Mình có biết chút chút qua phương pháp đo Hg, As trong AAS.
Nhưng mình thấy không tin tưởng lắm ở Cookbook ( Về độ nhạy ) của các hãng về đo Hg, As bằng phương pháp hóa hơi lạnh hay hydrua hóa.
Không biết bạn nào đã từng sử dụng qua bộ phận đo Hg, As của các hãng như PE, Varian, Thermo, Shimadzu, Analytik Jena, Hitachi, GBC,…, xin cho minh hỏi hãng nào được nhất ( chứ không dám nói tốt nhất ).
Ngoài ra nếu không cần dùng AAS , ta có thể dùng thiết bị nào khác ( giá tương đương hay trẻ hơn AAS ) mà phân tích được Hg, As không ( ở hàm lượng ppb, và cả ppm ), với độ chính xác và an toàn cao.
Chào bạn
Trước nhất nên nói về đo Hg. Hg đo bằng phương pháp hơi lạnh thường được nguyên tử hóa bằng phản ứng khử giữa Hg2+ và một chất khử phù hợp, hay dùng là SnCl2 hay NaBH4. Thông thường thì phản ứng oxy hóa khử này là hoàn toàn. Sau khi khử xong, lơi Hg phải đuọc tách ra khỏi dung dịch và lôi cuốn ra khỏi mẫu bằng một dòng khí mang (thường là nitrogen, argon và có thể cả không khí cũng được). Dòng khí chứa Hg này sẽ được dẫn tới cell đo ở nhiệt độ thường (có khi dùng nhiệt độ 200 oC). Do hơi Hg nguyên tố khá bền và gần như không thể chuyển hóa thành hợp chất Hg nên sự hấp thu của Hg là ổn định.
Độ nhạy của phép đo Hg tùy thuộc vào các yếu tố sau:
Tốc độ của phản ứng khử: tùy thuộc vào độ mạnh chất khử và dạng tồn tại của ion Hg trong mẫu. Dung dịch mẫu chứa ion Hg ở dạng hydrate hóa thuần túy sẽ bị khử nhanh hơn ion Hg ở dạng phức ví dụ như trong môi trường có nhiều ion chloride.
Quá trình lôi cuốn Hg tùy thuộc vào động học của quá trình sục khí và thể tích mẫu: Nếu sục mạnh, thể tích mẫu nhỏ thì thời gian lôi cuốn hoàn toàn Hg trong mẫu sẽ ngắn.
sự hiện diện của các kim loại có thể bẫy Hg (ở dạng hỗn hống). Nếu trong mẫu có Cu, Ag hay Au… thì chắc chắn là có rất ít Hg bị lôi cuốn theo khí mang tới cell đo.
Thể tích cell đo và và thể tích đường ống dẫn khí
Thường các hệ tạo Hg của các hãng theo một trong các nguyên tắc sau:
Batch mode (tạm dịch là mode tạo Hg theo từng mẻ)-flowthrough: một thể tích Hg được đưa vào bình phản ứng với chất khủ phù hợp và được sục liên tục với một dòng khí mang. Hg sinh ra sẽ bị lôi cuốn dần dần đến cell đo. Khi quan sát tín hiệu hấp thu phân tích viên sẽ thấy tín hiệu hấp thu tăng nhanh và đạt cực đại rồi giảm từ từ cho đến zero, lúc này toàn bộ Hg trong mẫu đã hóa hơi hết, từ lúc bắt đầu đến lúc sục hết Hg phải mất khoảng 3-10 phút tùy thể tích mẫu trong cell phản ứng. Hệ này lôi cuốn 100% Hg trong mẫu nhưng do thời gian đo hạn chế nên chỉ có thể đo được chiều cao peak. Độ nhạy phục thuộc vào tốc độ sục, dạng tồn tại Hg trong mẫu và thể tích mẫu trong cell đo. Thiết bị kiểu này hiện nay có thể mua của hãng Perkin Elmer model MHS-1, MHS-10 và MHS-15. Shimadzu cũng có hệ HVG-1 (Flowthrough mode)
Bacth mode-circulation: giống như 1. nhưng hơi Hg sau khi đến Cell đo sẽ được dẫn trở lại cell phản ứng. Như vậy dòng khí mang sẽ chạy tuần hoàn trong giữa cell phản ứng và cell đo. Hơi Hg trong dung dịch sẽ được lôi cuốn dần dần vào pha khí cho đến hết (Hg rất ít tan trong nước). Khi quan sát sẽ thấy tín hiệu hấp thu tăng dần dàn và đạt tới ổn định (đường nằm ngang). Độ nhạy phụ thuộc vào thể tích cell đo, thể tích ống dẫn và thể tích khoảng không trong cell phản ứng. Độ nhạy không phục thuộc vào dạng tồn tại của Hg trong mẫu. Tôi thấy chỉ có hãng Shimadzu có hệ này (HVG-1)
Continuous flow: chất khử và mẫu được bơm liên tục và trộn với nhau, Hơi Hg sẽ liên tục bị lôi cuốn tới cell đo. Trong hệ này chỉ một phần Hg trong mẫu phản ứng và đến đươc cell đo. Độ nhạy tùy thuộc vào tốc độ bơm mẫu, dạng tồn tại Hg trong mẫu, tốc độ khí mang và thể tích cell đo. Tín hiệu phân tích là đường thẳng nằm ngang, ổn định (steady state). Các hãng dùng hệ phản ứng theo nguyên tắc này là Vaỉan (VGA-76, VGA-77), Shimadzu (HVG-1), GBC và hình như Analytik Jena.
Flow ịnection: Chất khử và chất mang được bơm liên tục vào hệ trong khi đó một thể tích nhất định mẫu (thường là 500 µL) được bơm vào và trộn với chất khử và chất mang. Các quá trình phản ứng và lôi cuốn tương tự như các quá trình diễn ra trong hệ “continuous flow”. Tính hiệu phân tích thường là dạng peak (transient signal). Perkin Elmer có thiết bị dạng này (model FIAS 200, FIAS 400 và FIAS 100).
Như vậy có thể thấy đối với Hg, độ nhạy của phép phân tích tùy thuộc vào từng cấu hình máy NHƯNG thường là đúng với những gì được nêu ra trong cookbook của từng hãng (nếu test ở cùng điều kiện).
Đối với As hay Se, mọi quá trình phức tạp hơn nhiều so với Hg. Độ nhạy tùy thuộc không những vào những yếu tố tương tự như đã trình bày với Hg (lưu ý với As hay Se thì không dùng Circulation mode) mà còn tùy thuộc vào quá trình nguyên tử hóa mẫu ở cell đo. Đây là quá trình phức tạp nhất (theo cơ chế gốc tự do) và khó kiểm soát nhất trong phương pháp HGAAS. Do quá trình này mà độ nhạy của phép đo thực tế không giống với những gì ghi trong cookbook. Tuy nhiên nếu kiểm soát được quá trình này thì các số liệu trong cookbook là phù hợp.
Phương pháp AAS dùng để đo Hg và As hiện nay có thể nói là tin cậy và rẻ tiền nhất so với các phương pháp phổ nguyên tử khác. Bạn có thể phân tích Hg và As bằng phương pháp so màu (với thuốc thứ dithizone hay bac diethyldithiocarbamate) nhưng độ tin cậy của kết quả không cao. Các phương pháp này ra đời trước khi có máy AAS và kể từ khi có máy AAS rồi thì không mấy ai quay trở lai dùng các phương pháp so màu này nữa.
Trong vài năm nay tôi cũng đang nghiên cứu phân tích As, Se bằng HG-AAS và cũng có những kết quả khá hay. Bạn còn thắc mắc thì có thể trao đổi thêm.
Thân ái
Thanks bạn rất nhiều vì sự nhiệt tình. Cho mình hởi thêm tí nhé, các hãng mà bạn đề cập bạn đã chạy qua hết rồi chứ, mình thì chỉ chạy qua shimadzu, thermo, GBC thoi. Còn PE, Varian, Hitachi, Analytik jena chỉ thấy qua thôi, chưa có chạy.
À, còn bạn bảo phân tích As có kết quả khá hay là sao vậy có thể nói rõ cho minh hiểu không.
Mình chỉ biết rằng phân tích As bằng HG-AAS thì chỉ phân tích As tổng số thôi, vì As có nhiều dạng As 3+ và As 5+, và tùy dạng hợp chất mà độc tính của nó khác nhau. Và muốn tách riêng phân tích thì phải kết hợp AAS và HPLC.
Và mình cũng được biết là có máy đề tài làm về vấn đề này.
Thiết bị HG-AAS của Hitachi, GBC và AJ thì tôi chưa làm qua còn các các thiết bị tương tự của các hãng khác thì đã làm qua rồi. Tuy vậy tôi đã thấy và cũng có xem qua nguyên lý của chúng và thấy không khác gì với những gì trình bày ở phần trước.
Cái hay tôi thu được khi làm As hay Se nằm ở chỗ kinh nghiệm kiểm soát các quá trình khi phân tích. Việc phân tích rất phức tạp và độ lặp lại không cao do thường chưa kiểm soát các quá trình trong giai đoạn phản ứng tao hydride đặc biệt là trong giai đoạn nguyên tử hóa trong quartz cell. Cụ thể thế nào thì khó nói, khi nào bạn thực sự ĐANG làm vấn đề này, gặp khó khăn thì trao đổi mới rõ.
Phân tích nguyên dạng (speciation analysis) thì tôi cũng đã làm ít nhiều, kết hợp GC hay LC với AAS hay ICPMS.
Thân ái
Tôi xin đính chính 1 chút trong bài viết của bác giotnuoctrongbienca: Bộ HVG-1 (Hydride Vapor Generation) của shimadzu là dùng để đo As, còn đo Hg thì phải dùng bộ MVU (mercury vaporizer unit). Nguyên tắc hoạt động hoàn toàn đúng như giotnuoctrongbienca đã nói.
Đo mẫu As bằng bộ HVG là kỹ thuật đo tương đối khó, mà vấn đề dễ vướng phải là tín hiệu nền bị nhiễu cao. Nguyên nhân của hiện tượng này có thể là do:
Dung dịch NaBH4 quá cũ hoặc pha chưa đúng cách nên bị phân huỷ sinh nhiều bọt khí => cần mang rung siêu âm trong 5 phút hoặc pha lại. Dung dịch này chỉ nên sử dụng một lần chứ không dùng lại cho ngày hôm sau.
Cuvét chữ T bị bẩn hoặc quá cũ => ngâm/rửa sạch hoặc thay mới. Tuổi thọ trung bình
của cuvét này khoảng 6 tháng nếu mỗi ngày dùng khoảng 6 giờ và được bảo quản tốt.
Đường thải chưa tốt => đảm bảo đường thải luôn dốc, không bị nghẽn và đầu cuối không bị ngập trong dịch thải.
Đầu nối chỗ nào đó bị hở làm bọt khí chui vào qua kẽ hở => kiểm tra và vặn chặt lại.
Tốc độ hút mẫu hoặc thuốc thử chưa tối ưu, dùng ống đong để điều chỉnh lại.
Mẫu pha chưa chuẩn hoặc bị nhiễm bẩn nhiều => pha lại mẫu.
Vị trí cuvét trên đầu đốt chưa tối ưu => cần vào cửa sổ Parameters để chỉnh lại vị trí đầu đốt sao cho chùm tia chuyền qua cuvét là tốt nhất.
Dòng khí mang Argon quá lớn => đảm bảo áp suất đầu ra từ bình Argon khoảng 0.32 - 0.35 MPa
Bác giotnuoctrongbienca đã làm nhiều chắc chắn sẽ có nhiều phát hiện thú vị, bác có thể cho mọi người biết thêm một chút về bản chất quá trình “nguyên tử hóa trong quartz cell” được không ạ.
Cảm ơn bạn Tiepok đã đính chính về nhầm lẫn giữa bộ HVG và MVU của hệ Shimadzu.
Những gợi ý của bạn về nguyên nhân nhiễu nền cao và cách khắc phục rất hay và sẽ giúp ích được rất nhiều cho những ai làm trong lĩnh vực này. Tôi chỉ nêu bổ sung vài ý kiến riêng thế này:
Dung dịch NaBH4 có bọt khí đó là hdrogen do phân hủy NaBH4 mà thôi, bọt khí tự nó chẳng hại gì lắm cho phép xác định. Một số nguyên nhân làm NaBH4 dễ phân hủy là:
Nồng độ NaOH làm môi trường khi pha NaBH4 chưa đủ –> cần cao hơn.
Bình chứa dung dịch NaBH4 dơ hay có mặt trong gồ ghề –> nên dùng bình sạch và mới, chuyên đựng NaBH4, tránh rửa cơ học gây trầy xước mặt trong.
Dùng nước cất de-ion hay nước cất 2 lần để pha NaBH4, tránh các ion kim loại chuyển tiếp có thể xúc tác phân hủy NaBH4.
NaOH phải càng tinh khiết càng tốt (tránh các ion kim loại nặng, quý…)
Nếu chỉ dùng NaBH4 pha trong ngày thì đôi lúc tôi thấy hơi phí khi lỡ pha dư NaBH4. Tôi thì thường làm thế này: pha NaBH4 nồng đô lớn, để trong tủ lạnh hay tủ đông, khi làm thì chỉ cần pha loãng. Dùng dư thì bảo quản trong tủ lạnh hôm sau dùng tiếp. Điều quan trọng là trong quá trình sử dụng, phải thao tác cẩn thận với dung dịch này, tránh làm nhiễm bẩn dung dịch NaBH4.
Hệ thống dẫn nước thải: làm thế nào để nước thải không bị dồn ứ lại là được.
Ống dẫn hơi hydride đến cuvet: phải rất sạch, phân tích viên phải thường xuyên quan sát xem hơi chất lỏng có đọng lại trong ống không (chỉ nhìn được đối với ống trong suốt chứ ống màu đen thì chịu, tôi vẫn thích dùng ống teflon nên dễ nhìn). Nếu thấy ống có đọng hơi lỏng thì nên tháo ra, rủa với nước de-ion, dùng khí nén thổi sạch. KHi có sự đọng hơi ngưng tụ trong ống thì có thể khí mang sục qua mẫu quá mạnh hoặc mẫu có tạo bọt –> giảm khí mang và xử lý mẫu hoàn toàn hơn. Nếu có chút mẫu nào đến cell đo thì sẽ làm giảm độ nhạy của phép đo, ống thạch anh mau hư do ăn mòn hoặc tệ hơn là bể ống.
Ống thạch anh: tuổi thọ tùy theo tần suất chạy mẫu, tính chất mẫu và tay nghề phân tích viên. Theo thời gian thì ống bị mờ do ăn mòn (bên trong). Hơi acid ở nhiệt độ cao làm biến tích lớp silic bề mặt. Sư biến tính này là vĩnh viển và không hồi phục được. Tuy nhiên thông thường hơn thì trong khi sử dung, một lượng mẫu (dù rất ít) cũng bị lôi cuốn đến cell và đọng lại đó. Chính điều này làm ảnh hường đến sự nguyên tử hóa làm thay đổi độ nhạy. Thường rửa ống bằng HF + HNO3+nước (1:0.5:1) ở nhiệt độ thường (ngâm 30 min) hay nhiệt độ nóng (80-90 oC, 10 phút) nhưng hiệu quả nhất là đặt trong bể siêu âm (3 phút) để làm sạch mặt trong ống. Rửa sạch bằng nước deion, sấy khô và hoạt hóa ở 1000 oC (hay 950 cũng được) trong 6h bằng nguồn nhiệt thường dùng để phân tích trên máy AAS.
Độ nhạy của ống thạch anh sau khi hoạt hóa thường tăng dần theo thời gian và sau đó ổn định. Như vậy cần 1 giai đoạn “hoạt hóa” ống bằng chính nguyên tố cần phân tích ở nồng độ cao. Ví dụ As: nồng độ chuẩn cao nhất là 20 ppb thì hoạt hóa bằng dung dịch As 50 ppb trong 5 phút.
Tốc độ hay nồng độ NaBH4 là quan trọng, phải tối ưu kỹ càng. Thông thường trong tài liệu khuyến cáo dùng nồng độ NaBH4 đến gần 1% (nhiều trường hợp) nhưng tôi thấy nồng độ tốt nhất tôi dùng lại là 0.02% (và cũng phụ thuộc vào kích thước ống quartz, mấy thứ này do tôi tự chế chứ mua của chính các hãng thì … xót ruột lắm).
Áp suất khí mang phải tuân thủ theo chỉ dẫn của máy, nếu thấp quá thì máy không khởi động (có một cái sensor áp suất giám sát khởi động máy) hoặc quá cao thì có thể gây nổ đường ống dẫn khí bên trong hay bên ngoài máy. Nếu ống bên trong máy bị nổ là rách việc vì phải cầu cạnh mấy ông bảo trì máy mệt lắm.
Bản chất của quá trình nguyên tử hóa trong HG-AAS thì phức tạp lắm và quan trọng là cần phải có thời gian làm việc dài lâu và quan sát tinh tế mới thấy. Tuy vậy cơ chế của sự nguyên tử hóa As, Se… trong ống quartz là “gốc tự do”. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự nguyên tử hóa thì nhiều lắm và tùy tình huống thực tế mà giải quyết. Cái này khó nói để mà học theo, mỗi khi cần giải quyết thì tôi phải đến quan sát và thử nhiều biện pháp khác nhau mới khắc phục được. Bạn nào làm nhiều thì sẽ hiểu và thông cảm chỗ này.
Vài điều góp ý
Thân ái
Các anh (chị) nào đã thử đo Hg bằng phương pháp gold trap chưa? Kết quả đo tốt lắm, em đang thu thập tài liệu để giới thiệu cho các anh đây, trong đó có một số phần bên ngoài phải chế lấy đó.
Các bác cho em hỏi chút.
Em đang dùng máy AAS của hãng AJ. Hôm vừa rồi, e đo mẫu Hg (bộ hóa hơi lạnh Hydride), lúc đầu thì đường chuẩn chạy ngon. Sau khi đo được 6 mẫu (nồng độ hơi bị cao) thì xảy ra hiện tượng: đường pik hấp thụ lên rất cao. không biết nguyên nhân tại sao.
Em đoán là do máy bị nhiễm Hg nhiều quá. E đã vệ sinh đường ống, cho chạy blank rất nhiều lần, nhưng mỗi lần chạy, độ hấp thụ giảm đi không nhiều. Để đèn sáng mãi cũng sốt ruột.
Nên hỏi các bác có kinh nghiệm, cho em cách xử lý tình huống ah.