Phương pháp phân tích hàm lượng khoáng trong mì ăn liền

a Quang phổ hấp thu nguyên tử: Các nguyên tử ở trạng thái Mo có khả năng hấp thu năng lượng dưới dạng bức xạ vàsau khi hấp thu nguyên tử sẽ chuyển từ trạng thái ứng với mức năng lượng cơ

Phần 1 :

PHÂN TÍCH KHOÁNG

Phương pháp xác

định hàm lượng Ca,

Fe, Na trong thực

phẩm (mì ăn liền)

Sự hấp thu: khi bức xạ truyền tới vật chất là một chất khí, lỏng hoặc rắn, vật chất sẽ

giữ lại một cách chọn lọc năng lượng của một số bức xạ, vật chất từ trạng thái cơ bản sẽchuyển sang trạng thái kích thích, đó là sự hấp thu

Sự phát xạ: vật chất khi hấp thu năng lượng, chuyển lên mức năng lượng cao, ở trạng

thái kích thích, không bền, có xu hướng trở lại mức năng lượng thấp, bền hơn và khi đó cóthể phát ra bức xạ gọi là hiện tượng phát xạ

2. Các hệ thống Atomic Spectroscopy :

3. Nguyên tắc :

 Phần nhỏ ở trạng thái kích thích M* với N* nguyên tử.

 Phần rất ít ở trạng thái ion Mn+

a) Quang phổ hấp thu nguyên tử:

Các nguyên tử ở trạng thái Mo có khả năng hấp thu năng lượng dưới dạng bức xạ vàsau khi hấp thu nguyên tử sẽ chuyển từ trạng thái ứng với mức năng lượng cơ bản sangmức năng lượng gần mức năng lượng cơ bản nhất (được gọi là bước chuyển cộng hưởng).Điều này có nghĩa làsau khi nguyên tử hóa, nếu đưa một chùm bức xạ điện từ có tầnsố bằng tần số cộng hưởng, các nguyên tử tự do có thể hấp thu các bức xạ cộng hưởng nàyvà làm giảm cường độ của chùm bức xạ điện từ Phần cường độ của chùm bức xạ điện từ

bị giảm do bị hấp thu tỷ lệ với số nguyên tử ở trạng thái Mo, nghĩa là tỉ lệ với hàm lượng

M trong mẫu

b) Quang phổ phát xạ nguyên tử:

Những nguyên tử M* ở trạng thái kích thích không bền có xu hướng phát ra nănglượng dưới dạng bức xạ để trở về trạng thái cơ bản với cường độ phát xạ tỷ lệ với nồng độcác nguyên tử bị kích thích M*, nghĩa là tỉ lệ với hàm lượng M trong mẫu

4. Ưu nhược điểm :

Quang phổ hấp thu nguyên tử

Quang phổ phát xạ nguyên tử Ưu

Nhược

điểm

- Không áp dụng được cho các nguyên tố có

vạch cộng hưởng ở vùng tử ngoại xa như C,

P, các halogen…

- Thời gian phân tích bị kéo dài do phải hòa

tan mẫu trước khi phân tích

- Không thể xác định đồng thời nhiều

nguyên tố

- Độ chính xác và độ nhạy thấphơn so với phương pháp quangphổ hấp thu nguyên tử

 Phương pháp phát xạ có độ nhạy khoảng 1 ppm.

 Phương pháp hấp thu có độ nhạy khoảng 0,001ppm

a) Quang phổ hấp thu nguyên tử:

 Thường định lượng bằng phép lập đường chuẩn Tuy nhiên cần lưu ý đến nền củadung dịch mẫu vì khi có sự hiện diện của những cấu tử ảnh hưởng, có thể tạo hiện tượngcộng hưởng hay gây những bức xạ ký sinh Để giảm sai số này cần tạo môi trường đệmcho chuẩn

 Để tăng độ nhạy của máy, trong phép đo vi phân tích, có những kỹ thuật đo mới

 Phương pháp hấp thu nguội: dùng định lượng những nguyên tố dễ thăng hoa như

As, Hg Không nguyên tử hóa cấu tử khảo sát bằng ngọn lửa, mà chuyển cấu tửsang dạng dễ bay hơi như AsH3, HgO Sau đó, vẫn kích thích nguyên tố bằng nănglượng của đèn cathode lõm và đo độ hấp thu

 Dùng lò graphít:

 Mẫu dạng rắn với lượng khá nhỏ cho thăng hoa ở 27000C trong ống graphítvà sau đó nguyên tử hóa cấu tử khảo sát

 Dùng luồng khí trơ thổi nguyên tử mẫu thể khí qua chùm bức xạ của đèncathode lõm Phương pháp này có thể đạt độ nhạy 10-5 ppm

b) Quang phổ phát xạ nguyên tử:

 Thường định lượng bằng cách lập đường chuẩn Hiện tượng ion hóa và tự hấp thuthường xảy ra, để tránh ảnh hưởng này cần:

 Thêm vào mẫu và chuẩn cùng lượng thừa khá lớn nguyên tố dễ bị ion hóa hơnnhững cấu tử có trong dung dịch mẫu

 Chọn khoảng nồng độ thích hợp cho dãy chuẩn để đường chuẩn có dạng thẳng

 Với bộ phận tạo bức xạ đơn sắc kém chính xác như kính lọc, thường có những bứcxạ cộng hưởng làm sai độ phát xạ của mẫu Để giảm sai số này, có thể lập hệ số điềuchỉnh bằng cách thêm chuẩn vào mẫu Cách này được áp dụng khi không tạo được điềukiện nền giống nhau giữa chuẩn và mẫu

III HỆ THỐNG QUANG PHỔ HẤP THU NGUYÊN TỬ AAS:

 Nguyên tắc hoạt động: áp đặt thế giữa hai điện cực, ion hóa khí hiếm bên trong

đèn Do sự di chuyểân các ion đến điện cực tạo ra dòng điện giữa 2 điện cực Nếu thế ápđặt đủ lớn, các cation khi có đủ động năng sẽ đẩy bật nguyên tử kim loại ở cathode rakhỏi điện cực này, tạo đám mây nguyên tử Một phần những nguyên tử này ở trạng tháikích thích và phát ra bức xạ đặc trưng khi trở về trạng thái cơ bản

2. Bộ phận nguyên tử hóa (Atomizer)

 Bộ phận nguyên tử hóa có chức năng nguyên tử hóa mẫu cần phân tích thành đámhơi nguyên tử

 ASS đòi hỏi các nguyên tử của chất cần phân tích phải ở trạng thái khí Ion vànguyên tử trong mẫu phải không bị solvate hóa và không bị bốc hơi tại nguồn nhiệt cónhiệt độ cao như ngọn lửa hoặc lò graphite

 Kích thước ngọn lửa rất quan trọng

Nhiên liệu Chất oxy hóa Nhiệt độ, K

Hydrogen Air 2000-2100Acetylene Air 2100-2400Hydrogen Oxygen 2600-2700Acetylene Nitrous Oxide 2600-2800

 Với phương pháp phát xạ, nên chọn hỗn hợp có nhiệt độ cao, thường dùngacetylene với không khí hay oxy Tuy nhiên, nếu mẫu dễ bị oxy hóa (nhóm kiềmhay kiềm thổ) dùng hỗn hợp có nhiệt độ cháy thấp hơn như propane hay butane vớikhông khí

 Với phương pháp hấp thu, thường chọn hỗn hợp có nhiệt độ thấp Tuy nhiên,với những hợp chất trơ như Al2O3 cần dùng hỗn hợp khí có nhiệt độ cao nhưacetylene và N2O Không dùng hỗn hợp oxy và acetylene vì có thể gây cháy nổ

 Bộ phận nguyên tử hóa có 2 loại:

a) Ngọn lửa:

 Ngọn lửa dùng trong AAS chỉ dùng để phân tích mẫu dạng lỏng

 Mẫu lỏng thường được hút cùng với dòng khí đốt vào bên trong buồng phối trộn vàđược phun ra thành các giọt nhỏ trước khi vào ngọn lửa

 Lò để tạo ngọn lửa có dạng khe làm tăng khả năng hấp thu bức xạ của nguyên tử

AAS dùng ngọn lửa:

AAS dùng lò graphite:

3. Bộ phận đơn sắc:

Phần quang học cấu tạo bởi một lăng kính chỉ cho ánh sáng có bước sóng đặc trưngxuyên qua Chức năng của bộ phận đơn sắc là tách tia sáng đơn sắc ra khỏi chùm ánhsáng

IV HỆ THỐNG QUANG PHỔ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ AES:

Hệ thống AES cũng tương tự AAS, chỉ khác là không sử dụng đèn cathode lõm

Hệ thống ICP – AES: (Hệ thống AES sử dụng atomizer là argon plasma)

V TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM:

Đồng nhất mẫu

Kết quả

Mẫu

Than hóa Thấm ướt tro

Hòa tan tro Làm nguội

Tro hóa

Cân mẫu Than hóa

525 o C Thời gian: 1-2h

Định mức

2-5g

Tro trắng Tro đen hoặc xám

Tro hoá HNO 3

1. Chuẩn bịù mẫu:

a) Đồng nhất mẫu:

Bóp nát gói mì ăn liền, đem bỏ vào máy xay xay mì thành bột mịn Chú ý thời gianxay không được quá lâu nếu không dầu ăn trong mì thấm ra nhiều gây khó khăn khi trộnmẫu Do ta đang phân tích mẫu mì gói nên không trộn gói bột nêm vào.

b) Lấy mẫu:

Bột mì sau khi xay xong, trộn đều, đem trải đều ra và tiến hành lấy mẫu: trải bột đều

ra thành hình chữ nhật, chia hình chữ nhật ra làm 4 phần, lấy một phần, tiếp tục chia 4phần rồi lấy lại một phần,… Tùy theo lượng bột trải ra thành hình chữ nhật to hay nhỏ màchia 4 một lần, hai lần hay ba lần…, rồi lấy một phần ở lần chia cuối cùng đem cân mẫu, ởtrong bài thí nghiệm này do lượng bột ít nên ta chỉ chia hình chữ nhật ban đầu một lần, lấymột phần, trộn đều lên và sử dụng phần đó để cân mẫu

c) Cân mẫu:

Trong mẫu mì ăn liền nguyên tố Fe là nguyên tố vi lượng, nguyên tố Na, Ca là nguyêntố đa lượng, do đó cần tính toán lượng mẫu cân thích hợp để có thể đo được cả nguyên tố

vi lượng và nguyên tố đa lượng

Ta cân lượng mẫu từ 3 – 5 g Sử dụng cân phân tích 4 số lẻ để cân mẫu Mẫu đựngtrong chén sứ Cân lần lượt 4 mẫu:

Bảng 1: Khối lượng mẫu

Mẫu Khối lượng (gam)

B.1 3,55B.2 3,255B.3 3,174B.4 3,385

2. Xử lý mẫu:

Xử lý mẫu là một thao tác cực kì quan trọng không thể thiếu khi tiến hành phân tíchđịnh tính cũng như định lượng kim loại bằng phương pháp AAS nói riêng và trong kỹ thuậtphân tích nói chung Việc xử lý mẫu sai, kết quả thu được sẽ không có giá trị, không đángtin cậy

Mục đích của việc xử lý mẫu là nhằm tách các tạp chất, làm giàu mẫu (nếu cần), đưamẫu về trạng thái thuận lợi nhất cho việc phân tích

Để phân tích một nguyên tố kim loại có mặt trong mẫ bằng AAS, trước hết kim loại đóphải ở dưới dạng ion tan Mặt khác, kim loại tồn tại trong mẫu thực phẩm dưới dạng phứccủa các chất hữu cơ Do đó mục đích của việc xử lý mẫu ở đây là giải phóng kim loại rakhỏi phức chất và đưa nó về trạng thái ion tan trong dung dịch Hầu hết các nguyên tố kimloại phân tích bằng phương pháp AAS đều phải tồn tại dưới dạng muối acid

1.1 Dụng cụ:

 Cân phân tích

 Chén sứ

b) Tro hóa:

Khi mẫu hết bốc khói chuyển mẫu vào lò nung, nung ở 525oC, lưu ý bật lò nung trướcnửa tiếng để lò đạt nhiệt độ yêu cầu mới đặt chén vào nung Thời gian nung 3 – 5 giờ(không quá 8 giờ, vì lâu quá kim loại sẽ bị bay ra theo) Sau khi nung mẫu trắng, chuyểnmẫu ra ngoài để nguội ở nhiệt độ phòng (tránh làm bay tro của mẫu)

Đối với những mẫu tro còn xám hoặc đen (còn C), ta lấy ra và thấm ướt tro bằng 0,5 –

3 ml HNO3, sau đó đặt lên bếp điện cho khô và hết khói, chuyển vào lò nung ở 525oC từ 1– 2 giờ (bước này nên hạn chế vì K dễ bị mất)

c) Hòa tan mẫu:

Hòa tan tro với 5 ml HNO3 1N, đun nhẹ trên bếp điện 5 – 10 phút cho phản ứng diễn ranhanh hơn để mẫu tan hoàn toàn Sử dụng HNO3 hòa tan tro để đảm bảo tro tan hoàn toàn

vì trong mẫu có những oxit kim loại không tan trong nước Sau khi mẫu tan hoàn toànchuyển vào bình định mức 50 ml, dùng HNO3 1N tráng chén hai lần, sau đó định mức lên

50 ml bằng HNO3 1N, ta có dung dịch A

Khi chuyển vào bình định mức phải lọc qua giấy lọc vì:

 Ống hút mẫu để phân tích quang phổ có đường kính rất nhỏ, các cặn bẩn còn lại cóthể làm nghẹt lọc

 Khi đo quang phổ hấp thu hay phát xạ, các cặn bẩn sẽ hấp thu ánh sáng làm sailệch kết quả do điều kiện đo của mẫu và chuẩn không giống nhau

d) Pha dung dịch chuẩn:

do bị nhiễm trong quá trình pha loãng

 Trong bài thí nghiệm ta pha các dung dịch chuẩn từ dung dịch chuẩn con 100 ppm

 Lần lượt pha các dung dịch chuẩn theo tỉ lệ trong các bảng sau:

Bảng 2: Chuẩn Ca (pha trong nền LaCl3 0,1%)

Dung dịch LaCl3 trong mẫu là 0,1% (nền mẫu khi đo Ca có LaCl3 0,1%) Do Ca thườngtồn tại dưới dạng phức với P nên ta cho LaCl3 vào thay Ca tạo phức với P để giải phóng

Ca thành dạng tự do

Bảng 3: Chuẩn Fe

Bảng 4: Chuẩn Na (pha trong nền CsCl 0,5%)

Dung dịch CsCl trong mẫu là 0,5% (nền mẫu khi đo Na có CsCl 0,5%) CsCl cho vàođể tránh ion hóa Na Cs sẽ bị ion hóa trước

La và Cs có mặt trong mẫu đóng vai trò là chất kích thích quang Do trong mẫu cùngmột lúc có nhiều nguyên tố kim loại, khi nguyên tử hoá mẫu bằng ngọn lửa, nhiều ionkhác ngoài Ca và Na cũng bị kích thích, làm giảm độ hấp thu hay độ phát xạ của Ca và

Na Để hạn chế ảnh hưởng của các nguyên tố này đến độ hấp thu hay độ phát xạ của Na,

Ca người ta sử dụng các chất kích thích quang vì các chất này có khả năng làm giảm độhấp thu của các nguyên tố đó, làm nổi bật Ca và Na lên

 Cho các chất hỗ trợ (CsCl hay LaCl3)

 Định mức bằng nước cất đến vạch

Đối với trường hợp của Fe ta pha chuẩn 1 ppm và 5 ppm trước rồi pha ra thành chuẩn0,5 ppm và 2,5 ppm

Khi xây dựng đường chuẩn tốt nhất là 5 điểm, nhưng điều kiện không cho phép nêntrong thí nghiệm này chỉ xây dựng đường chuẩn qua 3 điểm Đối với mỗi chất đều có mộtkhoảng nồng độ nhất định để đường chuẩn tuyến tính, nên ta phải chọn nồng độ chuẩnthích hợp để đường chuẩn còn tuyến tính thì kết quả mới chính xác

Trong bài thí nghiệm này ta có khoảng nồng độ của các chất như sau:

 Ca  10 ppm

 Na  5 ppm

 Fe  8 ppm

e) Pha loãng mẫu:

Cần ước tính sơ bộ hàm lượng của các nguyên tố trong mẫu để pha loãng trước khi đo

vì đường chuẩn thu được chỉ giới hạn trong một khoảng nồng độ nhất định, nếu nồng độcủa nguyên tố cấn phân tích nằm ngoài vùng giới hạn của đường chuẩn, kết quả thu đượcsẽ không chính xác

Mẫu trước khi pha loãng phải đem lọc để tách cặn có lẫn trong mẫu Chú ý sau khi đổmẫu phải tráng bình định mức, sau khi lọc phải tráng giấy lọc và phễu lọc để tránh mấtmẫu

Pha loãng mẫu tương tự như là pha chuẩn

 Đo Na : pha loãng mẫu 250 lần

 Đo Ca : pha loãng mẫu 10 lần

 Đo Fe : không pha loãng

Làm mẫu trắng song song với lượng thuốc thử giống hệt nhưhg không có sự hiệndiện của mẫu phân tích

3. Kỹ thuật phân tích trên máy AAS:

Kiểm tra máy Chọn đèn nguyên tố.

Đèn nằm ở vị trí nào.

Phương pháp đo là phát xạ hay hấp thụ.

Kiểm tra đèn:

- Dò bước sóng.

- Dò chiều cao đầu đốt.

(đo bước sóng của phát xạ phải cho chuẩn vô đo)

Đo chuẩn.

Đo mẫu.

1.1 Đo phổ hấp thu nguyên tử:

a) Nguyên tắc:

Mẫu được nguyên tử hóa bằng ngọn lửa C2H2 – không khí nén ( 2300oC) hoặc C2H2

– N2O ( 3000oC) Ở nhiệt độ này, điện tử hóa trị của một số nguyên tố không bị kíchthích lên mức năng lượng cao hơn Vì thế khi ta cung cấp một nguồn bức xạ bên ngoàivào, e- sẽ hấp thu năng lượng và chuyển lên mức năng lượng cao hơn

Đo cường độ mất đi (của nguồn bức xạ bên ngoài) ở bước sóng cộng hưởng đặc trưngcủa từng nguyên tố, ta sẽ tính được hàm lượng nguyên tố đó có trong dung dịch đem phântích.

b) Các bước đo phổ hấp thu (Ca, Fe) trên máy SpectrAA - 200:

 Mở máy, để ổn định 15 – 30 phút

 Lập chương trình đo:

 Tên mẫu

 Chọn nguyên tố cần đo

 Chọn chế độ hấp thu

 Chọn bước sóng (Ca là  = 422,67nm và Fe là  = 248,33nm)

 Đặt vị trí đèn và cường độ đèn

 Thời gian hút mẫu

 Thời gian đo và số lần đo lặp lại

 Nồng độ dung dịch chuẩn

 Ký hiệu dung dịch đem đo

 Mở đèn cathode, tối ưu hóa vị trí đèn và đầu đốt (để ổn định 5 phút)

 Mở hốt hút khí độc, mở không khí nén, mở khí C2H2

 Bật lửa để ổn định vài phút trước khi đo

 Tiến hành đo chuẩn, mẫu trắng và mẫu phân tích

1.2 Đo phổ phát xạ nguyên tử:

a) Nguyên tắc:

Mẫu được nguyên tử hóa bằng ngọn lửa C2H2 – không khí nén ( 2300oC) Nhiệt độ này đủ kích thích điện tử hóa trị của một số nguyên tử hóa trị của một số nguyên tố Na, K,Li,… (nguyên tố có nhiệt độ hóa hơi thấp) di chuyển lên mức năng lượng cao hơn (trạng thái kích thích) Theo quy luật phân bố mức năng lượng, trạng thái kích thích không bền, các e- có khuynh hướng quay về trạng thái cơ bản (trạng thái bền) và phát ra bức xạ đặc trưng Đo cường độ bức xạ này ta sẽ tính được hàm lượng nguyên tố đó có trong dung dịch phân tích

b) Các bước đo phát xạ (Na) trên máy SpectrAA - 200:

 Mở máy, để ổn định 15 – 30 phút

 Lập chương trình đo:

 Tên mẫu

 Chọn nguyên tố cần đo

 Chọn chế độ phát xạ

 Chọn bước sóng (Na là  = 589,0nm)

 Thời gian hút mẫu

 Thời gian đo và số lần đo lặp lại

 Nồng độ dung dịch chuẩn

VI KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:

Fe Độ hấp thu của chuẩn

Độ hấp thu của mẫu

Độ hấp thu của mẫu

Độ phát xạ của mẫu

0.0735

VII XỬ LÝ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:

 Từ nồng độ chuẩn và độ hấp thu của chuẩn ta dựng được đường chuẩn

 Từ độ hấp thu của mẫu, dóng lên đường chuẩn ta tìm được nồng độ mẫu

 Hàm lượng Fe trong mẫu phân tích:

) g ( cân Lượng

f V ) ppm ( máy trên đo Số ) kg / mg (

f V ) ppm ( máy trên đo Số (%)

VIII KẾT QUẢ TÍNH TOÁN

Đường chuẩn của Fe

Đường chuẩn của Ca

Đường chuẩn của Na

Số đo trên máy, ppm (mg/

Trung bình

IX NHẬN XÉT:

Vấn đề 1: Các yếu tố ảnh hưởng đến quang phổ hấp thu và phát xạ nguyên tử ngọn lửa

1 Đèn đốt :

Ngọn lửa được đốt bằng một loại đèn thích hợp, tùy hiện tượng khảo sát Hai loại đènthường dùng:

a) Đèn đốt toàn diện:

 Dung dịch mẫu được đốt trực tiếp ngay tại ngọn lửa

 Đầu B của đèn có áp suất kém hơn đầu C, tạo lực hút dung dịch mẫu lên

Đèn có đặc điểm:

 Ngọn lửa nhỏ và sáng, dễ tăng cường độ phát xạ bằng hệ thống kính hội tụ

 Lượng mẫu được đưa nhiều vào ngọn lửa

 Không gây nổ

 Do đó, loại đèn này thường dùng trong các máy quang phổ phát xạ ngọn lửa Tuynhiên, vì lượng mẫu được đưa trực tiếp vào ngọn lửa, với những hạt khác kích thước, sẽđược đưa vào với vận tốc khác nhau, do đó gây ra tính hiệu kém ổn định

b) Đèn đốt trộn trước:

 Dung dịch mẫu được hút lên trộn trước với nhiên liệu và chất oxy hóa trongbuồng C Những hạt có kích thước lớn bị loại ra ở chỗ thoát A

Đèn có đặc điểm:

 Ngọn lửa có kích thước lớn: bề rộng 10 – 20cm, bề dày 1 – 2mm, làm tăng khảnăng hấp thu bức xạ tới của nguyên tử mẫu dạng Mo trong ngọn lửa (tương tự với trườnghợp chậu đo có bề dày b lớn)

 Hạt mẫu có cùng kích thước sẽ tạo tín hiệu ổn định

 Tuy nhiên, đèn dễ gây hiện tượng nổ cháy ở buồng C Đèn thường được dùng trongmáy quang phổ hấp thu ngọn lửa

N tăng theo nhiệt độ, do đó:

 Với phương pháp phát xạ, cần tăng N* nên chọn hỗn hợp có nhiệt độ cao,thường dùng acetylen với không khí hay oxy Tuy nhiên, nếu mẫu dễ bị ion hóa(nhóm kiềm hay kiềm thổ) dùng hỗn hợp có nhiệt độ cháy thấp hơn như propanhay butan với không khí

 Với phương pháp hấp thu, thường chọn hỗn hợp có nhiệt độ thấp Tuy nhiên,với những hợp chất trơ như Al2O3 cần dùng hỗn hợp khí có nhiệt độ cao nhưacetylen và N2O Không dùng hỗn hợp O2 và C2H2 vì có thể gây cháy nổ

Để có ngọn lửa ổn định, lưu lượng và áp suất nhiên liệu đưa vào đèn phải được