Nghiên cứu xác định hàm lượng natri, kali, canxi và magie trong một số loại nấm lớn lấy từ vườn quốc gia pù mát nghệ an bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (aas)

Xuất phát từ những lý do trên chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu, xác định hàm lượng khoáng chất natri, kali, canxi và magiê trong một số loại nấm lớn thu hái từ vườn Quốc gia Pù Mát - N

PHAN THỊ THANH

NGHI£N CøU X¸C §ÞNH HµM L¦îNG NATRI, KALI, CANXI Vµ MAGI£ TRONG MéT Sè LO¹I NÊM LíN LÊY Tõ V¦êN QUèC GIA Pï M¸T - NGHÖ AN B»NG PH¦¥NG PH¸P

QUANG PHæ HÊP THô NGUY£N Tö (AAS)

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

NGHỆ AN - 2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

PHAN THỊ THANH

NGHI£N CøU X¸C §ÞNH HµM L¦îNG NATRI, KALI, CANXI Vµ MAGI£ TRONG MéT Sè LO¹I NÊM LíN LÊY Tõ V¦êN QUèC GIA Pï M¸T - NGHÖ AN B»NG PH¦¥NG PH¸P

QUANG PHæ HÊP THô NGUY£N Tö (AAS)

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Mã số: 60.44.01.18

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học:

TS ĐINH THỊ TRƯỜNG GIANG

NGHỆ AN - 2014

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giảng viên, Tiến sĩ Đinh Thị

Trường Giang đã giao đề tài và hết lòng hướng dẫn, chỉ bảo tận tình truyền

đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu cho em trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn Hóa phân tích, các thầy, cô giáo hướng dẫn Phòng thí nghiệm thuộc khoa Hóa học, Trung tâm Phân tích chuyển giao An toàn Thực phẩm - Môi trường - Trường Đại học Vinh và các cán bộ phân tích của Trung tâm Kiểm nghiệm dược phẩm mỹ phẩm Nghệ An đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ em trong quá trình thực hiện luận văn

Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình và bạn bè đã quan tâm, động viên em hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình

Vinh, tháng 10 năm 2014

Học viên

Phan Thị Thanh

Trang

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Sơ lược về Nấm 3

1.1.1 Giới thiệu về Nấm 3

1.1.2 Phân loại Nấm 3

1.1.3 Nấm lớn 4

1.2 Tổng quan về các nguyên tố natri, kali, canxi, magie 7

1.2.1 Tổng quan về nguyên tố natri 7

1.2.2 Tổng quan về nguyên tố kali 8

1.2.3 Vai trò sinh học của natri và kali 8

1.2.4 Tổng quan về nguyên tố canxi 9

1.2.5 Tổng quan về nguyên tố magiê 10

1.3 Các phương pháp phân tích natri, kali, canxi và magie 11

1.3.1 Các phương pháp phân tích natri, kali 11

1.3.2 Các phương pháp phân tích magie, canxi 12

1.4 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử 13

1.4.1 Sự xuất hiện phổ hấp thụ nguyên tử 13

1.4.2 Quá trình nguyên tử hóa mẫu 13

1.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng và phương pháp loại trừ của phép đo AAS 14

1.5 Các phương pháp định lượng của phổ hấp thụ nguyên tử 18

1.5.1 Phương pháp đồ thị chuẩn (đường chuẩn) 18

1.5.2 Phương pháp thêm tiêu chuẩn 19

1.5.3 Phương pháp đồ thị không đổi 20

1.5.4 Phương pháp dùng một mẫu chuẩn 21

1.6.2 Phương pháp xử lý mẫu khô 22

1.6.3 Phương pháp xử lý mẫu khô ướt kết hợp 22

CHƯƠNG : THUẬT TH C NGHIỆM 24

2.1 Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu 24

2.1.1 ụng cụ 24

2.1.2 Thiết bị 24

2.2 Chuẩn bị các hóa chất (loại tinh khiết phân tích dùng cho AAS) 25

2.2.1 Chất chuẩn 25

2.2.2 H a chất khác 26

2.3 Chuẩn bị mẫu 26

2.3.1 Mẫu chuẩn 26

2.3.2 Mẫu trắng 26

2.3.3 Mẫu thử 27

CHƯƠNG 3: ẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29

3.1 Kết quả nghiên cứu các thông số ghi đo của máy 29

3.2 Xây dựng đường chuẩn, xác định giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của các kim loại Na, K, Ca, Mg 29

3.2.1 Xây dựng đường chuẩn, xác định giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của kim loại Na 29

3.2.2 Xây dựng đường chuẩn, xác định giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của kim loại kali 32

3.2.3 Xây dựng đường chuẩn, xác định giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của kim loại canxi 34

3.2.4 Xây dựng đường chuẩn, xác định giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của kim loại magiê 36

3.3.1 Xác định độ lặp lại của phương pháp đo phổ hấp thụ của các

kim loại Na, K, Ca,Mg 38

3.3.2 Độ thu hồi của phương pháp 42

3.4 Tiến hành phân tích mẫu nấm 43

3.5 So sánh với kết quả phân tích bằng ICP-MS 47

KẾT LUẬN 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

PHỤ LỤC 52

AAS Quang phổ hấp thụ nguyên tử

Trang

Hình 1.1: Hình ảnh một số nấm lớn 5

Hình 1.2: Các loại nấm Linh chi 6

Hình 1.3: Đồ thị chuẩn của phương pháp đường chuẩn 19

Hình 1.4: Đồ thị chuẩn của phương pháp thêm tiêu chuẩn 20

Hình 2.1: Máy AAS- 7000 24

Hình 3.1: Dung dịch chuẩn với nồng độ tăng dần 30

Hình 3.2: Đồ thị đường chuẩn của Natri 30

Hình 3.3: Đồ thị đường chuẩn của kali 33

Hình 3.4: Đồ thị đường chuẩn của canxi 35

Bảng 1.1: Tính chất vật lý của natri 7

Bảng 1.2: Tính chất vật lí của kali 8

Bảng 1.3: Tính chất vật lí của canxi 9

Bảng 1.4: Tính chất vật lí của magie 10

Bảng 1.5: Dãy chuẩn của phương pháp thêm chuẩn 20

Bảng 2.1: Chương trình vô cơ h a mẫu trong lò vi sóng 27

Bảng 2.2: Lượng cân các mẫu nấm 28

Bảng 3.1: Các thông số ghi đo của máy 29

ảng 3.2: Kết quả xây dựng đường chuẩn của natri bằng phương pháp F-AAS 30

ảng 3.3: Kết quả xây dựng đường chuẩn của kali bằng phương pháp F-AAS 32

ảng 3.4: Kết quả xây dựng đường chuẩn của canxi bằng phương pháp F-AAS 34

ảng 3.5: Kết quả xây dựng đường chuẩn của magie bằng phương pháp F-AAS 36

ảng 3.6: Kết quả phân tích và tính toán độ lặp lại khi phân tích natri bằng phương pháp F-AAS 40

ảng 3.7: Kết quả phân tích và tính toán độ lặp lại khi phân tích kali bằng phương pháp F-AAS 40

ảng 3.8: Kết quả phân tích và tính toán độ lặp lại khi phân tích canxi bằng phương pháp F-AAS 41

ảng 3.9: Kết quả phân tích và tính toán độ lặp lại khi phân tích magie bằng phương pháp F-AAS 41

ảng 3.10: Kết quả tính toán hiệu suất thu hồi đối với phương pháp xác định Na, K, Ca, Mg 43

trong mẫu nấm linh chi 44

Bảng 3.12: Kết quả đo phổ F-AAS và tính toán hàm lượng K có trong mẫu nấm linh chi 45

Bảng 3.13: Kết quả đo F-AAS và tính toán hàm lượng Ca có trong mẫu nấm linh chi 45

Bảng 3.14: Kết quả đo F-AAS và tính toán hàm lượng Mg có trong mẫu nấm linh chi 46

Bảng 3.15: So sánh kết quả phân tích hàm lượng nguyên tố natri 47

Bảng 3.16: So sánh kết quả phân tích hàm lượng nguyên tố kali 47

Bảng 3.17: So sánh kết quả phân tích hàm lượng nguyên tố canxi 48

Bảng 3.18: So sánh kết quả phân tích hàm lượng nguyên tố Mg 48

MỞ ĐẦU

Nấm là một dược liệu mà con người từ xa xưa đã biết dùng làm thuốc và thức ăn Các chế phẩm từ 1 số loại nấm lớn đã được dùng để hỗ trợ điều trị nhiều bệnh như: ệnh gan, tiết niệu, tim mạch, ung thư…, một số loại khác được dung phổ biến trong bữa ăn người việt như nấm hương, mộc nhĩ, nấm sò, nấm rơm, nấm chàm Trong thành phần hóa học của nấm lớn chứa hàm lượng các nguyên

tố vi lượng tương đối như Se, Mn, K, Ca, Fe…đ là những nguyên tố vi lượng, đa lượng thiết yếu của cơ thể

Natri, kali, canxi, magie là khoáng đa lượng tham gia trong cấu trúc vững chắc của bộ xương và tham gia trong các quá trình trao đổi chất trong tế bào Thiếu Mg làm cho sinh vật còi cọc, máu vận hành yếu dần, yếu dây thần kinh dẫn đến co giật có thể gây chết Thiếu Ca, K, Na gây ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất trong tế bào, nặng có thể gây chết Đặc biệt thiếu K làm rối loạn chức năng tim

Hiện nay phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử dùng kỹ thuật ngọn lửa để xác định Natri, Kali, Canxi, Magie được sử dụng phổ biến Nó đáp ứng được các yêu cầu đối với việc xác định chính xác các nguyên tố vi lượng trong các đối tượng sinh học, dược phẩm, thực phẩm Xuất phát từ

những lý do trên chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu, xác định hàm lượng khoáng chất natri, kali, canxi và magiê trong một số loại nấm lớn thu hái

từ vườn Quốc gia Pù Mát - Nghệ An bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)” làm luận văn tốt nghiệp của mình

Mục tiêu: Xác định được hàm lượng natri, kali, canxi, magie có trong

một số loài nấm lớn bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

Để thực hiện đề tài này, chúng tôi tập trung giải quyết các nhiệm vụ sau:

- Nghiên cứu thiết bị, dụng cụ hóa chất;

- Nghiên cứu khảo sát các điều kiện tối ưu trên máy đo AAS

- Nghiên cứu xây dựng đường chuẩn của Na, K, Ca, Mg bằng phép đo F-AAS

- Xác định hàm lượng Na, K, Ca, Mg trong một số loài nấm lớn bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng kỹ thuật F-AAS và so sánh kết quả với phương pháp ICP-MS

Sở dĩ nấm được xếp vào giới riêng mà không được xếp vào giới thực vật hay động vật vì Nấm có nhiều đặc điểm khác thực vật như:

- Không có lục lạp, không có sắc tố quang hợp nên không thể tự động tạo các chất hữu cơ cho cơ thể khác như thực vật

- Không có sự phân h a cơ quan thành thân, rễ, lá, hoa

- Phần lớn nấm không chứa xenlulozo trong vách tế bào mà chủ yếu bằng Chitin và glucan Chitin là chất gặp ở động vật nhiều hơn thực vật, chủ yếu ở nhóm giáp xác và côn trùng, tạo thành lớp vỏ hoặc cánh cứng cho các loài này

- Nấm dự trữ đường dưới dạng glycozen, thay vì tinh bột như thực vật Nấm cũng không được xếp vào giới động vật vì:

- Nấm sinh sản chủ yếu bằng bào tử (hữu tính hay vô tính) giống hạt phấn của thực vật

- Sự dinh dưỡng của Nấm liên quan đến hệ sợi nấm Nấm lấy các chất dinh dưỡng thông qua màng tế bào của sợi nấm (tương tự như cơ chế

ở rễ thực vật)

1.1.2 Phân loại Nấm

Giới Nấm được chia làm 4 giới phụ:

- Giới phụ nấm nhầy - Gymnomycetoida

- Giới phụ nấm tảo - phycomycetoida

đa số nấm lớn thuộc ngành phụ Agaricomycotina Doweld (2001); chỉ có một

số rất ít loài thuộc 2 ngành phụ Pucciniomycotina R aeuer, eregow…(với

12 loài thuộc chi Septobasidium thuộc bộ Septobasidioles) và Ustilagomycotina Doweld (2001) với các lớp thuộc Ustilagomycetes (với 2 đại diện thuộc lớp nấm Than là Ustilago maydis trên ngô và Ustilago esculenta trên củ niễng đều ăn được) và Exobasidiomycetes (với một vài loài thuộc chi nấm Đảm ngoài Exobasidium gây bệnh phồng lá) Trong ngành phụ Agaricomycotina, đại đa số nấm lớn thuộc về lớp Agaricomycetes Hai lớp còn lại chỉ có số lượng loài rất khiêm tốn là Tremellomycetes (17 loài thuộc

bộ Tremellales) và lớp Dacrymycetes ( với 5 loài thuộc bộ Dacrymycetales) Trong lớp Agaricomycetes, các bộ có số lượng loài nhiều nhất là Aphyllophorales sensu lato (hơn 300 loài), Agaricales sensu lato (gần 300 loài), Boletales (gần 60 loài), Russulales (gần 40 loài) Các bộ có ít loài nhất

là Hymenogastrales (1 loài), Ceratiomycetales (1 loài)

Hình 1.1: Hình ảnh một số nấm lớn

Nấm Linh chi (Lingzhi mushroom) có tên khoa học là Ganoderma Lucidum, thuộc họ Nấm Lim Nấm Linh chi còn có những tên khác như Tiên thảo, Nấm trường thọ, Vạn niên nhung là một loài nấm lớn quan trọng

Linh chi là loại thuốc quý, có tác dụng bảo can (bảo vệ gan), giải độc, cường tâm, kiện nảo (bổ óc), tiêu đờm, lợi niệu, ích vị (bổ dạ dày); gần đây c nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới đã định danh được các hoạt chất và xác định tác dụng dược lý của nấm Linh chi như: Germanium, acid ganoderic, acid ganodermic, acid oleic, ganodosteron, ganoderans, adenosin, beta-D-glucan Bằng các phương pháp h a học và công cụ phân tích như máy AAS, ICP-MS các nhà khoa học Việt Nam tìm thấy trong nấm Linh chi có chứa 21 nguyên tố vi lượng cần thiết cho sự vận hành và chuyển hóa của cơ thể như: đồng, sắt, kali, magan, natri, canxi, germani, crom…

Theo y học cổ truyền, nấm linh chi có vị nhạt, tính ấm, có tác dụng tư

bổ cường tráng, bổ can chi, an thần, tăng trí nhớ

Germanium giúp tế bào hấp thụ oxy tốt hơn; polysaccharit làm tăng sự miễn dịch trong cơ thể, làm mạnh gan, diệt tế bào ung thư; acid ganodermic chống dị ứng, chống viêm và theo các kết quả nghiên cứu thì hàm lượng germanium trong nấm Linh chi cao hơn trong nhân sâm đến 5-8 lần

- Thanh chi (xanh): vị toan bình Giúp cho sáng mắt, giúp cho an thần ,

bổ can khí, nhân thứ, dùng lâu sẽ thấy thân thể nhẹ nhàng và thoải mái

- Xích chi (đỏ): có vị đắng, ích tâm khí, chủ vị, tăng trí tuệ

- Hắc chi (đen): ích thận khí, khiến cho đầu óc sản khoái và tinh tường

- Tử chi (tím đỏ): bảo thần, làm cứng gân cốt, ích tinh, da tươi đẹp

- Bạch chi (trắng): ích phế khí, làm trí nhớ dai

- Hoàng chi (vàng): ích tì khí, trung hòa, an thần

-

Hình 1.2: Các loại nấm Linh chi

1.1.3.4 Thành phần hóa học của nấm Linh chi

Các phân tích của G- ing Len đã chứng minh các thành phần hóa học tổng quát của Nấm Linh chi như sau:

- Sterol (ergosterol, egosterol peroxide…) 0,14 - 0,16 %

- Thành phần K, Zn, Ca, Na, Mg Mn, Se, Ta, Cr, Ge, khoáng thiết yếu, vitamin…

Từ những năm 1980 đến nay các phương pháp hiện đại: UV-VIS, IR (hồng ngoại), phổ khối lượng- sắc ký khí (GC-MS), phổ cộng hưởng từ hạt nhân đặc biệt là sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) cùng ICP-MS đã xác định gần 100 hợp chất và dẫn xuất trong nấm Linh chi

1.2 Tổng quan về các nguyên tố natri, kali, canxi, magie

Natri là tên một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có

ký hiệu Na và số hiệu nguyên tử bằng 11 Natri là nguyên tố phổ biến nhất thứ 6 trong vỏ Trái Đất, và có mặt trong nhiều loại khoáng vật như felspat, sodalit và đá muối Nhiều loại muối natri là những hợp chất hòa tan mạnh trong nước nên natri là các nguyên tố hòa tan phổ biến nhất theo khối lượng trong các vùng biển trên Trái Đất

Natri là kim loại mềm, màu trắng bạc, hoạt động mạnh, và thuộc nhóm kim loại kiềm; nó chỉ có một đồng vị bền là 23Na Kim loại nguyên chất không có mặt trong tự nhiên nhưng để c được dạng này phải điều chế từ các hợp chất của nó

1.2.2 Tổng quan về nguyên tố kali [2,18]

Kali (tên Latinh: Kalium) là nguyên tố hoá học ký hiệu K, số thứ tự 19 trong bảng tuần hoàn Nó là một kim loại kiềm Kali nguyên tố là kim loại kiềm mềm, có màu trắng bạc dễ bị ôxy hóa nhanh trong không khí và phản ứng rất mạnh với nước tạo ra một lượng nhiệt đủ để đốt cháy lượng hyđrô sinh ra trong phản ứng này Kali cháy có ngọn lửa có màu hoa cà

Do kali và natri có tính chất hóa học rất giống nhau nên các muối của chúng lúc đầu là không có sự khác nhau Sự tồn tại nhiều nguyên tố trong muối của chúng đã được tiên đoán từ năm 1702, và điều này đã được chứng minh năm 1807 khi natri và kali được cô lập một cách độc lập từ các muối khác nhau bởi cách điện phân Kali tồn tại trong tự nhiên ở dạng các muối ion o đ , n được tìm thấy ở dạng hòa tan trong nước biển(với khoảng 0,04% kali theo khối lượng), và nó có mặt trong nhiều khoáng vật

1.2.3 Vai trò sinh học của natri và kali [17,18]

Các ion natri đ ng vai trò khác nhau trong nhiều quá trình sinh lý học

phân cực Một ví dụ của nó là biến đổi tín hiệu trong hệ thần kinh trung ương

Kali là nguyên tố phổ biến thứ 8 hoặc 9 theo khối lượng (0,2%) trong

cơ thể người, vì vậy một người trưởng thành có cân nặng 60 kg chứa khoảng

120 g kali Cơ thể người có nhiều kali giống như lưu huỳnh và clo

Các cation kali có vai trò quan trọng trong các tế bào thần kinh, và trong việc ảnh hưởng đến sự cân bằng thẩm thấu giữa các tế bào và dịch kẽ (ngoại bào chất) với sự phân bố của chúng trong tất cả các môi trường trung gian ở tất cả động vật

Sự thiếu hụt kali trong cơ thể có thể gây ra các tình trạng có thể tử vong như thiếu kali máu, đặc biệt gây nôn mửa, tiêu chảy, hoặc tăng bài tiết niệu đạo Các triệu chứng thiếu hụt kali gồm yếu cơ, liệt ruột, bất thường ECG (điệm tâm đồ), giảm phản xạ và trong các trường hợp nghiêm trọng có thể gây liệt hô hấp, loạn nhip tim

1.2.4.2 Vai trò sinh học của canxi

Canxi là thành phần quan trọng của khẩu phần dinh dưỡng sự thiếu hụt

dù rất nhỏ của n cũng làm ảnh hưởng đến sự hình thành và phát triển của xương và răng Thừa canxi có thể dẫn đến sỏi thận Vitamin D là cần thiết để giúp hấp thụ canxi

Canxi là nguyên tố thiết yếu cho sinh vật sống, đặc biệt trong sinh lý

trò mang tín hiệu cho nhiều quá trình tế bào Là một khoáng chất chính trong việc tạo xương, răng và vỏ sò, canxi là kim loại phổ biến nhất về khối lượng

có trong nhiều loài động vật

Năng lượng ion hóa Thứ nhất 737,7 KJ/mol

1.2.5.2 Vai trò sinh học của magie

Khẩu phần dinh dưỡng của người lớn là 300-400mg/ngày, phụ thuộc vào tuổi tác, giới tính, trọng lượng Nhiều loại enzym cần có cation magiê cho các phản ứng xúc tác của chúng, đặc biệt là các enzym sử dụng năng lượng hoạt hóa(ATP) Không đủ magiê trong cơ thể sinh ra các chứng co thắt cơ, và

n liên quan đến các chứng bệnh tim mạch (cardiovascular), đái đường, huyết

áp cao và loãng xương Sự thiếu hụt cấp tính là hiếm hơn

1.3 Các phương pháp phân tích natri, kali, canxi và magie

1.3.1 Các phương pháp phân tích natri, kali

Năm 2012, Ligia C.C de Oliverra, xác định hàm lượng Na và K trong một số đối tượng sinh học bằng F-AAS với LOD là 0,1 µg/g đối với Na; 0,06

Phương pháp AES được asen và Kirchhoft phát minh năm 1858 (Atomic Emission Spectrophotometry)

Năm 2012, ligia C C de Oliverra, xác định hàm lượng natri bằng

Tác giả Nicolas Marie, năm 2011 đã nghiên cứu xác định hàm lượng natri, kali trong thực phẩm bằng phương pháp ICP-AES với các thông số máy

Với phương pháp ICP-AES, tác giả Ligia C.C de Oliverra đã phân tích hàm lượng natri và kali trong một số đối tượng sinh học với LOQ lần lượt là 0,1 và 0,3 µg/g [10]

Theo tiêu chuẩn Việt Nam 9588: 2013 phân tích hàm lượng Na, K, Ca,

Mg bằng phương pháp đo phổ phát xạ ngọn lửa plasma cao tần cảm ứng (ICP-AES)

Với nguyên tắc để xác định các chất khoáng canxi, natri, magiê, kali phần mẫu thử được tro h a sau đ được hòa tan trong axit clohydric (trong trường hợp thức ăn hữu cơ) hoặc được phân hủy ướt bằng axit clohydric

Nhóm nghiên cứu của trường đại học Alaska, năm 2008 đã xác định hàm lượng của Na, K, Ca, Mg trong các đối tượng sinh học bằng phương

1.3.2 Các phương pháp phân tích magie, canxi

1.3.2.1 Phương pháp chuẩn độ xác định Ca 2+

, Mg 2+

bằng phương pháp phổ biến là chuẩn độ tạo phức với E TA trong môi trường có pH = 11 với chỉ thị murexit

1.3.2.2 UV-VIS

dung dịch phức bằng ánh sáng đơn sắc c bước sóng 530nm hoặc 380nm thu được

độ hấp thụ quang của dung dịch cần phân tích Dựa vào công thức và hệ số hấp thụ quang của dung dịch phức ở các bước s ng tương ứng và vận dụng các phương

trong dung dịch phân tích

dịch bằng ánh sáng đơn sắc c bước sóng 375nm Dựa vào công thức và hệ số hấp thụ quang của dung dịch phức ở các bước s ng tương ứng và vận dụng các

Tác giả Ligia C C de Oliveira đinh lượng Mg, Ca bằng ICP-AES trong

Tạp chí University of Alaska Anchorage công bố phân tích Na, K, Ca

1.4 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử [1]

Như chúng ta đã biết vật chất được cấu tạo bởi các nguyên tử và nguyên tử là phần cơ bản nhỏ nhất còn giữ được tính chất của các nguyên tố hóa học Trong điều kiện bình thường nguyên tử không thu và không phát ra năng lượng dưới dạng các bức xạ Lúc này nguyên tử tồn tại ở các trạng thái

cơ bản Đ là trạng thái bền vững và nghèo năng lượng nhất Nhưng khi nguyên tử ở trạng thái hơi tự do, nếu chúng ta chiếu một chùm tia sáng có những bước sóng (tần số) xác định vào đám hơi nguyên tử đ , thì các nguyên

tử tự do đ sẽ hấp thụ các tia bức xạ c bước sóng nhất định ứng đúng với bước sóng bức xạ mà có thể phát ra được trong quá trình phát xạ của nó Lúc này nguyên tử nhận năng lượng của các tia bức xạ chiếu vào nó và nó chuyển lên trạng thái kích thích c năng lương cao hơn trạng thái cơ bản Đ là tính chất đặc trưng của nguyên tử ở trạng thái hơi Quá trình đ được gọi là quá trình hấp thụ năng lượng của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi và tạo ra phổ nguyên tử Phố sinh ra trong quá trình này được gọi là phổ hấp thụ nguyên tử

Sau khi xử lý mẫu, nguyên tử hóa là giai đoạn cuối cùng của quá trình nguyên tử hóa mẫu, nhưng lại là giai đoạn quyết định cường độ của vạch phổ Giai đoạn này được thực hiện trong thời gian rất ngắn, thông thường 3 đến 6 giây, rất ít khi đến 8 đến 10 giây

Nhưng tốc độ đo nhiệt độ lại là rất lớn để đạt ngay tức khắc đến nhiệt

độ nguyên tử hóa và thực hiện phép đo cường độ vạch phổ Tốc độ tăng nhiệt

độ thường từ 1800-2500oC/ giây, thông thường người ta sử dụng tốc độ tối đa,

độ nguyên tử hóa của các nguyên tố rất khác nhau

Đồng thời mỗi nguyên tố cũng c một nhiệt độ nguyên tử hóa giới hạn

Ta của nó Nhiệt độ Ta này phụ thuộc vào bản chất của mỗi nguyên tố và cũng phụ thuộc trong mức độ nhất định vào trạng thái và thành phần của mẫu

mà nó tồn tại, nhất là chất nền của mẫu nguyên tử hóa và cường độ vạch phổ của các nguyên tố

1.4.3.1 Các yếu tố về phổ ảnh hưởng đến phép đo AAS

1/ Sự hấp thụ nền

Vạch phổ được chọn để đo nằm trong vùng khả kiến thì yếu tố này thể hiện rõ ràng Còn trong vùng tử ngoại thì ảnh hưởng này ít xuất hiện Để loại trừ phổ nền ngày nay người ta lắp thêm vào máy quang phổ hấp thụ nguyên tử

hệ thống bổ chính Trong hệ thống này người ta dùng đènW (W: habit lamp) cho vùng khả kiến

2/ Sự chen lấn vạch phổ

Yếu tố này thường thấy khi các nguyên tố thứ ba trong mẫu phân tích có nồng độ lớn và đ là nguyên tố cơ sở của mẫu Để loại trừ sự chen lấn vạch phổ của các nguyên tố khác cần phải nghiên cứu và chọn những vạch phân tích phù hợp Nếu bằng cách này mà không loại trừ được ảnh hưởng này thì bắt buộc phải tách bỏ bớt nguyên tố có vạch phổ chen lấn ra khỏi mẫu phân tích trong một chừng mực nhất định, để các vạch chen lấn không xuất hiện nữa

3/ Sự hấp thụ của các hạt rắn

Các hạt này hoặc hấp thụ hoặc chắn đường đi của chùm sáng từ đèn HCL chiếu vào môi trường hấp thụ Yếu tố này được gọi là sự hấp thụ già Điều này gây sai số cho kết quả đo cường độ vạch phổ Để loại trừ sự hấp thụ này cần chọn đúng chiều cao của đèn nguyên tử hóa mẫu và chọn thành phần hỗn hợp không khí cháy phù hợp

1.4.3.2 Nhóm các yếu tố vật lý ảnh hưởng đến phép đo AAS [ 7]

1/ Độ nhớt và sức căng bề mặt của dung dịch mẫu

Để loại trừ ảnh hưởng này chúng ta có thể dùng các biện pháp sau:

Đo và xác định theo phương pháp thêm chuẩn; pha loãng mẫu bằng một dung môi hay một nền phù hợp; thêm vào mẫu chuẩn một chất chuẩn có nồng độ đủ lớn; dùng bơm để đẩy mẫu với một tốc độ xác định mà chúng

ta mong muốn

2/ Hiệu ứng lưu lại

Khi nguyên tử hóa mẫu để đo cường độ vạch phổ thì một lượng nhỏ của nguyên tố phân tích không bị chuyển h a chúng được lưu lại trên bề mặt cuvet và cứ thế tích tụ lại qua một số lần nguyên tử hóa mẫu Nhưng đến một lần nào đ thì chúng lại bị nguyên tử h a theo và đo đ tạo ra số nguyên tử tự

do của nguyên tố phân tích tăng đột ngột không theo nồng độ của nó trong mẫu Nghĩa là làm tăng cường độ của vạch phổ và làm sai kết quả phân tích Cách khắc phục là làm sạch cuvet sau mỗi lần nguyên tử hóa mẫu, để làm bay hơi hết các chất còn lại trong cuvet

xạ là không đáng kể hoặc không xảy ra đối với nguyên tố phân tích; thêm vào mẫu các chất đệm để hạn chế sự phát xạ của nguyên tố phân tích, đ chính là các muối halogen của các kim loại kiềm, có thể kích thích phổ phát xạ thấp

hơn thế kích thích phổ phát xạ của nguyên tố phân tích

1.4.3.3 Nhóm các yếu tố hóa học ảnh hưởng đến phép đo AAS

Trong phép đo phổ hấp thụ nguyên tử các ảnh hưởng hóa học cũng rất

đa dạng và phức tạp

Các ảnh hưởng hóa học có thể sắp xếp theo các loại sau đây:

1/ Nồng độ axit và loại axit trong dung dịch mẫu

Các axit càng kh bay hơi thường làm giảm đến cường độ vạch phổ Các axit dễ bay hơi gây ảnh hưởng nhỏ Nói chung các axit làm giảm cường

độ vạch phổ theo thứ tự : HClO4 < HCl < HNO3 < H2SO4 < H3PO4 < HF

nhỏ Chính vì thế trong thực tế phân tích của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử

ảnh hưởng của 2 axit này là không đáng kể

2/ Ảnh hưởng của các cation

Các cation có thể làm tăng, c thể làm giảm cũng c thể không gây ảnh hưởng gì đến cường độ vạch phổ của nguyên tố phân tích Để loại trừ ảnh hưởng của các cation chúng ta có thể sử dụng các biện pháp sau đây hoặc riêng biệt hoặc tổ hợp chúng lại với nhau Đ là chọn điều kiện xử lý mẫu phù hợp để loại trừ các yếu tố ảnh hưởng ra khỏi dung dịch mẫu phân tích để đo phổ, chọn các thông số của máy đo thích hợp và thêm vào mẫu phân tích những chất phụ gia phù hợp để loại trừ ảnh hưởng

3/ Ảnh hưởng của các anion

Nói chung các anion của các axit dễ bay hơi thường làm giảm ít đến cường độ vạch phổ Cần giữ cho nồng độ các anion trong mẫu phân tích và mẫu chuẩn là như nhau và ở một giá trị nhất định không đổi Mặt khác không

nên chọn axit H2SO4 làm môi trường của mẫu cho phép đo AAS mà chỉ nên

4/ Thành phần nền của mẫu

Yếu tố ảnh hưởng này người ta quen gọi là matrix effect Nhưng không phải lúc nào cũng xuất hiện mà thường chỉ thấy trong một số trường hợp nhất định Thông thường đ là các mẫu chứa các nguyên tố nền ở dạng các hợp chất bền nhiệt, kh bay hơi và kh nguyên tử hóa

5/ Ảnh hưởng của dung môi hữu cơ

Sự có mặt của dung môi hữu cơ thường làm tăng cường độ vạch phổ hấp thụ nguyên tử của nhiều nguyên tố lên nhiều lần Đây là một biện pháp để tăng độ nhạy của của phương pháp phân tích này

1.4.3.4 Các yếu tố về thông số máy đo

Chọn các thông số của máy đo bao gồm:

- Chọn bước sóng ánh sáng tới thích hợp với nguyên tố cần xác định Nguồn ánh sáng đơn sắc phải c cường độ ổn định, lặp lại được trong các lần

đo khác nhau trong cùng điều kiện và phải điều chỉnh được để c cường độ cần thiết trong mỗi phép đo

- Cường độ dòng điện làm việc của đèn ca tốt rỗng (HCL): Nên chọn cường độ dòng nằm trong vùng 60% đến 80% so với cường độ dòng cực đại ghi trên đèn HCL Khi cần độ nhạy cao thì chọn cận dưới còn khi cần độ ổn định cao thì chọn cận trên

- Khe đo: Khe đo c ảnh hưởng đến độ nhạy và vùng tuyến tính của phép đo, do đ cần phải chọn khe đo c giá trị phù hợp nhất cho phép đo định lượng cần xác định theo bước s ng đã chọn

- Thời gian đo: Yếu tố này phụ thuộc vào đặc trưng kỹ thuật của máy

đo và của kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu

- Xác định vùng tuyến tính của A theo C tại các bước s ng đo đã chọn

C xác định được vùng này thì mới có thể xác định các mẫu đầu phù hợp với

khoảng tuyến tính, bởi vì các kết quả thu được khi đo ở vùng tuyến tính bao giờ cũng c độ chính xác cao

- Lượng mẫu: Đ là tốc độ dẫn mẫu, lượng mẫu bơm vào

- Bổ chính nền khi đo: Nếu nền của phổ có ảnh hưởng đến phép đo thì phải có bổ chính nền để loại trừ các ảnh hưởng đ , nếu không ảnh hưởng thì không cần thiết

- Hệ nhân quang điện nhận tín hiệu AAS: Phải điều chỉnh núm GAIN

để kim chỉ thang năng lượng nằm trong vùng 70-100 là vùng làm việc phù hợp của thế nuôi nhân quang điện cho máy đo phổ hấp thụ

1.5 Các phương pháp định lượng của phổ hấp thụ nguyên tử [3,7]

Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử là phương pháp xác định nồng độ hay hàm lượng của một hay nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu phân tích bằng cách đo độ hấp thụ bức xạ bởi nguyên tử tự do của nguyên tố

đ được h a hơi từ mẫu phân tích Việc định lượng được tiến hành ở bước sóng của một trong những vạch hấp thụ của nguyên tố cần xác định

Để xác định nồng độ (hàm lượng) của một nguyên tố trong mẫu phân tích người ta thường thực hiện theo các phương pháp sau đây:

Phương pháp đường chuẩn

Phương pháp thêm tiêu chuẩn

Phương pháp đồ thị không đổi

Phương pháp dùng một mẫu chuẩn

1.5.1 Phương pháp đồ thị chuẩn (đường chuẩn)

Nguyên tắc của phương pháp này là dựa vào phương trình cơ bản của phép đo A= K.C và một dãy mẫu đầu (ít nhất là ba mẫu đầu) để dựng một

độ của nó trong mẫu phân tích

Cách tiến hành: Chuẩn bị một dãy mẫu đầu (thông thường là 5 mẫu) có

độ của một vạch phổ hấp thụ của nguyên tố phân tích ta thu được giá trị cường độ hấp thụ tương ứng là A1, A2, A3, A4, A5, Ax1, Ax2…và lập đồ thị chuẩn A=f(C) Đồ thị chuẩn có dạng

C1 C2 C3 C4 C5 C6 C(μg/ml)

Hình 1.3: Đồ thị chuẩn của phương pháp đường chuẩn

Phương pháp này đơn giản dễ thực hiện và rất thích hợp với việc phân tích hàng loạt mẫu của cùng một nguyên tố, đ là ưu điểm của phương pháp này Song trong nhiều trường hợp chúng ta không thể chuẩn

bị được một dãy mẫu đầu thỏa mãn các điều kiện đã quy định cho phương pháp này nên không xác định được chính xác vị trí của đường chuẩn Nghĩa là khi mẫu phân tích có thành phần phức tạp và chúng ta chưa biết chính xác thì không thể chuẩn bị được một dãy mẫu đầu đúng đắn nên sẽ

bị ảnh hưởng của nền, thành phần của mẫu, đ là nhược điểm của phương pháp này

1.5.2 Phương pháp thêm tiêu chuẩn

Nguyên tắc của phương pháp này là dùng ngay mẫu phân tích làm nền

để chuẩn bị một dãy mẫu đầu, bằng cách lấy một lượng mẫu phân tích nhất định và gia thêm vào đ những lượng nhất định của nguyên tố cần phân tích theo từng bậc nồng độ (theo cấp số cộng) như bảng sau:

A(λ)

Ax

B

Bảng 1.5: Dãy chuẩn của phương pháp thêm chuẩn

Sau đ chọn các điều kiện thí nghiệm phù hợp và một vạch phổ đặc trưng của nguyên tố phân tích, tiến hành ghi đo cường độ hấp thị của vạch phổ đ theo tất cả dãy mẫu đầu Dựng một đường chuẩn theo hệ tọa độ A-

Hình 1.4: Đồ thị chuẩn của phương pháp thêm tiêu chuẩn

Phương pháp này được sử dụng rất nhiều trong phân tích lượng vết các nguyên tố kim loại trong các mẫu khác nhau, đặc biệt là các loại mẫu có thành phần vật lý, hóa học phức tạp, các mẫu quặng, đa kim

1.5.3 Phương pháp đồ thị không đổi

Nguyên tắc của phương pháp này là muốn xác định một nguyên tố nào

đ , trước hết phải xây dựng một đường chuẩn như trong phương pháp đường

A

0

M

chuẩn Đường chuẩn này được gọi là đường chuẩn cố định và được dùng lâu

Phương pháp đồ thị không đổi rất phù hợp với phép phân tích hàng loạt mẫu từ ngày này qua ngày khác Vì trong mỗi ngày phân tích chúng ta không phải ghi phổ lại của toàn bộ dãy mẫu đầu nên tiết kiệm được thời gian, mẫu chuẩn Nhưng n cũng c hạn chế như phương pháp đường chuẩn

1.5.4 Phương pháp dùng một mẫu chuẩn

phân tích

Với mẫu đầu: A1 = a.C1 suy ra Cx = Ax.C1/ A1

Khi không có mẫu chuẩn: Ta tiến hành tương tự như phương pháp thêm, chỉ khác không cần pha một dãy chuẩn Nhưng c một điều cần chú

phương pháp

1.6 Các phương pháp xử lý mẫu phân tích

1.6.1 Phương pháp xử lý mẫu ướt (bằng axit đặc oxi hóa mạnh)

Nguyên tắc: Dùng axit mạnh và đặc nóng hay axit có tính oxy hóa

mạnh hoặc hỗn hợp 2 axit (HNO3 + H2SO4) hay 3 axit (HNO3 + H2SO4+

v.v Để phân hủy trong điều kiện đun n ng trong bình kenda, trong ống nghiệm, trong cốc hay trong lò vi song Lượng axit cần dung để phân hủy thường gấp 10 - 15 lần lượng mẫu, tùy thuộc mỗi loại mẫu và cấu trúc vật lý hóa học của nó

Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp: Hầu như không bị mất các

chất phân tích, nhất là trong lò vi sóng, thời gian phân huỷ mẫu rất dài, trong

điều kiện thường, tốn nhiều axit đặc tinh khiết cao, nhất là trong các hệ hở, dễ

bị nhiễm bẩn khi xử lý trong hệ hở, do môi trường hay axit dùng, phải đuổi

axit dư lâu nên dễ bị nhiễm bẩn, bụi vào mẫu, v.v

1.6.2 Phương pháp xử lý mẫu khô

Nguyên tắc: Kỹ thuật xử lý khô (vô cơ h a khô) là kỹ thuật nung để xử

mẫu bã còn lại được hòa tan (xử lý tiếp) bằng dung dịch muối hay dung dịch axit phù hợp để chuyển chất cần phân tích trong tro mẫu vào dạng dung dịch,

để sau đ xác định nó theo một phương pháp đã chọn Khi nung các chất hữu

Ưu nhược điểm của phương pháp: Thao tác và cách làm đơn giản, không

phải dùng nhiều axit đặc tinh khiết cao đắt tiền, xử lý được triệt để, nhất là các mẫu nền hữu cơ, đốt cháy hết các chất hữu cơ, vì thế làm dung dịch mẫu thu được sạch, nhưng c nhược điểm là có thể mất một số chất dễ bay hơi, ví dụ như Cd,

Pb, Zn, Sn, Sb, v.v nếu không có chất phụ gia và chất bảo vệ

1.6.3 Phương pháp xử lý mẫu khô ướt kết hợp

Nguyên tắc: của kỹ thuật này là mẫu được phân huỷ trong chén hay

cốc nung Trước tiên người ta thực hiện xử lý ướt sơ bộ bằng một lượng nhỏ axit, và chất phụ gia, để phá vỡ sơ bộ cấu trúc ban đầu của các hợp chất mẫu và tạo điều kiện giữ một số nguyên tố có thể bay hơi khi nung Sau đ mẫu nung ở nhiệt độ thích hợp Vì thế lượng axit dùng để xử lý thường chỉ bằng 1/4 hay 1/5 lượng cần dùng cho xử lý ướt Sau đ nung sẽ nhanh hơn và quá trình xử lý sẽ triệt để hơn xử lý ướt, đồng thời lại hạn chế được sự mất của một số kim loại khi nung o đ đã tận dụng được ưu điểm của cả hai kỹ thuật xử lý ướt và xử lý khô, nhất là giảm bớt được các hoá chất (axit hay kiềm tinh khiết cao) khi xử lý ướt, sau đ hoà tan tro mẫu sẽ thu được dung dịch mẫu trong, vì không còn chất hữu cơ và sạch hơn tro hoá ướt bình thường

Ưu nhược điểm của phương pháp: Hạn chế được sự mất của một số

chất phân tích dễ bay hơi, sự tro hoá triệt để, sau khi hoà tan tro còn lại có dung dịch mẫu trong, không phải dùng nhiều axit tinh khiết cao tốn kém, thời gian xử lý nhanh hơn tro hoá ướt, không phải đuổi axit dư lâu, nên hạn chế được sự nhiễm bẩn, phù hợp cho nhiều loại mẫu khác nhau để xác định kim loại, v.v