AAS sử dụng bước sóng ánh sáng được hấp thụ đặc biệt bởi 1 nguyên tố. Do đó, phương pháp này được ứng dụng để phân tích nhiều chỉ tiêu thuộc các lĩnh vực: Thực phẩm, dược phẩm, sản phẩm công nghiệp, nông nghiệp và môi trường. Đây cũng là những nội dung chủ yếu được TS. Phạm Tiến Đức, Giảng viên Trường Đại học Khoa học Tự nhiên ĐHQG Hà Nội chia sẻ tại khóa đào tạo do EDC-HCM tổ chức từ ngày 20/08 đến 24/08/2018 tại Hà Nội.
1. Về nguyên tắc
Theo TS. Phạm Tiến Đức, Giảng viên Trường Đại học Khoa học Tự nhiên ĐHQG Hà Nội, muốn thực hiện phép đo phổ AAS để xác định một nguyên tố trong một loại mẫu, hệ thống trang bị đo AAS phải đáp ứng 6 nguyên tắc:
• Chuyển mẫu phân tích (xử lý mẫu phân tích) → dạng dung dịch đồng thể.
• Hoá hơi dung dịch mẫu phân tích → đám hơi (khí) của mẫu,
• Nguyên tử hoá đám hơi → Môi trường của nguyên tử tự do,
• Chiếu chùm sóng (λ) đơn sắc vào đám hơi nguyên tử tự do → sinh phổ AAS,
• Thu phổ AAS, phân giải, chọn một λ để đo, và đo Aλ,
• Ghi lại kết quả đo Aλ.
Theo nguyên lý trên, hệ trang bị của phép đo AAS bao gồm các bộ phận:
• Nguồn cấp chùm tia đơn sắc của nguyên tố phân tích: Đèn Catốt rỗng (Hollow Cathod Lamp: HCL), Đèn không điện cực (Electrodeless Disharge Lamp: EDL).
• Hệ thống trang bị hoá hơi và nguyên tử hoá mẫu có thể sử dụng theo Kỹ thuật Ngọn lửa (phép đo F-AAS) hoặc Kỹ thuật Không ngọn lửa (Phép đo GF-AAS).
• Máy quang phổ (Thu phổ, Phân giải, và chọn λ đo độ hấp thụ Aλ)
• Bộ phận ghi kết quả đo.
Hệ AAS trang bị hoàn chỉnh còn có thêm: Hệ thống tự động bơm mẫu (AutoSampler), Hệ máy tính và phần mềm điều khiển, Hệ thống hoá hơi lạnh (Kỹ thuật Hydrua hoá), Trang bị nguyên tử hóa mẫu rắn và mẫu bột.
2. Các kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu
Muốn thực hiện phép đo AAS phải có nguồn năng lượng, cung cấp năng lượng để hoá hơi các chất mẫu phân tích; Nguyên tử hoá đám hơi thành nguyên tử tự do với hiệu suất cao; Tạo ra các nguyên tử tự do nguyên tử phân tích (Môi trường hấp thụ tia bức xạ λ) để sinh phổ AAS của nguyên tố cần phân tích.
Đây là vấn đề mấu chốt của phép đo AAS, vì các nguyên tử khí tự do là chất hấp thụ bức xạ sinh phổ AAS. Tuy nhiên, nguồn năng lượng và kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu phải đáp ứng các yêu cầu:
• Có năng lượng đủ lớn,
• Phải ổn định, điều chỉnh được, lặp lại tốt,
• Cung cấp cho phép đo AAS có độ nhạy cao,
• Thuần khiết và không cho thêm phổ phụ,
• Bền theo thời gian và ổn định,
• Cần ít mẫu,
• Có tính kinh tế (không quá đắt).
Theo đó, chỉ có 2 loại: Ngọn lửa đèn khí (tương ứng Phép đo Flame Atomic Absorption Spectrometry: F-AAS) và Lò Graphit (tương ứng Phép đoFlameless Atomic Absorption Spectrometry, hay Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry: GF-AAS) đáp ứng các yêu cầu trên.
2.1. Kỹ thuật ngọn lửa (Phép đo F-AAS)
Kỹ thuật ngọn lửa là dùng năng lượng nhiệt của ngọn lửa đèn khí để hoá hơi và nguyên tử hoá mẫu phân tích. Do đó, mọi quá trình xảy ra trong khi nguyên tử hoá mẫu phụ thuộc vào đặc trưng và tính chất của ngọn lửa đèn khí nhưng chủ yếu là nhiệt độ ngọn lửa. Đây là yếu tố quyết định hiệu suất nguyên tử hoá mẫu phân tích, mọi yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ ngọn lửa đèn khí đều ảnh hưởng đến kết quả của phương pháp phân tích.
Nguyên tắc: Dùng năng lượng nhiệt của ngọn lửa đèn khí để nguyên tử hóa mẫu; Được đốt bởi hỗn hợp 2 khí (khí Oxy hoá và khí nhiên liệu, ví dụ như Không khí nén + Axetylen, hay N2O + Acetylen).
Cấu tạo và đặc điểm của ngọn lửa gồm 3 phần:
Phần tối: Nhiệt độ từ 500-10000C, màu xám.
Phần lõi và tâm: Nhiệt độ cao, không mầu hay có mầu xanh nhạt và hầu như không có quá trình phụ.
Phần vỏ và đuôi: Nhiệt độ thấp, có mầu vàng hay xám. Đây là phần có nhiều quá trình phụ xảy ra.
Nhiệt độ ngọn lửa được quyết định bởi bản chất của chất khí được đốt tạo ra ngọn lửa; thành phần của hỗn hợp khí đó; tốc độ dẫn khí vào đèn.
Bảng thành phần khí và nhiệt độ ngọn lửa
Các yếu tố ảnh hưởng của kỹ thuật này
• Kỹ thuật tạo thể solkhí mẫu.
• Điều kiện tạo ngọn lửa và Nhiệt độ ngọn lửa đèn khí.
• Thành phần của dung dịch mẫu, nguyên tố thứ ba.
• Chất nền của mẫu.
• Độ nhớt của dung dịch mẫu.
• Nồng độ và loại axit dung dịch mẫu.
• Tốc độ dẫn mẫu vào buồng tạo solkhí.
• Chiều cao của đèn nguyên tử hóa.
Trong phép đo F-AAS, muốn có các điều kiện và quy trình phân tích phù hợp nhất, phát hiện và loại bỏ các yếu tố ảnh hưởng để có kết quả tốt chất lượng cao cần:
i. Chọn các thông số máy đo phổ: Vạch phổ đo, kỹ thuật đo, độ rộng khe đo, chiều cao Burner, thông số nguồn cấp chùm tia đơn sắc (cường độ của HCL);
ii. Chọn các điệu kiện hoá hơi và nguyên tử hóa mẫu: Loại khí và thành phần khí tạo ngọn lửa, tốc độ khí, tốc độ dẫn mẫu, các thông số khác cho điều kiện nguyên tử hóa mẫu;
iii. Xem xét các yếu tố về phổ và vật lý: Sự chen lấn vạch phổ của chất nền và nguyên tố khác có sự phát xạ của nguyên tố phân tích không, độ nhớt dung dịch mẫu, sự iôn hoá kim loại kiềm...;
iv. Các yếu tố về hoá học (nền và nguyên tố thứ ba): Chất nền (matrix) của mẫu, nguyên tố thứ ba khác trong mẫu, loại axit và nồng độ axit;
v. Phương pháp chuẩn hoá để định lượng;
vi. Kỹ thuật hay phương pháp xử lý và chuẩn bị mẫu.
Trên cơ sở giải quyết và tối ưu được 6 vấn đề trên thì chúng ta mới có một quy trình phân tích thích hợp và đúng đắn cho đối tượng và nguyên tố cần phân tích.
2.2. Kỹ thuật không ngọn lửa (Phép đo GF-AAS)
Kỹ thuật không ngọn lửa ra đời sau kỹ thuật F-AAS nhưng đã được phát triển rất nhanh, nâng cao độ nhạy của phép xác định lên gấp hàng trăm lần so với kỹ thuật F-AAS. Mẫu phân tích bằng kỹ thuật này không cần làm giàu sơ bộ và lượng mẫu tiêu tốn ít.
Kỹ thuật GF-AAS là quá trình nguyên tử hoá tức khắc trong thời gian rất ngắn nhờ năng lượng nhiệt của dòng điện có công suất lớn và trong môi trường khí trơ (Argon). 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 nguyên tử và cuối cùng là Số hóa làm sạch cuvet.
Nhiệt độ trong cuvet graphit là yếu tố quyết định mọi diễn biến của quá trình nguyên tử hoá mẫu. Nguyên tắc của phương pháp này là dùng năng lượng nhiệt của dòng điện rất cao (300-500A) để đốt nóng tức khắc cuvet Graphite chứa mẫu phân tích để thực hiện nguyên tử hóa mẫu cho phép đo AAS (hay thuyền Tantan đặt trong cuvet graphit).
Để tối ưu hoá các điều kiện cho phép đo GF-AAS mang đến một phương pháp phân tích đúng đắn và cho kết quả tốt theo kỹ thuật này, chúng ta phải thực hiện tối ưu hoá các điều kiện cần thiết cho phép đo, cụ thể là:
• Các thông số máy đo phổ (như trong F-AAS) (Vạch đo, khe máy, chiều cao Burner…)
• Các điều kiện nguyên tử hóa mẫu trong cuvét, loại cuvet,...: Chọn loại cuvet, nhiệt độ Tro hoá và nguyên tử hóa mẫu (công suất nung cuvet)..., khí trơ làm môi trường nguyên tử hóa mẫu,...
• Các yếu tố vật lý,
• Các yếu tố về hoá học, (môi trường axit, chất nền và nguyên tố thứ ba,...)
• Phương pháp chuẩn hoá để định lượng
• Bổ chính nền và phương pháp bổ chính
• Phương pháp xử lý và chuẩn bị mẫu phân tích
• Các hoá chất dùng trong xử lý mẫu
• Môi trường phòng thí nghiệm.
PHÚC ANH
Tạp chí Thử nghiệm Ngày nay số 11 tháng 09/2018.