Phương pháp phân tích hàm lượng khoáng trong mì ăn liền

TN phân tích

Xác định hàm lượng khoáng trong thực phẩm

Phần 1 :

PHÂN TÍCH
KHOÁNG
Phương pháp xác
định hàm lượng Ca,
Fe, Na trong thực
phẩm (mì ăn liền)

Trang 1


TN phân tích

Xác định hàm lượng khoáng trong thực phẩm

I.

MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

II.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP

− Xác định hàm lượng Na, Ca, Fe có trong mẫu mì tôm bằng
phương pháp quang phổ hấp thu và phát xạ nguyên tử.
− Giúp sinh viên làm quen với máy quang phổ hấp thu

nguyên tử AAS, nắm được phương pháp tiến hành phân tích
khoáng trong thực tế.

1. Khái niệm:
Atomic Spectroscopy là phương pháp sử dụng sự hấp thụ hay
phát xạ ánh sáng của đám hơi nguyên tử ở một bước sóng
nhất định để phân tích định tính và định lượng kim loại có trong
mẫu.
Sự hấp thu: khi bức xạ truyền tới vật chất là một chất
khí, lỏng hoặc rắn, vật chất sẽ giữ lại một cách chọn lọc
năng lượng của một số bức xạ, vật chất từ trạng thái cơ bản
sẽ chuyển sang trạng thái kích thích, đó là sự hấp thu.
Sự phát xạ: vật chất khi hấp thu năng lượng, chuyển lên
mức năng lượng cao, ở trạng thái kích thích, không bền, có xu
hướng trở lại mức năng lượng thấp, bền hơn và khi đó có thể
phát ra bức xạ gọi là hiện tượng phát xạ.

2. Các hệ thống Atomic Spectroscopy:

3. Nguyên tắc:
Các nguyên tử tự do được tạo ra khi ta phun dung dịch phân
tích chứa cấu tử khảo sát M ở trạng thái aerozon vào nguồn
cung cấp nhiệt độ cao. Khi đó, chất khảo sát M bị phân hủy,
chuyển thành các nguyên tử tự do và tồn tại ở thể khí dưới 3
dạng:
− Phần lớn ở trạng thái cơ bản Mo với No nguyên tử.
− Phần nhỏ ở trạng thái kích thích M* với N* nguyên tử.

Trang 2

TN phân tích

Xác định hàm lượng khoáng trong thực phẩm

− Phần rất ít ở trạng thái ion Mn+.

a) Quang phổ hấp thu nguyên tử:
Các nguyên tử ở trạng thái Mo có khả năng hấp thu năng
lượng dưới dạng bức xạ và sau khi hấp thu nguyên tử sẽ
chuyển từ trạng thái ứng với mức năng lượng cơ bản sang mức
năng lượng gần mức năng lượng cơ bản nhất (được gọi là bước
chuyển cộng hưởng).
Điều này có nghóa làsau khi nguyên tử hóa, nếu đưa một
chùm bức xạ điện từ có tần số bằng tần số cộng hưởng,
các nguyên tử tự do có thể hấp thu các bức xạ cộng hưởng
này và làm giảm cường độ của chùm bức xạ điện từ. Phần
cường độ của chùm bức xạ điện từ bị giảm do bị hấp thu tỷ
lệ với số nguyên tử ở trạng thái Mo, nghóa là tỉ lệ với hàm
lượng M trong mẫu.
b) Quang phổ phát xạ nguyên tử:
Những nguyên tử M* ở trạng thái kích thích không bền có xu
hướng phát ra năng lượng dưới dạng bức xạ để trở về trạng
thái cơ bản với cường độ phát xạ tỷ lệ với nồng độ các
nguyên tử bị kích thích M *, nghóa là tỉ lệ với hàm lượng M trong
mẫu.

4. Ưu nhược điểm:

Ưu

điể
m

Nhươ
ïc
điể
m

Quang phổ
hấp thu nguyên tử
- Điều kiện kích thích phổ tương
đối dễ dàng.
- Độ chọn lọc cao do số vạch
cộng hưởng không lớn.
- Giới hạn phát hiện của nhiều
nguyên tố rất cao (khoảng 10 -5 –
10-6%).
- Không áp dụng được cho các
nguyên tố có vạch cộng hưởng
ở vùng tử ngoại xa như C, P, các
halogen…
- Thời gian phân tích bị kéo dài
do phải hòa tan mẫu trước khi

Trang 3

Quang phổ
phát xạ nguyên tử
- Phân tích tốt các
nguyên tố kiềm (dễ bị

ion hóa).
- Tiến hành đơn giản
hơn (do không cần sử
dụng đèn cathode lõm).
- Độ chính xác và độ
nhạy thấp hơn so với
phương pháp quang phổ
hấp thu nguyên tử.


TN phân tích

Xác định hàm lượng khoáng trong thực phẩm

phân tích.
- Không thể xác định đồng
thời nhiều nguyên tố.

5. Ứng dụng:
5.1. Định tính:
Nếu trong mẫu không có sự hiện diện của cấu tử khảo
sát, sẽ không có hiện tượng hấp thu hay phát xạ.
5.2. Định lượng:
− Phương pháp ứng dụng để định lượng khoảng 70 nguyên tố
kim loại và không kim loại với độ nhạy khá cao.

Phương pháp phát xạ có độ nhạy khoảng 1 ppm.

Phương pháp hấp thu có độ nhạy khoảng 0,001ppm.
a) Quang phổ hấp thu nguyên tử:

− Thường định lượng bằng phép lập đường chuẩn. Tuy nhiên
cần lưu ý đến nền của dung dịch mẫu vì khi có sự hiện diện
của những cấu tử ảnh hưởng, có thể tạo hiện tượng cộng
hưởng hay gây những bức xạ ký sinh. Để giảm sai số này cần
tạo môi trường đệm cho chuẩn.
− Để tăng độ nhạy của máy, trong phép đo vi phân tích, có
những kỹ thuật đo mới.
 Phương pháp hấp thu nguội: dùng định lượng những
nguyên tố dễ thăng hoa như As, Hg. Không nguyên tử hóa
cấu tử khảo sát bằng ngọn lửa, mà chuyển cấu tử sang
dạng dễ bay hơi như AsH 3, HgO. Sau đó, vẫn kích thích nguyên
tố bằng năng lượng của đèn cathode lõm và đo độ hấp
thu.
 Dùng lò graphít:
 Mẫu dạng rắn với lượng khá nhỏ cho thăng hoa ở
27000C trong ống graphít và sau đó nguyên tử hóa cấu
tử khảo sát.
 Dùng luồng khí trơ thổi nguyên tử mẫu thể khí qua
chùm bức xạ của đèn cathode lõm. Phương pháp này có
thể đạt độ nhạy 10-5 ppm.
b) Quang phổ phát xạ nguyên tử:
− Thường định lượng bằng cách lập đường chuẩn. Hiện
tượng ion hóa và tự hấp thu thường xảy ra, để tránh ảnh
hưởng này cần:
 Thêm vào mẫu và chuẩn cùng lượng thừa khá lớn
nguyên tố dễ bị ion hóa hơn những cấu tử có trong dung
dịch mẫu.
 Chọn khoảng nồng độ thích hợp cho dãy chuẩn để
đường chuẩn có dạng thẳng.
− Với bộ phận tạo bức xạ đơn sắc kém chính xác như kính

lọc, thường có những bức xạ cộng hưởng làm sai độ phát xạ
của mẫu. Để giảm sai số này, có thể lập hệ số điều chænh

Trang 4


TN phân tích

Xác định hàm lượng khoáng trong thực phẩm

bằng cách thêm chuẩn vào mẫu. Cách này được áp dụng khi
không tạo được điều kiện nền giống nhau giữa chuẩn và mẫu.

III. HỆ THỐNG QUANG PHỔ HẤP THU NGUYÊN TỬ AAS:

1. Nguồn sáng:

− Nguồn sáng có chức năng tạo ra ánh sáng có bước sóng
thích hợp cho sự hấp thu ánh sáng của đám hơi nguyên tử cần
phân tích.
− Nguồn sáng thường được sử dụng là đèn cathode lõm
(Hollow cathode lamp) có cathode làm bằng kim loại tinh khiết cùng
nguyên tố với cấu tử khảo sát, anode làm bằng tungsten.

Trang 5


TN phân tích

Xác định hàm lượng khoáng trong thực phẩm

− Nguyên tắc hoạt động: áp đặt thế giữa hai điện cực,
ion hóa khí hiếm bên trong đèn. Do sự di chuyểân các ion đến
điện cực tạo ra dòng điện giữa 2 điện cực. Nếu thế áp đặt đủ
lớn, các cation khi có đủ động năng sẽ đẩy bật nguyên tử kim
loại ở cathode ra khỏi điện cực này, tạo đám mây nguyên tử.
Một phần những nguyên tử này ở trạng thái kích thích và phát
ra bức xạ đặc trưng khi trở về trạng thái cơ bản.

2. Bộ phận nguyên tử hóa (Atomizer)

− Bộ phận nguyên tử hóa có chức năng nguyên tử hóa
mẫu cần phân tích thành đám hơi nguyên tử.
− ASS đòi hỏi các nguyên tử của chất cần phân tích phải
ở trạng thái khí. Ion và nguyên tử trong mẫu phải không bị
solvate hóa và không bị bốc hơi tại nguồn nhiệt có nhiệt độ
cao như ngọn lửa hoặc lò graphite.
− Nhiên liệu:
 Nhiên liệu và chất oxy hóa chọn theo yêu cầu về nhiệt
độ và bản chất của dung dịch cần khảo sát.
 Để có ngọn lửa ổn định, lưu lượng và áp suất nhiên
liệu đưa vào đèn phải được kiểm soát và điều chỉnh đến
trị số thích hợp.
 Kích thước ngọn lửa rất quan trọng.
Nhiên liệu
Hydrogen
Acetylene
Hydrogen
Acetylene

Chất oxy
hóa
Air
Air
Oxygen
Nitrous
Oxide

Nhiệt
độ, K
2000-2100
2100-2400
2600-2700
2600-2800

 Với phương pháp phát xạ, nên chọn hỗn hợp có nhiệt
độ cao, thường dùng acetylene với không khí hay oxy. Tuy
nhiên, nếu mẫu dễ bị oxy hóa (nhóm kiềm hay kiềm thổ)

Trang 6


TN phân tích

Xác định hàm lượng khoáng trong thực phẩm

dùng hỗn hợp có nhiệt độ cháy thấp hơn như propane hay
butane với không khí.
 Với phương pháp hấp thu, thường chọn hỗn hợp có nhiệt
độ thấp. Tuy nhiên, với những hợp chất trơ như Al 2O3 cần

dùng hỗn hợp khí có nhiệt độ cao như acetylene và N 2O.
Không dùng hỗn hợp oxy và acetylene vì có thể gây cháy
nổ.
− Bộ phận nguyên tử hóa có 2 loại:
a) Ngọn lửa:
− Ngọn lửa dùng trong AAS chỉ dùng để phân tích mẫu dạng
lỏng.
− Mẫu lỏng thường được hút cùng với dòng khí đốt vào
bên trong buồng phối trộn và được phun ra thành các giọt nhỏ
trước khi vào ngọn lửa.
− Lò để tạo ngọn lửa có dạng khe làm tăng khả năng hấp
thu bức xạ của nguyên tử.

AAS dùng ngọn lửa:

Trang 7


TN phân tích

Xác định hàm lượng khoáng trong thực phẩm

b) Lò graphite:
− Lò graphite có thể dùng để phân tích cả mẫu dạng lỏng,
dạng huyền phù và dạng rắn.
− Sử dụng lò graphite để nguyên tử hóa mẫu hiệu quả hơn
rất nhiều so với nguyên tử hóa bằng ngọn lửa và nó có thể
phân tích chính xác với một lượng mẫu rất ít. Do nó chính là
môi trường khử cho các nguyên tố dễ bị oxy hóa nên nó
thường được dùng trong phân tích các nguyên tố dễ bị oxy hóa.

Mẫu được di chuyển chính xác đến lò graphite, lò được gia nhiệt
bằng điện đến nhiệt độ nguyên tử hóa các nguyên tử qua
nhiều bước: làm khô mẫu, tro hóa mẫu và bay hơi nguyên tử
của chất cần phân tích nên độ nhạy cao hơn, đặc trưng của các
nguyên tố cũng cao nhưng độ ổn định kém.
AAS dùng lò graphite:

Trang 8


TN phân tích

Xác định hàm lượng khoáng trong thực phẩm

3. Bộ phận đơn sắc:
Phần quang học cấu tạo bởi một lăng kính chỉ cho ánh sáng
có bước sóng đặc trưng xuyên qua. Chức năng của bộ phận
đơn sắc là tách tia sáng đơn sắc ra khỏi chùm ánh sáng.

IV.

HỆ THỐNG QUANG PHỔ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ
AES:

Hệ thống AES cũng tương tự AAS, chỉ khác là không sử
dụng đèn cathode lõm.

Trang 9

TN phân tích

Xác định hàm lượng khoáng trong thực phẩm

Hệ thống ICP – AES: (Hệ thống AES sử dụng atomizer là
argon plasma)

V.

TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM:

Trang 10


TN phân tích

Xác định hàm lượng khoáng trong thực phẩm

1. Chuẩn bịù mẫu:

a) Đồng nhất mẫu:

Trang 11


TN phân tích

Xác định hàm lượng khoáng trong thực phẩm

Bóp nát gói mì ăn liền, đem bỏ vào máy xay xay mì thành

bột mịn. Chú ý thời gian xay không được quá lâu nếu không
dầu ăn trong mì thấm ra nhiều gây khó khăn khi trộn mẫu. Do
ta đang phân tích mẫu mì gói nên không trộn gói bột nêm vào.
b) Lấy mẫu:
Bột mì sau khi xay xong, trộn đều, đem trải đều ra và tiến
hành lấy mẫu: trải bột đều ra thành hình chữ nhật, chia hình
chữ nhật ra làm 4 phần, lấy một phần, tiếp tục chia 4 phần rồi
lấy lại một phần,… Tùy theo lượng bột trải ra thành hình chữ
nhật to hay nhỏ mà chia 4 một lần, hai lần hay ba lần…, rồi lấy
một phần ở lần chia cuối cùng đem cân mẫu, ở trong bài thí
nghiệm này do lượng bột ít nên ta chỉ chia hình chữ nhật ban
đầu một lần, lấy một phần, trộn đều lên và sử dụng phần
đó để cân mẫu.
c) Cân mẫu:
Trong mẫu mì ăn liền nguyên tố Fe là nguyên tố vi lượng,
nguyên tố Na, Ca là nguyên tố đa lượng, do đó cần tính toán
lượng mẫu cân thích hợp để có thể đo được cả nguyên tố vi
lượng và nguyên tố đa lượng.
Ta cân lượng mẫu từ 3 – 5 g. Sử dụng cân phân tích 4 số lẻ
để cân mẫu. Mẫu đựng trong chén sứ. Cân lần lượt 4 mẫu:
Bảng 1: Khối lượng mẫu
Mẫu
B.1
B.2
B.3
B.4

Khối lượng
(gam)
3,55

3,255
3,174
3,385

2. Xử lý mẫu:
Xử lý mẫu là một thao tác cực kì quan trọng không thể
thiếu khi tiến hành phân tích định tính cũng như định lượng kim
loại bằng phương pháp AAS nói riêng và trong kỹ thuật phân tích
nói chung. Việc xử lý mẫu sai, kết quả thu được sẽ không có
giá trị, không đáng tin cậy.
Mục đích của việc xử lý mẫu là nhằm tách các tạp chất,
làm giàu mẫu (nếu cần), đưa mẫu về trạng thái thuận lợi nhất
cho việc phân tích.
Để phân tích một nguyên tố kim loại có mặt trong mẫ bằng
AAS, trước hết kim loại đó phải ở dưới dạng ion tan. Mặt khác,
kim loại tồn tại trong mẫu thực phẩm dưới dạng phức của các
chất hữu cơ. Do đó mục đích của việc xử lý mẫu ở đây là
giải phóng kim loại ra khỏi phức chất và đưa nó về trạng thái
ion tan trong dung dịch. Hầu hết các nguyên tố kim loại phân tích
bằng phương pháp AAS đều phải tồn tại dưới dạng muối acid.
1.1. Dụng cụ:
− Cân phân tích.
− Chén sứ.
− Bếp điện (bếp caùch caùt).

Trang 12


TN phân tích

Xác định hàm lượng khoáng trong thực phẩm

− Lò nung.
− Bình định mức.
−
−
−
−

1.2. Hóa chất:
Nước cất.
HNO3 1N (hay HNO3 đậm đặc).
Dung dịch LaCl3 1%: 11.7g La2O3 + 50ml HCl định mức 1000ml.
Dung dịch CsCl 10%: 12.7g CsCl định mức 100ml.

1.3. Cách tiến hành:
a) Than hóa:
Đặt các chén sứ đựng mẫu lên bếp điện gia nhiệt từ từ
để chén sứ không bị vỡ. Đặt trên bếp điện nung cho mẫu bay
hết khói nếu không khi đem vào lò nung sẽ nhiễm sang các
mẫu khác (do lò nung nung nhiều mẫu khác nhau), khói bốc ra
chính là CO2. Nếu không than hóa trước khi tro hóa mà tro hóa
ngay từ đầu, khi cho vào lò nung có nhiệt độ cao, phản ứng
cháy xảy ra mãnh liệt, CO2 thoát ra nhiều có thể làm mất
mẫu.
b) Tro hóa:
Khi mẫu hết bốc khói chuyển mẫu vào lò nung, nung ở
525oC, lưu ý bật lò nung trước nửa tiếng để lò đạt nhiệt độ
yêu cầu mới đặt chén vào nung. Thời gian nung 3 – 5 giờ
(không quá 8 giờ, vì lâu quá kim loại sẽ bị bay ra theo). Sau khi

nung mẫu trắng, chuyển mẫu ra ngoài để nguội ở nhiệt độ
phòng (tránh làm bay tro của mẫu).
Đối với những mẫu tro còn xám hoặc đen (còn C), ta lấy ra
và thấm ướt tro bằng 0,5 – 3 ml HNO 3, sau đó đặt lên bếp điện
cho khô và hết khói, chuyển vào lò nung ở 525 oC từ 1 – 2 giờ
(bước này nên hạn chế vì K dễ bị mất).
c) Hòa tan mẫu:
Hòa tan tro với 5 ml HNO3 1N, đun nhẹ trên bếp điện 5 – 10
phút cho phản ứng diễn ra nhanh hơn để mẫu tan hoàn toàn.
Sử dụng HNO3 hòa tan tro để đảm bảo tro tan hoàn toàn vì trong
mẫu có những oxit kim loại không tan trong nước. Sau khi mẫu tan
hoàn toàn chuyển vào bình định mức 50 ml, dùng HNO 3 1N tráng
chén hai lần, sau đó định mức lên 50 ml bằng HNO 3 1N, ta có
dung dịch A.
Khi chuyển vào bình định mức phải lọc qua giấy lọc vì:
− Ống hút mẫu để phân tích quang phổ có đường kính rất
nhỏ, các cặn bẩn còn lại có thể làm nghẹt lọc.
− Khi đo quang phổ hấp thu hay phát xạ, các cặn bẩn sẽ hấp
thu ánh sáng làm sai lệch kết quả do điều kiện đo của mẫu
và chuẩn không giống nhau.
d) Pha dung dịch chuẩn:
− Hóa chất:

Chuẩn mẹ 1000 ppm

Chuẩn con 100 ppm

Trang 13

TN phân tích

Xác định hàm lượng khoáng trong thực phẩm

Dung dịch LaCl3 1% : 11,7g La2O3 và 50 ml HCl định mức
1000 ml

Dung dịch CsCl 10% : 12,7g CsCl định mức 100 ml.
− Từ dung dịch chuẩn mẹ 1000 ppm được pha từ tinh thể đem
pha ra chuẩn con 100 ppm, từ chuẩn con này pha tiếp những
chuẩn nhỏ hơn, làm như vậy để tránh hư chuẩn mẹ do bị nhiễm
trong quá trình pha loãng.
− Trong bài thí nghiệm ta pha các dung dịch chuẩn từ dung
dịch chuẩn con 100 ppm.
− Lần lượt pha các dung dịch chuẩn theo tỉ lệ trong các bảng
sau:


Bảng 2: Chuẩn Ca (pha trong nền LaCl3 0,1%)
STT bình
50ml

định

mức

1

2

3

4

Nồng độ (Cppm)

1

1

4

6

V(ml) Ca 100ppm

0

1

2

3

V(ml) LaCl3 1%

5

5

5

5

Nước cất

Định mức đến vạch

Dung dịch LaCl3 trong mẫu là 0,1% (nền mẫu khi đo Ca có LaCl 3
0,1%). Do Ca thường tồn tại dưới dạng phức với P nên ta cho LaCl 3
vào thay Ca tạo phức với P để giải phóng Ca thành dạng tự do.
Bảng 3: Chuẩn Fe
STT bình định mức
100ml
Nồng độ (Cppm)
V(ml) Fe 100ppm

1

2

3

4

0,5

1

2,5

5

0

1

3

5

Nước cất

Định mức đến vạch

Bảng 4: Chuẩn Na (pha trong nền CsCl 0,5%)
STT bình định mức
100ml

1

2

3

4

Nồng độ (Cppm)

0

1

3

5

V(ml) Na 100ppm

0

1

3

5

Vml CsCl 10%

5

5

5

5

Nước cất

Định mức đến vaïch

Trang 14


TN phân tích

Xác định hàm lượng khoáng trong thực phẩm

Dung dịch CsCl trong mẫu là 0,5% (nền mẫu khi đo Na có CsCl
0,5%). CsCl cho vào để tránh ion hóa Na. Cs sẽ bị ion hóa trước.
La và Cs có mặt trong mẫu đóng vai trò là chất kích thích
quang. Do trong mẫu cùng một lúc có nhiều nguyên tố kim loại,
khi nguyên tử hoá mẫu bằng ngọn lửa, nhiều ion khác ngoài Ca
và Na cũng bị kích thích, làm giảm độ hấp thu hay độ phát xạ
của Ca và Na. Để hạn chế ảnh hưởng của các nguyên tố này
đến độ hấp thu hay độ phát xạ của Na, Ca người ta sử dụng
các chất kích thích quang vì các chất này có khả năng làm
giảm độ hấp thu của các nguyên tố đó, làm nổi bật Ca và
Na lên.
Các bước tiến hành:
− Đổ chuẩn ra betcher nhỏ để sử dụng, không cho pipet vào
bình đựng chuẩn để tránh hư chuẩn.
− Tráng pipet bằng dung dịch chuẩn
− Lấy chuẩn 100 ppm lần lượt cho vào các bình định mức
− Cho các chất hỗ trợ (CsCl hay LaCl3)
− Định mức bằng nước cất đến vạch.
Đối với trường hợp của Fe ta pha chuẩn 1 ppm và 5 ppm trước
rồi pha ra thành chuẩn 0,5 ppm và 2,5 ppm.
Khi xây dựng đường chuẩn tốt nhất là 5 điểm, nhưng điều
kiện không cho phép nên trong thí nghiệm này chỉ xây dựng

đường chuẩn qua 3 điểm. Đối với mỗi chất đều có một
khoảng nồng độ nhất định để đường chuẩn tuyến tính, nên ta
phải chọn nồng độ chuẩn thích hợp để đường chuẩn còn tuyến
tính thì kết quả mới chính xác
Trong bài thí nghiệm này ta có khoảng nồng độ của các
chất nhö sau:

Ca ≤ 10 ppm

Na ≤ 5 ppm

Fe ≤ 8 ppm
e) Pha loãng mẫu:
Cần ước tính sơ bộ hàm lượng của các nguyên tố trong mẫu
để pha loãng trước khi đo vì đường chuẩn thu được chỉ giới hạn
trong một khoảng nồng độ nhất định, nếu nồng độ của
nguyên tố cấn phân tích nằm ngoài vùng giới hạn của đường
chuẩn, kết quả thu được sẽ không chính xác.
Mẫu trước khi pha loãng phải đem lọc để tách cặn có lẫn
trong mẫu. Chú ý sau khi đổ mẫu phải tráng bình định mức, sau
khi lọc phải tráng giấy lọc và phễu lọc để tránh mất mẫu.
Pha loãng mẫu tương tự như là pha chuẩn.
 Đo Na: pha loãng mẫu 250 lần.
 Đo Ca: pha loãng mẫu 10 lần.
 Đo Fe: không pha loãng.
Làm mẫu trắng song song với lượng thuốc thử giống hệt
nhưhg không có sự hiện diện của mẫu phân tích.

3. Kỹ thuật phân tích trên máy AAS:
Trang 15

TN phân tích

Xác định hàm lượng khoáng trong thực phẩm

1.1. Đo phổ hấp thu nguyên tử:
a) Nguyên tắc:
Mẫu được nguyên tử hóa bằng ngọn lửa C 2H2 – không khí
nén (≈ 2300oC) hoặc C2H2 – N2O (≈ 3000oC). Ở nhiệt độ này, điện
tử hóa trị của một số nguyên tố không bị kích thích lên mức
năng lượng cao hơn. Vì thế khi ta cung cấp một nguồn bức xạ
bên ngoài vào, e- sẽ hấp thu năng lượng và chuyển lên mức
năng lượng cao hơn.
Đo cường độ mất đi (của nguồn bức xạ bên ngoài) ở bước
sóng cộng hưởng đặc trưng của từng nguyên tố, ta sẽ tính được
hàm lượng nguyên tố đó có trong dung dịch đem phân tích.
b) Các bước đo phổ hấp thu (Ca, Fe) trên máy
SpectrAA - 200:
− Mở máy, để ổn định 15 – 30 phút.
− Lập chương trình đo:
 Tên mẫu.
 Chọn nguyên tố cần đo.
 Chọn chế độ hấp thu.
 Chọn bước sóng (Ca là λ = 422,67nm và Fe là λ =
248,33nm).
 Đặt vị trí đèn và cường độ đèn.
 Thời gian hút mẫu.
 Thời gian đo và số lần đo lặp lại.
 Nồng độ dung dịch chuẩn.

 Ký hiệu dung dịch đem đo.
− Mở đèn cathode, tối ưu hóa vị trí đèn và đầu đốt (để ổn
định 5 phút).
− Mở hốt hút khí độc, mở không khí nén, mở khí C2H2.
− Bật lửa để ổn định vài phút trước khi đo
− Tiến hành đo chuẩn, mẫu trắng và mẫu phân tích.
1.2. Đo phổ phát xạ nguyên tử:
a) Nguyên tắc:
Mẫu được nguyên tử hóa bằng ngọn lửa C2H2 – không khí
nén (≈ 2300oC). Nhiệt độ này đủ kích thích điện tử hóa trị của
một số nguyên tử hóa trị của một số nguyên tố Na, K, Li,…
(nguyên tố có nhiệt độ hóa hơi thấp) di chuyển lên mức năng
lượng cao hơn (trạng thái kích thích). Theo quy luật phân bố mức

Trang 16


TN phân tích

Xác định hàm lượng khoáng trong thực phẩm

năng lượng, trạng thái kích thích không bền, các e- có khuynh
hướng quay về trạng thái cơ bản (trạng thái bền) và phát ra
bức xạ đặc trưng. Đo cường độ bức xạ này ta sẽ tính được hàm
lượng nguyên tố đó có trong dung dịch phân tích.
b) Các bước đo phát xạ (Na) trên máy SpectrAA 200:
− Mở máy, để ổn định 15 – 30 phút.
− Lập chương trình đo:
 Tên mẫu.
 Chọn nguyên tố cần đo.

 Chọn chế độ phát xạ.
 Chọn bước sóng (Na là λ = 589,0nm).
 Thời gian hút mẫu.
 Thời gian đo và số lần đo lặp lại.
 Nồng độ dung dịch chuẩn.
 Ký hiệu dung dịch đem đo.
− Mở hốt hút khí độc, mở không khí nén, mở khí C2H2.
− Bật lửa để ổn định vài phút trước khi đo.
− Đưa dung dịch chuẩn 5ppm vào máy để dò tìm bước sóng.
− Tiến hành đo chuẩn, mẫu trắng và mẫu phân tích.

VI. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:
Fe

0.5
1
2.5
5

Độ hấp thu
của chuẩn

Độ hấp thu
của mẫu

0.036
0.0784
0.1917
0.362

0.0793
0.0756
0.0744
0.0814
Ca

4
6
1

Độ hấp thu
của chuẩn

Độ hấp thu
của mẫu

0.1764
0.2616
0.0362

0.0607
0.0575
0.0662
0.053

Na
Độ phát xạ Độ phát xạ
của chuẩn
của mẫu
1

3

0.0293
0.0771

Trang 17

0.0744
0.0752


TN phân tích

Xác định hàm lượng khoáng trong thực phẩm
5

0.1119

0.0732
0.0735

VII. XỬ LÝ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:

− Từ nồng độ chuẩn và độ hấp thu của chuẩn ta dựng được
đường chuẩn.
− Từ độ hấp thu của mẫu, dóng lên đường chuẩn ta tìm
được nồng độ mẫu.
− Hàm lượng Fe trong mẫu phân tích:
Sốđo trên
máy

(ppm) × Vđm × f
KQ(mg/ kg) =
Lượngcân
(g)
− Hàm lượng Ca, Na trong mẫu phân tích:
Sốđo trên
máy
(ppm) × Vđm × f
KQ(%) =
× 10− 4
Lượngcân
(g)

VIII. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN

Trang 18


TN phân tích

Xác định hàm lượng khoáng trong thực phẩm

Trang 19


TN phân tích

Khoá Mẫ
ng
u

B.1
B.2
Fe
B.3
B.4
B.1
Ca

Na

B.2
B.3
B.4
B.1
B.2
B.3
B.4

Xác định hàm lượng khoáng trong thực phẩm

Lượng
cân
3.550
3.255
3.174
3.385
3.550
3.255
3.174
3.385

3.550
3.255
3.174
3.385
Tổng

Vđm
100
100
100
100
50

Hệ số pha
loãng f
1
1
1
1
10

Số đo trên máy,
ppm (mg/l)
1.0118
0.9637
0.9481
1.0931
1.435

50

10
50
10
50
10
100
250
100
250
100
250
100
250
hàm lượng khoáng trong

Hàm lượng khoáng
28.5014
29.6068
(mg/kg)
29.8708
32.2925
0.0202

1.3601
1.5634
1.2548
2.8649
2.9028
2.8084
2.8225

mẫu mì ăn liền

Trang 20

0.0209
0.0246
0.0185
2.0175
2.2295
2.2120
2.0846
(%)

Trung
bình
30.0679

0.0211
(%)
2.1359
2.1600


TN phân tích

Xác định hàm lượng khoáng trong thực phẩm

IX. NHẬN XÉT:
Vấn đề 1: Các yếu tố ảnh hưởng đến quang phổ hấp
thu và phát xạ nguyên tử ngọn lửa

1. Đèn đốt:
Ngọn lửa được đốt bằng một loại đèn thích hợp, tùy hiện
tượng khảo sát. Hai loại đèn thường dùng:
a) Đèn đốt toàn diện:
− Dung dịch mẫu được đốt trực tiếp ngay tại ngọn lửa.
− Đầu B của đèn có áp suất kém hơn đầu C, tạo lực hút
dung dịch mẫu lên.
Đèn có đặc điểm:
− Ngọn lửa nhỏ và sáng, dễ tăng cường độ phát xạ bằng
hệ thống kính hội tụ.
− Lượng mẫu được đưa nhiều vào ngọn lửa.
− Không gây nổ.
− Do đó, loại đèn này thường dùng trong các máy quang
phổ phát xạ ngọn lửa. Tuy nhiên, vì lượng mẫu được đưa trực tiếp
vào ngọn lửa, với những hạt khác kích thước, sẽ được đưa vào
với vận tốc khác nhau, do đó gây ra tính hiệu kém ổn định.
b) Đèn đốt trộn trước:
− Dung dịch mẫu được hút lên trộn trước với nhiên liệu và
chất oxy hóa trong buồng C. Những hạt có kích thước lớn bị loại
ra ở chỗ thoát A.
Đèn có đặc điểm:
− Ngọn lửa có kích thước lớn: bề rộng 10 – 20cm, bề dày 1 –
2mm, làm tăng khả năng hấp thu bức xạ tới của nguyên tử
mẫu dạng Mo trong ngọn lửa (tương tự với trường hợp chậu đo có
bề dày b lớn).
− Hạt mẫu có cùng kích thước sẽ tạo tín hiệu ổn định.
− Tuy nhiên, đèn dễ gây hiện tượng nổ cháy ở buồng C.
Đèn thường được dùng trong máy quang phổ hấp thu ngọn lửa.
2. Nhiên liệu:
− Nhiên liệu và chất oxy hóa được chọn theo yêu cầu về

nhiệt độ và bản chất của dung dịch khảo sát. Tùy theo hỗn
hợp dùng, có những nhiệt độ khác nhau.
N*
− Tỉ số 0 tăng theo nhiệt độ, do đó:
N
 Với phương pháp phát xạ, cần tăng N * nên chọn hỗn
hợp có nhiệt độ cao, thường dùng acetylen với không khí
hay oxy. Tuy nhiên, nếu mẫu dễ bị ion hóa (nhóm kiềm hay
kiềm thổ) dùng hỗn hợp có nhiệt độ cháy thấp hơn như
propan hay butan với không khí.
 Với phương pháp hấp thu, thường chọn hỗn hợp có nhiệt
độ thấp. Tuy nhiên, với những hợp chất trơ như Al 2O3 cần
dùng hỗn hợp khí có nhiệt độ cao như acetylen và N 2O.
Không dùng hỗn hợp O2 và C2H2 vì có thể gây cháy nổ.

Trang 21


TN phân tích

Xác định hàm lượng khoáng trong thực phẩm

− Để có ngọn lửa ổn định, lưu lượng và áp suất nhiên liệu
đưa vào đèn phải được kiểm soát và điều chỉnh đến trị số
thích hợp.
3. Ngọn lửa:
− Các trạng thái chuyển hóa của mẫu tùy thuộc vào từng
vùng trong ngọn lửa:
 Vùng (1) và (3) cùng nhiệt độ.
 Vùng (3) gây hiện tượng thăng hoa và biến 1 phần mẫu

thành dạng nguyên tử khí.
 Vùng (1) dễ gây hiện tượng oxy hóa.
 Vùng (2) nhiệt độ cao nhất gọi là vùng phản ứng, có
hiện tượng nguyên tử hóa mẫu.
− Tùy theo bản chất của cấu tử khảo sát, độ hấp thu hay
phát xạ thay đổi trong từng vùng. Thông thường, độ phát xạ
tăng từ vùng (3) sang vùng (2) và bị giảm ở vùng (1).
4. Dung dịch khảo sát:
Dung dịch khảo sát có thể gây ảnh hưởng trên phép đo
qua những yếu tố sau:
a)
Dung môi:
− Nước: vì cần cung cấp năng lượng trong quá trình chuyển
hóa nên hiện tượng thường xảy ra chậm, phép đo kém nhạy.
− Hữu cơ: trong quá trình chuyển hóa có phản ứng đốt cháy
chất hữu cơ sinh nhiệt nên thường xảy ra nhanh. Ngoài ra, bằng
cách chiết cấu tử khảo sát sang dung môi hữu cơ với thể tích
nhỏ, càng làm tăng nồng độ mẫu, do đó làm tăng độ nhạy.
− Dung môi thường dùng trong phép hấp thu nguyên tử là
metylisobutyl ceton (MIBK) tăng tín hiệu từ 2 đến 6 lần so với dung
môi nước.
b)
Dạng anion liên kết:
− Lực nối của cation khảo sát với anion ảnh hưởng đến sự
thăng hoa của mẫu. Lực càng bền, sự thăng hoa càng khó.
− Những acid dùng hòa tan mẫu sẽ tạo những dạng liên kết
tương ứng với cấu tử khảo sát. Do đó, tùy loại acid sẽ gây
ảnh hưởng đến độ hấp thu.
− Để giảm ảnh hưởng này, có thể dùng một trong hai cách
sau:

 Tạo phức bền với cation khảo sát, loại các liên kết khác
nhau.
 Thêm vào mẫu một nguyên tố có khả năng kết hợp
bền với anion gây ảnh hưởng.
c)
Sự ion hóa:
Trong quá trình chuyển hóa mẫu, một phần nhỏ nguyên tử
mẫu bị ion hóa, hiện tượng này càng tăng khi cấu tử khảo sát
càng dễ bị ion hóa hay nhiệt độ đèn đốt càng cao. Sự ion hóa
tạo những bức xạ ký sinh, đồng thời làm giảm lượng nguyên
tử hóa bị kích thích do đó làm giảm độ phát xạ.
d)
Sự cộng hưởng:

Trang 22


TN phân tích

Xác định hàm lượng khoáng trong thực phẩm

Những nguyên tố phát ra những bức xạ có λ gần nhau như
Ca, Na, do độ kém đơn sắc của kính lọc nên có thể độ phát xạ
của nguyên tố này bị cộng hưởng bởi độ phát xạ của
nguyên tố khác. Loại ảnh hưởng này bằng cách thêm vào
chuẩn một lượng cấu tử ảnh hưởng tương tự như trong mẫu.
e)
Hiện tượng tự hấp thu:
Bức xạ phát ra khi nguyên tử kích thích trở về trạng thái cơ
bản, có thể bị hấp thu bởi những nguyên tử chưa bị kích thích

hay đã trở về trạng thái cơ bản rồi. Kết quả cường độ phát
xạ hay hấp thu bị giảm. Hiện tượng thường xảy ra với những
dung dịch có nồng độ cao.
Vấn đề 2: Các sai số xảy ra trong quá trình làm thí
nghiệm
− Quá trình xay nghiền mẫu chưa đồng đều → kết quả tính
toán không mang đặc trưng của toàn bộ mẫu.
− Khi chuyển tro từ chén nung vào bình định mức có thể bị
thất thoát.
− Sai số trong quá trình pha dung dịch chuẩn và pha loãng
mẫu do cân, đo chưa chính xác.
Vấn đề 3: Các phương pháp vô cơ hóa mẫu
1. Phương pháp khô:
Phá mẫu bằng phương pháp khô là dùng nhiệt độ cao để
phá mẫu. Quá trình này gồm 2 giai đoạn:
− Than hóa: mục đích của quá trình than hóa là làm bốc hơi
nước, chuyển các chất hữu cơ thành dạng C và CO 2. Ngoài ra
quá trình than hóa không hoàn toàn còn có thể còn các chất
hữu cơ chưa bị phân hủy hết hay tạo ra các hợp chất hữu cơ có
dạng:

Do đó khi cho HNO3 vào hòa tan chỉ hòa tan được một phần
khoáng. Vì vậy để tách được triệt để kim loại ra khỏi mẫu và
đưa về dạng ion tan chúng ta phải tiến hành giai đoạn 2 là giai
đoạn tro hóa.
− Tro hóa: mục đích của quá trình tro hóa là phân hủy toàn
bộ chất hữu cơ có trong mẫu, giải phóng kim loại dưới dạng tự
do hay muối kim loại.
Đối với chất khó cháy phải sử dụng chất trợ cháy
Mg(NO3)2.

2. Phương pháp ướt:
Dùng acid để phá mẫu, đồng thời chuyển kim loại thành
dạng ion tan. Các loại acid sử dụng trong phương pháp ướt:

Trang 23


TN phân tích

Xác định hàm lượng khoáng trong thực phẩm

− H2SO4: đóng vai trò phân hủy các hợp chất hữu cơ do acid
này có khả năng đốt cháy chất hữu cơ.
− HCl, HNO3, HClO4, H2O2: các acid này có vai trò xúc tiến cho
phản ứng nhanh hơn vì nó có khả năng cắt mạch phân tử.
Việc chọn phương pháp phá khô hay phá ướt phải tùy
thuộc vào đặc tính của vật liệu. Trong bài này ta sử dụng
phương pháp khô để tro hóa mẫu.
Vấn đề 4: Sự nhiễu trong quang phổ nguyên tử
Cả 2 phương pháp AAS và AES đều phụ thuộc vào lượng chất
tồn tại dưới dạng những nguyên tử tự do trong pha khí. Có 2
dạng phố biến của sự nhiễu làm giảm nồng độ của nguyên
tử pha khí ở dạng tự do là: sự ion hóa và sự tạo thành phân tử.
Chú ý rằng sự phân bố của những nguyên tử pha khí là
một tính chất vật lý phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường. Sự
phân bố này sẽ tác động đến tín hiệu phân tích, nhưng không
phải là một sự nhiễu hóa học.
Nồng độ mẫu được xác định từ đường chuẩn sau khi đo độ
hấp thu (hay phát xạ) của một chất chuẩn đã biết trước trước
nồng độ.

Để giảm sự khác nhau giữa chuẩn và mẫu, bất kỳ một
thuốc thử nào được cho vào để làm giảm sự nhiễu hóa học thì
cũng phải được cho vào chuẩn cũng như là vào mẫu.
1.
Ngăn cản sự ion hóa:
Bởi vì mẫu thường là chất lỏng hoặc chất rắn, cho nên
mẫu phải được hóa hơi và được nguyên tử hóa bởi một nguồn
nhiệt độ cao như là ngọn lửa, lò graphite hoặc plasma. Môi
trường nhiệt độ cao này cũng có thể làm ion hóa những
nguyên tử phân tích. Sự ion hóa có thể được ngăn chặn bởi
việc thêm vào một nguồn electron, có thể thay đổi trạng thái
cân bằng của chất phân tích từ dạng ion thành dạng nguyên
tử.
Analyte <--> Analyte+ + eCesium and potassium là tác nhân chống ion hóa thường được
thêm vào trong dung dịch phân tích. Những nguyên tử này dễ
dàng bị ion hóa và tạo ra một lượng lớn những electron tự do
trong ngọn lửa hay plasma.
2.
Ngăn cản sự tạo thành dạng bền:
Một số nguyên tố có thể tạo thành hợp chất bền không
bị nguyên tử hóa trong ngọn lửa hay plasma. Một ví dụ là sự có
mặt của phosphat sẽ tác động tới kết quả đo calcium do tạo
thành một dạng phosphat calcium bền:
3 CaCl2 (aq) + 2 PO43- (aq) --> Ca3(PO4)2 (s) + 6 Cl- (aq)
Việc tạo thành những hợp chất bền có thể ngăn cản hoặc
làm giảm bằng cách thêm vào một tác nhân giải phóng.
Trong phép đo calcium, thêm lanthanum vào dung dịch mẫu (và
chuẩn), nó sẽ kết hợp với phosphate tạo thành LaPO 4 bền hơn.
Nhờ đó, nó đã hạn chế tác nhân gây nhiễu phosphat.

Trang 24


TN phân tích

Xác định hàm lượng khoáng trong thực phẩm

Vấn đề 5: Nguồn kích thích ICP (Inductively - Coupled Plasma)
Bộ phận nguyên tử hóa ngoài việc sử dụng ngọn lửa và
lò graphite còn có thể sử dụng ICP.
Một ICP là một nguồn kích thích có nhiệt độ rất cao (7000 –
8000K), vì thế rất có hiệu quả trong việc desolvate, hóa hơi, kích
thích và ion hóa nguyên tử. Sự nhiễu phân tử được giảm một
cách đáng kể bằng cách sử dụng nguồn này nhưng không bị
khử hoàn toàn. Nguồn ICP thường được sử dụng để kích thích
nguyên tử trong quang phổ phát xạ nguyên tử và để ion hóa
nguyên tử trong quang phổ phát xạ nguyên tử và quang phổ
khối.
Mẫu được phun sương và cho vào dòng khí tạo plasma, thường
là Ar. Đèn plasma làm bằng những ống thạch anh đồng trục.
Ống bên trong chứa mẫu dưới dạng aerosol và khí Ar, ống ngoài
chứa dòng khí để làm mát ống. Một máy phát RF
(radiofrequency) (thường là 1-5 kW @ 27 MHz) tạo ra môt dòng dao
động trong một cuộn cảm ứng bao quanh ống. Cuộn cảm ứng
tạo ra một vùng từ trường dao động.
Vùng từ trường này sẽ thiết lập một dòng dao động trong
những ion và electron của khí cung caáp (Ar).

Trang 25