Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ứng dụng phân tích tích tồn dư kim loại nặng trong thực phẩm

Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ứng dụng phân tích tích tồn dư kim loại nặng trong thực phẩm TS: Lê Thị Hồng HảoTrung tâm KN-VSATTP QUÁ THÌNH PHÁT TRIỂN PHỔ NGUYÊN TỬ phổ phát xạ hấp thụ nguyên tử nguyên tử huỳnh quang ICPS year Khoảng nồng độ phân tích ICP-MS phát xạ AAS ngọn lửa AAS không ngọn lửa 1 ppt 1 ppb 1 ppm 0.1% 100% E2 E1 e- hn E2 = trạng thái kích thích E1 = trạng thái cơ bản h = hằng số Planck n = Spectral frequency Hấp thụ nguyên tử l = c / v Hệ thống AAS Nguồn sáng gương MONOCHROMATOR DETECTOR Ghi nhận tín hiệu Nguyên tử hoá Hệ thống AAS Hệ thống AAS (1) nguồn bức xạ (đèn catot rỗng) Nguồn sáng Nguồn phát bức xạ đơn sắc Phải là các tia bức xạ nhạy đối với nguyên tố cần phân tích, chùm tia sáng phải có cường độ ổn định, lặp lại được trong các lần đo khác nhau trong cùng điều kiện và phải điều chỉnh được để có cường độ cần thiết trong mỗi phép đo (bằng dòng điện làm việc của HCL). Nguồn phát tia bức xạ tạo được chùm bức xạ thuần khiết, chỉ bao gồm một số vạch nhạy đặc trưng của nguyên tố phân tích. Phổ nền của nó phải không đáng kể. Chùm tia phát xạ đơn sắc do nguồn cung cấp phải có cường độ cao. Nhưng lại phải bền vững theo thời gian và phải không bị các yếu tố vật lý khác nhiễu loạn, ít bị ảnh hưởng bởi các dao động của điều kiện làm việc. Ngoài ra, không quá đắt và không quá phức tạp khi sử dụng. Đèn Catot rỗng ĐÈN PHÓNG ĐIỆN KHÔNG ĐIỆN CỰC Nguồn bức xạ mạnh hơn đèn catot rỗng gấp 10 lần sử dụng cho As, Se, Te, Hg, Pb những nguyên tô kém nhạy với đàn catot rỗng. (2) Nguyên tử hoá nguyên tử hoá Nguyên tử hoá Là quá trình hoá hơi và nguyên tử hoá chất phân tích thành nguyên tử tự do Phun khí Son khí Nguyên tử tự do Nhiệt Ngọn lửa Các dạng nguyên tử hoá (1) Ngọn lửa (2) Không ngọn lửa - Lò graphit AAS (GFA) - hydride vapor generator (HVG) - mercury vapor unit (MVU) Ngọn lửa Ngọn lửa là sự oxi hoá được kết hợp bởi không khí, NO2, Ar, H2, acetylene. Quá trình nguyên tử hoá trong ngọn lửa Dung dịch Hoá hơi Bay hơi Son khí hoá Son khí Nguyên tử hoá Nguyên tử tự do Nguyên tử đặc biệt Ion đặc biệt Quá trình nguyên tử hoá không ngọn lửa (1) Lò graphite AAS (GFA) (2) Hydride vapor generator (HVG) (3) Mercury vapor unit (MVU) Lò graphite AAS Quá trình nguyên tử hoá trong lò Chuyển Dung dịch mẫu Dung dịch sấy Bột khô Nguyen tử hoá Vapor Nguyên tử đặc biệt Ion đặc biệt Free atoms Các bước thay đổi nhiệt độ trong lò Làm khô Tro hoá Nguyên tử hoá Nhiệt độ (oC) Thời gian (s) Outer gas (Ar) Inner gas (Ar) Inner gas (O2) 0 20 35 50 54 Làm sạch Các loại cuvet để nguyên tử hoá mẫu Than chì Pyrolytic Platform Graphite Furnace Tubes Cuvet graphite Cuvet pyrolytic Cuvet Platform Quá trình nguyên tử hoá không ngọn lửa (1) Graphite furnace (2) Hydride vapor generator (HVG) (3) Mercury vapor unit (MVU) Hydrid hoá (HVG) Hydrid hoá (HVG) Hydrid hoá (HVG) Flameless AAS (1) Graphite furnace AAS (GFA) (2) Hydride vapor generator (HVG) (3) Mercury vapor unit (MVU) Hoá hơi lạnh (MVU) Ion thuỷ ngân trong dung dịch được khử bởi SnCl2 tạo thành nguyên tố thuỷ ngân có khả năng bay hơi ở nhiệt độ phòng. Bộ hoá hơi thuỷ ngân (MVU) Mercury Vapor Unit (MVU) Detector - Photomultivlier Là một loại dụng cụ quang học dùng để thu nhận và phát hiện tín hiệu quang học theo hiệu ứng quang điện của nó. Trước đây để thu nhận người ta đã dùng kính ảnh hay phim ảnh, sau đó là tế bào quang điện. Đó là các dụng cụ cổ điển với độ nhạy kém. Với sự phát triển của khoa học và kỹ thuật, ngày nay người ta đã chế tạo ra được nhiều loại detector quang học có thể khuếch đại tín hiệu đo được lên cỡ triệu lần. Đó là các ống nhân quang điện. Nhân quang điện kiểu ống là một loại dụng cụ để thu nhận tín hiệu quang học có tính chất vạn năng, nó có độ nhạy và độ chọn lọc cao. Vùng phổ hoạt động của các detector kiểu này thường là từ 190 – 900 nm, có khi đến 1100 nm. Hệ số khuếch đại thường đến 106, đôi khi đến 107. Các yếu tố gây ảnh hưởng đến quá trình đo hấp thụ nguyên tử Ảnh hưởng của nồng độ axít và loại axít trong dung dịch mẫu: Nồng độ axít làm thay đổi độ nhớt của dung dịch, do anion gốc axít quyết định. Các axít càng khó bay hơi thường càng làm giảm cường độ vạch phổ. Các axít dễ bay hơi gây ảnh hưởng ít. Axít làm giảm độ hấp thụ theo thứ tự HCl < HNO3 < H2SO4 < H3PO4 < HF. (HCl, HNO3 1%) Các yếu tố gây ảnh hưởng đến quá trình đo hấp thụ nguyên tử Ảnh hưởng của các cation Trong dung dịch phân tích, ngoài nguyên tố cần xác định còn chứa nhiều cation lạ. Ảnh hưởng của các cation có thể có hiệu ứng dương, hiệu ứng âm hoặc vừa có hiệu ứng dương vừa có hiệu ứng âm ở các nồng độ khác nhau. Để loại trừ ảnh hưởng của các cation sử dụng một số biện pháp sau: * Chọn điều kiện xử lý mẫu phù hợp để loại các nguyên tố lạ ra khỏi dung dịch phân tích * Chọn các thông số máy đo thích hợp * Chọn điều kiện thí nghiệm và điều kiện nguyên tử hoá mẫu thích hợp * Thêm vào mẫu chất phụ gia phù hợp để loại trừ ảnh hưởng của các cation như: LaCl3, SrCl3, AlCl3. Các yếu tố gây ảnh hưởng đến quá trình đo hấp thụ nguyên tử Ảnh hưởng của các anion Ảnh hưởng của các anion về cơ bản cũng tương tự như ảnh hưởng của các loại axít. Chỉ có 2 anion ClO4- và CH3COO- là gây hiệu ứng dương, còn các anion khác gây hiệu ứng âm theo thứ tự Cl- < NO3- < CO32- < PO43- < F-. ảnh hưởng của các anion không lớn như các cation, nên để loại trừ ảnh hưởng của các anion ta chỉ cần trong mỗi phép đo phải cho nồng độ của các anion trong mẫu phân tích và trong mẫu chuẩn như nhau là được. Phép phân tích đo phổ hấp thụ nguyên tử còn bị ảnh hưởng của một loạt yếu tố khác nữa như: Thành phần nền của mẫu, dung môi hữu cơ, độ nhớt và sức căng bề mặt của dung dịch mẫu, sự ion hoá, sự kích thích phổ phát xạ, sự chen lấn của vạch phổ, sự hấp thụ của nền,… Để thu được kết quả tốt, khi làm thí nghiệm phải khống chế để dung dịch phân tích và dung dịch chuẩn phải được tiến hành trong cùng điều kiện và tiến hành đo với các thông số tối ưu hoàn toàn như nhau. Những ưu điểm và nhược điểm của phép đo AAS Ưu điểm Dộ nhạy và độ chọn lọc cao. Gần 60 nguyên tố hoá học có thể xác định bằng phương pháp này với độ nhạy từ 10-4 đến 10-5%. Đặc biệt nếu sử dụng kỹ thuật nguyên tử hoá không ngọn lửa thì có thể đạt đến độ nhạy 10-7%. Chính vì có độ nhạy cao nên phương pháp phân tích này đã đựơc sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực để xác định lượng vết các kim loại. Đặc biệt là trong phân tích các nguyên tố vi lượng trong các đối tượng mẫu y học, sinh học, nông nghiệp, kiểm tra các hóa chất có độ tinh khiết cao. Đồng thời cũng do có độ nhạy cao nên trong nhiều trường hợp không cần phải làm giàu kim loại cần xác định trước khi phân tích. Do đó tốn ít nguyên liệu mẫu, tốn ít thời gian không cần phải dùng nhiều hoá chất tinh khiết cao khi làm giàu mẫu. Mặt khác cũng tránh được sự nhiễm bẩn khi xử lý qua các giai đoạn phức tạp. Đó cũng là một ưu điểm lớn của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử. Các động tác thực hiện nhẹ nhàng. Các kết quả phân tích có thể ghi lại trên băng giấy hay giản đồ để lưu giữ lại sau này. Đồng thời với các trang thiết bị hiện nay ta có thể xác định đồng thời hay liên tiếp nhiều nguyên tố trong một mẫu. Các kết quả phân tích lại rất ổn định, sai số nhỏ. Trong nhiều trường hợp sai số không quá 15% với vùng nồng độ cỡ 1 - 2 ppm. Hơn nữa bằng sự ghép nối với máy tính cá nhân và các phần mềm thích hợp quá trình đo và xử lý kết quả sẽ nhanh và dễ dàng, lưu lại đường chuẩn cho các lần sau. Những ưu điểm và nhược điểm của phép đo AAS Nhược điểm Mặt khác cũng chính phép đo có độ nhạy cao, cho nên sự nhiễm bẩn rất có ý nghĩa đối với kết quả phân tích hàm lượng vết. Vì thế môi trường phòng thí nghiệm phải không có bụi. Các dụng cụ hóa chất dùng trong phép đo phải có độ tinh khiết cao. Đó cũng là một khó khăn khi ứng dụng phương pháp phân tích này. Mặt khác cũng vì phép đo có độ nhạy cao nên các trang thiết bị là khá tinh vi và phức tạp. Do đó cần phải có kỹ sư có trình độ cao để bảo dưỡng và chăm sóc. Cần cán bộ làm phân tích công cụ thành thạo để vận hành máy. Nhưng yếu tố này có thể khắc phục được qua công tác chuẩn bị và đào tạo cán bộ. Nhược điểm chính của phương pháp phân tích này là chỉ cho ta biết thành phần nguyên tố của chất ở trong mẫu phân tích mà không chỉ ra trạng thái liên kết của nguyên tố trong mẫu. Vì thế nó chỉ là phương pháp phân tích thành phần hoá học của nguyên tố mà thôi. Một số quy trình ứng dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử phân tích kim loại nặng trong thực phẩm Xác định asen bằng kỹ thuật hydrua Mẫu được vô cơ hoá trong lò phá mẫu vi sóng có đặt chương trình theo từng đối tượng, As (V) được khử về As (III) và phản ứng vơi natri bohidrua để tạo thành hợp chất hydrua arsen (AsH3), hợp chất này được dẫn tới cuvet chữ T để nguyên tử hóa và đo phổ hấp thụ của As Điều kiện đo máy Xác định asen bằng kỹ thuat lò graphit Mẫu được vô cơ hoá trong lò phá mẫu vi sóng có đặt chương trình theo từng đối tượng. Xác định hàm lượng arsen trong dung dịch tạo thành bằng đo phổ hấp thụ nguyên tử lò graphit. Điều kiện đo máy Xác định hàm lượng selen bằng kỹ thuật hydrid (AAS-HVG) Mẫu được vô cơ hóa trong lò vi sóng theo từng đối tượng, các ion Se(IV) và Se(VI) phản ứng với Natri bohidrua trong môi trường axít sinh ra hợp chất Selen hydrua (SeH4 và SeH6), và hợp chất này được dẫn vào cuvet để nguyên tử hoá thành Se và đo phổ hấp thụ của Se (phép đo HVG-AAS) . Điều kiện đo máy Xác định selen bằng kỹ thuật lò graphit Mẫu được vô cơ hoá trong lò phá mẫu vi sóng có đặt chương trình theo từng đối tượng. Xác định hàm lượng selen trong dung dịch tạo thành bằng đo phổ hấp thụ nguyên tử lò graphit Điều kiện đo máy Xác định hàm lượng thủy ngân bằng kỹ thuật hoá hơi lạnh Mẫu được vô cơ hoá trong lò phá mẫu vi sóng có đặt chương trình theo từng đối tượng. Hg(II) được chuyển về Hg(0) bằng SnCl2 và hơi thủy ngân bay lên được đưa tới hệ thống quang phổ hấp thụ nguyên tử để đo phổ Điều kiện đo máy Xin tr©n träng cam Ơn