NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VÀ CÁC KĨ THUẬT NGUYÊN TỬ HÓA MẪU CỦA PHÉP ĐO AAS

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (156.19 KB, 17 trang )

MỞ ĐẦU

-

Phép đo phổ phát xạ hấp thụ nguyên tử là những kĩ thuật phân tích hóa lý đã và
đang được phát triển và ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành khoa học kĩ thuật,
trong sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, y dược, địa chất, hóa học. Đặc biệt ở
các nước phát triển, phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử đã trở thành
một trong các phương pháp dùng để phân tích lượng vết các kim loại trong
nhiều đối tượng khác nhau như: đất, nước, không khí, thực phẩm...

-

Hiện nay trong công tác nghiên cứu bảo vệ môi trường, phương pháp phân tích
này là một công cụ đắc lực để xác định các kim loại nặng độc hại.

-

Trong nội dung hạn hẹp của bài tiểu luận này, em xin trình bày về NHỮNG
VẤN ĐỀ CHUNG VÀ CÁC KĨ THUẬT NGUYÊN TỬ HÓA MẪU CỦA
PHÉP ĐO AAS.

Mục lục

Trang
1. Vấn đề chung của phép đo ANhững AS
1.1 Sự xuất hiện phổ hấp thụ nguyên tử
1.2 Cường độ của vạch phổ hấp thụ nguyên tử
1.3 Cấu trúc của vạch phổ hấp thụ nguyên tử
1.4 Nguyên tắc và trang bị của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)

1.5 Những ưu điểm và nhượt điểm của phép đo AAS
1.6 Đối tượng và phạm vi ứng dụng của AAS
2. Các kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu
2.1 Mục đích và nhiệm vụ
2.2 Kĩ thuật nguyên tử hóa mẩu bằng ngọn lửa
2.2.1
2.2.2
2.2.3
2.2.4
2.2.5

Yêu cầu và nhiệm vụ của ngọn lửa
Đặc điểm và cấu tạo của ngọn lửa đèn khí
Trang bị để nguyên tử hóa mẫu
Những quá trình xảy ra trong ngọn lửa
Tối ưu hóa các điều kiện nguyên tử hóa mẫu

2.3 Kĩ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa
2.3.1
2.3.2
2.3.3
2.3.4
2.3.5
2.3.6
2.3.7

Đặc điểm và nguyên tắc
Các yêu cầu hệ thống nguyên tử hóa mẫu
Nguyên tắc và các giai đoạn của quá trình nguyên tử hóa mẫu
Các yếu tố ảnh hưởng

Các quá trình trong cuvet graphit
Trang bị để nguyên tử hóa mẫu
Tối ưu các điều kiện cho phép đo không ngọn lửa

NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VÀ CÁC KỸ THUẬT NGUYÊN TỬ HÓA
MẪU TRONG PHÉP ĐO AAS

3. Những vấn đề chung của phép đo AAS
3.1 Sự xuất hiện phổ hấp thụ nguyên tử
-

Nguyên tử là phần tử cơ bản nhỏ nhất còn giữ được tính chất của một nguyên tố
hóa học. Trong điều kiện bình thường, nguyên tử không thu và cũng không phát
ra năng lượng dưới dạng bức xạ, đây gọi là trạng thái cơ bản của nguyên tử là
trạng thái bền vững và nghèo năng lượng nhất.

-

Khi nguyên tử ở trạng thái hơi tự do, nếu ta chiếu một chùm tia sáng có những
bước sóng xác định vào đám hơi nguyên tử đó thì các nguyên tử sẽ hấp thụ các
bức xạ có bước sóng nhất định ứng với những tia bức xạ mà nó có thể phát ra
trong quá trình phát xạ của nó, lúc này nguyên tử ở trạng thái kích thích có mức
năng lượng cao hơn trạng thái cơ bản. Quá trình này 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
của nguyên tử.
Ta có: ∆E=(Em- Eo)= hν
Hay: ∆E =

hc

λ

(1)

Trong đó: Em và Eo là năng lượng của nguyên tử ở trặng thái kích thích và
trạng thái cơ bảnlúc nguyên tử hóa mẫu,
h là hằng số plank,
c là tốc độ của ánh sáng,
ν là tần số của ánh sáng kích thích,
λ là bước sóng ánh sáng.
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 λi tương ứng (phổ vạch).
-

Quá trình hấp thụ chỉ xảy ra đối với các vạch nhạy, các vạch phổ đặc trưng, các
vạch phổ cuối cùng của các nguyên tố, nên:

• Khi dùng nguồn năng lượng là nhiệt năng để kích thích nguyên tử thì ∆E>0, ta
có quá trình phát xạ.
• Khi dùng nguồn năng lượng là chùm tia đơn sắc để kích thích nguyên tử thì
∆E<0, ta có quá trình hấp thụ.

Em

+hν
(photon)

+ E
(nhiet)

-hν
(photon)

+hν 1
(photon)

-hν 2
(photon)

E0
Hap thu

Phat xa

Huynh quang

Hình 1: Quá trình phát xạ và hấp thụ của một nguyên tử

Eo: Mức năng lượng ở trạng thái cơ bản khi đã nguyên tử hóa
Em: Mức năng lượng ở trạng thái kích thích
∆E : Năng lượng nhận vào (kích thích)
+ hv: Photon kích thích
- hv : Photon phát xạ
Vậy: ban đầu ta phải tạo ra đám hơi nguyên tử tự do, và sau đó chiếu vào nó một
chùm tia sáng có những bức sóng nhất định ứng với các tia phát xạ nhạy của
nguyên tố cần nghiên cứu.
3.2 Cường độ của vạch phổ hấp thụ nguyên tử
-

Cường độ của vạch phổ hấp thụ của một nguyên tố phụ thuộc vào nồng độ C
của nguyên tố đó trong mẫu phân tích. Mối quan hệ giữa cường độ vạch phổ và
nồng độ N của nguyên tố trong đám hơi tuân theo định luật Lambe Bear.
Ta có: I= Io.e-(K.N.L)
Với : Aλ=log(Io/I)
 Aλ= (2,303K.L).N
Aλ = k.N

(2)

Trong đó: Io và I là cường độ chùm sáng tới và chùm sáng ló
K là hệ số hấp thụ nguyên tử của vạch phổ tần số ν
N là nồng độ nguyên tử của nguyên tố trong đám hơi
L bề dày của cuvet
- Kết quả thực nghiệm cho ta biết sự phụ thuộc của N và C (C nằm trong một giới
hạn nhất định) được biểu diễn theo công thức;
N=Ka.Cb

(3)

Trong đó: Ka là hằng số thực nghiệm phụ thuộc vào tất cả các điều kiện hóa hơi và
nguyên tử hóa mẫu.

b là hằng số (0Vậy: từ (2),(3) ta có: Aλ= k.Ka.Cb
Hay: Aλ=a.Cb
(4)
Với a= k.Ka là hằng số phụ thuộc vào tất cả các điều kiện trên.
Là phương trình cơ sở cho phép đo định lượng các nguyên tố theo phổ hấp thụ

nguyên tử của nó. Đường biểu diễn của phương trình (4) có 2 vùng, một là khi b=1
là đường tuyến tính giữa Aλ và C, một là khi b<1 là một đường cong.

Hình 2: 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)
3.3 Cấu trúc của vạch phổ hấp thụ nguyên tử
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 Lorentz
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
2πt 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 ν 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 √o 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. σ 2

2 1 1
( + )
πRT 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 H c: 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.
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 A o/ 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:

H t = Hn + H d + H L
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.
3.4 Nguyên tắc và trang bị của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
-

Để thực hiện phép đo phổ hấp thụ nguyên tử của một nguyên tố ta cần thực hiện
các quá trình sau đây:

1- Chọn các điều kiện và trang bị phù hợp để chuyển mẫu phân tích sang trạng
thái hơi của các nguyên tử tự do, đây gọi là quá trình hóa hơi và nguyên tử hóa
mẫu. Quá trình này được thực hiện trong hệ thống nguyên tử hóa mẫu.
2- Chiếu chùm tia bức xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi
nguyên tử được nguyên tử hóa ở quá trình 1.
3- Sau cùng là nhờ một hệ thống máy quang phổ người ta thu toàn bộ chùm sáng,
phân li và chọn một vạch phổ hấp thụ của nguyên tố cần nghiên cứu để đo
cường độ của nó. Cường độ đó chính là tín hiệu hấp thụ của vạch phổ hấp thụ
nguyên tử. Trong giới hạn nhất định của nồng độ C nằm trong vùng tuyến tính.
-

Hệ thống máy đo phổ hấp thụ nguyên tử gồm các phần sau:

1, Nguồn phát tia phát xạ cộng hưởng của nguyên tố phân tích thường là đèn catod
rỗng (HCL), đèn phóng điện không điện cực (EDL), hay nguồn phát bức xạ liên tục
đã được biến điệu.

2, Hệ thống nguyên tử hóa mẫu phân tích được chế tạo theo hai loại kĩ thuật
nguyên tử hóa mẫu là:
-

Kĩ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa đèn khí (F-AAS), gồm một bộ phận dẫn
mẫu vào buồng aerosol hóa và thực hiện quá trình aerosol hóa mẫu để tạo thể
sol khí, một đèn để nguyên tử hóa mẫu để đốt cháy hỗn hợp khí có chứa mẫu ở
thể huyền phù sol khí.

-

Kĩ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa (ETA-AAS). Người ta thường dùng một
lò nung nhỏ bằng cuvet graphit hay tangtan (Ta) để nguyên tử hóa mẫu nhờ
nguồn năng lượng điện có thế thấp (<12V) và cường độ lớn (50-800A).

3, Hệ thống máy quang phổ hấp thụ, nó là bộ đơn sắc, có nhiệm vụ thu, phân li, và
chọn tia sang cần đo hướng vào nhân quang điện để phát hiện tín hiệu hấp thụ AAS
của vạch phổ.
4, Hệ thống chỉ thị tín hiệu hấp thụ của vạch phổ gồm:

- Điện kế
- Máy tự ghi pic của vạch phổ, hoặc bộ hiện số digital, hoặc máy tính và máy in,
hoặc máy phân tích.
3.5 Những ưu điểm và nhược điểm của phép đo AAS
•
-

Ưu điểm:
Có độ nhạy và độ chọn lọc cao

Trong nhiều trường hợp không cần phải làm giàu nguyên tố cần phân tích
Động tác thực hiện nhẹ nhàng, kết quả dễ dàng ghi lên băng giấy

•
-

Nhược điểm:
Đắt tiền
Vì phép đo có độ nhạy cao nên sự nhiễm bẩn sẽ dễ làm ảnh hưởng đến kết quả
Chỉ cho biết thành phần nguyên tố của chất trong mẫu mà không chỉ ra trạng
thái liên kết của nguyên tố trong mẫu.

Bảng độ nhạy của một số nguyên tố theo phép đo AAS
stt

Nguyên tố
λ (nm)

F-AAS
Loại

1
2
3
4
5
6
7
8
9

10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

Ag-328,1
Al-309,3
Au-242,8
Ba-553,5
Be-234,9
Bi-223,1
Ca-422,7
Cd-228,8
Co-240,7
Cr-357,5
Cu-324,7
Fe-248,3
K-766,5
Mg-285,2
Mn-279,5
Na-589,6
Ni-232

Pb-283,3
Sr-466,7
Si-251,6
Zn-213,9

AA
NA
AA
NA
NA
AA
AA
AA
AA
AA
AA
AA
AA
AA
AA
AA
AA
AA
AA
NA
AA

F-AAS
Độ nhạy
(μg/mL)

0,05
0,1
0,05
0,1
0,1
0,1
0,05
0,03
0,1
0,1
0,04
0,08
0,05
0,03
0,05
0,03
0,1
0,1
0,08
0,3
0,03

AA: ngọn lửa của không khí+Acetylen

ETA-AAS
Độ nhạy
(ng/mL)
0,1
0,5
0,05

0,5
0,3
1
0,05
0,04
1
0,8
0,05
0,1
0,1
0,1
0,06
0,05
0,1
0,2
0,2
1
0,1

NA: ngọn lửa của khí N2O+ Acetylen
3.6 Đối tượng và phạm vi ứng dụng của AAS
Đối tượng của phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử là phân tích lượng vết
các kim loại trong các loại mẫu khác nhau của các chất vô cơ và hữu cơ. Phương
pháp này người ta có thể sử dụng để định lượng hầu hết các kim loại và một số phi
kim đến nồng độ cở μg/ L (ppb) bằng kĩ thuật F-AAS với sai số bé hơn 15%.
Phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử được sử dụng để xác định các kim
loại trong các loại mẫu của y học, sinh học, các sản phẩm nông nghiệp, rau quả
thực phẩm, nước, các nguyên tố vi lượng trong phân bón, trong thức ăn gia súc...
Phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử đã trở thành một phương pháp tiêu

chuẩn để định lượng nhiều kim loại.
4. Các kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu
4.1 Mục đích và nhiệm vụ
- Nguyên tử hóa mẫu phân tích là một công việc hết sức quan trọng của phép đo
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 hóa 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.

4.2 Kĩ thuật nguyên tử hóa mẩu bằng ngọn lửa
4.2.1 Yêu cầu và nhiệm vụ của ngọn lửa
-

Trong phép đo phổ hấp thụ nguyên tử, ngọn lửa là môi trường hấp thụ. Nó có
nhiệm vụ hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu phân tích, tạo ra đám hơi của các
nguyên tử tự do có khả năng hấp thụ bức xạ đơn sắc để tạo ra phổ hấp thụ
nguyên tử. Vì thế ngọn lửa đèn khí muốn dùng vào mục đích để hóa hơi và
nguyên tử hóa mẫu phân tích cần phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

1- Ngọn lửa phải làm nóng đều được mẫu phân tích.
2- Nhiệt độ của ngọn lửa phải đủ lớn và có thể điều chỉnh được, ổn định, và có thể
lập lại trong các lần phân tích khác. Với các nguyên tố có khả năng tạo hợp chất
bền nhiệt thì hiệu suất không thể cao.

3- Ngọn lửa phải thuần khiết. Nghĩa là không sinh ra các vạch phổ phụ khác hoặc

phổ nền quá lớn, và quá trình ion hóa và phát xạ ảnh hưởng đến kết quả.
4- Ngọn lửa có bề dày đủ lớn làm tăng độ nhạy của phép đo.
5- Tiêu tốn ít mẫu phân tích.
Sau đây là bảng ví dụ quan hệ giữa nhiệt độ, loại khí đốt, và thành phần khí
Stt
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

Loại khí
Không khí - propan
Không khí- acetylen
Không khí- hydro
Oxy- acetylen
N2O- acetylen
Không khí- acetylen
Không khí- acetylen
Không khí- acetylen
Không khí- acetylen
Không khí- acetylen
Không khí- acetylen

Tỷ lệ khí (L/ph)
6/1,4
4,2/1,2
4/3
1/1
2/1,8
4,2/0,7
4,2/0,9
4,2/1,1
4,2/1,2
4,2/1,5
4,2/1,6

Nhiệt độ (oC)
2200
2450
2050
3000
2900
1800
2000
2300
2450
2400
2300

4.2.2 Đặc điểm và cấu tạo của ngọn lửa đèn khí
-

Nhiệt độ ngọn lửa của một loại đèn khí phụ thuộc rất nhiều vào bản chất và

thành phần của chất khí được đốt cháy để tạo ra ngọn lửa. Có thể chia ra thành
ba phần sau:

• Phần 1: phần tối của ngọn lửa. Trong phần này hỗn hợp khí được trộn đều và
đột nóng cùng với các hạt sol khí của mẫu phân tích. Phần này có nhiệt độ thấp
700-1200oC. Dung môi hòa tan bay hơi và sấy nóng.
• Phần 2: là vùng trung tâm của ngọn lửa, có nhiệt độ cao nhất là ở đỉnh. Trong
phần này hỗn hợp khí được đốt cháy tốt nhất. Người ta đưa mẫu vào phần này
để nguyên tử hóa và thực hiện phép đo, nguồn đơn sắc phải chiếu qua phần này
của ngọn lửa.
• Phần 3: là vỏ và đuôi của ngọn lửa. Vùng này có nhiệt độ thấp, nơi đây thường
có xảy ra phản ứng phụ làm ảnh hưởng đến kết quả.
4.2.3 Trang bị để nguyên tử hóa mẫu
-

Đèn nguyên tử hóa mẫu.

-

Buồng aerosol hóa mẫu là buồng để điều chế các hạt sol khí của mẫu với khí
mang. Có hai kĩ thuật để thực hiện:

• Kĩ thuật phun khí:
-

Trước hết nhờ ống mao dẫn và dòng khí mang K mà dung dịch mẫu được dẫn
vào buồng aerosol hóa. Trong buồng này, dung dịch mẫu được đánh tung thành
các hạt rất nhỏ nhờ quả bi E và cánh quạt Q, rồi được trộn đều với hỗn hợp khí
đốt và được dẫn lên đèn nguyên tử hóa.

-

Khi hỗn hợp khí được đốt cháy ở đèn nguyên tử hóa tạo ra ngọn lửa, các phần
tử mẫu bị hóa hơi và nguyên tử hóa tạo ra nguyên tử tự do của các nguyên tố
trong mẫu phân tích.

-

Tốc độ dẫn dung dịch ảnh hưởng đến cường độ vạch. Tốc độ dẫn được tính gần
đúng theo công thức:
π .r.∆p
V=
8.L.η

Với r là bán kính ống mao dẫn, ∆p là chênh lệch áp suất hai đầu ống, L là chiều dài
ống, η là độ nhớt của dung dịch mẫu (g/cm.s).
• Kĩ thuật siêu âm
-

Người ta dùng hệ thống siêu âm có tần số 1-4,5 MHz để thực hiện việc aerosol
hóa mẫu, dung dịch được phân tán thành những hạt nhỏ và được trộn đều với
hỗn hợp khí để dẫn đến đèn nguyên tử hóa.

• Ưu và nhược điểm của hai kĩ thuật
-

Kĩ thuật phun khí đơn giản, rẻ tiền hơn kĩ thuật siêu âm, nhưng kĩ thuật siêu âm
cho kết quả nhạy hơn vì hiệu suất aerosol hóa cao hơn và ít phụ thuộc vào khí
mang cũng như quá trình dẫn mẫu.

4.2.4 Những quá trình xảy ra trong ngọn lửa
-

Các yếu tố quyết định các quá trình xảy ra trong ngọn lửa là:
+ Nhiệt độ của ngọn lửa
+ Bản chất và thành phần của các chất trong mẫu
+ Tác dụng ảnh hưởng của các chất phụ gia thêm vào mẫu.

-

Mẫu ở thể sol khí được dẫn đến đèn nguyên tử hóa, quá trình nguyên tử hóa
mẫu xảy ra ở trung tâm ngọn lửa.

1- Các quá trình chính

- Cơ chế 1:
Nếu năng lượng hóa hơi của chất bé hơn năng lượng nguyên tử hóa, chất sẽ hóa
hơn ở dạng phân tử sau đó mới phân ly thành nguyên tử. Các muối halogenua (trừ
fluorua); acetat; nitrat; sunphat... theo cơ chế này. Cơ chế này có độ nhạy cao và ổn
định.
MnAm(l) MnAm(k)  nM(k) + mA (k)
M (k) + hν phổ AAS
- Cơ chế 2:
Nếu năng năng lượng hóa hơi của chất lớn hơn năng lượng nguyên tử hóa, chất sẽ
phân ly thành nguyên tủ trước và nguyên tử sẽ hóa hơi sau. Cơ chế này không ổn
định và có độ nhạy kém hơn (1) nên người ta thường thêm vào mẫu các muối
halogenua, acetat của kim loại kiềm vào để chuyển sang cơ chế 1
MnAm(l)  nM(l)+ mA(l)

M(l)  M(k)
M(k)+ hν  phổ AAS
2- Các quá trình phụ
-

Sự ion hóa của nguyên tố phân tích
Sự phát xạ
Sự hấp thụ của phân tử
Sự tạo thành hợp chất bền nhiệt... làm ảnh hưởng đến kết quả phân tích

4.2.5 Tối ưu hóa các điều kiện nguyên tử hóa mẫu
1- Thành phần vào tốc độ dẫn hỗn hợp khí đốt. Đây là yếu tố quyết định nhiệt độ
của ngọn lửa.
2- Tốc độ dẫn mẫu (thích hợp nhất là 4-5mL/ph)
3- Chiều cao của đèn nguyên tử hóa
4- Bề dày của môi trường hấp thụ L, L lớn sẽ cho độ nhạy cao
5- Tần số máy siêu âm (dùng cho kĩ thuật siêu âm)
6- Độ nhớt của dung dịch

4.3 Kĩ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa
4.3.1 Đặc điểm và nguyên tắc

-

Kĩ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa có độ nhạy cao hơn kĩ thuật nguyên tử
hóa mẫu bằng ngọn lửa gấp hàng trăm, hàng nghìn lần, tiêu tốn rất ít mẫu chất
và thời gian thực hiện ngắn. Do đó được áp dụng phân tích lượng vết (cỡ ppb).
Tuy nhiên độ ổn định không cao và hạn chế này đã được khắc phục bằng bộ
phận bổ chính.

4.3.2 Các yêu cầu hệ thống nguyên tử hóa mẫu
Những yêu cầu tối thiểu đối với một hệ thống nguyên tử hóa mẫu trong phép đo
không ngọn lữa là:
1- Hệ thống nguyên tử hóa phải hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu phân tích với hiệu
suất cao, ổn định để có được độ nhạy cao và độ lập lại tốt.
2- Năng lượng cung cấp là đủ lớn để có thể nguyên tử hóa nhiều loại mẫu, phân
tích được nhiều nguyên tố.
3- Cuvet chứa mẫu để nguyên tử hóa có độ tinh khiết cao để tránh nhiểm bẩn mẫu.
4- Hạn chế các quá trình phụ trong quá trình nguyên tử hóa mẫu.
5- Tốn ít mẫu, tiết kiệm thời gian.
4.3.3 Nguyên tắc và các giai đoạn của quá trình nguyên tử hóa mẫu
-

Năng lượng được dùng để nguyên tử hóa mẫu là dòng điện có cường độ dòng
rất cao 50-600A và thế thấp <12V hoặc dòng điện cao tần cảm ứng. Cuvet chứa
mẫu phân tích sẽ được nung nóng đỏ, mẫu sẽ được hóa hơi và nguyên tử hóa
tạo ra đám hơi nguyên tử để hấp thụ bức xạ đơn sắc tạo ra phổ hấp thụ nguyên
tử.

-

Có bốn gian đoạn kế tiếp nhau trong thời gian nguyên tử hóa mẫu

1- Sấy khô mẫu
-

Là giai đoạn đầu tiên của quá trình nguyên tử hóa mẫu. Nó rất quan trọng để
bảo đảm cho dung môi bay hơi mà không làm mất mẫu. Nhiệt độ và thời gian
sấy rát quan trọng và phụ thuộc vào bản chất của các chất trong mẫu. Với mẫu

vô cơ nhiệt độ thích hợp là 100-150oC trong 25 -40 giây. Với mẫu có chất hữu
cơ thì nhiệt độ thích hợp là nhỏ hơn 100oC

2- Tro hóa mẫu
-

Là giai đoạn thứ hai của quá trình nguyên tử hóa mẫu, là sự đốt cháy các hợp
chất hữu cơ trong mẫu sau khi đã sấy khô.

-

Tro hóa mẫu ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ giới hạn sẽ cho kết quả tốt hơn.
Nhưng với các nguyên tố bền nhiệt (hoặc tạo ra hợp chất bền nhiệt) thì nhiệt đô
tro hóa mẫu tương đối cao.
Một số ví dụ về nhiệt độ sấy, tro hóa, và nguyên tử hóa mẫu.
Nguyên tố

Nhiệt độ sấy (oC)

Al
Ba
Be
Ca
Cu
Fe
Pb
Mg
Mn
Si

Na
Sr
Zn
Co
Cr

130
150
130
130
120
120
100
150
130
150
139
130
110
110
110

Nhiệt độ tro hóa
(oC)
1100
1100
1100
1100
650
1000

600
1100
1000
1200
800
1100
600
1100
1100

Nhiệt độ nguyên
tử hóa (oC)
2850
2900
2750
2800
2650
2700
2500
2850
2700
2850
2200
2800
2500
2750
2750

3- Nguyên tử hóa đo cường độ vạch phổ
-

Là giai đoạn cuối cùng của quá trình nguyên tử hóa mẫu, là giai đoạn quyết
định cường độ của vạch phổ và cũng bị ảnh hưởng bởi hai giai đoạn sấy mẫu và
tro hóa mẫu.

-

Giai đoạn nguyên tử hóa mẫu được thực hiện trong thời gian rất ngắn 3-6 giây
và phải tăng nhiệt độ lên rất cao đến nhiệt độ nguyên tử hóa và thực hiện phép
đo cường độ vạch phổ.

4- Làm sạch cuvet
4.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng
1- Môi trường khí trơ để thực hiện quá trình nguyên tử hóa mẫu. Môi trường trơ
là để tránh trường hợp các kim loại có thể tạo ra các oxid bền.
- tốc độ dẫn và thành phần khí trơ cũng có ảnh hưỡng đến kết quả, khí argon được
xem là tốt nhất sau đó là ni tơ.
-

Tốt nhất là giữ cho tốc độ dẫn khí không đổi trong lúc đo vạch phổ hoặc có thể
tắt khí môi trường trong giai đoạn nguyên tử hóa để đo cường độ vạch phổ.

2- Công suất đốt nóng ở cuvet. Cường độ vạch sẽ tăng khi tăng công suất đốt nóng
cuvet, nhưng đến một giới hạn (>6kW) thì cường độ vạch sẽ gần như không
đổi.
3- Tốc độ đốt nóng cuvet
4- Chất liệu làm cuvet. Cuvet loại graphit hoạt hóa toàn phần thường cho kết quả
tốt nhất, độ nhạy cao,và ổn định.
4.3.5 Các quá trình trong cuvet graphit

-

Các quá trình xảy ra trong cuvet rất phức tạp và được chia thành ba giai đoạn
liên tiếp nhau: chuẩn bị; nguyên tử hóa mẫu; và đo cường độ vạch phổ. Xảy ra
theo hai cơ chế.

-

Ban đầu là sự bay hơi của dung môi (sấy mẫu) được quyết định bởi nhiệt độ và
thời giai tiến hành.

-

Tiếp theo là sự tro hóa mẫu, là quá trình đốt cháy các chất hữu cơ và mùn tạo
thành khí cacbonic, cacbonmono oxid, và hơi nước để lại bã vô cơ của mẫu.

-

Đến giai đoạn nguyên tử hóa mẫu thì có thể xảy ra theo hai hướng (hai cơ chế)
sau:

* Cơ chế 1:
Nếu năng lượng hóa hơi của chất bé hơn năng lượng nguyên tử hóa, chất sẽ hóa
hơn ở dạng phân tử sau đó mới phân ly thành nguyên tử. Các muối halogenua;
acetat; oxid... theo cơ chế này. Cơ chế này có độ nhạy cao và ổn định.
MnAm(l) MnAm(k)  nM(k) + mA (k)
M (k) + hν phổ AAS
* Cơ chế 2:
Nếu năng năng lượng hóa hơi của chất lớn hơn năng lượng nguyên tử hóa, chất sẽ
phân ly thành nguyên tủ trước và nguyên tử sẽ hóa hơi sau. Cơ chế này không ổn

định và có độ nhạy kém hơn (1) nên người ta thường thêm vào mẫu các muối
halogenua, acetat của kim loại kiềm vào để chuyển sang cơ chế 1
MnAm(l)  nM(l)+ mA(l)
M(l)  M(k)
M(k)+ hν  phổ AAS
-

Ngoài ra còn có các quá trình phụ khác làm ảnh hưởng kết quả phân tích như:
+ Sự tạo thành cacbua kim loại
+ Sự khử oxid kim loại bởi carbon

4.3.6 Trang bị để nguyên tử hóa mẫu
1- Bộ phận đựng mẫu để nguyên tử hóa là cuvet graphit.
2- Nguồn năng lượng để nung nóng đỏ cuvet và giá đỡ cuvet. Phần này bao gồm
bốn giai đoạn: sấy, tro hóa, nguyên tử hóa mẫu, và làm sạch cuvet. Nguồn năng
lượng có công suất cực đại từ 3,5- 7,5 KW, cường độ dòng từ 50- 600 A, thế
thấp hơn 12 V.
4.3.7 Tối ưu các điều kiện cho phép đo không ngọn lửa
-

Thời giai, nhiệt độ nung nóng cuvet của các giai đoạn sấy mẫu, tro hóa mẫu, và
nguyên tử hóa mẫu để đo được cường độ vạch phổ tốt nhất.
Khí trơ để tạo môi trường trơ, tốc độ dẫn khí.
Công suất, tốc độ đốt nóng cuvet để nguyên tử hóa mẫu.
Làm sạch cuvet.
Lượng mẫu và cách đưa mẫu vào cuvet.
Chất nền của mẫu phân tích và các mẫu chuẩn cần phải được pha chế và chuẩn
cho đồng nhất.
Môi trường acid và loại acid pha chế mẫu và làm môi trường cho dung dịch

mẫu chuẩn và mẫu phân tích.
Ngoài ra còn các yếu tố ảnh hưởng sau đây cần được xem xét: ảnh hưởng về
phổ, ảnh hưởng về vật lý, ảnh hưởng hóa học của thành phần trong mẫu, và ảnh
hưởng của thành phần nền của mẫu.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Trần Tứ Hiếu, Từ Vọng Nghi, Nguyễn Văn Ri, Nguyễn Xuân Trung(2003) Các
phương pháp phân tích công cụ- ĐHQG Hà Nội,Trường ĐHKH TN.
[2] Phạm Luận (2003), Phương pháp phân tích phổ nguyên tử - NXBĐHQG Hà Nội.

NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VÀ CÁC KĨ THUẬT NGUYÊN TỬ HÓA MẪU CỦA PHÉP ĐO AAS

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về