AAS là gì? Các nguyên tắc ứng dụng cần phải ghi nhớ

Chu Văn An

Trong ngành thí nghiệm nói riêng, quá trình nghiên cứu các nguyên tố đòi hỏi người nghiên cứu phải sử dụng nhiều phương pháp khác nhau, trong đó có phương pháp AAS. Vậy AAS là gì, viết tắt của phương pháp này là gì và nó được áp dụng như thế nào? Đọc thêm bên dưới bài viết này.

1. Khái niệm phương pháp AAS

Phương pháp AAS được viết tắt bằng cụm từ tiếng Anh Đo quang phổ hấp thụ nguyên tử, có nghĩa là Phương pháp đo quang phổ hấp thụ nguyên tử. Phương pháp này được thực hiện dựa trên nguyên lý hấp thụ hoặc bức xạ năng lượng hơi nguyên tử. Bởi vì, ở trạng thái bình thường, nguyên tử không hấp thụ năng lượng bức xạ. Tuy nhiên, chúng hấp thụ bức xạ năng lượng ở trạng thái tự do dưới dạng đám mây hơi nguyên tử.

Mỗi nguyên tử chỉ có thể hấp thụ một số bức xạ đặc trưng nhất định. Khi mức năng lượng của nguyên tử nhận tăng lên, nó được gọi là trạng thái kích thích. Quá trình này được gọi là quá trình hấp thụ năng lượng của một nguyên tử tự do ở trạng thái hơi và hình thành quang phổ của nguyên tử đó. Nếu quang phổ được tạo ra trong quá trình này, nó sẽ được gọi là phổ hấp thụ nguyên tử.

Trong phân tích mẫu môi trường, đây là một trong những kỹ thuật hàng đầu – hệ thống có tính kỹ thuật cao, dễ sử dụng và hiệu quả để phân tích các giá trị nguyên tố trong mẫu môi trường.

Hình 1: Phương pháp AAS

2. Phương pháp AAS phải tuân theo những nguyên tắc nào?

Các nhà nghiên cứu cần thực hiện các quá trình quang phổ hấp thụ nguyên tử sau đây:

– Để chuyển mẫu phân tích sang trạng thái hơi gồm các nguyên tử tự do từ trạng thái ban đầu (dung dịch hoặc rắn) cần lựa chọn thiết bị và điều kiện thích hợp. Đây là quá trình nguyên tử hóa và hóa hơi mẫu.

– Lấy một chùm tia sáng đặc trưng của nguyên tố cần phân tích chiếu qua hơi nguyên tử vừa tạo ra. Một số tia bức xạ nhất định sẽ bị các nguyên tử hấp thụ ở trạng thái hơi và tạo ra phổ hấp thụ của nó. Ở đây, nồng độ phần cường độ của chùm ánh sáng trong môi trường hấp thụ quyết định liệu nó có bị hấp thụ bởi một loại nguyên tử hay không. Nguồn bức xạ cộng hưởng hay nguồn bức xạ đơn sắc là tên của nguồn cung cấp chùm ánh sáng phát ra của nguyên tố đó.

– Người ta thu toàn bộ dải phân cách và chùm sáng rồi chọn 1 vạch hấp thụ của chùm sáng đó bằng hệ thống máy quang phổ để đo cường độ của nó. Tín hiệu hấp thụ của vạch phổ hấp thụ nguyên tử là cường độ đã được xác định. Giá trị cường độ này phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ C của nguyên tố trong mẫu phân tích trong một khoảng thời gian nồng độ C nhất định.

Hình 2: Nguyên lý của phương pháp AAS

3. Hệ thống thiết bị của phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS

Hệ thống thiết bị của phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử – phương pháp AAS bao gồm các bộ phận sau:

– Nguồn tia cộng hưởng: Đó là các loại đèn phóng điện không điện cực, đèn cathode rỗng (HCL) hoặc các nguồn bức xạ chuyển đổi liên tục.

– Hệ thống nguyên tử hóa mẫu: Sử dụng 2 loại kỹ thuật sản xuất gồm kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa (Graphite Furnace) và kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu sử dụng ngọn lửa đèn gas.

– Máy quang phổ: Đây là bộ phận đơn sắc có vai trò thu thập, tách và chọn lọc các tia sáng (vạch quang phổ) cần đo. Sau đó để phát hiện tín hiệu hấp thụ AAS của vạch quang phổ sẽ hướng vào hạt nhân quang.

– Hệ thống phát tín hiệu hấp thụ của vạch phổ (tức là nồng độ của nguyên tố phân tích hoặc cường độ của vạch phổ hấp thụ.

Hình 3: Thành phần của AAS

4. Ưu nhược điểm của máy AAS là gì?

4.1. Lợi thế

– Phân tích nhanh chóng nhiều loại phần tử khác nhau.

– Độ chính xác của máy quang phổ hấp thụ nguyên tử rất cao: RSD < 2% (độ lệch chuẩn tương đối thấp)

– Độ lặp lại tốt: RSD < 1%

– Độ nhạy: Có thể đo hàm lượng lên tới phần tỷ ppb (microgram/kg) và rất nhạy.

So với máy ICP-OES, chi phí đầu tư thấp hơn.

4.2. Nhược điểm

– Giá thành cao nên việc đầu tư hệ thống thiết bị khá tốn kém.

– Do cấu tạo kỹ thuật của thiết bị khá phức tạp khi sử dụng nên đòi hỏi người sử dụng phải có chuyên môn cao.

– Khi phân tích nội dung văn bản có thể xảy ra hiện tượng ngộ độc.

– Nếu sử dụng không đúng cách rất dễ gây điện giật, cháy nổ.

Hình 4: Bố trí hệ thống quang phổ hấp thụ nguyên tử

5. Ứng dụng hiện nay của quang phổ hấp thụ nguyên tử

Nếu có nguồn bức xạ cộng hưởng thì có thể định lượng được hầu hết các nguyên tố kim loại và một số kim loại As và B.

Ngành dược phẩm:

– Hỗ trợ định lượng một số nguyên tố vi lượng trong máu, huyết tương, dịch não tủy,…

– Định lượng các nguyên tố vi lượng trong thuốc: Kẽm, đồng, Crom, Sắt, Mangan, nguyên liệu tiêm truyền.

– Xác định hàm lượng các nguyên tố độc hại trong vật liệu đóng gói và môi trường: Bi, As, Pb, Hg,…

– Các kỹ thuật định lượng như UV-VIS

Trên đây là những giải thích về khái niệm AAS là gì? Hy vọng các bạn không những hiểu rõ ý nghĩa mà còn biết ứng dụng của quang phổ hấp thụ nguyên tử trong cuộc sống.