1. Giới thiệu
Trong những năm 1980, Bowling Barnes, David Richardson, John Berry và Robert Hood đã phát triển một thiết bị để đo nồng độ natri và kali thấp trong dung dịch. Họ đặt tên cho thiết bị này là quang kế ngọn lửa. Nguyên lý của quang kế ngọn lửa dựa trên phép đo cường độ ánh sáng phát ra khi đưa kim loại vào ngọn lửa. Bước sóng của màu sắc cung cấp thông tin về nguyên tố và màu sắc của ngọn lửa cung cấp thông tin về lượng nguyên tố có trong mẫu. Quang kế ngọn lửa là một trong những nhánh của quang phổ hấp thụ nguyên tử. Nó còn được gọi là quang phổ phát xạ ngọn lửa. Hiện nay, nó đã trở thành một công cụ cần thiết trong lĩnh vực hóa học phân tích. Quang kế ngọn lửa có thể được sử dụng để xác định nồng độ của một số ion kim loại như natri, kali, liti, canxi và xesi, v.v. Trong quang phổ quang kế ngọn lửa, các ion kim loại được sử dụng dưới dạng nguyên tử. Ủy ban Danh pháp quang phổ của Liên minh quốc tế về Hóa học thuần túy và ứng dụng (IUPAC) đã đặt tên cho kỹ thuật này là quang phổ phát xạ nguyên tử ngọn lửa (FAES).
2. Nguyên lý của quang kế ngọn lửa
Các hợp chất của kim loại kiềm và kiềm thổ (Nhóm II) phân ly thành các nguyên tử khi đưa vào ngọn lửa. Một số nguyên tử này tiếp tục bị kích thích lên mức cao hơn nữa. Nhưng các nguyên tử này không ổn định ở mức cao hơn. Do đó, các nguyên tử này phát ra bức xạ khi trở về trạng thái cơ bản. Các bức xạ này thường nằm trong vùng khả kiến của quang phổ. Mỗi kim loại kiềm và kiềm thổ có một bước sóng cụ thể.
| Nguyên tố | Bước sóng phát ra | Màu ngọn lửa |
| natri | 589nm | Màu vàng |
| Kali | 766nm | Màu tím |
| Bari | 554nm | Màu xanh |
| Canxi | 622nm | Màu cam |
| Liti | 670nm | Màu đỏ |
Đối với một số phạm vi nồng độ nhất định,
Cường độ phát xạ tỉ lệ thuận với số nguyên tử trở về trạng thái cơ bản. Và ánh sáng phát ra tỉ lệ thuận với nồng độ của mẫu.
3. Cấu tạo của máy đo quang ngọn lửa
Một máy đo quang ngọn lửa đơn giản bao gồm các thành phần cơ bản sau:
3.1 Nguồn ngọn lửa
Đầu đốt trong máy đo quang ngọn lửa là nguồn ngọn lửa. Nó có thể được duy trì ở nhiệt độ không đổi. Nhiệt độ của ngọn lửa là một trong những yếu tố quan trọng trong phép đo quang ngọn lửa.
| Hỗn hợp nhiên liệu-oxy hóa | Nhiệt độ (°C) |
| Khí thiên nhiên-Không khí | 1700 |
| Propane-Không khí | 1800 |
| Hydro-Không khí | 2000 |
| Hydro-Oxy | 2650 |
| Acetylene-Không khí | 2300 |
| Acetylen-Oxy | 3200 |
| Axetilen-Nitơ oxit | 2700 |
| Xyanogen-Oxy | 4800 |
3.2 Máy phun sương
Máy phun sương được sử dụng để đưa dung dịch đồng nhất vào ngọn lửa với tốc độ cân bằng.
3.3 Hệ thống quang học
Hệ thống quang học bao gồm gương lồi và thấu kính lồi. Gương lồi truyền ánh sáng phát ra từ các nguyên tử. Gương lồi cũng giúp tập trung các bức xạ vào thấu kính. Thấu kính giúp tập trung ánh sáng vào một điểm hoặc khe.
3.4 Bộ lọc màu đơn giản
Phản xạ từ gương đi qua khe hở và đến bộ lọc. Bộ lọc sẽ tách bước sóng cần đo khỏi bước sóng của các bức xạ không liên quan.
3.5 Máy dò quang
Cường độ bức xạ phát ra từ ngọn lửa được đo bằng máy dò quang. Ở đây, bức xạ phát ra được chuyển thành tín hiệu điện với sự trợ giúp của máy dò quang. Các tín hiệu điện này tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng.
4. Quy trình hoạt động
- Cả dung dịch chuẩn gốc và dung dịch mẫu đều được pha chế bằng nước cất tươi.
- Ngọn lửa của máy đo quang được hiệu chuẩn bằng cách điều chỉnh không khí và khí. Sau đó ngọn lửa được để ổn định trong khoảng 5 phút.
- Sau đó, bật thiết bị và mở nắp khoang lọc để lắp các bộ lọc màu thích hợp.
- Chỉ số của vôn kế được điều chỉnh về 0 bằng cách phun nước cất vào ngọn lửa.
- Độ nhạy được điều chỉnh bằng cách phun dung dịch làm việc chuẩn có nồng độ cao nhất vào ngọn lửa. Bây giờ độ lệch toàn thang đo của máy đo điện được ghi lại.
- Nước cất lại được phun vào ngọn lửa để đạt được số đọc ổn định của máy đo điện. Sau đó, máy đo điện được điều chỉnh lại về số không.
- Bây giờ, mỗi dung dịch làm việc tiêu chuẩn được phun vào ngọn lửa ba lần và ghi lại số đọc của máy đo điện. Sau mỗi lần phun, thiết bị phải được rửa sạch hoàn toàn.
- Cuối cùng, dung dịch mẫu được phun vào ngọn lửa ba lần và ghi lại số đọc của máy đo điện. Sau mỗi lần phun, thiết bị phải được rửa sạch hoàn toàn.
- Tính giá trị trung bình của số đọc trên vôn kế.
- Vẽ đồ thị nồng độ theo giá trị đo được trên máy đo điện để tìm ra nồng độ của nguyên tố trong mẫu.
- Đầu tiên, dung môi được hút ra để thu được các hạt rắn mịn.
- Các phân tử này trong các hạt rắn di chuyển về phía ngọn lửa để tạo ra các nguyên tử và ion khí.
- Các ion này hấp thụ năng lượng từ ngọn lửa và được kích thích lên mức năng lượng cao từ trạng thái cơ bản.
- Nhưng vì các ion này không ổn định nên chúng trở về trạng thái cơ bản. Khi trở về, chúng phát ra bức xạ đặc trưng.
- Cường độ ánh sáng phát ra tỉ lệ thuận với nồng độ của nguyên tố.
Chất oxy hóa trong máy quang kế ngọn lửa chủ yếu là không khí, oxy hoặc nitơ oxit. Nhiệt độ của ngọn lửa phụ thuộc vào tỷ lệ nhiên liệu và chất oxy hóa.
Các quá trình xảy ra trong quá trình phân tích bằng máy đo quang ngọn lửa được tóm tắt dưới đây:
Desolvation: Desolvation liên quan đến việc sấy khô mẫu trong dung dịch. Các hạt kim loại trong dung môi bị mất nước bởi ngọn lửa và do đó dung môi bị bay hơi.
Sự bay hơi: Các hạt kim loại trong mẫu cũng bị mất nước. Điều này cũng dẫn đến sự bay hơi của dung môi.
Nguyên tử hóa: Nguyên tử hóa là quá trình tách tất cả các nguyên tử trong một chất hóa học. Các ion kim loại trong mẫu bị khử thành các nguyên tử kim loại bằng ngọn lửa.
Kích thích: Lực hút tĩnh điện giữa các electron và hạt nhân của nguyên tử giúp chúng hấp thụ một lượng năng lượng nhất định. Sau đó, các nguyên tử nhảy lên trạng thái năng lượng cao hơn khi bị kích thích.
Phát xạ: Vì trạng thái năng lượng cao hơn không ổn định nên các nguyên tử nhảy trở lại trạng thái cơ bản hoặc trạng thái năng lượng thấp để đạt được sự ổn định. Sự nhảy này của các nguyên tử phát ra bức xạ có bước sóng đặc trưng. Bức xạ được đo bằng máy dò quang.
Phương trình Scheibe-Lomakin mô tả cường độ ánh sáng phát ra bằng công thức sau:
I = k × cn
Trong đó:
I = Cường độ ánh sáng phát ra
c = Nồng độ của nguyên tố
k = Hằng số tỷ lệ
Tại phần tuyến tính của đường cong chuẩn n~1,
khi đó I = k × c. Nói cách khác, cường độ ánh sáng phát ra có liên quan trực tiếp đến nồng độ của mẫu.
5. Ứng dụng của máy quang kế ngọn lửa
- Máy quang kế ngọn lửa có thể được áp dụng cho cả phân tích định lượng và định tính các nguyên tố. Các bức xạ phát ra từ máy quang kế ngọn lửa là đặc trưng của kim loại cụ thể. Do đó, với sự trợ giúp của máy quang kế ngọn lửa, chúng ta có thể phát hiện sự hiện diện của bất kỳ nguyên tố cụ thể nào trong mẫu đã cho.
- Sự hiện diện của một số nguyên tố nhóm II rất quan trọng đối với sức khỏe của đất. Chúng ta có thể xác định sự hiện diện của nhiều kim loại kiềm và kiềm thổ trong mẫu đất bằng cách tiến hành thử nghiệm ngọn lửa và sau đó có thể cung cấp cho đất một loại phân bón cụ thể.
- Nồng độ ion Na+ và K+ rất quan trọng trong cơ thể con người để thực hiện nhiều chức năng trao đổi chất khác nhau. Nồng độ của chúng có thể được xác định bằng cách pha loãng và hút mẫu huyết thanh máu vào ngọn lửa.
- Nước giải khát, nước ép trái cây và đồ uống có cồn cũng có thể được phân tích bằng phương pháp quang kế ngọn lửa để xác định nồng độ của nhiều kim loại và nguyên tố khác nhau.
6. Ưu điểm của máy quang kế ngọn lửa
- Phương pháp phân tích rất đơn giản và tiết kiệm.
- Đây là phương pháp phân tích nhanh chóng, tiện lợi, có chọn lọc và nhạy cảm.
- Về bản chất, nó vừa mang tính định tính vừa mang tính định lượng.
- Ngay cả nồng độ kim loại rất thấp (phạm vi từ phần triệu/ppm đến phần tỷ/ppb) trong mẫu cũng có thể được xác định.
- Phương pháp này có tác dụng bù trừ bất kỳ vật liệu gây nhiễu bất ngờ nào có trong dung dịch mẫu.
- Phương pháp này có thể được sử dụng để ước tính các nguyên tố hiếm khi được phân tích.
7. Nhược điểm của máy đo quang ngọn lửa
- Mặc dù có nhiều ưu điểm, kỹ thuật phân tích này cũng có một số nhược điểm:
- Không thể đo được nồng độ chính xác của ion kim loại trong dung dịch.
- Nó không thể trực tiếp phát hiện và xác định sự hiện diện của khí trơ.
- Mặc dù kỹ thuật này đo tổng hàm lượng kim loại có trong mẫu nhưng không cung cấp thông tin về cấu trúc phân tử của kim loại có trong mẫu.
- Chỉ có thể sử dụng mẫu chất lỏng. Ngoài ra, việc chuẩn bị mẫu cũng trở nên dài dòng trong một số trường hợp.
- Quang trắc ngọn lửa không thể được sử dụng để xác định trực tiếp từng nguyên tử kim loại. Một số nguyên tử kim loại không thể được phân tích bằng phương pháp này. Các nguyên tố như carbon, hydro và halide không thể được phát hiện do bản chất không bức xạ của chúng.
8. Các thiết bị quang kế ngọn lửa đang có tại H2TECH
8.1 Máy quang kế ngọn lửa FP910
Máy quang kế ngọn lửa là bộ vi xử lý được điều khiển để phân tích nhanh, chính xác và phân tích chính xác Na, K, Ca, Ba và Li trong một lần hút. Hai mô hình có sẵn; FP910-4, cho phép phân tích 4 nguyên tố (Na, K, Ca, Li) và FP910-5 để phân tích 5 nguyên tố (Na, K, Ca, Li, Ba)
>>Xem chi tiết tại đây: https://thietbikhoahoch2tech.com/san-pham/quang-ke-ngon-lua-fp910-4/
Thông số kỹ thuật:
– Giới hạn phát hiện:
+ K: ≤ 0.004 mmol/L, ≤ 0.156 ppm (µg/ml)
+ Na: ≤ 0.008 mmol/L, ≤ 0.184 ppm (µg/ml)
+ Li: ≤ 0.015 mmol/L, ≤ 0.104 ppm (µg/ml)
+ Ca: ≤ 0.050 mmol/L, ≤ 2.00 ppm (µg/ml)
– Giới hạn định lượng:
+ K: ≤ 0.005 mmol/L
+ Na: ≤ 0.030 mmol/L
+ Li: ≤ 0.021 mmol/L
+ Ca: ≤ 0.075 mmol/L
– Phạm vi đo phân tích:
+ Thang cao: 0 ~ 5ppm
+ Thang trung bình: 0 ~ 30ppm
+ Thang thấp: 0 ~ 150ppm
– Thông số kỹ thuật chung:
+ Độ lặp lại: ≤ 2%
+ Độ phân dải: ≤ 3%
+ Thời gian đáp ứng: < 8 Giây
+ Dung tích mẫu lấy: < 6 ml/Phút.
+ Máy in: Máy in nhiệt tích hợp.
+ Đầu ra dữ liệu USB: Phần mềm thu thập dữ liệu tùy chọn của FPWin.
+ Hiển thị: Màn hình cảm ứng màu LCD 7 inch.
+ Ngôn ngữ: Anh, Thổ Nhĩ Kỳ, Bồ Đào Nha, Ba Lan, Nga
+ Đơn vị nồng độ: ug/ml, mg/100ml, mmol/l, meq/l.
+ Khí: LPG, khí đốt tự nhiên, propan butan.
+ Kích thước: 400 x 250 x 500 mm
+ Khối lượng: 8kg
– Thông số kỹ thuật máy nén khí:
+ Loại: Máy nén khí Pít tông đơn có bình chứa khí-Không dầu.
+ Công suất: 1/6 HP
+ Tốc độ: 1450-1700 rpm
+ Lưu lượng: 20-23 l/phút
+ Phạm vi áp suất điều chỉnh: 0 – 6 Bar
+ Bình khí: 3 lít.
8.2 Máy đo quang kế ngọn lửa KRUSS FP8700
Máy đo quang kế ngọn lửa KRUSS FP8700 là phiên bản tiêu chuẩn cho nhiều ứng dụng trong phòng thí nghiệm và cung cấp một hoạt động rất đơn giản kết hợp với độ chính xác rất cao và tính linh hoạt trong ứng dụng trong việc xác định nồng độ của các nguyên tố kiềm và kiềm thổ trong dung dịch nước.
>>Xem chi tiết tại đây: https://h2tech.com.vn/may-do-quang-ke-ngon-lua-kruss-fp8700
>>Xem video về máy đo quang kế ngọn lửa KRUSS FP8700
Công ty CP Thiết Bị Khoa học H2TECH – Là đơn vị cung cấp các thiết bị khoa học kỹ thuật hàng đầu tại Việt Nam. H2TECH là đối tác của nhiều trường học các viện nghiên cứu và các trung tâm thí nghiệm. Là một trong những nhà phân phối tại Việt Nam, với nhiều hãng nỗi tiếng khác nhau trên thế giới như PG Instruments, KRUSS, …. Nếu bạn đang có nhu cầu về các dòng Máy quang kế ngọn lửa hoặc thiết bị phòng thí nghiệm khác hãy liên hệ với H2TECH để được hỗ trợ cung cấp các thiết bị với mức giá hợp lý nhất.
CÔNG TY CP THIẾT BỊ KHOA HỌC H2TECH
Chuyên cung cấp các thiết bị phòng thí nghiệm – Thiết kế phòng lab
Chúng tôi hợp tác lâu dài dựa trên uy tín, chất lượng và hỗ trợ cho khách hàng một cách tốt nhất
Hotline: 0974.567.006
028.2228.3019
Email: thietbi@h2tech.com.vn
Website: https://h2tech.com.vn
https://thietbihoasinh.vn
https://thietbikhoahoch2tech.com