QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ (AAS)

I. NGUYÊN TẮC

1. Nguyên tắc

- Khi nguyên tử ở trạng thái hơi có thể hấp thụ các bức xạ có bước sóng xác định. Phổ hấp thụ nguyên tử là phổ vạch.

- Muốn đo quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) cần:

+ Chọn điều kiện, trang thiết bị phù hợp để chuyển mẫu phân tích thành trạng thái hơi nguyên tử tự do.

+  Chiếu chùm tia sáng thích hợp qua đám hơi nguyên tử trên. Các nguyên tử của nguyên tố cần phân tích sẽ hấp thụ 1 phần bức xạ và tạo ra phổ hấp thụ nguyên tử. Phần bức xạ bị hấp thụ phụ thuộc vào nồng độ nguyên tố trong môi trường hấp thụ.

- Nhờ máy quang phổ, người ta thu, phân ly, chọn lọc vạch phổ của nguyên tố cần nghiên cứu và đo cường độ của nó.

2. Cấu tạo máy AAS

2.1. Nguồn phát bức xạ cộng hưởng

a. Đèn catod rỗng (HCL):

*Cấu tạo:

- Thân đèn:

+ Vỏ đèn: thủy tinh, thạch anh chịu nhiệt.

+ Cửa sổ: thủy tinh, thạch anh tùy theo bức xạ phát thuộc vùng nào.

+ Giá đỡ điện cực:

- Khí chứa trong đèn: Khí trơ: He, Ar, N với áp suất thấp, độ sạch cao  Không phát ra phổ.

- Điện cực:

+ Anod và dây dẫn: kim loại trơ, bền với nhiệt: vonfram.

+ Catod: Dạng ống rỗng, làm bằng kim loại cần phân tích với độ tinh khiết cao

Nguyên tắc hoạt động:

- Đèn được đốt nóng nhờ nguồn điện 1 chiều ổn định (250-400V, 3-50mA).

-  Đèn hoạt động, catod bị nung đỏ và xảy ra sự phóng điện liên tục  Các ion sinh ra tấn công vào bề mặt catod bị nung đỏ  Một số nguyên tử bề mặt bị hóa hơi thành nguyên tử tự do và dưới tác dụng của nhiệt độ, chúng bị kích thích và phát ra phổ phát xạ  Phổ vạch của kim loại làm catod rỗng. Trong môi trường khí trơ và áp suất thấp, phổ phát xạ chỉ gồm các vạch nhạy của kim loại đó.

b. Đèn phóng điện không điện cực (EDL)

- Là ống phóng điện trong môi trường khí kém có chứa nguyên tố cần phân tích với nồng độ nhất định.

- Là ống thạch anh chịu nhiệt cuốn quanh cuộn dây cao tần công suất 200-400W, chứa vài mg kim loại/muối kim loại dễ bay hơi để sao cho khi đèn ở nhiệt độ 200-4000C thì áp suất hơi của kim loại khoảng 1-1.5mmHg.

c. Đèn phát phổ liên tục bị biến điệu (D2-lamp, W-lamp)…

- Đèn hydro nặng, đèn xenon áp suất cao, đèn halogen… phát ra phổ UV-VIS liên tục nhưng được biến điệu và lọc giao thoa nên chùm sáng phát xạ bị biến điệu và lượng tử hóa thành chùm sáng không liên tục có phổ dạng răng cưa.

- Ưu điểm: dễ chế tạo, rẻ tiền, độ bền cao, có thể áp dụng với nhiều nguyên tố.

- Nhược điểm: độ đơn sắc, độ chọn lọc kém đèn HCL.

2.2. Bộ phận nguyên tử hóa mẫu

- Nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn lửa:

Mẫu phân tích được chuẩn bị dưới dạng dung dịch. Sau đó, dung dịch mẫu được dẫn vào ngọn lửa đèn khí để nguyên tử hóa mẫu và thực hiện phép đo. Quá trình gồm 2 bước:

Chuyển dung dịch thành các hạt sương cùng với khí mang và khí cháy  Hạt sol khí – aerosol:

+ Phun khí: Mẫu được ống mao dẫn và luồng khí mang đưa vào buồng aerosol hóa, va đập vào hòn bi tạo hạt, được đánh tung bằng quạt rồi trộn đều với khí đốt. Phần dung dịch thừa không được tạo hạt, các hạt ngưng lại được dẫn thoát ra ngoài.

+ Siêu âm: Lực siêu âm truyền qua pha rắn hay lỏng đến dung dịch aerosol hóa  Dung dịch bị đánh tơi thành các hạt nhỏ rồi trộn đều với khí đốt.

Chuyển hỗn hợp aerosol hóa cùng hỗn hợp khí đốt vào đèn để nguyên tử hóa.

- Nguyên tử hóa mẫu không dùng ngọn lửa

+ Nguyên tử hóa mẫu trong thời gian ngắn nhờ năng lượng dòng điện công suất lớn trong môi trường khí trơ. Quá trình gồm 4 bước:

+ Sấy khô mẫu: để đảm bảo dung môi hòa tan mẫu bay hơi nhẹ nhàng và hoàn toàn nhưng không làm mất mẫu.

+ Tro hóa và luyện mẫu: đốt cháy các hợp chất hữu cơ và mùn trong mẫu đồng thời, nung luyện mẫu đến nhiệt độ thích hợp  Thuận lợi cho giai đoạn nguyên tử hóa mẫu đạt hiệu suất cao và ổn định

+ Nguyên tử hóa: được thực hiện trong thời gian rất ngắn (3-6s) với tốc độ tăng nhiệt độ rất lớn, đạt ngay đến nhiệt độ nguyên tử hóa mẫu.

+ Làm sạch cuvet bằng luồng khí trơ.

2.3. Bộ phận đơn sắc hóa

- Đặt sau bộ phận nguyên tử hóa mẫu.

- Mục đích: chọn vạch cộng hưởng, từ nguồn phát bức xạ nhiều vạch và loại bỏ vạch nhiễu do chính ngọn lửa phát ra.

2.4. Bộ phận phát hiện: Bộ phận phát hiện xử lý tín hiệu thu được tương tự như các máy quang phổ khác

II. ỨNG DỤNG

- Định lượng hầu hết các nguyên tố kim loại và 1 số á kim As, B nếu như có nguồn bức xạ cộng hưởng.

- Ngành Dược:

+ Xác định nguyên tố vi lượng trong các dịch sinh học: huyết tương, máu, dịch não tủy…

+ Định lượng các yếu tố vi lượng trong thuốc: Cu, Zn, Fe, Cr, Mn, thành phần dịch truyền.

+ Xác định hàm lượng các nguyên tố độc trong môi trường, vật liệu bao gói: As, Bi, Hg, Pb…

- Các kĩ thuật định lượng: như UV-VIS (xem bài viết trước)

- Lưu ý:

+ Chuẩn bị mẫu cẩn thận.

+ Dụng cụ không được dính nguyên tố cần định lượng → Dùng dụng cụ PE dùng 1 lần

+ Dung môi, hóa chất, khí mang mẫu phải tinh khiết cao.

+ Kĩ thuật lò: độ nhạy cao nhưng chịu ảnh hưởng đáng kể của tạp chất.