luận văn: XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG ĐỒNG, CROM, NIKEN TRONG RAU XANH TẠI THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ NGỌN LỬA (F-AAS)

Chia sẻ: Nguyễn Thị Bích Ngọc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:72

Thêm vào BST

Báo xấu

222
lượt xem 70
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Xã hội ngày một phát triển, nhu cầu của con ngƣời ngày càng cao. Sự tăng trƣởng mạnh của nền kinh tế đã đƣa nhu cầu của con ngƣời từ mong muốn “ăn no, mặc đủ” lên “ăn ngon, mặc đẹp”. Vì thế nhu cầu về thực phẩm sạch, đảm bảo sức khỏe đã trở thành nhu cầu thiết yếu, cấp bách và đƣợc xã hội quan tâm hàng đầu.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: luận văn: XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG ĐỒNG, CROM, NIKEN TRONG RAU XANH TẠI THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ NGỌN LỬA (F-AAS)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM --------------------- VŨ THỊ TÂM HIẾU XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG ĐỒNG, CROM, NIKEN TRONG RAU XANH TẠI THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ NGỌN LỬA (F-AAS) LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Thái Nguyên, năm 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM --------------------- VŨ THỊ TÂM HIẾU XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG ĐỒNG, CROM, NIKEN TRONG RAU XANH TẠI THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ NGỌN LỬA (F-AAS) Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60.44.29 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN ĐĂNG ĐỨC Thái Nguyên, năm 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2
Lời cảm ơn Với tấm lòng biết ơn sâu sắc, em xin bày tỏ lòng cảm ơn tới thầy giáo - PGS. TS. Nguyễn Đăng Đức, PGS. TS Nguyễn Hữu Thiềng đã tận tình chỉ bảo, hƣớng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Khoa sau đại học, các thầy cô khoa Hóa học, trƣờng Đại học sƣ phạm, Đại học Thái Nguyên, gia đình và bạn bè đã tạo điều kiện thuận lợi, động viên, khích lệ em trong thời gian học tập và thực hiện luận văn. Dù đã có nhiều cố gắng, song do năng lực còn hạn chế nên trong luận văn của em chắc chắn không thể tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong nhận đƣợc sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy giáo, cô giáo để luận văn của em đƣợc hoàn chỉnh hơn. Thái Nguyên, tháng 10 năm 2009 Học viên Vũ Thị Tâm Hiếu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3
MỤC LỤC Mở đầu ........................................................................................................... 1 CHƢƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .......................................................... 3 1.1.Giới thiệu chung về rau ............................................................................ 3 1.1.1.Đặc điểm và thành phần ........................................................................ 3 1.1.2.Công dụng của rau xanh ........................................................................ 3 1.2.Sơ lƣợc về một số kim loại nặng .............................................................. 4 1.2.1.Tình trạng rau xanh bị nhiễm kim loại nặng ......................................... 4 1.2.2.Tác dụng sinh hoá của kim loại nặng đối với con ngƣời và môi trƣờng . 4 1.2.3. Tính chất độc hại của các kim loại nặng đồng, crom, niken .................. 5 1.3.Phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử......................................................... 6 1.3.1. Nguyên tắc của phƣơng pháp ................................................................ 6 1.3.2. Phép định lƣợng của phƣơng pháp ........................................................ 9 1.3.3. Ƣu nhƣợc điểm của phƣơng pháp ....................................................... 10 1.4.Phƣơng pháp xử lý mẫu phân tích xác định đồng, crom, niken ............... 11 1.4.1.Phƣơng pháp xử lý ƣớt ........................................................................ 11 1.4.2.Phƣơng pháp xử lý khô ........................................................................ 12 1.5. Một số phƣơng pháp phân tích xác định lƣợng vết các kim loại nặng .... 13 CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM .................................................................... 14 2.1. Thiết bị và hoá chất ............................................................................... 14 2.1.1. Thiết bị ............................................................................................... 14 2.1.2.Hoá chất .............................................................................................. 14 2.2.Khảo sát các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử dùng ngọn lửa trực tiếp của đồng , crom, niken(F-AAS) ................................................................... 14 2.2.1. Khảo sát các thông số của máy ........................................................... 14 2.2.2. Ảnh hƣởng các loại axit và nồng độ axit ............................................. 20 2.2.3. .Khảo sát thành phần nền của mẫu ...................................................... 26 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4
2.2.4 . Khảo sát ảnh hƣởng của các cation .................................................... 28 2.3. Phƣơng pháp đƣờng chuẩn đối với phép đo F- AAS .............................. 32 2.3.1. Khảo sát xác định khoảng nồng độ tuyến tính. .................................... 32 2.3.2. Xây dựng đƣờng chuẩn, xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lƣợng ............................................................................................................ 34 2.4. Đánh giá sai số và độ lặp lại của phƣơng pháp ...................................... 38 2.5.Định lƣợng đồng, crom, niken trong các mẫu giả. .................................. 41 2.6. Tổng kết các điều kiện đo phổ F- AAS của Cu, Cr, Ni .......................... 43 2.7. Phân tích mẫu thực ................................................................................ 43 2.7.1.Lấy mẫu .............................................................................................. 43 2.7.2.Khảo sát quá trình xử lý mẫu ............................................................... 44 2.8. Thực nghiệm đo phổ và tính toán kết quả .............................................. 46 2.8.1. Kết quả đo phổ ................................................................................... 46 2.9. Kiểm tra quá trình xử lý mẫu ................................................................ 57 KẾT LUẬN .................................................................................................. 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 62 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Abs Absorbance Độ hấp thụ AAS Atomic Absorption Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử Spectrometry F_AAS Flame – Atomic Absorption Phép đo quang phổ hấp thụ nguyên Spectrometry tử ngọn lửa HCl Hollow Cathoe Lamps Đèn catôt rỗng ppm part per million Một phần triệu EDL Electrodeless Discharge Lamp Đèn phóng điện không điện cực Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6
Mở đầu Xã hội ngày một phát triển, nhu cầu của con ngƣời ngày càng cao. Sự tăng trƣởng mạnh của nền kinh tế đã đƣa nhu cầu của con ngƣời từ mong muốn “ăn no, mặc đủ” lên “ăn ngon, mặc đẹp”. Vì thế nhu cầu về thực phẩm sạch, đảm bảo sức khỏe đã trở thành nhu cầu thiết yếu, cấp bách và đƣợc xã hội quan tâm hàng đầu. Ở nƣớc ta, sự bùng nổ dân số cùng với tốc độ đô thị hoá, công nghiệp hoá nhanh chóng đã tạo ra một sức ép lớn tới môi trƣờng sống Việt Nam. Vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm đối với nông sản nhất là rau xanh đang đƣợc cả xã hội quan tâm. Rau xanh là nguồn thực phẩm cần thiết và quan trọng không thể thiếu đƣợc trong mỗi bữa ăn hàng ngày, là nguồn cung cấp vitamin, khoáng chất, vi lƣợng, chất xơ,…. cho cơ thể con ngƣời không thể thay thế đƣợc. Ngoài ra, rau còn đƣợc dùng nhƣ một loại thuốc chữa các bệnh thông thƣờng: nƣớc rau má giúp giải nhiệt, rau ngải cứu giúp an thai, rau diếp cá dùng để hạ sốt, rau muống giúp cầm máu… Tuy nhiên, hiện nay nhiều khu vực trồng rau đang đe doạ ô nhiễm bởi chất thải của các nhà máy, xí nghiệp cùng với việc sử dụng phân bón một cách thiếu khoa học dẫn đến một số loại rau có thể bị nhiễm các kim loại nặng, có ảnh hƣởng đến sức khoẻ con ngƣời. Các nguyên tố thuộc nhóm kim loại nặng nhƣ Cr,Ni, Pb, Cd….. gây độc hại đối với cơ thể con ngƣời tuỳ hàm lƣợng của chúng. Một số khác nhƣ Cu,Fe, Zn… là những nguyên tố vi lƣợng cần thiết cho cơ thể con ngƣời. Tuy nhiên khi hàm lƣợng của chúng vƣợt quá ngƣỡng cho phép chúng bắt đầu gây độc. Thời gian gần đây, vấn đề rau sạch đang là vấn đề nóng bỏng đƣợc nhiều cơ quan môi trƣờng và Xã hội quan tâm: Theo báo Lao Động số 288 Ngày 12/12/2008 thì Trung bình 33km2 mới có 1 điểm bán rau an toàn. Theo Chi cục Bảo vệ thực vật Hà Nội, đến thời điểm này, sản lượng rau an toàn của toàn thành phố hàng năm chỉ đáp ứng được gần 14% nhu cầu rau xanh của người dân thủ đô. Nhƣ thế, việc điều tra, đánh giá chất lƣợng rau sạch trở nên vô cùng cấp thiết. Một trong các chỉ tiêu dùng để đánh giá độ an toàn của thực phẩm nói chung và rau sạch nói riêng là chỉ tiêu về hàm lƣợng các kim loại nặng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1
Phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử là một trong những phƣơng pháp có độ chọn lọc và độ chính xác cao, phù hợp cho việc xác định lƣợng vết các kim loại nặng trong thực phẩm. Xuất phát từ những lý do trên nên chúng tôi đã chọn đề tài “Xác định hàm lượng một số kim loại nặng đồng, crom, niken trong rau xanh tại thành phố Thái Nguyên bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F- AAS). Để thực hiện đề tài này, chúng tôi tập trung giải quyết các nhiệm vụ sau: 1. Khảo sát các điều kiện xác định Cu, Cr, Ni trong rau xanh bằng phép đo phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa( F- AAS) 2. Nghiên cứu tối ƣu hóa quá trình xử lý mẫu đối với các mẫu rau xanh. 3. Xác định hàm lƣợng của Cu, Cr, Ni trong một số mẫu rau xanh tại thành phố Thái Nguyên bằng phƣơng pháp đƣờng chuẩn và phƣơng pháp thêm chuẩn. 4. So sánh hàm lƣợng các kim loại nặng trong một số mẫu rau xanh ở Thái Nguyên với một số mẫu rau an toàn. Đánh giá mức độ độc hại của các kim loại nặng đó trong rau xanh đến sức khỏe con ngƣời. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2
CHƢƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1.Giới thiệu chung về rau [25, 26, 29] 1.1.1.Đặc điểm và thành phần Rau là cây trồng ngắn ngày có giá trị dinh dƣỡng và hiệu quả kinh tế cao nên đã đƣợc trồng và sử dụng từ lâu đời. Rau có ý nghĩa quan trọng trong dinh dƣỡng của con ngƣời, chứa nhiều sinh tố, chất khoáng và chất sơ cần thiết cho cơ thể. Rau là nguồn khoáng chất và vitamin phong phú, một số loại rau tuy không cung cấp nhiều nhiệt lƣợng nhƣng lại cung cấp những sinh tố và chất khoáng không thể thiếu đối với sức khoẻ. 1.1.2.Công dụng của rau xanh Rau không những là loại thực phẩm hàng ngày rất cần thiết cho cơ thể mà còn là loại thuốc chữa bệnh rất dễ kiếm và dễ sử dụng. Cải bắp là loại rau có nguồn gốc ôn đới, có rất nhiều tác dụng. Dùng đắp ngoài để tẩy uế làm liền sẹo, mụn nhọt… ngoài ra, còn là thuốc làm dịu đau trong bệnh thấp khớp, đau dây thần kinh hông… Sau hết, nó là loại thuốc mạnh để chống kích thích thần kinh và chứng mất ngủ, dùng cho những ngƣời hay lo âu, những ngƣời bị suy nhƣợc thần kinh [29] Rau muống là loại rau rất phổ biến, dễ trồng, có thể trồng trên cạn hoặc dƣới nƣớc. Tính hàn, vị ngọt [29]. Khi bị chảy máu mũi dùng rau muống tƣơi nghiền nát với đƣờng đỏ uống sẽ giúp cầm máu. Nếu có mụn nhọt, dùng rau muống tƣơi đánh nhuyễn với mật ong đắp vào chỗ đau cũng rất tốt… Cải xoong giúp ta ăn ngon miệng, tẩy độc, lợi tiểu, cung cấp nhiều chất xơ có tác dụng tốt đối với dạ dày. Canh cải xoong nấu với cỏ tƣơi vừa ngon, bổ, mát lại có tác dụng giải nhiệt… Ngoài ra, cải xoong kết hợp với một số vị thuốc khác có tác dụng chữa một số bệnh nhƣ: viêm phế quản, ho lao, bí tiểu… Ngải cứu là vị thuốc có tính ôn, vị cay, dùng làm thuốc ôn khí huyết, điều kinh, an thai, thổ huyết máu cam, dùng chữa đau bụng hành kinh, đau bụng do hàn… Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3
Xà lách có vị hơi đắng ngọt, hơi hàn. Công năng ích ngũ tạng, thông kinh mạch, cứng gân cốt, lợi tiểu và làm trắng đẹp da. Dùng chữa tăng huyết áp, viêm thận mãn, sữa không thông sau khi sinh nở… Giấp cá theo có tính mát, tán khí, trị kiết lỵ, sởi. Nghiền nhỏ lá đắp vào các chỗ bầm dập trên mí mắt trị đỏ mắt, và còn trị mể đay… 1.2.Sơ lƣợc về một số kim loại nặng 1.2.1.Tình trạng rau xanh bị nhiễm kim loại nặng Hiện nay, cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ thì việc ô nhiễm vi sinh vật, hoá chất độc hại, kim loại nặng và thuốc bảo vệ thực vật tồn dƣ trên rau, đặc biệt là rau ăn lá đã ảnh hƣởng không nhỏ trƣớc mắt cũng nhƣ lâu dài đối với sức khoẻ cộng đồng. Hơn thế nữa, mức độ ô nhiễm kim loại nặng ở các khu công nghiệp, khu chế xuất, cụm công nghiệp tập trung là rất lớn. Ở thanh phô Thai ̀ ́ ́ Nguyên, nƣơc thai tƣ cac cơ sơ san xuât giây , luyên gang thep , kim loai mau chƣa ́ ̉ ̀ ́ ̉ ̉ ́ ́ ̣ ́ ̣ ̀ đƣợc xƣ ly thai trƣc tiêp ra sông Câu [28]. Hàng trăm làng nghề đuc đông, nhôm, ̉ ́ ̉ ̣ ́ ̀ ́ ̀ 3 chì thuộc các tỉnh lƣu vực sông Cầu với lƣu lƣợng hàng ngàn m /ngày không qua xƣ ly , gây ô nhiêm nghiêm trong nguôn nƣơc va môi trƣơng khu vƣc . Theo cac sô ̉ ́ ̃ ̣ ̀ ́ ̀ ̀ ̣ ́ ́ liêu phân tí ch cho thây , hàm lƣợng các kim loại nặn g trong nguôn nƣơc nơi tiêp ̣ ́ ̀ ́ ́ nhân nƣơc thai đêu xâp xỉ hoăc vƣơt qua tiêu chuân cho phép [4]. ̣ ́ ̉ ̀ ́ ̣ ̣ ́ ̉ Rau bị nhiễm độc kim loại nặng đã và đang ảnh hƣởng mạnh mẽ đến sức khỏe cộng đồng, cho nên chất lƣợng các sản phẩm rau là điều phải đặc biệt quan tâm trong nghành trồng trọt cũng nhƣ các nghành nghiên cứu khoa học khác. 1.2.2.Tác dụng sinh hoá của kim loại nặng đối với con người và môi trường Các kim loại nặng ở nồng độ vi lƣợng là các nguyên tố dinh dƣỡng cần thiết cho sự phát triển bình thƣờng của con ngƣời. Tuy nhiên, nếu nhƣ vƣợt quá hàm lƣợng cho phép, chúng lại gây các tác động hết sức nguy hại tới sức khoẻ con ngƣời. Các kim loại nặng xâm nhập vào cơ thể thông qua các chu trình thức ăn. Khi đó, chúng sẽ tác động đến các quá trình sinh hoá và trong nhiều trƣờng hợp dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng. Về mặt sinh hoá, các kim loại nặng có ái lực lớn với Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4
các nhóm –SH, -SCH3 của các nhóm enzym trong cơ thể. Vì thế, các enzym bị mất hoạt tính, cản trở quá trình tổng hợp protein của cơ thể [6]. 1.2.3. Tính chất độc hại của các kim loại nặng đồng, crom, niken 1.2.3.1. Tính chất độc hại của đồng Đồng có một lƣợng bé trong thực vật và động vật. Trong cơ thể ngƣời, đồng có trong thành phần của một số protein, enzym và tập trung chủ yếu ở gan. Sự thiếu đồng gây ra thiếu máu. Khi cơ thể bị nhiễm độc đồng có thể gây một số bệnh về thần kinh, gan, thận, lƣợng lớn hấp thụ qua đƣờng tiêu hoá có thể gây tử vong [17]. Đối với thực vật thì đồng ảnh hƣởng trực tiếp đến quá trình sinh trƣởng và phát triển của cây. Đồng có tác dụng kích thích các loại men, tạo điều kiện cho cây sử dụng protein hình thành clorofom, thiếu đồng thì cây không phát triển đƣợc . 1.2.3.2. Tính chất độc hại của crom Nƣơc thai tƣ công nghiêp ma điên , công nghiêp khai thac mo , nung đôt các ́ ̉ ̀ ̣ ̣ ̣ ̣ ́ ̉ ́ nhiên liêu hoa thach ,...là nguồn gốc gây ô nhiễm crom . Rau xanh có thể bị nhiễm ̣ ́ ̣ crom từ nguồn nƣớc này . Crom trong nƣơc thai thƣơng găp ơ dang Cr ́ ̉ ̀ ̣ ̉ ̣ (III) và Cr(VI). Cr(III) ít độc hơn nhiều so với Cr(VI). Với hàm lƣợng nhỏ Cr(III) rất cần cho cơ thể, trong khi Cr(VI) lại rất độc và nguy hiểm. Crom xâm nhâp vao cơ thê theo ba con đƣơng : hô hâp , tiêu hoa va da . Qua ̣ ̀ ̉ ̀ ́ ́ ̀ nghiên cƣu thây răng , crom co vai tro quan trọng trong việc chuyên hoa glucozơ ́ ́ ̀ ́ ̀ ̉ ́ . Tuy nhiên với ham lƣơng cao crom có thể lam kêt tua protein, các axit nucleic và ức ̀ ̣ ̀ ́ ̉ chê hê thông enzym cơ ban . Crom chu yêu gây cac bênh ngoai da nhƣ loet da , viêm ́ ̣ ́ ̉ ̉ ́ ́ ̣ ̀ ́ da tiêp xuc, loét thủng màng ngăn mũi, viêm gan, viêm thân, ung thƣ phôi,...[3]. ́ ́ ̣ ̉ 1.2.3.3. Tính chất độc hại của niken. Niken thƣơng co măt trong cac chât sa lăng , trâm tí ch, trong thuỷ hai san va ̀ ́ ̣ ́ ́ ́ ̀ ̉ ̉ ̀ trong môt sô thƣc vât . ̣ ́ ̣ ̣ Niken la kim loai co tí nh linh đông cao trong môi trƣơng nƣơc ̀ ̣ ́ ̣ ̀ ́ , có khả năng tạo phức bền với các chất hữu cơ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5
Niken có thể gây các bệnh về da , tăng khả năng mắc bệnh ƣng thƣ đƣờng hô hấp,… Khi bị nhiêm đôc niken , các enzim mất hoạt tính , cản trở quá trình tổng hợp ̃ ̣ protein của cơ thê . Cơ thê bị nhiễm niken chu yêu qua đƣơng hô hâp , gây cac triêu ̉ ̉ ̉ ́ ̀ ́ ́ ̣ chƣng kho chị u , buôn nôn, đau đâu, nêu tiêp xuc nhiêu se anh hƣơng đên phôi , hê ́ ́ ̀ ̀ ́ ́ ́ ̀ ̃ ̉ ̉ ́ ̉ ̣ thân kinh trung ƣơng , gan, thân va co thê se gây ra cac chƣng bênh kinh niên . Nêu ̀ ̣ ̀ ́ ̉ ̃ ́ ́ ̣ ́ da tiêp xuc lâu dai vơi niken se gây hiên tƣơng viêm da , xuât hiên dị ƣng ơ môt sô ́ ́ ̀ ́ ̃ ̣ ̣ ́ ̣ ́ ̉ ̣ ́ ngƣơi [18]. ̀ 1.3.Phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử 1.3.1. Nguyên tắc của phương pháp Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử dựa trên cở sở nguyên tử ở trạng thái hơi có khả năng hấp thụ các bức xạ có bƣớc sóng nhất định mà nó có thể phát ra trong quá trình phát xạ khi chiếu một chùm tia sáng có bƣớc sóng nhất định vào đám hơi nguyên tử đó. Muốn thực hiện các phép đo phổ ta cần thực hiện các quá trình sau: Chuyển mẫu phân tích thành trạng thái hơi của các nguyên tử tự do (quá trình nguyên tử hoá mẫu). Đây là việc rất quan trọng của phép đo vì chỉ có các nguyên tử ở trạng thái tự do ở trạng thái hơi mới có khả năng cho phổ hấp thụ nguyên tử. Số nguyên tử tự do ở trạng thái hơi là yếu tố quyết định cƣờng độ vạch phổ. Quá trình nguyên tử hoá mẫu tốt hay không tốt đều ảnh hƣởng tới kết quả phân tích. Có hai kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu là kỹ thuật nguyên tử hoá trong ngọn lửa (F-AAS) và kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu không ngọn lửa (EST-AAS). Nguyên tắc chung là dùng nhiệt độ cao để hoá hơi và nguyên tử hoá mẫu phân tích. Sau đó chiếu chùm sáng phát xạ của nguyên tố cần phân tích từ nguồn bức xạ vào đám hơi nguyên tử đó để chúng hấp thụ những bức xạ đơn sắc nhạy hay bức xạ cộng hƣởng có bƣớc sóng nhất định ứng đúng với tia phát xạ nhạy của chúng. Nguồn phát xạ chùm tia đơn sắc có thể là đèn catot rỗng (HCL), các đèn phóng điện không điện cực (EDL) hay nguồn phát xạ liên tục đã đƣợc biến điệu. Ở đây, cƣờng độ bức xạ bị hấp thụ tỷ lệ với số nguyên tử tự do có trong môi trƣờng hấp thụ theo công thức: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6
I  I o . e  ( K . N .L ) (1.1) Trong đó: Io: cƣờng độ chùm sáng chiếu vào đám hơi nguyên tử I: cƣờng độ chùm sáng ra khỏi đám hơi nguyên tử K: hệ số hấp thụ nguyên tử của vạch phổ tần số  L: bề dày lớp hấp phụ TiÕp ®ã nhê hÖ thèng m¸y quang phæ ng-êi ta thu ®-îc toµn bé chïm s¸ng, ph©n ly vµ chän mét v¹ch phæ hÊp thô nguyªn tö cÇn ph©n tÝch ®Ó ®o c-êng ®é cña nã. C-êng ®é ®ã chÝnh lµ tÝn hiÖu hÊp thô cña v¹ch phæ hÊp thô nguyªn tö. NÕu A lµ mËt ®é quang cña chïm bøc x¹ cã c-êng ®é Io, sau khi ®i qua m«i tr-êng hÊp thô cßn l¹i lµ I, ta cã: A = lg(I0/I) = 2,303.K .N.l (1.2) hay A = k .N víi k = 2,303.K .l Gi÷a N vµ nång ®é C cña nguyªn tè trong dung dÞch ph©n tÝch cã quan hÖ víi nhau. NhiÒu thùc nghiÖm cho thÊy trong mét giíi h¹n nhÊt ®Þnh cña nång ®é C th×: N = ka .Cb (1.3) Trong đó: ka lµ h»ng sè thùc nghiÖm, phô thuéc vµo tÊt c¶ c¸c ®iÒu kiÖn ho¸ h¬i vµ nguyªn tö ho¸ mÉu. b lµ h»ng sè b¶n chÊt phô thuéc vµo tõng v¹ch phæ cña tõng nguyªn tè 0b1 Tõ (1.2) vµ (1.3) ta cã: A = a .Cb (1.4) Trong ®ã : a = k.ka lµ h»ng sè thùc nghiÖm víi b = 1 th× quan hÖ A, C lµ tuyÕn tÝnh: A = a.C (1.5) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 7
Ph-¬ng tr×nh (1.4) ®-îc coi lµ ph-¬ng tr×nh c¬ së cña phÐp ®o ®Þnh l-îng c¸c nguyªn tè theo ph-¬ng ph¸p phæ hÊp thô nguyªn tö . Nãi chung, ph-¬ng ph¸p nµy ngoµi cho ®é nh¹y vµ ®é chän läc rÊt cao cßn cã mét sè ®iÓm m¹nh kh¸c nh-: kh¶ n¨ng ph©n tÝch víi sè l-îng lín c¸c nguyªn tè ho¸ häc kh¸c nhau. Ngoµi c¸c nguyªn tö kim lo¹i cßn cã thÓ ph©n tÝch ®-îc mét sè ¸ kim (S, Cl…), mét sè hîp chÊt h÷u c¬, l-îng mÉu tèn Ýt, thêi gian nhanh, ®¬n gi¶n, dïng hiÖu qu¶ ®èi víi nhiÒu lÜnh vùc nh- y häc, d-îc häc, sinh häc, ph©n tÝch m«i tr-êng, ph©n tÝch ®Þa chÊt…®Æc biÖt lµ l-îng vÕt c¸c kim lo¹i. 1.3.1.1.Kĩ thuật đo F-AAS Đây là kĩ thuật, ngƣời ta dùng năng lƣợng nhiệt của ngọn lửa đèn khí để hoá hơi và nguyên tử hoá mẫu phân tích. Vì thế mọi quá trình xảy ra trong khi nguyên tử hoá mẫu phụ thuộc vào các đặc trƣng và tính chất của ngọn lửa đèn khí, nhƣng chủ yếu là nhiệt độ ngọn lửa. Đó là yếu tố quyết định hiệu suất nguyên tử hoá mẫu phân tích, và mọi yếu tố ảnh hƣởng đến nhiệt độ ngọn lửa đèn khí đều ảnh hƣởng đến kết quả của phƣơng pháp phân tích. Tác giả Phạm Luận và các cộng sự [16] đã ứng dụng phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa để phân tích xác định một số kim loại nặng (Cu, Pb, Cd, Co, Cr, Fe, Mn…) trong máu, huyết thanh và tóc của công nhân khu gang thép Thái Nguyên và công nhân nhà máy in. Nhiều sinh viên khoa hoá ĐHKH- ĐH Thái Nguyên đã ứng dụng phƣơng pháp này để xác định lƣợng vết các kim loại nặng trong các đối tƣợng khác nhau: rau quả, thực phẩm, nƣớc, thảo dƣợc….[10] [20]. 1.3.1.2.Kĩ thuật đo GF-AAS Kĩ thuật nguyên tử hoá không ngọn lửa ra đời sau kĩ thuật nguyên tử hoá trong ngọn lửa. Nhƣng kĩ thuật này đƣợc phát triển rất nhanh và hịên nay đang đƣợc sử dụng rất phổ biến vì kĩ thuật này có độ nhạy rất cao (mức ppb). Do đó, khi phân tích lƣợng vết kim loại trong trƣờng hợp không cần thiết phải làm giàu sơ bộ các nguyên tố cần phân tích. Về nguyên tắc, kĩ thuật nguyên tử hoá mẫu không ngọn lửa là quá trình nguyên tử hoá tức khắc trong thời gian rất ngắn nhờ năng lƣợng nhiệt của dòng điện có công suất lớn và trong môi trƣờng khí trơ. Quá trình nguyên tử hoá xảy ra theo 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 8
giai đoạn kế tiếp nhau: sấy khô, tro hoá luyện mẫu, nguyên tử hoá để đo phổ hấp thụ nguyên tử và cuối cùng là làm sạch cuvet. Nhiệt độ trong cuvet graphit là yếu tố chính quyết định mọi sự diễn biến của quá trình nguyên tử hoá mẫu. Tác giả Phạm luận và các cộng sự thuộc trƣờng Đại Học Tổng Hợp Hà Nội đã nghiên cứu xác định Cd trong lá cây và cây thuốc đông y ở Việt Nam, trong thực phẩm tƣơi sống bằng phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn (GF- AAS) [15] [16]. 1.3.2. Phép định lượng của phương pháp Sù phô thuéc cña c-êng ®é v¹ch phæ hÊp thô nguyªn tö cña mét nguyªn tè vµo nång ®é cña nguyªn tè ®ã trong dung dÞch mÉu ph©n tÝch ®-îc nghiªn cøu thÊy r»ng, trong mét kho¶ng nång ®é C nhÊt ®Þnh cña nguyªn tè trong mÉu ph©n tÝch c-êng ®é v¹ch phæ hÊp thô vµ sè nguyªn tö N cña nguyªn tè ®ã trong ®¸m h¬i nguyªn tö tu©n theo ®Þnh luËt Lambe-Bia: A = k.N.l (1.6) Trong ®ã: A lµ c-êng ®é hÊp thô cña v¹ch phæ k lµ hÖ sè thùc nghiÖm phô thuéc vµo nhiÖt ®é m«i tr-êng hÊp thô vµ hÖ sè hÊp thô nguyªn tö cña nguyªn tè. l lµ bÒ dµy líp hÊp thô (cm) N lµ sè nguyªn tö cña nguyªn tè trong ®¸m h¬i nguyªn tö . NÕu gäi C lµ nång ®é cña nguyªn tè ph©n tÝch cã trong mÉu ®em ®o phæ th× mèi quan hÖ gi÷a N vµ C ®-îc biÓu diÔn: N = ka .Cb (1.7) Trong ®ã: b gäi lµ h»ng sè b¶n chÊt, nã phô thuéc vµo nång ®é C, tÝnh chÊt hÊp thô nguyªn tö cña nguyªn tè ®ã. ka lµ h»ng sè thùc nghiÖm, phô thuéc vµo tÊt c¶ c¸c ®iÒu kiÖn ho¸ h¬i vµ nguyªn tö ho¸ mÉu. Nh- vËy, ta cã ph-¬ng tr×nh c¬ së cña phÐp ®Þnh l-îng c¸c nguyªn tè theo phæ hÊp thô nguyªn tö cña nã lµ: A = a .Cb (1.8) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 9
a = k.ka gäi lµ h»ng sè thùc nghiÖm phô thuéc vµo tÊt c¶ c¸c ®iÒu kiÖn thùc nghiÖm ®Ó ho¸ h¬i vµ nguyªn tö ho¸ mÉu. §-êng biÓu diÔn mèi quan hÖ ®-îc chØ ra trong h×nh 1.1 A 0.45 0.4 0.35 0.3 b
nên quá trình đo và xử lý kết quả nhanh dễ dàng và lƣu lại đƣợc đƣờng chuẩn cho các lần sau. 2. Nhược điểm Một số hạn chế và nhƣợc điểm của phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử có thể kể tới nhƣ: Hệ thống máy AAS tƣơng đối đắt tiền, vì vậy nhiều cơ sở không đủ điều kiện để xây dựng phòng thí nghiệm và mua sắm máy móc. Cũng do phép đo có độ nhạy cao nên sự nhiễm bẩn rất có ý nghĩa đối với kết quả phân tích hàm lƣợng vết. Đòi hỏi dụng cụ phải sạch sẽ, hoá chất có độ tinh khiết cao. Mặt khác, trang thiết bị máy móc là khá tinh vi, phức tạp nên cần tới sự am hiểu, thành thạo vận hành cũng nhƣ bảo dƣỡng máy của cán bộ làm phân tích. Một nhƣợc điểm chính của phƣơng pháp phân tích này là chỉ cho ta biết thành phần nguyên tố mà không chỉ ra trạng thái liên kết của nguyên tố đó trong mẫu phân tích. 1.4.Phƣơng pháp xử lý mẫu phân tích xác định đồng, crom, niken [13] Để xác định hàm lƣợng đồng, crom, niken trong rau, trƣớc hết ta phải tiến hành xử lý mẫu nhằm chuyển các nguyên tố cần xác định có trong mẫu từ trạng thái ban đầu( dạng rắn) về dạng dung dịch. Đây là công việc rất quan trọng vì nó có thể dẫn đến những sai lệch trong kết quả phân tích do sự nhiễm bẩn mẫu hay làm mất chất phân tích nếu thực hiện không tốt. Hiện nay có rất nhiều kĩ thuật xử lý mẫu phân tích, với đối tƣợng rau xanh thì hai kĩ thuật chính dùng để phá mẫu gồm kĩ thuật tro hoá ƣớt bằng axit đặc oxi hoá mạnh (Phƣơng pháp xử lý ƣớt) và kĩ thuật tro hoá khô (Phƣơng pháp tro hoá khô) 1.4.1.Phương pháp xử lý ướt Nguyên tắc chung: Dùng axit đặc có tính oxi hoá mạnh (HNO3, HClO4…), hay hỗn hợp các axit và một chất oxi hoá mạnh (HNO3 + HClO4) hoặc hỗn hợp một axit mạnh và một chất oxi hoá ( HNO3 + H2O2)… để phân huỷ hết chất hữu cơ và chuyển các kim loại ở dạng hữu cơ về dạng các ion trong dung dịch muối vô cơ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 11
Việc phân huỷ có thể thực hiện trong hệ đóng kín (áp suất cao), hay trong hệ mở ( áp suất thƣờng). Lƣợng axit phải dùng từ 10-15 lần lƣợng mẫu, tuỳ thuộc mỗi loại mẫu và cấu trúc vật lý hoá học của nó. Thời gian phân huỷ trong các hệ hở, bình Kendanl, ống nghiệm, cốc…, thƣờng từ vài giờ đến hàng chục giờ, cũng tuỳ loại mẫu, bản chất của các chất, còn nếu trong lò vi sóng hệ kín thì cần vài chục phút [8]. Thƣờng khi phân huỷ xong phải đuổi hết axit dƣ trƣớc khi định mức và tiến hành đo phổ. Ưu nhược điểm của kĩ thuật này là: + Không bị mất các chất phân tích, nhất là trong lò vi sóng + Nếu xử lý trong các hệ hở thì thời gian phân huỷ mẫu rất dài, tốn nhiều axit đặc tinh khiết cao, dễ bị nhiễm bẩn do môi trƣờng hay axit dùng và phải đuổi axit dƣ lâu nên dễ bị nhiễm bụi bẩn vào mẫu. 1.4.2.Phương pháp xử lý khô Nguyên tắc: Đối với các mẫu hữu cơ trƣớc hết phải đƣợc xay hay nghiền thành bột, vữa hay thể huyền phù. Sau đó dùng nhiệt để tro hoá mẫu, đốt cháy chất hữu cơ và đƣa các kim loại về dạng oxit hay muối của chúng. Cụ thể là: Cân một lƣợng mẫu nhất định (5-10gam) vào chén nung. Nung chất mẫu ở một nhiệt độ thích hợp, để đốt cháy hết các chất hữu cơ, và lấy bã vô cơ còn lại của mẫu là các oxit, các muối,… Sau đó hoà tan bã thu đƣợc này trong axit vô cơ, nhƣ HCl(1/1), HNO3(1/2),…để chuyển các kim loại về dạng các ion trong dung dịch. Nhiệt độ tro hoá các chất hữu cơ thƣờng đƣợc chọn trong vùng từ 400-5000C, nó tuỳ theo mỗi loại mẫu và chất cần phân tích [8] Ưu nhược điểm của kĩ thuật này là: + Tro hoá triệt để mẫu, hết các chất hữu cơ + Đơn giản, dễ thực hiện, quá trình xử lý không lâu nhƣ phƣơng pháp ƣớt + Không tốn nhiều axit tinh khiết cao và không có axit dƣ + Hạn chế đƣợc sự nhiễm bẩn do dùng ít hoá chất + Mẫu dung dịch thu đƣợc sẽ sạch và trong + Hay bị mất một số nguyên tố nhƣ Cd, Pb, Zn…nêu không dùng chất bảo vệ và chất chảy. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 12
1.5. Một số phƣơng pháp phân tích xác định lƣợng vết các kim loại nặng Ngày nay yêu cầu xác định các hàm lƣợng các chất với hàm lƣợng ngày càng thấp, độ chính xác cao. Đặc biệt trong phân tích môi trƣờng thƣờng xuyên đòi hỏi phân tích lƣợng vết các chất ô nhiễm trong các đối tƣợng môi trƣờng với hiệu suất cao (độ nhạy, độ chọn lọc, tính bền, phạm vi tuyến tính, đúng đắn, chính xác và thời gian phân tích). Chính vì vậy đã phát triển rất nhiều phƣơng pháp phân tích khác nhau cho phép định lƣợng chính xác và nhanh chóng. Bảng 1.2. Một số phương pháp phân tích xác định lượng vết các kim loại STT Tên phƣơng pháp Khoảng nồng độ (ion.g/l) 1 Phổ hấp thụ phân tử 10-5  10-6 2 Phổ huỳnh quang phân tử 10-6  10-7 3 Phổ hấp thụ nguyên tử 10-6  10-7 4 Phổ huỳnh quang nguyên tử 10-7  10-8 5 Phổ phát xạ nguyên tử 10-5  10-6 6 Phân tích kích hoạt nơtron 10-9  10-10 7 Điện thế dùng điện cực chọn lọc ion 10-4  10-5 8 Cực phổ cổ điển 10-4 10-5 9 Cực phổ sóng vuông 10-6  10-7 10 Cực phổ xoay chiều hoà tan bậc hai 10-6  10-8 11 Von - Ampe hoà tan dùng điện cực 10-6  10-9 HMDE 12 Von - Ampe hoà tan dùng điện cực màng 10-8  10-10 Hg Theo bảng trên phƣơng pháp kích hoạt notron có độ nhạy cao nhất, nhƣng đòi hỏi thiết bị đắt tiền, điều kiện tiến hành khó khăn nên ít đƣợc sử dụng phổ biến. Phƣơng pháp hấp thụ nguyên tử có độ nhạy, độ chính xác cao và có ƣu điểm nổi bật rất thuận lợi cho việc xác định chính xác vết kim loại và các hợp chất độc hại trong nhiều đối tƣợng khác nhau, các kết quả rất ổn định sai số nhỏ (không quá 15%) với vùng nồng độ cỡ 1-2ppm. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 13
Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM 2.1. Thiết bị và hoá chất Để thực hiện đề tài này, chúng tôi đã sử dụng các thiết bị và hóa chất sau 2.1.1. Thiết bị -Máy đo quang phổ hấp thụ nguyên tử Thermo( Anh) - Phòng thí nghiệm Hoá Đại học Khoa Học- Đại học Thái Nguyên. -Pipet 1, 2, 5, 10ml -Pipet man -Bình kendal -Bình định mức 10, 25, 50, 100, 200ml -Cốc thuỷ tinh -Ống đong, phễu… -Tủ sấy Jeio tech ( Hàn Quốc) -Cân phân tích và một số thiết bị khác 2.1.2.Hoá chất Nƣớc cất hai lần Axit đặc HCl 36%, HNO3 65%, HClO4 70% : Merck Dung dịch chuẩn Cu2+1000 ppm, Ni2+1000 ppm, Cr3+1000 ppm đi kèm theo máy. Các dung dịch nền CH3COONH4 PA 10% (Merck) CH3COONa PA 10% (Merck) LaCl3 PA PA 10% (Merck) Dung dịch các cation kim loại để nghiên cứu ảnh hưởng. 2.2.Khảo sát các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử dùng ngọn lửa trực tiếp của đồng , crom, niken(F-AAS) 2.2.1. Khảo sát các thông số của máy 2.2.1.1. Khảo sát vạch phổ hấp thụ Mỗi loại nguyên tử của một nguyên tố hoá học chỉ có thể hấp thụ đƣợc những bức xạ có bƣớc sóng mà chính nó có thể phát ra trong quá trình phát xạ khi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 14