Chuyên Đề Phương pháp phân tích điện hóa xác định lượng vết các nguyên tố vô cơ

MỞ ĐẦU

Các phương pháp phân tích điện hoá (PTĐH) nói chung và phân tích cực phổ nói riêng đã chiếm được vị trí cao trong việc xác định lượng các vết các chất vô cơ trên thế giới với sự tiến bộ của kỹ thuật điện tử và vi điện tử, máy móc dùng trong PTĐH ngày càng hoàn thiện và đa dạng. Từ đó đã ra đời hàng loạt các phương pháp có độ nhạy cao ( đến 10-7-10-8 mol/l), độ phân giải tốt (50-mV) và thao tác đơn giản, hơn hẳn cực phổ cổ điển (CP). Cực phổ sóng vuông, cực phổ tast, cực phổ xung vi phân v.v . là những phương pháp phân tích điện hoá phổ biến trên thế giới trong những năm 80. Nhờ kết hợp với việc làm giàu trước bằng điện phân, các máy cực phổ có thể thực hiện một phương pháp mới gọi là "cực phổ có làm giàu" hay "cực phổ ngược", có thể gọi là phương pháp "phân tích điện hoá hoà tan" (ĐHHT-Electrochemical stripping analysis). ĐHHT nhạy hơn các phương pháp cực phổ tương ứng 100 - 1000 lần. Như vậy, về mặt độ nhạy, trong số các phương pháp phân tích hiện đại, ĐHHT bỏ xa các phương pháp quang (kể cả hấp thụ nguyên tử) và trong chừng mực nào đó, có thể so sánh được với các phương pháp phân tích phóng xạ như kích hoạt nơ tron

1. Quá trình xây dựng và phát triển các phương pháp phân tích điện hoá ở Viện hoá học công nghiệp.

Cuối những năm 1950 và đầu những năm 1960 Phòng Phân tích trực thuộc Viện Hoá học Công nghiệp làm quen với phương pháp cực phổ cổ điển (CP) qua máy cực phổ chụp ảnh LP-55 xin được sau một triển lãm về thành tựu khoa học kỹ thuật các nước Xã hội chủ nghĩa tại Vân Hồ.

Năm 1968, được trang bị một máy cực phổ cổ điển tự ghi OH-102 (Hung). Từ đó, phương pháp cực phổ nói riêng và PTĐH nói chung, mới thực sự trở thành phương pháp phân tích lượng vết nguyên tố không thể thiếu được của phòng Phân tích. Mở đầu là việc xây dựng các qui trình của phân tích kim loại nặng theo các hợp đồng phân tích hàng trăm mẫu phục vụ nghiên cứu khoa học và sản xuất. Trong số này có qui trình xác định Zn trong lá cam [1] Zn, Mn, Fe trong tro rong biển [5,6] Cd trong quặng chì kẽm [2,4] v.v .

Năm 1973 , bắt đầu xây dựng phương pháp phân tích điện hoá hoà tan là một phương pháp mới có độ nhạy tương đương như phân tích kích hoạt nơ tron nhưng công cụ, hoá chất và thao tác đơn giản. Thử nghiệm đầu tiên là việc dùng điện cực Pi với máy cực phổ OH-102 để xác định lượng vết Ag trong chì tinh khiết, chì tái sinh bằng phương pháp von-ampe hoà tan anot (VAHT-A) [7]. Độ nhạy đạt được là 1ppm, nhạy hơn hẳn các phương pháp phân tích đương thời trong nước. Đề tài này phục vụ việc cải tiến chất lượng acquy ở nhà máy acquy Hải Phòng. Tiếp theo, qui trình phân tích Au được xây dựng nhằm phục vụ yêu cầu tìm kiếm kim loại quý. Từ đó về sau, các qui trình phân tích lượng vết bằng ĐHHT lần lượt ra đời nhằm phục vụ cho các yêu cầu phân tích trong và ngoài ngành.

Từ 1974 chúng tôi được trang bị thêm máy cực phổ sóng vuông (CPSV) OH-104. Đây là công cụ chủ lực để phân tích trực tiếp (không tách ) các nguyên tố có hàm lượng lớn hơn 10- 100 ppm. Đã xây dựng được nhiều qui trình phân tích nhanh, chính xác, đơn giản, chẳng hạn các qui trình xác định Pb, Fe, Zn, Ni, Co,V,U v.v . trong nhiều đối tượng bằng phương pháp CPSV [12-18]. CPSV đã đảm nhiệm việc phân tích các mẫu lẻ, khó và các hợp đồng hàng trăm mẫu. Trong số đó cần để ý đến hợp đồng phân tích U của Viện năng lượng. Phương pháp ĐHHT áp dụng thành công trên máy CPSV OH- 104 [9] đã mở rộng khả năng hoạt động của máy này.

Phương pháp cực phổ dòng xoay chiều hình sin cũng được khai triển. Lúc đầu chúng tôi dùng khối phụ OH-993 (Hung) lắp thêm vào máy OH-L02, sau sử dụng máy cực phổ vạn năng OH-L05 (Hung). Thực tế cho thấy, với kỹ thuật hoạ tần bậc 2 (second harmonic), độ nhạy vào độ chọn lọc không thua CPSV. Chẳng hạn có thể xác định Cr trong quặng thép đến 10 ppm [16] Ti trong cromit đến 10 ppm [chưa công bố] , V trong apatit đến 1 ppm [ 1 7 ] . Bằng cách phối hợp ĐHHT với kỹ thuật hoạ tần bậc 2, bước đầu chúng tôi đã đạt được độ nhạy 5.10-10 mol/l khi xác định Cd trong nền NH4 Cl 1M + NH4OH 0,5M [10]

Nhằm khai thác triệt để máy OH-102, chúng tôi đã chế ra một khối phụ lắp thêm để thực hiện phương pháp điện thế thời gian hoà tan (ĐTHT) [11] . Phương pháp này có độ nhạy kém hơn phương pháp von-ampe hoà tan (VAHT) một chút, nhưng có khả năng phân giải phổ cao hơn và đặc biệt là nó có thể xác định nhiều nguyên tố trong vòng nồng độ khá rộng 10-3-10-8mol/l. Nhờ khả năng phân giải cao, với phương pháp này, chúng tôi có thể xác định đồng thời Ag và Hg trong nền KCNS.

Như vậy cho đến những năm 80, với máy cực phổ OH - 102 và OH-104 cùng các phụ kiện, chúng tôi đã xây dựng được một hệ các phương pháp PTĐH

Tuỳ theo hàm lượng, tính chất của nguyên tố cần xác định, đối tượng phân tích (có yếu tố cản hay không ) và khả năng cung cấp hoá chất mà chúng tôi chọn các phương pháp thích hợp.

Trong một Dự án tăng cường trang thiết bị do Nhà nước đầu tư, năm 1999 chúng tôi được trang bị thêm một máy cực phổ hiện đại, điều khiển bằng vi tính - 757 VA Computrace.