PHÂN TÍCH BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ NGUYÊN TỬ

Bài 1: PHỔ HẤP THU NGUYÊN TỬ
(Bài thực tập này áp dụng cho
sinh viên chuyên ngành Hóa Phân Tích khóa 2007)
Các thực nghiệm sau nhằm cung cấp một kiến thức cơ bản về phổ nguyên tử cho sinh
viên chuyên ngành Hóa Phân Tích
1. Tối ưu hóa các thông số thiết bị.
2. Xác định khoảng làm việc tối ưu.
3. Ảnh hưởng của chiều rộng khe đến độ nhạy và độ cong của đường chuẩn.
4. Ảnh hưởng của bước sóng đến độ nhạy.
5. Nhiễu hóa học.

1


THÍ NGHIỆM 1
TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ CỦA THIẾT BỊ.
Để đạt được độ nhạy tối đa và tỷ số tín hiệu mẫu/tín hiệu nền tối ưu (signal to noise S/N), cần
thiết phải hiệu chỉnh các thông số của thiết bị phù hợp, theo các bước như sau:
a. Điều chỉnh cường độ dòng điện nuôi đèn và hiệu chỉnh vị trí đèn (không thực hiện chỉnh
vị trí đèn trên các dòng máy có vị trí đèn cố định của hãng Shimadzu, Perkin Elmer ).

b. Chọn và chỉnh bước sóng và bề rộng khe.
c. Điều chỉnh vị trí đầu đốt (theo 3 chiều: thẳng đứng, nằm ngang, xoay).
d. Tỷ lượng ngọn lửa (hỗn hợp acetylen/chất oxyhóa).
e. Tốc độ hút mẫu.
Thực hành
Nguyên tố: chromium (Cr).
Dòng đèn: 10 mA
Bước sóng: 357.9 nm
Bề rộng khe: 0.7 nm
Ngọn lửa không khí/acetylen

Nồng độ dung dịch: 2.0 ppm Cr trong HNO3 0.1%
Thí nghiệm:
a. Mở không khí (0.35 MPa), mở khí acetylene (90 -100 kPa) vặn khoảng 1-1.5 vòng
ngược chiều kim đồng hồ.
b. Mở hệ thống quạt hút khí độc.
c. Lắp đèn cathode rỗng của nguyên tố cần đo vào tháp đèn.
d. Khởi động máy, chọn các thông số theo phần mềm của máy cài mặc định sẵn. Có thể
tùy chọn cường độ dòng đèn và bề rộng khe theo yêu cầu.
 Chọn các bước check khí acetylene, không khí
 Không chọn bước check van an toàn đuờng thải
 Bước sóng
 Cường độ dòng đèn
 Thời gian tích phân
 Khe

2


 Mode đo (hấp thu hay phát xạ: tùy theo yêu cầu cụ thể và nguyên tố cần đo).
 Chế độ hiệu chỉnh nền theo đèn D2 (chỉ đối với các nguyên tố có bước sóng <350 nm,
và/hoặc nền mẫu phức tạp)

 Đuờng chuẩn: các nồng độ, kiểu đường chuẩn, đơn vị…
e. Tối ưu hóa vị trí đầu đốt (thủ công qua phần mềm và núm vặn cơ khí).
f. Bật ngọn lửa.
g. Phun nước cất và hiệu chỉnh zero.
h. Phun dung dịch Cr 2.0 ppm, tỷ lệ khí đốt ở chế độ ngọn lửa mặc định, sau đó
 Hiệu chỉnh đầu đốt theo 3 chiều thẳng đứng, nằm ngang, xoay cho đến khi tín
hiệu quan sát là cao nhất.
 Cố định dòng không khí, thay đổi lưu lượng dòng acetylene để tín hiệu cực đại.

 Hiệu chỉnh tốc độ phun sương để tín hiệu cực đại.
i. Phun nước cất, kiểm tra tín hiệu zero.
j. Xác định nồng độ đặc trưng đối với Cr trong các điều kiện tối ưu, so sánh với dữ kiện
trong tài liệu.
Định nghĩa: nồng độ đặc trưng (characteristic concentration) là nồng độ cho độ hấp
thu 1% cường độ ánh sáng tới Io, độ hấp thu A sẽ là 0.00434 ≈ 0.0044 (ký hiệu S1%)
đây cũng được gọi là độ nhạy (sensitivity) của nguyên tố đối với thiết bị đo.

S1% = 0.0044

[Cr ]
Abs.

Giá trị S1% đo được: ................ppm
Giá trị S1% tham chiếu trong tài liệu: sinh viên tra cứu dữ kiện này trên cookbook kèm
theo máy hay trong phần mềm trên máy.
(chú ý: giá trị S1% được tính (ngoại suy chứ không đo trực tiếp) từ các nồng độ Cr
nằm trong khoảng tuyến tính của đường chuẩn, mỗi dung dịch Cr ta có một giá trị
S1%, trung bình cộng của các giá trị này sẽ là giá trị cần tìm).
Yêu cầu chuẩn bị: (trả lời trong bài tường trình).
1. Ý nghĩa của việc chọn bề rộng khe theo bước sóng cần đo. Hãy rút ra quy luật sử dụng
khe của các nguyên tố trong AAS.
2. Ý nghĩa của việc hiệu chỉnh vị trí đầu đốt. Hãy giải thích rõ cách thực hiện hiệu chỉnh đầu
đốt. Các hệ quả và ứng dụng có thể rút ra đuợc từ thí nghiệm hiệu chỉnh đầu đốt.

3


3. Ý nghĩa của việc tối ưu hóa đèn. Hãy lý giải từng thao tác tối ưu hóa đèn.
4. Thời gian lấy tín hiệu là gì? Hãy tìm hiểu ý nghĩa và cách vận hành của thiết bị ghi đo về

điện tử.
5. Hãy phân tích ý nghĩa của hai đại luợng “nồng độ đặc trưng= characteristic
concentration” và “nồng độ kiểm tra độ nhạy=sensitivity check”.
6. Các giá trị S1% tính từ các nồng độ Cr chuẩn có khác nhau không? Hãy bình luận các
trường hợp có thể xảy ra và kết luận.
7. Ý nghĩa của việc chọn điều kiện ngọn lửa (khử hay oxyhóa) trong phổ nguyên tử.
THÍ NGHIỆM 2
XÁC ĐỊNH KHOẢNG LÀM VIỆC TỐI ƯU
(Optium working range)
-

Nguyên tố: Cr

-

Các thông số thiết bị: như trong thí nghiệm 1.

-

Dung dịch: 0, 0.1, 0.2, 0.4, 0.7, 1.0, 1.5, 2.0, 5.0, 10.0, 20.0 và 50.0ppm trong HNO 3
0.5%.

Thí nghiệm
a. Tối ưu hóa các điều kiện xác định Cr như trong thí nghiệm 1.
b. Chuẩn bị một đường chuẩn sử dụng toàn bộ các dung dịch, thời gian lấy tín hiệu 2s, n=8,
từ đây tính được giá trị SD A cho từng dung dịch chuẩn nêu trên. Ước lượng các giá trị
Ai1=Atb-SDA và Ai2=Atb+SDA. Từ đồ thị suy ra Ci1; Ci2; SDC và RSDC.
c. Vẽ độ lệch chuẩn tương đối (nồng độ/nồng độ) theo nồng độ Cr.
 SD
CCr = f  C

 CCr


 = f ( RSDC )


d. Xác định khoảng làm việc tối ưu (tức là khoảng nồng độ có độ lệch chuẩn nhỏ hơn 2%)
e. Tính toán giới hạn phát hiện đối với Cr theo công thức

CL =

3S B
S

trong đó SB là độ

lệch chuẩn của 11 mẫu trắng khác nhau (Abs). Trong bài này thay vì lấy 11 mẫu trắng,
SV lấy 1 mẫu trắng đo 11 lần lặp lại. S là độ nhạy (tức là hệ số góc của đường chuẩn
(tuyến tính và qua gốc tọa độ) (Abs/nồng độ)
Yêu cầu chuẩn bị: (trả lời trong bài tường trình).
1. Nhận xét ý nghĩa của thí nghiệm mục c: vẽ độ lệch chuẩn tương đối theo nồng độ,

4


2. Khoảng làm việc tối ưu khác với khoảng tuyến tính như thế nào? Hãy bình luận các yếu
tố có thể ảnh hưởng tới khoảng làm việc tối ưu. Ứng dụng trong thực tế?
3. Giới hạn phát hiện tính trong mục e. là giới hạn phát hiện của thiết bị hay của phương
pháp. Giải thích?
THÍ NGHIỆM 3

ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU RỘNG KHE

Các phép đo quang phổ hấp thu nguyên tử được dựa trên giả định rằng một vạch cộng
hưởng được cô lập và chỉ có bức xạ của vạch này đến được detector (định luật Beer: A=a.b.c).
Nếu các bức xạ khác đến được detector, xuất hiện hiệu ứng tán sắc làm giảm độ nhạy và dẫn đến
đường chuẩn bị cong. Hiện tượng này xảy ra khi sử dụng khe quá rộng bởi vì các vạch không hấp
thu gần đó sẽ qua ngọn lửa, đến được detector.
-

Nguyên tố: Ni, Zn

-

Dòng đèn: 10mA

-

Bước sóng: 232 nm (Ni), 213.9 nm (Zn)

-

Ngọn lửa: không khí/acetylene

-

Dung dịch: 0, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0ppm Ni (trong HNO3 0.1%)
: 0, 0.05, 0.1, 0.2, 0.35, 0.5 ppm Zn (trong HNO3 0.1%)

Thí nghiệm
a. Tối ưu hóa các thông số thiết bị để xác định Ni.

b. Kiểm tra sự tối ưu hóa bằng cách so sánh giá trị S 1% đo được và giá trị (đọc được hay tính
đuợc) trong tài liệu đi kèm trong máy. Giá trị đo được (độ hấp thu) phải nằm trong
khoảng từ 70% đến 100% so với giá trị đã cho.
c. Đo đường chuẩn với các chiều rộng khe 0.2, 0.7 và 2 (L) nm (máy tự động tối ưu hóa
bước sóng sau mỗi lần thay đổi chiều rộng khe).
d. Vẽ các đường chuẩn trên cùng một hệ trục tọa độ.
e. Tại sao độ cong của các đường chuẩn tăng khi bề rộng khe tăng?
Kết luận:

5


1. Giải thích các nguyên tắc chọn bề rộng khe trong AAS. Cho ví dụ minh họa với các
nguyên tố điển hình.
2. Hãy liên hệ với bài 1 (cho Cr) về điều kiện tối ưu xác định Ni.
THÍ NGHIỆM 4
ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC VẠCH PHỔ ĐẾN ĐỘ NHẠY
-

Nguyên tố: Mn

-

Các thông số được tối ưu để xác định Mn được điều chỉnh tương tự như đối với các nguyên
tố khác.

-

Bước sóng: 279.5 nm và 403.1 nm

-

Khe đo: 0.2 nm

-

Dung dịch: 0.05, 0.10, 0.25, 0.50, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0 ppm Mn (trong HNO3 0.1%).

-

Xác định Mn trong mẫu nước giếng và nước máy (sinh viên tự lấy mẫu, thể tích mẫu
tối thiểu là 500 mL) và thực hiện các bước xử lý mẫu cần thiết.

Thí nghiệm
a. Tối ưu hóa các thông số thiết bị xác định Mn tại mỗi bước sóng.
b. Dựng đường chuẩn cho Mn ở mỗi bước sóng.
c. Vẽ đường chuẩn, tính toán các giá trị giới hạn phát hiện và độ nhạy cho từng bước sóng.
So sánh với giá trị ghi trong tài liệu tham khảo theo máy.
d. Xác định Mn trong mẫu nuớc.
Chú ý: Một số thông số sau khi đã tối ưu sẽ giữ nguyên giá trị đối với các nguyên tố khác hoặc
các bước sóng khác trừ khi người vận hành máy thay đổi các thông số này. Các thông số này là:
vị trí đầu đốt (chiều ngang và chiều xoay), vị trí của đèn HCL (khi thay đổi bước sóng đo trên
cùng một nguyên tố), vận tốc phun sương.
Nhận xét

6


THÍ NGHIỆM 5
NHIỄU HÓA HỌC

Trong AA, các nhiễu hóa học xảy ra trong nhiều trường hợp. Chúng có thể tăng hoặc giảm
trong tín hiệu hấp thu so với tín hiệu chuẩn, nhiễu làm giảm tín hiệu là phổ biến hơn. Nhiều nhiễu
đã được nghiên cứu và công bố chi tiết và có nhiều phương pháp loại bỏ nhiễu.
a. Chuẩn và mẫu phải có thành phần giống nhau để mọi ảnh hưởng nhiễu trên chuẩn và mẫu
giống nhau.
b. Sử dụng một chất phóng thích.
c. Sử dụng ngọn lửa nhiệt độ cao.
Chất phóng thích là một chất hóa học, khi thêm vào dung dịch mẫu, sẽ liên kết với các chất
gây nhiễu, nhờ vậy nguyên tố cần phân tích tồn tại được ở trạng thái tự do. Một trong những ví
dụ tiêu biểu là ảnh hưởng nhiễu của phosphate đến việc xác định Ca. Với việc thêm La,
phosphate bị tạo phức để Ca có thể được nguyên tử hóa. Thí nghiệm này chỉ rõ ảnh hưởng của
chất phóng thích của La trên nhiễu hóa học Al đến phép đo Mg.
-

Nguyên tố: Mg

-

Dòng đèn: 4mA

-

Bước sóng: 285.2nm

-

Bề rộng khe: 0.2nm

-

Ngọn lửa: không khí/acetylene

-

Dung dịch: tất cả các dung dịch nên được định mức bằng nước cất chứa 0.5% HNO3.
 0.2ppm Mg
 0.2ppm Mg + 200ppm Al
 0.2ppm Mg + 200ppm Al + 10 000ppm La
 Blank 200ppm Al
 Blank 200ppm + 10 000ppm La.
 Đường chuẩn Mg trong La 1% (pha 4 dung dịch chuẩn và 1 mẫu blank, thể tích
mỗi dung dịch: 10 mL), khoảng nồng độ Mg 0-0.5 ppm.

(Lưu ý: vì muối La rất đắt tiền nên chỉ pha dung dịch có thể tích khoảng 5-10mL là đủ, đựng
trong ống COD: hút dung dịch chuẩn, dung dịch muối Al, dung dịch LaCl 3, thêm nước đến đến
5mL.)

7


Thí nghiệm
a. Tối ưu hóa thiết bị để xác định Mg
b. Kiểm tra như thường lệ việc tối ưu hóa bằng việc so sánh giá trị S 1% tìm được và giá trị
này trong tài liệu.
c. Đo độ hấp thu của các dung dịch đã chuẩn bị.
Giải thích các ảnh hưởng quan sát thấy.
Dung dịch

A

200 ppm Al
0.2 ppm Mg
0.2 ppm Mg + 200 ppm Al
200 ppm Al + 10 000 ppm La
0.2 ppm Mg + 200 ppm Al + 10 000 ppm La
Nhận xét:
Mẫu: phòng thí nghiệm cung cấp cho SV 2 mẫu nước trong cùng 1 nền mẫu nhưng có nồng độ
Mg rất khác nhau.
-

Mẫu Mg nồng độ thấp: sinh viên pha loãng 2 lần trước khi đo.

-

Mẫu Mg nồng độ cao: sinh viên pha loãng 100 lần trước khi đo.

-

Đối với mỗi mẫu, sinh viên chuẩn bị 2 dung dịch: 1 dung dịch có La và 1 dung dịch
không có La.

-

Đo các dung dịch này sau khi đo các dung dịch khảo sát và đuờng chuẩn. Dùng đuờng
chuẩn tính toán các nồng độ Mg và quy về nồng độ Mg trong mẫu ban đầu. Hãy nhận xét
về mức độ nhiễu hóa học trong các trường hợp trên.

Ghi chú:
- Mỗi nhóm sẽ chỉ đuợc PTN cấp cho 10 mL dung dịch La 50000 ppm. Sinh viên nên tính toán
cẩn thận trước khi bắt tay pha dung dịch cho thí nghiệm này. Mọi sai sót sẽ phải bị trừ điểm thao

tác.

8