

tế bào, phát triển xương, chuyển hóa gluxit, hoạt động của não, cảm giác cân bằng Mangan có hàm lượng cao trong ti lạp thể làm chất đồng xúc tác cùng các enzym Mangan tác động đến sự chuyển hóa tuyến giáp nhờ được hình thành từ một enzym cơ bản Mangan liên kết với vitamin K tham gia tổng hợp prothrombin ảnh hưởng đến quá trình đông máu Mn tham gia tổng hợp protein

và tương tác với axit nucleic, tham gia tổng hợp cholesterol Mn làm giảm glucose huyết nhưng lại tham gia phản ứng tạo ra glucose từ các phân tử khác Nếu lượng Mn hấp thu vào cơ thể cao có thể gây độc tới phổi, hệ thần kinh, thận

và tim mạch Cơ thể người trưởng thành chứa 12 - 20mg Mn, nhiều nhất ở gan (chiếm 20%) và tụy Trong máu hàm lượng Mn là 10mcg/1, tập trung chủ yếu ở hồng cầu; huyết thanh chỉ chứa 0,6 - 4mcg/1 Nhu cầu hằng ngày của cơ thể từ 2

- 3mg Mn [12]

Thức ăn cho trẻ em nếu thiếu Mn thì hàm lượng enzym phophotaza trong máu và xương sẽ bị giảm xuống nên ảnh hưởng đến cốt hoá của xương, biến dạng… Thiếu Mn còn có thể gây ra rối loạn về thần kinh như bại liệt, co giật…[12]

1.1.6 Sự tạo phức của ion Mn(II)

Mn có thể tạo phức với các thuốc thử như: thuốc thử PAR (4-(2 piridylazo)-rezoxinol), thuốc thử PAN (1-(2- pyridylazo)-2-naphtol), thuốc thử 8-hydroxyquynoline, axit benzoinhiđroxamit, thuốc thử formaldoxim, [44, 46]

Formaldoxim CH2 =N-OH tạo phức với Mn(II), phức Mn(O-N=CH2)3 có màu đỏ - da cam, hấp thụ cực đại ở bước sóng λmax = 460 nm Quá trình tạo phức tối ưu ở pH =10,5; thời gian tạo phức tối ưu từ 55 đến 90 phút [1]

Cation Mn(II) tạo phức với thuốc thử PAR, phức tạo thành có thành phần Mn(II) : PAR = 1 : 2, phức có màu vàng hấp thụ cực đại ở bước sóng λmax

= 498 nm, Sự hình thành phức tối ưu ở pH =10 [5]

Thuốc thử PAN tạo phức với Mn(II) ở môi trường kiềm yếu (pH = 8,5 - 9,5), giá trị pHtối ưu = 9, phức tạo thành có thành phần Mn(PAN)2 , bước sóng tối

ưu cho phép đo λ= 580 nm [22]

Theo nghiên cứu của G Stanley Smith thuốc thử 8-hydroxyquynoline (C9H7NO) tạo phức với ion Mn(II) tạo ra phức có công thức Mn(C9H6NO)2.2H2O Thuốc thử 8-hydroxyquynoline tạo phức với Mn tại pH >

8 Khi đó phức tạo thành có màu vàng rơm Phản ứng tạo phức với Mn2+ (M là mangan) [45]

1.2 Giới thiệu về chè

1.2.1 Nguồn gốc, đặc điểm và sự phân bố của cây chè

Cây chè đã được mô tả phân loại đầu tiên vào năm 1753 bởi Carl Linnaeus trong cuốn sách Species Plantarum Cây chè cao 1- 6m có tên khoa học là Camellia Sinensis Lá chè có màu xanh, mọc so le, hình trái xoan, dài 4 –

10 cm, rộng 2 - 2,5 cm, có mũi ở đỉnh, phiến lá lúc non có lông mịn, khi già thì dày, bóng, mép khía răng cưa rất đều Hoa chè thường có từ 5 - 6 cánh, màu trắng, mọc riêng lẻ ở nách lá, có mùi thơm, nhiều nhụy Quả chè thường có ba van, chứa một hạt gần tròn, đôi khi nhăn nheo [27]

Cây chè có nguồn gốc từ Bắc Ấn Độ và Nam Trung Quốc Sau đó diện tích chè được mở rộng sang các quốc gia khác như Mianma, Thái Lan, Việt Nam,…Ở Việt Nam, chè được coi là cây công nghiệp dài ngày có giá trị kinh tế cao Vì thế, chè được trồng ở khắp mọi nơi nhưng tập trung chủ yếu nhất vẫn là vùng trung du miền núi phía Bắc và Tây Nguyên So với các vùng lãnh thổ khác trong nước thì hai vùng trên có nhiều điều kiện tự nhiên thuận lợi, rất thích hợp cho sự phát triển của cây chè [27]

Lá chè vừa hái trên cây, dùng để nấu nước uống thì được gọi là chè tươi Còn chè được sản xuất bằng cách sấy khô búp và lá non rồi sao thành chè khô để pha với nước đun sôi thì được gọi là chè xanh Quá trình làm chè đen hay chè

mạn thì phức tạp hơn nhiều bởi chúng đều phải trải qua quá trình lên men sau đó mới đến công đoạn phơi và sấy khô

Sản lượng chè của các nước trên Thế giới từ năm 2006 đến năm 2013 được thống kê trong bảng 1.2 [36]

Bảng 1.2: Sản lượng chè của các nước trên thế giới (đơn vị tính: nghìn tấn)

Thế giới 3891.2 4040.0 4364.7 4627.0 4784.5 5063.9 Viễn đông 2892.2 3089.7 3280.3 3579.1 3753.3 3965.6 Bangladesh 56.8 60.0 60.0 59.6 62.5 66.2 Trung Quốc

(Đại lục) 1150.5 1344.4 1475.1 1623.2 1789.8 1924.5

Ấn Độ 986.4 982.1 970.3 1119.7 1129.0 1200.4 Indonesia 150.3 156.9 156.6 150.8 150.9 152.7 Sri Lanka 311.3 291.2 331.4 327.5 328.4 343.1 Việt Nam 158.0 177.3 192.0 202.1 200.0 185.0 Các nước khác 78.9 77.8 94.8 96.2 92.7 93.8 Châu Phi 535.9 520.5 616.1 591.7 580.2 649.5 Burundi 6.6 6.7 6.9 7.0 8.7 8.8 Kenya 345.2 318.3 403.3 383.1 373.1 436.3 Malawi 44.9 52.6 51.6 47.1 42.5 46.5 Rwanda 19.1 20.5 22.2 24.1 24.7 25.2 Nam Phi 3.5 2.0 2.1 2.2 2.2 2.5 Tanzania 32.6 32.1 31.6 33.0 32.3 32.4 Uganda 42.4 51.0 59.4 56.3 57.9 58.3 Zimbabwe 12.4 7.3 8.6 8.4 8.5 8.5 Các nước khác 29.0 30.0 30.2 30.6 30.4 30.9

Mỹ La tinh và

Ca-ri-bê 97.7 89.8 107.4 107.8 98.3 95.0 Argentina 79.6 73.4 90.7 91.2 81.3 78.9 Brazil 8.5 7.6 7.7 7.7 7.8 7.0 Các nước khác 9.7 8.8 8.9 8.8 9.2 9.1

Vùng Cận Đông 255.1 238.2 262.0 251.1 251.5 253.5

Iran 41.4 39.6 27.0 29.5 26.5 26.5 Thổ Nhĩ Kỳ 213.7 198.6 235.0 221.6 225.0 227.0 Châu Đại Dương 7.1 7.2 7.2 6.6 6.4 6.5 Nhật Bản 94.7 86.0 83.0 82.1 85.9 84.7 Khoảng chừng 76-78% lượng chè sản xuất và tiêu thụ trên thế giới là chè đen, 20-22% là chè xanh, nhỏ hơn 2% là chè Ôlong [36]

1.2.2 Thành phần hoá học của lá chè tươi [2]

* Nước: Nước trong lá chè xanh chiếm từ 75 - 80%

* Tanin (hay flavanoit): Tanin hay còn gọi là hợp chất phenol trong đó có 90% là dạng catechin

Catechin chè là một trong những nhóm chất thuộc lớp flavanoit, có nhiều trong lá cây chè xanh Trong lá chè có chứa đến 20% tanin Tanin trong chè có tác dụng như một vitamin P, có tác dụng chống khuẩn và chống oxi hoá mạnh Tanin tồn tại trong cây chè xanh là các hợp chất catechin: epicatechin (EC), hoặc dưới dạng cấu trúc kết hợp với các nhóm axit gallic: (-)-epigallocatechin gallate (EGCG), (-)-epigallocatechin (EGC),

(-)-epicatechingallate (ECG), (-)-epicatechin (EC), (-)-gallocatechin gallate (GCG)…

O

OH HO

OH

O

OH

OH OH

HO

OH

EC (Epicatechin)

OH

OH OH

Các flavanoit còn có tác dụng chống oxi hóa (antioxidant) Đây là một trong những cơ sở sinh hóa quan trọng nhất để flavanoit thể hiện được hoạt tính sinh học của chúng Flavanoit có khả năng kìm hãm các quá trình oxi hóa dây chuyền sinh ra bởi các gốc tự do hoạt động Tuy nhiên, hoạt tính này thể hiện mạnh hay yếu phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo hóa học của từng chất flavanoit

lá chè tươi

Carmen Cabrera và cộng sự 2003 đã dùng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) để xác định các chất EGCG, EGC, ECG, EC, gallic acid và caffeine trong 45 mẫu chè do một số quốc gia sản xuất Kết quả thu được hàm

lượng các chất được trình bày trong bảng 1.3 [34].

Bảng 1.3: Hàm lượng EGCG, ECG, EC, GA, caffeine trong 45 mẫu chè nghiên cứu của Carmen Cabrera và cộng sự (đơn vị tính: mg/g)

mẫu EGCG EGC ECG EC GA caffeine

Chè xanh, SenCha (Nhật Bản) 3 73.3 32.1 10.4 14.1 0.7 38.3 Chè đen, Assam (Bắc Ấn độ) 3 27.9 3.9 11.5 7.4 2.5 47.4 Chè Ôlong (Trung Quốc) 3 11.8 7.3 3.1 3.5 1.2 29.1 Chè đen, Keemun (Trung

Quốc) 3 12.3 20.1 4.4 4.0 3.1 41.5 Chè đỏ (Nam Phi) 3 4.1 4.8 4.4 6.1 0.04 86.6 Chè đen, Ceylan (Sri Lanka) 3 17.8 6 41.7 9.5 6.6 3.6 61.8 Chè hương liệu cam, Earl Grey

(Trung Quốc) 3 12.5 40.7 9.6 4.9 6.7 48.9 Chè đen, English breakfast

(Sri Lanka) 3 30.1 33.7 13.5 9.1 2.8 67.4 Chè xanh, jasmine (Nhật Bản) 3 94.8 39.7 45.6 21.2 1.4 25.7 Chè xanh, Kokaicha (Nhật

Bản) 3 82.3 35.2 13.5 9.6 1.5 30.1 Chè đỏ, Pu-erh (Trung Quốc) 3 1.4 5.8 0.2 0.6 0.04 7.5 Chè đen, Darjeeling (Ấn Độ) 3 85.1 5.9 20.6 11.4 4.5 45.0 Chè xanh, Bancha (Nhật Bản) 3 84.2 45.3 14.4 13.8 0.7 28 Chè xanh, Paimutan (Trung

Quốc) 3 103.5 44.1 23.0 8.1 0.3 34.4 Chè xanh, gunpowder (Trung

Quốc) 3 77.1 24.3 14.8 9.8 0.8 37.4

Ghi chú: GA: gallic acid

Susanne M Henning et al (2003) đã xác định hàm lượng flavanol (bao gồm EGC, EC, ECG, EGCG), gallic acid, caffeine, GCG, Catechin gallate trong

11 mẫu chè đen và 8 mẫu chè xanh Trong chè xanh, hàm lượng flavanol từ 59,3

đến 103,2 mg/g chè đối với chè thông thường và từ 26,7 đến 52,2 mg/g chè đối với chè xanh đã loại bỏ caffeine Hàm lượng flavanol trong chè đen thông thường từ 21,2 đến 68,3 mg/g chè và từ 4,6 đến 5,4 mg/g chè đối với chè đen đã loại caffeine Trong chè đen hàm lượng flavanol ít hơn so với trong chè xanh [42]

Atomssa T và Gholap A V (2014) đã xác định hàm lượng tổng của các catechin (EGCG, EGC, ECG, EC) trong mẫu chè xanh Ethiopia và Sri Lanka bằng phương pháp trắc quang Kết quả thu được hàm lượng tổng các catechin trong chè xanh Ethiopia và Sri Lanka lần lượt là 17,14 ± 0,01 và 7,17 ± 0,12 phần trăm về khối lượng [32]

Trong chè còn chứa các kim loại như: Cu, Fe, Ni, Mo, Mn, Na, K, Mg,

Ca, Zn, Al, Cr [39]

1.2.3 Công dụng của cây chè

Khoảng 2000 năm trước Công nguyên, người ta đã biết đến công dụng của cây chè bởi trong chè có chứa chất cafein và theophyllin (C7H8N4O2) Đây là chất kích thích não, tim, hô hấp, lợi tiểu, dễ tiêu hóa Nó giúp chúng ta tăng cường sức lao động trí óc, tăng hô hấp, điều hòa nhịp đập của tim Tuy vậy, nếu chúng ta lạm dụng chè quá mức thì chè sẽ phản tác dụng Chè có thể gây độc mãn tính, mất ngủ, gầy yếu, mất cảm giác ngon miệng, rối loạn thần kinh [27]

Một tác dụng đặc biệt của chè xanh đó là làm giảm nguy cơ ung thư buồng trứng Theo nghiên cứu của các nhà khoa học Australia tiến hành tại Trung Quốc cho thấy phụ nữ uống trà xanh đều đặn hàng ngày giảm được 60% khả năng bị ung thư buồng trứng Kết luận này được các nhà khoa học Đại học Curtin ở Perth (Australia) và các nhà khoa học Trung Quốc đưa ra sau khi nghiên cứu trên 900 phụ nữ [52]

Chè xanh có tác dụng ngăn ngừa bệnh ung thư do chứa nhiều chất chống oxi hoá, đặc biệt là hợp chất polyphenol có tác dụng ngăn ngừa các gốc tự do phá hoại các DNA, các tế bào làm chậm quá trình phát triển của ung thư Một số polyphenol có khả năng giết chết các tế bào ung thư mà không đụng đến các tế bào lành Mới đây các nhà khoa học Anh đã khám phá thêm hai chất chống oxi

hoá khác có trong chè xanh để ức chế sự phát triển của căn bệnh ung thư đó là: EGCG (epigallocatchin gallate) và ECG (epicatechin gallate) [2].

1.3 Tổng quan về sự phân bố của cây chè tại xã Tà Xùa [5]

Tà Xùa là một xã vùng cao của Huyện Bắc Yên, Tỉnh Sơn La; cách trung tâm huyện 14,5 km có tổng diện tích đất tự nhiên 4.496,6 ha Phía Bắc giáp

xã Bản Mù, huyện Trạm Tấu, Tỉnh Yên Bái; phía Nam giáp xã Phiêng Ban huyện Bắc Yên Tỉnh Sơn La; phía Đông giáp xã Suối Tọ và xã Suối Bau huyện Phù Yên Tỉnh Sơn La; phía Tây giáp xã Làng Chếu và xã Xím Vàng huyện Bắc Yên Tỉnh Sơn La

Xã Tà Xùa có 8 bản bao gồm: Bản Tà Xùa A, Bản Tà Xùa C, Bản Khe Cải, Bản Mống Vàng, Bản Chung Trinh, Bản Bẹ, Bản Trò A, Bản Trò B

Trước đây, người dân trồng chè tự phát, không theo quy hoạch và không

áp dụng các quy trình kỹ thuật dẫn đến năng suất, chất lượng sản phẩm chưa cao Theo thời gian, số lượng cây chè cổ thụ giảm do già cỗi hoặc không được chăm sóc, bảo vệ tốt Hiện nay, cây chè phân bố chủ yếu ở các bản: Bản Bẹ, Bản Chung Trinh, Bản Mống Vàng, Bản Tà Xùa A và Bản Tà Xùa C với diện tích

135 ha Số lượng cây Chè cổ thụ không còn nhiều, theo điều tra khảo sát của chúng tôi cả xã Tà Xùa chỉ còn 3 cây chè cổ thụ có đường kính thân cây trên 40

cm phân bố ở Bản Bẹ 1 cây và Bản Mống Vàng 2 cây Bản Bẹ và Bản Chung Trinh có số lượng cây chè trồng lâu năm nhiều nhất

1.4 Tổng quan về phương pháp xác định hàm lượng Mn tổng số

1.4.1 Phương pháp cực phổ [10]

Là phương pháp dựa trên sự khử các ion kim loại xảy ra trên điện cực ở các thế khác nhau (catot Hg và trên catot khác) Nhờ việc theo dõi sự biến đổi giữa cường độ dòng điện và thế trong quá trình điện phân khi chất phân tích chuyển đến điện cực chỉ bằng khuếch tán Và tín hiệu thu được (cường độ dòng điện phân) sẽ cho tín hiệu phân tích định lượng vì cường độ dòng có quan hệ với nồng độ chất phản ứng ở điện cực

Có thể dùng dung môi nước hoặc khác nước Khoảng tối ưu của nồng độ cho phép đo cực phổ là 10-2 10-4 M Các dạng khác nhau của phép đo cực phổ

có thể cho phép xác định các nồng độ ở mức n.10-3 mg/l Thể tích có thể tiến hành phân tích dung dịch là 12 ml, thậm chí trong một giọt dung dịch (ứng với

sự xác định lượng chất từ một vài miligam tới vài nanogam) Sai số tương đối từ

23% (so với các phương pháp khác) Nói chung đây là phương pháp có thể dùng rộng rãi xác định định tính và định lượng nhiều chất với độ nhạy và độ chính xác, độ chọn lọc cao một cách nhanh chóng, kinh tế

Khi tiến hành phương pháp cực phổ định lượng dùng điện cực giọt Hg ta cần chú ý tới các yếu tố: nền cực phổ (chất điện ly trơ), nhiệt độ của dung dịch, hằng số mao quản của điện cực (chiều cao là tiết diện), dùng khí trơ để đuổi oxi, dùng chất hoạt động bề mặt (gietalin)

Một số công trình đã nghiên cứu:

Trần Hữu Hoan đã xác định Mn trong tro rong biển bằng phương pháp cực phổ với điện cực giọt thủy ngân sử dụng dung dịch nền KOH 1M + Trietanolamin 0,2M, khi đó độ nhạy của phương pháp có thể đạt tới 100ppm [11,18]

Bằng phương pháp này ta có thể xác định thủy ngân trên điện cực rắn (điện cực vàng (AuRDE)) Điện phân dung dịch chứa thủy ngân tại -0,37V trong thời gian 120 phút, ta có thể xác định thủy ngân ở nồng độ cỡ 0,1 ppm Ta có thể xác định đồng thời cả bốn nguyên tố (Hg, Pb, Cd, Cu) của mẫu trong môi trường đệm axetat với ba hệ điện cực: Điện cực thủy ngân treo HMDE, điện cực so sánh: Ag/AgCl và điện cực hỗ trợ Pt

Tuy nhiên do sự tồn tại của dòng tụ điện mà phương pháp này không thể phân tích các đối tượng ở hàm lượng vết Để khắc phục người ta dùng nhiều phương pháp để tăng độ nhạy như: Phương pháp phổ sóng vuông, cực phổ xung

vi phân…

Đặng Minh Ngọc và cộng sự của Viện Y học Lao động và Vệ sinh môi trường đã thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Y tế nghiên cứu phương pháp định lượng mangan, cadimi trong nước tiểu bằng phương pháp cực phổ xung vi phân để theo dõi sinh học cho các công nhân tiếp xúc với nguyên tố này [24]

1.4.2 Phương pháp von - ampe hòa tan

Phương pháp von - ampe hòa tan là một phương pháp điện hóa có độ nhạy cao, có khả năng xác định được nhiều ion kim loại có nồng độ nhỏ khoảng

10-6 ÷ 10-8 mol/l với sai số 5 ÷ 15% trong điều kiện tối ưu Phương pháp này cho phép xác định định lượng vết trong khoảng thời gian ngắn, kỹ thuật phân tích

đơn giản, tốn ít hóa chất, máy móc không phức tạp

Quá trình phân tích theo phương pháp Von - ampe hòa tan gồm ba bước: + Điện phân làm giàu chất phân tích trên bề mặt điện cực làm việc tại một thế phù hợp

+ Ngừng khuấy hoặc ngừng quay cực 1520 giây để đưa hệ từ trạng thái động đến trạng thái tĩnh

+ Hòa tan kết tủa đã được làm giàu trên điện cực hoạt động bằng cách phân cực ngược và ghi dòng von - ampe hòa tan Trong những điều kiện thích hợp, nồng độ của chất cần xác định sẽ tỉ lệ với chiều cao của pic thu được Dựa vào pic chuẩn và pic thu được sẽ xác định được nồng độ các chất [10]

1.4.3 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử (phương pháp trắc quang)

Phương pháp này dựa vào đo độ hấp thụ năng lượng ánh sáng của một chất xác định ở vùng phổ nhất định Trong phương pháp này các chất phân tích được chuyển thành các hợp chất có khả năng hấp thụ năng lượng ánh sáng (các phức màu) Đây là phương pháp sử dụng rộng rãi vì nó đơn giản, tiện lợi,

và cho độ nhạy và độ chính xác cao Giới hạn phát hiện 10-6 - 10-7 M Với việc xác định đồng thời có thể dung thuốc thử NaDDC trong dung môi CCl4 cho độ nhạy 0,2 - 0,4 mg/ml Có thể dùng dung môi CHCl3, cho bước sóng hấp thụ cực đại λ = 440 nm

Phương pháp trắc quang cho phép xác định nồng độ chất ở khoảng 10-5 –

10-7 M và là một trong những phương pháp được dùng phổ biến

Phương pháp trắc quang xác định mangan dựa trên việc đo mật độ quang của dung dịch chứa ion MnO4- các axit pyrophotphat manganit hoặc phức chất của mangan với thuốc thử hữu cơ Để oxi hóa Mn(II) lên peiodat và pesunfat

peiodat - Mn(II) - 1,10-phenantrolin [20]

Năm 2014, Các tác giả Đào Văn Bảy, Nguyễn Lệ Thúy và Đào Đình Thuần trong công trình công bố của mình trên Tạp chí Khoa học - Đại học Sư phạm Hà Nội đã xác định hàm lượng mangan trong thép bằng phương pháp trắc quang sử dụng thuốc thử formaldoxim

Phản ứng tạo phức như sau:

4Mn2+ + O2 + 12(H2C=N-OH) → Mn(O-N=CH2)3 + 8H+ + 2H2O

Phức Mn(O-N=CH2)3có màu đỏ-da cam, hấp thụ cực đại ở bước sóng λ = 460

nm [1] Phương pháp phân tích trắc quang tuy kỹ thuật và phương tiện máy móc đơn giản, độ lặp lại của phép đo cao nhưng độ nhạy và độ chính xác không cao lắm

1.4.4 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử [15]

Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử có độ nhạy và độ chọn lọc tương đối cao Vì vậy, đây là phương pháp được dùng trong nhiều lĩnh vực để xác định lượng vết các kim loại Đặc biệt là trong phân tích các nguyên tố vi lượng, trong các đối tượng mẫu y học, sinh học, nông nghiệp, kiểm tra hoá chất có độ tinh khiết cao

Sự xuất hiện phổ hấp thụ nguyên tử

Khi ở trạng thái cơ bản nguyên tử không thu, không phát ra năng lượng dưới dạng các bức xạ Đó là trạng thái bền vững và nghèo năng lượng nhất của nguyên tử Nhưng khi nguyên tử ở trạng thái hơi tự do, nếu ta chiếu một chùm

tia sáng có những bước sóng xác định vào đám hơi nguyên tử tự do đó, thì các nguyên tử tự do đó sẽ hấp thụ các bức xạ có bước sóng nhất định ứng đúng với những tia bức xạ mà nó có thể phát ra được trong quá trình phát xạ của nó Lúc này nguyên tử đã nhận năng lượng của các tia bức xạ chiếu vào nó và nó chuyển lên trạng thái kích thích có năng lượng cao hơn trạng thái cơ bản Đó chính là tính chất đặc trưng của nguyên tử ở trạng thái hơi Quá trình đó được gọi là quá trình hấp thụ năng lượng của nguyên tử ở trạng thái tự do và tạo ra phổ hấp thụ nguyên tử của nguyên tố đó

Nếu gọi năng lượng của tia sáng đã bị nguyên tử hấp thụ là thì chúng

ta có:

 m o

ΔE =  E – E  = hν   hay là = h.c /λ Trong đó Eo và Em là năng lượng của nguyên tử ở trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích m; h là hằng số plank; c là tốc độ ánh sáng trong chân không ; λ là độ dài sóng của vạch phổ hấp thụ

Như vậy, ứng với mỗi giá trị năng lượng  mà nguyên tử đã hấp thụ ta

sẽ có một vạch phổ hấp thụ với độ dài sóng i đặc trưng cho quá trình đó, nghĩa

là phổ hấp thụ của nguyên tử cũng là phổ vạch Nhưng nguyên tử không hấp thụ tất cả các bức xạ mà nó có thể phát ra được trong quá trình phát xạ Quá trình hấp thụ chỉ xảy ra đối với các vạch phổ nhạy, các vạch phổ đặc trưng và các vạch phổ cuối cùng của các nguyên tố đó Cho nên đối với các phổ đó quá trình hấp thụ và phát xạ là hai quá trình ngược nhau Nếu giá trị năng lượng là dương ta có quá trình phát xạ; ngược lại nếu giá trị là âm ta có quá trình hấp thụ Chính vì thế tùy theo từng điều kiện cụ thể của nguồn năng lượng dùng để nguyên tử hóa mẫu và kích thích nguyên tử mà quá trình nào xảy ra là chính, nghĩa là nếu kích nguyên tử:

- Bằng năng lượng Em ta có phổ phát xạ nguyên tử

- Bằng chùm tia đơn sắc ta có phổ hấp thụ nguyên tử

Nguyên tắc của phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)

Trong điều kiện thường, nguyên tử không thu cũng không phát ra năng lượng dưới dạng các bức xạ, lúc này nguyên tử ở trạng thái cơ bản Nhưng khi

nguyên tử ở trạng thái hơi tự do, nếu chúng ta kích thích nó bằng 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 thì chúng sẽ hấp thụ các tia sáng đó và sinh ra phổ hấp thụ nguyên tử

Như vậy, phổ hấp thụ nguyên tử chỉ được sinh ra khi nguyên tử tồn tại ở trạng thái khí tự do và ở mức năng lượng cơ bản.Vì thế muốn thự hiện được phép đo phổ hấp thụ nguyên tử của một nguyên tố cần thực hiện một số quá trình sau:

Chọn các điều kiện và loại trang bị phù hợp đẻ chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn hay dung dịch) thành trạng thái hơi của các nguyên tử tự

do

Chiếu chùm tia sáng bức xạ đặc trưng của các 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 đó sẽ hấp thụ những tia bức xạ nhất định và tạo ra phổ hấp thụ của nó Ở đây phần cường độ của chum tia sáng đã bị một oại nguyên tử hấp thụ là phụ thuộc vào nồng độ của nó ở môi trường hấp thụ Nguồn cung cấp chùm tia sáng phát xạ của nguyên tố cần nghiên cứu gọi là nguồn phát xạ đơn sắc hay bức xạ cộng hưởng

Nhờ một hệ thống máy quang phổ người ta thu toàn bộ chùm sáng sau khi

đi qua môi trường hấp thụ, phân li chúng thành phổ và chọn một vạch phổ cần

đo của nguyên tố phân tích hướng vào khe đo 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 của nguyên tố cần phân tích theo phương trình:

A= k.C.l Trong đó: A: Cường độ vạch phổ hấp thụ

k: hằng số thực nghiệm l: bề dày lớp hấp thụ C: nồng độ nguyên tố cần xác định

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 điểm và nhược điểm nhất định:

y học, sinh học, nông nghiệp, kiểm tra các hóa chất có độ tinh khiết cao

- Đồng thời do có độ nhạy cao nên nhiều trường hợp không phải làm giàu nguyên tố cần xác định trước khi phân tích Do đó tốn ít mẫu, tốn ít thời gian, không cần phải dùng nhiều hóa chất tinh khiết cao khi làm giàu mẫu Mặt khác cũng tránh được sự nhiễm bẩn mẫu khi xử lý qua các giai đoạn phức tạp Đó cũng là một ưu điểm lớn của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử

- Ưu điểm thứ ba của phương pháp này là các động tác thực hiện nhẹ nhàng Các kết quả phân tích lại có thể ghi lại trên giấy hay bản đồ để lưu giữ lại sau này Cùng với trang thiết bị hiện nay người ta có thể xác định đồng thời hay liên tiếp nhiều nguyên tố trong mẫu Các kết quả phân tích lại rất ổn định, sai số rất nhỏ

- Trong nhiều trường hợp sai số không quá 15% với vùng nồng độ cỡ 1-2 mg/l Hơn nữa, bằng sự ghép nối với máy tính cá nhân và các phần mềm thích hợp, kết quả phân tích sẽ nhanh và dễ dàng hơn, lưu lại đường chuẩn cho các lần sau

- Bên cạnh những ưu điểm, phép đo phổ hấp thụ nguyên tử cũng có những hạn chế nhất định Điều hạn chế trước hết là muốn thực hiện phép đo này cần phải có một hệ thống máy AAS tương đối đắt tiền, do đó nhiều cơ sở nhỏ không

đủ điều kiện để xây dựng phòng thí nghiệm và mua sắm trang thiết bị

- Mặt khác, cũng chính do phép đo có độ nhạy cao, cho nên sự nhiễm bẩn có ảnh hưởng rất lớn đển kết quả phân tích hàm lượng vết Vì thế môi trường không khí trong phòng thí nghiệm phải không có bụi Các dụng cụ phải sạch, hóa chất dùng trong phép đo phải có độ tinh khiết cao Mặt khác, trang thiết bị máy móc khá phức tạp nên cần phải có kĩ sư có trình độ cao để vận hành máy và bảo dưỡng

- Nhược điểm chính của phương pháp phân tích này là 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

Trang thiết bị của phép đo AAS

Hệ thống máy đo phổ hấp thụ nguyên tử phải bao gồm các phần cơ bản sau đây:

1 Nguồn phát tia phát xạ cộng hưởng của nguyên tố phân tích (vạch phổ

phát xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích), để chiếu vào môi trường hấp thụ chứa các nguyên tử tự do của nguyên tố Đó là các đèn canh rỗng (HCL), các đèn phóng điện không điện cực (EDL), hay nguồn phát bức xạ liên tục đã được biến điệu

- Đèn catot rỗng (Hollow Cathode Lamp - HCL)

- Đèn phóng điện không điện cực (Electrodeless Discharge Lamp - EDL)

- Đèn phát phổ liên tục đã biến điệu (Deuterium Hollow Cathode Lamp - D2)

2 Hệ thống nguyên tử hoá mẫu phân tích

Để nguyên tử hóa mẫu, trong phép đo phổ hấp thụ nguyên tử người ta thường dùng hai kĩ thuật khác nhau:

- Kỹ thuật nguyên tử hoá bằng ngọn lửa (F - AAS): Theo kỹ thuật này người ta dùng năng lượng nhiệt của ngọn lửa đèn khí để hoá hơi và nguyên tử hoá mẫu phân tích Vì thế mọi quá trình xảy ra trong khi nguyên tử hoá mẫu phụ thuộc vào các đặc trưng và tính chất của ngọn lửa đèn khí, nhưng chủ yếu là nhiệt độ của ngọn lửa Đó là yếu tố quyết định hiệu suất nguyên tử hoá mẫu phân tích, và mọi yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ của ngọn lửa đèn khí đều ảnh