Sử dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF AAS) để phân tích (xác định) lượng vết crom trong mẫu sinh học

MỞ ĐẦU
Xã hội ngày một phát triển, nhu cầu của con người ngày càng cao. Sự tăng trưởng
mạnh của nền kinh tế đã đưa nhu cầu của con người từ mong muốn “ăn no, mặc đủ” lên “ăn
ngon, mặc đẹp”. Vì thế nhu cầu về thực phẩm sạch, đảm bảo sức khỏe đã trở thành nhu cầu
thiết yếu, cấp bách và được xã hội quan tâm hàng đầu. Ở nước ta, sự bùng nổ dân số cùng
với tốc độ đô thị hoá, công nghiệp hoá nhanh chóng đã tạo ra một sức ép lớn tới môi trường
sống Việt Nam . Vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm đối với nông sản nhất là rau xanh đang
được cả xã hội quan tâm.
Rau xanh là nguồn thực phẩm cần thiết và quan trọng không thể thiếu được trong
mỗi bữa ăn hàng ngày, là nguồn cung cấp vitamin, khoáng chất, vi lượng, chất xơ, cho cơ
thể con người không thể thay thế được. Ngoài ra, rau còn được dùng như một loại thuốc
chữa các bệnh thông thường: nước rau má giúp giải nhiệt, rau ngải cứu giúp an thai, rau
diếp cá dùng để hạ sốt, rau muống giúp cầm máu. Tuy nhiên, hiện nay nhiều khu vực trồng
rau đang có nguy cơ bị ô nhiễm do chất thải của các nhà máy, xí nghiệp cùng với việc sử
dụng phân bón một cách thiếu khoa học dẫn đến một số loại rau có thể bị nhiễm các kim
loại nặng, có ảnh hưởng đến sức khoẻ con người. Các nguyên tố thuộc nhóm kim loại nặng
như Cr, Pb, Cd gây độc hại đối với cơ thể con người tuỳ thuộc vào hàm lượng của chúng.
Một số khác như Cu, Fe, Zn là những nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ thể con người.
Tuy nhiên khi hàm lượng của chúng vượt quá ngưỡng cho phép chúng bắt đầu gây độc.
Thời gian gần đây, vấn đề rau sạch đang là vấn đề nóng bỏng được nhiều cơ quan môi
trường và Xã hội quan tâm: Theo báo Lao Động số 288 Ngày 12/12/2008 thì Trung bình
33km2 mới có 1 điểm bán rau an toàn. Theo Chi cục Bảo vệ thực vật Hà Nội, đến thời điểm
này, sản lượng rau an toàn của toàn thành phố hàng năm chỉ đáp ứng được gần 14% nhu cầu
rau xanh của người dân thủ đô. Như thế, việc điều tra, đánh giá chất lượng rau sạch trở nên
vô cùng cấp thiết. Một trong các chỉ tiêu dùng để đánh giá độ an toàn của thực phẩm nói
chung và rau sạch nói riêng là chỉ tiêu về hàm lượng các kim loại nặng.
Nhằm mục đích phục vụ sức khỏe con người và bảo vệ môi trường, nhằm đóng góp
cho chương trình nhà nước về nghiên cứu và điều tra điều kiện dinh dưỡng của người Việt
nam, trong bản luận văn này chúng tôi nghiên cứu việc sử dụng phương pháp phổ hấp thụ
nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS) để phân tích (xác định) lượng vết crom trong mẫu
sinh học.

1


Chương 1 - TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về nguyên tố Crom.[18]
Crom là một nguyên tố thuộc phân nhóm VIB, chu kỳ 4 trong bảng hệ thống tuần
hoàn, có cấu hình lớp electron ngoài cùng: 3d5 4s1.
Crom được ký hiệu là Cr, số thứ tự nguyên tử là 24, nguyên tử lượng Crom là 51,996
đvC, Crom có số oxi hoá đặc trưng nhất là +3 và kém đặc trưng hơn là +6. Ngoài ra, trong
hợp chất Crom còn có các số oxi hoá: +1; +2; +4; +5.
Trữ lượng trong thiên nhiên của Crom là 6.10-3 % tổng số nguyên tử trong vỏ trái đất,
nghĩa là tương đối phổ biến. Khoáng vật chính của Crom là sắt cromit Fe(CrO2)2.
Crom được sử dụng trong luyện kim, trong mạ điện hoặc trong nhuộm màu, thuộc
da… Các hợp chất cromat thường thêm vào nước mặn để ức chế sự ăn mòn kim loại.
Trong nước tự nhiên, Cr3+ tồn tại ở dạng Cr(OH)2+, Cr (OH ) − , còn Cr(IV) tồn tại ở
dạng CrO 24 − , và Cr2 O 72 − . Người ta cho rằng Cr3+ tạo phức bền với các amin và nó được
bám vào các khoáng sét. Crom được coi là không cần thiết cho cây trồng nhưng lại là
nguyên tố cần thiết cho động vật.
Crom kim loại được điều chế bằng các phương pháp nhiệt nhôm, dùng bột nhôm khử
Crom(III) oxit.
Cr2O3 + 2Al = 2Cr + Al2O3
Crom thu được chứa 97,99% Cr và tạp chất sắt.
1.2.Tính chất của Cr [ 9]
1.2.1. Tính chất vật lý:
Về mặt lý học, crom thể hiện rõ rệt tính chất kim loại. Nó là kim loại màu trắng bạc
có ánh kim, dẫn điện và nhiệt tốt. Crom tinh khiết dễ chế hoá cơ học nhưng khi lẫn tạp chất
thì trở nên cứng và giòn. Vì vậy, kim loại Crom kỹ thuật rất cứng. Việc đưa crom vào thép
làm tăng độ cứng, độ bền nhiệt, độ bền ăn mòn, và độ bền hoá chất của các loại thép đặc
biệt. Thép dụng cụ chứa 3% ÷ 4% Cr, thép không rỉ chứa 18% ÷ 25% Cr.

Một số hằng số vật lý quan trọng của Cr:
•

Nhiệt độ nóng chảy (Tnc): 1890oC

2


•

Nhiệt độ sôi

(Ts): 3390oC

•

Thế điện cực

(Eo): -0,91V

•

Độ âm điện theo paoling: 1,6

•

Bán kính nguyên tử

: 1,27 Ao

•

Năng lượng iôn hoá

: 6,77 eV

1.2.2. Tính chất hoá học:
Crom là chất khử giống như Al, trên bề mặt được bao phủ màng oxit mỏng, bền với
không khí. Crom không phản ứng trực tiếp với H2, ở điều kiện thường không phản ứng với
O2 nhưng khi đốt cháy trong không khí tạo thành Cr2O3
4Cr(rắn) + 3O2 = 2Cr2O3

∆H = - 1141 KJ/mol

Tuy nhiên ở nhiệt độ cao, Crom phản ứng với nhóm Halogen. Thế điện cực tiêu
chuẩn của Crom E oCr 2+ / Cr = - 0,91 (V). Crôm khử được H+ trong các dung dịch HCl,
H2SO4 loãng, nóng giải phóng H2.
Cr + 2H+ = Cr2+ + H2
Crom bị thụ động trong axit HNO3 và H2SO4 đặc nguội. Crom không tác dụng với
nước do có lớp oxit bảo vệ. Crom tan được trong dung dịch kiềm.
Cr + NaOH + H2O = NaCrO2 + 3/2 H2
Crom tác dụng với muối của những kim loại có thế tiêu chuẩn cao hơn tạo thành
muối Cr(II)
Cr + Cu2+ = Cr2+ + Cu
1.2.3. Các hợp chất của Crom
1.2.3.1. Hợp chất Cr(II)
Các hợp chất của Cr(II) đều có tính khử như CrO ở 1000oC bị khí H2 khử thành crom
kim loại.
Còn Crom(II) hiđroxit thể hiện tính khử mạnh hơn
2Cr(OH)2 + O2 (kk) = 2Cr(OH)3

Và dễ bị oxi hoá thành Cr (III). Ví dụ:

3


4CrCl2 + 4HCl + O2 = 4CrCl3 + 2H2O
Muối Cr(II) ít bị thuỷ phân E Cr 3+ / Cr 2+ = - 0,41 (V), các muối tan được trong nước
cho iôn hiđrat hoá [Cr(H2O)6]2+ có màu xanh lam.
1.2.3.2. Hợp chất Cr(III)
Các hợp chất của Cr(III) bền hơn hợp chất của Cr(II) và có nhiều ứng dụng thực tế.
a. Cr(III) oxit:
Là hợp chất bền nhất của crom, nó nóng chảy ở 2265oC và sôi ở 3027oC. Cr2O3 trơ
về mặt hoá học, nhất là sau khi đã nung nóng, nó không tan trong nước, dung dịch axit và
dung dịch kiềm. Tính lưỡng tính của Cr2O3 chỉ thể hiện khi nấu chảy với kiềm hay Kali
hiđrô sunfat.
Cr2O3 + 2KOH = 2KCrO2 + H2O
Cr2O3 + 6KHSO4 = Cr2(SO4)3 + 3K2SO4 + 3H2O
b. Cr(III) hiđroxit:
Cr(OH)3 có tính chất giống với nhôm hiđrôxit, nó là kết tủa nhầy, màu lục nhạt,
không tan trong nước và là chất lưỡng tính. Khi mới điều chế Cr(III) hiđroxit tan dễ dàng
trong axit và dung dịch kiềm.
Cr(OH)3 + 3H3O+ = [Cr(H2O)6]3+
−

Cr(OH)3 + OH − + nH2O = [Cr (OH) 4 (H 2 O) 2 ]

Tất cả những ion này được gọi chung là hiđroxo Cromit, nó luôn kém bền, khi đun
nóng trong dung dịch đã phân huỷ tạo thành kết tủa Cr(OH)3. Sở dĩ như vậy là vì Cr(OH)3
có tính axit yếu hơn Al(OH)3.
Cr(III) hiđrôxit tan không đáng kể trong dung dịch NH3 nhưng tan dễ dàng trong

amoniac lỏng tạo thành phức hecxanano.
Cr(OH)3 + 6NH3 = [Cr(NH3)6](OH)3
c. Muối Crom(III):
Người ta đã biết được nhiều muối Crom(III) nhưng muối này độc với người. Nhiều
muối Crom(II) cũng có cấu tạo và tính chất giống với muối nhôm(III). Bởi vì các ion

4


Cr3+(0,57Ao) và Al3+(0,61Ao) có kích thước gần nhau. Dung dịch muối Crom(III) có màu
tím ở nhiệt độ thường, nhưng có màu lục khi đun nóng, màu tía đỏ là màu đặc trưng của ion
[Cr(H2O)6]3+
Muối Crom (III) có tính thuận từ, rất bền trong không khí khô và bị thuỷ phân mạnh
hơn muối Cr(II). Trong môi trường axit, ion Cr3+ có thể bị khử đến Cr2+ bởi kẽm, nhưng
trong môi trường kiềm nó có thể bị H2O2, PbO2, nước clo, nước brôm oxi hoá đến Cromat.
2CrCl3 + 10KOH + 3H2O2 = 2K2CrO4 + 6KCl + 8H2O
Do có bán kính bé và điện tích lớn, ion Cr3+ là một trong những chất tạo phức mạnh
nhất, nó có thể tạo nên phức bền với hầu hết phối tử đã biết. Tuy nhiên, độ bền của các phức
chất Cr(III) còn tuỳ thuộc vào bản chất của phối tử và cấu hình của phức chất.
Trong dung dịch, Cr(III) clorua có thể kết hợp với clorua kim loại kiềm tạo nên phức
chất màu đỏ hồng.
CrCl3 + 3KCl = K3[CrCl6]
Vì trạng thái oxi hoá trung gian, ion Cr3+ vừa có tính chất oxi hoá (trong môi trường
axit), vừa có tính khử (trong môi trường bazơ).
Người ta đã biết nhiều các phức số phối tử hai, ba, bốn nhân của Cr(III), trong đó có
thể có các phân tử trung hòa NH3, - NH2, − CH2 – CH2 – NH2, hoặc gốc axit SO 24 − ,

C 2 O 24 − , SeO 24 − , CH 3COO − ...
1.2.3.3. Hợp chất Cr(VI)
Các hợp chất Cr(VI) có tính oxi hoá mạnh, là nguyên nhân và tác hại của Crom đối

với cơ thể.
Crom(VI) oxit (CrO3) là chất oxi hoá mạnh, nó oxi hoá được I2, S, P, CO, C, HBr…
và nhiều chất hữu cơ khác, phản ứng thường gây nổ.
Là anhiđrit axit, CrO3 dễ tan trong nước và dễ kết hợp với nước tạo thành axit, là axit
cromic (H2CrO4) và axit poli cromic (H2Cr2O7, H2Cr2O10, H2Cr4O13).
Axit cromic và axit policromic là những axit rất độc với người, không bền, chỉ tồn tại
trong dung dịch nước. Dung dịch axit cromic (H2CrO4) có màu vàng, dung dịch axit

5


dicromic (H2Cr2O7) có màu da cam, màu của axit đậm dần tới màu đỏ khi số nguyên tử Cr
trong phân tử tăng.
Do vậy khi các dung dịch axit trên tác dụng với dung dịch kiềm, nó có thể tạo nên
các muối cromat, dicromat, tricromat…
Muối cromat có màu vàng còn muối đicromat có màu da cam, các chất này là những
chất oxi hoá mạnh, tính chất này thể hiện rõ trong môi trường axit:

2CrO 24 − + 16H+ + 6e = 2Cr3+ + 8H2O
Muối cromat và đicromat thường gặp là: Na2CrO4, K2CrO4, PbCrO4, NiCrO4,
ZnCrO4, K2Cr2O7, Na2Cr2O7, và (NH4)Cr2O7. Trong đó các muối PbCrO4, NiCrO4 và
ZnCrO4 được dùng nhiều trong công nghiệp, chất màu, sơn, mạ…
Trong nước thải mạ điện, Cr (VI) có mặt ở dạng anion như Cromat ( CrO 24 − ),
đicromat ( Cr2 O 72 − ) và tricromat ( HCrO −4 ). Tuỳ thuộc vào pH và nồng độ crom mà Cr (VI)
tồn tại với hằng số cân bằng sau:
H2CrO4 = H+ + HCrO4-

+

HCrO4 = H + CrO4

-

2-

2-

2HCrO4 = Cr2O7 + H2O

K1 = 0,18
K2 = 3,2.10
K3 = 33,3

(pK1 = 6,15)
-7

(pK2 = 5,65)
(pK3 = 14,56)

1.3. Độc tính của Crom [ 9 ]
Với đặc tính lý hóa của Crom (bền ở nhiệt độ cao, khó oxi hóa, cứng và tạo màu
tốt)nên nó ngày càng được sử dụng rộng rãi. Kết quả nghiên cứu cho thấy Cr(VI) chỉ một
liều lượng nhỏ cũng là nguyên nhân gây tác hại nghề nghiệp. Crom là kim loại được xếp
vào nhóm có khả năng gây bệnh ung thư. Crom tồn tại ở hai dạng số oxi hóa chính là +3 và
+6, trong đó Cr(VI) độc hơn nhiều so với Cr(III). Nồng độ Crom trong nước sinh hoạt
thường phải thấp hơn 0,05mg/l theo tiêu chuẩn của tổ chức y tế thế giới[9].
a. Đối với cơ thể người
Crom(VI) hấp thu qua dạ dày, ruột nhiều hơn Crom (III) và có thể thấm qua màng tế
bào, Cr(VI) dễ gây viêm loét da, xuất hiện mụn cơm, viêm gan, thủng vách ngăn giữa hai lá
mía, ung thu phổi...

6


Crom xâm nhập vào cơ thể theo ba con đường : hô hấp, tiêu hóa và tiếp xúc trực tiếp.
Qua nghiên cứu người ta thấy Crom có vai trò sinh học như chuyển hóa glucozơ, nhưng với
hàm lượng lớn có thể làm kết tủa Protein, các axit nucleic và ức chế hệ thống men. Dù xâm
nhập vào cơ thể theo bất kỳ đường nào Crom cũng hòa tan vào máu ở nồng độ 0,001mg/l
sau đó chuyển vào hồng cầu và hòa tan vào hồng cầu nhanh 10-20 lần, từ hồng cầu Crom
chuyển vào các tổ chức phủ tạng, được giữ lại ở phổi, xương, thận, gan, phần còn lại chuyển
qua nước tiểu.
Crom chủ yếu gây ra các bệnh ngoài da như loét da, loét thủng vách ngăn mũi, viêm
da tiếp xúc... khi con người làm các công việc phải tiếp xúc,hít thở với Crom hoặc các hợp
chất của Crom. Crom còn kích thích niêm mạc sinh ngứa mũi, hắt hơi, chảy nước mũi, nước
mắt, niêm mạc mũi bị sưng đỏ và có tia máu, về sau có thể thủng vành mũi. Nhiễm độc
Crom có thể gây mụn, mụn cơm, viêm gan, viên thận, ung thư phổi, đau răng, tiêu hoá kém.
Khi Crom xâm nhập qua đường hô hấp dễ dẫn đến bệnh viêm yết hầu, viêm phế quản
do niêm mạc bị kích thích. Khi da tiếp xúc trực tiếp với dung dịch Crom (VI) dễ bị nổi
phồng và loét sâu, có thể bị loét đến xương, nhiễm độc Crom lâu năm có thể bị ung thư
phổi, ung thư gan.
Crom (VI) là tác nhân oxi hoá mạnh gây độc cao đối với con người và động vật.
Những công việc có thể gây nhiễm độc Crom như: luyện kim, sản xuất nến sáp, thuốc
nhuộm, chất tẩy rửa, thuốc nổ, pháo, diêm, xi măng, đồ gốm, bột màu, thuỷ tinh, chế tạo ắc
quy, mạ kẽm, mạ điện và mạ Crom.
Tóm lại, hàm lượng lớn các kim loại nặng nói chung và Crom nói riêng nếu bị phơi
nhiễm đều ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người. Chính vì vậy việc xác định hàm
lượng Crom trong thực phẩm là cần thiết đối với con người. Từ đó có biện pháp xử lý thích
hợp đảm bảo có thực phẩm sạch cho con người.
b. Đối với động, thực vật
Người ta khảo sát sự sống của cá chép bằng cách ngâm trứng cá sau khi thụ tinh vào
trong nước có chứa ion Cr6+ ở nồng độ 3,9 - 9,6 mmol/l với pH=7,8 nhận thấy Crom không

ảnh hưởng đến tỷ lệ nở trứng và tỷ lệ mắc bệnh tuỷ sống của cá. Nhưng ở nồng độ 9,6
mmol/l tại pH=6,3 thì giảm tỷ lệ trứng và tăng tỷ lệ tử vong.

7


Nếu ngâm trứng cá trong nước ở nồng độ Crom là 3,9 mmol/l, pH= 7,8 thì làm tăng
sự kết dính của những tế bào tiết ra chất nhầy, giữ nguyên nồng độ thay đổi pH= 6,3 tỷ lệ
mắc bệnh tuỷ sống của cá tăng, mang và vây cá khô hơn, khả năng chịu rét kém hơn. Như
vậy tại pH= 7,8 tỷ lệ tử vong và mắc bệnh tuỷ sống là không đáng kể so với tại pH=6,3[9].
Thực hiện các thí nghiệm trên thực vật cũng nhận thấy Crom gây ảnh hưởng đối với
quá trình phát triển như gây bệnh vàng lá đối với lúa.
Do những ảnh hưởng xấu của Crom đối với môi trường và gây tác hại đến cuộc sống
của con người, động thực vật, nên tổ chức y tế thế giới (WHO) đã quy định hàm lượng cho
phép của Crom (VI) trong nước uống là 0,005 mg/l [9]. Trong khi đó, giới hạn tối đa cho
phép của crom trong thực phẩm là 1,3µg/g [48].
1.4. Các phương pháp xác định crom
Hiện nay, có rất nhiều phương pháp khác nhau để có thể xác định crom, tùy thuộc
vào đối tượng phân tích, tùy thuộc vào hàm lượng của crom trong các đối tượng khác nhau
mà có thể lựa chọn phương pháp phân tích phù hợp. Sau đây là một số phương pháp xác
định crom [11].
1.4.1. Phương pháp phân tích hóa học
Nhóm các phương pháp này dùng để xác định hàm lượng lớn (đa lượng) của các
chất, thông thường lớn hơn 0,05%, tức là mức độ miligram. Các trang thiết bị và dụng cụ
cho các phương pháp này là đơn giản và không đắt tiền.
1.4.1.1. Phương pháp phân tích trọng lượng
Phương pháp phân tích trọng lượng có độ chính xác tới 0,1% [11]. Phương pháp này
dựa trên cơ sở hòa tan mẫu chứa nguyên tố cần xác định trong dung môi thích hợp, thêm
lượng thuốc thử gấp 1,5 lần để kết tủa nguyên tố cần xác định, sau đó rửa rồi sấy, nung đến
khối lượng không đổi. Từ lượng cân kết tủa thu được sẽ tính được hàm lượng của chất phân

tích.
Crom được xác định dưới dạng kết tủa cromat chì, cromat thủy ngân, cromat bari, và
Cr2O3, nhưng thực tế thường dùng là kết tủa baricromat (BaCrO4).
1.4.1.2. Phương pháp phân tích thể tích

8


Phân tích thể tích là phương pháp phân tích định lượng dựa trên việc đo thể tích dung
dịch chuẩn (đã biết chính xác nồng độ) cần dùng để phản ứng vừa đủ với chất cần xác định
có trong dung dịch phân tích.
Phương pháp này được sử dụng rộng rãi để xác định crom khi hàm lượng lớn. Phép
chuẩn độ Cr6+ bằng Fe2+ là phương pháp thể tích được sử dụng rộng rãi nhất :
Nguyên tắc: Dựa trên sự đo thể tích dung dịch thuốc thử đã biết nồng độ chính xác
(dung dịch chuẩn) được thêm vào dung dịch chất định phân để tác dụng đủ toàn bộ lượng
chất định phân đó. Thời điểm thêm lượng thuốc thử tác dụng với toàn bộ chất định phân gọi
là điểm tương đương. Để nhận biết điểm tương đương, người ta dùng các chất gây ra hiện
tượng có thể quan sát bằng mắt gọi là chất chỉ thị.
Crom (VI) có thể xác định bằng cách chuẩn độ bằng dung dịch Fe(II) với chất chỉ thị
điphenylamin, trong phản ứng chuẩn độ này người ta dùng H3PO4 để che Fe(III). Phản ứng
chuẩn độ là:

Cr2 O 72 − + 6Fe2+ + 14H+ = 2Cr3+ + 6Fe3+ + 7H2O
Ngoài ra Crom (VI) có thể xác định bằng phương pháp chuẩn độ Iôt, dựa vào phương
trình phản ứng: Cr2 O 72 − + 6 I − + 14H+ = 2Cr3+ + 3I2 + 7H2O
Sau đó chuẩn lượng I2 tạo thành bằng dung dịch Na2S2O3 với chỉ thị hồ tinh bột.
Phản ứng chuẩn độ như sau:
I2 + 2Na2S2O3 = 2NaI + Na2S4O6.
1.4.2. Các phương pháp phân tích công cụ
1.4.2.1. Phương pháp phân tích điện hóa [10]

1.4.2.1.1. Phương pháp cực phổ
Nguyên tắc: Người ta thay đổi liên tục và tuyến tính điện áp vào 2 cực để khử các
kim loại, do mỗi kim loại có thế khử khác nhau. Thông qua chiều cao của đường cong Von Ampe có thể định lượng được ion kim loại trong dung dịch ghi cực phổ. Vì dòng giới hạn
Igh ở các điều kiện xác định tỉ lệ thuận với nồng độ ion trong dung dịch ghi cực phổ theo
phương trình :
I = k.C

9


Trong phương pháp phân tích này, người ta dùng điện cực giọt thuỷ ngân rơi là điện
cực làm việc. Để định lượng các chất có hoạt tính cực phổ, người ta thường dùng hai
phương pháp : phương pháp đường chuẩn và phương pháp thêm chuẩn.
Phương pháp này có khá nhiều ưu điểm : cho phép xác định cả chất vô cơ và hữu cơ
với nồng độ 10-5 - 10-6 M. Sai số của phương pháp thường là 2 - 3% với nồng độ 10-3 - 10-4
M, là 5% với nồng độ 10-5M (ở điều kiện nhiệt độ không đổi ).
Thành Trinh Thục [23] và các cộng sự đã ứng dụng phương pháp cực phổ xác định
các nguyên tố Cr, Zn, Pb, Cd, Cu trong một số loại thực phẩm và đất trồng trong môi trường
đệm axetat với hệ 3 điện cực : điện cực thuỷ ngân treo HMDE, điện cực so sánh Ag/AgCl,
điện cực phụ Pt.
Tuy nhiên, phương pháp này cũng có những hạn chế như ảnh hưởng của dòng tụ
điện, dòng cực đại ...
1.4.2.1.2. Phương pháp Von - Ampe hoà tan
Về bản chất, phương pháp Von - Ampe hoà tan cũng giống như phương pháp cực
phổ là dựa trên việc đo cường độ dòng để xác định nồng độ các chất trong dung dịch.
Nguyên tắc gồm hai bước :
Bước 1 : Điện phân làm giàu chất cần phân tích trên bề mặt điện cực làm việc trong
khoảng thời gian xác định, tại thế điện cực xác định.
Bước 2 : Hoà tan kết tủa đã được làm giàu bằng cách phân cực ngược điện cực làm
việc, đo và ghi dòng hoà tan. Trên đường Von - Ampe hoà tan xuất hiện pic của nguyên tố

cần phân tích. Chiều cao pic là một hàm của nồng độ.
M.Esteban [46] và các cộng sự đã nghiên cứu sử dụng phương pháp Von - Ampe để
xác định lượng vết các kim loại Cr, As, Hg, Cd, trên điện cực giọt thủy ngân (SMDE và
HMDE). Người ta đã kết hợp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) ngọn lửa hoặc lò graphit và
phương pháp Von - Ampe xác định crom. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử xác định
crom tổng và phương pháp von - ampe có khả năng phân biệt giữa Cr(tổng) và Cr(VI).
Phương pháp này có giới hạn phát hiện là 5,2 ng/l, cho phép xác định Cr(VI) trong khoảng
nồng độ từ 35µg/l đến 2mg/l .
Tác giả Lê Lan Anh [1] và các cộng sự đã phân tích kim loại nặng Cr, Cd, Pb trong
lương thực, thực phẩm bằng phương pháp Von - Ampe hoà tan trên điện cực màng thuỷ

10


ngân và đưa ra nhận xét : phương pháp này có khả năng định lượng chính xác một số kim
loại nặng là độc tố có độ nhạy, độ chính xác và tính chọn lọc cao.
Dương Thị Tú Anh, [3] và các cộng sự đã nghiên cứu xác định một số dạng tồn tại
của crom trong nước thải công nghiệp bằng phương pháp von - ampe hòa tan với hàm lượng
crom(µg/l) = 1,751 ± 0,038.
Phương pháp Von - Ampe hoà tan có thể xác định được cả những chất không bị khử
(hoặc oxi hoá) trên điện cực với độ nhạy khá cao 10-6 - 10-8 M. Tuy nhiên, phương pháp này
cũng có nhược điểm : độ nhạy bị hạn chế bởi dòng dư...
1.4.2.2. Nhóm các phương pháp phân tích quang học
1.4.2.2.1. Phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ phân tử (UV - Vis)
Phương pháp phân tích phổ hấp thụ phân tử ( phổ electron hay phổ UV - Vis) dựa
trên việc đo phổ UV- Vis của những chất có khả năng hấp thụ năng lượng chùm sáng để tạo
ra phổ hấp thụ phân tử và những chất không có phổ UV - Vis thì cho tác dụng với thuốc thử
thích hợp tạo ra hợp chất phức bền có khả năng hấp thụ tia bức xạ và cho phổ UV- Vis
nhạy. Phương pháp này cho phép xác định nồng độ chất ở khoảng 10-5M đến 10-7M, là một
phương pháp được sử dụng khá phổ biến.

Để xác định Cr bằng phương pháp phổ hấp thụ phân tử, người ta cho Crom (VI) tác
dụng với thuốc thử Diphenyl cacbazit (DPC) để tạo phức màu đỏ tía trong môi trường axit
H2SO4.

2Cr2 O 72 − + H 4 L + 8H+ → Cr3 ( HL) +2 + Cr3+ + H2O + 8H2O
(đỏ da cam)

(đỏ tía)

Các tác giả [8] cho rằng phức tạo thành của Cr6+ với thuốc thử DPC trong môi trường
axit có độ hấp thụ cực đại ở bước sóng λmax = 540 nm (ε = 34200).
Giới hạn phát hiện của phép đo là 0,04ppm.
Angelina M.Stoyanva xác định Cr(VI) bằng phương pháp trắc quang - xúc tác.
Phương pháp này chủ yếu dựa trên hiệu ứng xúc tác của Cr(VI) đến phản ứng oxi hóa axit
sunfanilic(SA) bởi H2O2 khi có mặt của p-Aminobenzoic axit( PABA). Sau đó đo độ hấp
thụ quang tại bước sóng 360nm sau khi cho thuốc thử 15 phút. Tác giả đã tìm điều kiện tối
ưu là nồng độ axit 4,0.10-3M, nồng độ H2O2 0,57 M; 1,0.10-3M PABA và dung dịch đệm

11


axit acetic-boric axit-axit orthophosphoric (pH= 6,6) 0,04; nhiệt độ của phản ứng là 500C.
Độ lệch chuẩn tương đối 2,9- 5,8%.[26]
F.Heford [38] và các cộng sự đã nghiên cứu xác định Cr trong mẫu thực phẩm bằng
phương pháp trắc quang tại bước sóng 370nm.
Tác giả Nguyễn Thị Thanh Hoa [9] đã xác định crom bằng phương pháp trắc quang
dùng thuốc thử DPC có độ nhạy cao và kết quả thu được khá chính xác ở điều kiện tối ưu
của phép đo là 1ml Cr(VI) 2,5.10-4 M, 1ml H2SO4, 2ml DPC 0,25% định mức 25 ml và đo
cuvet 50 mm với kính lọc ở bước sóng λ =542nm.
Nguyễn Văn Ly[15] và các cộng sự đã nghiên cứu xác định Cr(VI) bằng phương

pháp trắc quang - động học xúc trong các loại mẫu nước thải công nghiệp với hàm lượng
Cr(VI) từ 10- 100µg/l. Giới hạn phát hiện của phép đo là 3,6ng/ml và giới hạn định lượng là
10,8ng/ml.
Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử đơn giản, tiện lợi, độ nhạy tương đối cao
nên được sử dụng phổ biến để xác định các kim loại lượng nhỏ. Tuy nhiên, nhược điểm của
phương pháp này là không chọn lọc, một thuốc thử có thể tạo phức với nhiều ion.
1.4.2.2.2. Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử (AES)[14]
Trong điều kiện bình thường, nguyên tử không thu và cũng không phát ra năng
lượng, nhưng nếu cung cấp năng lượng cho nguyên tử thì các nguyên tử sẽ chuyển lên trạng
thái kích thích. Trạng thái này không bền, nguyên tử chỉ tồn tại trong một thời gian cực
ngắn 10-8s, chúng có xu hướng trở về trạng thái ban đầu bền vững và giải phóng ra năng
lượng mà nó đã hấp thu dưới dạng bức xạ quang học. Bức xạ này chính là phổ phát xạ của
nguyên tử. Các nguồn kích thích phổ phát xạ là ngọn lửa đèn khí, hồ quang điện dòng xoay
chiều và một chiều, tia lửa điện, plasma cao tần cảm ứng(ICP)
Để phân tích một chất bằng phương pháp phổ phát xạ nguyên tử ta phải thực hiện các
bước sau:
- Trước hết phải dùng một nguồn năng lượng phù hợp để chuyển chất cần xác định X
thành hơi nguyên tử ( quá trình nguyên tử hóa mẫu).
- Tiếp theo dùng năng lượng kích thích nguyên tử để tạo ra bức xạ nguyên tử.

12


- Dùng một hệ thống máy quang học (lăng kính hay cách tử) để phân ly chùm sáng
bức xạ thành các tia đơn sắc, ứng với mỗi tia đơn sắc là một vạch phổ, vì thế mà phổ này
được gọi là phổ phát xạ (phổ vạch của nguyên tử).
- Dựa vào vị trí các vạch phổ ta có thể phân tích định tính được các nguyên tố có
trong mẫu phân tích. Nếu đo cường độ vạch phổ thì ta có thể xác định được hàm lượng
nguyên tố cần phân tích.
- Đặc biệt sự ra đời của nguồn năng lượng plasma cao tần cảm ứng (ICP) được ứng

dụng trong phép phân tích AES từ khoảng 20 năm trở lại đây cho hiệu quả cao. Ngày nay,
phổ phát xạ ICP là một công cụ phân tích phục vụ đắc lực cho nghiên cứu và sản xuất với
độ ổn định và độ nhạy cao.
Alan H. Sterm, [25]và các cộng sự đã nghiên cứu xác định Cr trong mẫu nước tiểu
bằng phương pháp ICP-AES với giới hạn phát hiện là khoảng 0,06g/l.
Phương pháp bay hơi nhiệt - phát xạ nguyên tử cảm ứng cao tần plasma (ETA-ICPAES) xác định Cr(III) và Cr(VI) dựa vào sự khác nhau giữa 2 phản ứng tạo phức vòng càng
của Cr(III) và Cr(VI) với Acetylacetone [60]. Cr(III) tạo phức vòng càng với Acetylacetone
được tách ra và sau đó xác định bằng phương pháp bay hơi nhiệt- phát xạ nguyên tử cảm
ứng cao tần plasma (ETV-ICP-AES). Cr(VI) phản ứng tạo phức vòng càng với polytetrafluoroethylene (PTFE), sau đó được xác định bằng phương pháp trên. Giới hạn phát hiện
của Cr(III) và Cr(VI) lần lượt 0,56 ng/ml và 1,4 ng/ml, độ lệch chuẩn tương đối là 2,5% và
4,8%.
1.4.2.2.3. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)[14]
Khi chiếu một chùm tia sáng có bước sóng xác định ứng đúng với tia phát xạ nhạy
của nguyên tố cần nghiên cứu vào đám hơi nguyên tử tự do thì các nguyên tử tự do sẽ hấp
thụ năng lượng của các tia chiếu vào và tạo ra phổ hấp thụ nguyên tử của nó. Đo phổ này sẽ
xác định được nguyên tố cần phân tích. Trong phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ
nguyên tử thì quá trình chuyển hóa chất cần xác định thành hơi nguyên tử (quá trình nguyên
tử hóa mẫu) là quan trọng nhất. Tùy thuộc vào kỹ thuật nguyên tử hóa mà ta có các phương
pháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử với độ nhạy khác nhau. Với kỹ thuật nguyên tử
hóa mẫu phân tích bằng kĩ thuật ngọn lửa, ta có phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ
nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) có độ nhạy cỡ 0,1ppm; Với kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu phân
tích trong cuvet graphit nhờ năng lượng nhiệt của dòng điện có công suất lớn, ta có phương

13


pháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS) có độ nhạy cao hơn
kĩ thuật ngọn lửa 50 - 1000 lần; cỡ 0,1 - 1ppb và sai số không vượt quá 15%.
Thực tế cho thấy phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử có nhiều ưu việt như: độ nhạy,
độ chính xác cao, lượng mẫu tiêu thụ ít, tốc độ phân tích nhanh. Với ưu điểm này, AAS

được thế giới dùng làm phương pháp tiêu chuẩn để xác định lượng nhỏ và lượng vết các
kim loại trong nhiều đối tượng khác nhau như mẫu y học, sinh học và kiểm tra các hóa chất
có độ tinh khiết cao.
Đã có nhiều công trình nghiên cứu và ứng dụng phương pháp GF-AAS xác định các
kim loại nặng trong nhiều đối tượng khác nhau.
Lê Lan Anh [2] và các cộng sự nghiên cứu phân tích các dạng Cr, Cd, Pb trong đất
trồng bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử. Hàm lượng Cd, Cr, Pb trong đất trồng rau
tại ba điểm nghiên cứu được ghi ở bảng sau:
Bảng 1.1- Hàm lượng Cd, Cr, Pb trong đất trồng rau
Hàm
lượng
(ppm)
Cr
Pb
Cd

Đất ruộng
Cầu Diễn

Đất ruộng
Đông Anh

Đất ruộng
Thanh Liệt

0,387
0,682
0,082

0,587

1,123
0,103

0,787
0,872
0,095

M.J.Lagarda, [47] và các cộng sự đã ứng dụng phương pháp GF-AAS xác định crom
trong nước tiểu của một số bệnh nhân với giới hạn phát hiện là 0,2 ppb và giới hạn xác định
là 1 ppb.
Muhammad Farooq, [48] và các cộng sự đã ứng dụng phương pháp phổ hấp thụ
nguyên tử xác định lượng vết các nguyên tố Cr, Pb, Cu, Zn, Cd trong mẫu rau ( rau bina, rau
diếp, rau mùi, bắp cải, súp lơ). Hàm lượng Cr tìm được trong mẫu rau bina : 0,217mg/kg;
rau diếp : 0,369mg/kg; rau mùi : 0,434mg/kg; bắp cải :0,336 mg/kg và súp lơ : 0,546 mg/kg.
J.C.Amiard [ 38] và các cộng sự đã ứng dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
xác định lượng vết các nguyên tố Ag, Cd, Cr, Cu, Ni,... trong mẫu sinh học (hào, tôm, cua).
Hàm lượng Cr tìm được trong mẫu hào : 0,69 mg/kg; mẫu tôm: 2,4 mg/kg; mẫu cua:
4,5mg/kg.

14


Elendinez, [31] và các cộng sự đã xác định Cr trong các mẫu thực phẩm ở Tây Ban
Nha : hải sản, ngũ cốc, rau xanh, dầu oliu và sữa bằng phương pháp GF-AAS sau khi mẫu
được phân hủy trong môi trường axit HNO3 65% (Merck). Hàm lượng Crom dao động giữa
0,004 ÷ 0,0079mg/g trong hải sản (tươi sống), từ 0,007 đến 0,456 mg/g trong ngũ cốc và rau
quả (tươi), từ 0,625 mg/g đến dưới giới hạn phát hiện trong sữa.
Claude Veillon, [29] và các cộng sự nghiên cứu xác định Cr trong mẫu sinh học:
huyết thanh, huyết tương, nước tiểu bằng ba phương pháp : phương pháp phân tích kích
hoạt neutron(NAA), khối phổ (MS) và phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS).

Giới hạn phát hiện của Crom là: LOD = 0,1ppb (GF-AAS).
U.Tinggi,[56]và các cộng sự đã ứng dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử xác
định Mn và Cr trong mẫu thực phẩm.
J.Medina [39] và các cộng sự đã xác định Hg, Cd, Cr, Pb trong sinh vật biển bằng
phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa. Với giới hạn phát hiện là 0,1 ppb và
giới hạn định lượng là 0,9 ppb.
1.4.2.2.4. Phương pháp phổ khối plasma cao tần cảm ứng ICP-MS[13]
Khi dẫn mẫu phân tích vào ngọn lửa plasma, trong điều kiện nhiệt độ cao của
plasma, các chất có trong mẫu khi đó sẽ bị hóa hơi, nguyên tử hóa và ion hóa tạo thành ion
dương có điện tích +1 và các electron tự do. Thu và dẫn dòng ion đó vào thiết bị phân giải
phổ để phân chia chúng theo số khối (m/z) sẽ tạo ra phổ khối của nguyên tử chất cần phân
tích. Sau đó, đánh giá định tính và định lượng phổ thu được.
Tác giả Peter Heitland và Helmut D.Koster [50] ứng dụng phương pháp ICP-MS để
xác định lượng vết 30 nguyên tố Cu, Cr, Pb, Zn, Cd ... trong mẫu nước tiểu của trẻ em và
người trưởng thành.
Francesco Cubadda, [36] và các cộng sự đã nghiên cứu xác định crom trong mẫu
thực phẩm bằng phương pháp ICP-MS.
El bieta Skrzydlewska [30] và các cộng sự đã ứng dụng phương pháp ICP-MS để xác
định Cr, Cd, Pb trong mẫu thực phẩm.
Kỹ thuật phân tích ICP-MS là một trong những kỹ thuật phân tích hiện đại. Kỹ thuật
này được nghiên cứu và phát triển rất mạnh trong những năm gần đây. Với nhiều ưu điểm
vượt trội, kỹ thuật ICP-MS được ứng dụng rất rộng rãi trong phân tích rất nhiều đối tượng

15


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...
1.4.3. Các phương pháp sắc ký [10,17]
Sắc ký là quá trình tách dựa trên sự phân bố liên tục các cấu tử chất phân tích lên hai

pha: một pha thường đứng yên, có khả năng hấp thu các chất phân tích gọi là pha tĩnh, một
pha di chuyển qua pha tĩnh gọi là pha động; do các cấu tử chất phân tích có ái lực khác
nhau với pha tĩnh, chúng di chuyển với tốc độ khác nhau và tách ra khỏi nhau.
1.4.3.1. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)
Sắc ký lỏng có lịch sử phát triển sớm, ban đầu phương pháp thực hiện ở áp suất
thường vì chất nhồi có kích thước lớn. Cơ chế tách là sắc ký hấp thụ, sắc ký phân bố nhưng
do tốc độ phát triển nhanh của phương pháp, các chất nhồi khác nhau ngày càng được cải
tiến, hiệu quả tách của cột cũng ngày càng được nâng cao. Sắc ký lỏng hiệu năng cao bao
gồm nhiều phương pháp có đặc thù riêng, đó là sắc ký lỏng pha liên kết, sắc ký phân bố
lỏng - lỏng, sắc ký trao đổi ion lỏng - rắn và sắc ký hấp thụ lỏng - rắn.
Các tác giả Yoanna Shaofen Wang và Konghwa Chin đã tiến hành chiết đồng thời
Cr(III) và Cr(VI) dựa trên phản ứng của chúng với amoni pyrrolidinedithiocarbamat. Sau đó
xác định Cr(III) và Cr(VI) bằng phương pháp HPLC với detector UV-Vis.[59]
Các tác giả khác [49] đã tiến hành tách các dạng Cr(III) và Cr(VI) khi làm giàu trên
mạng lưới polisilicat. Các tác giả đã tìm được điều kiện pH, lượng chất hấp thu, tốc độ dòng
chảy để có thể tách định lượng Cr(III) và Cr(VI). Các tác giả đã nhận thấy Cr(III) bị hấp thu
chọn lọc trên cột được cố định trên mạng lưới polisilicat. Hệ số làm giàu đối với Cr(III) là
20 lần. Sau khi tách, Cr(III) và Cr(VI) được xác định bằng phương pháp khối phổ plasma
cao tần cảm ứng (ICP - MS). Hàm lượng Cr(III) tìm được là 11,5ng/g.
Cũng bằng phương pháp HPLC/ICP-MS Kenneth R.Neubauer cùng các cộng sự đã
xác định đồng thời Arsenic và Chromium trong nước biển[41].
Y. Martínez-Bravo [58] và các cộng sự đã kết hợp phương pháp HPLC và phương
pháp ICP-MS để xác định As, Se, Cr(VI) trong nước.
Tuy nhiên, khi sử dụng một phương pháp phân tích nào đó người ta phải tính đến
hiệu quả và tính kinh tế của phương pháp đó. Các phương pháp như hấp thụ và phát xạ
nguyên tử, phương pháp điện hóa, phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao, FIA, ... tuy cho

16

kết quả phân tích có độ chính xác cao nhưng cần những trang thiết bị đắt tiền mà không phải
phòng thí nghiệm nào cũng có được.
1.4.3.2. Phương pháp sắc ký trao đổi ion
Quá trình trao đổi trên cột được thực hiện gián đoạn qua 4 giai đoạn
- Giai đoạn 1: Hoạt hóa cột nhựa: Trong giai đoạn này đầu tiên các vật liệu hấp thu
được hoạt hóa bằng cách cho dung môi thích hợp chảy qua. Nhiệm vụ của dung môi làm
sonvat hóa các nhóm chức và bề mặt vật liệu hấp thu đồng thời loại bỏ không khí nếu có
mặt trong cột. Để cột nhựa hấp thu hoàn toàn và hiệu suất thu hồi cao thì không để cột bị
khô. Khi cột bị khô nên tiến hành hoạt hóa lại từ đầu. Trong quá trình hoạt hóa cột, nếu cần
thiết có thể bước làm sạch cột để loại bỏ các tạp chất.
- Giai đoạn 2: Hấp thu: Ở giai đoạn này mẫu phân tích được chảy qua cột với tốc độ
thích hợp. Chất cần phân tích được giữ lại trên cột còn các chất khác đi ra khỏi cột.
- Giai đoạn 3: Rửa cột: Đây là bước loại bỏ các chất gây ảnh hưởng, trong khi vẫn
giữ được chất cần phân tích hấp thu trên cột.
- Giai đoạn 4: Rửa giải: Đây là bước giải hấp chất bị hấp thu ra khỏi cột bằng dung
môi thích hợp. Nếu như trong quá trình hấp thu người ta phải lựa chọn nhựa sao cho ái lực
chiết với chất cần phân tích mạnh hơn dung dịch mẫu thì trong bước này phải lựa chọn dung
môi mà chất phân tích có ái lực với dung môi mạnh hơn với vật liệu hấp thụ, hoặc các chất
có khả năng phá vỡ tương tác giữa chất định phân và vật liệu hấp thu.
Tác giả M.teresa Siles Cordero và các cộng sự đã nghiên cứu tách Cr(III) và Cr(VI)
bằng phương pháp sắc ký trao đổi ion trong mẫu nước thải. Sau khi tách, Cr(III) và Cr(VI)
được xác định bằng phương pháp GF-AAS, với giới hạn phát hiện là 0,14 ng/ml(Cr(III)) và
0,08 ng/ml (Cr(VI)). Khoảng tuyến tính tương ứng là 0,3 – 6 ng/ml và 0,4 – 8 ng/ml cho
Cr(III) và Cr(VI)[49].
Các tác giả Filik H. [34] đã tách và làm giàu Crom(III) trên nhựa Amberlite XAD-2
với 5-palmitoyl-8-hydnoxyquinoline(oxim), thu được giới hạn phát hiện và giới hạn định
lượng là 9,30 và 30,1nmol/l. Lượng Crom tổng được xác định bằng cách khử Cr(VI) về
Cr(III) bằng H2O2 trong môi trường axit, sau đó cho hấp thu trên nhựa và giải hấp được hàm
lượng Crom tổng. Lượng Cr(VI) được xác định lấy lượng Crom tổng trừ đi lượng Cr(III) đã

17


biết. Lượng Cr(III) giải hấp ở dạng Cr(VI) và được xác định bằng phương pháp trắc quang
với thuốc thử DPC.
1.5. Phương pháp xử lý mẫu phân tích [12]
Xử lý mẫu phân tích là quá trình hòa tan và phân hủy cấu trúc ban đầu của mẫu phân
tích, giải phóng và chuyển các chất cần xác định về dạng đồng thể phù hợp với phép đo đã
chọn để xác định hàm lượng của chất mong muốn. Mọi sai sót trong giai đoạn này đều là
nguyên nhân tạo ra sai số cho kết quả phân tích như làm mất chất phân tích hay nhiễm bẩn
thêm vào.
Một số các kỹ thuật đã và đang được sử dụng trong phân tích như: kỹ thuật vô cơ hóa
ướt (xử lý ướt), kỹ thuật vô cơ hóa khô (xử lý khô), kỹ thuật vô cơ hóa khô và ướt kết hợp,
các kỹ thuật chiết (chiết thông thường, chiết pha rắn, pha khí, siêu âm), các kỹ thuật sắc ký,
các kỹ thuật chưng cất (chưng cất thông thường, chưng cất lôi cuốn, chưng cất áp suất thấp),
kỹ thuật thăng hoa lấy chất phân tích . . . Song dù loại nào cũng cần phải đảm bảo yêu cầu
của phân tích. Đó là:
- Đáp ứng yêu cầu của mức độ phân tích và cấp hàm lượng.
- Phù hợp với mỗi loại mẫu, càng đơn giản thì càng tốt.
- Không làm mất cũng như làm nhiễm bẩn chất phân tích.
- Tính hiệu quả và độ lặp lại cao, có thể thực hiện cho hàng loạt . . .
Tùy thuộc vào các điều kiện trang thiết bị, tùy thuộc vào đối tượng phân tích, tùy
thuộc vào mục tiêu phân tích mà ta có thể lựa chọn các loại trang thiết bị và phương pháp
xử lý mẫu cho phù hợp.

18


Chương 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu

2.1.1 Đối tượng
Rau xanh là nguồn thực phẩm cần thiết và quan trọng không thể thiếu được trong
mỗi bữa ăn hàng ngày, là nguồn cung cấp vitamin, khoáng chất, vi lượng, chất xơ, ... không
thể thay thế được cho cơ thể con người. Ngoài ra, rau còn được dùng như một loại thuốc
chữa các bệnh thông thường: nước rau má giúp giải nhiệt, rau ngải cứu giúp an thai, rau
diếp cá dùng để hạ sốt, rau muống giúp cầm máu. Nhưng hiện nay do nhiều nguyên nhân
khác nhau mà chủ yếu là việc sử dụng phân bón hoá học, thuốc bảo vệ thực vật, thuốc trừ
sâu, diệt cỏ, tưới rau bằng nước thải của các nhà máy, khu công nghiệp đã dẫn đến sự ô
nhiễm nguồn đất, nguồn nước và bầu khí quyển. Do đó rau xanh có thể bị nhiễm một số kim
loại nặng như Cr, Sb, Pb, Hg, Mn, As... và các vi sinh vật gây bệnh. Nếu con người sử dụng
phải sẽ bị ngộ độc có thể gây ra những căn bệnh hiểm nghèo như ung thư sẽ dẫn đến tử
vong.
Để đảm bảo an toàn thực phẩm thì việc kiểm tra đánh giá và khống chế hàm lượng
các kim loại nặng trong sản phẩm là rất cần thiết. Nhằm đóng góp vào việc đánh giá chất
lượng một loại thực phẩm, bảo vệ sức khỏe con người, trong nghiên cứu này, chúng tôi
nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích xác định hàm lượng một trong các kim loại độc hại
trong mẫu rau, đó là crom(Cr).
Có nhiều phương pháp để xác định hàm lượng các kim loại. Tùy thuộc vào hàm
lượng chất phân tích mà có thể sử dụng các phương pháp khác nhau. Vì hàm lượng kim loại
nặng trong thực phẩm rất nhỏ chỉ cỡ ppb nên việc áp dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên
tử không ngọn lửa (GF- AAS) rất phù hợp với đối tượng này. Mặt khác phương pháp phân
tích quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa cho phép xác định lượng vết với độ chính
xác cao, kết quả phân tích ổn định, độ nhạy có thể đạt tới cỡ 0,1ppb; tốn ít mẫu và sai số
nhỏ (<15%), có thể tiến hành phân tích hàng loạt nên chúng tôi sử dụng phương pháp này.
2.1.2 Các nội dung nghiên cứu
• Khảo sát và chọn các điều kiện phân tích crom phù hợp như: vạch đo phổ nhạy của
crom, khe đo của máy phổ hấp thụ nguyên tử, cường độ dòng đèn catot rỗng, nhiệt
độ sấy mẫu, nhiệt độ tro hóa, luyện mẫu và nhiệt độ nguyên tử hóa mẫu.

19

• Nghiên cứu lựa chọn chất cải biến hóa học thích hợp để tạo nền ổn định quá trình tro
hóa và nguyên tử hóa mẫu, loại trừ ảnh hưởng của nền mẫu với nguyên tố crom
• Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến phép xác định crom bằng phương pháp quang
phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS).
• Khảo sát khoảng tuyến tính và xây dựng đường chuẩn.
• Xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phép đo.
• Đánh giá sai số và độ lặp lại của phương pháp.
• Khảo sát điều kiện xử lý mẫu trong lò vi sóng.
• Ứng dụng phương pháp xác định crom trong một số mẫu thực.
2.2. Giới thiệu về kỹ thật xử lý mẫu trong lò vi sóng [20]
2.2.1. Nguyên tắc và bản chất
Kỹ thuật xử lý mẫu trong lò vi sóng bản chất là kỹ thuật phân hủy ướt bằng axit hoặc
hỗn hợp axit trong áp suất.
Nguyên tắc: dùng axit mạnh đặc, nóng có tính oxi hóa mạnh hay hỗn hợp các axit
hoặc hỗn hợp của axit đặc và một chất oxi hóa mạnh ... để phân hủy mẫu trong lò vi sóng.
2.2.2. Cơ chế và các tác nhân phân hủy mẫu
Dưới tác dụng của axit và chất oxi hóa, các hạt (phần tử) mẫu bị phá hủy và hòa tan.
Bên cạnh đó, tác nhân năng lượng nhiệt làm tan rã các hạt mẫu cùng với axit.
Sự khuếch tán đối lưu, chuyển động nhiệt làm tan rã các hạt mẫu và làm cho chúng
bị bào mòn dần.
Các tác nhân này tấn công và bào mòn dần các hạt mẫu từ ngoài vào, làm cho các hạt
mẫu bị bào mòn dần, bé dần rồi tan hết.
Ngoài ra, dưới tác dụng của năng lượng vi sóng, các phân tử nước hấp thu năng
lượng vi sóng và chúng có động năng rất lớn nên chuyển động nhiệt rất mạnh, làm căng xé
các hạt mẫu từ trong ra. Thêm vào đó lại là hệ kín nên có áp suất cao làm cho nhiệt độ sôi
cao hơn, thúc đẩy quá trình phân hủy mẫu rất nhanh từ trong ra và từ ngoài vào. Vì vậy,
mẫu được xử lý nhanh mà rất triệt để.

20


2.3. Giới thiệu về phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GFAAS)[14,20]
2.3.1. Nguyên tắc của phương pháp
Khi nguyên tử tồn tại tự do ở thể khí và ở trạng thái cơ bản, nguyên tử không thu hay
phát năng lượng. Song khi được kích thích bằng một chùm ánh sáng đơn sắc có năng lượng
phù hợp, có bước sóng λ trùng với vạch phổ phát xạ đặc trưng của nguyên tố đó, thì chúng
sẽ hấp thụ năng lượng của tia sáng và sinh ra phổ hấp thụ nguyên tử của nó.
Trên cơ sở sự xuất hiện của phổ hấp thụ nguyên tử, chúng ta thấy phổ hấp thụ
nguyên tử chỉ được sinh ra khi nguyên tử tồn tại ở trạng thái khí tự do và ở mức năng lượng
cơ bản. Vì thế, muốn thực hiện được phép đo phổ hấp thụ nguyên tử của một nguyên tố, cần
thực hiện các quá trình sau:
- Chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn, dung dịch) thành trạng thái hơi.
Đó là quá trình hóa hơi mẫu.
- Nguyên tử hóa đám hơi đó, phân li các phân tử, tạo ra đám hơi nguyên tử tự do của
các nguyên tố cần phân tích trong mẫu để chúng có khả năng hấp thụ bức xạ đơn sắc. Đám
hơi này là môi trường hấp thụ bức xạ sinh phổ AAS. Đây là giai đoạn quan trọng nhất và
quyết định đến kết quả của phép đo AAS.
- Chiếu chùm sáng có bước sóng phù hợp với nguyên tố cần phân tích vào đám hơi
nguyên tử đó. Khi đó, nguyên tử cần xác định trong đám hơi đó sẽ hấp thụ bức xạ, tạo ra
phổ hấp thụ của nó.
- Nhờ một hệ thống máy quang phổ, người ta thu toàn bộ chùm sáng sau khi đi qua
môi trường hấp thụ, phân ly chúng thành phổ và chọn một vạch phổ nhạy của nguyên tố cần
phân tích để hướng vào khe đo cường độ của nó. Cường độ đó chính là tín hiệu hấp thụ của
vạch phổ hấp thụ nguyên tử. Trong một giới hạn nhất định của nồng độ, giá trị cường độ
này phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ C của nguyên tố cần phân tích theo phương trình :
Aλ = k.C
Trong đó: Aλ : cường độ của vạch phổ hấp thụ,
k : hằng số thực nghiệm,

C : nồng độ nguyên tố cần phân tích trong mẫu đo phổ.

21


- Thu và ghi lại kết quả đo của cường độ vạch phổ hấp thụ.
2.3.2. Hệ trang bị của phép đo AAS
Dựa vào nguyên tắc của phép đo, hệ thống trang thiết bị của máy phổ hấp thụ nguyên
tử gồm các phần sau:
Phần I : Nguồn phát chùm tia bức xạ đơn sắc của nguyên tố cần phân tích
- Đèn catot rỗng (Hollow Cathode Lamp - HCL)
- Đèn phóng điện không điện cực (Electrodeless Discharge Lamp - EDL).
- Đèn phát phổ liên tục đã biến điệu (D2 - Lamp hay Xe - Lamp).
Phần II : Hệ thống nguyên tử hoá mẫu phân tích
Kỹ thuật nguyên tử hoá không ngọn lửa: so với kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu bằng
ngọn lửa đèn khí, kỹ thuật này ra đời sau cùng với phép đo phổ hấp thụ nguyên tử không
ngọn lửa ( GF-AAS), nhưng lại có độ nhạy rất cao đạt đến 0,1ppb và hiện nay đang được
ứng dụng rất phổ biến. Kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu không ngọn lửa là quá trình nguyên tử
hoá mẫu tức khắc cuvet graphit chứa mẫu phân tích trong thời gian rất ngắn nhờ nguồn năng
lượng của dòng điện có cường độ dòng rất cao (từ 50 đến 600A) và thế thấp (dưới 12V)
trong môi trường khí trơ. Quá trình nguyên tử hoá xảy ra theo các giai đoạn kế tiếp nhau:
sấy khô, tro hoá luyện mẫu, nguyên tử hoá để đo phổ hấp thụ và cuối cùng là làm sạch
cuvet. Trong đó hai giai đoạn đầu là chuẩn bị cho giai đoạn nguyên tử hoá đạt kết quả tốt. Ở
giai đoạn nguyên tử hoá mẫu, dưới tác dụng của nguồn năng lượng này, cuvet chứa mẫu
phân tích sẽ được nung đỏ ngay tức khắc, mẫu sẽ được hoá hơi và nguyên tử hoá để tạo ra
các nguyên tử tự do ở trạng thái hơi có khả năng hấp thụ tia bức xạ đơn sắc tạo ra phổ hấp
thụ nguyên tử của nó. Kỹ thuật này có độ hấp thụ bức xạ đơn sắc tạo ra phổ hấp thụ nguyên
tử của nó. Kỹ thuật này có độ nhạy rất cao, gấp hàng trăm có khi đến hàng nghìn lần phép
đo trong ngọn lửa mà lượng mẫu tiêu tốn ít ( mỗi lần 20- 50µL) .
Phần III: Hệ quang học và detector dùng để thu, phân ly toàn bộ phổ của mẫu và

chọn vạch phổ hấp thụ cần đo hướng vào nhân quang điện để phát tín hiệu hấp thụ của vạch
phổ.
Phần IV: Hệ thống hiển thị kết quả đo theo nhiều cách khác nhau, từ đơn giản đến
phức tạp:

22


- Trang bị đơn giản gồm: các điện kế chỉ năng lượng hấp thụ của vạch phổ, các máy
tự ghi để ghi lại cường độ vạch phổ dưới dạng các pic trên băng giấy.
- Trang bị hiện đại gồm: hệ thống bơm mẫu tự động (Auto Sampler), máy tính và
phần mềm chuyên dụng điều khiển mọi quá trình làm việc của phép đo và xử lý, chỉ hiện thị
kết quả đo màn hình. Tuy nhiên, loại trang bị này đắt tiền hơn.
Phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử đã và đang được sử dụng rộng
rãi trong nhiều ngành khoa học bởi nó có nhiều tính năng ưu việt:
- Độ nhạy và độ chọn lọc cao.
- Không cần làm giàu nguyên tố cần xác định.
- Các thao tác thực hiện đơn giản, dễ làm, có thể xác định đồng thời hay liên tiếp
nhiều nguyên tố trong một mẫu. Các kết quả phân tích ổn định, sai số nhỏ (sai số không quá
15%).
2.4. Trang thiết bị, dụng cụ và hoá chất
2.4.1. Trang thiết bị
Để phục vụ cho quá trình xử lý mẫu sinh học, chúng tôi sử dụng lò vi sóng Q45
Envioprep (Canada). Các thông số đặt vào lò có ba chế độ điều khiển theo công suất, theo
chương trình nhiệt độ, theo chương trình áp suất với áp suất tối đa có thể đặt vào là 200psi,
nhiệt độ tối đa là 2000C, công suất tối đa khuyến cáo là 80% công suất của máy (1500).
Để xác định lượng vết Cr bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử không
ngọn lửa (GF-AAS), chúng tôi sử dụng hệ thống máy quang phổ hấp thụ và phát xạ nguyên
tử Model AA 6800 (hãng Shimadzu, Nhật). Nguồn tạo tia đơn sắc là đèn catot rỗng (HCL),
lấy mẫu tự động ASC-6100 (hãng Shimadzu, Nhật), khí trơ được dùng là khí Ar (tinh khiết

99,99%)

.

23


Hình 2.1 - Hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử Model AA 6800

Hình 2.2 - Bộ phận nguyên tử hoá chứa cuvet graphit

24


Hình 2.3 - Bộ phận lấy mẫu tự động ASC - 6100
2.4.2. Hoá chất và dụng cụ
2.4.2.1. Hoá chất
- Axit đặc HNO3 65%, HCl 37%, H2SO4 98%, CH3COOH 100% tinh khiết phân tích
(pA), Meck.
- Dung dịch H2O2 pA 30%
- Các dung dịch :

(NH4)H2PO4 pA 0,1%;
Mg(NO3)2

pA 0,1%;

Pd(NO3)2

pA 0,1%;

Ni(NO3)2

pA 0,1%.

- Dung dịch chuẩn Cr(VI) cho AAS, Meck 1000mg/l.
- Dung dịch gốc các cation kim loại để nghiên cứu ảnh hưởng.
2.4.2.2. Dụng cụ
- Bình định mức : 10, 25, 50, 100 (ml).
- Pipet : 1, 2, 5, 10 (ml); pipet tự động : 100- 5000µL.
- Cốc thuỷ tinh chịu nhiệt 100(ml), ống đong.
- Lọ đựng mẫu : 15, 50, 100 (ml).

25