Tải bản đầy đủ

Phân tích, đánh giá hàm lượng một số kim loại trong lá cây chùm ngây (moringa oleifera) ở khu vực thành phố đồng hới tỉnh quảng bình bằng phương pháp f AAS

Lời Cảm Ơn!
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới thầy Nguyễn Mậu Thành, người
đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện khóa luận này, đồng
thời đã bổ sung nhiều kiến thức chuyên môn và kinh nghiệm quý báu cho tôi trong
hoạt động nghiên cứu khoa học.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến quý thầy cô trường Đại học Quảng Bình,
đặc biệt là quý thầy cô bộ môn Hóa học trong khoa Khoa học Tự nhiên đã giảng dạy
và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và tạo mọi điều kiện về cơ sở vật
chất cũng như thời gian để giúp tôi hoàn thành bài khóa luận này.
Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ và nhân viên Trung tâm Y tế dự phòng
Quảng Bình, đã tạo điều kiện thuận lợi và nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực
hiện khóa luận.
Đồng thời tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã động viên và giúp
đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành tốt khóa luận này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn!
Quảng Bình, ngày 20 tháng 05 năm 2018
SINH VIÊN

Trần Thị Kim Cúc



LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu này là của riêng tôi, các số liệu và kết
quả trong khóa luận là trung thực và chưa được công bố trong bất kì một công trình
nào khác.


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Tiếng Việt

TT

Viết tắt

1

Đồng

Cu

2

Kẽm

Zn

3

Mangan

Mn

4

Đồng, kẽm và mangan

Me

5

Độ lệch chuẩn tương đối



RSD

6

Giới hạn phát hiện

LOD

7

Giới hạn định lượng

LOQ

8

Phần triệu

ppm

9

Quang phổ hấp thụ phân tử

UV- VIS

10

Quang phổ hấp thụ nguyên tử

AAS

11

Quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa

F-AAS


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Sự xen lẫn và sự trùng vạch của các nguyên tố ............................................14
Bảng 2.1. Thời gian lấy mẫu lá cây chùm ngây tại thành phố Đồng Hới .....................19
Bảng 2.2. Thông tin về các mẫu chùm ngây thu được thuộc thành phố Đồng Hới ......19
Bảng 2.3. Điều kiện đo AAS xác định Cu, Zn và Mn trong lá cây chùm ngây ............22
Bảng 2.4. Hàm lượng Me theo yếu tố khảo sát .............................................................26
Bảng 2.5. Kết quả phân tích ANOVA 1 chiều ..............................................................27
Bảng 3.1. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào nồng độ của đồng ................................30
Bảng 3.2. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào nồng độ của kẽm ...............................301
Bảng 3.3. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào nồng độ mangan ..................................31
Bảng 3.4. Các giá trị a, b, Sy, LOD, LOQ tính từ phương trình chuẩn A = b.C + a .....33
Bảng 3.5. Kết quả xác định hàm lượng Cu, Zn và Mn trong lá cây chùm ngây ..........33
Bảng 3.6. Kết quả phân tích hàm lượng Cu, Zn và Mn trong lá cây chùm ngây…….34
Bảng 3.7. Kết quả phân tích ANOVA 1 chiều của đồng, kẽm và mangan .………….36
Bảng 3.8. Kết quả phân tích hàm lượng Cu, Zn và Mn trong lá cây chùm ngây…….36


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Quá trình hấp thụ, phát xạ và huỳnh quang của một nguyên tử .............6
Hình 1.2: Sơ đồ khối của phổ kế hấp thụ nguyên tử (F-AAS) dùng ngọn lửa .......6
Hình 1.3: Mối quan hệ giữa cường độ vạch phổ A và nồng độ Cx ........................9
Hình 1.4: Sơ đồ cấu tạo máy đo phổ hấp thụ nguyên tử ......................................16
Hình 1.5: Hệ thống máy hấp thụ nguyên tử AAS hãng Analytik Jena (Đức). .....17
Hình 2.1: Sơ đồ chung về QA/QC trong lấy mẫu và phân tích ............................21
Hình 2.2: Quy trình xử lý mẫu xác định hàm lượng đồng, kẽm và mangan trong
lá cây chùm ngây bằng phương pháp F-AAS .......................................................22
Hình 3.1: Đường chuẩn xác định đồng trong mẫu lá cây chùm ngây ..................30
Hình 3.2: Đường chuẩn xác định kẽm trong mẫu lá cây chùm ngây .................301
Hình 3.3: Đường chuẩn xác định mangan trong mẫu lá cây chùm ngây ..............32
Hình 3.4: Kết quả xác định hàm lượng Cu, Zn và Mn trong lá cây chùm ngây...34
Hình 3.5: Kết quả hàm lượng của Cu, Zn và Mn trong 8 mẫu lá cây chùm ngây ở
4 vị trí.....................................................................................................................35


MỤC LỤC
A. MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
B. NỘI DUNG ................................................................................................................3
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ..................................................................3
1.1. SƠ LƯỢC VỀ THÀNH PHỐ ĐỒNG HỚI ..........................................................3
1.2. KHÁI QUÁT VỀ CÂY CHÙM NGÂY ...............................................................3
1.2.1. Phân loại khoa học ...........................................................................................3
1.2.2. Đặc điểm thực vật ..............................................................................................3
1.2.3. Phân bố ..............................................................................................................3
1.2.4. Sinh trưởng và trồng trọt ..................................................................................4
1.3. PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ [4, 7].....................................4
1.3.1. Cơ sở lí thuyết ...................................................................................................4
1.3.2. Đối tượng chính và phạm vi áp dụng ................................................................4
1.3.3. Sự xuất hiện phổ hấp thụ nguyên tử ..................................................................5
1.3.4. Nguyên tắc của phương pháp, thiết bị của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử .....6
1.3.5. Cường độ vạch phổ ............................................................................................8
1.3.6. Cấu trúc vạch phổ ............................................................................................10
1.3.7. Ưu và nhược điểm của phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử .........................11
1.3.8. Các kĩ thuật nguyên tử hoá mẫu ......................................................................11
1.3.9. Một số ảnh hưởng và các biện pháp khắc phục trong phép đo AAS ..............13
1.4. MÁY QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ (AAS: Atomic absorption
spectrometer) .............................................................................................................15
1.5. PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG BẰNG AAS [4, 7]..............................................17
CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ THỰC NGHIỆM ......................................................18
2.1. THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ ..................................................................................18
2.2. HÓA CHẤT ........................................................................................................18
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................................................18
2.3.1. Phạm vi nghiên cứu .........................................................................................18
2.3.2. Chuẩn bị mẫu ...................................................................................................18
2.3.3. Ghi chép lập hồ sơ mẫu khi lấy .......................................................................19
2.3.4. Xử lý sơ bộ, quản lý và bảo quản mẫu phân tích [2, 6, 9, 10].........................20
2.4. TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM .........................................................................21


2.5. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ..........................................................................22
2.6. PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG ......................................................................22
2.7. KIỂM SOÁT CHẤT LƯỢNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ...............23
2.7.1. Độ đúng ...........................................................................................................24
2.7.2. Độ lặp lại .........................................................................................................24
2.7.3. Xác định giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ) và độ nhạy 24
2.8. XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM ..................................................................25
2.8.1. Tính sai số. .......................................................................................................25
2.8.2. Phân tích kết quả bằng phương pháp phân tích phương sai một yếu tố ..........26
2.10. CÁCH TIẾN HÀNH ĐO ĐỘ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ CỦA ME THEO
PHƯƠNG PHÁP AAS ..............................................................................................28
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...............................................................30
3.1. XÂY DỰNG ĐƯỜNG CHUẨN TRONG PHÉP ĐO CÁC KIM LOẠI ĐỒNG,
MANGAN VÀ KẼM ................................................................................................ 30
3.2. KHẢO SÁT GIỚI HẠN PHÁT HIỆN VÀ GIỚI HẠN ĐỊNH LƯỢNG CỦA
CÁC PHÉP ĐO .........................................................................................................32
3.3. XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG ĐỒNG, MANGAN VÀ KẼM TRONG LÁ CÂY
CHÙM NGÂY ...........................................................................................................33
3.4. ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG ĐỒNG, MANGAN VÀ KẼM TRONG LÁ CÂY
CHÙM NGÂY ...........................................................................................................35
3.4.1. Đánh giá hàm lượng đồng, mangan và kẽm trong lá cây chùm ngây tại thời
điểm khảo sát .............................................................................................................35
3.4.2. Đánh giá hàm lượng cadimi, đồng, mangan, chì và kẽm trong lá cây chùm
ngây so với tiêu chuẩn của Việt Nam ........................................................................36
C. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................38
1. Kết luận..................................................................................................................38
2. Kiến nghị ...............................................................................................................38
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................39
CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI .........................41
PHỤ LỤC .....................................................................................................................42


A. MỞ ĐẦU
Chùm ngây (Moringa oleifera) được xem là một trong những loài cây hữu dụng
bậc nhất thế giới, do toàn bộ các phần trên cây này đều có thể được dùng làm thức ăn
hoặc phục vụ cho các mục đích khác nhau. Một số nguồn nghiên cứu cho biết chùm
ngây chứa hơn 90 chất dinh dưỡng tổng hợp, các chất chống viêm nhiễm, các chất
kháng sinh, kháng độc tố, các chất giúp ngăn ngừa và điều trị ung thư, u xơ tiền liệt
tuyến, giúp ổn định huyết áp, hạ cholesterol, bảo vệ gan. Đặc biệt, lá chùm ngây còn
chứa nhiều dưỡng chất hơn cả quả và hoa, tính theo trọng lượng. Với hàm lượng các
chất dinh dưỡng cao, cây chùm ngây cung cấp khá đa dạng vitamin và khoáng chất
cho cơ thể, giúp hỗ trợ điều trị các bệnh còi xương, suy dinh dưỡng, ngăn ngừa ung
thư, bệnh thoái hóa, loãng xương, tăng lượng sữa trên phụ nữ sinh non, cải thiện đáng
kể chức năng phổi, giảm hơn một nửa các triệu chứng hen suyễn,…[6]. Hiện nay,
chùm ngây đang được khuyến khích trồng ở nhiều quốc gia trên thế giới, trong đó có
Việt Nam. Cây chùm ngây được người dân ở địa bàn thành phố Đồng Hới tỉnh Quảng
Bình trồng nhiều trong những năm trở lại đây và đã trở thành nguồn thực phẩm trong
các bữa ăn hằng ngày.
Đồng, kẽm và mangan là một trong những nguyên tố vi lượng quan trọng trong
cơ thể con người. Đồng (Cu) thúc đẩy sự hấp thu và sử dụng sắt để tạo thành
hemoglobin của hồng cầu. Nếu thiếu đồng trao đổi sắt cũng sẽ bị ảnh hưởng, nên sẽ bị
thiếu máu và sinh trưởng chậm. Ngoài ra, đồng còn tham gia vào việc sản xuất năng
lượng, tạo melanin (sắc tố màu đen ở da), ôxy hóa acid béo. Đồng cần thiết cho
chuyển hóa sắt và lipid, có tác dụng bảo trì cơ tim, cần cho hoạt động của hệ thần kinh
và hệ miễn dịch, góp phần bảo trì màng tế bào hồng cầu, góp phần tạo xương và biến
lượng Cholesterol thành vô hại. Trong cơ thể người có khoảng từ 80mg đến 99,4 mg
đồng. Hiện diện trong bắp thịt, da, tủy xương, xương, gan và não bộ. Thiếu đồng gây
thiếu máu, tăng cholesterol và sự phát triển bất thường ở xương.. Thiếu đồng còn gây
dung nạp kém glucose. Thiếu đồng khi mang thai có thể khiến thai chậm phát triển
hoặc phát triển bất thường. Là một bệnh hiếm (1/100.000), bệnh Menkes là do đột biến
gen trên nhiễm sắc thể X, khiến nồng độ đồng và ceruloplasmin trong máu thấp, trong
khi niêm mạc ruột, cơ, lách và thận lại tích lũy nhiều đồng [5].
Kẽm (Zn) cần thiết cho cấu tạo thành phần hoạt động của hormon sinh dục
nam testosteron và đóng một vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp, cấu trúc,
bài tiết nhiều hormon khác. Kẽm cũng đóng vai trò quan trọng đối với tuyến tiền liệt.
Việc thiếu kẽm có thể gây phì đại tuyến tiền liệt và viêm tuyến tiền liệt, cùng những
thay đổi khác ở tuyến sinh dục quan trọng này. Trong cơ thể có khoảng 2 – 3g kẽm,
hiện diện trong hầu hết các loại tế bào và các bộ phận của cơ thể, nhưng nhiều nhất tại
gan, thận, lá lách, xương, ngọc hành, tinh hoàn, da, tóc móng. Mất đi một lượng
1


nhỏ kẽm có thể làm đàn ông sụt cân, giảm khả năng tình dục và có thể mắc bệnh vô
sinh. Đàn ông khỏe mạnh mỗi lần xuất tinh chứa khoảng 1mg chất này. Phụ nữ có thai
thiếu kẽm sẽ giảm trọng lượng trẻ sơ sinh, thậm chí có thể bị lưu thai. Thiếu chất kẽm
đưa đến chậm lớn, bộ phận sinh dục teo nhỏ, dễ bị các bệnh ngoài da, giảm khả năng
đề kháng… Kẽm cần thiết cho thị lực, còn giúp cơ thể chống lại bệnh tật. Kích thích
tổng hợp protein, giúp tế bào hấp thu chất đạm để tổng hợp tế báo mới, tăng liền sẹo.
Bạch cầu cần có kẽm để chống lại nhiễm trùng và ung thư.
Mangan (Mn) là kim loại đầu tiên được Gabriel Bertrand xem như nguyên tố vi
lượng cơ bản đối với sự sống. Mangan duy trì hoạt động của một số men quan trọng,
tăng cường quá trình tạo xương và mô, ảnh hưởng đến sự tạo thành hoocmon tuyến yên,
vitamin B1 và vitamin C cần thiết cho quá trình tổng hợp protein, làm giảm lượng đường
trong máu nên tránh được bệnh tiểu đường. Nếu thiếu hụt mangan sẽ làm giảm quá trình
đông máu và tăng lượng cholestorol, ảnh hưởng đến sự chuyển giao thông tin di truyền.
Sự chuyển hóa mangan bất thường có thể gây ra bệnh tiểu đường, bệnh béo phì...Tuy
nhiên, nếu hàm lượng mangan vượt quá mức cho phép sẽ dẫn đến hiện tượng ngộ độc,
gây rối loạn hoạt động thần kinh với biểu hiện rung giật kiểu Parkinson [9]. Ngoài ra,
mangan còn kích thích chuyển hóa chất béo, giảm cholesterol góp phần ngăn ngừa xơ
vữa động mạch.
Thành phố Đồng Hới là một trong những trung tâm du lịch của tỉnh Quảng Bình
nói riêng và các tỉnh miền Trung nói chung. Là nơi chịu nhiều hậu quả của chiến tranh
để lại, những tác hại của chất độc chiến tranh cùng với các tác động của con người như
sử dụng phân bón hoá học, lạm dụng thuộc bảo vệ thực vật, ... nên có nguy cơ ảnh
hưởng đến chất lượng sản phẩm của cây trồng.
Ngày nay, trong Y học, người ta đã khẳng định được rằng nhiều nguyên tố kim
loại có vai trò cực kỳ quan trọng đối với cơ thể sống. Sự thiếu hụt hay mất cân bằng
của nhiều kim loại vi lượng như Fe, Mn, Cu, Zn,... trong gan, tóc, máu, huyết thanh...
là những nguyên nhân hay dấu hiệu của bệnh tật. Ở một nồng độ nhất định Cu và Mn
được nhìn nhận như một nguyên tố vi lượng thiết yếu cho người và động vật [8].
Phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử là một phương pháp phân
tích hiện đại đã và đang được ứng dụng rộng rãi để xác định hàm lượng các nguyên tố
vi lượng trong các đối tượng mẫu như: mẫu quặng, nước, thực phẩm, dược phẩm,...[2].
Xuất phát từ các lí do trên em chọn đề tài: “Phân tích, đánh giá hàm lượng một số
kim loại trong lá cây chùm ngây (Moringa oleifera) ở khu vực thành phố Đồng Hới
tỉnh Quảng Bình bằng phương pháp F- AAS” làm khóa luận tốt nghiệp cho mình.

2


B. NỘI DUNG
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1. SƠ LƯỢC VỀ THÀNH PHỐ ĐỒNG HỚI
Thành phố Đồng Hới, thuộc tỉnh Quảng Bình nằm trên quốc lộ 1A, Đường sắt
Thống nhất Bắc Nam và đường Hồ Chí Minh, có vị trí địa lý 17o21’ vĩ độ bắc và
106o10’ kinh độ đông. Đồng Hới nằm ngay dọc bờ biển, có sông Nhật Lệ chảy giữa
lòng thành phố, bờ biển với chiều dài 12km về phía Đông thành phố và hệ thống sông,
suối, hồ, rừng nguyên sinh ở phía tây thành phố. Vị trí địa lý cụ thể: phía Đông giáp
Biển Đông, phía Nam giáp huyện Quảng Ninh, phía Bắc giáp huyện Bố Trạch, phía
Tây giáp huyện Bố trạch và Quảng Ninh. Về địa hình, địa chất của Đồng Hới đa dạng
bao gồm vùng gò đồi, vùng bán sơn địa, vùng đồng bằng và vùng cát ven biển. Khí
hậu ở đây đặc trưng của khí hậu Nhiệt đới, nhiệt độ trung bình năm là 24,4 0C lượng
mưa trung bình 1300 đến 4000mm, có chế độ gió mùa: gió Đông Nam, gió Tây Nam
và gió Đông Bắc. Thổ nhưỡng của vùng có đặc điểm chung là không màu mỡ, bị phèn
chua, tuy nhiên nhờ có mạng lưới sông ngòi, ao, hồ dày nên vẫn có thuận lợi trong
trồng trọt và sản xuất. Thành phố đồng Hới có diện tích là 155,54 km², dân số thành
phố Đồng Hới năm 2016 là 117.856 người. Thu nhập bình quân đầu người là 2,948
triệu đồng/người/tháng. Mật độ dân cư của thành phố là 757,72 người/km² phân bố
khá đồng đều. [17]
1.2. KHÁI QUÁT VỀ CÂY CHÙM NGÂY
1.2.1. Phân loại khoa học
Chùm ngây (Moringa oleifera) là loài thực vật thân gỗ phổ biến nhất trong Chi
Chùm ngây (danh pháp khoa học: Moringa) thuộc họ Chùm ngây (Moringaceae).
Tên chi Moringa do từ tên Mã Lai của cây là Murinna, tên loài oleifera có nghĩa
là chứa dầu. [22]
1.2.2. Đặc điểm thực vật
Chùm ngây thuộc dạng cây thân mộc cao cỡ trung bình. Thân cây óng chuốt,
không có gai. Lá kép dài 30–60 cm, hình lông chim, màu xanh mốc; lá chét dài 12–
20 mm hình trứng, mọc đối có 6-9 đôi. Hoa trắng kem, có cuống, hình dạng giống hoa
đậu, mọc thành chùy ở nách lá, có lông tơ, nhiều mật. Quả dạng nang treo, dài 25–
40 cm, ngang 2 cm, có 3 cạnh, chỗ có hạt hơi gồ lên, dọc theo quả có khía rãnh. Hạt
màu đen, tròn có 3 cạnh.
1.2.3. Phân bố
Cây có nguồn gốc xuất phát từ vùng Nam Á nhờ vào khả năng chịu đựng điều
kiện khắc nghiệt nên vào thời điểm hiện tại này nó đã xuất hiện trên 80 quốc gia trên
thế giới như Thái lan, Việt Nam, Châu Phi, Mỹ La Tinh…
3


Ở Việt Nam chùm ngây là loài duy nhất của Chi Chùm ngây được phát hiện mọc
hoang từ lâu đời tại nhiều nơi như Thanh Hóa, Ninh Thuận, Bình Thuận, vùng Bảy
Núi ở An Giang, đảo Phú Quốc v.v. Tuy vậy trước đây cây ít được chú ý, có nơi trồng
chỉ để làm hàng rào, và chỉ trong vài chục năm trở lại đây khi hạt cây từ nước ngoài
được mang về Việt Nam, được trồng có chủ định và qua nghiên cứu người ta thấy cây
có nhiều tác dụng đặc biệt nên tưởng là cây mới du nhập.
1.2.4. Sinh trưởng và trồng trọt
Độ tuổi trưởng thành cây có thể mọc cao hàng chục mét. Một tuổi nếu không cắt
ngọn cây có thể cao tới 5-6m và có đường kính 10 cm. Ba đến bốn năm tuổi là cây ở
độ tuổi trưởng thành.
Ở Việt Nam cây trổ hoa vào tháng 1-2. Cây ra hoa rất sớm, thường ngay trong
năm đầu tiên, khoảng 6 tháng sau khi trồng. Cây khoảng 12 năm tuổi là cho hạt tốt
nhất. Quả chín, hạt giống phát tán khắp nơi theo gió và nước, hoặc được mang đi bởi
những loài động vật ăn hạt. Khả năng nảy mầm của hạt còn mới là 60–90%. Tuy nhiên
khả năng này không giữ được nếu hạt được lưu giữ ở điều kiện thường quá 2 tháng. Tỉ
lệ nảy mầm giảm dần từ 60%, 48% và 7,5% tương ứng với thời gian lưu trữ hạt là 1, 2
và 3 tháng (kết quả thử nghiệm ở Ấn Độ).
Cây có thể trồng bằng hạt hoặc bằng cách giâm cành. Trồng bằng hạt là phương
pháp dễ dàng nhất. Cây trồng từ hạt có sức sống cao, tuy nhiên, trong giai đoạn còn
non, cây yếu nên cần được chăm sóc trong điều kiện bóng mát. Biện pháp giâm cành
cũng có thể thực hiện tuy nhiên hiệu quả không bằng gieo hạt, thường tiến hành giâm
cành vào mùa mưa, khi điều kiện không khí đạt được độ ẩm thích hợp.
1.3. PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ [4, 7]
Trong khoảng 10 năm trở lại đây phương pháp này đã được sử dụng để xác định
các kim loại trong các mẫu quặng, đất, đá, nước khoáng, y học, sinh học, các sản phẩm
nông nghiệp, rau quả, thực phẩm…có thể nói phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử đã
trở thành một phương pháp tiêu chuẩn để định lượng nhiều kim loại.
1.3.1. Cơ sở lí thuyết
Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) dựa trên cơ sở lí thuyết là sự hấp thụ năng
lượng (bức xạ đơn sắc) của các nguyên tử tự do ở trạng thái hơi khi chiếu chùm tia bức
xạ đơn sắc qua đám hơi của nguyên tố ấy trong môi trường hấp thụ.
1.3.2. Đối tượng chính và phạm vi áp dụng
Đối tượng chính của phương pháp phân tích theo phổ hấp thụ nguyên tử là phân
tích lượng nhỏ (lượng vết) các kim loại trong các loại mẫu khác nhau của chất hữu cơ
và vô cơ. Với các trang bị và kĩ thuật hiện nay bằng phương pháp này người ta có thể
định lượng được hầu hết các kim loại (khoảng 70 nguyên tố) và một số phi kim đến
4


giới hạn nồng độ cỡ ppm (microgram, 10-6g) bằng kĩ thuật F-AAS, đến nồng độ ppb
(nanogam, 10-9g) bằng kĩ thuật ETA-AAS với sai số  15% .Với đối tượng đó,
phương pháp phân tích này được sử dụng để xác định các kim loại trong các mẫu
quặng, đất, đá, nước, khoáng, các mẫu của y học, sinh học, các sản phẩm nông nghiệp,
rau quả, thực phẩm, các nguyên tố vi lượng trong phân bón, trong thức ăn gia súc,…
- Đây là phương pháp tiêu chuẩn để định lượng nhiều nguyên tố.
- Xác định một số phi kim như: Si, P, S, Se, Te. Các phi kim như C, Cl, O, N
không xác định được bằng AAS vì các vạch phân tích của các nguyên tố này nằm
ngoài vùng phổ của máy AAS (190-900nm).
- Một số chất được xác định bằng phương pháp gián tiếp do các chất này không
có phổ hấp thụ nguyên tử (nhờ phản ứng hóa học trung gian có tính chất định lượng
như phản ứng kết tủa, tạo phức,…).
1.3.3. Sự xuất hiện phổ hấp thụ nguyên tử
Như chúng ta đã biết, vật chất được cấu tạo bởi các nguyên tử và nguyên tử là phần
tử cơ bản nhỏ nhất còn giữ được tính chất của nguyên tố hoá học. Trong điều kiện bình
thường nguyên tử không thu và cũng không phát ra năng lượng dưới dạng các bức xạ. Lúc
này nguyên tử tồn tại ở trạng thái cơ bản. Đó 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 (hay tần số) xác định vào đám hơi nguyên tử đó, thì các nguyên tử tự
do đó sẽ hấp thụ các bức xạ có bước sóng nhất định ứng đúng với những tia bức xạ mà nó
có thể phát ra được trong quá trình phát xạ của nó. Lúc này nguyên tử đã nhận năng lượng
của các tia bức xạ chiếu vào nó và nó chuyển lên trạng thái kích thích có năng lượng cao
hơn trạng thái cơ bản. Đó là tính chất đặc trưng của nguyên tử ở trạng thái hơi. Quá trình
đó được gọi là quá trình hấp thụ năng lượng của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi và tạo ra
phổ hấp thụ nguyên tử. Phổ sinh ra trong quá trình này được gọi là phổ hấp thụ nguyên tử.
Nếu gọi năng lượng của nguồn bức xạ điện tử đã bị nguyên tử hấp thụ là E thì ta có:
E

= Em - E0 = hv

hay E  h

c



Trong đó: E0 và E m là năng lượng của nguyên tử ở trạng thái cơ bản và trạng
thái kích thích m; h là hằng số Planck; c là tốc độ ánh sáng trong chân không; 
là độ dài sóng của bức xạ hấp thụ.
Như vậy, ứng với mỗi giá trị năng lượng Ei mà nguyên tử đã hấp thụ ta sẽ
có một vạch phổ hấp thụ với độ dài sóng  đặc trưng cho quá trình đó, nghĩa là
phổ hấp thụ nguyên tử là phổ vạch.
Quá trình hấp thụ chỉ xảy ra đối với các vạch phổ nhạy, các vạch phổ đặc trưng
và các vạch phổ cuối cùng của các nguyên tố.
5


Nếu kích thích nguyên tử bằng năng lượng Em ta có phổ phát xạ nguyên tử, bằng
chùm tia đơn sắc ta có phổ hấp thụ nguyên tử.
Trong phép đo phổ hấp thụ nguyên tử, đám hơi nguyên tử của mẫu trong ngọn lửa
hay trong cuvet graphit là môi trường hấp thụ bức xạ (hấp thụ năng lượng của tia bức
xạ). Phân tử hấp thụ năng lượng của tia bức xạ hv và các nguyên tử tự do trong đám hơi
nguyên tử đó. Do đó muốn có phổ hấp thụ nguyên tử, trước hết phải tạo ra được đám
hơi nguyên tử tự do, sau đó chiếu vào nó một chùm tia sáng có những bước sóng nhất
định ứng với các tia phát xạ nhạy của nguyên tố cần nghiên cứu. Khi đó các nguyên tử
tự do sẽ hấp thụ năng lượng của chùm tia đó và tạo ra phổ hấp thụ nguyên tử (AAS).

Hình 1.1: Quá trình hấp thụ, phát xạ và huỳnh quang của một nguyên tử
Trong đó:
Eo: Mức năng lượng ở trạng thái cơ bản.
Em: Mức năng lượng ở trạng thái kích thích.
E :

Năng lượng nhận vào (kích thích).
+ hv: Photon kích thích.
- hv : Photon phát xạ.
1.3.4. Nguyên tắc của phương pháp, thiết bị của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử
Thiết bị cần có: Nguồn bức xạ điện tử đơn sắc (đèn catot rỗng) HCL (Hollow
Cathode Lamp); đèn đốt hỗn hợp khí nhiên liệu và khí oxi hóa, máy tạo bức xạ điện tử
đơn sắc (bằng lăng kính hay cách tử), detector quang và cấu trúc ghi phổ.
I0
Ngọn lửa
I

1

3

4

5

2

Hình 1.2: Sơ đồ khối của phổ kế hấp thụ nguyên tử (F-AAS) dùng ngọn lửa
6


Trong đó: 1. Nguồn bức xạ đơn sắc (HCL);
2. Đèn;
3. Máy tạo bức xạ điện tử đơn sắc;
4. Detector quang;
5. Cấu trúc ghi phổ.
Muốn thực hiện được phép đo phổ hấp thụ nguyên tử của một nguyên tố cần phải
thực hiện các quá trình sau:
1. Chọn các điều kiện và một loại thiết bị phù hợp để chuyển mẫu phân tích từ
trạng thái ban đầu (rắn hay dung dịch) thành trạng thái hơi của các nguyên tử tự do.
Đó là quá trình hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu.
2. Chiếu chùm tia sáng bức xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích qua đám
hơi nguyên tử tự do vừa điều chế được ở trên. Ở đây, phần cường độ của chùm tia
sáng đã bị một loại nguyên tử hấp thụ là phụ thuộc vào nồng độ của nó trong môi
trường hấp thụ. Nguồn cung cấp chùm tia sáng phát xạ của nguyên tố cần phân tích
được gọi là nguồn phát xạ đơn sắc hay phát xạ cộng hưởng.
3. Hệ thống máy quang phổ người ta thu toàn bộ chùm sáng, phân li và chọn
vạch phổ hấp thụ nguyên tử đặc trưng của nguyên tố cần nghiên cứu để đo cường độ
của nó. Cường độ đó chính là tín hiệu hấp thụ nguyên tử của vạch phổ hấp thụ nguyên
tử. Trong một giới hạn nhất định của nồng độ C giá trị ảnh hưởng cường độ này phụ
thuộc tuyến tính vào nồng độ C của nguyên tố trong mẫu phân tích theo phương trình :
A  K  .l.C  lg

I0
I

Trong phép đo phổ hấp thụ nguyên tử thường dùng chủ yếu 4 loại nguồn
phát tia bức xạ đơn sắc là:
- Đèn catot rỗng (HCL = Hollow Cathode Lamp).
- Đèn phóng điện không điện cực (EDL = Electrodeless Discharge Lamp).
- Đèn phát phổ liên tục đã được biến điệu (D 2 – Lamp, W – Lamp).
- Các loại nguồn đơn sắc khác.
Trong các loại đèn trên, đèn HCL được dùng phổ biến nhất. Đèn HCL chỉ phát ra
những tia phát xạ nhạy của nguyên tố kim loại làm catot rỗng. Các vạch phát xạ của
một nguyên tố thường là các vạch cộng hưởng. Do vậy đèn catot rỗng cũng được gọi
là nguồn phát tia bức xạ cộng hưởng. Nó là phổ phát xạ của nguyên tố trong môi
trường khí kém.
Về cấu tạo, đèn catot rỗng gồm 3 bộ phận chính:
1. Thân đèn và cửa sổ S (thủy tinh hay thạch anh, trong suốt vùng UV-VIS);
2. Các điện cực anot và catot;
3. Khí chứa trong đèn (khí trơ: He, Ar hay Ne).
7


Anot: W, Pt; catot: ống rỗng, đường kính 3-5mm, chiều dài 5-6mm từ kim loại
cần phân tích (99,9%).
Nguồn nuôi đèn: đèn được đốt nóng đỏ để phát ra chùm tia phát xạ cộng hưởng
nhờ nguồn điện một chiều ổn định (thế 200-220V và I = 3-50mA).
Cơ chế làm việc của đèn HCL: Khi đèn HCL làm việc, catot được nung đỏ, giữa catot
và anot xảy ra sự phóng điện liên tục. Do sự phóng điện đó (U = 300-350V) mà một số
phân tử khí trơ bị ion hóa. Các ion khí trơ vừa được sinh ra sẽ tấn công vào catot làm bề mặt
catot nóng đỏ và một số nguyên tử kim loại trên bề mặt catot bị hóa hơi và nó trở thành
những kim loại tự do. Khi đó dưới tác dụng của nhiệt độ trong đèn HCL đang được đốt
nóng đỏ, các nguyên tử kim loại này bị khích thích và phát ra phổ phát xạ của nó. Đó chính
là phổ vạch của chính kim loại làm catot rỗng. Nhưng vì điều kiện đặc biệt của môi trường
khí trơ có áp suất rất thấp, nên phổ phát xạ đó chỉ bao gồm các vạch nhạy của kim loại mà
thôi. Đó chính là sự phát xạ của kim loại trong môi trường khí kém. Chùm tia phát xạ này là
tia đơn sắc chiếu qua môi trường hấp thụ để thực hiện phép đo phổ hấp thụ nguyên tử.
Thường dùng đèn đơn nguyên tố (phát xạ 1 nguyên tố). Ngoài ra còn dùng đèn
hai nguyên tố (Cu + Mg), (Cu + Cr), (Co + Ni), (K + Na), (Cu + Pb), đèn ba nguyên tố
(Cu + Pb +Zn), đèn sáu nguyên tố (Cu + Mn + Cr + Fe + Co + Ni). Tuy nhiên, những
đèn đơn có độ nhạy cao nhất.
1.3.5. Cường độ vạch phổ
Nghiên cứu sự phụ thuộc cường độ dòng ánh sáng bị hấp thụ của một nguyên tố
vào nồng độ C của nguyên tố đó trong mẫu phân tích, người ta thấy rằng trong phổ hấp
thụ nguyên tử vùng nồng độ C nhỏ, mối quan hệ giữa cường độ của tia sáng bị hấp thụ
và nồng độ của nguyên tố đó trong đám hơi tuân theo định luật Lambert- Beer, nghĩa
là nếu chiếu một chùm sáng cường độ ban đầu là Io qua đám hơi nguyên tử tự do của
nguyên tố phân tích nồng độ là N và bề dày L (cm), cường độ chùm sáng đi ra khỏi
đám hơi là I, thì chúng ta có:
A = lg

I0
= KaNL
I

Trong đó Ka là hệ số hấp thụ nguyên tử đặc trưng cho từng bước sóng của ánh
sáng bị hấp thụ và bản chất của nguyên tử. Độ hấp thụ quang A phụ thuộc vào nồng độ
nguyên tử N và vào bề dày L của lớp hấp thụ. Trong máy đo phổ hấp thụ, L cố định
nên A chỉ còn phụ thuộc N trong môi trường hấp thụ.
Tức là:
A = KN
Trong đó K là hệ số thực nghiệm, phụ thuộc vào: Ka, bề dày lớp hấp thụ và vào
nhiệt độ của môi trường hấp thụ.

8


Giữa N và nồng độ C của nguyên tố trong mẫu có mối quan hệ với nhau rất phức
tạp, nó phụ thuộc vào các điều kiện nguyên tử hoá mẫu, thành phần vật lí, hoá học của
mẫu phân tích và được tính theo biểu thức sau:
F .W.s.n Ro
21
b
N = 3.10
Q.T .nT C
Đây là công thức tổng quát tính giá trị N trong ngọn lửa nguyên tử hoá mẫu theo
Winefordner và Vicker. Trong đó :
F là tốc độ dẫn mẫu vào hệ thống nguyên tử hoá (ml/phút).
W là hiệu suất aerosol hóa mẫu.
s là hiệu suất nguyên tử hoá.
nRo là số phần tử khí ở nhiệt độ ban đầu, To( K).
nT là số phân tử khí ở nhiệt độ T (K) của ngọn lửa nguyên tử hoá.
Q là tốc độ của dòng khí mang mẫu vào buồng aerosol hoá (lít/phút).
C là nồng độ của nguyên tố phân tích có trong dung dịch mẫu.
Nhiều kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng, trong một giới hạn nhất định của nồng độ
C, mối quan hệ giữa N và C được biểu thị bằng biểu thức:
N= KiCb
Trong đó Ki là hằng số thực nghiệm, nó phụ thuộc vào tất cả các điều kiện hoá
hơi và nguyên tử hoá mẫu, b được gọi là hằng số bản chất, nó phụ thuộc vào nguyên tố
và bước sóng của dòng sáng, b ≤ 1; b=1 khi nồng độ C nhỏ và ứng với mỗi vạch phổ
của mỗi nguyên tố phân tích ta luôn luôn tìm được một giá trị Cx = Co để b ban đầu
nhỏ hơn 1, nghĩa là ứng với:
+ Vùng nồng độ Cx < Co thì b=1: Cường độ vạch phổ và nồng độ Cx là tuyến tính.
+ Vùng nồng độ Cx > Co thì 0 cường độ vạch phổ và nồng độ Cx là không tuyến tính nữa.





Hình 1.3: Mối quan hệ giữa cường độ vạch phổ A và nồng độ Cx
AB: vùng tuyến tính (b=1), BC: vùng không tuyến tính (b <1)
9


1.3.6. Cấu trúc vạch phổ
Độ rộng của vạch phổ hấp thụ được xác định bởi nhiều yếu tố và nó là tổng của
nhiều độ rộng riêng phần của các yếu tố khác nhau.
Độ rộng toàn phần của vạch phổ hấp thụ:
Ht = Hn + Hd + HL +Hc
Trong đó:
Hn: độ rộng tự nhiên
Hd: độ rộng kép
HL: độ rộng Lorenz
Hc: độ rộng của cấu trúc tinh vi
* Độ rộng tự nhiên Hn: Độ rộng này được quyết định bởi hiệu số của bước
chuyển giữa hai mức năng lượng của nguyên tử ở trạng thái cơ bản và trạng thái kích
thích. Độ rộng này phụ thuộc vào thời gian lưu của nguyên tử ở trạng thái kích thích
và được tính theo công thức:
H n=

1
2t m

Trong đó tm là thời gian của nguyên tử ở trạng thái kích thích m.
Đa số các trường hợp độ rộng tự nhiên của vạch phổ hấp thụ không
vượt quá 1.10 - 3 cm - 1.
* Độ rộng kép Hd: Độ rộng này được quyết định bởi sự chuyển động nhiệt của
nguyên tử tự do trong môi trường hấp thụ theo hướng cùng chiều hay ngược chiều với
chuyển động của phôton trong môi trường đó. Vì thế nó phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ
của môi trường hấp thụ. Một cách gần đúng độ rộng kép được tính theo công thức:
H d = 1,76.10 5  0

T
M

Trong đó: T là nhiệt độ của môi trường hấp thụ (K), M là nguyên tử lượng của
nguyên tố hấp thụ bức xạ và  0 là tần số trung tâm của vạch phổ hấp thụ.
Độ rộng này của hầu hết các vạch phổ hấp thụ nguyên tử thường nằm trong
khoảng từ n.10-3 cm-1 đến n.10-1 cm-1.
* Độ rộng Lorenz HL: Độ rộng này được quyết định bởi sự tương tác của các
phần tử khí có trong môi trường hấp thụ với sự chuyển mức năng lượng của nguyên tử
hấp thụ bức xạ ở trong môi trường hấp thụ đó.
Độ rộng Lorenz được tính theo công thức:
H L = 12,04.1023.P.  2

2 1 1
(  )
RT A M

Trong đó P là áp lực khí và M là phân tử lượng của khí đó trong môi trường hấp thụ.
* Độ rộng của cấu trúc tinh vi Hc: Khi đám hơi nguyên tử hấp thụ năng lượng
được đặt trong một từ trường hay trong một điện trường thì yếu tố này thể hiện rõ.
10


Công thức trên là công thức tổng quát đầy đủ cho độ rộng của vạch phổ hấp thụ
nguyên tử. Nhưng trong thực tế của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử khi không có tác dụng
của từ trường ngoài và với các máy quang phổ có độ tán sắc nhỏ hơn 2 Ao/ mm, thì lí thuyết
và thực nghiệm chỉ ra rằng: độ rộng chung của một vạch hấp thụ chỉ do ba thành phần đầu
(chiếm 95%) của biểu thức quyết định, nghĩa là: Ht = Hn + Hd + HL
Điều này hoàn toàn đúng đối với các vạch phổ cộng hưởng trong điều kiện môi
trường hấp thụ có nhiệt độ từ 1600-3500oC và áp suất 1atm.
Phương pháp nguyên tử hóa mẫu không ngọn lửa có độ nhạy rất cao.
1.3.7. Ưu và nhược điểm của phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
a) Ưu điểm
Phép đo có độ nhạy và độ chọn lọc cao nên được sử dụng rộng rãi trong nhiều
lĩnh vực để xác định vết các kim loại, đặc biệt trong phân tích các nguyên tố vi lượng.
Do có độ nhạy cao nên trong nhiều trường hợp không cần làm giàu nguyên tố
xác định trước khi phân tích.
Có thể xác định đồng thời hay liên tiếp nhiều nguyên tố trong một mẫu. Các kết
quả phân tích ổn định, sai số nhỏ (  15%).
b) Nhược điểm
Phải có một hệ thống máy đắt tiền. Vì có độ nhạy cao nên sự nhiễm bẩn có thể
ảnh hưởng đến kết quả phân tích hàm lượng vết. Vì thế môi trường trong phòng thí
nghiệm phải không có bụi, các dụng cụ phải sạch, có độ chính xác tiêu chuẩn và hoá
chất phải có độ tinh khiết cao.
Phương pháp chỉ cho biết thành phần nguyên tố mà không cho biết trạng thái
liên kết trong mẫu. Vì thế đây chỉ là phương pháp phân tích nguyên tố.
1.3.8. Các kĩ thuật nguyên tử hoá mẫu
Nguyên tử hoá mẫu phân tích là một công việc hết sức quan trọng của phép đo
phổ hấp thụ nguyên tử, bởi vì chỉ có các nguyên tử tự do ở trạng thái hơi mới cho phổ
hấp thụ nguyên tử, nghĩa là số nguyên tử tự do trong trạng thái hơi là yếu tố quyết định
cường độ vạch phổ hấp thụ và quá trình nguyên tử hoá mẫu thực hiện tốt hay không tốt
đều có ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả phân tích một nguyên tố. Mục đích của quá
trình này là tạo ra được đám hơi các nguyên tử tự do từ mẫu phân tích với hiệu suất
cao và ổn định để phép đo đạt kết quả chính xác và có độ lặp lại cao. Đáp ứng mục
đích đó ngày nay người thường dùng hai kĩ thuật đó là kĩ thuật hoá mẫu trong ngọn lửa
đèn khí (F-AAS) và kĩ thuật hoá mẫu không ngọn lửa (ETA -AAS).
a) Kĩ thuật nguyên tử hoá mẫu bằng ngọn lửa
Theo kĩ thuật này người ta dùng năng lượng nhiệt của ngọn lửa đèn khí để hoá hơi
và nguyên tử hoá mẫu phân tích. Vì thế mọi quá trình xảy ra phụ thuộc vào các đặc
11


trưng và tính chất của ngọn lửa đèn khí, nhưng chủ yếu là nhiệt độ của ngọn lửa. Đó là
yếu tố quyết định hiệu suất nguyên tử hoá mẫu phân tích và mọi yếu tố ảnh hưởng đến
nhiệt độ của ngọn lửa đèn khí đều ảnh hưởng đến kết quả của phương pháp phân tích.
Nguyên tử hoá mẫu bằng đèn khí, trước hết ta chuẩn bị mẫu ở trạng thái dung
dịch. Sau đó dẫn dung dịch mẫu vào ngọn đèn khí để nguyên tử hoá mẫu. Quá trình
nguyên tử hoá mẫu trong ngọn lửa xảy ra theo hai bước kế tiếp nhau.
Bước 1: Phun dung dịch mẫu thành thể các hạt nhỏ sương mù cùng với khí mang và
khí cháy, đó là các sol khí (aerosol), quá trình này gọi là aerosol hoá. Tốc độ dẫn dung
dịch, dẫn khí và kĩ thuật của quá trình này ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả phân tích.
Bước 2: Dẫn hỗn hợp aerosol vào đèn đốt để nguyên tử hoá. Khí mang là một
trong hai khí để đốt, thường là không khí, oxi hay N2O. Tác dụng nhiệt của ngọn lửa
trước hết làm bay hơi dung môi dùng để hoà tan mẫu và các chất hữu cơ (nếu có). Lúc
đó mẫu còn lại là các hạt rắn rất nhỏ trong ngọn lửa. Tiếp đó là quá trình hoá hơi và
nguyên tử hoá các hạt mẫu khô đó. Quá trình này xảy ra theo hai cơ chế chính sau:
Nếu năng lượng (nhiệt độ) hoá hơi (Ehh) của các hợp phần có trong mẫu nhỏ hơn
năng lượng nguyên tử hoá (En) của nó thì xảy ra theo cơ chế 1.
Cơ chế 1: MexRy (r) → MexRy (k) → xMe (k) + yR(k)
Me (k) + h → phổ AAS
Nói chung các muối halogen (trừ F), muối axetat, một số muối nitrat, một số
muối sunphat của kim loại thường xảy ra theo cơ chế này. Cơ chế này cho phép đo
AAS có độ nhạy cao và ổn định.
Ngược lại (Ehh >En) thì sẽ xảy ra theo cơ chế 2.
Cơ chế 2 : MexRy (r) → xMe (r) + yR(k)→ x Me (k)
Me (k) + h → phổ AAS
Các loại hợp chất muối của kim loại với sunphat, photphat, silicat, flo thường
theo cơ chế 2. Cơ chế này không ổn định nên phép đo AAS kém ổn định. Vì thế người
ta thường thêm vào mẫu các muối halogen hay axetat của kim loại kiềm làm nền để
hướng các quá trình xảy ra theo cơ chế 1 ưu việt và có lợi hơn.
b) Kĩ thuật nguyên tử hoá mẫu không ngọn lửa
Ra đời sau kĩ thuật nguyên tử hoá trong ngọn lửa, nhưng kĩ thuật này được phát triển
rất nhanh và hiện nay đang được ứng dụng rất phổ biến vì kĩ thuật này cung cấp cho phép
đo AAS có độ nhạy rất cao mức ng - ppb, có khi gấp hàng trăm đến hàng nghìn lần phép đo
trong ngọn lửa. Do đó khi phân tích lượng vết các kim loại trong nhiều trường hợp không
cần thiết phải làm giàu các nguyên tố cần phân tích. Đặc biệt là khi xác định các nguyên tố
vi lượng trong các loại mẫu của y học, sinh học, dược phẩm, thực phẩm, nước giải khát…
Tuy có độ nhạy cao nhưng trong một số trường hợp độ ổn định của phép đo
không ngọn lửa kém phép đo trong ngọn lửa do ảnh hưởng của phổ nền. Để khắc phục
12


vấn đề trên người ta lắp thêm hệ thống bổ chính nền vào máy đo phổ hấp thụ. Đặc
điểm nữa của phép đo không ngọn lửa là cần lượng mẫu tương đối nhỏ từ 20-50  L .
Về nguyên tắc là quá trình nguyên tử hoá xảy ra tức khắc trong thời gian rất ngắn
nhờ năng lượng của dòng điện công suất lớn 200 ÷ 500A và trong môi trường khí trơ.
Quá trình nguyên tử hoá xảy ra theo ba giai đoạn kế tiếp nhau: sấy khô, tro hoá luyện
mẫu, nguyên tử hoá để đo phổ hấp thụ 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 hoá mẫu.
+ Sấy khô mẫu: Giai đoạn này rất cần thiết nhằm đảm bảo cho dung môi hoà
tan mẫu bay hơi nhẹ nhàng và hoàn toàn, nhưng không làm mất mẫu do bị bắn,
nhiệt độ sấy: 80-150 oC, thời gian sấy 20-30 giây.
+ Tro hoá luyện mẫu: Mục đích chính là để đốt cháy (tro hoá) các hợp chất hữu
cơ và mùn có trong mẫu sau khi đã sấy khô, đồng thời cũng là để nung luyện mẫu ở
một nhiệt độ thuận lợi cho giai đoạn nguyên tử hoá tiếp theo đạt hiệu suất cao và ổn
định. Nhiệt độ tro hoá: 400-1500oC, thời gian 20-30 giây.
+ Nguyên tử hoá: Giai đoạn này được thực hiện sau giai đoạn sấy và tro hoá song
lại bị ảnh hưởng bởi hai giai đoạn trên, thời gian thực hiện giai đoạn này ngắn, thường
vào khoảng 3 ÷ 6 giây, tốc độ tăng nhiệt rất lớn.
Nhiệt độ sấy, tro hoá và nguyên tử hoá của mỗi nguyên tố rất khác nhau. Mỗi
nguyên tố cần một nhiệt độ sấy, tro hoá và nguyên tử hoá giới hạn của nó.
Thường dùng các phương pháp không dùng ngọn lửa sau: dùng lò graphit, dùng
hồ quang điện, dùng tia lửa điện và dùng plasma tần số vô tuyến (cao tần).
1.3.9. Một số ảnh hưởng và các biện pháp khắc phục trong phép đo AAS
Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả phân tích trong phép đo phổ hấp thụ nguyên
tử là rất đa dạng và phức tạp, có khi xuất hiện và cũng có khi không xuất hiện, có ảnh
hưởng hay không có là tuỳ thuộc vào thành phần của mẫu phân tích và chất nền của
nó. Các yếu tố ảnh hưởng có thể có và các biện pháp loại trừ trong phép đo này là:
* Các yếu tố về phổ ảnh hưởng đến phép đo AAS
- 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 đèn W ( W- habit lamp) cho vùng
khả kiến.
- Sự chen lấn của vạch phổ: Yếu tố này thường thấy khi các nguyên tố thứ ba ở
trong mẫu phân tích có nồng độ lớn và đó là nguyên tố cơ sở của mẫu. Để loại trừ sự
chen lấn của các 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
13


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.
Bảng 1.1. Sự xen lẫn và sự trùng vạch của các nguyên tố
Nguyên tố có vạch chen lấn

Nguyên tố và vạch phân
tích (nm)

Vạch chen lấn

Nồng độ xuất hiện sự
xen lấn (ppm)

Al – 308,315

V - 308,211

800

Cu – 324,754

Eu - 324,753

254

Fe – 271,903

Pt – 271,904

54

Mn – 403,307

Ga – 403,298

25

Zn – 213,856

Fe – 213,850

200

- 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 giả. Để loại trừ sự hấp thụ này cần chọn đúng chiều cao của đèn nguyên tử hoá
mẫu và chọn thành phần hỗn hợp không khí cháy phù hợp.
*Nhóm các yếu tố vật lý ảnh hưởng đến phép đo AAS
- 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 đệm có nồng độ đủ lớn; dùng bơm để đẩy mẫu với một tốc độ xác định mà chúng
ta mong muốn.
- Hiệu ứng lưu lại: Khi nguyên tử hoá mẫu để đo cường độ vạch phổ, thì một
lượng nhỏ của nguyên tố phân tích không bị nguyên tử hoá, chúng được lưu lại trên bề
mặt cuvet và cứ thế tích tụ lại qua một số lần nguyên tử hoá mẫu. Nhưng đến một lần
nào đó thì nó lại bị nguyên tử hoá theo và do đó tạo ra số nguyên tử tự do của nguyên
tố phân tích tăng đột ngột không theo nồng độ của nó trong mẫu. Cách khắc phục là:
Làm sạch cuvet sau mỗi lần nguyên tử hoá mẫu, để làm bay hơi hết các chất còn lại
trong cuvet.
- Sự ion hoá: Để loại trừ sự ion hoá của một nguyên tố phân tích có thể sử dụng
các biện pháp sau: Chọn các điều kiện nguyên tử hoá có nhiệt độ thấp, mà trong điều
kiện đó nguyên tố phân tích hầu như không bị ion hoá; thêm vào mẫu phân tích một
chất đệm cho sự ion hoá. Đó là các muối halogen của các kim loại kiềm có thế ion hoá
thấp hơn thế ion hoá của nguyên tố phân tích với một nồng độ lớn phù hợp.
- Sự kích thích phổ phát xạ: Yếu tố này xuất hiện thường làm giảm nồng độ của
các nguyên tử trung hoà có khả năng hấp thụ bức xạ trong môi trường hấp thụ. Vì vậy:
Chọn nhiệt độ nguyên tử hoá mẫu thấp phù hợp mà tại nhiệt độ đó sự kích thích phổ
phát xạ là không đáng kể hoặc không xảy ra đối với nguyên tố phân tích; thêm vào
14


mẫu các chất đệm để hạn chế sự phát xạ của nguyên tố phân tích. Đó 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.
* Nhóm các yếu tố hoá học ảnh hưởng đến phép đo AAS
Các ảnh hưởng hoá học có thể được sắp xếp theo các loại sau đây:
- Nồng độ axit và loại axit trong dung dịch mẫu: Các axit càng khó bay hơi
thường làm giảm nhiều đến cường độ vạch phổ. Các axit dễ bay hơi gây ảnh hưởng
nhỏ. Chính vì thế trong thực tế phân tích của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử người ta
thường dùng môi trường là axit HCl hay HNO3 1% hay 2%.
- Ảnh hưởng của các cation: Các cation có thể làm tăng, cũng có thể làm giảm
và cũng có thể không gây ảnh hưởng gì đến cường độ vạch phổ của nguyên tố phân
tích. Để loại trừ ảnh hưởng của các cation nên chọn điều kiện xử lý mẫu phù hợp để
loại các nguyên tố ảnh hưởng ra khỏi dung dịch mẫu phân tích, chọn các thông số của
máy đo thích hợp và thêm vào mẫu phân tích những chất phụ gia phù hợp.
- Ảnh hưởng của các anion: Nói chung các anion của các loại axit dễ bay hơi
thường làm giảm ít đến cường độ vạch phổ. Cần giữ cho nồng độ của 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 dùng axit HCl hay HNO3.
- 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 đó là các mẫu có chứa các nguyên tố nền ở dưới
dạng các hợp chất bền nhiệt, khó bay hơi và khó nguyên tử hoá.
- Ảnh hưởng của dung môi hữu cơ: Sự có mặt của dung môi hữu cơ thường làm
tăng cường độ của vạch phổ hấp thụ nguyên tử của nhiều nguyên tố lên nhiều lần. Đây
là một phương pháp để tăng độ nhạy của phương pháp phân tích này.
1.4. MÁY QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ (AAS: Atomic absorption
spectrometer)
- Nguồn phát tia bức xạ cộng hưởng của nguyên tố cần phân tích: Thường là đèn
catot rỗng HCL (Hollow Cathode Lamp) hoặc đèn phóng điện không cực EDL
(Electronic Discharge Lamp).
- Hệ thống nguyên tử hóa mẫu phân tích, có hai loại kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu:
+ Kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa, sử dụng khí C2H2 và không khí nén hoặc
oxit nitơ (N2O), gọi là Flame AAS.
+ Kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa, sử dụng lò đốt điện, gọi là ETA-AAS
(Electro -Thermal-Atomization AAS).
15


- Bộ đơn sắc có nhiệm vụ thu nhận, phân ly và ghi tính hiệu bức xạ đặc trưng
sau khi được hấp thu.
- Hệ điện tử/ máy tính để điều khiển và xử lý số liệu.

Hình 1.4: Sơ đồ cấu tạo máy đo phổ hấp thụ nguyên tử
1. Nguồn phát tia bức xạ đơn sắc.
2. Hệ thống nguyên tử hoá mẫu.
3. Hệ thống phân li quang học và ghi nhận tín hiệu.
4. Bộ phận khuyếch đại và hiển thị kết quả đo.
5. Máy tính điều khiển.
Máy AAS có thể phân tích các chỉ tiêu trong mẫu có nồng độ từ ppb - ppm. Mẫu
phải được vô cơ hóa thành dung dịch rồi phun vào hệ thống nguyên tử hóa mẫu của
máy AAS. Khi cần phân tích nguyên tố nào thì ta gắn đèn cathode rỗng của nguyên tố
đó. Một dãy dung dịch chuẩn của nguyên tố cần đo đã biết chính xác nồng độ được đo
song song. Từ các số liệu đo được ta sẽ tính được nồng độ của nguyên tố cần đo có
trong dung dịch mẫu đem phân tích.






Ưu điểm của máy AAS :
Độ chính xác của máy AAS cao.
Độ lặp lại rất tốt.
Độ nhạy: rất nhạy, đo dược hàm lượng tới ppb (microgam/ kg).
Chi phí đầu tư thấp so với máy ICP-OES.
Phân tích được rất nhiều nguyên tố và thời gian phân tích nhanh.

16


Hình 1.5: Hệ thống máy hấp thụ nguyên tử AAS của hãng Analytik Jena (Đức).
1.5. PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG BẰNG AAS [4, 7]
Việc xác định định lượng theo AAS dựa trên phương trình của định luật
Bouguer-Lambert-Beer:
A     .l.C  lg

I0
I

Trong đó:
A là độ hấp thụ.
I0, I là cường độ bức xạ trước và sau khi bị các nguyên tử hấp thụ tại bước sóng  .
 là hệ số hấp thu nguyên tử tùy thuộc vào từng nguyên tố tại bước sóng  .

l là độ dày lớp hơi nguyên tử.
N là nồng độ nguyên tử chất phân tích trong lớp hơi.
Việc xác định định lượng được thực hiện theo các phương pháp sau:
- Phương pháp đồ thị chuẩn (đường chuẩn).
- Phương pháp thêm tiêu chuẩn.
- Phương pháp đồ thị không đổi.
- Phương pháp dùng một mẫu chuẩn.
Các kiểu phương pháp phân tích theo AAS.
- Phương pháp phân tích trực tiếp cho chất có phổ hấp thụ nguyên tử.
- Các phương pháp phân tích gián tiếp cho chất không có phổ AAS.

17


CHƯƠNG 2
NỘI DUNG VÀ THỰC NGHIỆM
2.1. THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ
- Dụng cụ thủy tinh: Các ống nghiệm thủy tinh chịu nhiệt 30 ml có nắp xoáy;
Cốc thủy tinh chịu nhiệt, thể tích 100 ml, 250 ml, 1000 ml; Bình định mức thủy tinh,
thể tích 25 ml, 50 ml, 100 ml, 1000 ml.
- Thiết bị quang phổ hấp thụ nguyên tử Zeenit 700P của hãng Analytik Jena
(Đức) tích hợp ba kỹ thuật ngọn lửa; Các pipette Eppendorf và đầu hút.
- Cân phân tích, bếp điện, máy xay, lò vi sóng, tủ sấy.
2.2. HÓA CHẤT
- Các hóa chất sử dụng có độ tinh khiết PA của Merck của Đức: Dung dịch
chuẩn gốc đồng, kẽm và mangan (1000 ± 2 ppm) chuyên dùng cho phép đo AAS, axit
HNO3, HCl và MgNO2 đặc, nước cất hai lần.
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3.1. Phạm vi nghiên cứu
- Phạm vi nghiên cứu: Một số hộ trồng cây chùm ngây thuộc khu vực thành phố
Đồng Hới, tỉnh Quảng Bình.
- Thời gian nghiên cứu: Từ tháng 10 năm 2017 đến tháng 03 năm 2018 (trong đó
tháng đầu tiên là nghiên cứu tài liệu; 3 tháng tiếp theo là lấy mẫu lá cây chum ngây và
tiến hành phân tích, đánh giá; tháng cuối cùng là viết bài).
2.3.2. Chuẩn bị mẫu
Mẫu lá cây chùm ngây được lấy theo phương pháp tổ hợp, ở 4 khu vực trồng
trên 4 vùng đất đặc trưng khác nhau theo thứ tự là: xã Lộc Ninh trồng trên đất thịt,
Phường Bắc Nghĩa trồng trên đất sỏi-đồi; Phường Bắc Lý trồng trên đất đỏ và xã
Quang Phú trồng trên đất cát pha và thuộc thành phố Đồng Hới tỉnh Quảng Bình vào 2
đợt (đợt 1: 12/11/2017, đợt 2: 27/1/2018), mỗi đợt gồm 4 mẫu.
Mẫu lá cây chùm ngây được chuyển về phòng thí nghiệm sau khi lấy mẫu và
được xử lý sơ bộ trước khi tiến hành phân tích: Rửa lại lá bằng nước cất một vài lần,
để ráo nước, cân khối lá tươi; sau đó cắt nhỏ bằng dao inox, xay mịn, cho vào lọ PE,
dán nhãn, bảo quản nơi khô, thoáng nếu chưa tiến hành phân tích ngay [9]. Các mẫu lá
cây chùm ngây được ký hiệu C ij, trong đó: i = 1  n (thứ tự đợt lấy mẫu), j = 1  m
(vị trí lấy mẫu). Lấy mẫu phân tích là khâu quan trọng quyết định độ chính xác của
kết quả phân tích. Quá trình lấy mẫu phải đảm bảo đủ các yếu tố của QA/QC trước lúc
(chuẩn bị), trong lúc lấy mẫu và sau khi đã lấy xong mẫu cũng như vận chuyển và bảo
quản chúng. Đó là cả một quá trình mà mọi người đều phải thực hiện đúng các quy
18


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×