Luận văn xác định hàm lượng cadimi, chì có trong chè Shan tuyết, Bằng Phúc - Bắc Kạn bằng phương pháp phổ hấp thụ và phát xạ nguyên tử

Luận văn xác định hàm lượng cadimi, chì có trong chè Shan tuyết, Bằng Phúc – Bắc Kạn bằng phương pháp phổ hấp thụ và phát xạ nguyên tử

Các thầy cô cần file liên hệ với chúng tôi tại fanpage facebook O2 Education

Hoặc xem nhiều SKKN hơn tại: Tổng hợp SKKN luận văn luận án O2 Education

MỞ ĐẦU

Cây trà (miền Bắc gọi là chè) dùng để lấy búp non pha nước uống, còn có tên khoa học là trà Trung Quốc hay trà tàu (Camellia sinensis). Chè tuyết là một biến thể hiếm của loài trà tàu, tên khoa học là Camellia sinensis sanon, được trồng nhiều ở miền Bắc Ấn Độ và Tây Tạng (Trung Quốc).

Chè tuyết (còn gọi là chè Shan tuyết) là tên thông dụng nhất, vì búp non của chè phủ đầy lông tơ trắng như tuyết. Chè tuyết là cây rừng thân gỗ, đường kính 30-40 cm, cao đến 10m. Chúng ưa vùng núi có độ cao từ 1000 đến 1700m, khí hậu lạnh ẩm, nhiều sương gió. Ở xứ Bắc nước ta, chè tuyết gặp ở một số vùng thuộc các tỉnh Hà Giang, Bắc Kạn, phía tây dãy Hoàng Liên Sơn thuộc các tỉnh Lai Châu, Nghĩa Lộ, Sơn La và phần lớn là mọc hoang, tạo thành những thảm cây cổ thụ hàng trăm năm tuổi.

Chè Shan tuyết nếu được sử dụng mỗi ngày sẽđem lại rất nhiều lợi ích cho sức khỏe con người như: Xua tan cảm giác mệt mỏi, giúp tinh thần sảng khoái, tỉnh táo; giảm lượng cholesterol trong máu, giúp ngăn ngừa bệnh tim mạch, đặc biệt tốt cho sức khỏe của người già, người mắc bệnh tim mạch; giúp làm giảm nguy cơ mắc bệnh tiểu đường bởi nó làm giảm lượng đường trong máu; hạn chế nguy cơ mắc các bệnh về gan; tốt cho răng miệng, phòng chống dị ứng [1].

Nhưng cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì vấn đề ô nhiễm môi trường ảnh hưởng có hại đến chất lượng chè là một vấn đề cần kiểm tra và xem xét. Do việc sử dụng các loại hoá chất như thuốc bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu… cùng với các chất thải của nền công nghiệp, đã dẫn đến các nguồn đất, nước và không khí bị ô nhiễm, đặc biệt do nghành công nghiệp đang ngày càng phát triển thì sự ô nhiễm môi trường bởi các kim loại nặng như As, Pb, Cd, Hg …. ngày càng nghiêm trọng. Chè có thể bị nhiễm một số kim loại nặng từ đất, nước, và không khí. Vì vậy chúng ta không chỉ quan tâm nghiên cứu các chất có tác dụng sinh lý tốt với sức khoẻ con người mà cần phải quan tâm nghiên cứu và kiểm tra khống chế các chất có hại đặc biệt là các kim loại nặng ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ người sử dụng. Đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu để xác định hàm lượng các kim loại nặng trong chè ở Việt Nam cũng như trên thế giới. Tuy nhiên đối với chè Shan tuyết, Bằng Phúc – Bắc Kạn thì chưa có đề tài nào nghiên cứu. Do vậy cần phải phân tích đề đánh giá hàm lượng kim loại nặng có trong chè Shan Tuyết Bằng, Phúc – Bắc Kạn trên các tiêu chuẩn cho phép.

Với những lý do như trên tôi đã chọn đề tài “ Xác định hàm lượng cadimi, chì có trong chè Shan tuyết, Bằng Phúc – Bắc Kạn bằng phương pháp phổ hấp thụ và phát xạ nguyên tử”.

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

1. Nghiên cứu, xây dựng quy trình phân tích xác định hàm lượng kim loại cađimi, chì trong sản phẩm chè Shan tuyết Bằng Phúc – Bắc Kạn bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF – AAS) và phát xạ nguyên tử (ICP-OES).

2. Khảo sát các điều kiện tối ưu cho phép đo của kim loại cađimi và chì.

3. Khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của cađimi, chì.

4. Đánh giá sai số, độ lặp, khoảng tin cậy của phép đo, xác định LOD, LOQ.

5. Xác định hàm lượng cađimi, chì trong các mẫu chè Shan tuyết bằng phương pháp đường chuẩn.

6. Kiểm tra độ chính xác của kết quả phân tích bằng phương pháp thêm chuẩn.

7. So sánh kết quả phân tích hàm lượng cađimi và chì trong mẫu chè giữa phương pháp GF – AAS và ICP-OES với tiêu chuẩn Việt Nam.

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN TỐ CAĐIMI VÀ CHÌ CađimiTrạng thái tự nhiên của cađimi

Trong thiên nhiên, cađimi tồn tại ở dạng bền vững là Cd(II). Trữ lượng của cađimi trong vỏ Trái đất là 7,6.10^-6% tổng số nguyên tử tương ứng. Khoáng vật chính của cađimi là grenokit (CdS), khoáng vật này hiếm khi tồn tại riêng mà thường ở lẫn với khoáng vật của kẽm và thủy ngân là xinaba hay thần sa (HgS) [2 ,3].

Tính chất vật lí của cađimi

Cađimi là kim loại màu trắng bạc, mềm, dễ nóng chảy, ở trong không khí ấm cađimi dần bị bao phủ bởi lớp màng oxit nên mất ánh kim.

Bảng 1.1. Một số hằng số vật lí của cađimi [2, 3].

Cấu hình electron	[Kr]4d¹⁰5s²
Năng lượng ion hóa thứ nhất (eV)	8,99
Bán kính nguyên tử (A⁰)	1,56
Thế điện cực chuẩn (V)	-0,402
Khối lượng nguyên tử (đvC)	112,411
Nhiệt độ nóng chảy (^oC)	321,07
Nhiệt độ sôi (^oC)	767
Cấu trúc tinh thể	Lục giác bó chặt

Tính chất hóa học của cađimi

Cađimi là nguyên tố tương đối hoạt động hóa học. Trong không khí ẩm, cađimi bền ở nhiệt độ thường nhờ màng oxit bảo vệ. Nhưng ở nhiệt độ cao cađimi cháy mãnh liệt cho ngọn lửa mầu sẫm.

2Cd + O₂ → 2CdO

Tác dụng với halogen tạo thành đihalogenua, tác dụng với lưu huỳnh và các nguyên tố không kim loại khác như photpho, selen….

Cd + S → CdS

Ở nhiệt độ thường cađimi bền với nước vì có màng oxit bảo vệ, nhưng ở nhiệt độ cao cađimi khử hơi nước biến thành oxit.

Cd + H₂O → CdO + H₂↑

Cađimi tác dụng dễ dàng với axit không phải là chất oxi hoá, giải phóng khí hiđro [2, 3].

Ví dụ với axit HCl

Cd + 2HCl → CdCl₂ + H₂↑

Trong dung dịch thì:

Cd + H₃O⁺ + H₂O → [Cd(H₂O)₂]]²⁺ + 1/2H₂↑

Tác dụng sinh hóa cađimi

Cađimi là nguyên tố rất độc. Cađimi thâm nhập vào cơ thể bằng nhiều cách khác nhau và được tích tụ lại chủ yếu trong thận và có thời gian bán huỷ sinh học rất dài từ 20 – 30 năm. Nhiễm độc cađimi gây nên chứng bệnh giòn xương. Ở nồng độ cao, cađimi gây đau thận, thiếu máu và phá huỷ tuỷ xương. Phần lớn cađimi thâm nhập vào cơ thể con người được giữ lại ở thận và được đào thải, còn một phần ít (khoảng 1%) được giữ lại trong thận, do cađimi liên kết với protein tạo thành metallotionein có ở thận. Phần còn lại được giữ lại trong cơ thể và dần dần được tích luỹ cùng với tuổi tác.

Cađimi thường gắn liền với kẽm nên có khả năng thay thế kẽm. Trong cơ thể, kẽm là thành phần thiết yếu của một số hệ thống enzim nên khi bị cađimi thay thế sẽ gây ra rối loạn tiêu hoá và các chứng bệnh rối loạn chức năng thận, thiếu máu, tăng huyết áp, phá huỷ tuỷ sống, gây ung thư [4].

1.1.2. Nguyên tố chì

1.1.2.1. Trạng thái tự nhiên của chì

Chì chiếm khoảng 1,6.10^-3 % khối lượng vỏ trái đất tương ứng với 1,6.10^-4% tổng số nguyên tử. Chì trong tự nhiên tồn tại trong 170 khoáng vật nhưng chủ yếu là: Galen (PbS), Cerndute (PbCO₃), Anglesite (PbSO₄) và Pyromophite [Pb₅Cl(PO₄)₃]. Chì có 18 đồng vị trong đó có 4 đồng vị bền ²⁰⁸Pb (52,3%), ²⁰⁷Pb (22,6%), ²⁰⁶Pb (23,6%), ²⁰⁴Pb (1,48%). [3, 5].

1.1.2.2. Tính chất vật lí của chì

Chì là kim loại nặng, có ánh kim. Chì kim loại có màu xanh xám, mềm, bề mặt chì thường mờ đục do bị oxi hóa.

Bảng 1.2. Một số hằng số vật lí của chì [3, 5].

Cấu hình electron	[Xe]4f¹⁴5d¹⁰6s²6p²
Năng lượng ion hóa thứ nhất (eV)	7,42
Bán kính nguyên tử (A⁰)	1,75
Thế điện cực chuẩn (V)	-0,126
Khối lượng nguyên tử (đvC)	207,21
Nhiệt độ nóng chảy (^oC)	327
Nhiệt độ sôi (^oC)	1737
Cấu trúc tinh thể	Lập phương tâm diện

1.1.2.3. Tính chất hóa học của chì

Nhìn chung, chì là kim loại tương đối hoạt động về mặt hoá học [3, 5].

Ở điều kiện thường, chì bị oxi hoá tạo thành lớp oxit màu xám xanh bao bọc bên trên mặt bảo vệ cho chì không tiếp xúc bị oxi hoá nữa.

2Pb + O₂ → 2PbO

Khi gặp nước, nước sẽ tách dần màng oxit bao bọc ngoài và tiếp tục bị tác dụng.

Chì tác dụng với halogen và nhiều nguyên tố không kim loại khác:

Pb + X₂ → PbX₂

Chì có thế điện cực âm nên về nguyên tắc nó tan được trong các axit. Nhưng thực tế chì chỉ tương tác ở trên bề mặt với dung dịch axit clohiđric loãng và axit sunfuric dưới 80% vì bị bao bọc bởi lớp muối khó tan (PbCl₂; PbSO₄). Với dung dịch đậm đặc hơn của các axit đó, chì có thể tan vì muối khó tan của lớp bảo vệ đã chuyển thành hợp chất tan.

PbCl₂ + 2HCl → H₂PbCl₄

PbSO₄ + H₂SO₄ → Pb(HSO₄)₂

Với axit nitric ở bất kỳ nồng độ nào, chì tác dụng như một kim loại:

3Pb + 8HNO_3loãng → 3Pb(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

Khi có mặt oxi, chì có thể tác dụng với nước:

2Pb + 2H₂O + O₂ → 2Pb(OH)₂

Chì có thể tan trong axit axetic và các axit hữu cơ khác:

2Pb + 4CH₃COOH + O₂ → 2Pb(CH₃COO)₂ + 2H₂O

Với dung dịch kiềm, chì có tác dụng khi đun nóng, giải phóng hiđro:

Pb + 2KOH + 2H₂O → K₂[Pb(OH)₄] + H₂

1.1.2.4. Tác dụng sinh hóa của chì

Chì được con người phát hiện từ trước công nguyên và được sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau. Ngày nay, chì chủ yếu được sử dụng trong công nghiệp năng lượng, luyện kim như sản xuất acquy ướt, pin, các loại cầu chì, mạch điện, phụ gia cho sản xuất xăng, dầu bôi trơn, chế tạo hợp kim. Nguồn nước thải từ các nhà máy công nghiệp này cùng với các nguồn nước thải của công nghiệp khai thác khoáng sản, và nước có tiếp xúc với các thiết bị chì, rác thải công nghiệp, … đã đưa một lượng chì đáng kể vào môi trường nước và đất.

Chì tồn tại trong nước dưới dạng chì hóa trị +2, tính năng của hợp chất chì được đánh giá chủ yếu thông qua độ tan của nó. Độ tan của hợp chất chì chủ yếu phụ thuộc vào pH (pH tăng thì độ tan giảm). Ngoài ra độ tan của hợp chất chì còn phụ thuộc vào một số yếu tố khác như độ muối (hàm lượng các ion khác) của dung dịch, điều kiện oxi hóa – khử.

Chì thâm nhập vào cơ thể con người qua thức ăn, nước uống, hít thở và cả thông qua da. Triệu chứng thể hiện khi nhiễm độc chì của cơ thể là sự mệt mỏi, chán ăn, đau đầu, chóng mặt, sưng khớp…. Các dấu hiệu trên có thể xuất hiện khi nồng độ chì trong máu khoảng 0,3 ppm. Ở các nồng độ cao hơn 0,3ppm thì chì có thể gây nên hiện tượng thiếu máu do thiếu hemoglobin. Ở các nồng độ 0,5 ppm đến 0,8 ppm thì chì có thể gây ra sự rối loạn chức năng của thận và phá hủy não.

Xương là nơi tàng trữ, tích lũy chì trong cơ thể, ở đó chì tương tác với photphat trong xương rồi truyền vào các mô mềm của cơ thể rồi thể hiện độc tính của nó.. Tác dụng hóa sinh chủ yếu của chì là ảnh hưởng tới quá trình tổng hợp máu dẫn đến phá vỡ hồng cầu, ức chế mọi hoạt động của các enzym. Chì cản trở việc sử dụng oxi và glucoza để sản xuất năng lượng cho quá trình sống.

Dấu hiệu của ngộ độc chì thường thường xuất hiện rất âm thầm, khó sớm phát hiện chỉ khi nào chì tích tụ tới mức độ cao, bệnh mới rõ rệt nhưng các triệu chứng cũng không có gì đặc biệt. Ở trẻ em, nhiễm độc cấp tính khiến cho các em trở nên cáu kỉnh, kém tập trung, ói mửa, dáng đi không vững, lên cơn kinh phong. Trường hợp mãn tính, các em có dấu hiệu chậm trí, hay gây gổ, lên kinh thường xuyên, đau bụng, thiếu máu, suy nhược cơ bắp, suy thận, đôi khi có thể đưa tới tử vong.

Thường thường, trẻ em bị tác hại của chì trầm trọng hơn ở người trưởng thành, đặc biệt là dưới 6 tuổi vì hệ thần kinh còn non yếu và khả năng thải độc chất của cơ thể chưa hoàn chỉnh. Một số em có thể bị nhiễm ngay từ khi còn ở trong lòng mẹ hoặc bú sữa mẹ có hàm lượng chì cao. Tới khi lớn, các em tiêu thụ thực phẩm có chì, nuốt chì lẫn trong đất, bụi khi bò chơi trên mặt đất hoặc ăn các mảnh vụn sơn tường nhà cũ.

Khi ngộ độc chì, người lớn hay than phiền đau tê ở đầu ngón chân, tay; bắp thịt mỏi yếu; nhức đầu, đau bụng, tăng huyết áp, thiếu máu, giảm trí nhớ, thay đổi tâm trạng, sẩy thai, kém sản xuất tinh trùng…Lâu ngày, bệnh trở thành mãn tính, đưa tới suy thận, tổn thương thần kinh ngoại vi, giảm chức năng não bộ [4].

1.2. GIỚI THIỆU VỀ CHÈ SHAN TUYẾT BẰNG PHÚC – BẮC KẠN, VAI TRÒ VÀ CÔNG DỤNG CHÈ

1.2.1. Giới thiệu về chè, chè Shan tuyết

Chè xanh (hay trà xanh) là loại trà được chế biến từ lá của cây chè nó được ôxy hóa ở mức tối thiểu trong quá trình chế biến. Chè xanh có nguồn gốc từ Trung Quốc và trở thành thức uống phổ biến tại nhiều nền văn hóa trên khắp châu Á. Gần đây, chè xanh đã trở nên phổ biến hơn tại phương Tây, khu vực vốn có truyền thống tiêu thụ chè đen. Chè xanh đã trở thành nguyên liệu để chiết xuất nhằm sử dụng trong các loại đồ uống, thực phẩm chức năng, bổ sung trong chế độ ăn uống, và các mặt hàng mỹ phẩm.

Chè Shan tuyết Bằng Phúc đã có từ lâu đời. Cả xã hiện còn trên 1000 gốc chè cổ thụ trên 100 năm tuổi vẫn đang cho thu hoạch, trong đó có cả những cây 300 năm tuổi, đường kính thân cây to cỡ người ôm, chiều cao hơn chục mét, tán rộng che kín vài chục mét vuông Nước chè Shan tuyết có sắc vàng, sóng sánh, hương thơm dịu . Khác với các giống chè khác, búp chè Shan tuyết to như búp đa có phủ một lớp lông tơ trắng trông như những bông hoa tuyết; sau khi sao, búp chè không có hình móc câu mà to ngẫy như chiếc cúc áo nhỏ nhưng vẫn phủ một lớp tuyết trắng đục nên gọi là chè Shan tuyết. Chè Shan tuyết sinh trưởng khỏe, chịu ẩm, chịu lạnh, không bị sâu bệnh hại, năng suất, búp tươi cao, chất lượng tốt, có hương vị đặc biệt làm nên sản vật của địa phương, góp phần

xóa đói, làm giàu cho bà con người Tày ở Bằng Phúc – Bắc Kạn [1].

Hình 1.1 Cây chè Shan tuyết ở Bằng Phúc – Bắc Kạn

1.2.2. Đặc điểm, vai trò và công dụng của chè xanh

Trong vài thập kỉ gần đây, chè xanh đã trở thành đối tượng nghiên cứu của nhiều nhà khoa học nhằm xác định mức độ có lợi cho sức khỏe của chè, là một điều đã nổi tiếng từ lâu, theo đó đã có một số bằng chứng cho thấy rằng thường xuyên uống chè xanh có thể làm giảm nguy cơ tiến triển bệnh tim mạch và một số bệnh ung thư nhất định. Mặc dù chè xanh không làm tăng tỷ lệ trao đổi chất trong cơ thể đủ để giảm cân ngay lập tức, song chiết xuất từ chè xanh có chứa polyphenol và caffein để gây sinh nhiệt và kích thích quá trình ôxy hóa chất béo, làm tăng tỉ lệ trao đổi chất 4% mà không làm tăng nhịp tim [6].

Theo kết quả một cuộc khảo sát do Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ đưa ra vào năm 2007, giá trị của flavonoid trong một tách chè xanh cao hơn so với một khối lượng tương đương các mặt hàng thực phẩm và đồ uống truyền thống khác vốn được xem là tăng cường sức khỏe có nguồn gốc thiên nhiên, bao gồm hoa quả tươi, nước ép rau quả hay rượu vang. Flavonoid là một nhóm thành phần hóa học thực vật có trong hầu hết các sản phẩm thực vật, gây nên các tác động đến sức khỏe như chống ôxy hóa và chống ung thư. Tuy nhiên, cũng dựa trên nghiên cứu này, lượng flavonoid có thể khác biệt đáng kể giữa các sản phẩm chè khác nhau [6].

Ở Việt Nam có nhiều vùng chè ngon nổi tiếng như: Chè Mộc Châu Sơn La, chè Lâm Đồng, chè Thái Nguyên, chè Shan tuyết – Phúc Bằng – Bắc Kạn.

1.3. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CAĐIMI VÀ CHÌ

Hiện nay có rất nhiều phương pháp khác nhau để xác định asen, cađimi và chì như phương pháp phân tích khối lượng, phân tích thể tích, điện hoá, phổ phân tử UV – VIS, phổ phát xạ nguyên tử (ICP-OES), phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) và không ngọn lửa (GF-AAS),.… Dưới đây là một số phương pháp xác định cađimi và chì.

1.3.1. Các phương pháp phân tích

1.3.1.1. Phương pháp phân tích khối lượng

Phương pháp phân tích khối lượng là phương pháp cổ điển, độ chính xác có thể đạt tới 0,1%. Cơ sở của phương pháp là sự kết tủa định lượng của chất phân tích với một thuốc thử thích hợp.

Cađimi thường được kết tủa dưới dạng CdS, CdSO₄, CdNH₄PO₄ sau đó kết tủa được lọc, rửa, sấy (hoặc nung) rồi đem cân từ đó xác định hàm lượng chất phân tích.

Chì được kết tủa dưới dạng PbSO₄, PbCrO₄ hay PbMoO₄ sau đó được kết tủa được lọc, rửa, sấy hoặc nung rồi cân và từ đó xác định được hàm lượng chất phân tích.

Phương pháp này không đòi hỏi dụng cụ đắt tiền nhưng quá trình phân tích lâu, nhiều giai đoạn phức tạp đặc biệt khi phân tích lượng vết các chất. Vì vậy phương pháp này không được dùng phổ biến trong thực tế để xác định lượng vết các chất mà chỉ dùng trong phân tích hàm lượng lớn [7].

1.3.1.2. Phương pháp phân tích thể tích

Phương pháp phân tích thể tích dựa trên sự đo thể tích dung dịch thuốc thử để biết nồng độ chính xác (dung dịch chuẩn) được thêm vào dung dịch chất định phân để tác dụng đủ toàn bộ lượng chất định phân đó. Thời điểm thêm lượng thuốc thử tác dụng với toàn bộ chất định phân gọi là điểm tương đương. Để nhận biết điểm tương đương, người ta dùng các chất gây ra hiện tượng có thể quan sát bằng mắt gọi là các chất chỉ thị [7].

Với cađimi và chì, ta có thể dùng các phép chuẩn độ như chuẩn độ phức chất, chuẩn độ ôxi hoá – khử với các chất chỉ thị khác nhau.

Ta có thể xác định cađimi bằng EDTA ở môi trường pH = 9 đến 10 với chỉ thị ET-OO hoặc môi trường pH = 6 với chỉ thị xylendacam. Khi đó chất chỉ thị chuyển từ màu đỏ sang màu vàng :

H₆F + Cd²⁺ → H₄FCd + 2H⁺

H₄FCd + H₂Y^2- → CdY^2- + H₆F

(đỏ) (vàng)

Đối với chì ta có thể chuẩn độ trực tiếp bằng EDTA hay chuẩn độ ngược bằng Zn²⁺ hoặc chuẩn độ thay thế với ZnY^2- với chất chỉ thị ET-OO.

– Cách 1: Chuẩn độ trực tiếp Pb²⁺bằng EDTA ở pH trung tính hoặc kiềm (pH khoảng 8 đến 12), với chỉ thị ET-OO.

Pb²⁺+ H₂Y^2- → PbY^2- + 2H⁺

Tuy nhiên, chì rất dễ thuỷ phân nên trước khi tăng pH phải cho Pb²⁺ tạo phức kém bền với tactrat hoặc trietanolamin.

– Cách 2: Chuẩn độ ngược Pb²⁺ bằng Zn²⁺: cho Pb²⁺ tác dụng với một lượng dư chính xác EDTA đã biết nồng độ ở pH = 10. Sau đó chuẩn độ EDTA dư bằng Zn²⁺ với chỉ thị là ET-OO.

Pb²⁺ + H₂Y^2- = PbY^2- + 2H⁺

H₂Y^2- (dư) + Zn²⁺ = ZnY^2- + 2H⁺

ZnInd + H₂Y^2- = ZnY^2- + HInd

(đỏ nho) (xanh)

– Cách 3: Chuẩn độ thay thế dùng ZnY^2-, chỉ thị ET-OO.

Do phức PbY^2- bền hơn ZnY^2- ở pH = 10 nên Pb²⁺sẽ đẩy Zn²⁺ ra khỏi phức ZnY². Sau đó, chuẩn Zn²⁺ sẽ xác định được Pb²⁺:

Pb^2- + ZnY^2- = Zn²⁺+ PbY^2-

ZnInd + H₂Y^2- = ZnY^2- + HInd

(đỏ nho) (xanh)

Phương pháp phân tích công cụPhương pháp phổ hấp thụ phân tử UV – VIS

Phương pháp này chính là phương pháp phổ hấp thụ phân tử trong vùng UV – VIS. Ở điều kiện thường, các phân tử, nhóm phân tử của chất bền vững và nghèo năng lượng. Đây là trạng thái cơ bản. Nhưng khi có một chùm sáng với năng lượng thích hợp chiếu vào thì các điện tử hoá trị trong các liên kết (л, ∂ , n) sẽ hấp thụ năng lượng chùm sáng, chuyển lên trạng thái kích thích với năng lượng cao hơn. Hiệu số giữa hai mức năng lượng (cơ bản E_o và kích thích E_m) chính là năng lượng mà phân tử hấp thụ từ

nguồn sáng để tạo ra phổ hấp thụ phân tử của chất.

Nguyên tắc: Phương pháp xác định dựa trên việc đo độ hấp thụ ánh sáng của một dung dịch phức tạo thành giữa ion cần xác định với một thuốc thử vô cơ hay hữu cơ trong môi trường thích hợp khi được chiếu bởi chùm sáng. Phương pháp định lượng phép đo:

A = K.C

Trong đó: A: độ hấp thụ quang

K: hằng số thực nghiệm

C: nồng độ nguyên tố phân tích

Phương pháp này cho phép xác định nồng độ chất ở khoảng 10^-5 đến

10^-7M và là một trong các phương pháp được sử dụng khá phổ biến.

Phương pháp trắc quang có độ nhạy, độ ổn định và độ chính xác khá cao, được sử dụng nhiều trong phân tích vi lượng. Tuy nhiên với việc xác định cađimi, chì thì lại gặp rất nhiều khó khăn do ảnh hưởng của một số ion kim loại tương tự. Khi đó phải thực hiện các công đoạn che, tách phức tạp [8, 9].

1.3.2.2 Phương pháp điện hoá

a. Phương pháp cực phổ

Nguyên tắc: Người ta thay đổi liên tục và tuyến tính điện áp đặt vào 2 cực để khử các ion kim loại, do mỗi kim loại có thế khử khác nhau. Thông qua chiều cao của đường cong Von-Ampe có thể định lượng được ion kim loại trong dung dịch ghi cực phổ. Vì dòng giới hạn I_gh ở các điều kiện xác định tỉ lệ thuận với nồng độ ion trong dung dịch ghi cực phổ theo phương trình:

I = k.C

Phương pháp này sử dụng điện cực giọt thuỷ ngân rơi làm cực làm việc, trong đó thế được quét tuyến tính rất chậm theo thời gian (thường 1 – 5 mV/s) đồng thời ghi dòng là hàm của thế trên cực giọt thuỷ ngân rơi. Sóng cực phổ thu được có dạng bậc thang, dựa vào chiều cao có thể định lượng được chất phân tích.

Phương pháp này có khá nhiều ưu điểm: Nó cho phép xác định cả chất vô cơ và hữu cơ với nồng độ 10^-5 ÷ 10^-6M tuỳ thuộc vào cường độ và độ lặp lại của dòng dư. Sai số của phương pháp thường là 2 ÷ 3% với nồng độ 10^-3 ÷ 10^-4M, là 5% với nồng độ 10^-5 M (ở điều kiện nhiệt độ không đổi). Tuy nhiên phương pháp cực phổ bị ảnh hưởng rất lớn của dòng tụ điện, dòng cực đại, lượng oxi hoà tan hay bề mặt điện cực nên giới hạn phát hiện kém khoảng

10^-5 đến 10^-6 M.

Nhằm loại trừ ảnh hưởng trên đồng thời tăng độ nhạy, hiện nay đã có các phương pháp cực phổ hiện đại: cực phổ xung vi phân (DPP), cực phổ sóng vuông (SQWP)… chúng cho phép xác định lượng vết của nhiều nguyên tố [9, 10].

b. Phương pháp Von-Ampe hoà tan

Về bản chất, phương pháp Von-Ampe hoà tan cũng giống như phương pháp cực phổ là dựa trên việc đo cường độ dòng để xác định nồng độ các chất trong dung dịch. Nguyên tắc gồm hai bước:

Bước 1: Điện hoá làm giàu chất cần phân tích trên bề mặt điện cực làm việc trong khoảng thời gian xác định, tại thế điện cực xác định.

Bước 2: Hoà tan kết tủa đã được làm giàu bằng cách phân cực ngược cực làm việc, đo và ghi dòng hoà tan. Trên đường Von-Ampe hoà tan xuất hiện pic của nguyên tố cần phân tích. Chiều cao pic tỉ lệ thuận với nồng độ [9, 10].

1.3.2.3. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử

Nguyên tắc: Khi nguyên tử tồn tại tự do ở thể khí và ở trạng thái năng lượng cơ bản, thì nguyên tử không thu hay không phát ra năng lượng. Tức là nguyên tử ở trạng thái cơ bản. Song, nếu chiếu vào đám hơi nguyên tử tự do một chùm tia sáng đơn sắc có bước sóng phù hợp, trùng với bước sóng vạch phổ phát xạ đặc trưng của nguyên tố phân tích, chúng sẽ hấp thụ tia sáng đó sinh ra một loại phổ của nguyên tử. Phổ này được gọi là phổ hấp thụ của nguyên tử. Với hai kỹ thuật nguyên tử hóa, nên chúng ta cũng có hai phép đo tương ứng. Đó là phép đo phổ hấp thụ nguyên tử trong ngọn lửa (F- AAS có độ nhạy cỡ 0,1 ppm) và phép đo phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF – AAS có độ nhạy cao hơn kỹ thuật ngọn lửa 50- 1000 lần, cỡ 0,1- 1 ppb).

Cơ sở của phân tích định lượng theo AAS là dựa vào mối quan hệ giữa cường độ vạch phổ và nồng độ nguyên tố cần phân tích theo biểu thức:

A_λ = a.C_X

Có 2 phương pháp định lượng theo phép đo AAS là : phương pháp đường chuẩn và phương pháp thêm tiêu chuẩn.

Thực tế cho thấy phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử có nhiều ưu việt như:

Độ nhạy, độ chính xác cao, lượng mẫu tiêu thụ ít, tốc độ phân tích nhanh. Với ưu điểm này, AAS được thế giới dùng làm phương pháp tiêu chuẩn để xác định lượng nhỏ và lượng vết các kim loại trong nhiều đối tượng khác nhau.

Phép đo phổ AAS có thể phân tích được hàm lượng vết của hầu hết các kim loại và cả những hợp chất hữu cơ hay anion không có phổ hấp thụ nguyên tử. Nó được sử dụng rộng rãi trong các ngành: địa chất, công nghiệp hóa học, hóa dầu, y học, sinh học, dược phẩm…[8, 9].

a. Phép đo phổ F-AAS

Kỹ thuật F-AAS dùng năng lượng nhiệt của ngọn lửa đèn khí để hoá hơi và nguyên tử hoá mẫu phân tích. Do đó mọi quá trình xảy ra trong khi nguyên tử hoá mẫu phụ thuộc vào đặc trưng và tính chất của ngọn lửa đèn khí nhưng chủ yếu là nhiệt độ ngọn lửa. Đây là yếu tố quyết định hiệu suất nguyên tử hoá mẫu phân tích, mọi yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ ngọn lửa đèn khí đều ảnh hưởng đến kết quả của phương pháp phân tích. [8, 9].

b. Phép đo phổ GF-AAS

Kỹ thuật GF-AAS ra đời sau kỹ thuật F-AAS nhưng đã được phát triển rất nhanh, nó đã nâng cao độ nhạy của phép xác định lên gấp hàng trăm lần so với kỹ thuật F-AAS. Mẫu phân tích bằng kỹ thuật này không cần làm giàu sơ bộ và lượng mẫu tiêu tốn ít.

Kỹ thuật GF-AAS là quá trình nguyên tử hoá tức khắc trong thời gian rất ngắn nhờ năng lượng nhiệt của dòng điện có công suất lớn và trong môi trường khí trơ (Argon). Quá trình nguyên tử hoá xảy ra theo các 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 quyết định mọi diễn biến của quá trình nguyên tử hoá mẫu. Trong đó hai giai đoạn đầu là chuẩn bị cho giai đoạn nguyên tử hóa để đạt kết quả tốt. Nhiệt độ trong cuvet graphit là yếu tố chính quyết định mọi sự diễn biến của quá trình nguyên tử hóa mẫu.

* Những ưu – nhược điểm của phép đo:

Cũng như các phương pháp phân tích khác, phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử cũng có những ưu, nhược điểm nhất định đó là:

– Ưu điểm: Đây là phép đo có độ nhạy cao và độ chọn lọc tương đối cao. Gần 60 nguyên tố hoá học có thể xác định bằng phương pháp này với độ nhạy từ 1.10^-4 – 1.10^-5 %. Đặc biệt, nếu sử dụng kỹ thuật nguyên tử hoá không ngọn lửa thì có thể đạt tới độ nhạy n.10^-7 %. Chính vì có độ nhạy cao nên phương pháp phân tích này đã được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực để xác định lượng vết các kim loại. Một ưu điểm lớn của phép đo là: trong nhiều trường hợp không phải làm giàu nguyên tố cần xác định trước khi phân tích. Do đó, tốn ít mẫu, ít thời gian cũng như hoá chất tinh khiết để làm giàu mẫu. Tránh được sự nhiễm bẩn khi xử lý mẫu qua các giai đoạn phức tạp. Đặc biệt, phương pháp này cho phép phân tích hàng loạt mẫu với thời gian ngắn, kết quả phân tích lại rất ổn định, sai số nhỏ.

– Nhược điểm: Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm phép đo AAS cũng có nhược điểm là chỉ cho biết thành phần nguyên tố của chất ở trong mẫu phân tích mà không chỉ ra trạng thái liên kết của nguyên tố ở trong mẫu [8, 9].

1.3.2.4. Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử (ICP-OES)

Khi ở điều kiện thường, nguyên tử không thu hay phát ra năng lượng nhưng nếu bị kích thích thì các điện tử hoá trị sẽ nhận năng lượng chuyển lên trạng thái có năng lượng cao hơn (trạng thái kích thích). Trạng thái này không bền, chúng có xu hướng giải phóng năng lượng để trở về trạng thái ban đầu bền vững dưới dạng các bức xạ. Các bức xạ này được gọi là phổ phát xạ của nguyên tử.

Các thầy cô cần file liên hệ với chúng tôi tại fanpage facebook O2 Education

Hoặc xem nhiều SKKN hơn tại: Tổng hợp SKKN môn hóa học cấp THPT

Hoặc xem thêm các tài liệu khác của môn hóa

Luận văn xác định hàm lượng cadimi, chì có trong chè Shan tuyết, Bằng Phúc – Bắc Kạn bằng phương pháp phổ hấp thụ và phát xạ nguyên tử

Comments

Leave a Reply Cancel reply