Bài giảng : Phân tích công cụ part 8

Chia sẻ: Ajfak Ajlfhal | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:18

Thêm vào BST

Báo xấu

264
lượt xem 91
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'bài giảng : phân tích công cụ part 8', khoa học tự nhiên, hoá học phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng : Phân tích công cụ part 8

8.3.2. K thu t nguyên t hóa không ng n l a (ETA – AAS) K thu t nguyên t hóa m u không ng n l a c a phép o AAS ra i sau k thu t nguyên t hóa m u trong ng n l a. Nó m i ư c ng d ng vào nh ng năm 70 c a th k này. K thu t nguyên t hóa không ng n l a có nh y r t cao, thông thư ng nh y hơn k thu t ng n l a t 100 n 1000 l n (b ng 8.3). Nguyên t c c a k thu t nguyên t hóa m u trong ng n l a là m u phân tích ư c t trong cuvet graphit hay trong thuy n Ta và ư c nung nóng nh năng lư ng nhi t i n s y khô m u, tro hóa luy n m u và sau ó nguyên t hóa t c kh c o tín hi u h p th c a v ch ph h p th . Ngu n năng lư ng nguyên t hóa m u ây là năng lư ng nhi t ư c t o ra b i ngu n i n th th p (1 – 12V) và dòng r t cao (50 – 800A) v i công su t làm vi c t 0,5 – 8 kW. Vì th nó có tên là Electro – Thermal Atomization (ETA), nên phép o dùng k thu t nguyên t hóa này là ETA – AAS. K thu t nguyên t hóa m u này có c i m: cung c p cho phép o AAS có nh y khá cao (b ng 7.3); kh năng nguyên t hóa ư c nhi u nguyên t hơn k thu t ng n l a; t n r t ít m u (kho ng 50 – 100 µl cho 1 l n o); quá trình nguyên t hóa ph i th c hi n trong môi trư ng khí trơ argon. K thu t ETA ư c th c hi n trong môi trư ng khí trơ, t t nh t là khí argon (Ar), sau ó n nitơ (N2) và heli (He). Quá trình nguyên t hóa m u x y ra theo 3 giai o n: s y m u, tro hóa luy n m u và nguyên t hóa m u o tín hi u h p th AAS (hình 8.3). T (oC) L à 2000 Nm g us y êc nh t 1000 Làm c ngu i Tro hóa h u cuvet ó Sy v 0 a e 0 ts tr ta tv t (giây) Hình 8.3. Sơ quá trình nguyên t hóa m u 128
8.3.2.1. S y m u ây là giai o n I (pha I) c a quá trình nguyên t hóa m u. M c ích c a giai o n này là làm bay hơi dung môi hòa tan m u, ưa m u v d ng b t m n nhưng không ư c làm b n m t ch t phân tích. Vì th tùy theo dung môi và b n ch t c a ch t phân tích mà ch n th i gian và nhi t s y cho thích h p. Nói chung v i dung s y là t 120 – 200oC trong th i gian môi là nư c và các h p ch t vô cơ thì nhi t t 20 – 45 giây. V i các m u có ch a ch t h u cơ, nhi t s y ph i ch n th p hơn tùy theo ch t h u cơ ó. Song trong quá trình s y ta ph i tăng nhi t ch m, t nhi t phòng n nhi t mong mu n, và tùy theo ch t phân tích t c tăng nhi t nên ch n trong vùng t 5 – 10 / giây là phù h p. Mu n th v i m i lo i m u phân tích chúng ta c n ph i kh o sát ch n th i gian và nhi t thích h p nh t. 8.3.2.2. Tro hóa luy n m u ây là bư c th hai (pha II) c a quá trình th c hi n nguyên t hóa m u. Trong giai o n này các ch t mùn, các ch t h u cơ có trong m u s ư c t cháy, b t m u s ư c nung nóng và nóng ch y, luy n thành 1 th ng nh t. Do ó, ph i ch n nhi t và th i gian sao cho các quá trình này x y ra t t, nhưng l i không b m t m u. Nghĩa là nhi t s y là y u t r t quan tr ng, tùy theo m i lo i m u và ch t phân tích ta c n ph i kh o sát ch n ư c nhi t phù h p. Nói chung, v i dung môi là nư c và các ch t vô cơ thì y u t này thư ng là: nhi t tro hóa (400 - o 1500 C), th i gian là 20 – 60 giây. T c tăng nhi t t nhi t s y n nhi t tro hóa cũng là 1 i u c n ph i chú ý kh ng ch cho phù h p. N u không, khi tăng nhi t t ng t thì m u s b b n. Nói chung, nên ch n th i gian tăng nhi t n m trong kho ng 1/3 t ng c a th i gian s y là v a . S y m u, tro hóa luy n m u là 2 giai o n chu n b m u nguyên t hóa. Vì th , n u 2 giai o n này chu n b không t t thì ây là 1 ngu n gây sai s l n cho phép o. (b ng 8.4). B ng 8.4. Vài ví d v i u ki n nguyên t hóa Nguyên t phân Sy Tro hóa Nguyên t hóa o T (oC) T (oC) tích t (gy) T ( C) t (gy) t (gy) Al 25 150 25 1100 3 2850 Ca 25 150 30 1100 3 2800 Cd 30 120 25 700 3 2600 Fe 30 130 25 750 3 2650 Mn 30 130 25 900 3 2700 Pb 30 120 25 500 3 2550 Zn 25 130 25 600 3 2600 Si 30 150 25 1250 3 2850 129
8.3.2.3. Nguyên t hóa m u ây là giai o n ba (pha III) c a quá trình nguyên t hóa m u. Là giai o n nguyên t hóa m u o cư ng c a v ch ph h p th . Th i gian c a giai o n này là r t ng n, nó ch trong vòng t 2 n 5 giây. ây, nhi t nguyên t hóa m u là y u t nh hư ng tr c ti p n cư ng v ch ph . Nhìn chung, cư ng v ch ph là ph thu c vào nhi t nguyên t hóa m u. Khi tăng nhi t thì cư ng v ch ph cũng tăng theo. Song n 1 nhi t nh t nh thì cư ng v ch ph không tăng n a, ho c là tăng r t ch m và không n nh. Nhi t nguyên t hóa m u cao hay th p là tùy thu c b n ch t c a h p ch t m u. Các h p ch t b n nhi t thư ng ph i nguyên t hóa nhi t cao (b ng 8.4). Sau giai o n nguyên t hóa m u là giai o n làm s ch cuvet và làm ngu i cuvet chu n b cho vi c nguyên t hóa m u ti p theo. ây là 2 giai o n ph nhưng r t c n cho vi c o m u ti p theo m b o k t qu phân tích t t cho t t c các m u (hình 8.3). Quá trình nguyên t hóa trong cuvet graphit có 3 giai o n, cơ ch c a nó thư ng di n bi n như sau: 1. S bay hơi c a dung môi hòa tan m u trong cuvet graphit. Quá trình này x y ra trong giai o n s y m u và sau ó l i b t m u còn l i trong cuvet. ó là h n h p các ch t m u, ch t n n, ch t ph gia,... 2. Ti p n là giai o n tro hóa luy n m u (pha II). ây, t t c các ch t m u có trong cuvet s ư c nung nóng, các ch t h u cơ và tro mùn s b t cháy, m u ư c luy n thành 1 th ng nh t. ng th i trong lúc này 1 s h p ch t kém b n cũng b phân h y như các mu i cacbonat c a kim lo i ki m th và kim lo i n ng, 1 s mu i amoni. Ví d : CaCO3 → CaO + CO2 PbCO3 → PbO + CO2 3. Sang giai o n ba (pha III), m u l p t c b hóa l ng toàn b và n ây các h p ch t s x s theo tính ch t c a nó. Do ó n ây cũng x y ra theo 2 cơ ch như trong ng n l a èn khí. C th là: - N u Eh < En thì h p ch t m u s hóa hơi, nguyên t hóa t o ra các nguyên t t do h p th tia sáng t o ra ph : MenXm (l) → MenXm (k) → nMe (k) + mX nMe (k) + n(h.v) → ph AAS - N u Eh > En thì các h p ch t m u s b phân ly trư c thành nguyên t , sau ó hóa hơi thành các nguyên t khí t do và h p th tia b c x t o ra ph AAS: MenXm (l) → nMe (l) + mX 130
nMe (l) → nMe (k) nMe (k) + n(h.v) → ph AAS ó là nh ng cơ ch chính trong quá trình nguyên t hóa m u, t o ra các nguyên t t do cho phép o AAS. Bên c nh ó còn có nh ng cơ ch ph làm nh hư ng n s hình thành các nguyên t t do. ó là: S hình thành các h p ch t b n nhi t, lo i monoxit c a kim lo i b n nhi t, các h p ch t cacbua kim lo i,... ví d như: Al + O → AlO Ba + O → BaO Ca + C → CaC2 Các h p ch t này khó hóa hơi, khó phân ly nên làm m t các nguyên t t do t o ra ph AAS. lo i tr hay h n ch s t o thành các h p ch t b n nhi t lo i này ngư i ta chuy n i m u sang n n m i, mà trong n n m i này ch t phân tích không th hình thành h p ch t b n nhi t ư c. 2. S ion hóa. Quá trình này ch x y ra v i các nguyên t có th ion hóa th p như các kim lo i ki m và ki m th là chính. h n ch quá trình này ph i ưa vào m u nguyên t có th ion hóa th p hơn nguyên t phân tích, như th nguyên t phân tích s không b ion hóa. Ví d , b o v Ca hay Ba,... ngư i ta thêm vào mu i KCl v i n ng l n. 3. S phát x . Quá trình phát x cũng ch x y ra ch y u i v i các nguyên t có th kích thích ph phát x th p như kim lo i ki m và ki m th . lo i tr nh hư ng này ngư i ta cũng thêm vào m u các nguyên t có th kích thích ph phát x th p. Ba quá trình ph này có th x y ra trong cuvet graphit, song trong m c rt khác nhau, và tùy t ng trư ng h p c th c a m u mà s d ng bi n pháp lo i tr cho phù h p. ây, khó khăn nh t là lo i tr s hình thành các h p ch t monoxit b n nhi t. Vì th , ph i ch n i u ki n ngăn ng a s hình thành c a nó, còn nó hình thành r i thì thư ng là khó phân h y tr l i các nguyên t t do. 8.4. Trang b c a phép o AAS th c hi n ư c phép o ph h p th nguyên t , chúng ta c n ph i có 1 h th ng máy o ph AAS. V nguyên t c 1 h th ng máy o này t i thi u ph i g m 4 ph n chính sau ây: ngu n phát chùm tia sáng ơn s c c a nguyên t phân tích; h th ng nguyên t hóa m u; b ơn s c và detector; các trang b ch th k t qu o. 131
8.4.1. Ngu n phát chùm sáng ơn s c Ngu n t o ra chùm tia ơn s c c a nguyên t phân tích, ngày nay ngư i ta thư ng dùng ch y u 2 lo i là: èn catot r ng (HCL) và èn phóng i n không i n c c (EDL). Trong ó h u h t là dùng èn HCL phân tích các kim lo i. Các èn EDL ch thích h p i v i các á kim hay bán kim lo i. B n ch t ho t ng c a các lo i èn này là s phát x c a các nguyên t trong môi trư ng khí kém (P: 5 – 10 tor), cho nên ph c a nó là các v ch ph phát x c trưng c a các nguyên t . Các èn HCL có c u t o g m 3 ph n (hình 8.4): thân èn và c a s ; h i n c c (catot và anot), catot làm b ng kim lo i c a nguyên t phân tích có hình xylanh, còn anot là kim lo i trơ Pt; khí trơ (Ar, He, N2,...) n p trong èn có áp su t kho ng 5 – 10 tor. èn ho t ng nh ngu n nuôi th 1 chi u t 220 – 260V, và dòng i n làm vi c bi n thiên t 1 – 50 mA. Dòng i n làm vi c c a èn HCL là y u t quy t nh cư ng c a chùm sáng phát x c a èn. M i èn HCL khi s n xu t u có dòng Imax ghi trên èn. Trong phân tích, t t nh t ch nên s d ng dòng t 60 – 85% giá tr c c i ó. Khác v i các èn HCL, èn phóng i n không i n c c (EDL) có c u t o: thân èn, c a s và cu n c m cao t n 400 – 600W qu n ngoài v èn; khí trơ n p trong èn; èn EDL không có i n c c, thay vào ó ch t phát x ây là các kim lo i hay các mu i d hóa hơi c a nguyên t phân tích, ư c cho vào trong èn v i 1 lư ng nh v a sao cho khi hóa hơi toàn b thì t ư c áp su t trong kho ng 10 tor. èn ho t ng nh ngu n nuôi cao t n HF công su t kho ng 1 KW. Khi èn EDL ho t ng, các ch t trong èn hóa hơi, b nguyên t hóa và b kích thích phát ra ph phát x c trưng c a nó như trong èn HCL. ây, công su t làm vi c c a ngu n HF là y u t quy t nh cư ng c a chùm tia sáng phát x c a èn EDL. Song trong th c t ch nên cho èn làm vi c trong vùng công su t t 60 – 85% theo công su t t i a c a èn. S K A Hình 8.4. C u t o c a èn HCL 8.4.2. H th ng nguyên t hóa m u ây là b ph n quan tr ng nh t và quy t nh nh y c a phép o. B ph n này bao g m 2 ph n: èn nguyên t hóa m u (burner) và b ph n t o th sol khí c a m u, b ph n này ư c th c hi n theo 2 nguyên t c: nguyên t c nhũ hóa m u b ng 132
khí và phương pháp siêu âm. Chi ti t v v n này ã ư c nghiên c u k trong ph n k thu t nguyên t hóa m u. 8.4.3. H quang h c và detector Ph n này có nhi m v thu, phân ly toàn b ph c a m u và ch n v ch ph h p th c n o hư ng vào nhân quang i n (detector) o cư ng c a v ch ph , khu ch i và ưa ra b ph n ch th k t qu . Như v y, ph n này có 2 b ph n: h quang (h quang c a các máy o AAS có th là h 1 chùm tia hay h 2 chùm tia), h i n t (electric modul). 8.4.4. Trang b ch th k t qu o ch th k t qu o cư ng v ch ph h p th có nhi u cách khác nhau t ơn gi n n ph c t p. - u tiên là các i n k ch năng lư ng h p th c a v ch ph . - Ti p ó là các máy t ghi ghi l i cư ng c a v ch ph dư i d ng các pic trên băng gi y. ây là lo i trang b ơn gi n và lưu l i ư c k t qu . - Sau ó là các máy hi n s digital ch giá tr năng lư ng h p th c a v ch ph . V i cách này chúng ta ph i c và ghi l i cư ng v ch ph . - Máy printer in tr c ti p cư ng v ch ph lên băng gi y. - Máy tích phân k (intrgrator) thu, x lý và in các k t qu phân tích ra băng gi y, nhưng lo i trang b này t ti n. ây là các lo i trang b ã và ang ư c dùng ch th k t qu o. Hi n nay, các máy o AAS hi n i có thêm máy tính chuyên d ng làm c vi c x lý và ch th k t qu o in lên băng gi y và i u khi n m i quá trình làm vi c c a phép o, tăng t c phân tích và t ng hóa phép o. ng th i còn có thêm các trang b t ng bơm m u theo chương trình t ra. 8.5. Các phương pháp phân tích nh lư ng tr c ti p theo ph AAS 8.5.1. Phương pháp ư ng chu n Như trên chúng ta ã bi t, cơ s c a phân tích nh lư ng theo ph h p th nguyên t là d a vào m i quan h gi a cư ng c a v ch ph h p th và n ng c a nguyên t phân tích trong m u theo bi u th c: Dλ = k.L.Cb (8.1) ây là phương trình nh lư ng cơ s c a phép o AAS. i v i 1 v ch ph λ nh t nh c a nguyên t phân tích và trong nh ng i u ki n o ã ư c ch n thì trong công th c (8.1) k = const, L = const và trong vùng n ng C là nh thì b = 1. Do ó ta có: Dλ = a.C (8.2) 133
Phương trình này có d ng y = a.x + b, nó là phương trình c a d ng ư ng th ng. Vì th , phân tích nh lư ng 1 nguyên t , chúng ta c n có 1 dãy m u u (m u chu n) d ng 1 ư ng chu n c a nguyên t phân tích. Như v y nguyên t c hay quy trình phân tích s là: - Chu n b dãy m u chu n. - Chu n b các m u phân tích cùng i u ki n v i m u chu n. - Ch n các i u ki n phù h p cho quá trình o ph AAS c a t t c các m u ó. - o cư ng c a v ch ph λ ã ch n, như th chúng ta ư c các giá tr D tương ng như sau: Mu : Co C1 C2 C3 C4 C5 Cx Cư ng λ: Do D1 D2 D3 D4 D5 Dx ... R i t các giá tr (C, D) tương ng ta d ng ư ng chu n theo h t a D – C. ây chính là ư ng chu n c a phép phân tích tìm các giá tr Cx chưa bi t t Dx ã o ư c (hình 8.5). Dλ C B A C (µg/ml) 01 02 03 05 Hình 8.5. ư ng chu n c a phép o AAS Dùng phương pháp này có ưu i m là r t thích h p cho quá trình xác nh 1 lo t các m u c a cùng 1 nguyên t . Vì ch c n 1 ư ng chu n ta có th xác nh hàng trăm m u. Nó r t ti n l i cho phân tích s n xu t. Song trong 1 s trư ng h p, v i các m u phân tích có thành ph n ph c t p, n u chúng ta không th chu n b ư c dãy m u chu n phù h p v thành ph n thì s m c ph i sai s l n. Nh ng trư ng h p này, chúng ta ph i áp d ng phương pháp thêm tiêu chu n. 134
8.5.2. Phương pháp thêm Phương pháp thêm ư c dùng khi lư ng ch t phân tích trong m u nh . Dùng phương pháp này có th lo i tr ư c nh hư ng c a các ch t l , ng th i cũng ki m tra chính xác c a phép phân tích N i dung c a phương pháp thêm tiêu chu n là dùng ngay m u phân tích làm ch t n n pha m u chu n b ng cách l y 1 lư ng nh t nh m u phân tích và gia vào ó nh ng lư ng chính xác c a ch t phân tích. Ngư i ta có th dùng 2 phương pháp thêm: thêm 1 m u chu n và thêm 1 dãy chu n 8.5.2.1. Phương pháp thêm 1 m u chu n L y m t lư ng dung d ch phân tích (Cx) vào 2 bình nh m c 1 và 2. Thêm vào bình 2 m t lư ng dung d ch chu n c a ch t phân tích (Ca) . Ch n các i u ki n thí nghi m thích h p và 1 v ch ph c a nguyên t c n phân tích, ti n hành ghi cư ng h p th c a v ch ph cho c 2 dung d ch, ta ư c Ax và Aa, ta có: Cx = Ca Dx / (Da - Dx) 8.5.2.1. Phương pháp thêm dãy chu n Dùng ngay m u phân tích làm ch t n n pha m u chu n b ng cách l y 1 lư ng nh t nh m u phân tích (Cx) và thêm vào ó nh ng lư ng chính xác c a ch t phân tích theo t ng b c n ng C1, C2, .....( tăng theo c p s c ng). Ví d n u m u phân tích có n ng là Cx thì dãy chu n s là: Mu Cx = Cx + 0 o ưc Do C1 = Cx + C1 o ưc D1 C2 = Cx + C2 o ưc D2 C3 = Cx + C3 o ưc D3 C4 = Cx + C4 o ưc D4 C5 = Cx + C5 o ưc D5 Sau khi có dãy m u chu n r i chúng ta cũng làm ti p như trong phương pháp ư ng chu n trên, d ng ư ng chu n theo h t a D – C. ây cũng là 1 ư ng th ng c t tr c tung t i i m có t a Do. T ây, nh phương pháp n i suy h ăc ngo i suy chúng ta s tìm ư c giá tr n ng Cx (hình 8.6). 135
Dλ C Cx (n i suy) Cx 0 C2 C1 C4 C3 (ngo i suy) Hình 8.6. Cách xác nh n ng Cx trong phương pháp thêm dãy chu n Các ưu i m c a phương pháp thêm : - Quá trình chu n b m u r t d dàng, không c n ph i dùng hóa ch t tinh khi t cao chu n b dãy m u nhân t o - Lo i tr ư c hoàn toàn nh hư ng v thành ph n cũng như c u trúc v t lý c a các ch t t o thành m u( matrix effect) - Phương pháp này ư c dùng phân tích các lư ng v t và cũng ki m tra l p l i và chính xác c a phương pháp 8.6. Các phương pháp phân tích nh lư ng gián ti p Trong m c 8.5 chúng ta ã nghiên c u phương pháp xác nh tr c ti p các nguyên t có ph AAS như ch y u là các kim lo i. Nhưng hi n nay nhi u phương pháp xác nh gián ti p ã ư c phát tri n phân tích các ch t không có ph h p th nguyên t như các ch t h u cơ, các anion,... Lĩnh v c này vô cùng phong phú, phân tích các kim lo i phương pháp AAS ch có th phân tích ư c t 60 – 65 nguyên t . Nhưng b ng phương pháp gián ti p hi n nay ngư i ta ng d ng phép o AAS phân tích ư c n g n 200 các h p ch t h u cơ và anion. Nguyên t c c a các phương pháp phân tích gián ti p theo phép o AAS là d a trên 2 nguyên lý cơ s : 1. Xác nh 1 ch t không có ph h p th nguyên t thông qua vi c o ph h p th nguyên t c a 1 kim lo i có ph nh y, mà kim lo i này có kh năng tương tác v i ch t phân tích theo 1 ph n ng có tính ch t hoàn toàn nh lư ng. Ví d như: ph n ng t o ra 1 mu i k t t a không tan, ph n ng t o h p ch t sunphua không tan, ph n ng t o ph c b n, ph n ng gi i phóng kim lo i ó, ph n ng hòa tan kim lo i, ph n ng t o h p ch t d a,... 136
Ví d , xác nh ion Cl-, ta l y 1 lư ng m u nh t nh V ml, thêm vào ó 1 lư ng chính xác mu i AgNO3 k t t a hoàn toàn ion Cl- dư i d ng AgCl theo ph n ng: Cl- NO3- AgNO3 + = AgCl + Sau ó ly tâm tách k t t a AgCl và xác nh Ag theo 1 trong 2 cách sau: a) l y ph n dung d ch và xác nh AgNO3 dư trong dung d ch này thông qua vi c o ph h p th nguyên t c a Ag. Như th chúng ta s bi t ư c lư ng Ag ã tác d ng v i ion Cl- và theo ph n ng trên chúng ta d dàng tính ư c hàm lư ng c a ion Cl- trong m u V ml ã l y. b) l y k t t a r a s ch, hòa tan k t t a AgCl trong dung d ch NH4OH và xác nh Ag trong dung d ch này, t hàm lư ng Ag trong k t t a ta cũng suy ra ư c hàm lư ng Cl- theo ph n ng trên. B ng cách gián ti p này ngư i ta có th xác nh ư c các lo i ch t sau ây theo phép o ph AAS. - Các anion: Cl-, Br-, S2-, SO42-, PO43-, CN-,… - Xác nh các ch t thu c h andehit. - Các ch t thu c h penicilill. - Các ch t thu c h vitamin B1, h p ch t cơ lưu huỳnh. - Các ch t nhóm axit h u cơ m nh. - Các ch t thu c nhóm amin, aminoaxit, h p ch t nitrơ. - Các ch t thu c nhóm h u cơ halogen,… 2. D a theo hi u ng tăng hay gi m cư ng v ch ph AAS c a 1 nguyên t kim lo i khi cho kim lo i này tác d ng v i ch t phân tích trong i u ki n phù h p. Ví d xác nh ion F- qua o ph AAS c a Mg. c a ion F- t 2 ây trong vùng n ng – 25 ppm, thì nó làm gi m cư ng v ch ph h p th c a Mg – 285,2 nm m t cách tuy n tính khi ta nguyên t hóa m u trong ng n l a èn khí axetylen và không khí (hình 7.7). 137
D (Mg – 285,2 nm) C1 C2 C3 Cx C4 C5 C (µg/ml) 0 5 10 15 20 Hình 8.7. ng d ng hi u ng gi m cư ng v ch ph Mg xác nh F 8.7. Các y u t nh hư ng trong phép o AAS Phép o AAS cũng có 1 s y u t nh hư ng n k t qu phân tích, các nh hư ng v v t lý, hóa h c,... song các nh hư ng này không ph i lúc nào cũng xu t hi n. Nhưng tìm hi u 1 cách toàn di n, chúng ta có th khái quát bao g m các lo i như sau: 1. Vi c ch n các thông s máy o không phù h p. 2. Các nh hư ng v ph như s trùng v ch, s chen l n c a các v ch ph g n nhau, s h p th n n,... V i nh ng máy có tán s c nh thì các hi n tư ng này d xu t hi n nhưng v i nh ng máy có tán s c cao thì nh hư ng này d dàng ư c lo i tr . Còn nh hư ng v h p th n n, b ng các phương pháp b chính phù h p thì các máy o AAS hi n nay u có th lo i tr ư c. 3. Các y u t v t lý như nh t c a dung d ch m u, hi n tư ng ion hóa, s phát x ,... B ng cách ch n các ch t ph gia phù h p chúng ta có th lo i tr ư c các hi n tư ng ion hóa, s phát x . 4. Các nh hư ng v hóa h c. Y u t này r t a d ng và ph c t p. Có trư ng h p xu t hi n, có trư ng h p l i không là tùy thu c vào thành ph n c a m u phân tích và nguyên t phân tích. Các nh hư ng này bao g m: môi trư ng pH c a dung d ch m u o ph ; nh hư ng c a ch t n n c a m u (matrix effect); nh hư ng c a các nguyên t khác (nguyên t th 3) có trong m u; nh hư ng c a 1 s anion c a các axit khó bay hơi như SO42-, PO43-, SiO32-. Vì th v i m i 1 lo i m u phân tích, chúng ta ph i nghiên c u tìm nh ng i u ki n o phù h p nh t. ó là quá trình tiêu chu n hóa xây d ng 1 quy trình phân tích. 138
8.8. ng d ng c a phép o AAS Hi n nay phép o ph h p th nguyên t ã và ang ư c ng d ng r t r ng rãi trong nhi u lĩnh v c khác nhau, phân tích không nh ng các kim lo i có ph h p th nguyên t mà c phân tích nh ng h p ch t h u cơ hay các anion không có ph h p th nguyên t . Nó là 1 công c phân tích r t quan tr ng trong các ngành a ch t, công nghi p hóa h c, hóa d u khí, y h c, sinh hóa, công nghi p dư c ph m, nông nghi p và th c ph m,… 139
CHƯƠNG 9 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH S C KÝ 9.1. CƠ S LÝ THUY T CHUNG C A S C KÝ 9.1.1.M u S c kí là m t kĩ thu t v t lí và hóa lí tách và phân tích các ch t trong m t h n h p. Cơ s c a s tách s c ký là các quá trình x y ra trong c t tách khi m u ư c n p vào. ây, có s tương tác c a ch t phân tích v i ch t nh i trong c t tách (pha tĩnh) theo các tính ch t hòa lý nh t nh như: S h p ph (Adsorption), S trao i (Ionexchange), S phân b gi a hai tư ng (extraction), S rây phân t , v.v… Vì th ng v i m i lo i b n ch t c a s tương tác ó ngư i ta có m t lo i s c kí riêng. Qúa trình s c ký ư c th c hi n (x y ra) trong c t tách là gi a hai pha: pha tĩnh và pha ng. Pha tĩnh n m c nh trong c t tách. Pha ng luôn ch y qua c t tách v i m t t c nh t nh và mang theo ch t m u ra kh i c t tách. Trong s c ký khí, pha ng là các ch t khí, như không khí, oxy, hi ro, argon, heli. Ch n lo i khí nào là do ch t phân tích và lo i detector quy t nh. Trong s c ký l ng, pha ng là các ch t l ng nguyên ch t hay h n h p c a hai ho c ba ch t theeo m t t l phù h p; ho c là dung d c c a m t axit, mu i có thêm ch t m pH, ch t t o ph c. Ví d như axetonitril, metanol, n-hexan, h n h p c a methanol và nư c, acetonitril và nư c, dung d ch nư c c a các mu i kim lo i tan trong nư c (dung d ch KCl, NH4 CH3COO, …). Căn c theo pha ng, ngư i ta chia thành hai nhóm s c ký, t c là hai lo i k thu t s c ký ng v i hai lo i ch t mang khí và l ng. Ch t mang (pha ng) là khí ta có s c ký khí Ch t mang (pha ng) là ch t l ng, ta có s c ký l ng. Trong s c ký l ng l i có s c ký l ng thư ng và áp su t cao. Trong s c ký khí ch y u có hai lo i là s c ký pha thư ng vá pha ngư c. Hai lo i này ư c dùng nhi u phân tích các ch t h u cơ, h p ch t t nhiên, các h p ch t cơ kim, … Trong s c ký l ng cao áp có 4 lo i theo 4 b n ch t c a s tương tác trong c t tách, như: S c ký h p ph , S c ký trao i ion, S c ký phân b , S c ký rây phân t (Gel.) Trong ó lo i 4 là tách các phân t lư ng l n hơn 2000. Nhưng trong s c ký h p ph l i có hai có ch ngư c nhau do b n ch t c a pha tĩnh quy t nh. Vì th 140
nó l i chia thành s c ký h p ph pha thư ng (NP-HPLC), h p ph pha ngư c (RP- HPLC). Bên c nh s c ký khí và s c ký l ng còn có s c ký l p m ng, s c ký gi y và s c ký i n i. Khái quát chung là như th , song giáo trình này, chúng ta ch c p n2 lo i s c ký ang ư c s d ng nhi u và có nhi u ưu viêt, ó là: S c ký l ng áp su t cao (High Pressure Liquid Chromatography-HPLC) và S c ký khí (Gas Chromatography-GC) 9.2 Nguyên t c s tách trong c t săc ký Qúa trình tách trong c t s c ký là s tương tác c a các ch t m u (ch t phân tích) v i pha tĩnh ng yên trong c t tách và pha ng luôn chuy n ng qua c t tách v i m t t c nh t nh. Như v y s có 3 s tương tác ng th i x y ra: - Tương tác gi a ch t phân tích v i pha tĩnh. - Tương tác gi a ch t phân tích v i pha ng. - Tương tác c a pha ng và pha tĩnh. N u g i Fa, Fb và Fc là l c ng v i t ng tương tác ó thì ây Fa và Fb là ngư c nhau. Fa gi ch t phân tích l i trên c t s c ký; Fb l i kéo ch t phân tích ra kh i c t s c ký. Khi ó Fc là s tương tác gi a pha tĩnh và pha ng trong c t. Do ó quá trình tách s c ký m t h n h p ch t m u là ư c quy t nh b i t ng i s c a ba lo i liên k t này, nghĩa là ta có: Ft=Fa + Fb + Fc (9.1) trong ó Ft là l c r a gi i ch t phân tích ra kh i c t tách. S tương tác tay ba này có th minh h a m t cách tương t như hình 9.1. Trong hình 9.1: SP : pha tĩnh (stationary phase) MP : pha ng (mobile phase) X : ch t phân tích (analyte) X Fa Fb Fc SP MP Hình 9.1. S tương tác gi a pha tĩnh, pha ng và ch t phân tích 141
Nhưng trong m t h s c ký nh t nh thì g m m t pha tĩnh và m t pha ng nên l c Fc là không i (Fc = const). Do ó Ft ch còn ph thu c vào t ng c a hai l c (Fa + Fb), mà Fa và Fb c a m i ch t phân tích là khác nhau, nó ph thu c vào b n ch t và c u trúc c a pha tĩnh, pha ng và c chính nó (ch t phân tích n a). Vì th l c Ft c a m i ch t phân tích là khác nhau i v i m t h s c ký.N u Ft càng nh , thì ch t phân tích b gi y u trong c t tách, nghĩa là ch t nào có l c Ft nh nh t s r i kh i c t tách u tiên, ch t phân tích nào có Ft l n nh t s ra sau cùng. Nh ng ch t nào có Ft b ng nhau hay g n nhau thì s ra kh i c t tách cùng nhau. Do ó, khi ra kh i c t tách, có nh ng ch t tách ra kh i nhau, có nhưng ch t còn n m chung v i nhau trong m t phân o n (hinh 9.2). Trong ví d này, các ch t X1, X2, X5, X6 là ã ư c tách ra kh i nhau, nhưng ch t X3, X4 thì chưa, chúng còn ch p vào nhau trong cùng m t pic. ây ta có: F 1 < F2 < F 3 ≈ F 4 < F5 < F6 Do ó trong h s c ký này 2 ch t X3 và X4 không có hi u qu tách, mu n tách ư c ta ph i thay i các i u ki n s c ký. Ví d thành ph n pha ng, t c pha ng, pH c a s tách, nhi t c t tách, … Vì th các quá trình x y ra trong c t tách là n i dung chính c a s c ký. Ti p ó là các detector phát hi n chính xác s tách ó x y ra như th nào, tách ư c hay không có s tách t t. Hai b ph n này hay hai công vi c này có quan h ch t ch v i nhau. M i y u t làm nh hư ng n hai ho t ng này u làm sai l ch k t qu s c ký. X2 X4 X5 X3 X6 X1 t (sec) Hình 9.2 Ví d v s tách s c ký c a các ch t X1, X2, X3, …X6. 9.3. Cơ s lý thuy t c a phương pháp s c ký Qúa trình s c ký x y ra trong c t tách. Vì th cơ s lý thuy t s c ký chính là lý thuy t ng h c c a các quá trình trong c t s c ký. ó là các v n phân b c a ch t, s lưu gi c a ch t trong c t tách, s phân gi i c a hai ch t sau khi qua c t v.v… Cho nên mu n hi u s c ký, trư c h t chúng ta ph i làm quen v i nhưng cơ s lý thuy t và các khái ni m v nh ng v n ó. 142
9.3.1. S phân b S c ký là quá trình phân b ch t tan (ch t m u) gi a hai pha không hòa tan vào nhau: pha tĩnh và pha ng, khi pha ng ch y liên t c, vào u c t và ra cu i c t. ó là nh ng cân b ng phân b ng và ây chúng ta luôn có: Ki=Ci(S)/Ci(M) v i Ci (M) và Ci (S) là n ng ch t tan i m i pha l ng M và pha r n S. ơn v c a Ci là mol/l. Ki là h s phân b , nó c trưng cho quá trình phân b ó và Ki ph thu c vào b n ch t c a ch t tan i, b n ch t c a hai pha S và M, ng th i ph thu c c vào nhi t c a h . S phân b c a ch t tan i vào hai pha cũng x y ra theo 3 trư ng h p (hình 9.3): + Phân b tuy n tính (Laugmua) (a), + Phân b l i (không tuy n tính) (b), + Phân b lõm (không tuyên tính) (c). (b) (c) (a) (a) (c) (b) Hình 9.3. S phân b c a các ch t Khi nông Ci nh , s phân b c a ch t tuy n tính, khi n ng Ci l n ta không có s phân b tuy n tính. Nói chung, s phân b theo 3 ki u nói trên u nh hư ng khác nhau n d ng c a pic s c ký, t c là quá trình tách s c ký (hình 1.3). Ch có d ng phân b tuy n tính là cho pic cân i và p. T t nhiên trong i u ki n này hi u su t tách c a c t cao. Vì th trong phân tích không nên n p lư ng m u l n vào c t tách. 143
9.3.2 S lưu gi Trong quá trình s c ký, có ch t s ra kh i c t trư c, có ch t ra sau, và trong m t h s c ký xác nh ã ch n, m i ch t u ư c lưu l i trong c t tách trong m t th i gian nh t nh, c trưng cho ch t ó và ư c g i là th i gian lưu c a ch t (tRi). Th i gian lưu là th i gian ch t phân tích ư c ưa vào c t tách, van bơm m u cho n lúc ch t ra kh i c t i m có n ng c c i (hình 9.4). tRi Hmax t'Ri tM Wi 0 tRi t(sec) Hình 9.4. Th i gian lưu c a ch t tan Trong ó: tM là th i gian lưu c a pha ng (không lưu gi ch t tan i:dead time), tRi là th i gian lưu toàn ph n c a ch t tan i. Nhưng cũng có lúc ch t phân tích I n m trong pha ng và nó không b pha tĩnh gi , nên th i gian lưu th c c a nó là: t Ri = t Ri − t M ' (9.3b) Cũng tương t , ta có th tích lưu c a ch t I là: VRi = VRi − VM ' (9.3c) ây VM : th tích lưu c a pha ng. Nh v y, n u 2 ch t A và B có th i gian lưu tA và tB khác nhau nhi u, thì chúng ta ư c tách riêng bi t sau khi qua c t s c ký. N u t c pha ng qua c t là Fm (ml/ph) thì ta có th tích lưu VRlà: VR = t R .Fm (9.3d) 9.3.3 T c pha ng Trong s c ký l ng, t c pha ng qua c t ư c t trưng b i hai khái ni m: 144
Tc th tích, bi u di n (ch rõ) s ml c a pha ng ch y qua c t trong m t phút, và ư c ký hi u là Fm. Ví d Fm=1,2 ml/ph. T c này có liên quan n di n tích ngang (thi t di n) c a c t tách và t c th tích ư c tính theo công th c sau: VRi Fm = (9.4a) t Ri Tc tuy n tính (là t c dài): nó cho ta bi t trong m t ơn vi th i gian (phút hay giây), m t l p ch t m u (m t ĩa s c ký) chuy n ng ư c bao nhiêu cm trong c t. T c này không ph thu c vào ti t di n ngang c a c t. Nó là m t i lư ng c trưng c a quá trình s c ký. Như v y ta có t c tuy n tính trung bình c a L ch t tan: u = (9.4b) t Ri và c a pha ng t do (c a phân t c a pha ng). L u0 = (9.4c) tM ây L là chi u dài c a c t s c ký. Như v y, gi a t c th tích (Fm) và t c tuy n tính u có quan h v i nhau theo công th c: L.Fm u= (9.4d) VRi Nhưng trong m t h s c ký ã ch n thì L=const, n u u ph thu c ch vào t s c a i lư ng (Fm/VRi). 9.3.4. H s dung tích (Capacity Factor) H s dung tích là m t thông s r t quan tr ng ư c dùng mô t kh năng h p ph c a ch t tan (ch t phân tích) trên m t lo i c t, ư c ký hi u là ki' , n u pha tĩnh càng có kh năng h p ph m nh thì ki' càng l n. H s dung tích ư c nh nghĩa như sau: t Ri (t Ri − t M ) ' k i' = = (9.5a) tM tM Tương t như th ta cũng có: VRi k i' = (9.5b) VM Hay là tRi=ki.tM (9.5c) VRi=ki.VM (9.5d) 145