các phương pháp hiện đại ứng dụng phân tích thực phẩm

BÀI GIẢNG
CÁC PHƯƠNG PHÁP HIỆN ĐẠI
ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH
THỰC PHẨM

PHẦN: PHƯƠNG PHÁP QUANG
PHỔ PHÁT XẠ PLASMA GHÉP
CẶP PHẢN ỨNG (ICP- MS)

CBGD: TS. Vũ Ngọc Bội


Phương pháp quang phổ phát xạ plasma ghép
cặp phản ứng (ICP- MS)
NỌI DUNG
1.  Giới thiệu về kỹ thuật quang phổ khối
plasma cảm ứng
2.  Nguyên lý hoạt động
3.  Ưu điểm của phương pháp
4.  Xác định kim loại nặng trong nhuyễn thể hai
mảnh vỏ bằng kỹ thuật ICP – MS
Phần 1:
Giới thiệu về kỹ thuật quang phổ khối
plasma cảm ứng
1. Giới thiệu
•  ICP (Inductively Coupled Plasma) dùng để chỉ ngọn
lửa plasma tạo thành bằng dòng điện có tần số cao
(cỡ MHz) được cung cấp bằng máy phát radio, ngọn
lửa plasma có nhiệt độ rất cao, có tác dụng chuyển

các nguyên tố trong mẫu cần phân tích thành dạng
ion.
•  MS (Mass Spectrometry) là phép ghi phổ theo số
khối hay chính xác hơn là theo tỷ số giữa số khối và
điện tích (m/Z).
1. Giới thiệu
•  Phương pháp này được phát triển vào cuối năm
1980 trong kỹ thuật phân tích và được ứng dụng
trong các lĩnh vực sau:

Phần 2
Nguyên lý hoạt động
2. Nguyên lý hoạt động
•  PP phân tích này dựa trên các nguyên tắc của sự bay
hơi, phân tách, ion hóa của các nguyên tố hóa học khi
chúng được đưa vào môi trường plasma có nhiệt độ
cao. Sau đó các ion này được phân tách ra khỏi nhau
dựa vào khối lượng và điện tích (m/z) của chúng, bằng
thiết bị phân tích khối lượng có từ tính và độ phân giải
cao, khuếch đại tín hiệu và đếm bằng thiết bị điện tử kĩ
thuật số.
2. Nguyên lý hoạt động
•  Dưới tác dụng của nguồn ICP, các phân tử trong mẫu
phân tích được phân li thành các nguyên tử tự do ở
trạng thái hơi.
•  Các phần tử này khi tồn tại trong môi trường kích thích
phổ ICP năng lượng cao sẽ bị ion hóa, tạo ra đ ám hơi
ion của chất mẫu (thường có điện tích +1).
•  Dẫn dòng ion đó vào buồng phân cực để phân giải

chúng theo số khố i (m/Z) sẽ tạo ra phổ khố i của nguyên
tử chất cần phân tích và đư ợc phát hiện nhờ các đầu dò
thích hợp.
2. Nguyên lý hoạt động
•  Các quá trình xảy ra trong nguồn ICP
- Hóa hơi mẫu, nguyên tử hóa các phân tử, ion hóa
các nguyên tử, sự phân giải của các ion theo số
khối sẽ sinh ra phổ ICP-MS:
•  Hóa hơi: M
n
X
m
(r)  M
n
x
m
(k)
•  Phân li: M
n
X
m
(k)  nM(k) + mX(k)
•  Ion hóa: M(k)0 + Enhiệt  M(k)
+
2. Nguyên lý hoạt động
•  Thu toàn bộ đám hơi ion của mẫu, lọc và phân ly
chúng thành phổ nhờ hệ thống phân giải khối theo
số khối của ion, sau đó chúng được phát hiện bằng
đầu dò, ghi lại phổ.
•  Đánh giá định tính, định lượng phổ thu được.

Phần 3
Ưu điểm của phương pháp
Các phương pháp xác định kim loại
•  Phương pháp điện hóa
•  PP trắc quang
•  PP huỳnh quan tia X(XRF)
•  Kích hoạt notron (NAA)
•  PP huỳnh quang
•  Quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
•  Quang phổ phát xạ nguyên tử (AES)
3.Ưu điểm của PP phân tích bằng ICP-MS
•  Có độ phân giải cao
•  Dễ tách các nhiễu ảnh hưởng lẫn nhau do đó có
thể phát hiện được hầu hết các nguyên tố trong
bảng tuần hoàn.
•  Nguồn ICP là nguồn năng lượng kích thích phổ
có năng lượng cao, nó cho phép phân tích hơn
70 nguyên tố và có thể xác định đồng thời chúng
với độ nhạy và độ chọn lọc rất cao. có thể phân
tích các đồng vị và tỷ lệ của chúng.
3.Ưu điểm của PP phân tích bằng ICP-MS
•  Tuy có độ nhạy cao nhưng nguồn ICP lại là nguồn kích
thích phổ rất ổn đị nh, nên phép đo ICP - MS có độ lặp lại
cao và sai số rất nhỏ.
•  Phổ ICP - MS ít vạch hơn phổ ICP - AES nên có độ chọn
lọc cao, ảnh hưởng thành phần nền hầu như ít xuất
hiện, nếu có thì cũng rất nhỏ, dễ loại trừ.
•  Vùng tuyến tính trong phép đo ICP - MS rộng hơn hẳn
các kỹ thuật phân tích khác, có thể gấp hàng trăm lần và

khả năng phân tích bán đị nh lượng rất tốt do không cần
dùng mẫu chuẩn mà vẫn cho kết quả tương đối chính
xác. có thể phân tích các đồng vị và tỷ lệ của chúng.
3.Ưu điểm của PP phân tích bằng ICP-MS
•  Với nhiều ưu điểm vượt trội, kỹ thuật phân tích ICP -
MS được ứng dụng rộng rãi để phân tích nhiều đối
tượng khác nhau đặc biệt là trong các lĩnh vực phân
tích vết và siêu vết phục vụ nghiên cứu sản xuất vật
liệu bán dẫn, vật liệu hạt nhân, nghiên cứu địa chất
và môi trường
4. Tiến hành phân tích KL nặng trên ICP-MS
4.1. Nguyên tắc xử lý mẫu
•  Xử lý mẫu là quá trình hoà tan và phá huỷ cấu trúc của
mẫu, giải phóng và chuyển các chất cần xác định về dạng
đồng thể phù hợp với phép đo đã chọn, từ đó xác định hàm
lượng chất mà chúng ta mong muốn. Có 2 PP
•  Xử lí ướt: Dùng các axit, Kiềm, HH A, HHK mạnh, đặ c và
nóng để phân huỷ mẫu trong điều kiện đun nóng trong
bình Kendal, trong hộp kín hay trong lò vi sóng .
•  Xử lý khô: nung để xử lý mẫu trong lò nung ở nhiệt độ
thích hợp (450
o
C – 700
o
C), sau đó hoà tan bã mẫu bằng
dd muối hay axit phù hợp. Khi nung, các chất hữu cơ của
mẫu sẽ bị đốt cháy hoàn toàn thành CO
2
và H
2

O.

Qui trình xử lý mẫu
Cân 0,5 ± 0,0001g mẫu vào bình Kendal
3ml HNO
3
đặc
Đun ở 95
o
C trong 1h
Thêm 1 ml H
2
SO
4
, đun ở 140
o
C, 30 phút
Thêm 2 ml HNO
3
đặc đun ở 200
o
C (tan hết)
Thêm 3 ml H
2
O
2
đun ở 200
o
C

(hết khí nâu)
Lọc bỏ cặn, định mức thành 50 ml bằng HNO
3
2%

Thêm 10 ml H
2
O, 1 ml H
2
O
2
đun ở 240
o
C
(Xuất hiện khói trắng)
ICP-MS
Cân 0,5 ± 0,0001g mẫu vào bình Kendal
3ml HNO
3
đặc
Đun ở 95
o
C trong 1h
Thêm 1 ml H
2
SO
4
, đun ở 140
o
C, 30 phút

Thêm 2 ml HNO
3
đặc đun ở 200
o
C (tan hết)
Thêm 3 ml H
2
O
2
đun ở 200
o
C

(hết khí nâu)
Lọc bỏ cặn, định mức thành 50 ml bằng HNO
3
2%

Thêm 10 ml H
2
O, 1 ml H
2
O
2
đun ở 240
o
C
(Xuất hiện khói trắng)
ICP-MS
Cân 0,5 ± 0,0001g mẫu vào bình Kendal

3ml HNO
3
đặc
Đun ở 95
o
C trong 1h
Thêm 1 ml H
2
SO
4
, đun ở 140
o
C, 30 phút
Thêm 2 ml HNO
3
đặc đun ở 200
o
C (tan hết)
Thêm 3 ml H
2
O
2
đun ở 200
o
C

(hết khí nâu)
Lọc bỏ cặn, định mức thành 50 ml bằng HNO
3
2%

Thêm 10 ml H
2
O, 1 ml H
2
O
2
đun ở 240
o
C
(Xuất hiện khói trắng)
ICP-MS
4. Tiến hành phân tích KL nặng trên ICP-MS
4.2. Hóa chất và dụng cụ
•  Hóa chất đ ược sử dụng là các loại hóa chất tinh khiết
của Merck như: HNO
3
, HClO
4
, H
2
O
2
, H
2
SO
4
, HF…dung
dịch chuẩn đa nguyên tố dùng cho phân tích ICP-MS.
•  Dụng cụ thí nghiệm: bình Kendal dung tích 100 ml, cốc,

bình định mức các loại 100ml, 50ml, 25ml, cốc 50ml,
phễu lọc, pipet các loại, bếp điện, giấy lọc…
•  Thiết bị: máy đo ICP-MS và các thiết bị phụ .
4. Tiến hành phân tích KL nặng trên ICP-MS
4.3. Tối ưu hoá điều kiện phân tích bằng ICP-MS
a) Chọn đồng vị phân tích
•  Phải là một trong những đồng vị phổ biến nhất trong
tự nhiên
•  Ảnh hưởng bởi sự chèn khối phải không có hoặc bé
nhất
•  Sự hiệu chỉnh ảnh hưởng của các mảnh ion oxít
phải đơn giản và càng ít bước càng tốt
•  tỷ số m-z.doc
4.3. Tối ưu hoá điều kiện phân tích bằng ICP-MS

b) Độ sâu mẫu (Sample Depth - SDe):
•  SDe là khoảng cách giữa đỉnh cone giao diện đến
bên phải vòng dây tạo plasma.
3.3. Tối ưu hoá điều kiện phân tích bằng ICP-MS

c) Công suất cao tần (Radio Frequency Power - RFP):
-  RFP là công suất điện tần số radio cung cấp cho cuộn
dây tạo plasma. Công suất càng lớn nhiệt độ ngọn lửa
plasma càng lớn và ngược lại. Khi tăng dần CS, cường
độ vạch phổ tăng dần nhưng đến một giá trị nào đó
cường độ vạch phổ lại giảm và sau đó không thay đổi.
d)Lưu lượng khí mang (Carier Gas Flow Rate - CGFR):
-  CRFR có ảnh hưởng đáng kể đến độ nhạy của PP.
CGFR lớn lượng mẫu được đưa vào vùng plasma lớn
và ngược lại.

thong so toi uu.doc
Đầu dò khối phổ
•  Một chất khi hấp thụ một năng lượng ở giới hạn nào
đó sẽ làm kích thích hệ electron của phân tử. Khi ở
trạng thái kích thích, phân tử chỉ tồn tại ≤ 10
-8
s, nó
lập tức trở về trạng thái cơ bản ban đầu và giải
phóng năng lượng đã hấp thụ. Khi năng lượng giải
toả được phát ra dưới dạng ánh sáng thì gọi là hiện
tượng phát quang. Hoá học phân tích sử dụng hiện
tượng này để định tính và định lượng các chất.