Công nghệ & sản phẩm mới, Tin tức
Xác định khoáng chất, chất ô nhiễm trong nước và thực phẩm bằng máy XRF cầm tay
Có phải nước chảy ra từ vòi của bạn chỉ là H2O? Câu trả lời là không đơn giản; nước có thể chứa các vật liệu hòa tan mà mắt thường không thể nhìn thấy được. Máy huỳnh quang tia X cầm tay (pXRF), chẳng hạn như máy phân tích XRF cầm tay Vanta ™ của Olympus, có thể giúp xác định các khoáng chất và chất gây ô nhiễm tiềm ẩn trong nước uống của bạn.
Xác định Khoáng chất và Chất gây ô nhiễm trong Nước
Mặc dù chúng ta có thể nghĩ rằng nước uống của chúng ta chỉ là H2O, nhưng thường có các chất khác hòa tan trong ly nước của bạn. Một số khoáng chất có lợi cho chúng ta, chẳng hạn như florua, giúp ngăn ngừa sâu răng. Các khoáng chất phổ biến khác bao gồm canxi clorua (CaCl2), một hợp chất chứa chất điện phân, khi có trong nước, có thể giúp ngăn ngừa tình trạng mất nước. Canxi clorua, cùng với các clorua phổ biến khác như magiê, natri và clorua kali, có thể xâm nhập vào nước uống từ đá thông qua các quá trình địa chất. Biểu đồ bên dưới (Hình 1) cho thấy độ chính xác của máy phân tích XRF cầm tay Vanta trong việc đo lượng canxi hòa tan từ 1000 ppm xuống đến 20 ppm.
Tuy nhiên, nước cũng có thể chứa các chất độc hại tiềm tàng, bao gồm nitrat (NO3-), mangan (Mn), sắt (Fe) và bicacbonate (HCO3-), và một số chất khác. Các nguyên tố và hợp chất này có thể gây ra nhiều vấn đề về sức khỏe và cơ sở hạ tầng, bao gồm cả thiệt hại đối với đường ống và máy nước nóng, hình thành cặn và sự phát triển của vi khuẩn.
Các kỹ thuật phân tích nguyên tố, chẳng hạn như phân tích huỳnh quang tia X cầm tay (pXRF) được thực hiện bằng Vanta ™, có thể được sử dụng để xác định và định lượng một số vật liệu có hại này. Máy XRF cầm tay cũng có thể giúp xác định các kim loại nặng, một trong những nhóm chất gây ô nhiễm nước uống lớn nhất và có hại nhất.
Ô nhiễm kim loại nặng trong nước uống
Các kim loại nặng, thường bao gồm crom (Cr), niken (Ni), đồng (Cu), asen (As), cadmium (Cd), thủy ngân (Hg) và chì (Pb), có thể gây ra các vấn đề khác nhau khi có mặt trong nước uống. Những kim loại này có thể đi vào nước từ các hoạt động địa chất và con người, chẳng hạn như quá trình phong hóa tự nhiên của đá, nhà máy điện đốt than và hầm mỏ. Khi những kim loại này đi vào nước ngầm, chúng có thể làm cho nước có tính axit hoặc kiềm hơn. Do đó, nước có khả năng gây độc khi chúng ta uống và phá hủy đường ống dẫn nước và các cơ sở hạ tầng nước khác. Bằng cách thay đổi độ pH của nước, các kim loại này cũng có thể khuyến khích sự phát triển của nhiều loại vi khuẩn có hại khác nhau.
Các loại nước uống
May mắn thay, hầu hết các loại nước uống được đều đã trải qua một số quá trình lọc hoặc làm sạch khác. Chúng ta có nhiều loại nước uống khác nhau mà mọi người có thể dễ dàng tiếp cận:
- Nước máy hay nước từ vòi
- Nước cất
- Nước lọc
- Nước suối
- Nước tinh khiết
Thông thường, nước máy là loại dễ tiếp cận nhất phải trải qua một vài quy trình. Từ nước ngầm, một số hóa chất được thêm vào để loại bỏ chất bẩn và hầu hết các hạt hòa tan khác. Lấy phần nước trong để lọc và khử trùng bằng clo, có thêm flo ở một số vùng. Nước cất đã được đun sôi, tạo ra hơi nước hoặc hơi nước, sau đó ngưng tụ trở lại thành nước có thể uống được, loại bỏ hầu hết các chất bẩn. Nước lọc tương tự như nước máy, mặc dù một số nước lọc được xử lý bằng ozone để diệt vi khuẩn trước khi đóng chai với bước tinh lọc cuối cùng. Tương tự như nước lọc, nước suối cũng trải qua bước lọc mà nước máy thực hiện ngoài việc xử lý bằng ozone. Cuối cùng, nước tinh khiết bao gồm nhiều kỹ thuật lọc, chẳng hạn như thẩm thấu ngược, chưng cất và khử ion. Mỗi kỹ thuật loại bỏ và để lại một số vật liệu hòa tan và chất gây ô nhiễm. Sử dụng máy phân tích XRF cầm tay Vanta, chúng tôi có thể xác định những chất hòa tan nào chưa được loại bỏ khỏi các loại nước khác nhau này.
Phân tích nước bằng máy phân tích XRF cầm tay Vanta
Để cho bạn thấy cách hoạt động của máy XRF cầm tay, chúng tôi đã thử nghiệm năm loại nước đã đề cập trước đó cùng với một số loại nước mưa bằng máy phân tích Vanta, sau đó phân tích định lượng kết quả. Thử nghiệm kéo dài một phút, cho phép chúng tôi nhanh chóng xác định các chất gây ô nhiễm và khoáng chất trong nước (Hình 2).
| Mẫu | Phosphorous (P) | Sulfur (S) | Chlorine (CI) | Calcium (Ca) | Iron (Fe) | Zinc (Zn) |
| Nước cất | ||||||
| Nước tinh khiết | ||||||
| Nước suối | 14 ppm | 22 ppm | 256 ppm | 88 ppm | ||
| Nước lọc | 27 ppm | 220 ppm | ||||
| Nước máy | 17 ppm | 285 ppm | 55 ppm | 16 ppm | 1 ppm |
Hình 2. Phân tích năm loại nước cho thấy một loạt các vật liệu hòa tan bằng máy Vanta
Mặc dù tất cả các loại nước trông giống nhau khi kiểm tra bằng mắt, nhưng các mẫu chứa các chất hòa tan khác nhau. Nước trải qua nhiều bước thanh lọc, chẳng hạn như nước cất và nước tinh khiết, không có hàm lượng khoáng chất, muối hoặc kim loại hòa tan có thể phát hiện được. Nước gần nguồn hơn, chẳng hạn như nước suối và nước lọc, có chứa một số nguyên tố từ vật liệu hữu cơ, chẳng hạn như phốt pho và lưu huỳnh, cũng như muối từ các quá trình địa chất, chẳng hạn như canxi và clo. Nước máy, ngoài việc chứa các chất hữu cơ và muối này, còn có vết sắt và kẽm (và vẫn an toàn) từ một số đường ống dẫn nước. Lượng sắt này có thể được cơ thể bạn sử dụng như một khoáng chất cần thiết nhưng cũng có thể để lại vết ố đỏ, hoen rỉ trên các thiết bị nước trong nhà của bạn. May mắn thay, không có loại nước nào được thử nghiệm có bất kỳ lượng kim loại nặng nào có thể phát hiện được.
Ngoài việc tính toán nồng độ nguyên tố, máy phân tích XRF cầm tay Vanta ™ có thể tính toán nồng độ của các loại muối khác nhau. Sử dụng nước suối và nước máy của chúng tôi làm ví dụ, máy phân tích Vanta có thể xác định nồng độ canxi clorua ngay lập tức (Hình 3).
Xác định các chất ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải
Máy phân tích XRF cầm tay Vanta ™ cũng có thể xác định ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải hoặc nước được sử dụng cho mục đích công nghiệp và nông nghiệp. Trong khi một số kim loại nặng này có thể được máy phân tích Vanta phát hiện trực tiếp ở mức 1 ppm (1 mg / L) hoặc cao hơn, một số chất gây ô nhiễm tồn tại dưới mức đó. Những tiến bộ trong chuẩn bị mẫu, chẳng hạn như gói nhựa trao đổi ion rút ngắn thời gian (TIERS) [1], cho phép máy phân tích Vanta phát hiện kim loại nặng và nồng độ muối xuống đến mức phần tỷ (ppb) hoặc phần nhỏ của 1 mg / L. Kỹ thuật chuẩn bị mẫu đơn giản và rẻ tiền này có thể khuếch đại nồng độ trong nước lên 100 đến 1000 lần, cho phép giới hạn phát hiện tương đương so với các kỹ thuật đắt tiền hơn.
Sử dụng TIERS hoặc các loại nhựa trao đổi ion khác đã được chứng minh là hỗ trợ phát hiện xả thải bất hợp pháp trong các vùng nước công nghiệp và nông nghiệp [1], đánh giá ô nhiễm kim loại nặng trong đất nông nghiệp [2]và xác định các chất ô nhiễm trong các vùng nước lớn hơn[3]. Những kỹ thuật này đã dẫn đến sự phát triển của kỹ thuật dấu vân tay nước thải, cho phép các nhà nghiên cứu xác định nguồn gốc của các chất ô nhiễm hoặc chất gây ô nhiễm cụ thể. Khả năng đạt được giới hạn phát hiện ppb với máy XRF cầm tay làm cho nó trở thành một công cụ hữu ích để phân tích nước thải và xác định chất gây ô nhiễm.
Chất gây ô nhiễm trong thực phẩm và đồ uống
Nước không phải là thực phẩm hoặc đồ uống duy nhất có thể bị ô nhiễm kim loại nặng. Các mặt hàng thường được tiêu dùng khác, chẳng hạn như ngũ cốc và đường, cũng có thể bị nhiễm kim loại nặng. Ngoài việc xác định các mảnh kim loại trong thực phẩm, các kim loại vi lượng từ các hoạt động của con người và môi trường cũng có thể làm ô nhiễm thực phẩm. Kim loại, chẳng hạn như sắt và kẽm, có thể vô tình được thêm vào thực phẩm thông qua sự cố của thiết bị máy móc, chất ô nhiễm trong phân bón, và các kỹ thuật xay xát và chế biến khác nhau. Các chất ô nhiễm có thể được thêm vào đường thông qua nước bị ô nhiễm được sử dụng trong chế biến và chất ô nhiễm có trong đất trồng mía. Tương tự như thử nghiệm nước, chúng tôi đã kiểm tra bột mì, gạo và đường dành cho người tiêu dùng bằng máy XRF cầm tay Vanta và phân tích định lượng kết quả. Quá trình kiểm tra diễn ra trong một phút, nhanh chóng cung cấp cho chúng tôi biết sự ô nhiễm trong các nguồn cung cấp thức ăn thông thường này (Hình 4).
Mặc dù không có vật liệu hòa tan nào có thể nhìn thấy bằng mắt thường, nhưng chúng có mặt rõ ràng trong các loại thực phẩm này. Tất cả các nguyên tố được phát hiện đều xuất hiện tự nhiên trong các thực phẩm này, đến từ các khoáng chất, muối và chất dinh dưỡng có trong tự nhiên. Máy phân tích Vanta thậm chí có thể được sử dụng để kiểm tra các sản phẩm đa dạng hơn như bột protein hoặc cần sa.
Các kết quả phân tích nguyên tố này cho thấy rõ ràng sự ô nhiễm trong thực phẩm và đồ uống của người tiêu dùng, chứng tỏ hiệu suất phân tích của máy phân tích XRF cầm tay Vanta.
=>Liên hệ để biết thêm chi tiết về ứng dụng
Tài liệu tham khảo:
- Shih, P.K., Chiang, L.C., Lin, S.C., Chang, T.K. and Hsu, W.C., 2019. Application of Time-Lapse Ion Exchange Resin Sachets (TIERS) for Detecting Illegal Effluent Discharge in Mixed Industrial and Agricultural Areas, Taiwan. Sustainability, 11(11), p.3129.
- Huang, J.J.S., Lin, S.C., Löwemark, L., Liou, S.Y.H., Chang, Q., Chang, T.K., Wei, K.Y. and Croudace, I.W., 2019. Rapid assessment of heavy metal pollution using ion-exchange resin sachets and micro-XRF core-scanning. Scientific reports, 9(1), pp.1-6.
- Pan, S.Y., Syu, W.J., Chang, T.K. and Lee, C.H., 2020. A multiple model approach for evaluating the performance of time-lapse capsules in trapping heavy metals from water bodies. RSC Advances, 10(28), pp.16490-16501.
Nguồn dịch: https://www.olympus-ims.com/en/applications/identifying-minerals-and-contaminants-in-water-using-portable-xrf/
