Phân tích đánh giá tổng hàm lượng sắt trong một số loài rau muống và rau cải trên địa bàn thành phố đà nẵng bằng phương pháp trắc quang phân tử UV VIS

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc


KHOA HÓA

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: LƯƠNG TIỂU PHỤNG
Lớp: 09CHP
1. Tên đề tài:Phân tích đánh giá tổng hàm lượng sắt trong một số loài rau
muống và rau cải trên địa bàn thành phố Đà Nẵng bằng phương pháp trắc
quang phân tử UV- VIS.
2. Nguyên liệu, dụng cụ, hóa chất
- Nguyên liệu: Rau muống và rau cải.
-Dụng cụ: Cân phân tích, lị nung, bình tam giác, cốc thủy tinh, đũa thủy tinh,
bình định mức, quả bóp cao su, chén nung, pipét các loại, phễu lọc, giấy lọc.
-Hóa chất: Dung dịch gốc: Fe 3+1000 ppm, axit HNO3 đặc, axit HCl đặc, axit
H2 SO4 đặc, axit sunfosalixilic, KNO3, H2O2 30%, NH4OH 25%, nước cất 2 lần.
3. Nội dung nghiên cứu
- Khảo sát các điều kiện phân hủy mẫu bằng phương pháp khô – ướt kết hợp:
dung môi phân hủy mẫu, thời gian và nhiệt độ nung.
- Nghiên cứu các điều kiện tối ưu để xác định sắt bằng phương pháp đo quang:
chọn thuốc thử, chọn thể tích thuốc thử và NH4OH, khảo sát độ bền màu của phức,...
- Ảnh hưởng của các kim loại khác.
- Xác định khoảng nồng độ tuyến tính và lập đường chuẩn của sắt trong phương
pháp đo quang.

- Xác định hiệu suất thu hồi của phương pháp và đánh giá sai số thống kê của
phương pháp.
- Xây dựng qui trình phân tích hàm lượng sắt trong một số loài rau muống và
rau cải bằng phương pháp trắc quang phân tử UV - VIS.
- Áp dụng quy trình phân tích hàm lượng sắt trong một số loài rau muống và rau
cải trên địa bàn TP. Đà Nẵng.
1


4. Giáo viên hướng dẫn: ThS. LÊ THỊ MÙI
5. Ngày giao đề tài: 9/2012
6. Ngày hoàn thành:
Chủ nhiệm khoa

Giáo viên hướng dẫn

PGS.TS LÊ TỰ HẢI

ThS. LÊ THỊ MÙI

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho khoa ngày…tháng…năm 2013.
Kết quả điểm đánh giá:
Ngày…tháng…năm 2013
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

2


LỜI CẢM ƠN

Để hồn thành khóa luận này, ngồi sự cố gắng của bản thân, em đã nhận được
sự quan tâm, giúp đỡ tận tình của cơ ThS. Lê Thị Mùi và các thầy cơ trong Khoa Hóa –
trường Đại Học Sư Phạm – Đại Học Đà Nẵng.
Em xin chân thành cảm ơn cô ThS. Lê Thị Mùi là người đã trực tiếp giao đề tài
và tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện khóa luận này.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô giáo trong khoa và các thầy
cô giáo phụ trách phịng thí nghiệm đã giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho em hồn
thành khóa luận này.
Đà Nẵng, tháng 5 năm 2013.
Sinh viên thực hiện

Lương Tiểu Phụng

3


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài....................................................................................................... 9
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .......................................................................... 9
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ................................................................................................. 10
1.1. Giới thiệu chung về rau muống .................................................................................... 10
1.1.1. Đặc điểm và thành phần.............................................................................................. 10
1.1.2. Công dụng của rau muống .......................................................................................... 10
1.1.3. Giới thiệu chung về rau cải ........................................................................................ 11
1.1.3.1. Đặc điểm và thành phần .......................................................................................... 11
1.1.3.2. Công dụng của rau cải.............................................................................................. 12
1.2. Vài nét về kim loại Sắt .................................................................................................. 13
1.2.1. Vị trí, cấu tạo và trạng thái tự nhiên của sắt ............................................................. 13
1.2.2. Tính chất vật lí ............................................................................................................. 13

1.2.3. Tính chất hố học......................................................................................................... 14
1.2.4. Vai trị của sắt............................................................................................................... 14
1.2.5. Tác hại của sắt ............................................................................................................. 16
1.3. Các phương pháp vô cơ hóa mẫu ................................................................................. 17
1.3.1. Phương pháp vơ cơ hóa mẫu khơ (vơ cơ hóa khơ) .................................................. 17
1.3.2. Phương pháp vơ cơ hóa mẫu ướt (vơ cơ hóa ướt) ................................................... 17
1.3.3. Phương pháp vơ cơ hóa mẫu khơ – ướt kết hợp ...................................................... 18
1.4. Các phương pháp xác định vi lượng sắt ...................................................................... 19
1.4.1. Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử (AES) ................................................. 19
1.4.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) ................................................ 19
1.4.3. Phương pháp trắc quang phân tử UV – VIS............................................................. 20
1.5. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS .................................................. 23
1.5.1. Giới thiệu phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS ............................ 23
4


1.5.2. Các điều kiện tối ưu của một phép đo quang ........................................................... 24
1.5.3. Các phương pháp phân tích định lượng .................................................................... 25
1.6. Tình hình nghiên cứu và kiểm sốt hàm lượng kim loại nặng trong rau xanh trên
thế giới và ở Việt Nam .......................................................................................................... 27
1.6.1. Trên thế giới ................................................................................................................. 27
1.6.2. Ở Việt Nam................................................................................................................... 28
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................... 29
2.1. Dụng cụ, thiết bị, hóa chất ............................................................................................. 29
2.1.1. Thiết bị .......................................................................................................................... 29
2.1.2. Dụng cụ ......................................................................................................................... 29
2.1.3. Hóa chất ........................................................................................................................ 29
2.2. Cách pha các loại dung dịch .......................................................................................... 30
2.2.1. Pha dung dịch chuẩn Fe 3+ 0,1 mg/ml ........................................................................ 30
2.2.2. Pha các dung dịch khác ............................................................................................... 30

2.3. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................................... 30
2.4. Thực nghiệm nghiên cứu điều kiện vơ cơ hóa mẫu.................................................... 31
2.4.1. Dung mơi vơ cơ hóa mẫu............................................................................................ 31
2.4.2. Khảo sát nhiệt độ và thời gian nung tối ưu............................................................... 31
2.5. Thực nghiệm nghiên cứu điều kiện tối ưu phân tích hàm lượng sắt trong rau bằng
phương pháp trắc quang phân tử UV – VIS........................................................................ 31
2.5.1. Chọn thuốc thử thích hợp ........................................................................................... 31
2.5.2. Chọn thể tích thuốc thử và NH4OH .......................................................................... 32
2.5.3. Khảo sát độ bền màu của phức giữa Fe3+ với thuốc thử theo thời gian ................ 32
2.5.4. Ảnh hưởng của Cu2+ và Al3+ ...................................................................................... 32
2.5.5. Khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính ......................................................................... 32
2.5.6. Lập đường chuẩn xác định sắt.................................................................................... 33
2.6. Chuẩn bị mẫu giả ............................................................................................................ 33
5


2.7. Đánh giá hiệu suất thu hồi ............................................................................................. 33
2.8. Đánh giá sai số thống kê của phương pháp ................................................................ 33
2.9. Xây dựng quy trình phân tích ........................................................................................ 35
2.10. Phân tích mẫu thực tế ................................................................................................... 36
2.10.1. Địa điểm lấy mẫu....................................................................................................... 36
2.10.2. Thời gian lấy mẫu ...................................................................................................... 37
2.10.3. Chuẩn bị mẫu ............................................................................................................. 37
2.10.4. Phân tích mẫu ............................................................................................................. 37
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................................... 38
3.1. Kết quả khảo sát điều kiện tối ưu để phân tích sắt ..................................................... 38
3.1.1. Kết quả khảo sát thể tích dung mơi ........................................................................... 38
3.1.2. Kết quả khảo sát nhiệt độ nung .................................................................................. 38
3.1.3. Kết quả khảo sát thời gian nung................................................................................. 39
3.2. Kết quả khảo sát các điều kiện tối ưu để phân tích mẫu ............................................ 39

3.2.1. Kết quả khảo sát bước sóng cực đại λmax .................................................................. 39
3.2.2. Thể tích thuốc thử axit sunfosalixilic và NH4OH.................................................... 39
3.2.3. Kết quả khảo sát thời gian bền màu của phức.......................................................... 40
3.2.4. Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính ........................................................... 40
3.2.5. Kết quả xây dựng đường chuẩn ................................................................................. 41
3.3. Kết quả khảo sát hiệu suất thu hồi của phương pháp ................................................. 42
3.4. Kết quả đánh giá sai số thống kê của phương pháp.................................................... 43
3.5. Quy trình phân tích hàm lượng sắt trong một số loại rau .......................................... 43
3.6. Kết quả phân tích hàm lượng sắt trong mẫu thực tế ................................................... 45
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................................. 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................... 51

6


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1. Kết quả khảo sát thể tích H2 SO4 đặc sử dụng để vơ cơ hóa mẫu ................... 38
Bảng 3.2. Kết quả khảo sát nhiệt độ nung ........................................................................... 38
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát thời gian nung.......................................................................... 39
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát thời gian bền màu của phức................................................... 40
Bảng 3.5. Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Fe3+ ........................................... 40
Bảng 3.6. Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Fe3+ ........................................... 41
Bảng 3.7. Kết quả khảo sát hiệu suất thu hồi của phương pháp ....................................... 42
Bảng 3.8. Kết quả đánh giá sai số thống kê của phương pháp ......................................... 43
Bảng 3.9. Kết quả phân tích hàm lượng sắt (mg/100g tươi)trong mẫu rau muống ....... 47
Bảng 3.10. Kết quả phân tích hàm lượng sắt (mg/100g tươi) trong mẫu rau cải .......... 48

7

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Một số hình ảnh về rau muống ............................................................................ 10
Hình 1.2. Một số hình ảnh về rau cải ................................................................................... 12
Hình 1.3. Sơ đồ nguyên tắc hệ thống máy UV – VIS hai chùm tia ................................. 24
Hình 1.4. Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ .................................................... 25
Hình 1.5. Đường chuẩn của phương pháp đo quang.......................................................... 26
Hình 2.1. Máy đo quang Jasco |V| - |5|3|0|UV/VIS Spectrophotometer.......................... 29
Hình 2.2. Một số hình ảnh về địa điểm lấy mẫu................................................................. 37
Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ Fe3+ ............... 41
Hình 3.2. Đường chuẩn của phép xác định sắt bằng thuốc thử axit sunfosalixilic ........ 42
Hình 3.3. Qui trình phân tích hàm lượng sắt trong một số lồi rau muống và rau cải .. 44
Hình 3.4. Hình ảnh các loại rau muống và rau cải ............................................................. 46
Hình 3.5. Hình ảnh các mẫu rau cải trong q trình phân tích ......................................... 46
Hình 3.6. Hình ảnh màu phức của Fe3+ với axit sunfosalixilic của rau cải xanh ........... 47

8


LỜI MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam là một nước mà nơng nghiệp vẫn giữ vai trị quan trọng trong nền
kinh tế quốc dân, vì vậy vấn đề lương thực, thực phẩm có ý nghĩa vơ cùng to lớn.
Rau là nguồn thực phẩm cần thiết và quan trọng cung cấp đầy đủ các chất cho cơ thể:
vitamin, muối khoáng,... Đặc biệt là các loại rau muống và rau cải, khơng những có
giá trị về kinh tế, dinh dưỡng mà còn rất gần gũi với đời sống hàng ngày của con
người.
Việc phân tích để tìm ra hàm lượng các kim loại nặng trong rau là một biện pháp
quan trọng góp phần kiểm sốt được chất lượng của rau xanh. Sắt trong rau được coi là
một chất xúc tác để hình thành nên diệp lục và hoạt động như là một chất mang oxy.
Nó cũng giúp hình thành nên một số hệ thống men hô hấp. Thiếu sắt sẽ dẫn đến hiện

tượng lá sẽ chuyển sang vàng hay trắng ở phần thịt lá, trong khi gân lá vẫn còn xanh.
Ngoài ra, sắt là một nguyên tố vi lượng rất quan trọng trong việc đảm bảo sức khoẻ cho
con người. Tuy nhiên sắt với nồng độ lớn sẽ gây ngộ độc và có thể dẫn đến tử vong.
Vì vậy, việc xác định hàm lượng sắt trong rau là việc làm cần thiết. Với hy vọng
đóng góp thêm những thơng tin về hàm lượng sắt trong một số loài rau muống và rau
cải chúng tơi chọn đề tài : “Phân tích đánh giá tổng hàm lượng sắt trong một số loài
rau muống và rau cải trên địa bàn thành phố Đà Nẵng bằng phương pháp trắc
quang phân tử UV-VIS”.

2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Các kết quả thu được cuả đề tài góp phân xây dựng phương pháp xác định hàm
lượng sắt trong rau bằng phương pháp trắc quang phân tử UV- VIS.
Thơng qua đó đánh giá hàm lượng sắt trong các loài rau muống và rau cải trên địa
bàn thành phố Đà Nẵng.

9


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về rau muống [15, 17]
1.1.1. Đặc điểm và thành phần
Rau muống (danh pháp hai phần: Ipomoea aquatica) là một loài thực vật nhiệt
đới bán thủy sinh thuộc họ Bìm bìm (Convolvulaceae), là một loại rau ăn lá và có tên
khác là bìm bìm nước, được trồng trong các ao hồ, ruộng nước, những nơi đất ẩm.
Thân rỗng, dày, có nhiều đốt, mặt ngồi nhẵn. Lá màu lục, hình đầu mũi tên. Hoa màu
trắng hay hồng tím, ống hoa màu tím nhạt, hình cái phễu. Quả hình cầu. Hạt có lơng,
màu hung.

Hình 1.1. Một số hình ảnh về rau muống
1.1.2. Cơng dụng của rau muống

Rau muống có thể thải trừ cholesterol máu và chống tăng huyết áp. Vì vậy,
những người bị chứng huyết áp cao, cholesterol máu cao, cơ thể gầy khô nên ăn nhiều
loại rau này. Rau muống là loại rau quen thuộc trong mùa hè. Ngồi cơng dụng là thực
phẩm ngon miệng, giải nhiệt, rau muống cịn có tác dụng giải độc, nhuận tràng, chữa
rơm sảy, mụn nhọt…
Rau muống có hàm lượng protein cao gấp 4 lần, hàm lượng canxi cao gấp 12
lần cà chua và rất giàu caroten. Nước rau muống có hàm lượng xenlulo phong phú, các
10


chất dinh dưỡng đặc biệt hiệu quả trong việc giải độc cho cơ thể, tăng cường tiêu hóa
và ngăn ngừa sự phát triển các tế bào ung thư. Thường xuyên ăn rau muống sẽ giúp
cho cơ thể tăng sức đề kháng với các bệnh về đường ruột, nâng cao thể chất, chữa trị
các bệnh viêm da, giúp da dẻ tươi tắn…
Giúp vết thương mau lành: rau muống có tác dụng kích thích sinh máu và tế bào
mới, vì trong rau muống có chứa nhiều chất sắt và chất khống. Ngồi ra, phụ nữ trong
thời gian ni con nhỏ, có thể lấy rau muống luộc, nghiền lấy nước cho trẻ uống để bổ
sung khoáng chất. Người bị ốm mới dậy, trong thực đơn nên kèm rau muống sẽ chóng
lại sức.

1.1.3. Giới thiệu chung về rau cải [16, 18, 19]
1.1.3.1. Đặc điểm và thành phần
Họ Cải (Danh pháp khoa học: Brassicaceae), còn gọi là họ Thập tự
(Cruciferae), là một họ thực vật có hoa. Các loại cây trồng trong họ này gần như đều có
chứa chữ cải trong tên gọi. Bao gồm cải bắp, cải bông xanh, súp lơ, cải brussels, cải
xoăn (tất cả đều là các giống cây trồng từ một loài là Brasica oleracea), cải làn, cải củ
Thụy Điển, cải xoăn nước mặn, cải củ, cải thìa và su hào.
Rau cải có thân thảo sống từ 2 đến 3 tháng, cao 25-70cm. Rễ khơng phình
thành củ. Lá ở gốc, to, màu xanh nhạt, gân giữa trắng, nạc, phiến hình bầu dục nhẵn,
ngun hay có răng khơng rõ, men theo cuống. Hoa màu vàng tươi thành chùm ở ngọn.

Quả cải dài 4-11cm, có mỏ.

11


Cải trắng

Cải xanh

Cải thìa

Cải cúc

Hình 1.2. Một số hình ảnh về rau cải
1.1.3.2. Công dụng của rau cải
Các nhà nghiên cứu khẳng định ăn nhiều rau họ cải như cải bắp, bông cải xanh và
cải brussels giúp chống lại sự phát triển của bệnh ung thư phổi.
Rau cải xoong có chứa nhiều sắt, nhiều iot giúp cơ thể chống được bệnh cịi
xương, bệnh béo phì, bệnh ngồi da, bệnh xơ cứng động mạch ở người cao tuổi.
Rau cải trắng có chứa nhiều chất bổ và vitamin đặc biệt là vitamin C có tác dụng
chống oxy hóa mạnh.

12


Cải thìa có nhiều vitamin A, B, C. Lượng vitamin C của nó rất phong phú, đứng
vào bậc nhất trong các loại rau. Sau khi phơi khô, hàm lượng vitamin C vẫn cịn cao.
Cải thìa là thực phẩm dưỡng sinh, ăn vào có thể lợi trường vị, thanh nhiệt, lợi tiểu tiện
và ngừa bệnh ngoài da.
Cải thảo chứa nhiều vitamin A, B, C, E có vị ngọt, tính mát, có tác dụng hạ khí,

làm mềm cổ họng, bớt rát đỡ ho, bổ ích trường vị. Ngồi ra, cải thảo có thể chữa một
số bệnh như sốt rét, viêm bàng quang, viêm đường tiết niệu.
Thành phần dinh dưỡng trong cải xanh khá cao, đặc biệt là thành phần diệp hoàng
tố và vitamin K. Ngồi ra, cải xanh cịn có rất nhiều vitamin A, B, C, D, chất caroten,
anbumin, axit nicotic... có tác dụng giải chứng cảm hàn, thơng đàm, lợi khí...

1.2. Vài nét về kim loại Sắt [5]
1.2.1. Vị trí, cấu tạo và trạng thái tự nhiên của sắt
Sắt là nguyên tố hóa học có kí hiệu là Fe, số hiệu nguyên tử là 26, nằm ở phân
nhóm VIIIB thuộc chu kỳ 4 của bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev.
Sắt đứng thứ tư về hàm lượng trong vỏ trái đất và chiếm 1,5% về khối lượng của
vỏ trái đất.
Trong tự nhiên sắt có bốn đồng vị bền: 54Fe (5,8%), 56Fe (91,8%), 57Fe
(2,15%), 58Fe (0,25%). Những khoáng vật quan trọng của sắt là manhetit (Fe 3O4 ) chứa
đến 72,41% sắt, hematit (Fe 2O3) chứa 60% sắt, pirit (FeS2) chứa 46,67% sắt và xiđerit
(FeCO3) chứa 35% sắt.

1.2.2. Tính chất vật lí
Sắt là kim loại có màu trắng xám, dễ rèn, dễ dát mỏng và gia cơng cơ học khác.
Sắt có bốn dạng thù hình (dạng α, β, γ, δ) bền ở những khoảng nhiệt độ nhất định:

Sắt có tính chất từ tính (chúng bị nam châm hút và dưới tác động của dòng điện
chúng trở thành nam châm). Sắt tạo nên rất nhiều hợp kim quan trọng đặc biệt là với
13


cacbon, tùy lượng cacbon có trong sắt mà người ta chia ra thành: Sắt mềm (< 0,2%C),
thép (0,2 - 1,7%C) và gang ( 1,7 - 5%C).

1.2.3. Tính chất hố học

Sắt là một kim loại có hoạt tính hố học trung bình. Ở điều kiện thường khơng có
hơi ẩm, sắt khơng tác dụng với những nguyên tố phi kim điển hình như oxy, lưu huỳnh,
clo, brom vì có màng mỏng oxit bảo vệ. Khi đun nóng sắt tác dụng với hầu hết phi kim.
Sắt tinh khiết bền trong khơng khí và nước. Ngược lại, sắt có chứa tạp chất bị ăn mịn
dưới tác dụng của hơi ẩm, khí cacbonic và oxy ở trong khơng khí tạo nên gỉ sắt:
4Fe + 3O2

2Fe2O3

Do lớp gỉ sắt xốp và giịn nên khơng bảo vệ được sắt khỏi bị oxi hoá tiếp tục.
Sắt tạo thành hai dãy hợp chất Fe 2+ và Fe 3+. Muối Fe 2+ được tạo thành khi hoà tan
sắt trong dung dịch axit loãng trừ axit nitric. Muối của Fe2+ với axit mạnh như: clorua,
sunfat... dễ tan trong nước, còn muối của các axit yếu như: sunfua, cacbonic... khó tan.
Muối FeSO4 là chất tinh thể màu trắng, dễ hút ẩm và dễ tan trong nước, khi kết tinh ở
nhiệt độ thường thu được tinh thể FeSO4 .7H2O dễ tan trong nước. Khi đun nóng tinh
thể FeSO4 .7H2 O mất dần nước và trở thành muối khan FeSO4. Quan trọng nhất là
(NH4)2 Fe(SO4)2.6H2O, được gọi là muối Mohr. Tinh thể muối Mohr có màu lục, dễ kết
tinh, khơng hút ẩm và bền đối với oxy khơng khí nên được dùng để pha dung dịch
chuẩn Fe2+ trong hố học phân tích.
Fe(OH)3 bền trong khơng khí, khơng tan trong nước và trong dung dịch NH3 .
Fe(OH)3 tan dễ dàng trong axit tạo thành muối Fe3+. Đa số muối Fe3+ dễ tan trong nước
và bị thủy phân mạnh nên dung dịch có màu vàng nâu, chỉ trong dung dịch có phản
ứng axit mạnh (pH < 1) sự thủy phân mới bị đẩy lùi. Các muối Fe 3+ cũng dễ bị khử về
muối Fe2+ bằng nhiều chất khử khác nhau như: N2 H4, HI...
2FeCl3 + 2HI

2FeCl2 + I2 + 2HCl

1.2.4. Vai trò của sắt
1.2.4.1. Trong đời sống sản xuất[20]

14


Sắt là kim loại được sử dụng nhiều nhất, chiếm khoảng 95% tổng khối lượng
kim loại sản xuất trên toàn thế giới. Sự kết hợp của giá thành thấp và các đặc tính tốt về
chịu lực, độ dẻo, độ cứng làm cho nó trở thành khơng thể thay thế được, đặc biệt trong
các ứng dụng như sản xuất ô tô, thân tàu thủy lớn, các bộ khung cho các công trình xây
dựng. Thép là hợp kim nổi tiếng nhất của sắt, ngồi ra cịn có một số hình thức tồn tại
khác của sắt như: gang thô, gang đúc, thép carbon, sắt non...

1.2.4.2. Vai trò của sắt đối với cây trồng[21]
Sắt là một nguyên tố vi lượng, rất cần thiết cho tổng hợp, duy trì diệp lục và
cho quá trình vận chuyển điện tích trong quang hợp. Vai trị quan trọng nhất của sắt là
hoạt hóa các enzym của q trình quang hợp và hơ hấp. Nó khơng tham gia vào thành
phần diệp lục nhưng có ảnh hưởng quyết định tới sự tổng hợp diệp lục trong cây. Hàm
lượng sắt trong lá cây có quan hệ mật thiết đến hàm lượng diệp lục trong chúng. Sắt
hấp thu năng lượng mặt trời vào giúp lá cây sẫm màu hơn và tăng bề dày của lá cây.

1.2.4.3. Vai trò của sắt đối với cơ thể con người[12]
Sắt là một trong những chất khoáng rất quan trọng đối với cơ thể. Sắt là nguyên
liệu để tổng hợp nên hemoglobin, chất có mặt trong tế bào hồng cầu và làm cho hồng
cầu có màu đỏ, có vai trị vận chuyển oxi trong máu tới các mơ trong cơ thể. Sắt cũng
là thành phần có trong myoglobin, có trong cơ vân, có tác dụng dự trữ oxi cho các hoạt
động của cơ vân, chúng sẽ kết hợp với các thành phần dinh dưỡng khác giải phóng
năng lượng cho sự co cơ.
Sắt cũng là thành phần cấu tạo của một số protein và enzym, có vai trị trong
q trình giải phóng năng lượng khi oxi hóa các chất dinh dưỡng và ATP.
Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng có hai loại sắt mà cơ thể có thể hấp thu là
heme và non – heme: sắt heme có trong thịt có màu đỏ, thịt gà và cá. Nó dễ hấp thu, có
giá trị sinh học cao: 15-20%; sắt non – heme có trong bánh mì, ngũ cốc, rau quả. Nó có

giá trị sinh học thấp: 2-15%.

15


1.2.5. Tác hại của sắt [12, 20, 21, 22]
1.2.5.1. Đối với cây trồng
Khi trong đất có quá nhiều hay thiếu sắt đều gây ảnh hưởng đến việc hấp thu sắt
của thực vật. Cụ thể:
Sự thiếu hụt sắt thường xảy ra trên nền đất có đá vơi. Thiếu sắt gây ra hiện
tượng màu xanh lá cây nhợt nhạt (bạc lá) với sự phân biệt rõ ràng giữa những gân lá
màu xanh và khoảng giữa màu vàng. Vì sắt khơng được vận chuyển giữa các bộ phận
trong cây nên biểu hiện thiếu trước tiên xuất hiện ở các lá non gần đỉnh sinh trưởng của
cây. Thiếu sắt nặng có thể chuyển tồn bộ cây thành màu vàng tới trắng lợt ở phần thịt
lá trong khi gân lá vẫn còn xanh. Sự thiếu sắt có thể xảy ra do sự thiếu cân bằng với
các kim loại khác như molipden, đồng hay mangan. Một số yếu tố khác cũng có thể
gây thiếu sắt như quá thừa lân trong đất, do pH cao kết hợp với thừa canxi, đất lạnh và
hàm lượng cacbonat cao, thiếu sắt do di truyền của cây, thiếu do hàm lượng chất hữu
cơ trong đất thấp.
Thừa sắt sẽ gây ngộ độc sắt, biểu hiện thường ở những lá bên dưới, bắt đầu từ
những điểm nâu nhỏ ở đầu lá lan dần xuống đáy. Thường những điểm này liền lại ở
gân giữa, màu xanh của lá không thay đổi. Trường hợp trầm trọng lá có màu nâu tím.
Đồng thời thừa sắt sẽ làm cho độ xốp của đất bị giảm đi ảnh hưởng đến sự hấp thụ các
chất dinh dưỡng của cây trồng.

1.2.5.2. Đối với con người
Mặc dù sắt đóng một vai trò rất quan trọng đối với sức khỏe con người nhưng
việc hấp thu quá nhiều sắt có thể gây ngộ độc vì các Fe (II) dư thừa sẽ phản ứng với
các peroxit trong cơ thể để sản xuất ra các gốc tự do. Khi hàm lượng sắt bình thường
thì cơ thể có một cơ chế chống oxi hóa để có thể kiểm sốt q trình này. Khi dư thừa

sắt thì những lượng dư thừa khơng thể kiểm sốt của các gốc tự do được sinh ra.
Các triệu chứng thường gặp khi ngộ độc sắt: đau bụng, buồn nôn, nôn, tiêu chảy
kèm tiêu ra máu, mất nước và thậm chí dẫn đến tử vong. Nếu sắt quá nhiều trong cơ
16


thể (chưa đến mức gây chết người) thì một loạt các hội chứng rối loạn quá tải sắt có thể
phát sinh như hemochromatosis.
Một lượng gây chết người của sắt đối với trẻ 2 tuổi là 3 gam sắt. Một gam có thể
sinh ra sự ngộ độc nguy hiểm. Danh mục của DRI về mức chấp nhận cao nhất về sắt
đối với người lớn là 45 mg/ngày, đối với trẻ em dưới 14 tuổi mức cao nhất là 40
mg/ngày.
Thiếu sắt thường tăng dần theo thời gian và có liên quan đến chế độ ăn kém
hoặc mất máu nhiều. Trong một số trường hợp nghiêm trọng, thiếu sắt gây thiếu máu
với các biểu hiện lâm sàng như sau: chán ăn, ít ngủ, ít hoạt động, hay quên, kém minh
mẫn, chóng mặt, ù tai, giảm trương lực cơ, bắp cơ nhão, bụng chướng, tim đập nhanh,
suy tim, da xanh, niêm mạc nhợt, gan, lách to, tóc dễ rụng và bạc màu, móng tay mềm,
cong, dễ gãy, đau nhức xương.

1.3. Các phương pháp vô cơ hóa mẫu [7, 10, 11]
1.3.1. Phương pháp vơ cơ hóa mẫu khơ (vơ cơ hóa khơ)
Ngun tắc: mẫu được nung trong chén nung ở một nhiệt độ nhất định cho đến
tro trắng. Sau đó hịa tan mẫu bã thải (tro trắng) trong một axit hay kiềm hay muối phù
hợp để chuyển chất phân tích về dạng dung dịch. Sau đó xác định theo phương pháp
phân tích được chọn.
Trong q trình nung có thể thêm hay khơng thêm chất phụ gia – là chất có tác
dụng bảo vệ hay làm cho việc nung xảy ra nhanh hơn, tốt hơn.
Phương pháp này thao tác đơn giản, không phải dùng nhiều axit đặc nhưng dễ
mất một số chất dễ bay hơi.

1.3.2. Phương pháp vơ cơ hóa mẫu ướt (vơ cơ hóa ướt)
Dùng một axit đặc có tính oxi hóa mạnh (HCl, HNO3, H2SO4), hay hỗn hợp các
axit đặc có tính oxi hóa mạnh (HNO3 + HClO4, HNO3 + HClO4 + H2SO4,…), hay hỗn
hợp của một axit có tính oxi hóa mạnh và một axit khơng có tính oxi hóa (HNO3 +
HCl, HF + HClO4,…) để phân hủy các chất hữu cơ của mẫu trong bình kendan, để
17


chuyển các kim loại ở dạng hữu cơ về dạng các ion trong dung dịch muối vô cơ. Việc
phân hủy có thể thực hiện trong hệ đóng kín (áp suất cao) hay trong hệ mở (áp suất
thường). Lượng axit thường phải dùng gấp 10 – 15 lần lượng mẫu, thời gian 10 – 12
giờ nên khi phân hủy xong phải đuổi hết axit dư.
Mỗi hỗn hợp axit chỉ thích hợp cho một số loại mẫu. Vì thế phải khảo sát để tìm
điều kiện cho thích hợp nhằm thu được hiệu suất cao và phù hợp với phương pháp
phân tích được chọn.
Phương pháp này hạn chế không làm mất chất phân tích nhưng tốn nhiều axit
đặc, thời gian phá mẫu rất dài và phải đuổi axit dư lâu.

1.3.3. Phương pháp vô cơ hóa mẫu khơ – ướt kết hợp
Ngun tắc: mẫu được phân hủy trong chén hay trong cốc nung mẫu. Trước tiên
người ta thực hiện xử lý ướt trong cốc hay chén bằng một lượng nhỏ dung môi hay hỗn
hợp dung môi để phá vỡ sơ bộ cấu trúc ban đầu của hợp chất mẫu và tạo điều kiện giữ
một số nguyên tố có thể bay hơi khi nung, sau đó mới đem nung ở một nhiệt độ thích
hợp cho đến tro trắng.
So với phương pháp vơ cơ hóa khơ và vơ cơ hóa ướt, phương pháp vơ cơ hóa
mẫu khơ – ướt kết hợp có ưu điểm sau: hạn chế được sự mất mát của một số chất phân
tích do nhiệt độ cao; sự tro hóa là triệt để; sau khi hịa tan sẽ được dung dịch mẫu
trong; khơng tốn nhiều dung môi đặc biệt là axit tinh khiết (lượng dung môi chỉ bằng
1/4 đến 1/3 lượng cần dùng cho xử lý ướt); thời gian xử lý nhanh và triệt để hơn so với
cách xử lý thông thường; không phải đuổi axit dư lâu nên hạn chế được sự nhiễm bẩn

do môi trường; phù hợp cho nhiều loại mẫu khác nhau để xác định kim loại và anion;
không cần trang bị phức tạp như hệ lị vi sóng đắt tiền.
Phương pháp vơ cơ hóa mẫu khơ – ướt kết hợp đã phát huy được ưu điểm và
khắc phục được nhược điểm của phương pháp vơ cơ hóa mẫu khơ và vơ cơ hóa mẫu
ướt. Vì vậy, chúng tơi tiến hành vơ cơ hóa mẫu bằng phương pháp khơ – ướt kết hợp.

18


1.4. Các phương pháp xác định vi lượng sắt [2, 6, 13]
1.4.1. Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử (AES)
Nguyên tắc chung của phép phân tích định tính trong phương pháp quang phổ
phát xạ nguyên tử gồm 3 giai đoạn:
- Cung cấp năng lượng thích hợp để hóa hơi, nguyên tử hóa mẫu tạo ra đám hơi
nguyên tử tự do, kích thích đám hơi đó phát ra phổ phát xạ của chúng.
- Thu chùm sáng phát xạ, phân ly và ghi phổ phát xạ của mẫu phân tích.
- Quan sát phổ phát xạ thu được, phân tích định tính.
Cơ sở của phân tích định lượng bằng phép đo AES là sự phụ thuộc của nồng độ vào
cường độ vạch phổ được biểu diễn thông qua định luật Lambert – Beer:
I = k.Cb
Với: I: cường độ vạch phổ; C: nồng độ; k: hệ số tỷ lệ, phụ thuộc vào phép đo gồm hệ
thống máy đo, xử lý mẫu; 0 < b ≤ 1.
Ở các giá trị C < Co thì b = 1 với Co được gọi là nồng độ giới hạn. Lúc này sẽ có
sự phụ thuộc tuyến tính giữa I và C: I = k.C
Khi xác định sắt người ta thường nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn lửa đèn khí, hồ
quang điện rồi thu, phân ly và ghi phổ phát xạ.

1.4.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử dựa vào khả năng hấp thụ chọn lọc
các bức xạ cộng hưởng của các nguyên tử ở trạng thái tự do. Đối với mỗi nguyên tố

vạch cộng hưởng thường là vạch quang phổ nhạy nhất của phổ phát xạ nguyên tử của
chính ngun tử đó. Thơng thường thì khi hấp thụ bức xạ cộng hưởng nguyên tử sẽ
chuyển từ trạng thái ứng với mức năng lượng cơ bản sang mức năng lượng cao hơn
gần với mức năng lượng cơ bản nhất, người ta gọi đó là bước chuyển cộng hưởng.
Trong phương pháp này q trình ngun tử hóa mẫu có thể thực hiện bằng
phương pháp không ngọn lửa và phương pháp sử dụng ngọn lửa. Trong điều kiện nhiệt
độ không quá cao (1500 – 3000 oC) đa số các nguyên tử tạo thành ở trạng thái cơ bản.
19


Khi chiếu vào đám hơi nguyên tử tự do một chùm bức xạ điện từ có tần số bằng
tần số cộng hưởng thì các nguyên tử tự do sẽ hấp thụ các bức xạ cộng hưởng này và
làm cho cường độ của chùm bức xạ điện từ giảm. Sự bức xạ của đám hơi tuân theo
định luật Lambert – Beer:
I = Io .e-(Kv.N.L)
Với: Kv: hệ số tỷ lệ, phụ thuộc vào bản chất, bước sóng của bức xạ đơn sắc; N: số
nguyên tử tự do ở trong môi trường hấp thụ (đám hơi nguyên tử tự do); L: bề dày môi
trường hấp thụ (phụ thuộc vào máy).
Cường độ vạch phổ = mật độ quang = độ hấp thụ:
D = A = 2,303.Kv.N.L = K.N
Trong khoảng giá trị nồng độ C đủ nhỏ thì: N = K.C; D = k.Cb
b = 1 nếu C  Co ; b < 1 nếu C > Co.
Co: ngưỡng của sự tuyến tính của định luật Lambert – Beer cho phương pháp
AAS.
k: hệ số tỷ lệ, phụ thuộc vào điều kiện phân tích.
Thơng thường số ngun tử kích thích trong đám hơi khơng q 1 – 2% nên
phương pháp này có độ nhạy, độ chính xác cao, thực hiện nhanh và khá đơn giản.
Khi xác định sắt người ta thường nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn lửa đèn khí
axetylen + khơng khí rồi dùng nguồn sáng đơn sắc có bước sóng mà đám hơi hấp thụ
cộng hưởng chiếu vào đám hơi nguyên tử rồi thu phân ly và ghi phổ hấp thụ.

1.4.3. Phương pháp trắc quang phân tử UV – VIS
Phương pháp đo quang dựa vào tính chất hấp thụ chọn lọc ánh sáng trong vùng
nhìn thấy của chất màu. Để xác định sắt người ta dùng một số thuốc thử sau để tạo
phức màu: axit sunfosalixilic trong môi trường đệm amoni (pH = 8 – 11), amoni
thioxianat trong môi trường HNO3 1:1, o-phenantrolin trong môi trường pH = 3 – 9
hay 2,2-bipyridyl trong môi trường axit axetic,…

20


1.4.3.1. Xác định hàm lượng sắt bằng thuốc thử thioxianat
Xử lý mẫu và oxi hóa tồn bộ lượng sắt có trong mẫu thành sắt (III). Trong môi
trường axit ion Fe 3+ tạo được với ion SCN- phức chất màu đỏ.
Fe3+ + SCN-

H+

[FeSCN]2+

Người ta dùng axit HNO3 làm môi trường mà khơng dùng các axit khác vì trong
mơi trường HCl và H3PO4 sẽ tạo phức gây cản trở đến quá trình phân tích, cịn trong
mơi trường H2 SO4 làm cho màu của phức bị nhạt đi.
+
Fe(SCN)2+ + Cl- H
[FeCl]2+ + SCNH+
Fe(SCN)2+ + H2PO4FeHPO4+ + HSCN

1.4.3.2. Xác định hàm lượng sắt bằng thuốc thử axit sunfosalixilic
Axit sunfosalixilic tạo với sắt các ion phức có màu khác nhau: tại pH = 2 – 2,5

[Fe(Sal)]+1 có màu đỏ, tại pH = 4 – 8 [Fe(Sal)2 ]-1 có màu nâu và tại pH = 8 – 11,5
[Fe(Sal)3]-3 có màu vàng. Trong mơi trường axit những ion phức nêu trên chỉ được tạo
thành với oxit sắt (III) cịn trong mơi trường kiềm thì cả với oxit sắt (II) và oxit sắt (III)
vì trong những điều kiện như vậy Fe2+ dễ dàng được oxi hóa thành Fe 3+.
Phương pháp dùng thuốc thử axit sunfosalixilic trong môi trường amoniac cho
phép xác định tổng lượng các ion Fe 2+ và Fe 3+, nghĩa là xác định hàm lượng tổng số
của sắt. Phương pháp dựa trên sự tạo thành ion nội phức sắt sunfosalixilat:
OH

O-

Fe3+ + 3HSO3C6 H3

)3]-3

[Fe(HSO3C6 H3
COOH

COO-

Màu vàng của ion phức này rất bền. Phương pháp này có thể xác định cường độ
màu bằng mắt hoặc bằng máy so màu quang điện. Hệ số hấp thụ phân tử của dung dịch
màu tại λ = 430 nm là ε = 6000.
Lượng lớn nhơm, đồng có trong mẫu phân tích có thể gây cản trở phép xác định
vì chúng tạo phức với axit sunfosalixilic.

21


1.4.3.3. Xác định hàm lượng sắt bằng thuốc thử o-phenantrolin

Thuốc thử o-phenantrolin phản ứng với ion Fe 2+ tạo thành phức chất có màu tím
đỏ. Khoảng pH thích hợp cho quá trình tạo phức khá rộng từ 3 – 9.
Mangan có ảnh hưởng rất lớn đến q trình xác định nên khi mẫu phân tích có
mặt mangan thì khơng định lượng được sắt bằng phương pháp này. Lượng đồng trong
mẫu lớn (> 10 mg/l) cũng gây ảnh hưởng nhưng có thể loại trừ ảnh hưởng đó bằng
cách tiến hành phản ứng trong khoảng pH = 3 – 4.

1.4.3.4. Xác định hàm lượng sắt bằng thuốc thử 2,2- bipyridyl
Mẫu sau khi xử lý chứa Fe3+ dùng axit ascobic khử Fe3+ về Fe2+ rồi định lượng
sắt bằng dung dịch 2,2- bipyridyl trong môi trường axit axetic.
Dung dịch Fe2+ tạo với 2,2- bipyridyl trong mơi trường axit axetic phức chất có
màu hồng. Hàm lượng sắt có trong mẫu phụ thuộc vào độ đậm nhạt của phức.

N
N

N

N
N

N

Để phù hợp với đối tượng phân tích và điều kiện của phịng thí nghiệm chúng
tơi chọn phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS để xác định sắt với thuốc
thử là axit sunfosalixilic.

22

1.5. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS [6, 14]
1.5.1. Giới thiệu phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS
Đây là phương pháp dựa trên sự so sánh cường độ màu của dung dịch nghiên
cứu với cường độ màu của dung dịch tiêu chuẩn có nồng độ xác định.
Cơ sở lý thuyết của phương pháp là định luật Lambert – Beer:
I = Io . 10 -ε.l.C
→ Mật độ quang:

D = lg (Io/I) = ε.l.C

Hay:

D = K.C
Trong đó: Io: cường độ ánh sáng tới; I: cường độ ánh sáng ló; ε: hệ số tắt phân

tử hay hệ số hấp thụ phân tử, ε là đại lượng xác định, phụ thuộc vào bản chất của chất
hấp thụ, vào bước sóng λ của bức xạ đơn sắc và vào nhiệt độ; l: bề dày của cuvet đựng
dung dịch, đo bằng cm; C: nồng độ dung dịch, đo bằng mol/l; D: mật độ quang; K: hệ
số tỷ lệ, K = ε.l.
Sơ đồ khối tổng quát của một thiết bị đo quang như sau:
Nguồn

Bộ phận

Cuvet

bức xạ

tạo tia

đựng

liên tục

đơn sắc

dung dịch

23

Detectơ

Chỉ thị
kết quả


Sơ đồ máy so màu quang điện hai chùm tia:
3
1

4

5

6

2

7
%T

100

A

C

8

50
0

B

D

Hình 1.3. Sơ đồ nguyên tắc hệ thống máy UV – VIS hai chùm tia
Trong đó: 1- đèn vonfram; 2- cuvet chứa dung dịch so sánh; 3- kính lọc sáng; 4cuvet chứa dung dịch phân tích; 5- tế bào quang điện với hiệu ứng quang điện ngoài; 6gương; 7- tế bào quang điện; 8- điện kế để chuẩn hóa 100% T.

1.5.2. Các điều kiện tối ưu của một phép đo quang
1.5.2.1. Sự đơn sắc của bức xạ điện từ
Định luật Lambert – Beer càng chính xác hay là sự phụ thuộc D = f (C) càng
tuyến tính nếu bức xạ đơn sắc chiếu vào dung dịch càng đơn sắc.
1.5.2.2. Bước sóng tối ưu – bước sóng cực đại λ max
Mỗi một chất chỉ hấp thụ ánh sáng cực đại tại một bước sóng nhất định gọi là
λmax . Do đó, định luật Lambert – Beer càng chính xác cho chất phân tích tại giá trị λmax .

24

1.5.2.3. Khoảng tuyến tính của định luật Lambert – Beer
Định luật Lambert – Beer cho sự phụ thuộc D = f (C) chỉ tuyến tính trong một
khoảng giá trị nồng độ nhất định, gọi là khoảng tuyến tính Cmin - Cmax , phụ thuộc vào
máy đo, dung dịch phân tích.
D

Cmin

Cmax

C

Hình 1.4. Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ
1.5.2.4. Các yếu tố khác
Khả năng hấp thụ ánh sáng của dung dịch màu ngoài sự phụ thuộc vào nồng độ
còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: thuốc thử: một chất phân tích X có thể tạo phức
màu với nhiều thuốc thử khác nhau nhưng trong đó bao giờ cũng có một thuốc thử tối
ưu; thời gian tạo phức màu: hầu như trong thực tế thì mỗi dung dịch phức màu chỉ bền
trong một khoảng thời gian nhất định; môi trường pH: dùng axit, dung dịch đệm để tạo
môi trường.

1.5.3. Các phương pháp phân tích định lượng
1.5.3.1. Phương pháp đường chuẩn
Xây dựng đường chuẩn D = f (C)
Nguyên tắc: chuẩn bị một dãy dung dịch chất chuẩn cần phân tích có nồng độ chính
xác khác nhau, tăng dần: C1, C2, C3, C4, C5,…
Thêm thuốc thử phân tích, tạo mơi trường phù hợp.
25