XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG KIM LOẠI NẶNG TRONG THỰC PHẨM TỔNG QUAN Kim loại nặng kim lọai có khối lượng riêng lớn 5g/cm Một số kim loại nặng cần thiết cho sinh vật, chúng xem nguyên tố vi lượng Một số không cần thiết cho sống, vào thể sinh vật không gây độc hại Kim loại nặng gây độc hại với môi trường thể sinh vật hàm lượng chúng vượt tiêu chuẩn cho phép Các kim loại nặng hấp thụ vào thể với hàm lượng vừa phải, chúng đóng vai trò quan trọng thể: xúc tác tổng hợp noradrenalin, chất dẫn chuyền hoạt động thần kinh thức tỉnh ý Tham gia vào việc tổng hợp sắc tố melanin, tham gia hoạt động chuyển hoá mô liên kết chuỗi phản ứng hoá học liên kết tế bào Tham gia vào trình tổng hợp gen, tổng hợp protein, chuyển hoá acid béo chưa no tạo màng tế bào… Xã hội phát triển, vấn đề ô nhiễm môi trường đặt lên hàng đầu, ô nhiễm môi trường từ nhiều nguồn khác mối nguy đe dọa sống muôn loài Quá trình đô thị hóa nhanh, công nghiệp hóa, đại hóa nước phát triển nguy gây ô nhiễm kim loại nặng cho nước, đất không khí Sự nhiễm độc kim loại nặng Zn, Cd, Pb, Cu…gây bệnh âm ỉ nguy hại người động vật Các kim loại nặng hấp thụ vào thể vượt giới hạn cho phép, chúng gây độc thể như: ngộ độc cấp tính, kim loại độc asen, chì, thuỷ ngân bị hấp thụ vào thể với lượng nhỏ gây chết người, gây bệnh mãn tính, gây đột biến gen, ung thư, thiếu máu, bệnh tim mạch, bệnh da, bệnh gan, vấn đề liên quan đến tiêu hoá, rối loạn thần kinh… Các kim loại hấp thụ vào thể qua lương thực - thực phẩm, nước uống qua bát đĩa, đồ chơi Lương thực thực phẩm bị nhiễm kim loại nặng kim loại thúc đẩy trình hư hỏng thực phẩm, làm giảm giá trị dinh dưỡng giá trị cảm quan thực phẩm Thực phẩm bị nhiễm kim loại nặng từ nhiều nguồn khác nhau: Nguyên liệu dùng chế biến thực phẩm, trình chế biến, bảo quản thực phẩm, trình chuyên chở thực phẩm Trong thời đại ngày việc sử dụng hoá chất đưa vào sản xuất phổ biến nên nguy nhiễm kim loại nặng vào thực phẩm ngày tăng tình trạng ngộ độc kim loại nặng gia tăng Vì việc tìm “ phương pháp xác định hàm lượng kim loại nặng” có thực phẩm vấn đề cần quan tâm hàng đầu để bảo vệ sức khoẻ môi trường Phần I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MỘT SỐ KIM LOẠI Cu, Zn, Pb, Cd I Phương pháp trắc quang Phương pháp phân tích đo quang phương pháp phân tích công cụ dựa việc đo tín hiệu xạ điện từ tương tác xạ điện từ với chất nghiên cứu Nguyên tắc phương pháp dựa khả tạo phức màu chất phân tích với thuốc thử Đo độ hấp thụ quang phức màu ta biết nồng độ chất phân tích Phương pháp có ưu điểm tiến hành nhanh, thuận lợi Có độ nhạy cao, độ xác tới 10-6mol/l Tuỳ thuộc vào hàm lượng chất cần xác định mà có độ xác từ 0,2 tới 20% 1.1 Định luật Lambe-Beer Khi chiếu chùm xạ đơn sắc (cường độ xạ ban đầu I 0) qua lớp dung dịch có bề dày l có nồng độ C, sau qua dung dịch cường độ xạ bị giảm (cường độ khỏi dung dịch I) trình hấp thụ, phản xạ, tán xạ Độ hấp thụ quang dung dịch tỷ lệ thuận với C l Aλ = lg % truyền qua: T = Trong đó: I I0 I0 I = ε.l.C 100 (%) → A = − lgT Aλ : Độ hấp thụ ε: hệ số hấp thụ mol (lit.mol-1.cm-1) ε đặc trưng cho khả hấp thụ ánh sáng dung dịch Phụ thuộc vào chất dung dịch bước sóng λ l: bề dày dung dịch (cm) C: nồng độ dung dịch (mol/l) 1.2 Phương pháp trắc quang (phương pháp ditizon) 1.2.1 Bản chất phương pháp ditizon Ditizon ( Diphenyl thiocacbazon) có công thức: NH – NH – C6H5 S=C N = N – C6H5 Tan cacbon tetra clorua clorform tạo thành dung dịch có màu xanh Ở dạng phân tử tức môi trường acid trung tính Ditizon khó tan nước Dung dịch có phản ứng kiềm độ tan ditizon tăng tạo thành ion Dz - Dz- + HDz H+ Ditizon tạo với ion nhiều kim loại ditizon có màu, tan nước tan cacbon tetra clorua hay cloroform Các ditizon tồn hai dạng, tuỳ thuộc vào độ acid môi trường - Trong môi trường acid hay trung tính chúng tồn dạng xeton - Trong môi trường kiềm chúng tồn dạng enol NH – N – C6H5 MI S=C N – N - C6H MI – S – C N = N - C6H5 MI N = N - C6H5 Dạng enol thường tan cacbon tetra clorua cloroform Cân xảy chiết Mn+ + nHDz MDz + nH+ Ngoài phai kể tới cân bằng: H+ + Dz- = HDz pKA = 8,7 1.2.2 Ứng dụng Hiện phương pháp ditizon dùng rộng rãi để xác định độc tố kim loại lương thực thực phẩm Phương pháp xác định lượng nhỏ kim loại từ 0,1 tới 200 microgam () Chuẩn bị mẫu Kẽm, đồng, chì có lương thực phẩm với lượng nhỏ nên muốn xác định chúng cần phải vô hoá lương thực thực phẩm Có hai phương pháp vô hoá: 1.3.1 Phương pháp khô a Dụng cụ, hoá chất Capxun dung tích 250 ml Bếp cách cát Pipet 100 ml Giấy lọc Bình định mức dung tích 250 ml Magie dioxyt (MgO2) Cân kỹ thuật Canxi acetat Ca(CH3COO)2 Phễu Acid nitric đặc (d=1.4) Bếp điện, lò nung điều chỉnh nhiệt độ ( 600- 7000 C) b Tiến hành - Dùng pipet lấy xác 100 ml thực phẩm ( sản phẩm lỏng) lấy cân 100 g thực phẩm ( sản phẩm khô) cho vào capxun - Thêm vào capxun 0,5g MgO2 0,5g Ca(CH3COO)2 để tăng tốc độ vô hoá chống việc tạo thành hợp chất bay chủa kim loại nặng đốt ( vô hoá) Các chất thiết không chứa thiếc, đồng chì - Đặt capxun bếp cách cát, đốt cho thực phẩm cháy hoàn toàn thành than - Đặt capxun vào lò nung, nung nhiệt độ 600- 7000C, đến sản phẩm biến hoàn toàn thành tro xám, khoảng - Lấy capxun khỏi lò nung, để nguội, cho vào capxun 20 ml acid nitric đặc ( tuyệt đối không chứa đồng chì) 50 ml nước cất hai lần, nước tráng chuyển vào bình định mức - Thêm nước cất đến vạch mức, lắc kỹ 1.3.2 Phương pháp ướt a Dụng cụ, hoá chất Capxun dung tích 250 ml Bếp cách cát Pipet 100 ml Giấy lọc Bình định mức dung tích 250 ml Phễu Cân kỹ thuật Bếp điện, lò nung điều chỉnh nhiệt độ ( 600- 7000 C) - Hoá chất: Acid nitric đặc ( d = 1,4) Acid sunfuric đặc (d = 1,84) Amon axetat NH4(CH3COO)2 b Tiến hành - Lấy lượng mẫu cho vào capxun Thêm vào capxun ml acid nitric đặc 50 ml acid sunfuric đặc - Đặt capxun lên bếp điện, đun sôi dung dịch capxun Tiếp tục đun phút lại nhỏ thêm 5- 20 giọt acid nitric đặc Khí NO màu nâu thoát (làm tủ hút hơi) - Nếu thấy dung dịch capxun thẫm màu lại tăng tốc nhỏ acid nitric đặc Khi dung dịch trở nên nhạt màu giảm tốc độ nhỏ acid nitric đặc, đến dung dịch không màu Tiếp tục đun cho khói trắng bốc hết, lại tiếp tục đun sôi 10 phút - Nếu sau dung dịch không màu việc vô hoá hoàn toàn xong Nếu dung dịch đen trở lại nhỏ acid nitric - Lấy capxun khỏi bếp điện Cho vào capxun 0,20g amonaxetat, khuấy cho tan hết - Chuyển toàn dung dịch từ capxun vào bình định mức dung tích 250 ml Thêm nước cất hai lần đến vạch mức, lắc kỹ Nếu dung dịch capxun bị đục phải lọc trước chuyển vào bình định mức  Ghi chú: Phương pháp đốt khô nói để xác định đồng chì thừa nhận để xác định thiếc MgO để tách oxy hoạt động giúp oxy hoá nhanh chất hữu Ca(CH3COO)2 đóng vai trò phá vỡ MgO2 làm tăng oxy hoạt động phóng vào chất hữu cơ, làm tăng tốc độ đốt Cũng dùng Mg(CH3COO)2 NaCl: Mg(CH3COO)2 Ca(CH3COO)2; NH4Cl NaCl, (NH4)2CO3… Song hỗn hợp MgO2 Ca(CH3COO)2 tỷ lệ 1/1 làm cho tốc độ đốt chất hữu nhanh II Phương pháp định lượng quang phổ hấp thụ nguyên tử Nguyên tắc chung phương pháp AAS Các mẫu thực phẩm sau vô hoá hoàn toàn, phun vào hệ thống quang phổ hấp thụ nguyên tử, người ta đo độ hấp thụ xạ từ nguồn phát nguyên tử mẫu (được chuyển thành nguyên tử tự do) Nguyên lý phương pháp sau: Nguồn sáng đơn sắc phát từ đèn Cathod rỗng ( HCl) đèn phóng điện phi cực (EDL) hay đèn phổ liên tục có biến điện qua vùng nguyên tử hoá đến cảm biến ( detector) để đo cường độ xạ hay hấp thụ Mỗi kim loại có bước sóng hấp thụ đặc trưng riêng Đèn cathod rỗng (HCL) hay đèn phi cực (EDL) cấu tạo nguyên tố làm nguồn phát xạ đặc trưng Điều làm cho phương pháp ổn định bị nhiễu Cường độ xạ bị hấp thụ tỷ lệ thuận với nồng độ nguyên tố có mẫu ( giới hạn nồng độ) Đây sỏ để phân tích định lượng + Với phương pháp F-AAS sử dụng lửa hỗn hợp khí (không khí-axetilen) với tỉ lệ 5,2/1,25 L/ph (V/V) đo chì bước sóng λ = 217nm Có thể dùng thuốc thử APDC (amoni pyrolydin dithiocacbamat) MIBK (metyl isobutyl ketone) (mẫu axit hoá axit HCl đến pH = 4÷5) + Với phương pháp AAS không dùng lửa nguyên tắc phương pháp là: mẫu đưa vào lò, sấy khô, tiếp đến tro hoá cuối muối chì phân ly dạng chì nguyên tử, môi trường khí trơ Argon Điều kiện nguyên tử hoá là: sấy nhiệt độ 120oC ÷ 200oC, thời gian 30 giây; tro hoá nhiệt độ 450 oC, thời gian 20 giây; nguyên tử hoá nhiệt độ 1900 oC, thời gian giây Vùng tuyến tính là: ÷ 50 ng/ml Ứng dụng Phương pháp dùng để xác định hàm lượng kim loại có mẫu thuỷ sản, mẫu nước nước thải III Phương pháp cực phổ Phương pháp Von – Ampe nhóm phương pháp phân tích điện hóa dựa vào việc đo dòng điện cực thị theo áp vào, qua xác định nồng độ chất cần phân tích Một hai điện cực có diện tích bề mặt nhỏ (bé diện tích bề mặt điện cực nhiều ) nên dễ bị phân cực trình khử hay oxi hóa ion kim loại khảo sát xảy điện cực Đo cường độ dòng điện chạy qua bình điện phân ứng với giá trị điện khác đặt vào hai điện cực, vẽ I = f(E) ta nhận đường cong gọi đường cong phân cực Qua xác định nồng độ chất cần phân tích Phương pháp Von – Ampe có hai nhóm phương pháp cực phổ phương pháp Von – Ampe hòa tan Đây phương pháp sử dụng rộng rãi phân tích điện hóa 3.1 Khái niệm phương pháp cực phổ Phương pháp cực phổ phương pháp điện phân, việc xác định nồng độ thông qua việc nghiên cứu quan hệ điện áp đặt vào hai điện cực (E) với dòng điện (I) hình thành trình phân cực Phương pháp cực phổ định tính định lượng nhiều chất cách điện phân dung dịch phân tích điện cực giọt thuỷ ngân, sau vẽ đường biểu diễn Dòng-Thế ghi biến đổi cường độ dòng theo biến đổi cường độ điện cực thuỷ phân  Về nguyên tắc phương pháp cực phổ Phương pháp cực phổ bao gồm giai đoạn: - Đặt khác vào điện cực để khử ion khác ion có khử tương ứng xác định, qua khử ion định tính ion - Nếu tăng dần điện cực nhúng vào dung dịch chất cần xác định cường độ dòng tăng lên đồng thời đạt khử ion dung dịch Trong điều kiện định, cường độ dòng tăng tỷ lệ thuận với nồng độ ion khử Do phụ thuộc cường độ dòng nồng độ mà định lượng ion Sơ đồ nguyên tắc phương pháp cực phổ  Tiến hành phân tích: Dung dịch phân tích nạp vào bình định phân có điện cực thuỷ ngân Anot lớp thuỷ ngân đáy bình Catôt giọt thuỷ ngân rơi liên tục từ giọt mô quản Đặt vào điện cực tăng dần tạo dòng có điện cực tăng dần, cường độ điều chỉnh điện kế Sau thu đường phụ thuộc Dòng - Thế (đường cong vôn – ampe) Dòng khuyếch tán dòng tạo khử ion điện cực giọt thuỷ ngân Dòng khuyếch tán tính theo công thức Incovit: id = 605.Z.D1/2 m2/3 t1/6 Trong : id : cường độ dòng khuyếch tán Z : hoá trị ion bị khử D : hệ số khuyếch tán số phân tử gam ion khử khuyếch tán qua bề mặt cm2 đơn vị thời gian gadian nồng độ đơn vị C : nồng độ ion khử miliion g/ lit M : khối lượng thuỷ phân rời khỏi mao quản đơn vị thời gian, tính mg/giây T : thời gian giọt thuỷ phân rơi khỏi mao quản, s Trong thực tế khó xác định hệ số khuyếch tán D, nên người ta đo song song dung dịch chất tiêu chuẩn chất phân tích, thiết lập đường cong vôn – ampe hai dung dịch tính nồng độ (X) chất cần phân tích theo công thức: a.h x x= h tc Trong : a: khối lượng chất dung dịc tiêu chuẩn hx htc : chiều cao sóng dung dịc phân tích dung dịch tiêu chuẩn Phương pháp cực phổ không xác định cation, xác định anion phân tử có khả khử điện cực giọt thuỷ ngân  Ưu điểm phương pháp: Độ nhạy cao xác định chất có nồng độ 10-5 - 10-6 gam/lit Có thể đồng thời xác định nhiều chất không cần tách biệt chúng Nhanh: tốn vài phút để xác định nồng độ chất dung dịch  Chuẩn bị dung dịch xác định: Cân 10 – 50 g sản phẩm vào bát sứ đem sấy khô cô nồi cách thuỷ đến cạn khô Sau thêm vào bát 10 – 12 giọt acid sunfuric đặc (d = 1,84) đưa vào lò nung đốt 500 0C đến thành tro Lấy bát để nguội thêm vào – 3ml acid clohydric đặc (d = 1,19) cô đến khô nồi cách thuỷ 10 Phương pháp trắc quang Phương pháp phân tích trắc quang nhóm phương pháp phân tích quang học Phương pháp chuyển chất phân tích thành lượng ánh sáng để suy lượng chất cần phân tích Pb (II) cation kim loại có khả tạo phức với nhiều thuốc thử hữu khác Vì áp dụng phương pháp trắc quang để xác định Pb Việc xác định Pb phương pháp trắc quang với dithizon phương pháp phổ biến tính ưu việt Dithizon – Diphenylthiocacbazon thuốc thử hữu có khả tạo phức cua với hàng loạt ion kim loại, có chì Phức chì đithizonat khó tan nước dễ tan tan nhiều dung môi hữu CHCl3 CCl4 Vì vậy, người ta thường dùng phương pháp chiết trắc quang để xác định chì Trong CCl4 dithizonat có màu đỏ, cực đại hấp phụ λ = 520nm Chì dithizonat chiết chọn lọc định lượng từ dung dịch nươc có pH = – chứa lượng dư xianua chất dùng để che nhiều kim loại khác bị chiết với chì Trong môi trường kể trên, bị chiết với chì có tali, bbitmut thiếc (II) Tali không cản trở việc xác định chì thiếc bitmut ngăn cản nên cần tách trước cách chiết chúng từ môi trường axit Trong môi trường axit chì không bị chiết, lại pha nước Thiếc bitmut tách trước sau: thêm hhidrazin vào dung dịch mẫu nước, đun nóng để khử Sn4+ xuống Sn2+ khử chất khác Sauk hi để nguội, thêm dung dịch natritactrat vào, đưa pH dung dịch đến 2,3 – ( dung dịch axit tactric) Tiến hành chiết nhiều lần, lần 5ml dung dịch dithizon 0,1 % CHCl Tiến hành chiết pha hữu vãn giữ nguyên màu xanh dithizon pha hữu giữ nguyên màu xanh dithizon Cuối cùng, lắc pha nước vài lần với CHCl ( lần dùng 5ml ) đến pha không màu xanh Tiến hành chiết tách thiếc mà tách thủy ngân, bạc đồng 19 Nếu mẫu nước chứa lượng đáng kể chất hữu cần phải vô hóa chúng cách chho vào vài ml HNO3 đặc HClO4 đặc cô mẫu đến khô, sau tẩm ướt bã khô axit nitric hòa tan nước cất chất oxi hóa cần khử trước hidrazin Phương pháp Von – Ampe hòa tan xung vi phân Hiện người ta sử dụng phương pháp Von – Ampe hòa tan kết hợp xung vi phân (DPP) xác định cỡ 10 -9M Pb2+ với thời gian không phút Có thể nói DDP phương pháp cực phổ hoàn chỉnh để xác định hàm lượng kim loại nặng phương pháp có độ nhạy, độ chọn lọc cao có tính vạn hầu hết đối tượng phân tích II Các phương pháp xác định Cadimium ( Cd ) Tuỳ theo hàm lượng Cadimi mẫu yêu cầu phép phân tích mà có phương pháp xác định Cd phù hợp khác Sau số phương pháp xác định Cadimi II.2.1 Phương pháp trắc quang Để xác định Cd phương pháp trắc quang dùng dithizon, người ta chiết CCl4 từ môi trường kiềm mạnh chứa tactrat Dung dịch dithizonat dung dịch Cd dung môi hữu có màu đỏ hấp phụ cực đại bước sóng λ= 515 nm Bằng phương pháp xác định hàm lượng từ phần trăm mg đến miligam Cd Trong môi trường kiềm có số kim loại bị chiết cadimi bạc, niken, coban, đồng, để loại trừ nguyên tố người ta chiết chúng môi trường axit trước xấc định cadimi Hàm lượng Cadimi khoảng 0,01÷ 0,5mg Cd/l dùng phương pháp xác định sau: Nếu mẫu phân tích có chứa lượng lớn chất hữu cần vô hoá chúng cách thêm vào thể tích nước lấy phân tích 1÷2ml H 2SO4 đặc, 3÷5 ml HNO3 đặc làm bay dung dịch tủ hút Nếu dung dịch 20 có màu lại thêm 5ml HNO3 đặc lại làm bay lần nữa, động tác lặp lặp lại thu dung dịch không màu Sau làm bay dung dịch đến khô thêm tiếp vào bã 1ml HCl đặc làm bay lần Phần bã sau để nguội hoà tan nước cất lần, đun nóng để hoà tan hết muối tan, lọc qua phễu lọc khô giấy lọc giữ lấy dung dịch để xác định Cd Trong môi trường kiềm mạnh kim loại khác Ag, Cu, Ni,Co bị chiết với Cd Các nguyên tố ngăn cản cần chiết trước xác định Cd dithizon từ môi trường axit Nếu mẫu có CN - cần phá huỷ xianua cách thêm 0,5 ml H2SO4 đặc vào 100ml mẫu nước đun sôi 10 phút tủ hút Sau thêm 0,2 ml HCl đặc khuấy để yên (để kết tủa AgCl lắng xuống) Lọc dung dịch rửa phễu vài ml nước cất, nước lọc chứa lượng nhỏ bạc Cu, Hg lượng nhỏ Ag nước lọc được chiết để loại bỏ dithizon từ môi trường có pH= Thêm vào nước lọc 5ml dung dịch muối xaynhet 20% điều chỉnh pH đến cách khuấy thêm từ từ dung dịch NH3 HCl Cho mẫu vào phễu chiết chiết lần 5ml dithizon 0,1% CHCl3, chiết lượng dithizon sau chiết giữ nguyên màu xanh ban đầu Sau rửa mẫu 10 ml CHCl dung môi rửa không màu.Cuối rửa thêm lần lần ml CCl Nếu mẫu có chứa Ni tách dimetylglioxim sau: Lấy 50 ml dung dịch mẫu đầu dung dịch mẫu sau vô hoá, cho vào 10 ml dung dịch kalinatritactrat 20% (nếu lấy mẫu sau tách Ag, Cu, Hg cần thêm ml dung dịch tactrat đủ) Thêm NH vào pH= 8,5÷9, thêm vào tiếp ml dung dịch dimetylglioxim 1% rượu etylic 96% Cho toàn hỗn hợp vào phễu chiết lắc 30 giây.Chiết phức niken dimetylglixionat vài lần, lần 10 ml CHCl Cuối rửa tướng nước ml CCl4 21 Nếu hàm lượng Zn gấp 50 lần Cd việc chiết Cd không hoàn toàn phạm sai số âm Các chất oxi hoá cần phân huỷ cách thêm H 2O2 vào đun sôi kỹ Các chất hữu cần chiết tách ml CCl lần chiết I.2.2.3 Phương pháp AAS Với phương pháp AAS sử dụng lò nhiệt điện, nguyên tắc phương pháp là: Mẫu đưa vào lò, sấy khô, tiếp đến tro hoá cuối muối cadimi phân ly dạng cadimi nguyên tử Sử dụng thuốc thử APDC (amoni pyrolidin thiocacbonat) pH=9, mẫu axit hoá axit HNO3 (axit hoá 100ml mẫu 1ml axit HNO3) Sau tiêm vào lò 10µg mẫu, loại dung môi 100 oC 25 giây, tro hoá 450oC 80 giây nguyên tử hoá 1950 oC giây Đo độ hấp thụ bước sóng λ = 228,8 nm Dựa vào đường chuẩn để tính kết Trong trường hợp hàm lượng Cadimi nhỏ nâng cao nồng độ cách chiết MIBK (metyl isobutyl ketone) với thuốc thử APDC Với phương pháp F-AAS sử dụng lửa hỗn hợp không khíaxetylen với tỷ lệ 5,2/1,2 L/ph (V/V), dùngthuốc thử APDC để chiết mẫu, mẫu axit hoá axit HNO3, thêm vào dung dịch axetat 40% để pH= 3÷4, thêm 5ml thuốc thử APDC, để yên phút Thêm 10ml MIBK vào bình lắc mạnh 30 giây, thêm nước cất vào dung môi hữu lên đến vạch bình định mức Sau đưa mẫu vào lửa máy phân tích mẫu Đo độ hấp thụ bước sóng λ = 228,8 nm Và dựa vào đường chuẩn để tính kết (mẫu chuẩn chuẩn bị MIBK) Phương pháp AAS ứng dụng để xác định cadimi nhiều đối tượng khác Ở bước song 228,8nm đạt độ nhạy 0,01μg/ml, giới hạn phát 0,004μg/ml kỹ thuật lửa Đối với kỹ thuật không lưa đạt độ nhạy 0,008μg/ml , giới hạn phát 0,002μg/ml 22 I.2.2.4 Phương pháp cực phổ Nếu mẫu phân tích mà hàm lượng Cd cao khoảng mg/l dùng phương pháp cực phổ để xác định Vì Cd hỗn hợp đệm ammoniac nhiều khác cho sóng cực phổ thuận nghịch định lượng Để xác định Cd phương pháp cực phổ, người ta thường dùng đệm ammoniac-amoniclorua (NH3 1M + NH4Cl 1M ) Nếu mẫu phân tích hàm lượng Cu không lớn hàm lượng Cd xác định đồng thời nguyên tố nên dùng phương pháp thêm chuẩn Trong trường hợp hàm lượng Cu lớn so với hàm lượng Cd cần che Cu xianua Các kim loại khác Fe (III), Bi, Sn, Sb, kết tủa dạng hydroxit dung dịch đệm Để xác định Cd ta lấy phần dung dịch Nếu hàm lượng kết tủa lớn cần xác định theo phương pháp thêm Zn, Co, Ni, Mn kim loại cho sóng cực phổ âm sóng Cd nên không ảnh hưởng đến việc xác định Nếu nước có lượng lớn Pb cần tách trước cách kết tủa axit Sunfuric loãng lọc bỏ kết tủa Chì sunfat Tuỳ theo hàm lượng Cd mẫu mà thực pha loãng hay cô cạn bớt cho 25 ml mẫu chứa từ 0,05÷1,25 mg Cd Thêm giọt Metyl da cam trung hoà HCl NH đến chất thị vừa đổi màu Tiếp theo thêm 10 ml dung dịch nền, ml gielatin, ml đệm Natri sunfit định mức nước cất, lắc dung dịch, cho dung dịch vào bình điện phân ghi cực phổ từ -0,4 V ÷ -0,8 V so với anot đáy thuỷ ngân Có thể định lượng phương pháp thêm chuẩn phương pháp đường chuẩn Nếu mẫu chứa 0,02 ÷ 0,5 mg Cd/l cần làm giàu cách cô sau: Lấy 250 ml mẫu, cho vào bát sứ cốc chịu nhiệt, thêm vào 1ml HCl đặc, làm bay đến cạn khô Thêm vào phần bã khô ml dung dịch điều chế sau: Trộn 10 ml dung dịch + ml gielatin + ml 23 Natrisunfit + 38 ml nước cất lần Cho toàn vào bình điện phân ghi cực phổ từ - 0,4 V ÷ -0,8 V Nên xác định phương pháp thêm chuẩn Ngày với kỹ thuật tiên tiến nhiều phương pháp cực phổ đại xác định Cd cỡ nồng độ 10-9 M khác Đặc biệt xác định đồng thời tới nguyên tố cho độ xác cao ( ví dụ: Zn, Cd, Pb, Cu, Bi) Bằng phương pháp Vôn-Ampe hoà tan hấp phụ (AdSV) sử dụng thuốc thử 5-hydroxy quinolin (8-HQ) đệm HEPES (pH= 7,8) Cd cho pic -0,69 V với giới hạn phát tới 1.10 -10 M phương pháp Vôn-Ampe hoà tan anot (ASV), Cd đệm axetat pH= 4,6 V cho pic -0,59 V với giới hạn phát tới 1.10-10M Các phương pháp điện hóa Cadimi xác định phương pháp cực phổ Nguyên tắc phương pháp dựa khử ion Cd2+ môi trường axit, trung tính kiềm Trong khoảng nồng độ định Cd2+ cường độ dòng khuếch tán (hay chiều cao song cực phổ) tỷ lệ với nồng độ Cd2+ theo phương trình Incovich: I= k.C Phương pháp điện hóa dược sử dụng phổ biến phương pháp von – ampe hòa tan anot, phương pháp xác định cadimi có độ nhạy cao Đây phương pháp vừa xác định vừa làm giàu chất phân tích Trước tiên cadimi điện phân làm giàu lên điện cực làm việc không đổi Sau hòa tan Cd cách phân cực ngược anot ghi lại đường cong von – ampe hòa tan cadimi Khi xác định cadimi theo phương pháp cực phổ mẫu nước hàm lượng Cu lớn cần che xianua I.3.2 Các phương pháp xác định Kẽm (Zn)` I.3.2.1 Phương pháp trắc quang Phương pháp trắc quang phương pháp đơn giản nhanh nhạy, dùng phổ biến để xác định kim loại 24 Kẽm tạo nhiều phức vòng với thuốc thử hữu có khả tạ phức màu với ion Zn2+ sử dụng phương pháp trắc quang sau: Kẽm tạo phức với 2-(5-nitro-2-piridylazo)-5-(N-propyl-N-sunfupropilamino) phenol (nitro-PADS) pH = ÷ 9, có bước sóng hấp thụ cực đại λ max = 565nm Phương pháp sử dụng để xác định Kẽm có mặt đồng thời ion Fe 2+ Cu2+ Do ion Zn2+, Fe2+ Cu2+ có khả tạo phức với Nitro-PADS pH bước sóng khác Fe(II) tạo phức pH = 3,4 ÷ 9, λ max= 582nm, Cu (II) tạo phức 1:1 pH = 2,5 ÷ 4,5 phức 1:2 đồng thời kim loại khoảng nồng độ 0,02 ÷ 0,5mg/ml cách riêng rẽ, áp dụng phương pháp xác định kim loại nói huyết Ngoài sử dụng thuốc thử hữu 1-(2thiazolylazo)-2-naphtol (TAN) để tạo phức màu với Zn2+, Fe2+ Ni2+ pH = 6,4 Zn2+ tạo phức với 2-(5-bromo-2-pyridylazo)-5-đietylaminophenol (5-BrPADAP) Phức Zn2+-(5 Br-PADAP) hoà tan rượu etylic, phức có bước sóng hấp thụ cực đại λmax = 555nm, hệ số hấp thụ phân tử gam 1,09.105l.mol-1.cm-1 Khoảng tuân theo định luật Bia 0,1 ÷ 0,5mg Zn2+/5ml.Phương pháp áp dụng để xác định nước thức ăn Mặt khác sử dụng phương pháp trắc quang để xác định Zn 2+, phức tạo thành Zn2+-(5-Br-PADAP) pH= 9,5 (duy trì đệm borax) hoà tan rượu etylic chiết naphtalen Bước sóng hấp thụ cực đại λmax= 555 nm, hệ số hấp thụ phân tử gam 1,23.10 5l.mol.cm-1 Khoảng tuân theo định luật Bia ÷ 5,0 mg Zn 2+/ml Có thể sử dụng Natrixitrat, thioue,calgon điaxetylđioxim làm chất che Zn2+ tạo phức với 5-(2-cacbometoxyphenyl) azo-8-quinolino Trong môi trường mixen ion Natri dodexylsunfat pH = 4,0 ÷ 4,8, phức số có màu đỏ da cam, bền khoảng Bước sóng hấp thụ cực đại λ = 488 nm, hệ số hấp thụ phân tử gam 4,14.10 4l.mol.cm-1 Khoảng tuân theo định luật Bia : ÷ 0,42 mg Zn2+/ml độ nhạy Sandnll 1,75 ng/cm2 Zn2+ tạo phức với axit 7-(4-nitrophenylazo)-8-hydroxyquinolin-5sunfonic (P-N-AZOXS) 25 Kẽm tạo phức nhanh với (P-N-AZOXS) pH = 9,2 (duy trì đệm Borax), phức bền khoảng 24 hệ số hấp thụ phân tử gam 3,75.10 l.mol-1 Khoảng tuân theo định luật Bia : 0,05 ÷ 1,0mg Zn 2+/ml Phương pháp áp dụng định lượng Zn dược phẩm, hợp kim đồng Độ lệch chuẩn R.S.D < 2% độ tốt Trong phương pháp trắc quang hiệu chỉnh, sử dụng axit Crom xanh K(ACBK).Zn2+ tạo phức vòng với ACBK dạng Zn(ACBK) λmax = 530 nm, hệ số hấp thụ phân tử gam 4,37.104l.mol-1.cm-1 Dùng thuốc thử Phenylflorua (PF) có mặt triton X-100 xetylpiridin clorua (CP) Bước sóng hấp thụ cực đại λ max = 573 nm, hệ số hấp thụ phân tử gam 1,09.105 l.mol-1.cm-1 Khoảng tuân theo định luật Bia: 0,04 ÷ 0,4 mg/ml Có thể sử dụng phương pháp để xác định Zn2+ insulin Kẽm tạo phức với 2,3,7-trihydroxyl-9-đibromo hydroxyl phenyl florua (DBH-PF) có mặt CPB trixon X-100 Phức có màu đỏ tía pH = 11,4, sử dụng dung dịch đệm Na 2HPO4-/ NaOH Bước sóng hấp thụ cực đại 610 nm, hệ số hấp thụ phân tử gam 1,78.10 l.mol-1.cm-1 Khoảng tuân theo định luật Bia: ÷ 326 mg Zn2+/l Để tăng độ nhạy độ chọn lọc phương pháp thêm Natri metaphotphat Phương pháp ứng dụng để xác định Zn2+ quặng pirit Độ xác từ 0,02 ÷ 0,4% Sử dụng thuốc thử N- hydroxyl- N, N-điphenylbenzamidin (HDPBA) điphenylcacbazon (DPCZO) để xác định Zn2+ không khí Chiết phức Zn2+ với HDPBA CHCl3 pH = 8,2 ÷ 10,3 với có mặt DPCZO NH4SO4 Có chuyển màu từ hồng sang vàng, bước sóng hấp thụ cực đại λmax = 525 nm, hệ số hấp thụ phân tử gam 1,27.105l.mol-1.cm-1 Khoảng tuân theo định luật Bia: 0÷0,8 mg/ml pha hữu Để định lượng Zn người ta sử dụng phương pháp chuẩn độ trắc quang Đây phương pháp tương đối phổ biến việc định lượng kẽm Sử dụng chuẩn độ trắc quang để xác định Zn 2+ thường dùng EDTA với thị XO Phức Zn2+-XO trì pH = 5,4 ÷ 5,9 dung dịch đệm axetat, khoảng tuyến tính 50 ÷ 160 g/l, độ lệch chuẩn tương đối 0,31%.Phương pháp áp dụng để xác định Zn (II) dung dịch kẽm tinh chế với độ thu hồi 99,0 ÷ 101,4%, sai số 0,76% 26 Để xác định Zn (II) đồng thau, người ta hoà tan mẫu axit HNO3, sau oxi hoá KClO3, chuẩn độ EDTA với thị XO xanhbromocrezol pH = 5,5 Sử dụng KF, thioure, BaCl làm chất che, thứ tự cho chất che: KF sau thioure dung dịch oxi hoá đun sôi phút để kết tủa hoàn toàn MnO Sai số tương đối 0,12 ÷ 1,0% Ngoài sử dụng 2,2-bipyridin thuốc thử che chọn lọc để gián tiếp xác định Zn Zn (II) dung dịch mẫu ban đầu tạo phức với lượng dư EDTA, lượng EDTA dư chuẩn độ Pb(NO 3)2 pH = 5,0 ÷ 6,0 dùng XO làm thị Lượng dư 2,2- bipyridin đựoc thêm vào, lắc kỹ hỗn hợp, EDTA phức bị đẩy chuẩn độ với dung dịch Pb(NO3)2 I.3.2.2 Phương pháp cực phổ Để xác định kẽm phương pháp cực phổ, người ta dùng NH 1M + NH4Cl 1M Trong nửa sóng kẽm ứng với trao đổi electron -1,35 V so với cực Calomen bão hoà Phương pháp cực phổ cho khả xác định kẽm với hàm lượng nhỏ 0,01 mg/l Sai số lớn khoảng % Nếu mẫu nước chứa đồng thời đồng, Cadimi Niken với hàm lượng xấp xỉ hàm lượng Kẽm dùng ta xác định nguyên tố đó, sóng chúng trường hợp hoàn toàn tách khỏi Nếu ghi cực phổ từ -0,2 V sóng thu cực phổ đồ Cu, Cd, Ni, Zn Oxi hoà tan dung dịch khử Natrisunfit Nếu nguyên tố đồng, Cadimi, Niken Coban có nước với hàm lượng lớn hàm lượng Kẽm nhiều chúng cản trở việc xác định Kẽm sóng cực phổ chúng dương sóng Kẽm Nếu máy cực phổ có phận chỉnh dòng khuếch tán ta sử dụng để bổ dòng cực phổ kim loại cản trở Khi hàm lượng chúng không cao bổ thu sóng Kẽm ghi cực phổ từ -0,8 V Nếu việc bổ không thực được, cần tách Kẽm khỏi mẫu phương pháp chiết, giải chiết Kẽm lại tướng nước xác định phương pháp cực phổ Trong trường hợp không cần phải tách Kẽm nên xác định phương pháp thêm Sau ghi cực phổ dung dịch cần phân tích, thêm lượng nhỏ 27 dung dịch chuẩn có nồng độ thích hợp vào dung dịch phân tích ghi cực phổ lần lượng Kẽm thêm vào để sóng thứ hai có chiều cao gấp rưỡi gấp đôi chiều cao sóng thứ Cách tiến hành sau: Trong bình định mức dung tích 50 ml, thêm vào 25ml mẫu nước để hàm lượng kẽm ÷ 25 mg Nếu mẫu có hàm lượng Kẽm nhỏ 0,15mg/l, lấy 250ml nước thêm vào ml HCl đặc làm bay đến cạn khô hai lần hoà tan bã khô 25ml nước cất Sau thêm tiếp vào 5ml dung dịch nền, 1ml gielatin, 1ml Na2SO3 định mức nước cất, lắc dung dịch bình, chuyển 25ml dung dịch vào bình điện phân ghi cực phổ từ -0,8 V đến -1,5 V, để độ nhạy máy cho sóng thu có chiều cao 20 mm Thêm vào bình điện phân 0,2ml dung dịch chuẩn (loại tuỳ thuộc vào nồng độ Kẽm dung dịch mẫu) ghi cực phổ dung dịch độ nhạy cũ Chọn nồng độ dung dịch chuẩn thêm vào cho sóng thứ hai có chiều cao gấp rưỡi gấp hai lần sóng thứ Nếu nước có Đồng, Cadimi, Niken với hàm lượng hàm lượng cho phép xác định với Kẽm, tiến hành ghi cực phổ từ -0,2V đến -1,5V việc xác định tiến hành theo phương pháp thêm chuẩn Nếu hàm lượng nguyên tố ngăn cản lớn cần tách Kẽm trước sau: lấy thể tích nước cho hàm lượng kẽm từ 0,010,5mg 50ml Lấy 50ml thêm vào giọt metyl đỏ trung hoà cẩn thận HCl loãng NH3 loãng chất thị vừa đổi màu Thêm tiếp vào 20ml dung dịch che Chiết kẽm vài lần, lần 20ml dithizon, chiết đến lần chiết cuối màu xanh dithizon không thay đổi Gộp tất phần chiết khác, thêm vào 25ml HCl 1:5 lắc phễu để giải chiết kẽm trở lại tướng nước Giữ tướng nước lặp lại giải chiết hai lần nữa, lần 25ml HCl Gộp toàn dung dịch nước thu được, làm bay bếp cách thuỷ đến cạn khô hoà tan bã khô nước cất Tiến hành xác định kẽm I.3.2.3 Phương pháp AAS 28 Phương pháp AAS dựa nguyên tắc tất nguyên tố trạng thái nguyên tử hấp thụ bước sóng định, cường độ hấp thụ thể nồng độ câc nguyên tố có mẫu Nếu ta chiếu chùm tia sáng có bước sóng xác định vào đám nguyên tử nguyên tử tự hấp thụ xạ có bước song ứng với tia xạ mà phát trình phát xạ Phổ sinh trình gọi phổ hấp thụ nguyên tử Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử hóa áp dụng với số nguyên tố có khả nguyên tử hóa như: Hg, As, Se, Zn… Phuơng pháp AAS phương pháp đại có độ xác cao, xác định lượng vết kim loại hợp chất vô hữu với đối tượng nghiên cứu khác Với phép đo AAS có độ nhạy độ chọn lọc cao Gần 60 nguyên tố hóa học xác định phương pháp với độ nhạy 10-4 – 10-5% I.4 Nguyên tố Đồng (Cu) phương pháp xác định I.4.2.2 Phương pháp cực phổ Cu (II) có hoạt tính cực phổ, nhiều khác cho sóng cực phổ định lượng Trong đa số cực phổ, sóng đồng nằm khoảng dương so với kim loại khác, từ ÷ 0,6 V Vì xác định Cu phương pháp thuận lợi chọn lọc Nền hỗn hợp đệm ammoniac tốt để xác định Cu Trong ion kim loại bị khử âm Cd(II), Co(II), Ni(II), Zn(II), Mn(II)…không gây ảnh hưởng đến việc xác định Cu Oxi hoà tan nước khử cách thêm vào lượng dư Natri sunfit Na2SO3 Cromat, Co(III), Tl(III) cho sóng cực phổ khoảng có sóng đồng nên gây cản trở hàm lượng chúng đáng kể Nếu nước có hàm lượng lớn Fe(III), Al(III), Bi, Mn kim loại kết tủa hidroxit môi trường ammoniac, kết tủa hấp phụ phần đồng, trường hợp để tránh sai số nên tiến hành định lượng đồng phương pháp thêm chuẩn, không nên dùng phương pháp đường chuẩn Nếu nước có chứa lượng đáng kể chất hữu cần phải vô hoá mẫu sau: thêm vào thể tích nước lấy để phân tích ÷ ml axit H 2SO4 đặc, ÷ ml HNO3 đặc làm bay dung dịch tủ hút 29 xuất khói trắng SO3 Nếu dung dịch thu có màu thêm 5ml HNO3 đặc làm bay lần nữa, động tác lặp lại thu dung dịch không màu Sau làm bay dung dịch đến cạn khô Phần bã sau để nguội hoà tan nước cất hai lần, đun nóng để hoà tan hết muối tan, lọc qua phễu khô thuỷ tinh xốp giữ lấy để xác định đồng Để loại trừ cực đại cực phổ dùng dung dịch gielatin Nếu mẫu chứa từ ÷ 50 mg Cu/l, lấy 25 ml dung dịch mẫu cho vào bình định mức dung tích 50 ml mẫu nước chứa khoảng 0,2 ÷ ml Cu/l lấy 250 ml cho vào cốc chịu nhiệt sạch, thêm vào ml HCl đặc làm bay nồi cách thuỷ Sau để nguội tẩm ướt ml HCl đặc, hoà tan muối nước cất chuyển toàn dung dịch vào bình định mức 50 ml Trung hoà mẫu NH đến đổi màu metyl da cam, thêm vào 10 ml dung dịch nền, ml gielatin, 1ml Na 2SO3 định mức nước cất hai lần lắc tráng bình điện phân vài ml dung dịch đó, đổ phần dung dịch bình định mức vào bình điện phân Ghi cực phổ từ -0,2Vđến -0,8 V độ nhạy thích hợp Sau dựa vào đường chuẩn để xác định hàm lượng đồng Nếu mẫu có hàm lượng Cu khoảng 0,02 ÷ 5ml Cu/ lit nước lấy 250 ml mẫu nước thêm vào ml axit HCl đặc, làm bay đến khô, sau để nguội thêm vào 5ml HCl đặc lại làm bay lần đến khô Sau để nguội thêm vào ml dung dịch chế sau: 10 ml dung dịch trộn với ml gielatin + ml Na 2SO3 + 38 ml nước cất, dùng đũa thuỷ tinh nhỏ khuấy cho muối cốc tan hết Chuyển toàn dung dịch vào bình điện phân khô chứa thuỷ ngân khô dùng làm anot đáy Ghi cực phổ từ -0,2 V đến – 0,8 V Rồi dựa vào đường chuẩn tính hàm lượng đồng Hiện có nhiều phương pháp cực phổ đại xác định Cu cỡ nồng độ 10-9 M xác định nhiều khác Bằng phương pháp Vôn-Ampe hoà tan hấp phụ, sử dụng thuốc thử catechol (pH = 7,8) Cu cho píc -0,2 V với giới hạn phát tới 1.10 -11 M Với thuốc thử 6-hydroxi quinolin (pH = 6÷ 9) Cu cho píc -0,45 V với giới hạn phát 2,4.10-10 M 30 Bằng phương pháp Vôn-Ampe hoà tan đệm axetat (pH = 4,6) Cu cho píc -0,0038V với giới hạn phát 1.10-10 M I.5.3 Phương pháp Von – ampe hoà tan : Nguyên tắc : Thiết bị dùng máy cực phổ tự ghi có điện cực : cực làm việc cực giọt thuỷ ngân tĩnh, chủ yếu điện cực HMDE Điện cực so sánh thường calomen cực AgCl không đổi Điện cực phù trợ điện cực platin Nắp bình có lỗ nhỏ để dẫn khí trơ khí nitơ argon vào dung dịch để đuổi khí oxi hoà tan Khi điện phân làm giàu chọn điện phân thích hợp giữ không đổi suốt trình điện phân Thế phải khảo sát sơ Đối với trình khử catot điện phân thường âm 300 ÷ 500mV so với đỉnh trình anot điện phân thường dương đỉnh lượng tương tự Không phải đỉnh âm hay dương tốt lúc tính chọn lọc giảm hiệu suất điện phân Trong trình điện phân khuấy dung dịch từ 2000 ÷ 4000 vòng/phút để khuếch tán dung dịch dạng chảy tầng chuyển động xoáy Sau trình điện phân ngừng khuấy có thời gian nghỉ từ ÷ 60s toàn hệ thống dung dịch yên tĩnh kim loại phân bố hỗn hống Bước hoà tan kết tủa làm giàu điện cực : Điện cực bị phân cực ngược với trình điện phân ghi đo dòng Vôn – Ampe Nếu trình điện phân trình catot trình hoà tan trình anot đường vôn – ampe hoà tan đựoc gọi đường vôn – ampe hoà tan anot Khi quét trình vôn – ampe anot quét từ âm sang dương + Cơ chế phương pháp Vôn – Ampe hoà tan Anot ( ASV ) : Bước : Làm giàu chất phân tích catot : Mn+ + ne + Hg M(Hg) 31 Bước : Hoà tan kết tủa anot : trình anot, quét từ âm sang dương dần M(Hg) - ne Mn+ + Hg Phương trình píc : ip = K n3/2 D1/2M(Hg) CoM V1/2 r2 tacc Trong : ip : Dòng píc D1/2M(Hg) : Hệ số khuếch tán kim loại M hỗn hống K : Hằng số n : Số electron trao đổi r : Bán kính giọt tacc : Thời gian làm giàu V : Vận tốc quét Lượng kim loại làm giàu catot hỗn hỗng : iacc tacc C o M = VHg n F ( F : số Faraday ) Trong : VHg = AF v AF : Diện tích bề mặt màng v : Độ dày màng + Cơ chế phương pháp vôn – ampe hoà tan catot ( CSV ): Bước : 2Hg Hg22+ + 2e Hg22+ + 2ABước : Hg2A2 + 2e Hg2A2 2Hg + 2A- Trong phương pháp CSV trình làm giàu trình anot, trình hoà tan trình catot, quét trình hoà tan từ dương sang âm 32 33 ... để xác định độc tố kim loại lương thực thực phẩm Phương pháp xác định lượng nhỏ kim loại từ 0,1 tới 200 microgam () Chuẩn bị mẫu Kẽm, đồng, chì có lương thực phẩm với lượng nhỏ nên muốn xác định. .. phổ biến nên nguy nhiễm kim loại nặng vào thực phẩm ngày tăng tình trạng ngộ độc kim loại nặng gia tăng Vì việc tìm “ phương pháp xác định hàm lượng kim loại nặng có thực phẩm vấn đề cần quan tâm... phân tích hàm lượng Cu không lớn hàm lượng Cd xác định đồng thời nguyên tố nên dùng phương pháp thêm chuẩn Trong trường hợp hàm lượng Cu lớn so với hàm lượng Cd cần che Cu xianua Các kim loại