Tài liệu Luận văn xác định hàm lượng của canxi, sắt, kẽm trong đài hoa bụp giấm bằng phương pháp phổ hấp thụ và phát xạ nguyên tử​

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGUYỄN THỊ HẠNH XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CỦA CANXI, SẮT, KẼM TRONG ĐÀI HOA BỤP GIẤM BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ VÀ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Thái Nguyên - 2017 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGUYỄN THỊ HẠNH XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CỦA CANXI, SẮT, KẼM TRONG ĐÀI HOA BỤP GIẤM BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ VÀ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60.44.01.18 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS. VƯƠNG TRƯỜNG XUÂN Thái Nguyên - 2017 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn TS.Vương Trường Xuân đã hướng dẫn em tận tình, chu đáo trong suốt quá trình làm luận văn, giúp em hoàn thành luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong tổ bộ môn Hoá Phân Tích, Ban chủ nhiệm khoa Hoá học, trường Đại học Khoa học Thái Nguyên đã giúp em hoàn thành luận văn này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn tới ban Giám đốc, lãnh đạo khoa xét nghiệm trung tâm y tế dự phòng tỉnh Thái Nguyên đã đã tạo điều kiện cho tôi về mặt thời gian cũng như cơ sở vật chất để tôi hoàn thiện đề tài này. Tôi xin chân thành cảm ơn tới bạn bè, đồng nghiệp, gia đình đã quan tâm, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, tháng 6 năm 2017 Học viên thực hiện Nguyễn Thị Hạnh a MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. a MỤC LỤC ................................................................................................................... b DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT ........................................................ d DANH MỤC CÁC BẢNG.......................................................................................... e DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................... f MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ...................................................................... 2 1.1. Giới thiệu chung về cây bụp giấm ....................................................................... 2 1.1.1. Tên gọi và mô tả ................................................................................................ 2 1.1.2. Phân bố .............................................................................................................. 2 1.1.3. Thành phần hoá học của đài hoa bụp giấm. ...................................................... 3 1.1.4. Công dụng đài hoa bụp giấm ............................................................................ 3 1.2. Sơ lược về các kim loại Ca, Fe, Zn ...................................................................... 4 1.2.1. Canxi ................................................................................................................. 4 1.2.2. Sắt ...................................................................................................................... 6 1.2.3. Kẽm ................................................................................................................... 7 1.3. Một số phương pháp xác định canxi, sắt, kẽm ..................................................... 8 1.3.1. Phương pháp phân tích khối lượng ................................................................... 8 1.3.2. Phương pháp phân tích thể tích ......................................................................... 9 1.3.3. Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV - VIS .................................................... 9 1.3.4. Phương pháp cực phổ ...................................................................................... 10 1.3.5. Phương pháp Von-Ampe hoà tan .................................................................... 10 1.3.6. Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử (ICP - OES) .......................................... 11 1.3.7. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử .............................................................. 11 1.4. Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới về cây bụp giấm .................. 17 1.4.1. Tình hình nghiên cứu trong nước .................................................................... 17 1.4.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới .................................................................. 17 Chương 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................. 20 b 2.1. Thiết bị, hóa chất, dụng cụ ................................................................................. 20 2.1.1. Thiết bị ............................................................................................................ 20 2.1.2. Dụng cụ ........................................................................................................... 20 2.1.3. Hoá chất .......................................................................................................... 20 2.2. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 21 2.3. Phương pháp lấy mẫu, bảo quản và xử lý mẫu. ................................................. 21 2.4. Phương pháp xử lý số liệu, tính toán. ................................................................ 26 2.5. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 26 2.5.1. Chọn nền và môi trường phân tích .................................................................. 26 2.5.2. Khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của canxi, sắt, kẽm. .............................. 26 2.5.3. Đánh giá sai số, độ lặp, khoảng tin cậy của phép đo, xác định LOD, LOQ........ 26 2.5.4. Xác định hàm lượng canxi, sắt, kẽm các mẫu đất bằng phương pháp đường chuẩn .............................................................................................................. 28 2.5.5. Kiểm tra độ chính xác của kết quả phân tích bằng phương pháp thêm chuẩn ...... 28 Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN ..................................... 29 3.1. Phương pháp đường chuẩn đối với phép đo AAS ............................................. 29 3.1.1. Khảo sát khoảng tuyến tính của nồng độ các kim loại ................................... 29 3.1.2. Xây dựng đường chuẩn của Fe, Zn, Ca........................................................... 32 3.1.3. Đánh giá sai số và độ lặp và giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ) của phương pháp AAS. ....................................................................... 36 3.2. Phân tích mẫu thực tế bằng phương pháp đường chuẩn .................................... 39 3.2.1. Kết quả xác định hàm lượng kim loại nặng theo phương pháp đường chuẩn..... 39 3.2.2. Xác định hàm lượng kim loại bằng phương pháp thêm chuẩn ....................... 45 KẾT LUẬN .............................................................................................................. 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 51 c DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt 1 AAS 2 Abs 3 AES 4 F-AAS 5 GF-AAS 6 HCL 7 HPLC 8 ICP-OES 9 UV - Vis 10 LOD 11 LOQ 12 ppb 13 ppm Tên đầy đủ Atomic Absorption Spectrometry (Phổ hấp thụ nguyên tử) Absorbance (Độ hấp thụ) Atomic Emission Spectrometry (Phổ phát xạ nguyên tử) Flame- Atomic Absorption Spectrometry (Phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa) Graphite Furnace- Atomic Absorption Spectrometry (Phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa) Hollow Cathode Lamp (Đèn catot rỗng) High Performance Liquid Chromatography (Sắc kí lỏng hiệu năng cao) Optical Emission Spectroscopy (Quang phổ phát xạ) Ultra Violet - Visible Limit of detection (Giới hạn xác định) Limit of quantitation (Giới hạn định lượng) Part per billion Phần tỷ Part per million Phần triệu d DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Các mẫu thu thập được ............................................................................. 22 Bảng 3.1. Các điều kiện đo phổ của Ca, Fe, Zn ........................................................ 29 Bảng 3.2. Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Ca ............................... 30 Bảng 3.3. Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Fe ................................ 31 Bảng 3.4. Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Zn ............................... 32 Bảng 3.5. Kết quả xác định sai số của phương pháp với phép đo Ca ....................... 37 Bảng 3.6. Kết quả xác định sai số của phương pháp với phép đo Fe ....................... 37 Bảng 3.7. Kết quả xác định sai số của phương pháp với phép đo Zn ....................... 38 Bảng 3.8. Kết quả xác định nồng độ Ca trong mẫu theo đường chuẩn .................... 40 Bảng 3.9. Kết quả xác định nồng độ Fe trong mẫu theo đường chuẩn ..................... 42 Bảng 3.10. Kết quả xác định nồng độ Zn trong mẫu theo đường chuẩn .................. 43 Bảng 3.11. Kết quả tính toán nồng độ kim loại trong 100g mẫu khô ....................... 44 Bảng 3.12. Kết quả phân tích Ca bằng phương pháp thêm chuẩn ............................ 45 Bảng 3.13. Kết quả phân tích Fe bằng phương pháp thêm chuẩn ............................ 45 Bảng 3.14. Kết quả phân tích Zn bằng phương pháp thêm chuẩn ............................ 46 Bảng 3.15. Kết quả phân tích phương sai hàm lượng Ca trong đài hoa bụp giấm ................................................................................................. 47 Bảng 3.16. Kết quả phân tích phương sai hàm lượng Fe trong đài hoa bụp giấm ......................................................................................................... 47 Bảng 3.17. Kết quả phân tích phương sai hàm lượng Zn trong đài hoa bụp giấm ................................................................................................. 48 e DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Hình ảnh cây và đài hoa bụp giấm ..............................................................2 Hình 1.2. Một số sản phẩm làm từ đài hoa bụp giấm .................................................3 Hình 1.3. Hình ảnh đài hoa bụp giấm sấy khô ............................................................3 Hình 1.4. Đồ thị của phương pháp đường chuẩn ......................................................15 Hình 1.5. Đồ thị của phương pháp thêm chuẩn ........................................................16 Hình 2.1. Thiết bị phá mẫu của Italia Velp - DK6 ....................................................20 Hình 2.2. Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử Shimadzu AA -6300 .........................21 Hình 2.4. Sơ đồ quy trình xử lý mẫu xác định hàm lượng sắt và kẽm .....................24 Hình 2.5. Sơ đồ quy trình xử lý mẫu xác định hàm lượng canxi ..............................25 Hình 3.1. Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Ca ..................................30 Hình 3.2. Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Fe ...................................31 Hình 3.3. Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Zn ..................................32 Hình 3.4. Đường chuẩn của Ca .................................................................................34 Hình 3.5. Đường chuẩn của Fe .................................................................................35 Hình 3.6. Đường chuẩn của Zn .................................................................................36 Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn nồng độ các chất trong đài hoa theo tháng .....................46 f MỞ ĐẦU Từ năm 1992, cây bụp giấm đã du nhập vào Việt Nam và được đỡ đầu bởi nhà khoa học Mai Thị Tấn. Bà đã nhân giống loại cây này trên toàn quốc và đã điều chế từ bụp giấm như trà, mứt, rượu, nước cốt quả…Những sản phẩm này vừa là thực phẩm vừa có nhiều tác dụng dược lí được công nhận bởi chính người sử dụng nó nên bụp giấm ngày càng được ưa chuộng và trở nên gần gũi hơn trong đời sống . Đài hoa bụp giấm là một loại dược liệu rất có lợi cho sức khỏe. Tính theo hàm lượng chất khô đài hoa bụp giấm chứa khoảng 15% anthocyanin, axit hữu cơ khoảng 15-30%, các vitamin A, B1, B2, C, E, F và nhiều loại khoáng chất như sắt, đồng, canxi, magie, kẽm [1]. Ngoài ra Bụp giấm còn có tác du ̣ng phòng trị nhiều bệnh: tim mạch, cao huyết áp, tiểu đường, suy thận, suy tim, hạn chế cholesterol trong máu, ngăn ngừa một số bệnh ung thư, hạn chế béo phì, chống lão hóa,... [2]. Để đa dạng hơn về nghiên cứu thành phần hóa học của loại cây này nên chúng tôi thực hiện đề tài nghiên cứu “Xác định hàm lượng của Canxi, Sắt, Kẽm trong đài hoa bụp giấm bằng phương pháp phổ hấp thụ và phát xạ nguyên tử” Đề tài thực hiện nhằm phân tích xác định hàm lượng canxi, sắt, kẽm trong đài hoa bụp giấm với những mẫu thu thập được tại tỉnh Thái Nguyên. 1 Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Giới thiệu chung về cây bụp giấm 1.1.1. Tên gọi và mô tả Tên khoa học là Hibiscus sabdariffa Linn.Tên thường gọi là atiso đỏ, bụp giấm, hoa vô thường, hoa lạc thần, cây đay Nhật…. Cây bụp giấm có tên khoa học là Hibiscus sabdariffa Linn, thuộc họ bông. Cây cao từ 1,5-2m, thân màu lục hoặc đỏ tía, phân nhánh gần gốc, cành nhẵn hoặc hơi có lông. Lá mọc so le, lá ở gốc nguyên, lá phía trên chia 3-5 thùy hình chân vịt, mép có răng cưa. Hoa đơn độc, mọc ở nách, gần như không có cuống, đường kính từ 8-10cm. Tràng hoa màu vàng hồng hay tía, có khi trắng. Quả nang hình trứng, có lông thô mang đài màu đỏ sáng tồn tại bao quanh quả. Cây ra hoa đúng vụ và tháng 9 đến tháng 11, đài hoa bụp giấm chín rất nhanh và chỉ được thu hái trong vòng 1520 ngày sau khi hoa nở, khi chúng còn mềm, không nhăn héo và có mầu đỏ sẫm. [1] Hình 1.1. Hình ảnh cây và đài hoa bụp giấm 1.1.2. Phân bố Cây bụp giấm có nguồn gốc ở Trung Mỹ và Bắc Phi, sau lan sang Ấn Độ, Malaysia, Philippin, Indonexia, Thái Lan. Ở nước ta, cây được trồng thử nghiệm để phủ đất trống, đồi trọc cho kết quả ở Hà Tây, Hoà Bình, Bắc Giang, Thái Nguyên, Ba Vì và một số tỉnh khác. Tuy nhiên, cây được trồng thành công ở Việt Nam chủ yếu thuộc các tỉnh miền trung, thích hơp với đất đồi núi và trung du.[1] 2 1.1.3. Thành phần hoá học của đài hoa bụp giấm. Đài hoa bụp giấm giầu về acid và protein. Các acid chính tan trong nước là acid citric, acid malic, acid tartric, acid hibiscus. Chúng cũng chứa gossypetin và clorid hibiscin là những chất có tính kháng sinh. Đài hoa này có chất màu đỏ tím chiết ra chứa nhiều sinh tố A, vitamin B1, C, E... và nhiều chất a-xít hữu cơ khác. Ngoài ra trong đài quả còn chứa nhiều khoáng chất như Canxi, sắt, kẽm, đồng, kali, natri...[2] 1.1.4. Công dụng đài hoa bụp giấm Theo Đông y, bụp giấm có vị chua, tính mát; có tác dụng thanh nhiệt, giải khát, lợi tiểu, lợi mật. Còn theo tài liệu nước ngoài, những nghiên cứu trong phòng thí nghiệm đã chứng minh hoạt chất từ bụp giấm có tính kháng khuẩn, kháng nấm, chống viêm, chống ôxy hóa (sự lão hóa của cơ thể), giúp ngăn ngừa bệnh tim mạch, tăng cường chức năng tiêu hóa, nhuận tràng, hạ huyết áp, làm giảm cholesterol trong máu, chống xơ vữa động mạch, giảm sự đọng lipid ở gan và bảo vệ tế bào gan. [1] Hình 1.2. Một số sản phẩm làm từ đài hoa bụp giấm Hình 1.3. Hình ảnh đài hoa bụp giấm sấy khô 3 1.2. Sơ lược về các kim loại Ca, Fe, Zn 1.2.1. Canxi 1.2.1.1. Trạng thái tự nhiên và trạng thái vật lý. Canxi (tiếng la tinh là Calcium) là nguyên tố hoá học có số thứ tự là 20 trong bảng tuần hoàn. Kim loại canxi có màu trắng bạc. Mặc dù rất cứng nhưng canxi vẫn có thể dãn dài được. Nóng chảy ở nhiệt độ 8500C và sôi ở nhiệt độ 14820C. Canxi có tỉ trọng 1.55g/cm3. Khi ở trong dung dịch ion canxi cho nhiều vị giác như mặn, chua. [6] 1.2.1.2. Tính chất hóa học. Ca có tính chất của một kim loại kiềm thổ, có tính khử. Khi đun nóng canxi tác dụng dễ dàng với hidro tạo hiđrua Ca + H2 → CaH2 Khi để trong không khí và ở nhiệt độ thường, Ca nhanh chóng tạo nên lớp màu vàng nhạt, gồm oxit một phần peoxit và nitrua. Trong không khí ẩm, tạo nên lớp cacbonat vì vậy cần cất giữ kim loại này trong bình kín hoặc ngâm trong dầu hoả khan. Khi đốt nóng trong không khí, Ca cháy tạo nên oxit : 2Ca + O2 → 2CaO Khi đun nóng, Ca tương tác mãnh liệt với halogen, nitơ, S, P, C, Si, ngoài tạo oxit còn có nitrua được tạo nên: Ca3N2 + 6H2O→ 3Ca(OH)2 + 2NH3 Canxi tương tác dễ dàng với nước giải phóng khí hidro và càng dễ dàng hơn khi tương tác với axit. Canxi có thể tan trong amoniac lỏng cho dung dịch màu xanh thẫm. [6][14] 1.2.1.3. Vai trò của canxi đối với cơ thể người. Canxi đối với hệ thần kinh: Canxi cũng có vai trò vô cùng quan trọng đối với hệ thần kinh. Các Ion Canxi có vai trò quan trọng trong việc truyền dẫn thần kinh, khi bị thiếu hụt canxi, các hoạt động truyền dẫn của hệ thần kinh bị ức chế, công năng hưng phấn và công năng ức chế của hệ thần kinh bị suy giảm. 4 Trẻ em thiếu canxi sẽ có biểu hiện quấy khóc về đêm, ngủ dễ giật mình, không tập trung tinh thần, dễ nổi cáu và rối loạn chức năng vận động. Người già thiếu canxi dễ bị suy nhược thần kinh, khả năng điều tiết thần kinh bị suy giảm, trí nhớ kém, tinh thần không ổn định, đau đầu, tính khí thất thường… Canxi đối với hệ miễn dịch: Hệ miễn dịch đóng vai trò như một tấm lá chắn bảo vệ chúng ta khỏi các tác nhân gây bệnh đồng thời phát sinh phản ứng miễn dịch với một số bệnh đã mắc. Canxi đối với hệ cơ bắp: Các ion canxi đóng vai trò vô cùng quan trọng trong các hoạt động co giãn của cơ bắp, thiếu hụt canxi sẽ làm khả năng đàn hồi của cơ bắp kém đi. Vai trò của canxi với cơ tim: Thiếu hụt canxi khiến cho khả năng co bóp ở tim kém hơn, chức năng truyền máu kém khiến máu không được bơm đầy đủ đến các cơ quan, gây cảm giác hồi hộp, vãi mồ hôi, thở dốc… Vai trò của canxi với “cơ trơn”: Thiếu hụt canxi sẽ ảnh hưởng đến chức năng tiêu hóa, gây cảm giác chán ăn, đầy bụng, táo bón, sản phụ sau khi sinh nở tử cung co chậm và yếu, khó đẻ, đẻ non…người già đái dầm. Biểu hiện thiếu canxi ở cơ bắp: Khi thiếu hụt canxi ở cơ bắp sẽ khiến cơ thể mệt mỏi, yếu sức, chân tay rã rời, thể lực kém… nếu bạn gặp phải những biểu hiện trên, hãy bổ sung canxi cho cơ thể ngay lập tức. Những công dụng khác của canxi: - Canxi có vai trò quan trọng trong việc làm đông máu, giảm thiểu tình trạng máu thấm ra ngoài mao mạch. - Canxi có tác dụng kích hoạt các enzyme, làm giảm mỡ máu và giảm béo phì hiệu quả. - Canxi giúp điều trị một số chứng bệnh xuất huyết và bệnh dị ứng. - Ion canxi còn có tác dụng kết dính các tế bào lại với nhau. Nếu trong dịch thể thiếu ion canxi thì tế bào kém khả năng kết dính, tổ chức khí quan sẽ kém hoàn chỉnh, từ đó công năng của các khí quan sẽ bị suy giảm. - Ion canxi giúp bảo vệ đường hô hấp: Thường xuyên sử dụng canxi sẽ giúp người mắc bệnh phế quản mãn tính hoặc bệnh phổi sớm đẩy lùi bệnh tật. [3] 5 1.2.2. Sắt 1.2.2.1. Trạng thái tự nhiên và tính chất vật lý Sắt (tiếng la tinh là iron) nằm ở vị trí thứ 26 trong bảng tuần hoàn, phân nhóm VIIIB chu kỳ 4. Sắt là một trong những nguyên tố phổ biến nhất, đứng hàng thứ tư sau O, Si, và Al. Trữ lượng sắt trong vỏ Trái đất là 1.5%. Sắt là kim loại có màu trắng hơi xám, dẻo, dễ rèn, dễ dát mỏng, dễ kéo sợi, dẫn nhiệt và dẫn điện kém hơn đồng và nhôm. Nhiệt độ nóng chảy của sắt là 15360C. [7] 1.2.2.2. Về tính chất hoá học Sắt có hoạt tính hóa học trung bình. Ở điều kiện thường nếu không có hơi ẩm, sắt không tác dụng rõ rệt ngay với những nguyên tố không kim loại điển hình như O2 , S, Cl2, Br2 vì có màng ôxit bảo vệ, nhưng khiđun nóng, phản ứng xảy ra mãnh liệt, nhất là khi kim loại ở trạng thái chia nhỏ. Ở trạng thái rất nhỏ Fe còn là chất tự cháy,có nghĩa là nó có thể cháy trong không khí ở ngay nhiệt độ thường. Khi đun nóng trong không khí khô, sắt tạo nên Fe2O3 và ở nhiệt độ cao hơn, tạo nên Fe3O4. Fe đều tan trong dung dịch axit giải phóng khí H2 và tạo muối. Với axit sunfuric đặc và axit nitric đặc không tác dụng với sắt mà còn thụ động hoá nó khi nguội. [7, 14] Đối với không khí và nước, Fe tinh khiết bền. Ngược lại sắt có chứa tạp chất bị ăn mòn dần dưới tác dụng đồng thời của hơi ẩm, khí CO2 và khí O2 trong không khí tạo nên gỉ sắt. 2Fe + 3/2O2 + nH2O → Fe2O3.nH2O 1.2.2.3. Tác dụng sinh hóa và vai trò của sắt đối với cơ thể người. Sắt là một nguyên tố vi lượng dinh dưỡng rất quan trọng cho cơ thể con người và động vật. Hầu hết lượng sắt có trong cơ thể đều tồn tại trong các tế bào máu, chúng kết hợp với protein để tạo thành hemoglobin. Sắt tham gia vào cấu tạo hemoglobin (là một muối phức của prophirin với ion sắt). Hemoglobin làm nhiệm vụ tải oxi từ phổi đến các mao quản của các cơ quan trong cơ thể, ở đây năng lượng 6 được giải phóng ra. Khi con người bị thiếu sắt, hàm lượng hemoglobin bị giảm xuống và làm cho lượng oxi tới các tế bào cũng giảm theo. Từ đó khi cơ thể bị thiếu máu do thiếu hụt sắt, con người thường bị mệt mỏi, đau đầu, mất ngủ... hoặc làm giảm độ phát triểnvà thông minh của trẻ em. Mặc dù các nhà khoa học đã nghiên cứu và cũng chưa đưa ra được ngưỡng gây hại do sự thiếu sắt hoặc thừa sắt. Để phòng tránh sự thay đổi lượng sắt trong cơ thể, người ta thiết lập một giá trị tạm thời cho lượng tiếp nhận tối đa hằng ngày có thể chịu được là 0,8 mg/kg thể trọng. [3] 1.2.3. Kẽm 1.2.3.1. Trạng thái tự nhiên và trạng thái vật lý. Kẽm (tiếng la tinh là zinc) nằm ở vị trí thứ 30 trong bảng tuần hoàn thuộc phân nhóm IIB. Trạng thái tự nhiên: kẽm là nguyên tố tương đối phổ biến. Trong vỏ Trái Đất kẽm chiếm khoảng 75ppm. Đất chứa 5 ÷ 77ppm kẽm với giá trị trung bình là 64ppm. Nước biển chứa 30ppb và trong khí quyển chứa 0,1 ÷ 4µg/m. Ngoài ra kẽm có trong tất cả các loài vật sống, cơ thể con người chứa đến 0,001% kẽm ở răng và hệ thần kinh và tuyến sinh dục. Kẽm là kim loại có màu trắng bạc nhưng ở trong không khí ẩm nó dần bị bao phủ bởi màng oxit nên mất ánh kim. Là kim loại mềm dễ nóng chảy, dễ bay hơi tương đối cứng và giòn. Nhiệt độ nóng chảy của kẽm là 419,50C nhiệt độ sôi là 9060C. [7] 1.2.3.2. Tính chất hóa học Zn là kim loại tương đối hoạt động. Trong không khí ẩm, kẽm bền ở nhiệt độ thường do có màng oxit bảo vệ. Nhưng ở nhiệt độ cao, kẽm cháy mãnh liệt tạo thành ngọn lửa màu lam và sáng chói. Kẽm tác dụng với halogen, lưu huỳnh và các nguyên tố không kim loại khác như photpho, selen… Ở nhiệt độ thường, Zn bền với nước vì có màng oxit bảo vệ, ở nhiệt độ cao khử hơi nước thành oxit: Zn + H2O → ZnO + H2 7 Có thế điện cực âm, kẽm dễ dàng tác dụng với axit không phải là chất oxi hoá giải phống khí hidro. Kẽm có thể tan trong dung dịch kiềm giải phóng hidro giống như nhôm: Zn + 2H2O + 2 OH-→[ Zn(OH)42-] + H2 [7]. 1.2.3.3. Vai trò của kẽm đối với cơ thể người. Kẽm tham gia hoạt hoá khoảng 70 enzym của nhiều hoạt đông sinh lý, sinh hoá của cây. Nó là một nguyên tố có ảnh hưởng to lớn đối với năng suất cây trồng. Thực vật hấp thụ kẽm ở dạng ion Zn2+. Tác dụng sinh lý của kẽm: Zn cần cho sự hoạt động của nhiều enzym đường phân (hexokinase, andolase…) Zn hoạt hoá enzym hô hấp cacboanhydrase, xúc tác phản ứng loại nước của hydrat oxit cacbon. Phản ứng này cung cấp CO2 cho quá trình quang hợp. Zn xúc tác quá trình tổng hợp triptophan, protein, axit indolilaxetic và cần cho quá trình sử dụng P vô cơ thành P hữu cơ trong thành phần của axit nucleic, các nucleotit. Mặc dù kẽm là vi chất cần thiết cho sức khỏe, tuy nhiên nếu hàm lượng kẽm vượt quá mức cần thiết sẽ có hại cho sức khỏe. Hấp thụ quá nhiều kẽm làm ngăn chặn sự hấp thu đồng và sắt. Ion kẽm tự do trong dung dịch là chất có độc tính cao đối với thực vật, động vật và đặc biệt là đối với người. [3] 1.3. Một số phương pháp xác định canxi, sắt, kẽm Hiện nay có rất nhiều phương pháp khác nhau để xác định canxi, sắt, kẽm như phương pháp phân tích khối lượng, phân tích thể tích, điện hoá, phổ phân tử UV - VIS, phổ phát xạ nguyên tử (AES), phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) và không ngọn lửa (GF-AAS), phương pháp ICP - OES,.… Dưới đây là một số phương pháp xác định canxi, sắt, kẽm. 1.3.1. Phương pháp phân tích khối lượng Phương pháp phân tích khối lượng là phương pháp cổ điển, độ chính xác có thể đạt tới 0,1%. Cơ sở của phương pháp là sự kết tủa định lượng của chất phân tích với một thuốc thử thích hợp. 8 1.3.2. Phương pháp phân tích thể tích Phương pháp phân tích thể tích dựa trên sự đo thể tích dung dịch thuốc thử để biết nồng độ chính xác (dung dịch chuẩn) được thêm vào dung dịch chất định phân để tác dụng đủ toàn bộ lượng chất định phân đó. Thời điểm thêm lượng thuốc thử tác dụng với toàn bộ chất định phân gọi là điểm tương đương. Để nhận biết điểm tương đương, người ta dùng các chất gây ra hiện tượng có thể quan sát bằng mắt gọi là các chất chỉ thị. 1.3.3. Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV - VIS Phương pháp này chính là phương pháp phổ hấp thụ phân tử trong vùng UV - VIS. Ở điều kiện thường, các phân tử, nhóm phân tử của chất bền vững và nghèo năng lượng. Đây là trạng thái cơ bản. Nhưng khi có một chùm sáng với năng lượng thích hợp chiếu vào thì các điện tử hoá trị trong các liên kết (л, ∂ , n) sẽ hấp thụ năng lượng chùm sáng, chuyển lên trạng thái kích thích với năng lượng cao hơn. Hiệu số giữa hai mức năng lượng (cơ bản Eo và kích thích Em) chính là năng lượng mà phân tử hấp thụ từ nguồn sáng để tạo ra phổ hấp thụ phân tử của chất. Nguyên tắc: Phương pháp xác định dựa trên việc đo độ hấp thụ ánh sáng của một dung dịch phức tạo thành giữa ion cần xác định với một thuốc thử vô cơ hay hữu cơ trong môi trường thích hợp khi được chiếu bởi chùm sáng. Phương pháp định lượng phép đo: A = K.C Trong đó: A: độ hấp thụ quang K: hằng số thực nghiệm C: nồng độ nguyên tố phân tích Phương pháp này cho phép xác định nồng độ chất ở khoảng 10-5 - 10-7M và là một trong các phương pháp được sử dụng khá phổ biến. Phương pháp trắc quang có độ nhạy, độ ổn định và độ chính xác khá cao, được sử dụng nhiều trong phân tích vi lượng. Tuy nhiên với việc xác định Fe, Zn, 9 Pb thì lại gặp rất nhiều khó khăn do ảnh hưởng của một số ion kim loại tương tự. Khi đó phải thực hiện các công đoạn che, tách phức tạp. [11] 1.3.4. Phương pháp cực phổ Nguyên tắc: Người ta thay đổi liên tục và tuyến tính điện áp đặt vào 2 cực để khử các ion kim loại, do mỗi kim loại có thế khử khác nhau. Thông qua chiều cao của đường cong Von-Ampe có thể định lượng được ion kim loại trong dung dịch ghi cực phổ. Vì dòng giới hạn Igh ở các điều kiện xác định tỉ lệ thuận với nồng độ ion trong dung dịch ghi cực phổ theo phương trình: I = k.C Trong đó: I: là cường độ giòng điện giới hạn. k: Hằng số thực nghiệm C: là nồng độ ion trong dung dịch. Phương pháp này sử dụng điện cực giọt thuỷ ngân rơi làm cực làm việc, trong đó thế được quét tuyến tính rất chậm theo thời gian (thường 1 - 5 mV/s) đồng thời ghi dòng là hàm của thế trên cực giọt thuỷ ngân rơi. Sóng cực phổ thu được có dạng bậc thang, dựa vào chiều cao có thể định lượng được chất phân tích. Phương pháp này có khá nhiều ưu điểm: Nó cho phép xác định cả chất vô cơ và hữu cơ với nồng độ 10-5 ÷ 10-6M tuỳ thuộc vào cường độ và độ lặp lại của dòng dư. Sai số của phương pháp thường là 2 ÷ 3% với nồng độ 10-3 ÷ 10-4M, là 5% với nồng độ 10-5 M (ở điều kiện nhiệt độ không đổi). Tuy nhiên phương pháp cực phổ bị ảnh hưởng rất lớn của dòng tụ điện, dòng cực đại, lượng oxi hoà tan hay bề mặt điện cực nên giới hạn phát hiện kém khoảng 10-5 - 10-6M. Nhằm loại trừ ảnh hưởng trên đồng thời tăng độ nhạy, hiện nay đã có các phương pháp cực phổ hiện đại: cực phổ xung vi phân (DPP), cực phổ sóng vuông (SQWP)… chúng cho phép xác định lượng vết của nhiều nguyên tố. [10] 1.3.5. Phương pháp Von-Ampe hoà tan Về bản chất, phương pháp Von-Ampe hoà tan cũng giống như phương pháp cực phổ là dựa trên việc đo cường độ dòng để xác định nồng độ các chất trong dung dịch. Nguyên tắc gồm hai bước: 10 Bước 1: Điện hoá làm giàu chất cần phân tích trên bề mặt điện cực làm việc trong khoảng thời gian xác định, tại thế điện cực xác định. Bước 2: Hoà tan kết tủa đã được làm giàu bằng cách phân cực ngược cực làm việc, đo và ghi dòng hoà tan. Trên đường Von-Ampe hoà tan xuất hiện pic của nguyên tố cần phân tích. Chiều cao pic tỉ lệ thuận với nồng độ. [9] 1.3.6. Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử (ICP - OES) Khi ở điều kiện thường, nguyên tử không thu hay phát ra năng lượng nhưng nếu bị kích thích thì các điện tử hoá trị sẽ nhận năng lượng chuyển lên trạng thái có năng lượng cao hơn (trạng thái kích thích). Trạng thái này không bền, chúng có xu hướng giải phóng năng lượng để trở về trạng thái ban đầu bền vững dưới dạng các bức xạ. Các bức xạ này được gọi là phổ phát xạ của nguyên tử. Phương pháp ICP - OES dựa trên sự xuất hiện phổ phát xạ của nguyên tử tự do của nguyên tố phân tích ở trạng thái khí khi có sự tương tác với nguồn năng lượng phù hợp. Hiện nay, người ta dùng một số nguồn năng lượng để kích thích phổ AES như ngọn lửa đèn khí, hồ quang điện, tia lửa điện, plasma cao tần cảm ứng (ICP)… Nhìn chung, phương pháp AES đạt độ nhạy rất cao (thường từ n.10-3 đến n.10-4%), lại tốn ít mẫu, có thể phân tích đồng thời nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu. Vì vậy, đây là phương pháp dùng để kiểm tra đánh giá hoá chất, nguyên liệu tinh khiết, phân tích lượng vết ion kim loại độc trong nước, lương thực, thực phẩm. Tuy nhiên, phương pháp này lại chỉ cho biết thành phần nguyên tố trong mẫu mà không chỉ ra được trạng thái liên kết của nó trong mẫu. [5] 1.3.7. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử * Hệ thống máy đo phổ hấp thụ nguyên tử phải bao gồm các phần cơ bản sau: Phần 1. Nguồn phát tia phát xạ cộng hưởng (vạch phổ phát xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích), để chiếu vào môi trường hấp thụ nguyên tử tự do của nguyên tố: + Đèn catot rỗng (HCL). + Đèn phóng điện không điện cực (EDL) + Đèn phát xạ liên tục đã được biến điệu (D2). 11 Phần 2. Hệ thống nguyên tử hóa mẫu phân tích. Hệ thống này được chế tạo theo 3 kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu. Đó là kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa (lúc này ta có phép đo F- AAS) và kỹ thuật không ngọn lửa (lúc này ta có phép đo GF- AAS) và kỹ thuật hoá hơi lạnh (MVU-AAS) Phần 3. Máy quang phổ, nó thường là bộ đơn sắc, có nhiệm vụ thu, phân ly và chọn tia sáng (vạch phổ) cần đo hướng vào nhân quang điện để phát tín hiệu hấp thụ AAS của vạch phổ. Phần 4. Hệ thống tín hiệu hấp thụ của vạch phổ (tức là cường độ của vạch phổ hấp thụ hay nồng độ nguyên tố cần phân tích). Hệ thống này có thể là các trang bị: + Điện kế chỉ tín hiệu AAS + Bộ tự ghi để chỉ các pic hấp thụ + Bộ chỉ hiện số. + Bộ máy in. + Máy tính với màn hình để hiển thị dữ liệu, phần mền xử lí số liệu và điều khiển toàn bộ hệ thống máy đo. [5] 1 2 3 4 Hình 2.3. Nguyên tắc cấu tạo của máy đo AAS 1. Nguồn đơn sắc 2. Hệ nguyên tử hoá mẫu 3. Hệ thống đơn sắc và detector 4. Hệ điện tử * Nguyên tắc: Khi nguyên tử tồn tại tự do ở thể khí và ở trạng thái năng lượng cơ bản, thì nguyên tử không thu hay không phát ra năng lượng. Tức là nguyên tử ở trạng thái cơ bản. Song, nếu chiếu vào đám hơi nguyên tử tự do một chùm tia sáng 12