Thủy ngân là một nguyên tố độc, gây hại cho môi trường và con người dù ở mức độ rất nhỏ. Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ (U.S. EPA ) và các tổ chức chính phủ trên khắp thế giới yêu cầu cần kiểm soát mức độ thủy ngân trong nước không được quá 2 phần tỉ (ppb) (theo quy định của U.S. EPA).
Máy phân tích thủy ngân được dùng để phát hiện mức độ thủy ngân trong các mẫu rắn, lỏng hoặc khí để đảm bảo an toàn đối với con người và môi trường. Phân tích thủy ngân có thể được thực hiện theo từng mẫu trong phòng thí nghiệm hoặc dùng trong quan trắc liên tục như kiểm tra mức độ thủy ngân trong nước sông hay trong không khí ở khu công nghiệp.
Bài viết này tập trung vào các máy phân tích thủy ngân dùng trong phòng thí nghiệm phân tích các mẫu rắn và lỏng mặc dù công nghệ định lượng thủy ngân mô tả trong bài viết này cũng có thể được áp dụng trong quan trắc liên tục.
(nguồn: http://www.mercury-instrumentsusa.com)
Có nhiều phương pháp để tách thủy ngân ra khỏi nền mẫu (hóa hơi lạnh – CV), phân hủy nhiệt và phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử nguồn plasma cảm ứng cao tần – ICP và định lượng hàm lượng thủy ngân. Tất cả các phương pháp này đều dựa trên việc chuyển thủy ngân nguyên tố thành dạng hơi.
Hơi thủy ngân nguyên tố tồn tại được ở nhiệt độ phòng và có thể được đo bằng một số phương pháp quang phổ như quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), quang phổ huỳnh quang nguyên tử (AFS), quang phổ phát xạ nguyên tử (AES) hoặc khối phổ (MS).
Các phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử hóa hơi lạnh CVAAS và CVAFS
Các phương pháp hóa hơi lạnh phù hợp với các mẫu lỏng. Nếu cần phân tích mẫu rắn bằng phương pháp hóa hơi lạnh thì trước hết phải xử lý mẫu và chuyển về dạng dung dịch.
Bước đầu tiên là quá trình khử, đưa thủy ngân trong mẫu lỏng về dạng nguyên tố bằng chất khử hóa học, thường là SnCl2. Mẫu lỏng và chất khử được bơm vào bộ phận tách lỏng – khí, tại đây khí được sục vào hỗn hợp lỏng để giải phóng hơi thủy ngân. Mỗi lần phân tích thường mất 1-3 phút.
Lượng hơi thủy ngân được định lượng bằng cách sử dụng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử hoặc huỳnh quang nguyên tử. Phương pháp CVAAS và CVAFS có giới hạn phát hiện tương ứng là 1ppt và 0,1 ppt.
Trong phương pháp CVAFS, bước tạo hỗn hống vàng có thể được thêm vào để làm giàu thủy ngân trước khi đo. Bước này giúp tăng giới hạn phát hiện lên 0.5 ppt.
(nguồn: http://www.queensu.ca)
Trên đây là sơ đồ phương pháp phân tích thủy ngân kết hợp giữa CVAAS và gia nhiệt trực tiếp trong máy Milestone DMA-80)
Phương pháp phân tích trực tiếp bằng phân hủy nhiệt
Phương pháp này được sử dụng đối với cả các mẫu lỏng và rắn nhưng đặc biệt lý tưởng cho các mẫu rắn vì phương pháp này không cần phải xử lý mẫu trước khi phân tích.
Ngoài ra, phương pháp phân hủy nhiệt cũng không cần đến các chất khử và do vậy giảm được các chất thải độc hại cũng như khả năng nhiễm bẩn mẫu.
Phân hủy nhiệt phù hợp với lượng mẫu nhỏ, thường ít hơn 1 gam. Buồng đốt chứa đầy ôxy và mẫu được cấp nhiệt, đầu tiên là để làm khô mẫu và sau đó để đốt mẫu. Các khí giải phóng ra được đưa ra khỏi buồng đốt và đi qua một cái bẫy tạo hỗn hống vàng để tách thủy ngân nguyên tử. Bẫy này chứa đầy ôxy để loại bỏ hoàn toàn các sản phẩm phân hủy khác. Bẫy hỗn hống được cấp nhiệt để giải phóng thủy ngân, sau đó được định lượng bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử.
Các phương pháp sử dụng nguồn plasma cảm ứng cao tần (ICP)
Các phương pháp sử dụng nguồn plasma cảm ứng cao tần cấp nhiệt cho mẫu trong môi trường ngọn lửa plasma của khí argon. Sự kích thích nhiệt làm giải phóng các nguyên tử và ion để chúng có thể được đo bằng phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử hoặc phương pháp khối phổ.
Nhiệt độ của ngọn lửa plasma trong khoảng 6000–10.000K. Giới hạn phát hiện thủy ngân khi sử dụng phương pháp ICP-AES khá cao (1–10 ppb), nhưng với phương pháp ICP-MS thì giới hạn phát hiện có thể đạt tới mức1ppt.
Tạo hỗn hống vàng
Tạo hỗn hống vàng là một phương pháp làm giàu thủy ngân trước khi phân tích để giảm thiểu nhiễu nền. Phương pháp này thường được sử dụng để định lượng thủy ngân với hàm lượng cực thấp và thường được sử dụng kết hợp với phương pháp CVAFS hoặc phân hủy nhiệt.
Lựa chọn kỹ thuật phân tích thủy ngân phù hợp
Một số vấn đề cần xem xét khi lựa chọn phương pháp phân tích phù hợp:
- Bạn có phải tuân theo một quy trình theo quy định nào không? Hầu hết các hướng dẫn theo quy định nêu ra phương pháp cần sử dụng.
- Nền mẫu là rắn hay lỏng? Đối với mẫu lỏng thì phương pháp hóa hơi lạnh sẽ phù hợp hơn còn đối với mẫu rắn thì cần xem xét tính hiệu quả về mặt thời gian và các yêu cầu xử lý mẫu trước khi phân tích để quyết định xem có nên sử dụng phương pháp hóa hơi lạnh kèm theo việc xử lý mẫu trước khi phân tích hay phân tích trực tiếp bằng phân hủy nhiệt.
- Cần giới hạn phát hiện ở mức độ nào? Hãy xem Bảng 1 để so sánh các giới hạn phát hiện đối với các phương pháp phân tích khác nhau.
- Tốc độ phân tích và công suất cần đạt được là bao nhiêu? Các phương pháp hóa hơi lạnh nhanh hơn phương pháp phân hủy nhiệt nhưng lại cần phải xử lý mẫu trước khi phân tích.
- Bạn cần phân tích các dạng khác nhau của thủy ngân hay các nguyên tố khác? Cần nhớ rằng một số máy phân tích định lượng các kim loại khác hoặc các dạng khác nhau của thủy ngân. Phương pháp ICP-MS có thể phân tích các nguyên tố từ liti đến urani. Các máy phân tích thủy ngân rất đắt nên trước khi mua máy, bạn cần xem xét xem sau này có sử dụng máy đó để phân tích các nguyên tố khác hay không.
Giới hạn phát hiện và dải đo khả dụng
Giới hạn phát hiện và dải đo khả dụng của các máy phân tích Hydra do Teledyne Leeman Labs cung cấp (xem Bảng 1).
Bảng 1 – Giới hạn phát hiện và dải đo khả dụng trong các phương pháp phân tích khác nhau
| Phương pháp | Giới hạn phát hiện | Dải đo khả dụng |
| CVAAS | 1 ppt | 1 ppt – 1ppm |
| CVAFS | 0.1 ppt | 0.1 ppt – 250 ppb |
| CVAFS kết hợp với tạo hỗn hống vàng | 0.05 ppt | <0.05 ppt – 250 ppb |
| Phân hủy nhiệt | 0.001 ng | 0.001 ng – 1500 ng; <25.000 ng và có thể mở rộng dải đo |
| ICP-AES | 1 ppb | 106 lần giới hạn phát hiện |
| ICP-MS | 1 ppt | 108 lần giới hạn phát hiện |
Tốc độ phân tích và công suất phân tích mẫu
Các phương pháp CVAAS và CVAFS thường có thời gian phân tích ngắn từ 1-3 phút, phương pháp phân hủy nhiệt mất 5-8 phút. Tuy nhiên, khi xử lý mẫu rắn, phương pháp phân hủy nhiệt có thể nhanh hơn vì trong các phương pháp CVAAS và CVAFS thì cần phải xử lý mẫu trước khi phân tích.
(nguồn: http://www.labcompare.com)
