PHƯƠNG PHÁP đo PHỔ hấp THỤ NGUYÊN tử AAS

ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
KHOA VẬT LÝ _BỘ MÔN QUANG - QUANG PHỔ

BÀI TIỂU LUẬN
ĐỀ TÀI: PHƯƠNG PHÁP ĐO PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ AAS
Nhóm thực hiện: Nhóm I

Huế, ngày 01 tháng 12 năm 2011

0


MỤC LỤC

Tiêu đề

trang

I. MỞ ĐẦU ................................................................................................. 2
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP AAS .......................... 3
2.1 Hiện tượng hấp thụ nguyên tử ...................................................... 3
2.2 PPPT AAS định tính và định lượng.............................................. 3
2.2.1 Phương pháp phân tích AAS định tính ............................... 3
2.2.2 Phương pháp phân tích AAS định lượng ............................ 4
2.3 Ưu và nhược điểm của phương pháp phân tích AAS ................. 6
III . KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM .......................................................... 7
3.1 Cấu tạo, hoạt động của hệ đo AAS ............................................... 7
3.2 Cách thực hiện phép phân tích AAS hoàn chỉnh ........................ 9
IV . VÍ DỤ ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH AAS ................ 11
V. NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP AAS ............................. 15

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................... 16

1


I. MỞ ĐẦU

Phương pháp AAS được viết tắt từ phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
(Atomic Absorptional Spectroscopy).
Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử là một trong những phương pháp tốt
nhất để xác định các nguyên tố kim loại, với độ nhạy lớn và độ chính xác
cao.
Phương pháp dựa trên sự hấp thụ các bức xạ đặc trưng bởi đám hơi nguyên
tử. Hiện tượng hấp thụ nguyên tử được ghi nhận đầu tiên bởi Wollaston và
Praunhofh, được giải thích bởi Bussen và Kirchhoff.

2


II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP AAS

2.1 Hiện tượng hấp thụ nguyên tử:
+ Trong điều kiện bình thường nguyên tử không thu hay phát ra năng lượng
dưới dạng bức xạ. Lúc này nguyên tử tồn tại ở trạng thái cơ bản. Nếu
nguyên tử nhận năng lượng dưới dạng nhiệt thì nguyên tử sẽ chuyển lên
trạng thái có năng lượng cao hơn, gọi là trạng thái kích thích, trạng thái kích
thích này không bền, chỉ khoảng 10-8 ÷ 10-9 s, sau đó nguyên tử có xu hướng
trở về trạng thái có mức năng luợng thấp hơn, khi này nguyên tử sẽ giải
phóng năng lượng dưới dạng bức xạ điện từ có bước sóng khác nhau nằm
trong dải phổ quang học.

+ Trong trường hợp đặc biệt, khi nguyên tử tồn tại ở trạng thái hơi tự do nếu
ta chiếu một 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. Lúc này nguyên tử đã nhận năng
lượng của các tia bức xạ chiếu vào nó và nó chuyển lên trạng thái kích thích.
+ Quá trình đó gọi là quá trình hấp thụ năng lượng của nguyên tử tự do ở
trạng thái hơi.
+ Phổ sinh ra trong quá trình này gọi là phổ hấp thụ nguyên tử.

2.2 Phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử định tính
và định lượng:
2.2.1 Phương pháp phân tích AAS định tính:
+ Do mỗi một nguyên tử hay một tập hợp các nguyên tử có dấu hiệu phổ
riêng biệt, được quyết định bởi chính bản thân cấu trúc và trạng thái vật lý
của chúng nên căn cứ vào quang phổ thu được chúng ta có thể đoán nhận
khái quát về thành phần cấu tạo của mẫu phân tích.
+ Dựa trên cơ sở là các nguyên tử tạo ra trong bộ nguyên tử hóa mẫu hấp
thụ hay không hấp thụ tia cộng hưởng phát ra từ đèn catốt rỗng làm bằng
một nguyên tố nào đó để nhận biết trong mẫu phân tích có hay không
nguyên tố đó.

3


2.2.2 Phương pháp phân tích AAS định lượng:
+ Để xác định nồng độ (hàm lượng) của một nguyên tố trong mẫu phân tích
theo phép đo phổ hấp thụ nguyên tử người ta thường thực hiện theo các
phương pháp sau đây:
+ Dựa theo phương trình định lượng cơ bản của phép đo này qua việc đo
cường độ của vạch phổ hấp thụ của nguyên tố phân tích và xác định (hay

phát hiện) nồng độ của chất phân tích trong mẫu đo phổ theo một trong các
phương pháp chuẩn hóa sau:
-Phương pháp đường chuẩn.
-Phương pháp thêm tiêu chuẩn.
* Phương pháp đường chuẩn:
Nguyên tắc của phương pháp này là chọn một dãy mẫu đầu (ít nhất là
ba mẫu) để xây dựng nên một đường chuẩn, và sau đó nhờ đường chuẩn này
và giá trị Ix để xác định nồng độ Cx của nguyên tố cần phân tích trong mẫu
đo phổ, rồi từ đó tính được nồng độ của nó trong mẫu phân tích.
Ví dụ: ta chọn dãy mẫu đầu gồm 5 mẫu C1, C2, C3, C4, C5, mẫu cần
phân tích là Cx. Chọn điều kiện phù hợp rồi ta tiến hành đo cường độ phổ
hấp thụ đặc trưng của nguyên tố trong mẫu của mẫu đầu và mẫu cần phân
tích, ta thu được I1, I2, I3, I4, I5 và Ix ( cường độ phổ hấp thụ đặc trưng của
mẫu cần phân tích).

4


Từ đồ thị chuẩn trên và từ cường độ Ix ta đối chiếu và xác định được
nồng độ Cx.
Phương pháp này đơn giản, dễ thực hiện, có hiệu suất cao trong việc
phân tích hàng loạt mẫu chứa cùng một đối tượng phân tích. Tuy nhiên
phương pháp này có nhược điểm là khi mẫu phân tích có thành phần phức
tạp và chưa biết rõ ta không thể chuẩn bị chính xác ba mẫu đầu để có đường
chuẩn đúng đắn.
* phương pháp thêm tiêu chuẩn:
Nguyên tắc của phương pháp này là người ta dùng ngay mẫu phân
tích làm nền để chuẩn bị một dãy mẫu đầu, bằng cách lấy một lượng mẫu
nhất định và gia thêm vào đó những lượng nhất định của nguyên tố cần xác
định theo từng bậc nồng độ (theo cấp số cộng).

Ví dụ: Nồng độ yếu tố cần phân tích là Cx=Co và lượng thêm vào là
∆C1, ∆C2, ∆C3, ∆C4, ∆C5 ta có loạt mẫu đầu có nồng độ yếu tố cần phân
tích là:
Co = Cx

C1 = Cx + ∆C1

C2 = Cx + ∆C2

C3 = Cx + ∆C3

C4= Cx + ∆C4

C5 = Cx + ∆C5

Tiếp đó ta xác định cường độ phổ đặc trưng của mẫu đầu và dựng lên
đường chuẩn I-∆C.

5


Đường chuẩn này cắt trục tung tại điểm (Io ,O). Để xác định nồng độ
chưa biết chúng ta làm như sau:
ü Cách I: kéo dài đường chuẩn về phía trái nó cắt trục hoành tại điểm Cx , từ đó ta có được Cx =|-Cx|.
ü Cách II: từ O vẽ đường // với đường chuẩn, từ Io kẻ đường // trục
hoành, hai đường cắt nhau tại M, từ M hạ đường vuông góc cắt trục
hoành tại điểm Cx . Như vậy ta tìm được giá trị Cx.
Phương pháp thêm tiêu chuẩn có những ưu điểm là: Quá trình chuẩn
bị mẫu dễ dàng, không cần nhiều hóa chất tinh khiết cao để chuẩn bị dãy
mẫu đầu, Loại trừ hoàn toàn ảnh hưởng về thành phần của mẫu cũng như

cấu trúc vật lí của các chất tạo thành mẫu.

2.3 Ưu và nhược điểm của phương pháp phân tích AAS:
* Ưu điểm:
Phép đo phổ nguyên tử có độ nhạy và độ chọn lọc cao, tốn ít mẫu
phân tích, thời gian phân tích nhanh. Các động tác thực hành thực hiện nhẹ
nhàng, nhanh chóng. Bằng phương pháp này ta có thể xác định đồng thời
hay liên tiếp nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu. Kết quả phân tích ổn
định, sai số nhỏ.
* Nhược điểm:
Muốn đo phổ hấp thụ nguyên tử cần phải có một hệ thống máy móc
tương đối đắt tiền. Do cần có độ nhạy cao nên sự nhiễm bẩn có ý nghĩa lớn
đối với kết quả phân tích hàm lượng. Môi trường không khí phòng thí
nghiệm phải không có bụi. Các dụng cụ và hóa chất dùng trong phép đo
phải có độ tinh khiết cao. Vì có độ nhạy cao nên các trang bị máy móc là
khá tinh vi và phức tạp, do đó cần phải có kĩ sư lành nghề để bảo dưỡng và
chăm sóc. Nhược điểm chính là chỉ cho ta biết thành phần nguyên tố của
chất phân tích có trong mẫu phân tích, mà không chỉ ra được trạng thái liên
kết, cấu trúc của nguyên tố có trong mẫu.

6


III. KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM
3.1Cấu tạo, hoạt động của hệ đo phổ hấp thụ nguyên tử:
* Cấu tạo của hệ đo phổ hấp thụ nguyên tử:

Muốn thực hiện phép đo phổ hấp thụ thì hệ đo phổ hấp thụ nguyên tử phải
bao gồm các bộ phận chính sau:
+ Nguồn phát tia bức xạ cộng hưởng của nguyên tố cần phân tích: Dùng

để chiếu vào môi trường hấp thụ chứa các nguyên tử tự do của nguyên tố.
Đó là các đèn catốt rỗng (HCL), các đèn phóng điện không điện cực (EDL),
hay nguồn phát bức xạ liên tục đã được biến điệu.
+ Hệ thống nguyên tử hóa mẫu phân tích: Hệ thống này được chế tạo
theo hai loại kĩ thuật nguyên tử hóa mẫu. Đó là kĩ thuật nguyên tử hóa bằng
ngọn lửa và kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa.

7


Trong kĩ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa, hệ thống này bao gồm:
Bộ phận dẫn mẫu vào buồng aerosol hóa và thực hiện quá trình aerosol
hóa mẫu (tạo thể sol khí) và đầu đốt để nguyên tử hóa mẫu, để đốt cháy
hỗn hợp khí có chứa mẫu ở thể huyền phù sol khí như hình sau:

Ngược lại, khi nguyên tử hóa mẫu bằng kĩ thuật không ngọn lửa,
người ta thường dùng một lò nung nhỏ bằng graphit (cuvet graphit) hay
thuyền Tangtan (Ta) để nguyên tử hóa mẫu nhờ nguồn năng lượng điện có
thế thấp (nhỏ hơn 12 V) nhưng nó có dòng rất cao (50-800 A).
+ Hệ thống máy quang phổ hấp thụ hay là bộ đơn sắc: Bộ đơn sắc, có
nhiệm vụ lọc, phân li và chọn tia sáng (vạch phổ) cần đo, định hướng tia
sáng vào nhân quang điện để phát hiện, biến đổi tín hiệu quang thu được.
+ Bộ phận biến đổi quang điện: là bộ phận biến đổi tín hiệu quang thành
tín hiệu điện, để dễ khuếch đại và lưu trữ tín hiệu.
+ Bộ phận ghi nhận, xử lý tín hiệu: Bộ phận này có thể là các trang bị sau:
Đơn giản nhất là một điện kế chỉ năng lượng hấp thụ E của vạch phổ; Một
máy tự ghi lực của vạch phổ; Bộ hiện số digital; Bộ máy tính và máy in; Với
các máy hiện đại còn có thêm một microcomputer và hệ thống phần mềm để
điều khiển quá trình đo và xử lý tín hiệu thu được.

8


3.2 Cách thực hiện phép phân tích AAS hoàn chỉnh:
Để tiến hành đo ta tiến hành các bước sau đây:
*Chuẩn bị thiết bị AAS:
ü Xem xét tính trạng của máy, các đường điện, khí axetylen, N2O.
ü Bật máy vào chế độ làm việc.
ü Chọn các điều kiện tối ưu (tỷ lệ khí đốt N2O+ axetylen dòng điện …).
ü Cài đặt các điều kiện phân tích theo hướng dẫn của từng máy.
ü Ổn định máy, ổn định nhiệt độ trong vòng 15 phút.
*Trình tự phân tích:
ü Dựng đường chuẩn.
ü Pha chế dung dịch chất chuẩn chứa các nguyên tố cần xác định từ
chất chuẩn phức tương ứng với nồng độ khác nhau trong dung môi,
dựng đường chuẩn cho từng nguyên tố phân tích trên máy AAS ở
điều kiện tối ưu tham khảo trong các hướng dẫn.
ü Đo phổ AAS của mẫu phân tích pha trong dung môi với tỉ lệ tương
ứng như đối với chất chuẩn.
ü Ghi chép kết quả thể hiện trên máy tính.
ü Sau khi kết thúc các phép đo đưa máy về trạng thái ban đầu, sau đó
khóa các đường khí và tắt máy.
*Tính toán kết quả:
Sau khi đã nhận được các số liệu kết quả trên máy. Nồng độ các nguyên tố
cần xác định được tính toán theo công thức sau:
+Công thức tính cho mẫu lỏng (mg/l):
Me =

Trong đó:

A(C + B)
(mg / l )
C

-A: nồng độ kim loại được xác định theo đường chuẩn mg/l.
-B: lượng dung môi pha loãng (ml).
-C: định mức mẫu phân tích (ml).

9


+công thức sau cho mẫu rắn (mg/kg):
Me =

Trong đó:

A.V
W

-V: định mức mẫu (ml).
-W: khối lượng mẫu (g).
-A: nồng độ chất phân tích theo đường chuẩn (mg/l).

+Tính toán nồng độ nguyên tố trong mẫu phân tích bằng phương pháp
lò Grafit theo công thức sau:

Trong đó:

Z (C + B)
(mg / L)

C

-C: định mức mẫu phân tích (ml).
-B: thể tích dung môi pha loãng (ml).
-Z: nồng độ nguyên tố theo đường chuẩn (mg/L).

10


IV. VÍ DỤ ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH AAS
Áp dụng phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử để xác định hàm
lượng thủy ngân trong thủy sản.
1. Nguyên tắc:
Mẫu thủy sản được vô cơ hóa bằng axit HNO3 đậm đặc trong bình phá
mẫu có nắp vặn kín (bình Kendal). Sau đó ta thu được hợp chất vô cơ có
chứa Hg, ta tiến hành Hydrit hóa hợp chất đó bằng dòng khí Hydro cho ta
Hydrit thủy ngân (HgH2) dễ bay hơi.
Kỹ thuật được sử dụng để phân tích Hg là kỹ thuật CV-AAS (phương
pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử bằng kỹ thuật hóa hơi lạnh). Ở nhiệt độ
phòng thì Hg tồn tại ở thể lỏng, ở trạng thái hơi thì Hg tồn tại ở trạng thái
đơn nguyên tử. Cho nên thay vì sử dụng nhiệt độ cao để nguyên tử hóa Hg
từ các hợp chất của Hg, người ta sử dụng các chất khử mạnh để khử trực
tiếp hợp chất Hg2+ về Hg0 dễ bay hơi.
Ví dụ: Khử Hg2+ về Hg0 bằng quá trình Hydrit hóa bằng dòng khí Hydro:
4H + HgCl2 = HgH2 + 2HCl
HgH2 à Hg + H2
2. Phương pháp tiến hành:
(Phương pháp phân tích định lượng được sử dụng là phương pháp đường
chuẩn)
2.1 chuẩn bị mẫu:

* Dung dịch mẫu chuẩn:
- dung dịch gốc: hòa tan 1g thủy ngân trong 1000ml axit H2SO4 nồng độ 1N.
- dung dịch trung gian: pha loãng 1ml dung dịch gốc thành 1000ml bằng
dung dịch axit H2SO4 nồng độ 1N.
- dung dịch chuẩn làm việc: pha loãng dung dịch trung gian thành dung dịch
chuẩn làm việc có hàm lượng thủy ngân lần lượt là 2, 4, 6, 8 ,10 mg/l bằng
dung dịch axit HNO3 nồng độ 1N.

11


* Dung dịch mẫu phân tích:
Cho 1g mẫu khô vào bình Kendal, thêm 5ml axit HNO3 đậm đặc rồi vặn
chặt nắp đậy kín bình lại để yên từ 20-30 phút. Sau đó, đun nóng chậm trên
bếp điện cho đến khi thu được dung dịch trong suốt. Chuyển dung dịch mẫu
vào bình chịu nhiệt và đun nóng trên bếp điện đến cạn khô, hòa tan cặn bằng
1ml nước cất ta thu được dung dịch mẫu để tiến hành phân tích.
2.2 Tiến hành phân tích:
+Ghép nối hoàn chỉnh các thiết bị của hệ đo phổ hấp thụ nguyên tử .
+Tối ưu hóa các điều kiện làm việc trên máy quang phổ hấp thụ nguyên
tử, sử dụng bức xạ kích thích có bước sóng 253,7nm, độ nhạy là 0,1ppm,
chế độ đo là CV-AAS.
+Tiến hành đo phổ hấp thụ của các mẫu chuẩn có hàm lượng thuỷ ngân
lần lượt là 2, 4, 6, 8 ,10 mg/l. Từ đó xác định độ hấp thụ A tương ứng thông
qua các đỉnh hấp thụ trong phổ hấp thụ nguyên tử vừa đo của các mẫu
chuẩn.

12

+Từ đó ta dựng được đường chuẩn A – C. được minh họa như hình 2. dưới
đây:

+Khi đường chuẩn có độ tuyến tính tốt rồi thì ta tiến hành đo để xác định
độ hấp thụ Ax của mẫu cần phân tích thông qua phổ hấp thụ của nó. Phổ hấp
thụ của mẫu cần phân tích được minh họa ở hình 3.

13


Từ kết quả Ax và đường chuẩn ta tìm được nồng độ Cx thủy ngân trong mẫu
cần phân tích.
3. Tính toán kết quả:
Hàm lượng thủy ngân trong mẫu được tính theo công thức sau:

Trong đó:

喸h

喸h

+ CHg là hàm lượng thủy ngân có trong mẫu (mg/g).
+ mHg là hàm lượng thủy ngân có trong dung dịch mẫu tính được theo
đường chuẩn (mg/l).
+ V là thê tích dung dịch để hòa tan mẫu phân tích.
+ M là khối lượng mẫu phân tích.

14

V. NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHỔ HẤP
THỤ NGUYÊN TỬ
+ Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử có độ nhạy và độ chọn lọc cao. Đặc biệt
hiệu quả trong phân tích các nguyên tố vi lượng…
+ Từ nhiều ứng dụng ta nhận thấy phương pháp AAS là một kỹ thuật phân
tích hóa-lý, đang phát triển mạnh mẽ và rộng rãi.
+ Hiện nay phương pháp AAS đã trở thành một phương pháp tiêu chuẩn để
phân tích lượng vết kim loại trong nhiều đối tượng khác nhau như: đất,
nước, không khí, thực phẩm…
+ Hiện nay trong lĩnh vực bảo vệ môi trường, phương pháp này là một trong
những công cụ đắc lực để xác định hàm lượng các kim loại nặng và những
nguyên tố độc hại trong tự nhiên và trong các sản phẩm khác nhau.

15


TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Các phương pháp phân tích theo phổ hấp thụ nguyên tử_Phạm Luận,
Trường đại học tổng hợp Hà nội 1987.
2. Phân tích hợp chất bằng phương pháp đo phổ
/>3. Các phương pháp phân tích Vật lý và Hóa lý, Nhà xuất bản Khoa học
Kĩ thuật.
4. />%B1ng_ph%C6%B0%C6%A1ng_ph%C3%A1p_AAS

16