Phân tích đánh giá tổng hàm lượng sắt trong một số loài rau muống và rau cải trên địa bàn thành phố đà nẵng bằng phương pháp trắc quang phân tử UV VIS

Tên đề tài:Phân tích đánh giá tổng hàm lượng sắt trong một số loài rau muống và rau cải trên địa bàn thành phố Đà Nẵng bằng phương pháp trắc quang phân tử UV- VIS.. - Nghiên cứu các điều

1

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: LƯƠNG TIỂU PHỤNG

Lớp: 09CHP

1 Tên đề tài:Phân tích đánh giá tổng hàm lượng sắt trong một số loài rau muống và rau cải trên địa bàn thành phố Đà Nẵng bằng phương pháp trắc quang phân tử UV- VIS

2 Nguyên liệu, dụng cụ, hóa chất

- Nguyên liệu: Rau muống và rau cải

-Dụng cụ: Cân phân tích, lò nung, bình tam giác, cốc thủy tinh, đũa thủy tinh,

bình định mức, quả bóp cao su, chén nung, pipét các loại, phễu lọc, giấy lọc

-Hóa chất: Dung dịch gốc: Fe3+1000 ppm, axit HNO3 đặc, axit HCl đặc, axit

H2SO4 đặc, axit sunfosalixilic, KNO3, H2O2 30%, NH4OH 25%, nước cất 2 lần

3 Nội dung nghiên cứu

- Khảo sát các điều kiện phân hủy mẫu bằng phương pháp khô – ướt kết hợp: dung môi phân hủy mẫu, thời gian và nhiệt độ nung

- Nghiên cứu các điều kiện tối ưu để xác định sắt bằng phương pháp đo quang: chọn thuốc thử, chọn thể tích thuốc thử và NH4OH, khảo sát độ bền màu của phức,

- Ảnh hưởng của các kim loại khác

- Xác định khoảng nồng độ tuyến tính và lập đường chuẩn của sắt trong phương pháp đo quang

- Xác định hiệu suất thu hồi của phương pháp và đánh giá sai số thống kê của phương pháp

- Xây dựng qui trình phân tích hàm lượng sắt trong một số loài rau muống và rau cải bằng phương pháp trắc quang phân tử UV - VIS

- Áp dụng quy trình phân tích hàm lượng sắt trong một số loài rau muống và rau cải trên địa bàn TP Đà Nẵng

2

4 Giáo viên hướng dẫn: ThS LÊ THỊ MÙI

5 Ngày giao đề tài: 9/2012

6 Ngày hoàn thành:

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho khoa ngày…tháng…năm 2013

Kết quả điểm đánh giá:

Ngày…tháng…năm 2013

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

3

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành khóa luận này, ngoài sự cố gắng của bản thân, em đã nhận được

sự quan tâm, giúp đỡ tận tình của cô ThS Lê Thị Mùi và các thầy cô trong Khoa Hóa – trường Đại Học Sư Phạm – Đại Học Đà Nẵng

Em xin chân thành cảm ơn cô ThS Lê Thị Mùi là người đã trực tiếp giao đề tài

và tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện khóa luận này

Em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô giáo trong khoa và các thầy

cô giáo phụ trách phòng thí nghiệm đã giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành khóa luận này

Đà Nẵng, tháng 5 năm 2013 Sinh viên thực hiện

Lương Tiểu Phụng

4

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 9

2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 9

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 10

1.1 Giới thiệu chung về rau muống 10

1.1.1 Đặc điểm và thành phần 10

1.1.2 Công dụng của rau muống 10

1.1.3 Giới thiệu chung về rau cải 11

1.1.3.1 Đặc điểm và thành phần 11

1.1.3.2 Công dụng của rau c ải 12

1.2 Vài nét về kim loại Sắt 13

1.2.1 Vị trí, cấu tạo và trạng thái tự nhiên c ủa sắt 13

1.2.2 Tính chất vật lí 13

1.2.3 Tính chất hoá học 14

1.2.4 Vai trò của sắt 14

1.2.5 Tác hại của sắt 16

1.3 Các phương pháp vô cơ hóa mẫu 17

1.3.1 Phương pháp vô cơ hóa mẫu khô (vô cơ hóa khô) 17

1.3.2 Phương pháp vô cơ hóa mẫu ướt (vô cơ hóa ướt) 17

1.3.3 Phương pháp vô cơ hóa mẫu khô – ướt kết hợp 18

1.4 Các phương pháp xác định vi lượng sắt 19

1.4.1 Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử (AES) 19

1.4.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 19

1.4.3 Phương pháp trắc quang phân tử UV – VIS 20

1.5 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS 23

1.5.1 Giới thiệu phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS 23

5

1.5.2 Các điều kiện tối ưu của một phép đo quang 24

1.5.3 Các phương pháp phân tích định lượng 25

1.6 Tình hình nghiên cứu và kiểm soát hàm lượng kim loại nặng trong rau xanh trên thế giới và ở Việt Nam 27

1.6.1 Trên thế giới 27

1.6.2 Ở Việt Nam 28

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29

2.1 Dụng cụ, thiết bị, hóa chất 29

2.1.1 Thiết bị 29

2.1.2 Dụng cụ 29

2.1.3 Hóa chất 29

2.2 Cách pha các loại dung dịch 30

2.2.1 Pha dung dịch chuẩn Fe3+ 0,1 mg/ml 30

2.2.2 Pha các dung dịch khác 30

2.3 Nội dung nghiên cứu 30

2.4 Thực nghiệm nghiên cứu điều kiện vô cơ hóa mẫu 31

2.4.1 Dung môi vô cơ hóa mẫu 31

2.4.2 Khảo sát nhiệt độ và thời gian nung tối ưu 31

2.5 Thực nghiệm nghiên cứu điều kiện tối ưu phân tích hàm lượng sắt trong rau bằng phương pháp trắc quang phân tử UV – VIS 31

2.5.1 Chọn thuốc thử thích hợp 31

2.5.2 Chọn thể tích thuốc thử và NH4OH 32

2.5.3 Khảo sát độ bền màu của phức giữa Fe3+ với thuốc thử theo thời gian 32

2.5.4 Ảnh hưởng của Cu2+ và Al3+ 32

2.5.5 Khảo sát kho ảng nồng độ tuyến tính 32

2.5.6 Lập đường chuẩn xác định sắt 33

2.6 Chuẩn bị mẫu giả 33

6

2.7 Đánh giá hiệu suất thu hồi 33

2.8 Đánh giá sai số thống kê của phương pháp 33

2.9 Xây dựng quy trình phân tích 35

2.10 Phân tích mẫu thực tế 36

2.10.1 Địa điểm lấy mẫu 36

2.10.2 Thời gian lấy mẫu 37

2.10.3 Chuẩn bị mẫu 37

2.10.4 Phân tích mẫu 37

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38

3.1 Kết quả khảo sát điều kiện tối ưu để phân tích sắt 38

3.1.1 Kết quả khảo sát thể tích dung môi 38

3.1.2 Kết quả khảo sát nhiệt độ nung 38

3.1.3 Kết quả khảo sát thời gian nung 39

3.2 Kết quả khảo sát các điều kiện tối ưu để phân tích mẫu 39

3.2.1 Kết quả khảo sát bước sóng cực đại λmax 39

3.2.2 Thể tích thuốc thử axit sunfosalixilic và NH4OH 39

3.2.3 Kết quả khảo sát thời gian bền màu của phức 40

3.2.4 Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính 40

3.2.5 Kết quả xây dựng đường chuẩn 41

3.3 Kết quả khảo sát hiệu suất thu hồi của phương pháp 42

3.4 Kết quả đánh giá sai số thống kê của phương pháp 43

3.5 Quy trình phân tích hàm lượng sắt trong một số loại rau 43

3.6 Kết quả phân tích hàm lượng sắt trong mẫu thực tế 45

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

7

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1 Kết quả khảo sát thể tích H2SO4 đặc sử dụng để vô cơ hóa mẫu 38

Bảng 3.2 Kết quả khảo sát nhiệt độ nung 38

Bảng 3.3 Kết quả khảo sát thời gian nung 39

Bảng 3.4 Kết quả khảo sát thời gian bền màu của phức 40

Bảng 3.5 Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Fe3+ 40

Bảng 3.6 Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Fe3+ 41

Bảng 3.7 Kết quả khảo sát hiệu suất thu hồi của phương pháp 42

Bảng 3.8 Kết quả đánh giá sai số thống kê của phương pháp 43

Bảng 3.9 Kết quả phân tích hàm lượng sắt (mg/100g tươi)trong mẫu rau muống 47

Bảng 3.10 Kết quả phân tích hàm lượng sắt (mg/100g tươi) trong mẫu rau cải 48

8

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Một số hình ảnh về rau muống 10

Hình 1.2 Một số hình ảnh về rau cải 12

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên tắc hệ thống máy UV – VIS hai chùm tia 24

Hình 1.4 Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ 25

Hình 1.5 Đường chuẩn của phương pháp đo quang 26

Hình 2.1 Máy đo quang Jasco |V| - |5|3|0|UV/VIS Spectrophotometer 29

Hình 2.2 Một số hình ảnh về địa điểm lấy mẫu 37

Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Fe3+ 41

Hình 3.2 Đường chuẩn của phép xác định sắt bằng thuốc thử axit sunfosalixilic 42

Hình 3.3 Qui trình phân tích hàm lượng sắt trong một số loài rau muống và rau cải 44

Hình 3.4 Hình ảnh các loại rau muống và rau cải 46

Hình 3.5 Hình ảnh các mẫu rau cải trong quá trình phân tích 46

Hình 3.6 Hình ảnh màu phức của Fe3+ với axit sunfosalixilic của rau cải xanh 47

9

LỜI MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam là một nước mà nông nghiệp vẫn giữ vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, vì vậy vấn đề lương thực, thực phẩm có ý nghĩa vô cùng to lớn Rau là nguồn thực phẩm cần thiết và quan trọng cung cấp đầy đủ các chất cho cơ thể: vitamin, muối khoáng, Đặc biệt là các loại rau muống và rau cải, không những có giá trị về kinh tế, dinh dưỡng mà còn rất gần gũi với đời sống hàng ngày của con người

Việc phân tích để tìm ra hàm lượng các kim loại nặng trong rau là một biện pháp quan trọng góp phần kiểm soát được chất lượng của rau xanh Sắt trong rau được coi là một chất xúc tác để hình thành nên diệp lục và hoạt động như là một chất mang oxy

Nó cũng giúp hình thành nên một số hệ thống men hô hấp Thiếu sắt sẽ dẫn đến hiện tượng lá sẽ chuyển sang vàng hay trắng ở phần thịt lá, trong khi gân lá vẫn còn xanh Ngoài ra, sắt là một nguyên tố vi lượng rất quan trọng trong việc đảm bảo sức khoẻ cho con người Tuy nhiên sắt với nồng độ lớn sẽ gây ngộ độc và có thể dẫn đến tử vong

Vì vậy, việc xác định hàm lượng sắt trong rau là việc làm cần thiết Với hy vọng đóng góp thêm những thông tin về hàm lượng sắt trong một số loài rau muống và rau

cải chúng tôi chọn đề tài : “Phân tích đánh giá tổng hàm lượng sắt trong một số loài

rau muống và rau cải trên địa bàn thành phố Đà Nẵng bằng phương pháp trắc quang phân tử UV-VIS”

2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Các kết quả thu được cuả đề tài góp phân xây dựng phương pháp xác định hàm lượng sắt trong rau bằng phương pháp trắc quang phân tử UV- VIS

Thông qua đó đánh giá hàm lượng sắt trong các loài rau muống và rau cải trên địa bàn thành phố Đà Nẵng

10

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung về rau muống [15, 17]

1.1.1 Đặc điểm và thành phần

Rau muống (danh pháp hai phần: Ipomoea aquatica) là một loài thực vật nhiệt đới bán thủy sinh thuộc họ Bìm bìm (Convolvulaceae), là một loại rau ăn lá và có tên khác là bìm bìm nước, được trồng trong các ao hồ, ruộng nước, những nơi đất ẩm Thân rỗng, dày, có nhiều đốt, mặt ngoài nhẵn Lá màu lục, hình đầu mũi tên Hoa màu trắng hay hồng tím, ống hoa màu tím nhạt, hình cái phễu Quả hình cầu Hạt có lông, màu hung

Hình 1.1 Một số hình ảnh về rau muống 1.1.2 Công dụng của rau muống

Rau muống có thể thải trừ cholesterol máu và chống tăng huyết áp Vì vậy, những người bị chứng huyết áp cao, cholesterol máu cao, cơ thể gầy khô nên ăn nhiều loại rau này Rau muống là loại rau quen thuộc trong mùa hè Ngoài công dụng là thực phẩm ngon miệng, giải nhiệt, rau muống còn có tác dụng giải độc, nhuận tràng, chữa rôm sảy, mụn nhọt…

Rau muống có hàm lượng protein cao gấp 4 lần, hàm lượng canxi cao gấp 12 lần cà chua và rất giàu caroten Nước rau muống có hàm lượng xenlulo phong phú, các

11

chất dinh dưỡng đặc biệt hiệu quả trong việc giải độc cho cơ thể, tăng cường tiêu hóa

và ngăn ngừa sự phát triển các tế bào ung thư Thường xuyên ăn rau muống sẽ giúp cho cơ thể tăng sức đề kháng với các bệnh về đường ruột, nâng cao thể chất, chữa trị các bệnh viêm da, giúp da dẻ tươi tắn…

Giúp vết thương mau lành: rau muống có tác dụng kích thích sinh máu và tế bào mới, vì trong rau muống có chứa nhiều chất sắt và chất khoáng Ngoài ra, phụ nữ trong thời gian nuôi con nhỏ, có thể lấy rau muống luộc, nghiền lấy nước cho trẻ uống để bổ sung khoáng chất Người bị ốm mới dậy, trong thực đơn nên kèm rau muống sẽ chóng lại sức

1.1.3 Giới thiệu chung về rau cải [16, 18, 19]

1.1.3.1 Đặc điểm và thành phần

Họ Cải (Danh pháp khoa học: Brassicaceae), còn gọi là họ Thập tự

(Cruciferae), là một họ thực vật có hoa Các loại cây trồng trong họ này gần như đều có chứa chữ cải trong tên gọi Bao gồm cải bắp, cải bông xanh, súp lơ, cải brussels, cải xoăn (tất cả đều là các giống cây trồng từ một loài là Brasica oleracea), cải làn, cải củ Thụy Điển, cải xoăn nước mặn, cải củ, cải thìa và su hào

Rau cải có thân thảo sống từ 2 đến 3 tháng, cao 25-70cm Rễ không phình thành củ Lá ở gốc, to, màu xanh nhạt, gân giữa trắng, nạc, phiến hình bầu dục nhẵn, nguyên hay có răng không rõ, men theo cuống Hoa màu vàng tươi thành chùm ở ngọn Quả cải dài 4-11cm, có mỏ

12

Hình 1.2 Một số hình ảnh về rau cải

1.1.3.2 Công dụng của rau cải

Các nhà nghiên cứu khẳng định ăn nhiều rau họ cải như cải bắp, bông cải xanh và

cải brussels giúp chống lại sự phát triển của bệnh ung thư phổi

Rau cải xoong có chứa nhiều sắt, nhiều iot giúp cơ thể chống được bệnh còi xương, bệnh béo phì, bệnh ngoài da, bệnh xơ cứng động mạch ở người cao tuổi

Rau cải trắng có chứa nhiều chất bổ và vitamin đặc biệt là vitamin C có tác dụng chống oxy hóa mạnh

13

Cải thìa có nhiều vitamin A, B, C Lượng vitamin C của nó rất phong phú, đứng vào bậc nhất trong các loại rau Sau khi phơi khô, hàm lượng vitamin C vẫn còn cao Cải thìa là thực phẩm dưỡng sinh, ăn vào có thể lợi trường vị, thanh nhiệt, lợi tiểu tiện

và ngừa bệnh ngoài da

Cải thảo chứa nhiều vitamin A, B, C, E có vị ngọt, tính mát, có tác dụng hạ khí, làm mềm cổ họng, bớt rát đỡ ho, bổ ích trường vị Ngoài ra, cải thảo có thể chữa một

số bệnh như sốt rét, viêm bàng quang, viêm đường tiết niệu

Thành phần dinh dưỡng trong cải xanh khá cao, đặc biệt là thành phần diệp hoàng

tố và vitamin K Ngoài ra, cải xanh còn có rất nhiều vitamin A, B, C, D, chất caroten, anbumin, axit nicotic có tác dụng giải chứng cảm hàn, thông đàm, lợi khí

1.2 Vài nét về kim loại Sắt [5]

1.2.1 Vị trí, cấu tạo và trạng thái tự nhiên của sắt

Sắt là nguyên tố hóa học có kí hiệu là Fe, số hiệu nguyên tử là 26, nằm ở phân nhóm VIIIB thuộc chu kỳ 4 của bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev

Sắt đứng thứ tư về hàm lượng trong vỏ trái đất và chiếm 1,5% về khối lượng của

vỏ trái đất

Trong tự nhiên sắt có bốn đồng vị bền: 54Fe (5,8%), 56Fe (91,8%), 57Fe (2,15%), 58Fe (0,25%) Những khoáng vật quan trọng của sắt là manhetit (Fe3O4) chứa đến 72,41% sắt, hematit (Fe2O3) chứa 60% sắt, pirit (FeS2) chứa 46,67% sắt và xiđerit (FeCO3) chứa 35% sắt

4Fe + 3O2 2Fe2O3

Do lớp gỉ sắt xốp và giòn nên không bảo vệ được sắt khỏi bị oxi hoá tiếp tục Sắt tạo thành hai dãy hợp chất Fe2+ và Fe3+ Muối Fe2+ được tạo thành khi hoà tan sắt trong dung dịch axit loãng trừ axit nitric Muối của Fe2+ với axit mạnh như: clorua, sunfat dễ tan trong nước, còn muối của các axit yếu như: sunfua, cacbonic khó tan Muối FeSO4 là chất tinh thể màu trắng, dễ hút ẩm và dễ tan trong nước, khi kết tinh ở nhiệt độ thường thu được tinh thể FeSO4.7H2O dễ tan trong nước Khi đun nóng tinh thể FeSO4.7H2O mất dần nước và trở thành muối khan FeSO4 Quan trọng nhất là (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O, được gọi là muối Mohr Tinh thể muối Mohr có màu lục, dễ kết tinh, không hút ẩm và bền đối với oxy không khí nên được dùng để pha dung dịch chuẩn Fe2+ trong hoá học phân tích

Fe(OH)3 bền trong không khí, không tan trong nước và trong dung dịch NH3 Fe(OH)3 tan dễ dàng trong axit tạo thành muối Fe3+ Đa số muối Fe3+ dễ tan trong nước

và bị thủy phân mạnh nên dung dịch có màu vàng nâu, chỉ trong dung dịch có phản ứng axit mạnh (pH < 1) sự thủy phân mới bị đẩy lùi Các muối Fe3+ cũng dễ bị khử về muối Fe2+ bằng nhiều chất khử khác nhau như: N2H4, HI

2FeCl3 + 2HI 2FeCl2 + I2 + 2HCl

1.2.4 Vai trò của sắt

1.2.4.1 Trong đời sống sản xuất[20]

15

Sắt là kim loại được sử dụng nhiều nhất, chiếm khoảng 95% tổng khối lượng kim loại sản xuất trên toàn thế giới Sự kết hợp của giá thành thấp và các đặc tính tốt về chịu lực, độ dẻo, độ cứng làm cho nó trở thành không thể thay thế được, đặc biệt trong các ứng dụng như sản xuất ô tô, thân tàu thủy lớn, các bộ khung cho các công trình xây dựng Thép là hợp kim nổi tiếng nhất của sắt, ngoài ra còn có một số hình thức tồn tại khác của sắt như: gang thô, gang đúc, thép carbon, sắt non

1.2.4.2 Vai trò của sắt đối với cây trồng[21]

Sắt là một nguyên tố vi lượng, rất cần thiết cho tổng hợp, duy trì diệp lục và cho quá trình vận chuyển điện tích trong quang hợp Vai trò quan trọng nhất của sắt là hoạt hóa các enzym của quá trình quang hợp và hô hấp Nó không tham gia vào thành phần diệp lục nhưng có ảnh hưởng quyết định tới sự tổng hợp diệp lục trong cây Hàm lượng sắt trong lá cây có quan hệ mật thiết đến hàm lượng diệp lục trong chúng Sắt hấp thu năng lượng mặt trời vào giúp lá cây sẫm màu hơn và tăng bề dày của lá cây

1.2.4.3 Vai trò của sắt đối với cơ thể con người[12]

Sắt là một trong những chất khoáng rất quan trọng đối với cơ thể Sắt là nguyên liệu để tổng hợp nên hemoglobin, chất có mặt trong tế bào hồng cầu và làm cho hồng cầu có màu đỏ, có vai trò vận chuyển oxi trong máu tới các mô trong cơ thể Sắt cũng

là thành phần có trong myoglobin, có trong cơ vân, có tác dụng dự trữ oxi cho các hoạt động của cơ vân, chúng sẽ kết hợp với các thành phần dinh dưỡng khác giải phóng năng lượng cho sự co cơ

Sắt cũng là thành phần cấu tạo của một số protein và enzym, có vai trò trong quá trình giải phóng năng lượng khi oxi hóa các chất dinh dưỡng và ATP

Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng có hai loại sắt mà cơ thể có thể hấp thu là heme và non – heme: sắt heme có trong thịt có màu đỏ, thịt gà và cá Nó dễ hấp thu, có giá trị sinh học cao: 15-20%; sắt non – heme có trong bánh mì, ngũ cốc, rau quả Nó có giá trị sinh học thấp: 2-15%

16

1.2.5 Tác hại của sắt [12, 20, 21, 22]

1.2.5.1 Đối với cây trồng

Khi trong đất có quá nhiều hay thiếu sắt đều gây ảnh hưởng đến việc hấp thu sắt của thực vật Cụ thể:

Sự thiếu hụt sắt thường xảy ra trên nền đất có đá vôi Thiếu sắt gây ra hiện tượng màu xanh lá cây nhợt nhạt (bạc lá) với sự phân biệt rõ ràng giữa những gân lá màu xanh và khoảng giữa màu vàng Vì sắt không được vận chuyển giữa các bộ phận trong cây nên biểu hiện thiếu trước tiên xuất hiện ở các lá non gần đỉnh sinh trưởng của cây Thiếu sắt nặng có thể chuyển toàn bộ cây thành màu vàng tới trắng lợt ở phần thịt

lá trong khi gân lá vẫn còn xanh Sự thiếu sắt có thể xảy ra do sự thiếu cân bằng với các kim loại khác như molipden, đồng hay mangan Một số yếu tố khác cũng có thể gây thiếu sắt như quá thừa lân trong đất, do pH cao kết hợp với thừa canxi, đất lạnh và hàm lượng cacbonat cao, thiếu sắt do di truyền của cây, thiếu do hàm lượng chất hữu

cơ trong đất thấp

Thừa sắt sẽ gây ngộ độc sắt, biểu hiện thường ở những lá bên dưới, bắt đầu từ những điểm nâu nhỏ ở đầu lá lan dần xuống đáy Thường những điểm này liền lại ở gân giữa, màu xanh của lá không thay đổi Trường hợp trầm trọng lá có màu nâu tím Đồng thời thừa sắt sẽ làm cho độ xốp của đất bị giảm đi ảnh hưởng đến sự hấp thụ các chất dinh dưỡng của cây trồng

1.2.5.2 Đối với con người

Mặc dù sắt đóng một vai trò rất quan trọng đối với sức khỏe con người nhưng việc hấp thu quá nhiều sắt có thể gây ngộ độc vì các Fe (II) dư thừa sẽ phản ứng với các peroxit trong cơ thể để sản xuất ra các gốc tự do Khi hàm lượng sắt bình thường thì cơ thể có một cơ chế chống oxi hóa để có thể kiểm soát quá trình này Khi dư thừa sắt thì những lượng dư thừa không thể kiểm soát của các gốc tự do được sinh ra

Các triệu chứng thường gặp khi ngộ độc sắt: đau bụng, buồn nôn, nôn, tiêu chảy kèm tiêu ra máu, mất nước và thậm chí dẫn đến tử vong Nếu sắt quá nhiều trong cơ

Thiếu sắt thường tăng dần theo thời gian và có liên quan đến chế độ ăn kém hoặc mất máu nhiều Trong một số trường hợp nghiêm trọng, thiếu sắt gây thiếu máu với các biểu hiện lâm sàng như sau: chán ăn, ít ngủ, ít hoạt động, hay quên, kém minh mẫn, chóng mặt, ù tai, giảm trương lực cơ, bắp cơ nhão, bụng chướng, tim đập nhanh, suy tim, da xanh, niêm mạc nhợt, gan, lách to, tóc dễ rụng và bạc màu, móng tay mềm, cong, dễ gãy, đau nhức xương

1.3 Các phương pháp vô cơ hóa mẫu [7, 10, 11]

1.3.1 Phương pháp vô cơ hóa mẫu khô (vô cơ hóa khô)

Nguyên tắc: mẫu được nung trong chén nung ở một nhiệt độ nhất định cho đến tro trắng Sau đó hòa tan mẫu bã thải (tro trắng) trong một axit hay kiềm hay muối phù hợp để chuyển chất phân tích về dạng dung dịch Sau đó xác định theo phương pháp phân tích được chọn

Trong quá trình nung có thể thêm hay không thêm chất phụ gia – là chất có tác dụng bảo vệ hay làm cho việc nung xảy ra nhanh hơn, tốt hơn

Phương pháp này thao tác đơn giản, không phải dùng nhiều axit đặc nhưng dễ mất một số chất dễ bay hơi

1.3.2 Phương pháp vô cơ hóa mẫu ướt (vô cơ hóa ướt)

Dùng một axit đặc có tính oxi hóa mạnh (HCl, HNO3, H2SO4), hay hỗn hợp các axit đặc có tính oxi hóa mạnh (HNO3 + HClO4, HNO3 + HClO4 + H2SO4,…), hay hỗn hợp của một axit có tính oxi hóa mạnh và một axit không có tính oxi hóa (HNO3 + HCl, HF + HClO4,…) để phân hủy các chất hữu cơ của mẫu trong bình kendan, để

18

chuyển các kim loại ở dạng hữu cơ về dạng các ion trong dung dịch muối vô cơ Việc phân hủy có thể thực hiện trong hệ đóng kín (áp suất cao) hay trong hệ mở (áp suất thường) Lượng axit thường phải dùng gấp 10 – 15 lần lượng mẫu, thời gian 10 – 12 giờ nên khi phân hủy xong phải đuổi hết axit dư

Mỗi hỗn hợp axit chỉ thích hợp cho một số loại mẫu Vì thế phải khảo sát để tìm điều kiện cho thích hợp nhằm thu được hiệu suất cao và phù hợp với phương pháp phân tích được chọn

Phương pháp này hạn chế không làm mất chất phân tích nhưng tốn nhiều axit đặc, thời gian phá mẫu rất dài và phải đuổi axit dư lâu

1.3.3 Phương pháp vô cơ hóa mẫu khô – ướt kết hợp

Nguyên tắc: mẫu được phân hủy trong chén hay trong cốc nung mẫu Trước tiên người ta thực hiện xử lý ướt trong cốc hay chén bằng một lượng nhỏ dung môi hay hỗn hợp dung môi để phá vỡ sơ bộ cấu trúc ban đầu của hợp chất mẫu và tạo điều kiện giữ một số nguyên tố có thể bay hơi khi nung, sau đó mới đem nung ở một nhiệt độ thích hợp cho đến tro trắng

So với phương pháp vô cơ hóa khô và vô cơ hóa ướt, phương pháp vô cơ hóa mẫu khô – ướt kết hợp có ưu điểm sau: hạn chế được sự mất mát của một số chất phân tích do nhiệt độ cao; sự tro hóa là triệt để; sau khi hòa tan sẽ được dung dịch mẫu trong; không tốn nhiều dung môi đặc biệt là axit tinh khiết (lượng dung môi chỉ bằng 1/4 đến 1/3 lượng cần dùng cho xử lý ướt); thời gian xử lý nhanh và triệt để hơn so với cách xử lý thông thường; không phải đuổi axit dư lâu nên hạn chế được sự nhiễm bẩn

do môi trường; phù hợp cho nhiều loại mẫu khác nhau để xác định kim loại và anion; không cần trang bị phức tạp như hệ lò vi sóng đắt tiền

Phương pháp vô cơ hóa mẫu khô – ướt kết hợp đã phát huy được ưu điểm và khắc phục được nhược điểm của phương pháp vô cơ hóa mẫu khô và vô cơ hóa mẫu ướt Vì vậy, chúng tôi tiến hành vô cơ hóa mẫu bằng phương pháp khô – ướt kết hợp

19

1.4 Các phương pháp xác định vi lượng sắt [2, 6, 13]

1.4.1 Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử (AES)

Nguyên tắc chung của phép phân tích định tính trong phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử gồm 3 giai đoạn:

- Cung cấp năng lượng thích hợp để hóa hơi, nguyên tử hóa mẫu tạo ra đám hơi nguyên tử tự do, kích thích đám hơi đó phát ra phổ phát xạ của chúng

- Thu chùm sáng phát xạ, phân ly và ghi phổ phát xạ của mẫu phân tích

- Quan sát phổ phát xạ thu được, phân tích định tính

Cơ sở của phân tích định lượng bằng phép đo AES là sự phụ thuộc của nồng độ vào cường độ vạch phổ được biểu diễn thông qua định luật Lambert – Beer:

I = k.CbVới: I: cường độ vạch phổ; C: nồng độ; k: hệ số tỷ lệ, phụ thuộc vào phép đo gồm hệ thống máy đo, xử lý mẫu; 0 < b ≤ 1

Ở các giá trị C < Co thì b = 1 với Co được gọi là nồng độ giới hạn Lúc này sẽ có

sự phụ thuộc tuyến tính giữa I và C: I = k.C

Khi xác định sắt người ta thường nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn lửa đèn khí, hồ quang điện rồi thu, phân ly và ghi phổ phát xạ

1.4.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)

Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử dựa vào khả năng hấp thụ chọn lọc các bức xạ cộng hưởng của các nguyên tử ở trạng thái tự do Đối với mỗi nguyên tố vạch cộng hưởng thường là vạch quang phổ nhạy nhất của phổ phát xạ nguyên tử của chính nguyên tử đó Thông thường thì khi hấp thụ bức xạ cộng hưởng nguyên tử sẽ chuyển từ trạng thái ứng với mức năng lượng cơ bản sang mức năng lượng cao hơn gần với mức năng lượng cơ bản nhất, người ta gọi đó là bước chuyển cộng hưởng

Trong phương pháp này quá trình nguyên tử hóa mẫu có thể thực hiện bằng phương pháp không ngọn lửa và phương pháp sử dụng ngọn lửa Trong điều kiện nhiệt

độ không quá cao (1500 – 3000oC) đa số các nguyên tử tạo thành ở trạng thái cơ bản

20

Khi chiếu vào đám hơi nguyên tử tự do một chùm bức xạ điện từ có tần số bằng tần số cộng hưởng thì các nguyên tử tự do sẽ hấp thụ các bức xạ cộng hưởng này và làm cho cường độ của chùm bức xạ điện từ giảm Sự bức xạ của đám hơi tuân theo định luật Lambert – Beer:

I = Io.e-(Kv.N.L)Với: Kv: hệ số tỷ lệ, phụ thuộc vào bản chất, bước sóng của bức xạ đơn sắc; N: số nguyên tử tự do ở trong môi trường hấp thụ (đám hơi nguyên tử tự do); L: bề dày môi trường hấp thụ (phụ thuộc vào máy)

Cường độ vạch phổ = mật độ quang = độ hấp thụ:

D = A = 2,303.Kv.N.L = K.N Trong khoảng giá trị nồng độ C đủ nhỏ thì: N = K.C; D = k.Cb

b = 1 nếu C  Co; b < 1 nếu C > Co

Co: ngưỡng của sự tuyến tính của định luật Lambert – Beer cho phương pháp AAS

k: hệ số tỷ lệ, phụ thuộc vào điều kiện phân tích

Thông thường số nguyên tử kích thích trong đám hơi không quá 1 – 2% nên phương pháp này có độ nhạy, độ chính xác cao, thực hiện nhanh và khá đơn giản

Khi xác định sắt người ta thường nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn lửa đèn khí axetylen + không khí rồi dùng nguồn sáng đơn sắc có bước sóng mà đám hơi hấp thụ cộng hưởng chiếu vào đám hơi nguyên tử rồi thu phân ly và ghi phổ hấp thụ

1.4.3 Phương pháp trắc quang phân tử UV – VIS

Phương pháp đo quang dựa vào tính chất hấp thụ chọn lọc ánh sáng trong vùng nhìn thấy của chất màu Để xác định sắt người ta dùng một số thuốc thử sau để tạo phức màu: axit sunfosalixilic trong môi trường đệm amoni (pH = 8 – 11), amoni thioxianat trong môi trường HNO3 1:1, o-phenantrolin trong môi trường pH = 3 – 9 hay 2,2-bipyridyl trong môi trường axit axetic,…

21

1.4.3.1 Xác định hàm lượng sắt bằng thuốc thử thioxianat

Xử lý mẫu và oxi hóa toàn bộ lượng sắt có trong mẫu thành sắt (III) Trong môi

trường axit ion Fe3+ tạo được với ion SCN- phức chất màu đỏ

Fe3+ + SCN- [FeSCN]2+

Người ta dùng axit HNO3 làm môi trường mà không dùng các axit khác vì trong

môi trường HCl và H3PO4 sẽ tạo phức gây cản trở đến quá trình phân tích, còn trong

môi trường H2SO4 làm cho màu của phức bị nhạt đi

Fe(SCN)2+ + Cl- [FeCl]2+ + SCN

Fe(SCN)2+ + H2PO4- FeHPO4+ + HSCN

1.4.3.2 Xác định hàm lượng sắt bằng thuốc thử axit sunfosalixilic

Axit sunfosalixilic tạo với sắt các ion phức có màu khác nhau: tại pH = 2 – 2,5

[Fe(Sal)]+1 có màu đỏ, tại pH = 4 – 8 [Fe(Sal)2]-1 có màu nâu và tại pH = 8 – 11,5

[Fe(Sal)3]-3 có màu vàng Trong môi trường axit những ion phức nêu trên chỉ được tạo

thành với oxit sắt (III) còn trong môi trường kiềm thì cả với oxit sắt (II) và oxit sắt (III)

vì trong những điều kiện như vậy Fe2+ dễ dàng được oxi hóa thành Fe3+

Phương pháp dùng thuốc thử axit sunfosalixilic trong môi trường amoniac cho

phép xác định tổng lượng các ion Fe2+ và Fe3+, nghĩa là xác định hàm lượng tổng số

của sắt Phương pháp dựa trên sự tạo thành ion nội phức sắt sunfosalixilat:

OH O-

Fe3+ + 3HSO3C6H3 [Fe(HSO3C6H3 )3]-3

COOH COO-

Màu vàng của ion phức này rất bền Phương pháp này có thể xác định cường độ

màu bằng mắt hoặc bằng máy so màu quang điện Hệ số hấp thụ phân tử của dung dịch

màu tại λ = 430 nm là ε = 6000

Lượng lớn nhôm, đồng có trong mẫu phân tích có thể gây cản trở phép xác định

vì chúng tạo phức với axit sunfosalixilic

H+

H+

H+

22

1.4.3.3 Xác định hàm lượng sắt bằng thuốc thử o-phenantrolin

Thuốc thử o-phenantrolin phản ứng với ion Fe2+ tạo thành phức chất có màu tím

đỏ Khoảng pH thích hợp cho quá trình tạo phức khá rộng từ 3 – 9

Mangan có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình xác định nên khi mẫu phân tích có mặt mangan thì không định lượng được sắt bằng phương pháp này Lượng đồng trong mẫu lớn (> 10 mg/l) cũng gây ảnh hưởng nhưng có thể loại trừ ảnh hưởng đó bằng cách tiến hành phản ứng trong khoảng pH = 3 – 4

1.4.3.4 Xác định hàm lượng sắt bằng thuốc thử 2,2- bipyridyl

Mẫu sau khi xử lý chứa Fe3+ dùng axit ascobic khử Fe3+ về Fe2+ rồi định lượng sắt bằng dung dịch 2,2- bipyridyl trong môi trường axit axetic

Dung dịch Fe2+ tạo với 2,2- bipyridyl trong môi trường axit axetic phức chất có màu hồng Hàm lượng sắt có trong mẫu phụ thuộc vào độ đậm nhạt của phức

Để phù hợp với đối tượng phân tích và điều kiện của phòng thí nghiệm chúng tôi chọn phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS để xác định sắt với thuốc thử là axit sunfosalixilic

23

1.5 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS [6, 14]

1.5.1 Giới thiệu phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS

Đây là phương pháp dựa trên sự so sánh cường độ màu của dung dịch nghiên cứu với cường độ màu của dung dịch tiêu chuẩn có nồng độ xác định

Cơ sở lý thuyết của phương pháp là định luật Lambert – Beer:

I = Io 10-ε.l.C

→ Mật độ quang: D = lg (Io/I) = ε.l.C

Hay: D = K.C

Trong đó: Io: cường độ ánh sáng tới; I: cường độ ánh sáng ló; ε: hệ số tắt phân

tử hay hệ số hấp thụ phân tử, ε là đại lượng xác định, phụ thuộc vào bản chất của chất hấp thụ, vào bước sóng λ của bức xạ đơn sắc và vào nhiệt độ; l: bề dày của cuvet đựng dung dịch, đo bằng cm; C: nồng độ dung dịch, đo bằng mol/l; D: mật độ quang; K: hệ

Cuvet đựng dung dịch

kết quả

24

Sơ đồ máy so màu quang điện hai chùm tia:

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên tắc hệ thống máy UV – VIS hai chùm tia

Trong đó: 1- đèn vonfram; 2- cuvet chứa dung dịch so sánh; 3- kính lọc sáng; 4- cuvet chứa dung dịch phân tích; 5- tế bào quang điện với hiệu ứng quang điện ngoài; 6- gương; 7- tế bào quang điện; 8- điện kế để chuẩn hóa 100% T

1.5.2 Các điều kiện tối ưu của một phép đo quang

1.5.2.1 Sự đơn sắc của bức xạ điện từ

Định luật Lambert – Beer càng chính xác hay là sự phụ thuộc D = f (C) càng tuyến tính nếu bức xạ đơn sắc chiếu vào dung dịch càng đơn sắc

1.5.2.2 Bước sóng tối ưu – bước sóng cực đại λ m ax

Mỗi một chất chỉ hấp thụ ánh sáng cực đại tại một bước sóng nhất định gọi là

λmax Do đó, định luật Lambert – Beer càng chính xác cho chất phân tích tại giá trị λmax

25

1.5.2.3 Khoảng tuyến tính của định luật Lambert – Beer

Định luật Lambert – Beer cho sự phụ thuộc D = f (C) chỉ tuyến tính trong một khoảng giá trị nồng độ nhất định, gọi là khoảng tuyến tính Cmin - Cmax, phụ thuộc vào máy đo, dung dịch phân tích

Hình 1.4 Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ

1.5.2.4 Các yếu tố khác

Khả năng hấp thụ ánh sáng của dung dịch màu ngoài sự phụ thuộc vào nồng độ còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: thuốc thử: một chất phân tích X có thể tạo phức màu với nhiều thuốc thử khác nhau nhưng trong đó bao giờ cũng có một thuốc thử tối ưu; thời gian tạo phức màu: hầu như trong thực tế thì mỗi dung dịch phức màu chỉ bền trong một khoảng thời gian nhất định; môi trường pH: dùng axit, dung dịch đệm để tạo môi trường

1.5.3 Các phương pháp phân tích định lượng

1.5.3.1 Phương pháp đường chuẩn

Xây dựng đường chuẩn D = f (C)

Nguyên tắc: chuẩn bị một dãy dung dịch chất chuẩn cần phân tích có nồng độ chính xác khác nhau, tăng dần: C1, C2, C3, C4, C5,…

Thêm thuốc thử phân tích, tạo môi trường phù hợp

D

26

Đo mật độ quang cho các dung dịch chuẩn ta được các giá trị D1, D2, D3, D4, D5,… Xây dựng đồ thị D = f (C) theo dạng tuyến tính bậc một: y = ax + b

Hình 1.5 Đường chuẩn của phương pháp đo quang

Chuẩn bị dung dịch phân tích trong điều kiện tương tự như dung dịch chuẩn, đưa vào máy đo mật độ quang Dx, dựa vào phương trình của đồ thị để xác định C

Đặc điểm của phương pháp:

Ưu điểm: dễ làm, rất thuận tiện khi phân tích hàng loạt nhiều mẫu, có độ chính xác cao, thường có thể loại bỏ được sai số hệ thống

Nhược điểm: dung dịch chuẩn thường có thành phần không giống như dung dịch mẫu phân tích nên có thể có những ảnh hưởng mà ta không xác định được, nhiều thao tác nên tốn thời gian

1.5.3.2 Phương pháp thêm chuẩn

Đo mật độ quang Dx cho dung dịch phân tích có nồng độ Cx: Dx = K.Cx

Thêm vào dung dịch phân tích một lượng chính xác chất chuẩn phân tích Cch, đưa vào máy đo mật độ quang, được giá trị D: D = K.(Cx + Cch)

Cch Cx

Cx D