...
Cơ sở lý thuyết:
Vật chất được cấu tạo bởi các nguyên tử, nguyên tử là đơn vị cơ bản nhất, có kích thước nhỏ nhất, giữ được các tính chất của một nguyên tố hoá học. Trong điều kiện bình thường, nguyên tử không thu và cũng không phát ra năng lượng, lúc này nguyên tử ở trạng thái cơ bản, đây là trạng thái bền vững và nghèo năng lượng nhất của nguyên tử.
Khi một nguyên tử tự do hấp thụ năng lượng từ một nguồn phát bức xạ điện từ, nguyên tử này từ trạng thái cơ bản chuyển sang trạng thái kích thích, nó cần phải giải phóng năng lượng để trở về trạng thái cơ bản, năng lượng được phóng ra dưới dạng bức xạ điện từ có bước sóng bằng chính bước sóng bức xạ điện từ mà nó hấp thụ, vì các bức xạ điện từ này có bước sóng nằm trong vùng khả kiến hay vùng mà mắt người có thể nhìn thấy được, tạo thành ánh xạ có màu sắc, gọi hiện tượng này là phát xạ nguyên tử.
Cung cấp năng lượng cho nguyên tử hấp thụ từ các nguồn bức xạ điện từ như: Tia hồng ngoại, tia lửa điện, ánh sáng nhìn thấy...
Trong trường hợp một nguyên tử tự do hấp thụ năng lượng từ chùm tia sáng chiếu qua, nguyên tử này sẽ hấp thụ các bức xạ điện từ có bước sóng nhất định (đặc trưng cho từng nguyên tố), phần bức xạ điện từ không bị hấp thụ sẽ đi qua và ta thu được phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
Nguyên tử ở trạng thái kích thích, tiến hành phóng năng lượng để trở về trạng thái cơ bản, lúc này phát xạ nguyên tử xảy ra, phóng ra năng lượng dưới dạng bức xạ điện từ với bước sóng bằng chính bước sóng điện từ mà nó hấp thụ và ta thu được phổ phát xạ nguyên tử (AES)
Mỗi nguyên tố sẽ tương ứng với các bước sóng đặc trưng, do đó các nguyên tử khác nhau sẽ cho phổ hấp thụ và phổ phát xạ khác nhau, tương tự như dấu vân tay.
Khái niệm quang phổ hấp thụ nguyên tử:
Quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) là một kỹ thuật phân tích nhằm xác định sự có mặt của một nguyên tố nhất định, định lượng có trong mẫu, dựa trên nguyên lý hấp thụ năng lượng của nguyên tử khi chùm tia sáng đi qua nó, lượng ánh sáng bị hấp thụ được đo và nồng độ của nguyên tố trong mẫu có thể được tính toán.
Ứng dụng của AAS trong phân tích thực phẩm:
Dựa trên khả năng xác định và định lượng nguyên tố có trong mẫu, quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) được ứng dụng mạnh mẽ trong hoạt động phân tích thực phẩm, như định lượng các nguyên tố hóa học có trong mẫu, xác định vết kim loại, từ các kết quả thu được mà tính toán hay so sánh với các tiêu chuẩn chất lượng hoặc các yêu cầu đã đề ra.
Hiện nay kỹ thuật này được áp dụng với nhiều phương pháp khác nhau, đi cùng với các thiết bị phân tích hiện đại, cho kết quả tính toán rất chính xác.
Một số câu hỏi hữu ích:
- Tại sao nguyên tử hấp thụ và phát xạ lại bức xạ với cùng bước sóng mà nó đã hấp thụ, nhưng phổ hấp thụ lại vẫn hiện vạch đen?: Vì khi phát xạ, các tia bức xạ là đa hướng, không tập trung và theo hướng của tia sáng ban đầu, nên chỉ số ít bức xạ được phát ra có hướng đến máy thu, do đó chúng được hiện dưới dạng vạch đen (có tín hiệu nhưng rất yếu).
- Làm thế nào mà họ thu được tia phát xạ?: Dùng tia sáng chiếu thẳng vào nguyên tử, hẳn sẽ tạo thành phổ phát xạ bị nhiễm sáng tạp, nên người ta sẽ dùng cách đốt cháy các nguyên tử, đưa chúng về trạng thái kích thích rồi phát xạ, các tia phát xạ là đa hướng, nên máy thu có thể đặt tại vị trí bất kì, từ đó thu được phổ phát xạ.
- Nếu dùng ngọn lửa để đốt nóng nguyên tử, vậy thì không phải cũng sẽ có tạp nhiễm bức xạ từ ngọn lửa sao?: Đúng vậy, nhưng các tín hiệu bức xạ này rất yếu, nhất là khi máy thu cũng có bộ lọc bước sóng, tùy vào nguyên tố đang đo vết mà tùy chỉnh khoảng thu, và thông thường thì cũng có bộ lọc nền (loại bỏ các bước sóng thuộc về nguồn đốt).
- Họ định tính hay định lượng bằng cách nào?: Đốt nóng các nguyên tử có trong mẫu, sau đó tùy chỉnh khoảng thu tương ứng với nguyên tố muốn đo, xem cường độ tín hiệu bức xạ thu được thế nào, ví dụ phổ phát xạ cho tín hiệu vết của nguyên tố Na, chứng tỏ mẫu có chứa nguyên tố này, vậy là ta định tính được. Tùy vào cường độ tín hiệu bức xạ, người ta định lượng được nguyên tố Na có trong mẫu. Tương tự với các nguyên tố khác.
- Tia phát xạ là đa hướng, máy thu đặt tại một vị trí chỉ thu được hướng nhất định, thế thì cường độ tín hiệu thu được chỉ là một phần, không phản ánh chính xác cường độ tổng, làm sao mà định lượng chính xác được?: Đúng là máy thu khi đó sẽ chỉ thu được một phần tín hiệu bức xạ mà nguyên tử đã phóng ra, ta gọi tạm đó là hiệu suất thu, nhưng nên nhớ rằng mẫu chuẩn cũng có hiệu suất thu tương tự, và từ mẫu chuẩn thì ta dựng đường chuẩn, từ tín hiệu của mẫu đo, ta áp vào đường chuẩn, để quy ra nồng độ mẫu đo, nên bản chất là hiệu suất thu vẫn là giá trị ẩn không cần xác định, chỉ cần dóng theo đường chuẩn để quy ra nồng độ mẫu đo là được.
- Vậy nếu như đường chuẩn sai, nghĩa là mẫu chuẩn có dãy nồng độ không chính xác, khiến cho kết quả tín hiệu thu được từ máy đo không đáng tin cậy, thì kết quả định lượng mẫu đo cũng sai đúng không?: Đúng vậy, đường chuẩn là cái quyết định cho tính chính xác của kết quả nồng độ có trong mẫu đo, nên khi chuẩn bị mẫu chuẩn, với dãy nồng độ tăng dần, cần phải thực hiện cẩn thận và chính xác. Nếu như đường chuẩn sai, thì toàn bộ kết quả đo mẫu sẽ sai theo, nên quá trình chuẩn bị mẫu chuẩn rất quan trọng. Đối với thao tác liên quan đến con người, như pha nồng độ, khó tránh khỏi sai sót, nên để tăng độ chính xác, thì các máy móc hiện đại sẽ thay thế thao tác này, người thực hiện chỉ nạp mẫu chuẩn với nồng độ gốc, sau đó máy sẽ tự pha dãy mẫu chuẩn, từ đó giảm thiểu khả năng sai sót do con người. Vậy nên ở các máy đo quang phổ hiện đại, bạn sẽ chỉ cần nạp mẫu đã xử lý, còn lại là máy tự động hoàn toàn.
Trên đây là toàn bộ nội dung về "Quang phổ hấp thụ nguyên tử là gì? Ứng dụng của nó trong phân tích thực phẩm", hy vọng những thông tin này hữu ích với bạn. Xin cảm ơn!