Quang trắc ngọn lửa là một loại quang phổ nguyên tử và được sử dụng trong phân tích hóa học để định lượng nồng độ các ion kim loại như natri, kali, liti, canxi, v.v.
Các loài (ion kim loại) được sử dụng trong quang phổ trong phép đo quang phổ ngọn lửa có dạng nguyên tử. Phổ phát xạ nguyên tử ngọn lửa (FAES) đã được Ủy ban Danh pháp quang phổ của Liên minh quốc tế về Hóa học thuần túy và ứng dụng (IUPAC) đề xuất. Các loài kim loại kiềm (Nhóm 1) và kim loại kiềm thổ (Nhóm II) bị phân ly do năng lượng nhiệt do nguồn ngọn lửa cung cấp. Một số nguyên tử được kích thích lên mức năng lượng cao hơn do sự kích thích nhiệt này, ở đó chúng không ổn định.
Sự hấp thụ ánh sáng gây ra sự kích thích electron có thể được đánh giá thông qua các kỹ thuật hấp thụ trực tiếp. Sau khi mất năng lượng tiếp theo, các nguyên tử bị kích thích chuyển sang trạng thái cơ bản năng lượng thấp và phát ra một số bức xạ có thể nhìn thấy trong vùng quang phổ khả kiến.
Các ion kim loại, được sử dụng trong quang phổ, ở dạng nguyên tử. Quang trắc ngọn lửa xác định nồng độ các ion kim loại dựa trên cường độ ánh sáng phát ra khi kim loại kiềm hoặc kim loại kiềm thổ được thêm vào ngọn lửa. Do đó, quang phổ phát xạ ngọn lửa dựa trên sự phát xạ ánh sáng đặc biệt của các nguyên tử của nhiều nguyên tố kim loại khi được cung cấp đủ năng lượng, chẳng hạn như năng lượng do ngọn lửa nóng cung cấp. Bước sóng được sử dụng để kiểm tra một nguyên tố được xác định bằng cách chọn một vạch có cường độ đủ để cung cấp độ nhạy chấp nhận được và không bị các vạch nhiễu khác ở hoặc gần bước sóng đã chọn.
1. Lịch sử của quang trắc ngọn lửa
Bowling Barnes, David Richardson, John Berry và Robert Hood đã thiết kế một thiết bị vào những năm 1980 để phát hiện nồng độ natri và kali thấp trong dung dịch. Thiết bị này được đặt tên là Máy quang phổ ngọn lửa. Nguyên lý của máy quang phổ ngọn lửa dựa trên việc đo cường độ ánh sáng phát ra khi đưa kim loại vào ngọn lửa. Bước sóng của màu sắc chỉ ra nguyên tố, và màu sắc của ngọn lửa chỉ ra lượng nguyên tố có trong mẫu. Trước đó, sự hiện diện của các nguyên tố kim loại trong các mẫu được hút vào ngọn lửa đã được phát hiện. Phổ phát xạ nguyên tử ngọn lửa phân tích hiện đại tức là Quang phổ ngọn lửa được Lundegardh sáng lập vào năm 1934.
2. Nguyên lý của quang trắc ngọn lửa
Nguyên lý quang trắc ngọn lửa dựa trên việc đo cường độ ánh sáng phát ra khi kim loại được đưa vào ngọn lửa. Màu sắc của bước sóng và cường độ của nó đều tiết lộ thông tin về các nguyên tố có trong mẫu đã cho và nồng độ tương đối của chúng.
Khi các hợp chất kim loại kiềm và kiềm thổ được đưa vào ngọn lửa, chúng phân hủy thành các nguyên tử. Các nguyên tử trung tính này nhận năng lượng từ năng lượng nhiệt và sau đó được kích thích lên mức năng lượng cao hơn. Tuy nhiên, chúng không ổn định ở mức năng lượng cao hơn.
Kết quả là, các nguyên tử này, vốn không ổn định ở mức độ lớn hơn, trở về trạng thái cơ bản. Khi các nguyên tử này trở về trạng thái cơ bản, chúng phát ra bức xạ có bước sóng cụ thể, chủ yếu trong phạm vi khả kiến.
Khi dung dịch chứa một lượng lớn kim loại được phun vào ngọn lửa, các sự kiện sau đây sẽ xảy ra liên tiếp:
Mẫu chất lỏng → Hình thành các giọt → Chất cặn mịn → Hình thành các nguyên tử trung hòa → Kích thích các nguyên tử bằng năng lượng nhiệt → Phát ra bức xạ có bước sóng cụ thể Bước sóng và cường độ của bức xạ phát ra được đo
Bước sóng của bức xạ phát ra được cho bởi phương trình sau:
Như chúng ta đã biết, E2 – E1 = hc / λ
Do đó, bước sóng λ= hc/ E2 -E1
Trong đó
h= Hằng số Plank
c = vận tốc ánh sáng
E2 = mức năng lượng ở trạng thái kích thích
E1 = mức năng lượng ở trạng thái cơ bản
Cường độ phát xạ tỉ lệ thuận với số nguyên tử trở về trạng thái cơ bản từ trạng thái kích thích từ các mức cao hơn. Lượng ánh sáng phát ra tỉ lệ thuận với nồng độ của mẫu đã cho.
Bước sóng của bức xạ phát ra là đặc trưng của các nguyên tố và được sử dụng để xác định các nguyên tố (Phân tích định tính). Có một bước sóng cụ thể cho mỗi kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ được thể hiện trong bảng dưới đây:
| Yếu tố | Bước sóng phát ra | Màu ngọn lửa |
| Liti | 670nm | Màu đỏ |
| Natri | 589nm | Màu vàng |
| Kali | 766nm | Màu tím |
| Canxi | 622nm | Màu cam |
| Bari | 554nm | Màu xanh |
3. Thiết bị quang kế ngọn lửa
Sơ đồ minh họa thiết bị quang kế ngọn lửa được đưa ra dưới đây:
Các cấu tạo chính của thiết bị đo quang ngọn lửa được đưa ra dưới đây:
3.1. Nguồn ngọn lửa
Đầu đốt đóng vai trò là nguồn ngọn lửa. Nó có thể được giữ ở dạng ổn định và nhiệt độ ổn định. Là chất oxy hóa, quang trắc ngọn lửa sử dụng một số nhiên liệu, chủ yếu là không khí, oxy hoặc nitơ oxit (N 2 O). Nhiệt độ của ngọn lửa bị ảnh hưởng bởi tỷ lệ nhiên liệu-oxy hóa.
3.2. Máy phun sương và buồng trộn
Nó giúp vận chuyển dung dịch đồng nhất của chất vào ngọn lửa ở tốc độ ổn định.
3.3. Hệ thống quang học (bộ lọc quang học) hoặc máy đơn sắc
Trong phép đo quang phổ ngọn lửa, cả bước sóng và cường độ bức xạ phát ra từ các nguyên tố đều phải được theo dõi. Do đó, cần sử dụng bộ lọc hoặc máy đơn sắc. Hệ thống quang học bao gồm ba phần: gương lồi, thấu kính và bộ lọc. Gương lồi hỗ trợ truyền và hội tụ ánh sáng phát ra từ các nguyên tử. Thấu kính lồi hỗ trợ hội tụ ánh sáng vào một điểm được gọi là khe. Phản xạ gương chảy qua khe và đến các bộ lọc. Điều này sẽ tách bước sóng cần đo khỏi bất kỳ phát xạ không mong muốn nào khác. Do đó, nó hoạt động như một bộ lọc màu loại giao thoa.
3.4. Máy dò
Chức năng chính của máy dò là phát hiện ánh sáng phát ra. Cường độ bức xạ phát ra từ ngọn lửa được đo bằng cách chuyển đổi ánh sáng phát ra thành tín hiệu điện.
3.5. Bộ khuếch đại
Bộ khuếch đại được sử dụng để khuếch đại tín hiệu từ máy dò và sau đó được đầu đọc thu được.
3.6. Thiết bị đọc
Máy này đọc dữ liệu định lượng và thông tin liên quan đến kim loại kiềm hoặc kiềm thổ.
4. Quy trình hoạt động của thiết bị quang kế ngọn lửa
4.1.Tách dung môi:
Ngọn lửa làm mất nước các hạt kim loại trong ngọn lửa, khiến dung môi bay hơi.
4.2. Quá trình bay hơi:
quá trình này liên quan đến quá trình bay hơi của các mẫu muối.
4.3. Nguyên tử hóa:
Quá trình các ion kim loại trong dung môi bị khử thành các nguyên tử kim loại nhờ nhiệt của ngọn lửa.
4.4. Quá trình kích thích:
Lực hút tĩnh điện giữa các electron và hạt nhân của nguyên tử hỗ trợ hấp thụ một lượng năng lượng cụ thể. Sau đó, các nguyên tử chuyển sang trạng thái năng lượng kích thích.
4.5. Quá trình phát xạ:
Do trạng thái năng lượng cao không bền vững nên các nguyên tử phát ra năng lượng dưới dạng bức xạ có bước sóng nhất định, được ghi lại bởi máy dò quang.
5. Những sự ảnh hưởng trong quang trắc ngọn lửa
Cường độ bức xạ không biểu thị chính xác nồng độ của mẫu vì các nguyên tố khác trong mẫu có thể ảnh hưởng đến nồng độ của nguyên tố cụ thể. Kết quả là, sự giao thoa phát triển. Sự giao thoa trong phép đo quang ngọn lửa được phân loại thành ba loại:
5.1. Sự giao thoa quang phổ
Hiện tượng này xảy ra khi các vạch phát xạ của hai nguyên tố không thể phân giải được hoặc khi nó xuất hiện từ nền của ngọn lửa. Chúng hoặc quá gần nhau, chồng lên nhau hoặc xảy ra do nồng độ muối cao trong mẫu.
5.2. Sự can thiệp của ion
Một số nguyên tử kim loại, chẳng hạn như natri, có thể bị ion hóa bởi ngọn lửa nhiệt độ cao. Ion Na+ có phổ phát xạ riêng với tần số khác với phổ nguyên tử của nguyên tử Na.
5.3. Sự can thiệp của hóa chất
Sự can thiệp hóa học là kết quả của phản ứng giữa các chất can thiệp khác nhau với chất phân tích.
5.4. Sự can thiệp giữa cation và anion:
Sự có mặt của một số anion trong dung dịch, chẳng hạn như oxalate, phosphate và sulfate, có thể thay đổi cường độ bức xạ phát ra từ một nguyên tố. Ví dụ, – ion canxi + phosphate tạo ra một hợp chất ổn định, Ca3(PO4)2, không dễ bị phân hủy, dẫn đến sự hình thành ít nguyên tử hơn.
5.5. Sự giao thoa cation-cation:
Những tương tác này không mang tính quang phổ hay ion; ví dụ, nhôm tương tác với canxi và magie.
6. Ưu điểm của quang trắc ngọn lửa
Sau đây là một số ưu điểm của phương pháp quang trắc ngọn lửa:
- Đây là một phân tích nhanh chóng, phù hợp và nhạy cảm;
- Đây là phương pháp phân tích đơn giản và ít tốn kém
- Nó được sử dụng trong phép đo định tính và định lượng các ion kim loại kiềm và kim loại đất.
- Nồng độ rất thấp của các ion kim loại trong mẫu được cung cấp cũng có thể được xác định.
7. Nhược điểm của quang trắc ngọn lửa
Một số hạn chế của phương pháp quang trắc ngọn lửa được thảo luận dưới đây:
- Nó chỉ có thể phân tích các mẫu chất lỏng và việc chuẩn bị mẫu có thể tốn nhiều thời gian trong một số trường hợp.
- Cần có dung dịch tham chiếu có nồng độ mol đã biết để xác định nồng độ ion tương ứng với quang phổ phát xạ.
- Không thích hợp để xác định trực tiếp kim loại.
- Phương pháp này không cung cấp thông tin về cấu trúc phân tử của ion kim loại có trong mẫu.
- Do có sự can thiệp nên phương pháp này không thể xác định chính xác nồng độ ion kim loại.
- Không thể xác định được nồng độ chính xác của ion kim loại trong dung dịch.
- Nó không thể phát hiện và xác định sự hiện diện của khí trơ trực tiếp,
- Việc thu được kết quả chính xác cho các ion có nồng độ lớn hơn là một thách thức.
- Do tính chất không bức xạ của chúng, một số nguyên tố, bao gồm carbon, hydro và halide, không thể được phát hiện.
8. Ứng dụng của quang trắc ngọn lửa
- Quang trắc ngọn lửa được sử dụng rộng rãi trong hóa học lâm sàng, thực phẩm và nông nghiệp, phân tích môi trường, công nghiệp dược phẩm, v.v.
- Một số ứng dụng chính của nó như sau: Nước giải khát, nước ép trái cây và đồ uống có cồn cũng được phân tích bằng phương pháp quang kế ngọn lửa để xác định nồng độ của nhiều kim loại và nguyên tố khác nhau.
- Nó giúp xác định lượng kim loại có trong mẫu huyết thanh, nước tiểu và các chất dịch cơ thể khác như natri, kali, canxi và lithium.
- Nó giúp ước tính lượng natri và kali trong cốc. Nó giúp đo lượng canxi và kali trong đất, vật liệu thực vật, thực phẩm và đồ uống.
- Nó giúp phát hiện sự hiện diện của bất kỳ nguyên tố cụ thể nào trong mẫu nhất định.
- Nồng độ các ion natri và kali có trong cơ thể con người có thể được xác định bằng cách pha loãng và hút các mẫu huyết thanh vào ngọn lửa.
9. Giới hạn của quang trắc ngọn lửa
Mặc dù có nhiều ứng dụng khác nhau, phương pháp quang trắc ngọn lửa vẫn có một số hạn chế, đó là:
- Sự thay đổi trong phát xạ ánh sáng do nhiệt độ ngọn lửa thay đổi.
- Nhiệt độ ngọn lửa phải được kiểm soát chính xác.
- Khó có thể loại bỏ được sự can thiệp từ các yếu tố khác.
- Kim loại nặng và kim loại chuyển tiếp có nhiều vạch hấp thụ và phát xạ, quang phổ của chúng phức tạp.
- Tính chọn lọc không đầy đủ.
- Sự thay đổi độ nhớt giữa các chuẩn và mẫu.
10. Sự khác biệt giữa quang phổ ngọn lửa (Phổ phát xạ ngọn lửa) và quang phổ hấp thụ nguyên tử
Sự khác biệt giữa quang phổ ngọn lửa và quang phổ hấp thụ nguyên tử như sau:
| Quang phổ ngọn lửa (Phổ phát xạ nguyên tử ngọn lửa) | Phổ hấp thụ nguyên tử |
| Nó liên quan đến hiện tượng phát xạ. | Nó liên quan đến hiện tượng hấp thụ. |
| Bức xạ phát ra từ các nguyên tử bị kích thích tỉ lệ thuận với nồng độ. | Bức xạ hấp thụ trong quá trình kích thích các nguyên tử tỉ lệ thuận với nồng độ. |
| Nó có độ nhiễu quang phổ lớn hơn. | Nó có ít nhiễu quang phổ hơn. |
| Nó chủ yếu được sử dụng để phân tích kim loại kiềm và kiềm thổ. | Nó được sử dụng để phân tích một số kim loại như Al, Ag, Cu, Hg, Cd, v.v. |
| Phương pháp này kém nhạy hơn phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử. | Phương pháp này nhạy hơn phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử ngọn lửa.
|
11.Ưu điểm của phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử so với phương pháp quang phổ ngọn lửa
- AAS có độ nhạy cao hơn.
- Có tính ứng dụng cao.
- Nó có hiệu ứng ngọn lửa nhỏ hơn.
- AAS ít bị ảnh hưởng bởi các cation khác.
12. Các thiết bị quang kế ngọn lửa đang có tại H2TECH
12.1 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.
12.2 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