Phương pháp phân tích phổ nguyên tử và ứng dụng (2017)

Nếu dùng máy quang phổ để thu chùm phát xạ đó, phân li và ghi lại các chùmtia phát xạ do nguyên tử phát ra ta sẽ được một dải phổ từ sóng ngắn đến sóng dài.Đó là phổ phát xạ của ng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHOA VẬT LÝ

TRỊNH THỊ LAN HƯƠNG

PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHỔ NGUYÊN TỬ

VÀ ỨNG DỤNG Chuyên ngành: Vật lý chất rắn

KHÓA LUẬN TÔT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Đình Trọng

Hà Nội, 2017

i

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất tớithầy giáo – PGS.TS Lê Đình Trọng với sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầytrong suốt quá trình làm khóa luận

Em cũng xin cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa vật lý Trường đại học sưphạm Hà Nội 2 đã tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn này

Cuối cùng em xin được cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên, khích lệ và tạođiều kiện để em có thể hoàn thành khóa luận một cách tốt nhất

Hà Nội, tháng 4 năm 2017

Sinh viên thực hiện

Trịnh Thị Lan Hương

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan khóa luận là kết quả nghiên cứu của riêng tôi.

Trong khi nghiên cứu tôi đã kế thừa nghiên cứu của các nhà khoa học, các nhà nghiên cứu với sự trân trọng và biết ơn.

Những kết quả nêu trong khóa luận chưa được công bố trên bất kỳ công trình nào khác.

Hà Nội, tháng 4 năm 2017

Sinh viên thực hiện

Trịnh Thị Lan Hương

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mở đầu

Nội dung

MỤC LỤC

Trang

Chương 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHỔ

NGUYÊN TỬ 3

1.1 Vài nét về lịch sử phổ 3

1.2 Sự phân loại phổ 4

1.2.1 Sự phân chia theo đặc trưng của phổ 4

1.2.2 Sự phân chia theo độ dài sóng 5

1.3 Sự xuất hiện phổ nguyên tử 6

1.3.1 Tóm tắt về cấu tạo nguyên tử 6

1.3.2 Sự xuất hiện phổ phát xạ và hấp thụ nguyên tử 7

1.4 Khái quát về phương pháp phân tích phổ nguyên tử 9

1.4.1 Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử 10

1.4.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử 11

Chương 2 ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH QUANG PHỔ PHÁT XẠ VÀ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ 12

2.1 Đại cương về phân tích phổ phát xạ nguyên tử AES 12

2.1.1 Nguyên tắc của phép đo phổ phát xạ nguyên tử 12

2.1.2 Đối tượng của phép đo phổ phát xạ 13

2.1.3 Nguồn kích thích phổ phát xạ nguyên tử 13

2.1.4 Máy đo phổ phát xạ 26

2.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo phổ phát xạ nguyên tử 29

2.1.6 Ưu điểm và nhược điểm của phép đo phổ phát xạ 31

2.2 Đại cương về phương pháp quang phổ hấp thụ 31

2.2.1 Nguyên tắc của phép đo phổ hấp thụ 31

2.2.2 Đối tượng của phép đo phổ hấp thụ 32

2.2.3 Nguồn phát bức xạ đơn sắc 33

2.2.4 Máy đo phổ hấp thụ 37

2.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo phổ hấp thụ 40

2.2.6 Ưu điểm và nhược điểm của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử 42

Chương 3 ỨNG DỤNG 44

3.1 Ứng dụng của phép đo phổ phát xạ nguyên tử AES 44

3.1.1 Khả năng và phạm vi ứng dụng 44

3.1.2 Ứng dụng phân tích định tính bằng AES 45

3.2 Ứng dụng của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử AAS 47

3.2.1 Khả năng và phạm vi ứng dụng 47

3.2.2 Ứng dụng của phương pháp nguyên tử hóa bằng ngọn lửa ………48

KẾT LUẬN 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Trong thời đại công nghiệp và đô thị hóa hiện nay, môi trường sống của chúng ta

bị ô nhiễm trầm trọng Các chất thải từ các khu công nghiệp, các phương tiện giaothông vào không khí, nước, đất, thực phẩm chứa một lượng lớn các kim loại nặngđộc hại Chúng xâm nhập vào cơ thể người, động vật qua đường hô hấp, ăn uốngdẫn đến sự nhiễm độc Bên cạnh đó các nhà khoa học cũng chỉ ra rằng nhiềunguyên tố kim loại tham gia vào thành phần cấu trúc và quan trọng đối với cơ thểsống và con người Sự thiếu hụt của nhiều nguyên tố kim loại vi lượng trong các cơthể người như: canxi trong xương, sắt trong máu, phốt pho trong nhân tế bào lànhững nguyên nhân dẫn đến suy nhược cơ thể và bệnh tật Do đó việc nghiên cứucác kim loại cần thiết cũng như các kim loại độc hại trong môi trường nhằm đề racác biện pháp bảo vệ và chăm sức khỏe cộng đồng là vô cùng quan trọng Vậy câuhỏi đặt ra là làm thế nào để biết được sự có mặt của các nguyên tố kim loại trongcác đối tượng vật chất khác nhau?

Phương pháp nghiên cứu quang phổ nguyên tử ra đời đã đáp ứng được yêucầu đó Nó nghiên cứu cấu trúc vật chất dựa vào quang phổ được ứng dụng rộng rãitrong nhiều lĩnh vực: khoa học kĩ thuật, y học, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp,địa chất Nhờ phương pháp này ta xác định được các kim loại Ví dụ như Cr, Ni,

Cu trong nước tiểu, Fe trong máu Xác định được các nguyên tố Cd, Cu, Mo,Zntrong nước biển Trong thiên văn cũng nhờ nghiên cứu quang phổ mà biết đượcthành phần cấu tạo của mặt trời và các vì sao

Hiện nay hai phương pháp phân tích quang phổ đang được sử dụng phổ biến

là phân tích phổ phát xạ (AES) và hấp thụ nguyên tử (AAS) Nó là một trong nhữngcông cụ đắc lực để xác định các kim loại độc hại trong nghiên cứu bảo vệ môitrường Ở nước ta phương pháp phân tích phổ phát xạ và hấp thụ nguyên tử cũng đã

được phát triển và ứng dụng trong hơn hai chục năm nay Từ tầm quan trọng đó củaphương pháp phân tích quang phổ phát xạ và hấp thụ nguyên tử mà em chọn đề tài

“ Phương pháp phân tích phổ nguyên tử và ứng dụng ’’

2 Mục đích nghiên cứu

- Tìm hiểu về phương pháp phân tích quang phổ nguyên tử

- Tìm hiểu về ứng dụng của phương pháp quang phổ nguyên tử

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Cơ sở lý thuyết của sự xuất hiện phổ phát xạ và hấp thụ nguyên tử

- Các nguyên tắc cơ bản của phương pháp phân tích phổ phát xạ và hấp thụnguyên tử

- Những ứng dụng cơ bản của chúng trong các lĩnh vực nghiên cứu

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của phương pháp quang phổ nguyên tử

- Nghiên cứu về ứng dụng của phương pháp này

5 Phương pháp nghiên cứu

Thu thập và nghiên cứu tài liệu

Tổng hợp lại những vấn đề cơ bản về phương pháp này và ứng dụng của nó, từ

đó đi đến kết luận

6 Cấu trúc khóa luận

Chương 1: Cơ sở lý thuyết của phương pháp phân tích quang phổ nguyên tử.Chương 2: Đại cương về phương pháp phân tích phổ phát xạ và hấp thụ

Chương 3: Ứng dụng

Năm 1800, nhà thiên văn học Sir William Herschel đã làm thí nghiệm với lăngkính, bìa giấy và nhiệt kế với bóng sơn đen để quan sát sự gia tăng nhiệt độ khi ông

di chuyển từ ánh sáng màu tím đến ánh sáng đỏ trong cầu vồng tạo ra từ ánh sángmặt trời qua lăng kính Ông đã phát hiện ra rằng điểm nóng nhất thực sự nằm phíatrên ánh sáng đỏ Bức xạ phát nhiệt này không thể nhìn thấy được, ông đặt tên chobức xạ không nhìn được này là “tia nhiệt” (calorific ray) mà ngày nay chúng ta gọi

nó là tia hồng ngoại

Năm 1801, Ritter quyết định làm lại thí nghiệm của Herschel, tuy nhiên mụcđích chính của ông là quan sát xem tốc độ làm cho giấy bạc clorua chuyển màu củatất cả các ánh sáng có giống nhau hay không Ritter phát hiện ra rằng tia hồng ngoạigần như không thể làm cho giấy chuyển màu và tia có ánh sáng màu tím làm chogiấy chuyển màu nhanh nhất

Năm 1802, William Hyde Wollatson phát hiện ra những vạch sẫm rất mảnhcắt ngang phổ của ánh sáng mặt trời Sau đó 12 năm Joseph Von Fraunhofer đã giảithích được nguyên nhân của những vạch tối đó là do các chất khí của mặt trời đãhấp thụ ánh sáng

Từ năm 1860 đến 1861, nhà khoa học Robert Wilhelm Eberhard Bunsen cùngvới Gustav Kirchhoff đã so sánh được bước sóng của những vạch Frauhofer khinghiên cứu quang phổ phát xạ của nguyên tố bị nung nóng và phát hiện ra natri, sắt,magie, cacium, crom và những kim loại khác trên mặt trời Trong những thí nghiệmnày họ cũng phát hiện ra hai nguyên tố mới là caesium và rubidium

Năm 1865, lí thuyết điện từ của Jonh Clerk Maxwell khẳng định lại lần nữatính chất sóng của ánh sáng Đặc biệt lý thuyết này kết nối các hiện tượng quanghọc với các hiện tượng điện từ học cho thấy ánh sáng chỉ là trường hợp riêng củasóng điện từ

Năm 1900, thuyết lượng tử ánh sáng của Planck ra đời ánh sáng hay bức xạnói chung gồm những lượng tử năng lượng E được gọi là photon, phát ra từ nguồn

sáng Lượng tử ánh sáng E được tính theo hệ thức do Planck đề xướng: E = hv (v là

tần số bức xạ)

Năm 1919, Johannes Stark nghiên cứu ra hiệu ứng Doppler trong ánh sáng và

sự tách các vạch phổ dưới tác dụng của từ trường

Từ năm 1900 đến nay hơn 25 giải Nobel được trao cho các nhà khoa họcnghiên cứu về quang phổ

1.2 Sự phân loại phổ

Tuỳ theo quan niệm dựa theo điều kiện kích thích phổ, phương tiện thu ghi vàquan sát phổ, cũng như bản chất của quá trình sinh ra phổ mà người ta có một sốcách phân chia cơ bản sau:

1.2.1 Sự phân chia theo đặc trưng của phổ

Theo cách này người ta có những phổ quang học sau:

- Phổ nguyên tử, gồm có: phổ phát xạ nguyên tử, phổ hấp thụ nguyên tử, phổ

huỳnh quang nguyên tử Đây là phổ do sự chuyển mức năng lượng của các điện tửhóa trị của nguyên tử ở trạng thái khí (hơi) tự do, khi bị kích thích mà sinh ra

- Phổ phân tử, gồm có: phổ hấp thụ phân tử trong vùng UV-VIS, phổ hồng

ngoại (IR và NIR), phổ tán xạ Raman Phổ này được quyết định bởi các điện tử hóatrị của nguyên tử ở trong phân tử, đó là những điện tử hóa trị nằm trong liên kết hay

một cặp còn tự do, chuyển mức năng lượng khi bị kích thích

- Phổ Rơn-ghen (tia X), là phổ của điện tử nội của nguyên tử, gồm có: phổ

phát xạ tia X, phổ huỳnh quang tia X, phổ nhiễu xạ tia X

- Phổ cộng hưởng từ, gồm có: cộng hưởng từ điện tử (ERMS), cộng hưởng từ

proton hay hạt nhân (NRMS)

- Phổ khối, phổ này được quyết định bởi khối lượng của các Ion phân tử hay

các mảnh Ion của chất phân tích bị cắt ra (tỉ số m/z)

1.2.2 Sự phân chia theo độ dài sóng

Như chúng ta đã biết, bức xạ điện từ có đủ mọi bước sóng, từ sóng dài hàngngàn mét đến sóng ngắn vài micromet hay nanomet Do đó phổ của bức xạ điện từđầy đủ phải chứa hết tất cả các vùng sóng đó Nhưng trong thực tế không có mộtdụng cụ quang học nào có thể có khả năng thu nhận, phân li hay phát hiện đượctoàn bộ vùng phổ như thế Vì thế người ta chia phổ điện từ thành nhiều miền (vùngphổ) khác nhau Đó là nguyên tắc của cách chia thứ hai này (Bảng 1.1)

Trên đây là hai cách phân chia chính hay được sử dụng.Sự phân chia này cótính chất giới thiệu chung toàn bộ vùng phổ Trong khóa luận này em chỉ đề cập đếnphổ nguyên tử với hai phương pháp phân tích phổ nguyên tử hấp thụ và phát xạ

Bảng 1.1: Sự phân chia phổ theo độ dài sóng

1.3 Sự xuất hiện phổ nguyên tử

1.3.1 Tóm tắt về cấu tạo nguyên tử

Nguyên tử của mọi nguyên tố hóa học đều gồm một hạt nhân nguyên tử và cácelectron (điện tử) Hạt nhân chiếm thể tích rất nhỏ trong không gian của nguyên tử(khoảng 1/10.000 thể tích nguyên tử), nhưng lại chiếm hầu như toàn bộ khối lượng

chỉ chiếm khoảng 10-12 cm Như vậy, lớp vỏ của nguyên tử ngoài hạt nhân là rấtrộng, nó chính là không gian chuyển động của điện tử Sự chuyển động của điện tửtrong không gian này rất phức tạp Song trong một điều kiện nhất định và một cáchtương đối, người ta vẫn thừa nhận các điện tử chuyển động trong không gian củanguyên tử theo các quỹ đạo (orbital) Nhưng theo quan điểm hiện đại của cơ lượngtử thì đó là các đám mây electron

Trong lớp vỏ nguyên tử, điện tử phân bố thành từng lớp ứng với số lượng tửchính của nguyên tử n (n = 0, 1, 2,…) Trong từng lớp lại có nhiều quỹ đạo ứng với

số lượng tử phụ ℓ (ℓ = 0, 1,…, n-1) của nguyên tử Đó là các phân lớp (s, p, d, f).Các điện tử chuyển động trên các orbital càng gần hạt nhân thì có năng lượng càngthấp và năng lượng của chúng theo thứ tự tăng dần từ trong ra ngoài trong lớp vỏelectron được xác định bởi qui tắc

Klechkowski Các điện tử hoá trị ở lớp

ngoài cùng của nguyên tử là nhân tố

tạo ra phổ phát xạ và hấp thụ nguyên

tử

Theo nguyên lí vững bền thì điện

tử bao giờ cũng chiếm và làm đầy

những quỹ đạo có mức năng lượng

thấp trước Sau đó mới đến những quỹ

đạo có mức năng lượng cao hơn Thứ

cấu tạo nguyên tử, các nguyên tử chỉ có thể có một số mức năng lượng gián đoạn

1.3.2 Sự xuất hiện phổ phát xạ và hấp thụ nguyên tử

Trong điều kiện bình thường, nguyên tử ở trạng thái cơ bản không thu và cũngkhông phát năng lượng dưới dạng các bức xạ Đây là trạng thái bền vững và nghèonăng lượng Nhưng nếu chúng ta hoá hơi vật chất, để đưa các nguyên tử đến trạngthái hơi tự do và cung cấp cho đám hơi đó một năng lượng phù hợp, thì nguyên tửsẽ chuyển lên trạng thái có năng lượng cao hơn, gọi là trạng thái kích thích đặc biệt

là các điện tử hoá trị của nó sẽ chuyến lên mức năng lượng cao hơn theo sơ đồ:

Ao + ΔE → A*

(Cơ bản) (Bị kích thích)

Hình 1.2 Quá trình phát xạ và hấp thụ

nguyên tử có xu hướng trở về trạng thái có mức năng luợng thấp hơn, lúc nàynguyên tử sẽ giải phóng năng lượng dưới dạng bức xạ điện từ (bxđt) bao gồm nhiềutia đơn sắc có bước sóng khác nhau nằm trong dải phổ quang học (190 – 1100nm) Bức xạ này chính là phổ phát xạ của nguyên tử, nó có tần số được tính theocông thức:

E  (En  Eo )  h (1.1)

hay ΔE = h.c/λ (1.2)

Nếu dùng máy quang phổ để thu chùm phát xạ đó, phân li và ghi lại các chùmtia phát xạ do nguyên tử phát ra ta sẽ được một dải phổ từ sóng ngắn đến sóng dài.

Đó là phổ phát xạ của nguyên tử của các nguyên tố và nó là phổ vạch Nhữngnguyên tố nào có số điện tử nhiều, có nhiều năng lượng và nhiều lớp điện tử, sốđiện tử hoá trị càng nhiều, thì số vạch phổ phát xạ nhiều Ví dụ như Fe, Mn, Ni,

Ce,

Như vậy, phổ phát xạ nguyên tử là sản phẩm sinh ra do sự tương tác vật chất,

mà ở đây là các nguyên tử tự do ở trạng thái khí với một nguồn năng lượng nhiệt, điện, phù hợp nhất định Trong tập hợp các vạch phổ thì mỗi nguyên tử có những vạch đặc trưng riêng Nghĩa là mỗi nguyên tố thì quang phổ của chúng có độ dài sóng đ ặc trưng và riêng biệt[1].

Ví dụ: Khi bị kích thích, nguyên tử Al phát ra vạch đặc trưng trong vùng UV308,215 – 309,271nm; nguyên tử Cu phát ra vạch đặc trưng trong vùng UV 324,754– 327,396 nm

Nhưng trong nguồn sáng, không phải chỉ có nguyên tử tự do bị kích thích, màphát xạ của nó Tất nhiên, mức độ khác nhau tùy thuộc vào khả năng kích thích củanguồn năng lượng Vì vậy, phổ phát xạ của vật mẫu luôn bao gồm ba thành phần:

- Nhóm phổ vạch: Đó là phổ của nguyên tử và ion.

- Nhóm phổ đám: Đó là phổ phát xạ của các phân tử và nhóm phân tử.

- Phổ nền liên tục: Đây là phổ của vật rắn bị đốt nóng phát ra, phổ của ánh

sáng trắng và phổ do sự bức xạ riêng của điện tử

Ba loại phổ trên xuất hiện đồng thời khi kích thích mẫu phân tích và trongphân tích quang phổ phát xạ nguyên tử người ta phải tìm cách loại bớt phổ đám vàphổ nền Đó là hai yếu tố nhiễu

Một đặc điểm quan trọng nữa là khi nguyên tử ở trạng thái hơi tự do, nếu tachiếu một chùm tia sáng có những bước sóng (tần số xác định) vào đám hơi nguyêntử đó, thì các nguyên tử tự do đó sẽ hấp thụ các bức xạ có bước sóng nhất định ứngđúng 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 thía 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 được gọi là quá trình

hấp thụ năng lượng của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi và tạo ra phổ nguyên tử của nguyên tố đó Phổ sinh ra trong quá trình này được gọi là phổ hấp thụ nguyên

tử [1].Nếu gọi năng lượng của bxđt đã bị nguyên tử hấp thu là ε = hυ thì ta có:

ε = hυ = ΔE = Em – E0 (1.3)hay: ΔE = h.c/λ (1.4)

của nguyên tử; λ là bước sóng của vạch phổ hấp thụ

Như vậy, ứng với mỗi giá trị năng lượng ΔE; mà nguyên tử đã hấp thụ ta sẽ cómột vạch phổ hấp thụ với độ dài sóng đặc trưng cho quá trình đó, nghĩa là phổ hấpthụ 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 cuối cùng của các nguyên tố Cho nên đối với các vạch phổ đó quá trình hấp thụ và phát xạ là hai quá

trình ngược nhau Trong phương trình (1.1), nếu giá trị ΔE là dương ta có quá trìnhphát xạ, nếu giá trị ΔE là âm ta có quá trình hấp thụ

Tùy theo từng điều kiện cụ thể để nguyên tử hóa mẫu và kích thích nguyên tử

mà quá trình nào xảy ra là chính, cụ thể là: Nếu kích thích nguyên tử bằng nănglượng nhiệt ta có phổ phát xạ nguyên tử; Nếu kích thích nguyên tử bằng chùm tiađơn sắc ta có phổ hấp thụ nguyên tử

1.4 Khái quát về phương pháp phân tích phổ nguyên tử

Phương pháp phân tích quang phổ là phương pháp nghiên cứu sự tương táccủa bức xạ ánh sáng trên chất khảo sát hoặc sự hấp thụ các bức xạ dưới một tácđộng hóa lý nào đó, được sử dụng rất phổ biến trong việc phân tích các khoáng vật,

nó xem xét màu nào đậm nhất trong vạch qu a ng phổ để xác định ra thành phần hóahọc

của khoáng vật đó tạo điều kiện thuận lợi cho việc tinh chế đơn c hất từ khoángvật

Để xác định chính xác sự có mặt của một nguyên tố thì người ta phải chọn ítnhất 2 vạch chứng minh khi quan sát phổ của mẫu phân tích Các vạch phổ này phảithỏa mãn một số điều kiện sau:

- Những vạch phổ này phải rõ ràng không trùng lẫn với vạch của các nguyên

tố khác nhất là nguyên tố có nồng độ lớn

- Nó phải là những vạch phổ nhạy để có thể phát hiện được những nguyên tốtrong mẫu có nồng độ nhỏ (phân tích lượng vết)

Hình 1.3 Sơ đồ khái quát phân tích phổ nguyên tử

1.4.1 Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử

Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử AES (Atomic EmisionSpectrometry ) là một phương pháp phân tích hóa học sử dụng cường độ ánh sángphát ra từ ngọn lửa, plasma, hồ quang hoặc tia lửa ở một bước sóng đặc biệt để xácđịnh số lượng của một nguyên tố trong một mẫu Bước sóng của dải phổ nguyên tửcho phép nhận dạng nguyên tố, trong khi cường độ của ánh sáng phát ra tỷ lệ thuậnvới số nguyên tử của nguyên tố

Trong phương pháp AES, mẫu được đưa tới nhiệt độ đủ cao để không nhữngtách các nguyên tử ra mà còn gây ra một lượng đáng kể sự kích thích do va chạmcủa các nguyên tử trong mẫu Việc phát các bxđt trong miền ánh sáng quang họccủa nguyên tử là do sự thay đổi trạng thái năng lượng của nguyên tử

1.4.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS (Atomic AbsorptionSpectrometry) là một quá trình phân tích để xác định định lượng các nguyên tố hóahọc sử dụng sự hấp thụ của bức xạ quang học (ánh sáng) bởi các nguyên tử tự dotrong trạng thái khí

Trong phương pháp AAS, tia sáng có bước sóng đặc trưng của nguyên tố cầnnghiên cứu được chiếu qua đám hơi của nguyên tử này Sau đó một vài tia sáng bịhấp thụ bởi những nguyên tử của nguyên tố đó Lượng tia sáng bị hấp thụ bởinguyên tử được đo và sử dụng để xác định nồng độ của các nguyên tử trong mẫu.Các nguyên tử tự do sẽ hấp thụ bức xạ điện từ tuân theo định luật hấp thụ bức

xạ (định luật Bouguer – Lambert – Beer):

A  lg I 0

độ ánh sáng trước và sau khi bị nguyên tử tự do hấpthụ; ε là hệ số hấp thụ mol phântử, phụ thuộc bước sóng λ (L.mol-1.cm-1); ℓ là độ dày lớp hơi nguyên tử mà ánhsáng đi qua (cm)

Chương 2 ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH QUANG PHỔ

PHÁT XẠ VÀ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ

2.1 Đại cương về phân tích phổ phát xạ nguyên tử AES

2.1.1 Nguyên tắc của phép đo phổ phát xạ nguyên tử

Từ việc nghiên cứu nguyên nhân xuất hiện phổ phát xạ, chúng ta có thể khái quát phương pháp phân tích dựa trên cơ sở đo phổ phát xạ của nguyên tử phải baogồm các bước cơ bản sau:

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý của phương pháp AES

Bước 1: Mẫu phân tích cần được chuyển thành hơi (khí) của nguyên tử hayIon tự do trong môi trường kích thích Đó là quá trình hóa hơi hay nguyên tử hóamẫu Sau đó dùng nguồn năng lượng phù hợp kích thích đám hơi đó để chúng phát

xạ Quá trình này được gọi là kích thích phổ của mẫu

Bước 2: Thu, phân li và ghi toàn bộ phổ phát xạ của vật mẫu nhờ máy quangphổ

Bước 3: Đánh giá phổ đã ghi về mặt định tính và định lượng theo những yêu

cầu đã đặt ra Đây là công việc cuối cùng của phép đo.

2.1.2 Đối tượng của phép đo phổ phát xạ

Người ta sử dụng phương pháp phân tích phổ phát xạ nguyên tử để phân tíchđịnh tính, định lượng các nguyên tố hóa học thuộc các loại mẫu rắn, mẫu dung dịch,mẫu bột, mẫu quặng, mẫu khí Tuy phân tích nhiều đối tượng nhưng thực chất làxác định các kim loại là chính nghĩa là các nguyên tố có phổ phát xạ nhạy, khi đượckích thích bằng một nguồn năng lượng thích hợp; sau đó là một vài á kim như Si, P,

C Vì vậy, đối tượng chính của phương pháp phân tích dựa theo phép đo phổ phát

xạ của nguyên tử là các kim loại nồng độ nhỏ trong các loại mẫu khác nhau.

Với đối tượng á kim thì phương pháp này có nhiều nhược điểm và hạn chế về

độ nhạy, cũng như những trang bị để thu, ghi phổ của chúng, vì phổ của hầu hết các

á kim lại nằm ngoài vùng tử ngoại và khả kiến, nghĩa là phải có thêm những trang

bị phức tạp mới có thể phân tích được các á kim

2.1.3 Nguồn kích thích phổ phát xạ nguyên tử[1]

Nguồn kích thích phổ phát xạ nguyên tử là bộ phận rất quan trọng, nó quyếtđịnh độ nhạy của phép đo Các mẫu dù có ở trạng thái rắn, lỏng hay khí thì đều phảiđược chuyển thành các nguyên tử tự do, sau đó kích thích bởi nhiệt độ cao củanguồn Do đó nguồn năng lượng kích thích phát xạ phổ nguyên tử phải thỏa mãncác yêu cầu:

- Có năng lượng đủ lớn để hóa hơi được mẫu, nguyên tử hóa được các phân tử

và kích thích được các nguyên tử đạt hiệu suất cao

- Phải ổn định và lặp lại được tốt

- Điều chỉnh được độ lớn của năng lượng phù hợp cho từng phép phân tích mỗinguyên tố trong mỗi loại mẫu.

- Không tạo ra phổ phụ làm ảnh hưởng hay gây khó khăn cho việc phân tích

- Tiêu tốn ít mẫu

Trên đây là những yêu cầu chung, nếu nguồn sáng thỏa mãn được đầy đủ cácyêu cầu đó là một điều rất lí tưởng Song trong thực tế không có được nguồn nănglượng lý tưởng đó Vì vậy, khi phân tích quang phổ phát xạ, chúng ta cần tùy theotừng trường hợp cụ thể mà xét xem yêu cầu nào cần được chú ý nghiêm ngặt và yêucầu nào có thể châm chước được Một số nguồn kích thích phát xạ phổ nguyên tửthường dùng được giới thiệu trong phần tiếp theo

2.1.3.1 Ngọn lửa đèn khí

Ngọn lửa đèn khí là nguồn năng lượng đầu tiên được dùng trong phân tíchquang phổ phát xạ nguyên tử Không những vậy nó còn được sử dụng trong phântích quang phổ hấp thụ Do sự đơn giản, ổn định, độ nhạy tương đối và rẻ tiền, nênngày nay nó vẫn được sử dụng phổ biến

a) Đặc điểm.

Ngọn lửa đèn khí là ngọn lửa được tạo thành khi đốt một chất oxy hóa (nhưoxy, không khí, N2O) với một chất cháy (như C2H2, propan, ) để tạo ra nhiệt độcủa ngọn lửa Nhiệt độ của ngọn lửa là yếu tố quyết định quá trình hóa hơi, nguyêntử hóa và kích thích phổ của vật chất mẫu Nhiệt độ đèn khí thường không cao

các kim loại kiềm và kiềm thổ Và ứng với loại nguồn sáng này người ta có một

phương pháp phân tích riêng Đó là phương pháp phân tích quang phổ ngọn lửa

(Flame Spectrophotometry).

Nhiệt độ ngọn lửa đèn khí phụ thuộc vào: cấu tạo của đèn, bản chất của cáckhí cháy tạo ra ngọn lửa, tỷ lệ của thành phần của các khí Dưới đây là một vài hỗnhợp khí đã được sử dụng để tạo ra ngọn lửa trong phép đo phổ phát xạ (Bảng 2.1)

Bảng 2.1 Nhiệt độ của một số loại đèn khí

Về hình dáng cấu tạo và sự phân bố nhiệt của ngọn lửa đèn khí gồm

có ba phần như sau: Phần 1: Phần trong cùng sát

miệng đèn là phần tối (a) Trong phần này chất đốt

được trộn và nung nóng để chuẩn bị đốt cháy

ở phần hai (b) Nhiệt độ trong phần này thấp

(dưới

700 ÷ 1200 oC) Phần 2: là lõi của ngọn lửa (b)

Trong phần này xảy ra các phản ứng đốt cháy chất

khí Nó không màu hay có màu xanh nhạt và nhiệt

độ là cao nhất Tại đỉnh b là nơi có nhiệt độ cao

nhất của ngọn lửa Phần 3: là vỏ của ngọn lửa (c)

Trong phần này thường xảy ra các phản ứng

thứ cấp, có màu vàng và nhiệt độ thấp Nó tạo

thành

đuôi và vỏ của ngọn lửa

Hình 2.2 Cấu tạo của ngọn đèn khí

Chú ý: Khi phân tích, mẫu phải được đưa vào vùng tâm có nhiệt độ cao nhất(vùng (b)) vì trong vùng này các quá trình ổn định, và hiệu suất kích thích phổ sẽcao nhất

c) Đèn nguyên tử hóa mẫu (burner head)

Là bộ ph nận để đốt cháy hỗn hợp khí tạo ra ngọn lửa Tuy có nhiều kiểu khácnhau nhưng đều có cấu tạo giống nhau Đó là hệ thống nguyên tử hóa mẫu.Song

bất kì loại đèn nào muốn dùng trong phép phân tích quang phổ ngoài thỏa mãn cácyêu cầu đã nêu (đầu mục 2.1.3) thì còn phải đảm bảo trộn đều hỗn hợp trước khiđốt và ngọn lửa phải cháy ngoài miệng đèn.

Hình 2.3 Đèn và hệ thống NTH mẫu của hãng Philips: (1) Đèn nguyên tử hóa mẫu; (2) Màng bảo hiểm; (3) Đường thải phần mẫu thừa; (4) Đường dẫn chất oxy hóa; (5) Đường dẫn mẫu vào buồng aerosol hóa; (6) Đường dẫn chất cháy C 2 H 2 ; (7) Viên

bi tạo bụi aerosol.

d) Hệ nguyên tử hóa mẫu

Hệ nguyên tử hóa mẫu bao gồm: Buồng hút mẫu và tạo thể sợi khí (1), Đènnguyên tử hóa mẫu (2) được mô tả trong hình 2.4

Hình 2.4 Hệ thống nebulizer theo kĩ thuật pneumatic: K) Khí mang (ôxy hóa); S) Đường dẫn mẫu; F) Khí cháy; Q) Cánh quạt quay đều; G) Màng bảo hiểm; A)

Đường dẫn thể aetosol lên đèn nguyên tử hóa.

e) Quá trình kích thích phổ trong ngọn lửa[1]

Trong phân tích phổ phát xạ dùng ngọn lửa thì mẫu phân tích phải ở dạng dung dịch Sau đó nhờ hệ thống phun (nebulizer system) để đưa dung dịch vào ngọn

lửa dưới dạng sương mù cùng với hỗn hợp khí đốt Nhiệt từ ngọn lửa sẽ làm dungmôi bay hơi để lại các hạt bột mẫu mịn của chất phân tích, rồi nó được đốt nóng

và chuyển thành hơi của nguyên tử, phân tử Các phân tử hơi này chuyểnđộng va chạm vào nhau và trao đổi năng lượng cho nhau Kết quả làm cho cácphân tử bị phân li thành các nguyên tử, bị ion hóa và bị kích thích Như vậy trongngọn lửa tồn tại cả nguyên tử tự do, phân tử, ion, nhóm phân tử và điện tử Trong

xạ ngọn lửa là phổ của nguyên tử trung hòa Nguyên nhân gây ra sự kích thích phổở đây là sự va chạm của các nguyên tử với các điện tử có động năng lớn trongngọn lửa Nhiệt độ ngọn lửa càng cao thì các điện tử có động năng càng lớn Do đó

nó được gọi là sự kích thích nhiệt

2.1.3.2 Hồ quang điện

a) Đặc điểm

Là nguồn năng lượng nhiệt, được tạo ra do sự phóng điện giữa hai điện cực(chủ yếu là điện cực than) có dòng cao (10 ÷ 20 A) và thế trung bình (220 ÷ 250 V)

lượng trung bình Nhiệt độ của nó phụ thuộc vào: bản chất của vật liệu làmđiện cực, cường độ dòng điện của mạch hồ quang (yếu tố quyết định chính),thành phần

matrix của mẫu

Bảng 2.2 Nhiệt độ và nguyên liệu làm điện cực

quang (A)

Nhiệt độ của hồquang ( 0C )

Thế ion hóa củanguyên tố ( eV)

cao thì cho hồ quang có nhiệt độ cao và cường độ dòng trong mạch hồ quang càng

phù hợp cho khoảng 45 nguyên tố Nó cũng là một nguồn năng lượng cho độ nhạytương đối cao của phép đo phổ phát xạ, thích hợp cho cả mẫu bột dẫn điện vàkhông dẫn điện Nhưng sự kích thích phổ phát xạ bằng hồ quang điện bị ảnhhưởng của matrix rất lớn, nhất là các nền (matrix) bền nhiệt như: silicat, qu ngặcZircomat, Wolfamat

b) Cấu tạo của hồ quang điện

Hồ quang điện có hồ quang dòng xoay chiều và hồ quang dòng một chiều.Trong hai loại này, hồ quang dòng xoay chiều cho độ ổn định cao hơn nên thườngđược sử dụng nhiều hơn Tuy có nhiều loại máy phát hồ quang khác nhau nhưng

về nguyên tắc cấu tạo tất cả đều gồm hai phần chính: Phần 1 là mạch phát hồquang (mạch chính), nó có nhiệm vụ cung cấp năng lượng để hóa hơi, nguyên tửhóa mẫu và kích thích đám hơi đó đi đến phát xạ; Phần 2 là mạch chỉ huy (mạchđiều khiển), có nhiệm vụ chỉ huy phần mạch chính hoạt động theo nhữngthông số đã được chọn cho một mục đích phân tích nhất định

c) Hoạt động của hồ quang

Theo sơ đồ ở hình 2.5, nếu

công tắc K được đóng ở vị trí

AA’ ta có hồ quang dòng xoay

chiều Còn khi ở vị trí BB' ta có

hồ quang dòng một chiều Khi

hồ quang làm việc, điện cực F

sẽ được đốt nóng đỏ và dưới

tác dụng của điện trường các

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên tắc cấu

tạo của máy phát hồ quang.

năng rất lớn, và khi chuyển động trong plasma giữa hai điện cực, các điện tử vachạm vào các phần tử khác (nguyên tử, ion, phân tử, ) trong plasma F, nó truyềnnăng lượng cho những phần tử đó Khi đó trong plasma có phần tử bị ion hóa, bịphân li và bị kích thích Kết quả lại có thêm điện tử tự do nữa cùng với một sốnguyên tử, ion, phân tử bị kích thích Như vậy chính các phần tử mang điện tíchdương và âm duy trì dòng điện qua cột khí của plasma Giữa hai điện cực F cácphần tử đã bị kích thích sẽ sinh ra phổ phát xạ của nó Trong hồ quang một chiều

điện cực âm Còn ngược lại, trong hồ quang dòng xoay chiều, hai điện cực lại đượcđốt nóng đỏ như nhau

d) Sự kích thích phổ trong plasma hồ quang

Trong plasma của hồ quang, sự kích thích phổ phát xạ có thể xảy ra theo cácquá trình sau:

- Nếu là mẫu dung dịch, thì trước hết là dung môi bay hơi, để lại các hạt bộtmẫu Rồi các chất (cả mẫu bột và bã của mẫu dung dịch còn lại), bột mẫu bị nungnóng chảy Sau đó là các quá trình nhiệt hóa của chất mẫu xảy ra theo tính chấtcủa nó Cụ thể là các hạt mẫu sẽ bay hơi hay chuyển khối vào plasma giữa 2 điệncực Tại đây sẽ xảy ra các quá trình chính và phụ khác nhau, tùy thuộc vào thànhphần và bản chất của chất mẫu

- Nếu mẫu là dạng bột được nhồi vào trong lỗ điện cực mang thì có các quátrình trong điện cực mang mẫu là: Sự nung nóng và nóng chảy; Sự chuyển độngnhiệt khuếch tán và đối lưu của các hạt trong lỗ điện cực; Các phản ứng hóa họcphân hủy của các chất mẫu kém bền nhiệt; Sự bay hơi của các phân tử chất mẫuvào plasma; Sự vận chuyển của các hạt mẫu chưa hóa hơi vào plasma

Bản chất và thành phần của mẫu trong lỗ điện cực và nhiệt độ của điện cực

là yếu tố quyết định diễn biến của các quá trình trên Sau đó là các quá trình trongplasma Gồm có 2 quá trình chính sinh ra phổ phát xạ nguyên tử (AES) và một sốquá trình phụ

2.1.3.3 Tia lửa điện

a) Đặc điểm

Là nguồn năng lượng nhiệt được tạo thành do sự phóng điện giữa hai cực códòng nhỏ (100 ÷ 1000 mA) nhưng có thế hiệu rất cao (20 ÷ 30 kV) Nó là sự phóngđiện gián đoạn giữa hai điện cực thường là từ 50 ÷ 500 chu kỳ trong 1 giây Do đó,

kích thích phù hợp đối với phép phân tích các mẫu thép, hợp kim và dung dịch,

hóa hơi tốt các mẫu loại này

- Tia lửa điện là nguồn kích thích phổ có năng lượng tương đối cao Tùy theocác thông số của máy phát tia lửa điện (C, L, R, T) đã chọn, ta có thể đạt được nhiệt

độ ở tâm plasma tia lửa điện từ 4000 ÷ 6000 oC Vì thế tia lửa điện được gọi lànguồn kích thích cứng (giàu năng lượng) Nên phổ phát xạ của tia lửa điện chủ yếu

là phổ của các ion bậc 1 của các kim loại

- Tia lửa điện là nguồn kích thích tương đối ổn định và có độ lặp lại cao.Nhưng về độ nhạy lại kém hồ quang điện Do đó thời gian ghi phổ cần phải dài hơn

hồ quang

- Khác với hồ quang điện yếu tố quyết định nhiệt độ của plasma không phải là

điện cực và bị ảnh hưởng của cấu trúc nguyên liệu làm điện cực

b) Sự kích thích phổ của tia lửa điện

Trong plasma của tia lửa điện sự kích thích phổ phát xạ xảy ra cũng tương tựnhư trong hồ quang điện Nhưng với mẫu bột thì sự hóa hơi diễn ra rất kém

và không ổn định Nhưng do nhiệt độ của plasma cao nên sự hình thành các hợp

phân tích mẫu thép, hợp kim (mẫu rắn) và mẫu dung dịch Nên các quá trình xảy ra

c) Các loại máy phát tia điện

Về nguyên tắc cấu tạo, máy phát tia lửa điện cũng có hai loại: máy phát tialửa điện có điều khiển và máy phát tia lửa điện không điều khiển Trong phântích quang phổ phát xạ, người ta chỉ dùng máy phát tia điện có điều khiển Trongloại máy phát này, việc điều khiển cũng theo hai nguyên tắc và ứng với hai cáchđiều khiển này người ta chế tạo hai loại máy phát tia điện khác nhau: máy phát tiađiện dùng hai tia điện, tia điện chính, tia điện phụ, tương tự như máy hồ quang(Hình

2.6) và máy phát tia điện dùng ngắt điện đồng bộ, nghĩa là điều khiển bằng mô tơđồng bộ (Hình 2.7)

Hình 2.6: Máy phát tia lửa điện dùng

2 tia điện.

Hình 2.7: Máy phát tia lửa điện dùng

ngắt điện đồng bộ.

2.1.3.4 Plasma cao tần cảm ứng ICP (Inductivity Coupled Plasma)

nguyên tử Nó sử dụng plasma như nguồn nguyên tử hóa và kích thích nguyên tử.Plasma là nguồn trung hòa về điện, trong đó các khí bị ion hóa cao Nó bao gồm cácion, electron và nguyên tử Nguồn năng lượng duy trì plasma xuất hiện từ điện

cao.[2]

a) Đặc điểm

Nguồn năng lượng này có nhiệt độ cao Tâm của plasma có thể đạt được nhiệt

để dẫn mẫu vào plasma nhờ khí

kích thích để tạo ra phổ phát xạ của nó ICP có độ nhạy khá cao, phân tích đượctất cả các nguyên tố bền nhiệt, các matrix bền nhiệt ICP là nguồn kích thích phổ có

năng lượng này, người ta có thể định lượng được đồng thời nhiều nguyên tố mộtlúc, nên tốc độ phân tích rất cao (từ 40 ÷ 120 mẫu/giờ) Vùng tuyến tính rộng(từ 1 ÷ 103 lần) Đ cặc điểm cuối cùng là rất ít xuất hiện ảnh hưởng của chất nền

Do có những ưu việt đó, mà hiện nay nguồn plasma ICP lấn át tất cả các

nguyên tố đất hiếm thì ICP là nguồn năng lượng rất phù hợp

b) Cấu tạo của hệ thống ICP

Về nguyên tắc, hệ thống thiết bị để tạo ra nguồn năng lượng ICP gồm haiphần chính: máy phát cao tần HF và hệ thống tạo thể sợi khí và đèn nguyên tử hóakích thích phổ của mẫu phân tích

- Máy phát cao tần HF có nhiệm vụ phát tần số cao để cung cấp năng lượngcho cuộn cảm cao tần ở đầu miệng đèn nguyên tử hóa mẫu, tạo ra plasma nhiệt

độ cao cho sự hóa hơi mẫu, nguyên tử hóa và kích thích phổ Các máy này làm việcở tần số rất cao nhưng phổ biến là ở hai tần số 27,12 MHz và 450 MHz Trong đótần số 27,12 MHZ được sử dụng nhiều hơn Thực chất của plasma ICP là nguồnnăng lượng nhiệt điện của ngọn lửa được duy trì bởi cuộn cảm ứng cao tần

- Phần thứ hai của hệ thống ICP bao

gồm bộ phân tạo sol khí mẫu và đèn nguyên

tử hóa mẫu (nebulizer system và khách

thạch anh chịu nhiệt Nó gồm 3 ống hình trụ

lồng vào nhau, gắn chắc vào nhau ở phần

đáy, mỗi ống đều có đường dẫn khí vào

Trong đó, ống trong cùng là một ống mao dẫn

mang (thường là khí argon); ống thứ hai là ống để tạo ra khí plasma Còn ống thứ

ba cũng là ống lớn nhất đường kính khoảng 2,5 cm tạo khí làm lạnh cho đènnguyên tử hóa Phía ngoài ống thứ ba và ngay ở đầu có cuộn cảm cao tần bằngđồng Cuộn cảm này được nối với máy phát cao tần HF và luôn được làm lạnhbằng dòng nước chảy qua khi làm việc Đồng thời chính công suất làm việc củacuộn cảm này sẽ q uyết định nhiệt độ của plasma kích thích phổ Hệ thốngnebulizer, về nguyên tắc, hoàn toàn tương tự như trong ngọn lửa đèn khí đã nêu ởtrên

Khí dùng trong plasma của ICP là các khí trơ như argon, hêli, nitơ Trong đóargon là ưu việt nhất Ở đây người ta có thể dùng khí mang và khí plasma là argon

Sự tạo sol khí của mẫu có thể thực hiện bằng 2 cách: hóa hơi mẫu bằng dòngkhí Ar và hóa hơi mẫu bằng

siêu âm (hiện được sử dụng

phổ biến) Trong phương pháp

hóa hơi mẫu bằng tần số siêu

âm, dung dịch mẫu được đưa

trực tiếp lên trên tinh thể

piezoelectric dao động với tần

số 1 MHz Sự dao động này tạo

nên các sol khí và được mang

bởi một dòng khí Ar đã được

nung nóng Nhờ vậy dung môi

bị hóa hơi Dòng khí này được

cho đi qua một vùng làm lạnh

Hình 2.9 Hình ảnh của ngọn lửa Plasma và

sơ đồ nhiệt độ của plasma cao tần cảm ứng

tiêu biểu.

để dung môi ngưng tụ và bị tách khỏi Chất phân tích dưới dạng sol khí rắn và khôđược dẫn vào đèn nguyên tử hóa mẫu Ở đây năng lượng của ngọn lửaplasma không cần dùng để hóa hơi mẫu nhờ vậy có nhiều năng lượng hơn cho sựnguyên tử hóa mẫu Ngoài ra cũng có nhiều hơn lượng mẫu được đi vào ngọn

lửa plasma so với dùng phương pháp hóa hơi mẫu truyền thống Kết quả là độnhạy cũng được

tăng lên hành chục lần.

ICP là nguồn năng lượng kích thích phổ có nhiệt độ cao, nhưng lại ổn địnhhơn so với các loại nguồn kích thích khác như: hồ quang, tia lửa điện Nhiệt độ củaplasma của nguồn này được quyết định bởi dòng điện cảm ứng trong cuộn cảmở đầu của đèn nguyên tử hóa, tức là năng lượng cao tần của máy phát HF Vì vậy,ứng với những thông số nhất định của máy phát HF thì ở plasma này có mộtnhiệt độ xác định Trong các thông số của máy phát HF, công suất và tần số cảmứng là hai thông số quan nhất Song mỗi máy phát thường chỉ dùng một tần sốcảm ứng nhất định 27,12 MHZ hay 450 MHZ, nên công suất của máy phát đóng vaitrò chính Vì

thế cường độ của vạch phổ phụ thuộc vào công suất của máy phát HF

Hình 2.10 Bộ hóa hơi mẫu dùng khí

mang Ar.

Hình 2.11 Bộ hóa hơi mẫu dùng tần

số siêu âm của tinh thể.

c) Sự kích thích phổ trong plasma ICP

Khi ta đóng mạch điện của máy phát cao tần HF thì cuộn cảm ở đầu đèn sẽxuất hiện tức khắc dòng điện cao tần cảm ứng có năng lượng lớn Đồng thời tia lửa

hiện hình thành ngọn lửa Trong ngọn lửa nhiệt độ cao này, trước hết dung môi

bay hơi (ở phần tối của ngọn lửa), để lại chất mẫu ở dạng hạt bột mịn Rồi các bộtmẫu

này bị nung nóng chảy, được hóa hơi, phân li, bị nguyên tử hóa và Ion hóa để tạo

ra trong plasma có đủ phân tử, nguyên tử, Ion, điện tử ở trạng thái khí Trong đóchủ yếu là các nguyên tử, ion và điện tử Sau đó các phần tử khí này sẽ bị kíchthích và sinh ra phổ phát xạ Bản chất sự kích thích phổ ở đây là sự kích thíchnhiệt, nó giống như sự kích thích phổ phát xạ trong ngọn lửa đèn khí Nhưng vìplasma có nhiệt độ cao (năng lượng lớn) nên hiệu suất nguyên tử hóa và kích thíchphổ cao và phổ của nguồn năng lượng này với các kim loại kiềm và kiềm thổ chủyếu là phổ của các ion b cận 1[2]

d) Các loại máy đo phổ phát xạ ICP

Có hai loại máy đo phổ phát xạ ICP: máy một kênh và máy nhiều kênh có sơ

đồ khối cấu tạo được mô tả trong hình 2.12

Hình 2.12 Hai loại máy đo phổ phát xạ ICP- AES HF: Máy phát cao tần; Pm: Hệ thống nguyên tử hóa mẫu; L: Thấu kính; T: Khe sáng; G: Cách tử; PM:

Hệ nhân quang điện; >>: Hệ điện tử; Mr: Máy tính; Sig: Bộ chỉ thị kết quả đo; AB: Cung mặt phẳng tiêu; M 1 , M 2 : các gương chuẩn trực và hội tụ.