Xác định hàm lượng đạm tổng và melamine trong sữa bằng phương pháp cực phổ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN




HOÀNG THỊ THÁI THANH





XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG ĐẠM TỔNG VÀ MELAMINE TRONG SỮA
BẰNG PHƯƠNG PHÁP CỰC PHỔ


Chuyên ngành: HOÁ PHÂN TÍCH





LUẬN VĂN THẠC SĨ: HOÁ PHÂN TÍCH







NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS. CÙ THÀNH SƠN











Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2011
LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn TS. Cù Thành Sơn đã tận tình chỉ dẫn cũng như tạo mọi
điều kiện tốt nhất để em hoàn thành đề tài này.
Em xin chân thành cảm ơn TS. Cù Thành Long, TS. Nguyễn Trọng Giao đã hướng
dẫn chi tiết về lý thuyết cơ bản của thiết bị trước khi em bắt đầu thực hiện đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô khoa Hóa học, trường Đại học Khoa học Tự
nhiên Thành phố Hồ Chí Minh đã dạy dỗ, truyền đạt cho em nhiều kiến thức quí báu
trong suốt thời gian ngồi trên giảng đường đại học và sau đại học.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô, các anh chị em ở Viện Khoa học Vật liệu
Ứng dụng đã hỗ trợ và giúp đỡ em hoàn thành tốt đề tài này.
Con xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến ba mẹ và mọi người trong gia đình luôn động
viên và ủng hộ con.
i

MỤC LỤC
Trang

Trang phụ bìa
Lời cảm ơn
Mục lục i
Danh mục các bảng vi
Danh mục các hình vẽ, đồ thị ix
MỞ ĐẦU xiii
Chương 1: TỔNG QUAN 1
1.1. Giới thiệu chung về phương pháp cực phổ 1
1.1.1. Sơ đồ nguyên l ý 1
1.1.2. Nội dung phương pháp 2
1.1.3. Các tín hiệu kích thích dùng trong cực phổ 3
1.1.4. Dung dịch nền 4
1.1.5. Điện cực giọt thuỷ ngân 5
1.1.6. Dòng khuếch tán (phương trình Ilkovic) 7
1.1.7. Phương trình sóng catod 8
1.1.8. Phương trình sóng oxi hoá 8
1.1.9. Kỹ thuật cực phổ sóng vuông 8
1.1.10. Phương pháp tích góp hoà tan 11
1.2. Giới thiệu chung về máy ANALYZER SQF-505 13
1.2.1. Nguyên lý hoạt động của máy 13
1.2.1.1. Sóng vuông quét nhanh trên cực giọt chậm 13
ii

1.2.1.2. Tích góp hoà tan (Stripping) – sóng vuông quét nhanh trên cực
giọt chậm 16
1.2.1.3. Tích góp hoà tan (Stripping) – sóng vuông quét nhanh trên cực
giọt tĩnh hay cực rắn 17
1.2.2. Giới thiệu phần cứng của máy 18
1.2.2.1. Hệ thống điện cực 18
1.2.2.2. Máy chủ 18

1.2.2.3. Máy tính, máy in 18
1.2.2.4. Khả năng phân tích các chất vô cơ 19
1.2.2.5. Khả năng phân tích các chất hữu cơ 20
1.3. Giới thiệu chung về đạm tổng và phương pháp phân tích đạm tổng 21
1.3.1. Khái quát chung về protein 21
1.3.2. Giới thiệu chung về đạm tổng 21
1.3.3. Phương pháp Kjeldahl xác định hàm lượng nitơ tổng 23
1.3.4. Định lượng protein theo phương pháp Lowry 24
1.3.5. Định lượng protein bằng phương pháp quang phổ 24
1.4. Giới thiệu chung về melamine và các phương pháp phân tích 25
1.4.1. Giới thiệu chung về Melamine 25
1.4.2. Các phương pháp phân tích Melamine 28

Chương 2: XÁC ĐỊNH ĐẠM TỔNG BẰNG KỸ THUẬT CỰC PHỔ SÓNG
VUÔNG QUÉT NHANH TRÊN CỰC GIỌT CHẬM 29
2.1. Thiết bị và hoá chất 29
2.1.1. Hoá chất 29
2.1.2. Thiết bị 30
2.2. Tối ưu hoá điều kiện phân tích 31
2.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch natri acetate 31
iii

2.2.2. Khảo sát pH dung dịch nền 33
2.2.3. Khảo sát tỉ lệ natri acetate và formaldehyde 35
2.2.4. Kết luận 37
2.3. Khảo sát các thông số máy 38
2.3.1. Thế bắt đầu và thế kết thúc quá trình quét 38
2.3.2. Bước thế 39
2.3.3. Biên độ xung 41
2.3.4. Thời gian giọt thuỷ ngân rơi Tdrop :42

2.3.5. Kết luận 44
2.4. Xây dựng đường chuẩn 45
2.5. Khảo sát giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) theo
phương pháp hồi qui tuyến tính 49
2.6. Qui trình phân tích đạm tổng trong mẫu sữa 50
2.6.1. Qui trình xử lý mẫu và công thức tính hàm lượng đạm :50
2.6.2. Đo dung dịch mẫu với máy ANALYSER SQF-505 52
2.6.3. So sánh kết quả thu được với kết quả của TRUNG TÂM 3 52
2.6.4. Tính độ lệch chuẩn tương đối RSD (relative standard deviation) theo công
thức 53

Chương 3: XÁC ĐỊNH MELAMINE BẰNG PHƯƠNG PHÁP CỰC PHỔ TÍCH
GÓP HOÀ TAN – SÓNG VUÔNG QUÉT NHANH TRÊN CỰC GIỌT CHẬM
54
3.1. Hoá chất và thiết bị 54
3.1.1. Hoá chất 54
3.1.2. Thiết bị 54
3.2. Tối ưu hoá điều kiện phân tích 55
3.2.1. Khảo sát pH dung dịch 55
iv

3.2.2. Khảo sát nồng độ dung dịch nền Natri acetat 57
3.2.3. Kết luận 59
3.3. Khảo sát thông số máy điện hoá ANALYZER SQF-505 59
3.3.1. Thế bắt đầu và thế kết thúc quá trình quét 59
3.3.2. Bước thế 63
3.3.3. Biên độ xung 64
3.3.4. Thời gian giọt thuỷ ngân rơi T drop 66
3.3.5. Thế tích góp V electrolyze 67
3.3.6. Thời gian tích góp T electrolyze 69

3.3.7. Thời gian ổn định T stabilize 71
3.3.8. Kết luận 71
3.4. Dựng đường chuẩn để khảo sát độ tuyến tính 71
3.4.1. Đường chuẩn ở mức nồng độ vài trăm ppb 71
3.4.2. Đường chuẩn ở mức nồng độ ppm 74
3.4.3. Kết luận 77
3.4.4. Khảo sát giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của máy
bằng phương pháp tín hiệu đối với tiếng ồn (S/N = signal to noise) 78
3.5. Qui trình phân tích melamine trong mẫu sữa 81
3.5.1. Mô tả qui trình và công thức tính 81
3.5.2. Kết quả đo mẫu sữa bột dinh dưỡng VINAMILK 83
3.5.3. Khảo sát giới hạn phát hiện của phương pháp (method detection limit =
MDL) và giới hạn định lượng của phương pháp (MQL - method quantitation
limit) 84
3.6. Khảo sát hiệu suất thu hồi R% và độ chính xác RSD của phương pháp tại
mức giới hạn định lượng 87
Chương 4: KẾT LUẬN 90
4.1. Xác định tổng đạm trong mẫu sữa bột 90
v

4.2. Xác định melamine trong mẫu sữa bột 90
4.3. Kiến nghị 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

vi

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Điều kiện phân tích một số cation 19
Bảng 1.2: Những nhóm chức có thể cho tín hiệu khử trực tiếp trên máy ANALYZER
SQF-505 20
Bảng 1.3: Hệ số Jones để chuyển đổi hàm lượng nitơ thành hàm lượng protein trong
một số mẫu đặc trưng 23
Bảng 2.1: Bảng kết quả khảo sát nồng độ dung dịch nền Natri axetat 31
Bảng 2.2: Bảng kết quả khảo sát pH dung dịch nền Natri axetat 33
Bảng 2.3: Bảng kết quả khảo sát tỉ lệ Natri axetat : HCHO trong dung dịch nền 35
Bảng 2.4: Bảng kết quả khảo sát chiều quét thế ion ammonia 38
Bảng 2.5: Bảng kết quả khảo sát bước thế để xác định ion ammonia 40
Bảng 2.6: Bảng kết quả khảo sát biên độ xung để xác định ion ammonia 41
Bảng 2.7: Bảng kết quả khảo sát thời gian giọt thuỷ ngân rơi để xác định ion ammonia
43
Bảng 2.8: Bảng kết quả đo ion ammonia tại các nồng độ khác nhau bằng máy
ANALYZER SQF-505 45
Bảng 2.9: Bảng kết quả giá trị phân tích hồi qui khi xây dựng đường chuẩn ion
ammonia bằng máy cực phổ ANALYZER SQF 505 48
Bảng 2.10: Bảng kết quả phân tích đạm tổng các mẫu sữa bột dinh dưỡng VINAMILK
52
Bảng 3.1: Cường độ dòng (nA) của peak Melamine 0.5 ppm được đo tại các pH khác
nhau của dung dịch Natri acetate 0.5 M 55
Bảng 3.2: Cường độ dòng (nA) của peak Melamine 1.0 ppm được đo tại pH 11.5 trong
dung dịch nền Natri axetat có nồng độ khác nhau 58
vii

Bảng 3.3: Bảng kết quả của quá trình quét thế dung dịch MELAMINE (Nồng độ
Melamine là 0.5 ppm) với Vstart khác nhau và Vstop = -1000 mV 60
Bảng 3.4: Bảng kết quả của quá trình quét thế dung dịch MELAMINE với chiều quét
thế khác nhau 61
Bảng 3.5: Bảng kết quả của quá trình quét thế dung dịch MELAMINE với Vstep khác

nhau 63
Bảng 3.6: Bảng kết quả của quá trình quét thế dung dịch MELAMINE với các V pulse
khác nhau 65
Bảng 3.7: Bảng kết quả của quá trình quét thế dung dịch MELAMINE với các thời
gian giọt thuỷ ngân rơi khác nhau 66
Bảng 3.8: Bảng kết quả của quá trình quét thế dung dịch MELAMINE với các V
electrolize khác nhau 68
Bảng 3.9: Bảng kết quả của quá trình quét thế dung dịch MELAMINE với các T
electrolize khác nhau 70
Bảng 3.10: Bảng kết quả của quá trình quét thế dung dịch MELAMINE tại các giá trị
nồng độ ppb khác nhau 72
Bảng 3.11: Bảng kết quả giá trị phân tích hồi qui khi xây dựng đường chuẩn 73
Bảng 3.12: Bảng kết quả của quá trình quét thế dung dịch MELAMINE tại các giá trị
nồng độ ppm khác nhau 75
Bảng 3.13: Bảng kết quả giá trị phân tích hồi qui khi xây dựng đường chuẩn
MELAMINE ở mức nồng độ ppm bằng máy cực phổ ANALYZER SQF 505 76
Bảng 3.14: Bảng kết quả giá trị đo các dung dịch nền trắng bằng máy cực phổ
ANALYZER SQF 505 78
Bảng 3.15: Bảng kết quả xác định melamine trong mẫu sữa bột dinh dưỡng Vinamilk
83
Bảng 3.16: Bảng kết quả giá trị đo các dung dịch mẫu trắng bằng máy cực phổ
ANALYZER SQF 505 85
viii

Bảng 3.17: Bảng kết quả giá trị đo các dung dịch mẫu có thêm melamine bằng máy
cực phổ ANALYZER SQF 505 88
ix

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý đo cực phổ 1
Hình 1.2: Sóng cực phổ của dung dịch nền và chất oxi hoá 2
Hình 1.3: Các tín hiệu kích thích dùng trong phương pháp cực phổ 4
Hình 1.4: Mô tả sự hình thành và thời gian sống của một giọt thuỷ ngân rơi tự do 6
Hình 1.5: Sự hình thành tín hiệu kích thích trong kỹ thuật cực phổ sóng vuông 10
Hình 1.6: Sự hình thành tín hiệu dòng của phản ứng thuận nghịch 11
Hình 1.7: Tín hiệu kích thích cho quá trình xác định ion kim loại bằng phương pháp
cực phổ tích góp hoà tan 12
Hình 1.8: Máy điện hoá ANALYZER SQF-505 13
Hình 1.9: Nguyên lý hoạt động của phương thức đo sóng vuông quét nhanh trên cực
giọt chậm “SQW-F” 15
Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý đo của kỹ thuật stripping - sóng vuông quét nhanh trên
cực giọt chậm 16
Hình 1.11: Sơ đồ nguyên lý đo của kỹ thuật stripping trên cực tĩnh 17
Hình 1.12: Công thức cấu tạo MELAMINE 26
Hình 1.13: Melamine (màu xanh) dễ dàng kết hợp với axít cyanuric (màu đỏ) qua liên
kết hydro tạo kiểu liên kết phân tử hình mái ngói, lắng đọng và gây sỏi thận 27
Hình 2.1: Đồ thị biểu diễn cường độ peak theo nồng độ nền Natri acetat 32
Hình 2.2: Sóng ion ammonia
][

4
NH
= 2 ppm với những nồng độ dung dịch Natri
axetat khác nhau 32
Hình 2.3: Đồ thị biểu diễn cường độ peak theo pH dung dịch Natri acetat 34
Hình 2.4: Sóng ion ammonia
][

4

NH
= 3 ppm với những pH dung dịch Natri axetat
khác nhau 34
x

Hình 2.5: Đồ thị biểu diễn cường độ peak theo tỉ lệ Natri axetat : HCHO trong dung
dịch nền 36
Hình 2.6: Sóng ion ammonia
][

4
NH
= 2 ppm với những dung dịch nền tỉ lệ Natri
axetat : HCHO khác nhau 37
Hình 2.7: Sóng ion ammonia
][

4
NH
= 2 ppm với hai cách quét thế khác nhau 39
Hình 2.8: Sóng ion ammonia
][

4
NH
= 2 ppm với các bước thế khác nhau 40
Hình 2.9: Đồ thị biểu diễn cường độ peak theo nồng độ nền Natri acetat 41
Hình 2.10: Sóng cực phổ ion ammonia khi thay đổi biên độ xung 42
Hình 2.11: Đồ thị biểu diễn cường độ peak theo nồng độ nền Natri acetat 43
Hình 2.12: Đồ thị biểu diễn cường độ peak theo nồng độ nền Natri acetat 44

Hình 2.13: Các thông số chạy máy ANALYZER SQF-505 để xác định ion ammonia
45
Hình 2.14: Sóng cực phổ của ion ammonia tại các nồng độ khác nhau (sóng từ thấp
đến cao ứng với nồng độ từ thấp đến cao trong bảng 2.8) 46
Hình 2.15: Đường chuẩn ion ammonia 49
Hình 2.16: Mẫu sữa bột và các mẫu được thêm chuẩn 53
Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi cường độ peak Melamine theo giá trị pH dung
dịch (Nồng độ Melamine là 0.5 ppm) 56
Hình 3.2: Các sóng cực phổ Melamine (Nồng độ Melamine là 0.5 ppm) tại các giá trị
pH dung dịch nền khác nhau 57
Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ dung dịch nền và cường độ dòng
của sóng cực phổ melamine 58
Hình 3.4: Các sóng cực phổ Melamine (Nồng độ Melamine là 1 ppm) trong dung dịch
nền NaAc có nồng độ khác nhau 59
Hình 3.5: Các sóng cực phổ Melamine (Nồng độ Melamine là 0.5 ppm) với Vstart
khác nhau và Vstop = -1000 mV 60
xi

Hình 3.6: Các sóng cực phổ Melamine ở hai mức nồng độ khác nhau với chiều quét
thế khác nhau 62
Hình 3.7: Các sóng cực phổ Melamine với Vstep khác nhau 64
Hình 3.8: Các sóng cực phổ Melamine với Vpulse khác nhau 65
Hình 3.9: Các sóng cực phổ Melamine với T drop khác nhau 67
Hình 3.10: Các sóng cực phổ Melamine với Velectrolize khác nhau 69
Hình 3.11: Các sóng cực phổ Melamine với Telectrolize khác nhau 70
Hình 3.12: Các thông số tối ưu để đo dung dịch Melamine bằng máy ANALYZER
SQF-505 71
Hình 3.13: Các sóng cực phổ Melamine với nồng độ khác nhau 72
Hình 3.14: Đường chuẩn Melamine ở mức nồng độ ppb, đo bằng máy ANALYZER
SQF-505 74

Hình 3.14: Các sóng Melamine ở các mức nồng độ ppm, đo bằng máy ANALYZER
SQF-505 75
Hình 3.15: Đường chuẩn Melamine ở mức nồng độ ppm, đo bằng máy ANALYZER
SQF-505 77
Hình 3.16: Tín hiệu nền của dung dịch trắng MELAMINE 79
Hình 3.17: Sóng Melamine ở mức nồng độ LOD = 72ppb, đo bằng máy ANALYZER
SQF-505 80
Hình 3.18: Sóng Melamine ở mức nồng độ LOQ = 92.72 ppb, đo bằng máy
ANALYZER SQF-505 81
Hình 3.19: Sóng cực phổ của các mẫu sữa bột dinh dưỡng vinamilk (không phát hiện
MELAMINE) 84
Hình 3.20: Sóng cực phổ của các mẫu sữa bột dinh dưỡng vinamilk trắng melamine
86
Hình 3.21: Sóng cực phổ của các mẫu sữa bột dinh dưỡng vinamilk trắng melamine
87
xii

Hình 3.22: Sóng cực phổ của melamine trong dung dịch mẫu và các sóng cực phổ của
mẫu được thêm chuẩn 88
Hình 3.23: Đường chuẩn của dung dịch mẫu được thêm melamine theo phương pháp
89


MỞ ĐẦU

Các loại thực phẩm như sữa bột hay thức ăn gia súc, … cần được xác định hàm
lượng đạm để biết được giá trị dinh dưỡng dung nạp vào con người hay gia súc sử
dụng loại thực phẩm đó. Tuy nhiên, gần đây với sự xuất hiện của melamine trong thực
phẩm làm sai lệch kết quả phân tích hàm lượng đạm thực sự trong mẫu. Vì vậy, nếu
chúng ta xác định được hàm lượng đạm tổng và hàm lượng melamine trong mẫu thì có

thể tìm ra được lượng đạm thực sự cũng như có thể loại trừ được các sản phẩm nhiễm
melamine gây hại cho sức khoẻ con người.
Có rất nhiều phương pháp phân tích đạm tổng và melamine khác nhau như đã nêu
trong phần giới thiệu chung ở trên. Nhưng chủ yếu các phòng kiểm nghiệm dùng
phương pháp Kjendahl để xác định đạm tổng và kỹ thuật LC-MS/MS để xác định hàm
lượng melamine.
Máy sắc ký khối phổ thì rất đắt, giá thành phân tích cao, thời gian chuẩn bị mẫu
khá lâu, cán bộ vận hành máy phải có trình độ. Do đó, chúng ta nên thử nghiệm với
một kỹ thuật phân tích melamine khác nhằm giảm giá thành và thời gian phân tích để
phục vụ cho công tác kiểm nghiệm nhanh melamine nhưng vẫn đảm bảo được độ đúng
và độ chính xác.
Hơn nữa, ta có thể phân tích cả hai chỉ tiêu đạm tổng và melamine trong sữa bột
chỉ trên một máy ANALYZER 505, cùng hoá chất không đắt tiền, quá trình phân tích
tương đối nhanh, chúng ta có thể đánh giá được chất lượng thật sự của sản phẩm với
chi phí thấp.

1

Chương 1:
TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về phương pháp cực phổ [3], [7]:
1.1.1. Sơ đồ nguyên l ý:
 Nguồn điện một chiều (Voltage supply)
 Biến trở nhằm thay đổi thế áp vào hai điện cực (Variable Resistor)
 Volt kế chỉ giá trị thế áp vào hai điện cực.
 Ampe kế chỉ cường độ dòng trong mạch.
 Tế bào điện phân gồm:
 Điện cực làm việc (working electrode): là nơi phản ứng oxi hoá khử xảy ra
trên bề mặt điện cực vài mm
2

để tạo ra dòng giới hạn.
 Điện cực so sánh (reference electrode): có giá trị thế là hằng số (SCE)
 Điện cực hỗ trợ (Counter electrode): được làm bằng kim loại trơ (Pt),
không tham gia vào phản ứng oxi hoá khử, chỉ làm cầu nối để tạo thành mạch
điện.
 Dung dịch điện ly (supporting electrolyte): là dung dịch muối kiềm, không
tạo phản ứng với chất điện ly, nhưng tạo ra độ dẫn.

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý đo cực phổ

2


1.1.2. Nội dung phương pháp:
 Phương pháp cực phổ ghi lại sự biến thiên cường độ dòng khi thay đổi thế áp
vào hai điện cực (điện cực chỉ thị và điện cực giọt thuỷ ngân) trong quá trình điện phân.
 Sóng cực phổ (Voltammograms) là đường biểu diễn của dòng (i) và thế áp vào
(E
appl
)

Hình 1.2: Sóng cực phổ của dung dịch nền và chất oxi hoá
 Khi thế áp vào hai điện cực được nhúng trong dung dịch có chứa ion có khả
năng tham gia phản ứng điện cực còn nhỏ thì chưa có quá trình điện hoá xảy ra, dòng
không đáng kể.
 Nếu thế áp vào tiếp tục tăng, các chất trong dung dịch tham gia phản ứng điện
hoá A + ne
-
 P, cường độ dòng tăng lên và cứ như thế thế tăng đến một giá trị tới hạn,
P

3

khi mà toàn bộ số phân tử tham gia phản ứng điện cực tại bề mặt điện cực bằng không
(có bao nhiêu chạy đến bề mặt điện cực đều phản ứng hết) lúc đó chúng ta có dòng giới
hạn (limiting current).
 Nếu trong dung dịch chứa một số phân tử tham gia phản ứng điện hoá ở những
vùng khác nhau về thế, trên đường dòng thế sẽ thu được nhiều cường độ giới hạn.
 Hai giá trị đặc trưng của phương pháp cực phổ là:
 Thế bán sóng E
1/2
là giá trị của E khi
2
gh
i
i  , thế bán sóng là một đại lượng
đặc trưng cho một chất điện hoạt trong môi trường (pH, ligand) nhất định. Giá
trị E
1/2
cho biết bản chất của chất điện hoạt, và gần bằng E
o
.
 Dòng giới hạn i
gh
tỉ lệ với nồng độ của chất điện hoạt trong dung dịch
kCi
gh
 .
1.1.3. Các tín hiệu kích thích dùng trong cực phổ:

 Hình 1.3 mô tả 4 dạng sóng của các tín hiệu kích thích thường dùng:
 Tín hiệu kích thích cực phổ cổ điển là quá trình quét thế tuyến tính, thế áp
vào tế bào điện hoá tăng tuyến tính theo thời gian. Xem hình 1.3 (a).
 Hai tín hiệu kích thích dạng xung trong hình 1.3 (b) và (c): dòng được đo
tại những thời gian khác nhau trong suốt thời gian áp xung.
 Dạng sóng hình tam giác được mô tả trong hình 1.3 (d): thế được lặp lại
theo chu kỳ giữa hai giá trị, đầu tiên thế tăng tuyến tính đến đỉnh, rồi từ đó giảm
tuyến tính cùng hệ số góc về giá trị ban đầu.
 Ứng với các tín hiệu kích thích đó là các kỹ thuật cực phổ được ứng dụng, xem
cột “type voltammetry” trong hình 1.3.
 Cực phổ quét thế tuyến tính
 Cực phổ xung vi phân
 Cực phổ sóng vuông
 Cực phổ vòng

4


Hình 1.3: Các tín hiệu kích thích dùng trong phương pháp cực phổ
1.1.4. Dung dịch nền :
Một chất được làm nền phải thoả mãn các điều kiện sau:

5

 Phải khử hoặc oxi hoá ở thế âm hoặc dương xa đối với chất cần phân tích, nên
những dung dịch muối kim loại kiềm và kiềm thổ, các dung dịch acid được sử dụng
làm nền.
 Nồng độ dung dịch nền phải  0.1M.
 Không phản ứng hoá học với chất cần xác định.
 Nếu tạo phức được với chất cần xác định càng tốt. Khi trong dung dịch có

những chất cũng tham gia phản ứng điện cực gần giá trị với thế chất xác định, nếu
phức tạo nên có hằng số không bền nhỏ sẽ dịch chuyển thế phản ứng điện cực của chất
xác định ra xa các chất ảnh hưởng.
1.1.5. Điện cực giọt thuỷ ngân:
 Điện cực giọt thuỷ ngân (dropping mercury electrode (DME)) được sử dụng là
điện cực làm việc trong phương pháp cực phổ.
 Mô tả cấu tạo: Một mao quản nhỏ được nối với bình chứa thuỷ ngân. Hệ thống
được thiết kế sao cho giọt thuỷ ngân chảy từ bình chứa thuỷ ngân qua mao quản và rơi
tự do xuống trong dung dịch diện ly với một tốc độ kiểm soát được. Xem hình 1.4.
 Đặc trưng cho mỗi giọt thuỷ ngân là: diện tích bề mặt giọt thuỷ ngân (mm
2
), và
thời gian sống của giọt thuỷ ngân (t - giây). Đối với một mao quản nhất định, thời gian
sống của giọt thuỷ ngân rơi tự do là một hằng số.
 Giá trị dòng thay đổi khi giọt thuỷ ngân lớn dần và rơi xuống. Xem hình 1.4.

6



Hình 1.4: Mô tả sự hình thành và thời gian sống của một giọt thuỷ ngân rơi tự do
 Ưu điểm của điện cực giọt Hg:
 Bề mặt điện cực luôn luôn sạch.
 Đạt được giá trị dòng là hằng số nhanh.
 Rất nhiều quá trình điện hoá xảy ra cho sản phẩm tan trong thuỷ ngân tạo
nên hỗn hống nên bề mặt điện cực vẫn mạnh.
 Quá thế của Hg cao, đối với kim loại có E
o
âm rất nhiều cũng có thể đo
được mà không hình thành H

2
.
 Khuyết điểm của điện cực giọt Hg:

7

 Hg dễ bị oxi hoá, giới hạn sử dụng để làm anode là E < +0.4 V.
2Hg + 2Cl
-
 Hg
2
Cl
2
+ 2e
-

 Hg độc.
1.1.6. Dòng khuếch tán (phương trình Ilkovic):
KCCtmnDi
d

613221
706
///
(1.1)
Trong đó:
n: số electron
D: hệ số khuếch tán (cm
2
s

-1
)
m: tốc độ dòng của mao quản thuỷ ngân (mg/s)
t: thời gian giọt thuỷ ngân (s)
C: nồng độ chất phân tích (mM)
 Dựa vào phương trình (1.1) người ta tiến hành định lượng bằng phương pháp
cực phổ. Đồ thị chuẩn đi qua gốc toạ độ.
 Ảnh hưởng của độ cao cột Hg đến giá trị i
d
: khi thay đổi chiều cao cột Hg thì tốc
độ chảy Hg (m) và chu kỳ tạo giọt (t) sẽ thay đổi theo, m tỉ lệ thuận và t tỉ lệ nghịch với
chiều cao cột Hg (h).
 Ảnh hưởng nhiệt độ: khi nhiệt độ của môi trường thay đổi làm thay đổi các
thông số vật lý của ion trong dung dịch. Khi nhiệt độ tăng lên, độ linh động của ion
cũng tăng. Khi nhiệt độ thay đổi, độ nhớt của dung dịch điện ly cũng thay đổi theo.
Ngoài ra, tốc độ chảy Hg (m) và chu kỳ tạo giọt (t) cũng sẽ thay đổi theo. Vì vậy, nhiệt
độ thay đổi làm thay đổi giá trị i
d
. Theo thí nghiệm thực tế và tính toán, người ta nhận
thấy cứ tăng lên 1
o
C thì giá trị cường độ dòng tăng 1.7%. Để đảm bảo sai số không quá
1%, thực nghiệm chỉ cho phép chênh lệch nhiệt độ giữa hai lần thí nghiệm không quá
0.5
o
C.

8

1.1.7. Phương trình sóng catod:
 Ta xét quá trình khử của ion trong dung dịch và sóng cực phổ thu được trong
quá trình gọi là sóng catod.
A + ne
-
 P
 Phương trình Nerst:

][
][
lg
.
][
][
lg
.
P
A
n
E
red
ox
n
EE
OO
05900590

(1.2)
 Dựa vào phương trình Nerst (1.2) và phương trình (1.1), ta rút ra được phương
trình sóng catod (1.3):

ox
red
O
K
K
n
EE lg
.
/
0590
21
 (1.3)
1.1.8. Phương trình sóng oxi hoá:

red
ox
O
K
K
n
EE lg
.
/
0590
21
 (1.4)
1.1.9. Kỹ thuật cực phổ sóng vuông:
 Ưu điểm: độ nhạy cao, tốc độ cao (sóng cực phổ được thu trong vòng ít hơn 10
ms).

 Kỹ thuật cực phổ sóng vuông cũng được sử dụng với điện cực giọt thuỷ ngân
treo và đầu dò sắc ký.
 Hình 1.5 (c) mô tả tín hiệu kích thích trong kỹ thuật cực phổ sóng vuông, đây là
tín hiệu thu được sau khi chồng chuỗi xung trong hình 1.5 (b) trên các bậc tín hiệu hình
1.5 (a).
 Chiều dài của mỗi bước trên từng bậc và chu kỳ của xung () được sử dụng
khoảng 5 ms.
 Bước thế của mỗi bậc
s
E điển hình là 10 mV.
 Cường độ xung
sw
E2 thường là 50 mV.

9

 Hoạt động dưới các điều kiện này, tần số xung tương ứng là 200 Hz, quét 1-V
yêu cầu 0.5 s.
 Đối với phản ứng khử thuận nghịch, kích thước của xung phải đủ lớn để có thể
đảo xung oxi hoá sản phẩm đã hình thành trước đó.
 Vì vậy, ta xem hình 1.6, xung trước làm phát sinh dòng cathode i
1
, trong khi đó
xung đảo làm phát sinh dòng anode i
2
.
 Sự chênh lệch giữa hai dòng anode và cathode i được vẽ thành sóng cực phổ.
Sự chênh lệch này tỉ lệ trực tiếp với nồng độ, thế của đỉnh cũng tương ứng với thế bán
sóng cực phổ.
 Vì tốc độ đo lường, nó có khả năng và thực hành tăng độ chính xác của chất

phân tích do tín hiệu được quét nhiều lần và lấy trị trung bình. Giới hạn phát hiện đối
với kỹ thuật cực phổ sóng vuông là 10
-7
đến 10
-8
M.
 Ứng dụng: dùng định lượng nhiều hợp chất, đơn chất hữu cơ và vô cơ, bao gồm
cả lĩnh vực hoá sinh và sinh học.

10

Hình 1.5: Sự hình thành tín hiệu kích thích trong kỹ thuật cực phổ sóng vuông.



s
E
sws
EE 
sw
E
21
iii 
1
2
Potential
Potential
Potential
Time
Time

Time
(a)
(b)
(c)