THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT - XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG NANO BẠC BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ
Pesticides - Determination of silver nanoparticle content by atomic absorption spectrometry method
Lời nói đầu
TCVN 13712:2023 do Viện Kỹ thuật nhiệt đới biên soạn, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.
THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT - XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG NANO BẠC BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ
Pesticides - Determination of silver nanoparticle content by atomic absorption spectrometry method
Tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác định hàm lượng nano bạc trong thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) dạng lỏng chứa nano bạc bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS).
Các tài liệu viện dẫn sau đây là rất cần thiết khi áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).
TCVN 4851:1989 (ISO 3696:1987), Nước dùng để phân tích trong phòng thí nghiệm - Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử.
Trong tiêu chuẩn sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau đây:
3.1
Hạt nano (Nanoparticle)
Hạt có kích thước mỗi chiều trong khoảng từ 1 nm đến 100 nm.
3.2
Phương pháp quét thế tuần hoàn [Cyclic Voltammetry (CV)]
Phương pháp điện hóa được thực hiện khi điện thế của điện cực làm việc được thay đổi tuần hoàn, phụ thuộc tốc độ quét thế và biến thiên điện thế-dòng (U-l) được ghi lại.
3.3
Phương pháp dòng - thời gian [Chronoamperometry (CA)]
Phương pháp điện hóa được thực hiện khi điện thế của điện cực làm việc được được giữ cố định và biến thiên dòng - thời gian (l-t) được ghi lại.
3.4
Tán xạ ánh sáng động [Dynamic Light Scattering (DLS)]
Phương pháp để xác định đường kính thủy động lực trung bình, và phân bố kích thước hạt.
3.5
Đường kính thủy động lực trung bình (Average hydrodynamic diameter)
Giá trị trung bình của sự phân bố kích thước hạt cơ bản.
3.6
Phân bố kích thước hạt
Tập hợp tỷ lệ phần trăm (%) các hạt theo kích thước (bao gồm cả chất bọc) trong dung dịch.
3.7
Thế Zeta
Sự chênh lệch điện thế trên lớp ion xung quanh hạt nano.
Mẫu thuốc BVTV dạng lỏng (mẫu đồng nhất, không bị kết tinh, lắng cặn) được pha loãng bằng nước và lọc qua màng lọc. Dịch lọc được xử lý loại bỏ ion bạc bằng phương pháp điện hóa. Nano bạc trong dung dịch còn lại được định lượng bằng phương pháp AAS.
Sơ đồ về quy trình xác định hàm lượng nano bạc trong thuốc BVTV bằng phương pháp AAS được nêu trong Phụ lục A.
Trong suốt quá trình phân tích, chỉ sử dụng các loại thuốc thử đạt chất lượng phân tích và chỉ sử dụng nước ít nhất là loại 2 quy định trong TCVN 4851:1999 (ISO 3696:1987), trừ khi có quy định khác.
5.1 Dung dịch bạc nitrat (AgNO3) chuẩn, 1 000 mg/L.
5.2 Axit nitric (HNO3), đậm đặc ≥ 65 %.
5.3 Dung dịch bạc nitrat (AgNO3), 10 mg/L
Dùng pipet 1ml (6.4) lấy chính xác 1,0 ml dung dịch bạc nitrat chuẩn 1 000 mg/L (5.1) cho vào bình định mức dung tích 100 ml (6.5), thêm nước đến vạch định mức, lắc đều.
Bảo quản dung dịch trong chai thủy tinh tối màu. Dung dịch được sử dụng trong ngày.
5.4 Dung dịch mẫu trắng
Dung dịch mẫu trắng chứa nước, axit nitric (5.2) với các lượng tương ứng với các nồng độ trong dung dịch đo.
Sử dụng các thiết bị, dụng cụ thông thường của phòng thử nghiệm và cụ thể như sau:
6.1 Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử, được gắn các đèn catot rỗng tương ứng với kim loại thích hợp và có bộ phận phun khí với ngọn lửa axetylen - không khí.
Điều chỉnh tất cả các thông số của thiết bị theo hướng dẫn của nhà sản xuất.
6.2 Máy điện hóa potentiostat
Thiết bị dùng để thực hiện các phép đo điện hóa theo phương pháp CV và CA. Khoảng điện thế làm việc tối thiểu của máy trong khoảng từ -1 V đến +1 V, ghi nhận dòng ở dải đo nA, sử dụng bình đo điện hóa 3 điện cực:
Điện cực đối, sử dụng điện cực platin (Pt) có diện tích làm việc 3 cm2.
Điện cực so sánh, sử dụng điện cực Ag/AgCl/KCl (E= +0,197 V so với điện cực hydro tiêu chuẩn).
Điện cực làm việc, sử dụng điện cực platin (Pt) có diện tích làm việc 1 cm2.
6.3 Máy phân tích phân bố kích thước hạt nano và thế Zeta
Máy đo phân bố kích thước hạt thông qua sự phát hiện các ánh sáng tán xạ gây ra bởi các hạt nano trong mẫu theo nguyên lý tán xạ ánh sáng động. Máy cũng được sử dụng để đo điện thế Zeta.
Phân tích thế Zeta: trong khoảng từ -500 mV đến +500 mV.
Phân tích cỡ hạt: trong khoảng từ 0,3 nm đến 10 µm.
6.4 Pipet, dung tích 1; 2; 5; 10 mL; có độ chính xác 0,1 mL.
6.5 Bình định mức, dung tích 10; 25; 50; 100; 250; 500 và 1 000 mL.
6.6 Màng lọc, polyamide, cỡ lỗ 220 nm.
6.7 Máy lắc
7.1 Lấy mẫu
Việc lấy mẫu không quy định trong tiêu chuẩn này, nên lấy mẫu theo TCVN 12017:2017.
Mẫu gửi đến phòng thử nghiệm phải là mẫu đại diện. Mẫu không bị hư hỏng hoặc biến đổi trong suốt quá trình vận chuyển hoặc bảo quản.
7.2 Chuẩn bị mẫu
7.2.1 Lọc mẫu qua màng lọc (6.6).
7.2.2 Chuẩn bị mẫu đo trên máy quang phổ hấp thụ nguyên tử
Lấy chính xác một lượng dung dịch (7.2.1) cho vào bình định mức dung tích 100 mL (6.5). Thêm một lượng HNO3 (5.2). Lắc đều khoảng 5 phút đến 10 phút trên máy lắc cho đến khi dung dịch đổi màu từ vàng/nâu sang không màu. Thêm nước đến vạch định mức. Ghi lại hệ số pha loãng (f0).
VÍ DỤ: Với mẫu có nồng độ nano bạc 1 000 mg/L: Lấy chính xác 0,5 ml mẫu đã lọc qua màng màng lọc (6.6) vào bình định mức dung tích 100 ml (6.5). Thêm 2 ml HNO3 (5.2). Lắc đều khoảng 5 phút đến 10 phút trên máy lắc (6.7) cho đến khi dung dịch đổi từ màu vàng sang không màu. Thêm nước đến vạch định mức.
7.2.3 Chuẩn bị mẫu để thực hiện khử trên máy điện hóa potentiostat
Lấy chính xác 10 mL dung dịch thu được ở (7.2.1) vào bình định mức dung tích 100 ml (6.5). Pha loãng dung dịch về nồng độ 100 mg/L (theo mức công bố) bằng nước. Thể tích dung dịch thực hiện quá trình khử là 50 ml. Ghi lại hệ số pha loãng (f1). Thời gian khử được xác định theo 8.4.2.
VÍ DỤ: Với mẫu nồng độ nano bạc 1 000 mg/L (theo mức công bố): Lấy chính xác 10 ml mẫu đã lọc qua màng lọc (6.6) vào bình định mức dung tích 100 ml (6.5). Bổ sung nước đến vạch định mức.
7.2.4 Chuẩn bị mẫu đo trên máy phân tích phân bố kích thước hạt và thế Zeta
Lấy chính xác 1 mL dung dịch thu được ở (7.2.1) vào bình định mức dung tích 100 mL (6.5). Pha loãng về nồng độ 10 mg/L (theo mức công bố) bằng nước.
8.1.1 Kiểm tra và cài đặt các điều kiện đo trên máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (6.1) theo hướng dẫn của nhà sản xuất.
8.1.2 Dùng pipet lấy lần lượt 1,25; 2,5; 5; 10; 15 và 20 mL dung dịch AgNO3 (5.3) vào các bình định mức dung tích 25 mL (6.5). Bổ sung vào mỗi bình 0,5 mL axit HNO3 (5.2). Pha loãng bằng nước đến vạch định mức để thu được nồng độ thu được tương ứng là 0,5; 1; 2; 4; 6 và 8 mg/L. Bảo quản dung dịch trong bình thủy tinh tối màu, tránh nhiệt độ cao và ánh sáng trực tiếp, sử dụng dung dịch trong ngày.
8.1.3 Dựng đường chuẩn từ độ hấp thụ xác định được và nồng độ tương ứng của các dung dịch trong (8.1.2) tại bước sóng 328,1 nm.
8.2 Xác định phân bố kích thước hạt và thế Zeta
8.2.1 Kiểm tra và cài đặt các điều kiện làm việc của thiết bị theo hướng dẫn của nhà sản xuất.
8.2.2 Tiến hành đo kích thước hạt trung bình, phân bố kích thước hạt của dung dịch (7.2.4).
8.2.3 Tiến hành đo thế Zeta của dung dịch (7.2.4).
8.3 Định tính sự có mặt của ion bạc bằng phương pháp CV
8.3.1 Lấy mẫu đã pha loãng trong 7.2.3.
8.3.2 Lắp các điện cực vào máy điện hóa Potentiostat (6.2).
8.3.3 Cài đặt chương trình CV trên máy điện hóa Potentiostat (6.2):
- Dải quét đi từ -1,0 V đến 0,0 V so với điện cực so sánh.
- Tốc độ quét: 20 mV/s.
CHÚ THÍCH: Thông thường, pic khử sẽ xuất hiện rõ sau 1 đến 3 chu kỳ quét.
VÍ DỤ: Đồ thị CV xác định pic khử của ion bạc.
Trong đó:
Ewe là điện thế làm việc so với điện cực so sánh Ag/AgCl/KCl;
I là cường độ dòng điện ghi nhận tại điện thế Ewe.
8.3.4 Ghi lại giá trị thế khử.
8.4 Loại bỏ ion bạc ra khỏi thuốc BVTV
8.4.1 Xác định hàm lượng bạc tổng số
Lấy 10 mL dung dịch đã chuẩn bị (7.2.2) cho vào bình định mức dung tích 10 ml (6.5). Tiến hành đo và xác định hệ số hấp thụ của dung dịch bằng phương AAS tại bước sóng 328,1 nm. Thay hệ số vào đường chuẩn đã xác định được ở 8.1.3 để xác định hàm lượng bạc (a).
Hàm lượng bạc tổng số, Agtotal, tính bằng miligam trên lít (mg/L), được tính theo Công thức (1):
Agtotal= a x ƒ0
Trong đó
a là hàm lượng bạc xác định được bằng AAS ở (8.4.1), tính bằng miligam trên lit (mg/L);
f0 là hệ số pha loãng (7.2.2).
8.4.2 Xác định thời gian khử
Thời gian khử được tính theo phương trình Faraday.
Giả sử tất cả hàm lượng bạc trong thuốc bảo vệ thực vật tồn tại ở dạng ion bạc, thời gian khử lý thuyết, t, tính bằng giây (s) được tính theo Công thức (2):
t | = | m x n x F | (2) |
A x I |
Trong đó:
m là hàm lượng bạc tổng số, được tính theo Công thức (3), tính bằng gam (g);
I là cường độ dòng điện (A);
F là hằng số Faraday (~ 96500 C.mol-1);
A=108;
n=1.
VÍ DỤ: Mẫu có hàm lượng bạc tổng số là 500 mg/L, pha loãng về hàm lượng 100 mg/L, thể tích dung dịch khử là 50 mL. Khử ion bạc với cường độ dòng điện là 3,5 mA.
Hàm lượng bạc trong mẫu: m = | 100 | x | 50 | = 0,005 g | (3) |
1000 | 1000 |
Thời gian khử: t = | 0.005 x 1 x 96500 | = 1276,46 s (21,27 phút) | (4) |
108 x 0.0035 |
Khử ion Ag+ → Ag° bằng phương pháp CA.
Giá trị cường độ dòng điện được đặt trong khoảng từ 3,5 mA đến 5 mA, thời gian áp dòng được xác định theo phương trình Faraday.
Thời gian khử thực tế có thể kéo dài hơn so với thời gian tính lý thuyết do ảnh hưởng của các thành phần trong thuốc BVTV.
8.4.3 Kiểm tra sự thay đổi hàm lượng ion bạc trong dung dịch trong quá trình khử bằng phương pháp quét thể tuần hoàn (CV). Khi pic khử trên đồ thị CV không xuất hiện trong khoảng thế từ -1,0 V đến 0,0 V thì coi như phản ứng khử ion Ag+→ Ag0 đã kết thúc. Nếu pic khử vẫn còn thì tiếp tục tiến hành quá trình khử.
8.4.4 Loại bỏ các hạt bạc kết tủa trong dung dịch sau quá trình khử bằng màng lọc (6.6).
8.5 Định lượng hàm lượng nano bạc trong thuốc BVTV
8.5.1 Dùng pipet lấy chính xác 1 lượng dung dịch (8.4.4) cho vào bình định mức dung tích 25 ml (6.5) và thêm 2 ml axit HNO3 (5.2). Lắc đều khoảng 5 phút đến 10 phút bằng máy lắc cho đến khi dung dịch chuyển từ vàng hoặc nâu sang không màu. Thêm nước đến vạch định mức. Ghi lại hệ số pha loãng (f2).
8.5.2 Tiến hành đo và xác định hệ số hấp thụ của dung dịch bằng phương pháp AAS tại bước sóng328,1 nm. Thay hệ số hấp thụ vào đường chuẩn đã xác định được ở 8.1.3 để xác định hàm lượng nano bạc (b).
Hàm lượng nano bạc, tính bằng miligam trên lit (mg/L),được tính theo công thức (5):
AgNPs = b x ƒ1 x ƒ2 | (5) |
Trong đó
b | là hàm lượng nano bạc xác định được ở 8.5.2, tính bằng miligam trên lít (mg/L); |
f1 | là hệ số pha loãng (7.2.3); |
f2 | là hệ số pha loãng (8.5.1). |
Tiến hành ba phép xác định song song, kết quả cuối cùng là trung bình cộng của ba lần xác định. Sai số cho phép đối với mỗi lần đo riêng lẻ không được quá 10 % so với giá trị trung bình.
Báo cáo thử nghiệm phải ít nhất bao gồm các thông tin sau:
a) Phương pháp thử đã sử dụng, viện dẫn tiêu chuẩn này;
b) Mọi thông tin cần thiết về nhận biết đầy đủ về mẫu thử;
c) Phương pháp lấy mẫu đã sử dụng, nếu biết;
d) Kết quả thử nghiệm thu được, với các giá trị riêng và các giá trị trung bình;
e) Phân bố kích thước hạt và thế Zeta của mẫu, với các giá trị riêng và các giá trị trung bình.
f) Ngày tiến hành thử nghiệm;
g) Mọi chi tiết thao tác không quy định trong tiêu chuẩn này, hoặc được coi là tùy chọn, cùng với mọi tình huống bất thường có thể ảnh hưởng đến kết quả;
Sơ đồ về quy trình xác định hàm lượng nano bạc trong thuốc BVTV bằng phương pháp AAS
Thư mục tài liệu tham khảo
[1] ISO/TS 20660 - 2019(E), Nanotechnologies - Antibacterial silver nanoparticles - Specitication of characteristics and measurement method
[2]ISO 22412:2017: Particle size analysis- Dynamic light scattering (DLS)
[3]TCVN 12017:2017, Thuốc bảo vệ thực vật - Lấy mẫu