Mục tiêu phát hiện
Lấy ví dụ việc xác định một số nguyên tố trong mẫu nước, chẳng hạn như đồng, cadmium và thủy ngân.
Tổng quan
Sự phát triển không ngừng của công nghiệp hóa đã dẫn đến ô nhiễm kim loại nặng nghiêm trọng trong các nguồn nước. Chìa khóa để giải quyết vấn đề này là loại bỏ các kim loại nặng có trong nước. Do đặc tính vốn có của kim loại nặng trong nước, chúng không tự biến mất và rất khó phát hiện. Do đó, việc đánh giá chất lượng nước đòi hỏi phải cải tiến hơn nữa các công nghệ phát hiện để xác định chính xác sự hiện diện của chúng và phát triển các giải pháp cụ thể nhằm đảm bảo chất lượng nước tốt hơn. Ô nhiễm nước đã trở thành mối quan ngại lớn trong xã hội hiện đại, và việc phát hiện ô nhiễm kim loại nặng là yếu tố then chốt. Nước rất cần thiết cho sự sống còn của con người, vì vậy việc đảm bảo chất lượng nước là rất quan trọng để đảm bảo sức khỏe và sự an toàn trong tương lai của chúng ta.
Các phần tử thử nghiệm
Các nguyên tố chính được đo trong chất lượng nước là kim loại nặng, chủ yếu bao gồm bảy nguyên tố: cadmium (Cd), chromium (Cr), chì (Pb), vàng (Au), bạc (Ag), đồng (Cu) và sắt (Fe).
Phương pháp thử nghiệm (Sử dụng Cu và Cd trong mẫu nước làm ví dụ)
1. Dụng cụ và hóa chất
Phân tích được thực hiện bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (FAAS) và quang phổ hấp thụ nguyên tử lò nung than chì (GFAAS). Các thiết bị và hóa chất được sử dụng trong quá trình này bao gồm:
1) Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử tích hợp lò nung than chì ngọn lửa.
2) Ống than chì dạng bệ, đèn catốt rỗng bằng đồng và đèn catốt rỗng bằng cadmi.
3) Thuốc thử chính: Dung dịch chuẩn hỗn hợp được pha chế bằng cách pha loãng nối tiếp các dung dịch chuẩn Cu và Cd 100,0 mg/L sử dụng axit nitric 0,1 mol/L. Dung dịch chuẩn A: Nồng độ Cu = 10,0 mg/L, nồng độ Cd = 1,0 mg/L. Dung dịch chuẩn B: Nồng độ Cu = 1,0 mg/L, nồng độ Cd = 0,1 mg/L, và axit nitric siêu tinh khiết.
2. Thông số vận hành
1) Các thông số của quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa
Phân tích Cu: Bước sóng: 324,7 nm, Dòng điện đèn: 2,0 mA, Độ rộng khe: 0,2 nm
Phân tích Cd: Bước sóng: 228,8 nm, Dòng điện đèn: 3,0 mA, Độ rộng khe: 0,2 nm
2) Các thông số quang phổ hấp thụ nguyên tử lò nung than chì
Kèm theo phân tích:
Nhiệt độ sấy: 110,0°C, Thời gian giữ nhiệt: 30,0 giây
Nhiệt độ nung tro: 800,0°C, Thời gian giữ: 20,0 giây
Nhiệt độ phun sương: 2300°C, Thời gian giữ: 2,0 giây
Nhiệt độ phun sương: 2500°C, Thời gian giữ: 20 giây
Phân tích Cd:
Nhiệt độ sấy: 110,0°C, Thời gian giữ nhiệt: 30,0 giây
Nhiệt độ nung tro: 700°C, Thời gian giữ: 20 giây
Nhiệt độ phun sương: 2000,0°C, Thời gian giữ: 2,0 giây
Nhiệt độ làm sạch: 2500,0°C, Thời gian giữ: 2,0 giây
3. Phương pháp thử nghiệm
1) Phương pháp hấp thụ nguyên tử ngọn lửa: Lọc mẫu nước chứa axit nitric 0,02 mol/L vào cốc thủy tinh định mức 200,0 ml. Cô đặc bằng phương pháp bay hơi ở nhiệt độ thấp trên bếp điện và điều chỉnh thể tích đến 5,0 ml. Chuyển toàn bộ dung dịch vào ống đo màu định mức 10,0 ml, tráng thành cốc hai lần bằng nước, pha loãng đến vạch chuẩn và trộn đều. Đồng thời, cô đặc và điều chỉnh thể tích nước khử ion chứa axit nitric 0,02 mol/L làm mẫu đối chứng trắng. Xác định hàm lượng đồng và cadmi theo các thông số làm việc đã nêu ở trên.
2) Phương pháp hấp thụ nguyên tử lò nung than chì: Chuyển mẫu nước chứa axit nitric 0,02 mol/L vào một cốc nhựa nhỏ và đặt vào khay lấy mẫu tự động. Máy lấy mẫu sẽ tự động hút 20,0 μL mẫu và bơm vào ống than chì của bệ đỡ. Chương trình nhiệt độ được thiết lập theo các thông số hoạt động đã nêu ở trên để phát hiện.
Máy HKL-17852 AFS dùng để xác định hàm lượng thủy ngân trong nước.
Các phần tử thử nghiệm
Các nguyên tố chính được đo là Hg và As.
Phương pháp thử nghiệm (Lấy việc xác định hàm lượng thủy ngân làm ví dụ)
1. Dụng cụ và hóa chất
1) Thiết bị: Máy quang phổ huỳnh quang nguyên tử hai kênh hoàn toàn tự động được trang bị đèn catốt rỗng thủy ngân chuyên dụng; máy làm sạch siêu âm; và máy ly tâm siêu nhỏ.
2) Thuốc thử:
① Dung dịch chuẩn thủy ngân: Được pha chế bằng cách pha loãng từng bước dung dịch gốc thủy ngân chuẩn (100 μg/ml, dung dịch chuẩn thủy ngân đơn nguyên tố) để thu được dung dịch chuẩn thủy ngân trung gian (10,00 μg/ml) và dung dịch chuẩn thủy ngân làm việc (0,10 μg/ml).
② Axit clohidric, cloroform, kali hydroxit, kali borohydride, kali permanganat và kali persunfat, tất cả đều có độ tinh khiết của thuốc thử được đảm bảo; khí argon tinh khiết cao. Nước khử ion được sử dụng trong suốt quá trình thử nghiệm. Tất cả dụng cụ thủy tinh đều được xử lý trước bằng cách ngâm trong dung dịch HNO₃ (1+4).3Ngâm trong 24 giờ, sau đó rửa kỹ bằng nước khử ion trước khi sử dụng.
2. Chuẩn bị mẫu
Thủy ngân trong nước thải môi trường tồn tại ở nhiều dạng khác nhau. Trước khi phân tích bằng thiết bị, tất cả các dạng thủy ngân phải trải qua quá trình xử lý sơ bộ để đảm bảo chuyển hóa thành Hg.2+trong dung dịch. Lấy 50 ml mẫu nước thải vào bình nón 100 ml, sau đó thêm 4,0 ml dung dịch kali permanganat (KMnO₄) 0,3 mol/L.4) và 4,0 ml kali persunfat 0,2 mol/L (K2S2CÁI8Đun nóng hỗn hợp trong nồi cách thủy ở 80°C trong 1 giờ. Sau đó, thêm vài giọt dung dịch hydroxylamine hydrochloride 20% (NH₂).2(OH·HCl) để giảm lượng chất oxy hóa còn sót lại. Sau khi thêm hydroxylamine hydrochloride, xử lý mẫu bằng sóng siêu âm để loại bỏ khí clo sinh ra. Chuyển dung dịch vào bình định mức 100 ml, pha loãng đến vạch và trộn đều để phân tích tiếp. Đối với nước thải chứa dầu, chiết xuất và loại bỏ chúng bằng cloroform (CHCl3).3Đối với các mẫu đục, tiến hành ly tâm, thu lấy phần dịch nổi và lọc qua màng lọc vi xốp 0,45 μm.
3. Đường cong chuẩn và đo mẫu
Chuẩn bị dung dịch chuẩn thủy ngân 20,0 ng/ml và chuyển vào bình pha loãng tự động. Máy sẽ tự động pha loãng dung dịch này thành các dung dịch chuẩn thủy ngân có nồng độ 1,0, 2,0, 5,0, 10,0, 15,0 và 20,0 ng/ml. Sau khi máy ổn định, đo dung dịch mẫu trắng và thiết lập đường cong chuẩn. Các mẫu được phân tích bằng phương pháp tương tự.
4. Điều kiện vận hành
Các điều kiện hoạt động của máy quang phổ huỳnh quang nguyên tử như sau: dòng điện đèn thủy ngân 50 mA, điện áp cao âm 300 V, nhiệt độ bộ nguyên tử hóa 300°C, chiều cao bộ nguyên tử hóa 8 mm, tốc độ dòng khí mang 500 ml/min, tốc độ dòng khí bảo vệ 1000 ml/min, thời gian đọc 10 s, thời gian trễ phân tích 2 s, chế độ đo là đường cong chuẩn đơn, chế độ đọc là diện tích đỉnh. Các thông số cụ thể có thể được điều chỉnh theo điều kiện thực tế.
5. Tốc độ dòng khí mang
Trong kỹ thuật tạo hydrua, cần có một tốc độ dòng khí mang (argon) nhất định. Tốc độ dòng khí mang ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhạy của thủy ngân. Kết quả thử nghiệm cho thấy khi tốc độ dòng khí mang quá cao, cường độ huỳnh quang nguyên tử của thủy ngân giảm. Do đó, tốc độ dòng khí mang được chọn là 500 ml/phút.
6. Độ axit của dung dịch chất mang
Sử dụng axit clohydric làm môi trường và dung dịch chuẩn Hg 5 ng/mL làm đối tượng thử nghiệm, cường độ huỳnh quang tương đối của thủy ngân được đo trong điều kiện thiết bị đã nêu ở trên trong môi trường axit clohydric với nồng độ 1%, 3%, 5%, 7%, 10%, 15% và 20% (theo thể tích). Kết quả cho thấy khi độ axit vượt quá 5%, ảnh hưởng của nó đến cường độ huỳnh quang trở nên không đáng kể. Do đó, axit clohydric 5% được chọn làm dung dịch mang, dung môi pha loãng và thuốc thử trắng.
7. Nồng độ chất khử
Tỷ lệ khối lượng/thể tích của kali borohydride (KBH₄) ảnh hưởng trực tiếp đến sự tạo thành hydride và chất lượng của ngọn lửa argon-hydro. Cường độ huỳnh quang của thủy ngân được đo ở các nồng độ KBH₄ khác nhau. Kết quả cho thấy nếu nồng độ KBH₄ quá thấp, khả năng khử sẽ suy yếu, dẫn đến giảm độ nhạy. Ngược lại, nếu nồng độ KBH₄ quá cao, sự sản sinh hydro quá mức sẽ làm loãng nồng độ nguyên tử thủy ngân, cũng làm giảm độ nhạy. Trong khoảng 0,15–0,22 mol/L, cường độ huỳnh quang của thủy ngân vẫn tương đối ổn định với sự thay đổi tối thiểu. Do đó, dung dịch KBH₄ 0,22 mol/L được chọn làm chất khử.