Phân Tích Định Lượng Ion Kim Loại Theo Phương Pháp Đường Chuẩn

[125], Veeraiah [156]…có sử dụng phần mềm này. Tìm hiểu trên website của các nhà xuất bản uy tín như Springer, Elsevier…chúng tôi thấy có nhiều công trình nghiên cứu ở các tạp chí uy tín có sử dụng ArgusLab 4.05. Điều này chứng tỏ đây là chương trình đáng tin cậy. Do đó, chúng tôi nghĩ rằng phần mềm này hoàn toàn phù hợp để nghiên cứu cấu trúc của phức azocalixaren.

Sau quá trình tối ưu hóa, chúng tôi tiến hành đo phổ của thuốc thử và phức chất nhằm tìm kiếm các tín hiệu đặc trưng của các liên kết mới hình thành. Trước hết chúng tôi đo phổ MS của phức chất với mục đích tìm kiếm mảnh ion phức, qua đó khẳng định sự tồn tại của phức. Phổ khối lượng ESI-MS được đo trên thiết bị HPLC-MS của Shimadzu.

Các dao động đặc trưng của liên kết mới hình thành được xác định bằng phổ FT-IR, bằng cách đo phổ của thuốc thử và phức chất ở dạng viên nén với KBr trong khoảng số sóng 4000-400 cm-1 trên thiết bị FT-IR của Shimazu. Các vùng phổ cần quan tâm là vùng 3650-2400 cm-1 chứa các vân dao động của XH (X: O, N, C, S, P…); vùng từ 2400-1900 cm-1 gồm các vân dao động hóa trị của các nhóm mang liên kết ba hoặc hai liên kết đôi kề nhau; vùng 1900-1500 cm-1 chứa các vân dao động hóa trị của các nhóm mang liên kết đôi và do dao động biến dạng của nhóm - NH2. Vùng phổ từ 1500-700 cm-1 chứa các vân hấp thu dặc trưng cho dao động hóa trị của các liên kết đơn như CC, CN, CO…và các vân dao động biến dạng của các liên kết CH, CO…Vùng phổ từ 650-250 cm-1 cung cấp các thông tin có giá trị với các hợp chất vô cơ và phức chất, vì chứa các vân phổ liên quan đến dao động hóa trị của CBr, CI, MX (M- kim loại; X: O, N, S, C…) nhưng không phải thiết bị hồng ngoại nào cũng đo được ở vùng này [3,14].

Phổ Raman là một trong những bằng chứng rất quan trọng trong việc xác định liên kết giữa các ion kim loại với nguyên tố như O, N. Trong luận án này, chúng tôi đo phổ Raman của thuốc thử và phức chất trong dung dịch, vùng số sóng cần quan tâm từ 1700-200 cm-1. Vùng phổ từ 1700-900 cm-1 là vùng xuất hiện các dao động đặc trưng của nhóm azo, nhóm –C=O, nhân thơm và vùng 800-200 cm-1 thường

xuất hiện dao động liên kết MO hoặc MN [3,98]. Phổ được ghi trên thiết bị Bruker IFS 66-FRA 106 module.

Ngoài ra, chúng tôi cũng sử dụng phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR để tìm độ dời hóa học của các proton trong thuốc thử cũng như phức chất trong dung môi DMSO-d6, MeOD trên thiết bị ADVANCE-600FT-NMR 600 MHz để tìm các tín hiệu mới, từ đó góp phần nghiên cứu cấu trúc của phức.

2.1.4. Phân tích định lượng ion kim loại theo phương pháp đường chuẩn

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 130 trang tài liệu này.

Ứng dụng quan trọng nhất của phức màu giữa ion kim loại với thuốc thử hữu cơ là xác định hàm lượng ion kim loại dựa vào mối quan hệ giữa độ hấp thụ quang của phức với nồng độ ion kim loại đi vào phức chất. Trong phần này, chúng tôi lựa chọn dung dịch so sánh tùy vào một trong hai trường hợp sau:

* Nếu cực đại phổ của phức và cực đại phổ của thuốc thử tách xa nhau và tại cực đại của phức thuốc thử không hấp thụ ánh sáng. Khi đó, chỉ cần sử dụng dung dịch so sánh là dung môi tạo phức hoặc nước cất [4].

* Nếu phổ của thuốc thử và phổ của phức chất có phần chồng chập lên nhau thì sử dụng dung dịch so sánh là thuốc thử tự do (phép đo vi sai) [4,10].

2.1.5. Phương pháp thêm chuẩn điểm H

Trong trường hợp phổ của thuốc thử và phức có sự chồng chập lên nhau, hoặc có sự chồng phổ của hai hoặc ba phức tại bước sóng cực đại, người ta thường xử lý như sau:

- Sử dụng các thuốc thử vô cơ, hữu cơ để tách riêng các ion kim loại

- Sử dụng chất che thích hợp để loại trừ khả năng gây cản của các ion khác.

- Sử dụng phương pháp toán học kết hợp với các thông số phân tích để định lượng đồng thời các ion như phương pháp hồi quy cấu tử chính, phương pháp mạng nơron, phương pháp bình phương tối thiểu riêng phần, phương pháp thêm chuẩn điểm H. Trong thời gian gần đây, các phương pháp xử lý này đã thu hút được sự

quan tâm của nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới và nó chứng tỏ đây là một xu hướng mới trong phân tích hiện đại [2,13,20,135].

Trong luận án này, chúng tôi sử dụng phương pháp thêm chuẩn điểm H (H- Point Addition Standard Method- HPASM) để xác định đồng thời Cr(III) và Pb(II). Phương pháp này được Reigh và Falco công bố lần đầu tiên vào năm 1988. Đây là phương pháp phân tích đồng thời hệ hai cấu tử mà phổ hấp thụ của chúng chồng lên nhau. Ưu điểm của phương pháp này là thuốc thử hữu cơ không nhất thiết phải chọn lọc với chất tạo phức như trong phương pháp phân tích đơn cấu tử truyền thống. Reig và Falco đã tiếp tục ứng dụng phương pháp này cho nhiều đối tượng mẫu khác nhau như xác định đồng thời hàm lượng phenol và crezol bằng phương pháp HPSAM khi phân tích sắc kí đồ của hai chất này bằng kĩ thuật sắc kí lỏng [60,61,128,129]. Kể từ khi ra đời, HAPSM đã được rất nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới áp dụng, nhiều công trình đã được công bố. Tác giả Abbaspour và cộng sự đã sử dụng phương pháp HPSAM xác định thành công đồng thời Sb(V) và Sb(III) dựa vào tốc tộ phản ứng khác nhau giữa Sb(V) và Sb(III) với pyrogallol đỏ [15]. Nhóm nghiên cứu của Abdollahi đã xác định đồng thời Cr(VI) và Fe(III) bằng phương pháp HPSAM với hỗn hợp thuốc thử diphenylcarbazid và 1,10- phenanthrolin trong dung dịch Triton X-100. Kết quả cho thấy rằng khi tỉ lệ nồng độ Cr(VI) và Fe (III) dao động trong khoảng 15:1 đến 1:30 thì áp dụng phương pháp HPSAM cho độ chính xác rất cao [16]. Trong một công trình khác, tác giả này tiếp tục dùng HPSAM để phân tích hàm lượng paladi và coban ở cấp độ vết. Theo đó, disodium 1-nitroso-2-naphtol-3,6-disulphonat (nitroso-R salt) đã được sử dụng để làm thuốc thử chọn lọc [17]. Nhóm nghiên cứu của Afkhami đã xây dựng được một phương pháp kết hợp HPASM và phương pháp hồi qui đa biến để định lượng đồng thời nhiều cấu tử trong hệ hoặc dùng HAPSM và phổ đạo hàm tỷ đối xác định Bi(III) và Sb(III) [19]. Arvand đã sử dụng phương pháp HPSAM để định lượng Zn(II) và Cu(II) bằng 1-(2-pyridylazo)2-naphthol (PAN) tại pH = 9,2 [27]. Safavi và cộng sự đã dùng 1,10-phenantrolin và neocuprin để xác định đồng thời Fe(II) và Cu(II) hoặc Fe(II) và Fe(III) [132,133]. Phương pháp HPSAM không chỉ được

dùng trong phân tích hệ màu mà còn được sử dụng trong phân tích sắc kí (sắc kí đồ của các chất phân tích chồng lên nhau) hoặc dùng trong động học trắc quang như Kaur và nhóm nghiên cứu đã dùng phương pháp động học kết hợp với thêm chuẩn điểm H để xác định đồng thời Ni(II) và Mn(II). Cơ sở của phương pháp này dựa vào tốc độ phản ứng của hai ion trên với 1-(2-pyridylazo)-2- naphthol (PAN) tại pH

= 7,5 trong môi trường Triton X-100 [82].

A(1)=f (Ci)

A(2)=f (Ci)

Hình 2.2. Đồ thị của phương pháp thêm chuẩn điểm H.

Để áp dụng được phương pháp này trong phân tích, người ta phải lựa chọn được cặp bước sóng. Tại cặp bước sóng này, hệ phải thỏa mãn các điều kiện như mật độ quang của chất phân tích X phải tuân theo định luật Beer và mật độ quang của chất cản trở Y không thay đổi. Độ hấp thụ quang của hệ phải bằng tổng độ hấp thụ của chất phân tích và độ hấp thụ quang của chất cản trở (tuân theo định luật cộng tính). Ngoài ra, hệ số góc của hai đường tuyến tính a1, a2 (hoặc 1, 2) chênh lệch nhau càng lớn thì độ chính xác của phương pháp càng cao.

Khi đó, độ hấp thụ quang của hỗn hợp tại hai bước sóng được biểu diễn bởi hai phương trình sau:

1 1

A() b01 b1 aCi

(2.6)

A() b02

Trong đó:

b2 aCi

(2.7)

A(1) , A(2) là độ hấp thụ quang của hệ tại bước sóng 1, 2

b01 và b02 là độ hấp thụ quang của X tại bước sóng 1, 2

b1 và b2 là độ hấp thụ quang của Y tại bước sóng 1, 2

a1 a2 (hoặc 1, 2) là hệ số góc của hai đường thêm chuẩn tại 1,2

Ci là nồng độ của cấu tử X thêm vào hệ

Hai đường thẳng này giao nhau tại điểm H có tọa độ -CH, AH. Xét tại điểm H, ta có:

1 2

A() A() ,

Từ đó suy ra:

Ci CH

b01 b1 a(CH ) b02 b2 a(CH ) (2.8)

1 2

C  (b02b01)  (b2 b1 ) (2.9)



H a a

1 2

Nếu hợp phần Y là chất gây nhiễu không thay đổi nồng độ thì khi đó độ hấp thụ quang của Y tại hai bước sóng không thay đổi nên b2 =b1 =const và ta có:

C (b02b01) (2.10)



H a a

1 2

Ta lại có: b01 = a1CX; b02 = a2CX; Từ (2.10) suy ra:

C a2CXa1CXC

(2.11)



H a a X

1 2

Vậy nồng độ của chất X cần tìm chính là trị tuyệt đối của hoành độ điểm H.

ThayCi CH

và A( ) AH vào (2.6),

ta được:

1 1

AH a(CH ) b1 a(CH ) b1

Mà: b1 Y CY

CY

AH

Y

(2.12)

Phương pháp thêm chuẩn điểm H đã giải quyết được những vướng mắc tồn tại trước đây đối với các thuốc thử có tính chọn lọc không cao. Phương này cũng cho phép hiệu chỉnh trực tiếp cả sai số tỷ lệ và sai số hằng định gây ra do ảnh hưởng của chất nền mẫu thử.

2.2. Một số phương pháp phân tích so sánh sử dụng trong luận án

2.2.1. Phương pháp ICP-MS

Nguyên tắc của phương pháp là đo mẫu ở dạng lỏng, dưới tác dụng của hệ thống ICP, toàn bộ các nguyên tử sẽ chuyển thành trạng thái khí dạng plasma. Đầu do MS sẽ chuyển các nguyên tử thành dạng ion nguyên tử. Các tín hiệu này sẽ được detector ghi nhận và cường độ các tín hiệu này phản ánh nồng độ của chúng có trong mẫu [130]. Sử dụng phương pháp đường chuẩn để tính toán nồng độ của chúng dựa theo phương trình đường chuẩn sau:

Y = aC + b

Y: tỉ lệ cường độ giữa chuẩn và nội chuẩn C: nồng độ

Từ tỉ lệ cường độ mẫu và nội chuẩn, thế vào phương trình trên suy ra nồng độ chất cần phân tích có trong dung dịch. Sau đó tính được hàm lượng chất có trong mẫu như công thức sau:

X C Vdm

(2.13)

X: hàm lượng chất phân tích có trong mẫu (mg/kg hoặc µg/kg) C: nồng độ chất phân tích trong dung dịch đo (ppm)

Vdm: thể tích định mức (ml) và m: khối lượng mẫu cân (g)

2.2.2 Phương pháp phân tích kích hoạt nơtron

Phân tích kích hoạt nơtron dựa trên sự bắn phá hạt nhân bằng chùm nơtron, làm biến đổi các nhân bền của nguyên tố cần xác định trong mẫu phân tích thành các hạt nhân phóng xạ và đo hoạt độ phóng xạ của đồng vị tương ứng trong mẫu chuẩn và mẫu phân tích, ta sẽ xác định được hàm lượng của nguyên tố cần xác định.

Để xác định hàm lượng kim loại trong kĩ thuật NAA, người ta có thể sử dụng phương pháp tuyệt đối hoặc phương pháp tương đối [41]. Trong luận án này, chúng tôi sử dụng phương pháp tương đối để khảo sát hàm lượng các nguyên tố quan tâm.

Trong phương pháp tương đối người ta chiếu đồng thời mẫu phân tích và mẫu chuẩn (có hàm lượng nguyên tố cần phân tích đã biết), để nguội và đo mẫu chuẩn và mẫu phân tích trong cùng một điều kiện đồng nhất; vì vậy, các giá trị như thông lượng, tiết diện bắt nơtron, hiệu suất ghi detector, thời gian chiếu ... là như nhau. Hàm lượng nguyên tố cần phân tích trong mẫu được tính theo công thức:

C C

Ax Ws

(2.14)

A W

x s

s x

Cx, Cs: hàm lượng nguyên tố cần phân tích trong mẫu và chuẩn tương ứng Ax, As: diện tích đỉnh quan tâm trong mẫu phân tích và mẫu chuẩn

Wx, Ws: khối lượng mẫu và chuẩn tương ứng

2.3. Xử lý kết quả và tính toán sai số

Để phản ánh độ chính xác của số liệu, chúng tôi tiến hành đo nhiều lần ở cùng điều kiện giống nhau như pH, nhiệt độ, nồng độ. Sau đó dùng chuẩn Dixon để xử lý kết qủa, loại trừ các giá trị nghi ngờ và lấy giá trị trung bình, độ lệch chuẩn được tính trên máy tính hoặc được tính theo công thức sau:

X X = X 

tP; f S

(2.15)

Trong đó S là sai số bình phương trung bình (độ lệch chuẩn) được tính theo công thức sau:

i1

X X 

N 2

N 1

S  (2.16)

Trong đó: Xi - giá trị đo ở lần phân tích thứ i;

X - Trung bình của tất cả gía trị Xi; N - Số lần phân tích.

f - Số bậc tự do, bằng N-1.

Đồng thời, cần phải chọn trước xác xuất tin cậy P để có thể lấy giá trị cần thiết của tP;f ở bảng tra phân bố Student.

2.4. Xác định LOD và LOQ của phương pháp

Giới hạn phát hiện là nồng độ nhỏ nhất của chất phân tích tạo ra được một tín hiệu có thể phân biệt được một cách tin cậy với tín hiệu trắng (hay tín hiệu nền). Hiện nay có nhiều cách xác định giới hạn phát hiện khác nhau. Phổ biến nhất hiện nay vẫn là cách xác định theo qui tắc 3 [42,95].

Ta có: yp = yb + 3b hay yp = yb + 3Sb (2.17)

Trong đó yp là tín hiệu ứng với giới hạn phát hiện và yb là tín hiệu mẫu trắng;

i

(y - y )

i

b hoặc Sb là độ lệch chuẩn của nồng độ hoặc tín hiệu mẫu trắng. Có thể xác định yb và Sb như sau: Tiến hành n thí nghiệm để xác định nồng độ mẫu trắng, thu được các giá trị y0i (i = 1-n). Từ đó tính y0 và S0 theo các công thức sau:

y = ; S = (2.18)

b n b

n-1

Biết tín hiệu yp sẽ tính được LOD từ phương trình đường chuẩn y =a + bx dưới dạng LOD = xp = (yp-a)/b.

Ngoài ra, LOD còn được tính toán phương pháp của phòng thí nghiệm Wincosin [160]:

LOD = t(n-1, 1-∞=0,99).SD (2.19)

Trong đó: - t(n-1, 1-∞=0.99) : là giá trị hệ số student với độ tin cậy 99% và độ lệch chuẩn ước lượng với độ tự do n -1.

- SD: độ lệch chuẩn của nồng độ sau n lần thí nghiệm.

LOD tính toán được phải thỏa mãn các yêu cầu sau đây:

- LOD < lượng chuẩn thêm vào < 10.LOD

- Tỷ số S/N thỏa mãn điều kiện: 2 X

SD

- Thực hiện ít nhất 7 mẫu lặp

 10