- Trang Chủ
- Khoa học tự nhiên
- Luận văn: Tách, làm giầu, xác định lượng vết Pb và Cd trong một số đối tượng bằng kỹ thuật chiết pha rắn và phương pháp quang phổ
Xem mẫu
- Đại học quốc gia hà n ội
trường Đại học khoa học tự nhiên
Đàm thị thanh thủy
Tách, làm giầu, xác định lượng vết Pb và Cd trong
một số đối tượng bằng kỹ thuật chiết pha rắn và
phương pháp quang phổ
Luận văn thạc sĩ khoa học
Hà Nội - 2009
- Đại học quốc gia hà n ội
trường Đại học khoa học tự nhiên
Đàm thị thanh thủy
Tách, làm giầu, xác định lượng vết Pb và Cd trong
một số đối tượng bằng kỹ thuật chiết pha rắn và
phương pháp quang phổ
Luận văn thạc sĩ khoa học
Chuyên ngành : Hoá Phân tích
Mã số : 60 44 29
Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS Nguyễn xuân trung
Hà Nội - 2009
- Lời cảm ơn
Bằng tấm lòng trân trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn
thầy PGS.TS. Nguyễn Xuân Trung đã giao đề tài, hướng dẫn em tận tình, chu
đáo đầy tâm huyết trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn
này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo bộ môn Hoá phân tích,
cùng các thầ y, cô giáo khoa Hoá học Trường ĐHKHT N- ĐHQGHN đã tận
tình giúp đỡ, đ ộng viên và tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn
này.
Em xin cảm ơn Ban giám hiệu Trường Cao đẳng Công nghiệp Hoá
chất, các b ạn đồng nghiệp, người thân luôn cổ vũ, động viên giúp đ ỡ em
trong suốt quá trình họ c tập và thực hiện luận văn .
Hà Nội, ngày 18 tháng 11 năm 2009
H ọc viên: Đàm Thị Thanh Thuỷ
- Mục lục
Mở đầu ................................................................ .......................................... 1
C hương 1: Tổng quan .................................................................................. 2
1.1. Vai trò của nước sạch và tình trạng ô nhiễm nước .......................... 2
1.1.1. Các nguồn nước trên Trái đất ................................ ...................... 2
1.1.2. Vai trò của nước ......................................................................... 2
1.1.3. Sự phân bố nước ................................ .......................................... 3
1.1.4 Sự ô nhiễm nguồn nước ................................ ................................ 4
1.2. Giới thiệu chung về C adimi và Chì .................................................. 4
1.2.1. Tính chất lý, hóa của Cadimi và Chì ............................................. 5
1.2.2. Các hợp chất chính của Cadimi và Chì ......................................... 6
1.3. Các phương pháp xác định Cadimi và Chì………………………....9
1.3.1. Các phương pháp hoá học…………………………………….....10
1.3.2. Các phương pháp phân tích công cụ ........................................... 12
1.4. Một số ph ương pháp tách và làm giàu
lượng vết ion kim lo ại nặng ............................................................. 18
1.4.1. Phương pháp cộ ng kết ............................................................... 18
1.4.2. Phương pháp chiết lỏng- lỏng ................................ .................... 19
1.4.3. Phương pháp chiết pha rắn (SPE) ............................................... 20
C hương 2: Hóa chất và dụng cụ ................................................................ 26
2.1. Dụng cụ và máy móc ......................................................................... 26
2.2. Hóa chất sử dụng. .............................................................................. 26
2.3. Chuẩn bị cộ t chiết pha rắn ................................................................. 27
C hương 3: K ết quả thực nghiệm và thảo luận ................................ .......... 29
3.1. Khảo sát các điều kiện tối ưu của phép đo phổ F -AAS ................. 29
3.1.1. K hảo sát các điều kiện đo phổ..................................................... 29
3.1.2. Khảo sát các điều kiện nguyên tử hóa mẫu ................................. 30
3.1.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng khác ........................................... 32
1
- 3.1.4. Đ ánh giá chung về phương pháp phổ F-AAS .............................. 41
3.2. Khảo sát các điều kiện làm giàu và tách chiết bằng pha rắn XAD7
................................................................................................................. 49
3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH ........................................................ 50
3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của thể tích thuốc thử.................................. 52
3.2.3. Khảo sát tỷ lệ Cd 2+/Pb2+ trong hỗn hợp ...................................... 53
3.2.4. Khảo sát tốc độ nạp mẫu lên cột ................................................. 54
3.2.5. Khảo sát khả năng rửa giải ......................................................... 55
3.2.6. Khảo sát tốc độ rửa giải ................................ .............................. 57
3.2.7. ảnh hưởng của thể tích mẫu thử .................................................. 58
3.2.8. ảnh hưởng của một số ion đ ến khả năng hấp thu của Pb2+, Cd 2+ 59
3.3. Phân tích mẫu giả ............................................................................ 67
3.4. Phân tích mẫu thực................................................................ .......... 68
Kết luận....................................................................................................... 71
Tài liệu tham khả o ..................................................................................... 73
2
- Mở đầu
N ước là nguồn tài nguyên thiên nhiên quý giá, là yếu tố không thể thiếu
cho sự sống, ở đâu có nước ở đó có sự sống. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển
của sự sống, quá trình đ ô thị hóa, công nghiệp hóa, và thâm canh nông nghiệp
ngày càng phát triển đã có nhiều ảnh hưởng xấu đến nguồn tài nguyên này.
N hiều nơi, các nguồn nước bề m ặt, thậm chí cả nguồn nước ngầm đã bị ô
nhiễm nghiêm trọng, gây ảnh hưởng xấu tới chất lượng của nước, và ảnh
hưởng đến sức khỏ e của con người và độ ng vật, làm giảm năng suất và chất
lượng cây trồng. Một trong những chất có tác dụng gây ô nhiễm là các kim
loại nặng ( Pb, Cd, Hg, As…). Một số trong chúng khi có nồng độ vừa phải
thì không có ảnh hưởng xấu tới người và vật nuôi, thậm chí còn có tác d ụng
tốt. Tuy nhiên, khi nồng độ cao chúng lại trở thành những chất nhiễm đ ộc
mạnh gây ra một số tác động xấu cho người, vật nuôi và đ ặc biệt Pb, Cd là
mộ t trong những tác nhân gây bệnh ung thư.
Do vậy, xác định lượng vết các kim lo ại nặng là một trong những vấn
đề thời sự của hóa học phân tích, nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kinh kế,
khoa học kỹ thuật và bảo vệ môi trường.
H àm lượng Chì và Cadimi trong nước là rất nhỏ để p hân tích được thì
trước hết cần phải làm giàu.
V ì vậy, mục đích chính của đ ề tài này là tách, làm giàu, xác định lượng
vết Chì và Cadimi có trong nước ngầm bằng kỹ thuật chiết pha rắn và phương
pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật ngọn lửa (F-AAS).
1
- C hương 1: Tổng Quan
1 .1. Vai trò của nước sạch và tình trạng ô nhiễm nước
1.1.1. Các nguồn nước trên trái đất [3]
Trái đất có khoảng 361 triệu Km2 d iện tích các đại dương (chiếm71%
diện tích bề m ặt Trái đất). Trữ lượng tài nguyên nước có khoảng 1,5 tỉ Km3,
trong đó nước nội địa chỉ chiếm 91 triệu Km 3 (chiếm 6,1%), còn 93,9% là
nước biển và đại dương. Tài nguyên nước ngọt chiếm 28,25 triệu Km3 (chiếm
1,88% Thuỷ quyển), nhưng phần lớn lại ở dạng đóng băng ở hai cực Trái đất.
Lượng nước thực tế con người có thể sử dụng được là 4,2 triệu Km3 (chiếm
0,28% Thuỷ quyển).
1.1.2. Vai trò của nước [3]
N ước là dung môi tốt nhất trong tất cả các loại dung môi, phổ b iến nhất
trên Trái đất.
N ước không thể thiếu trong cuộc sống của con người, trong công
nghiệp, nông nghiệp, các ngành dược phẩm, thực phẩm,… đ ều cần đến một
khối lượng nước rất lớn. V ới những tính chất vố n có, nước thực sự là nguồn
nguyên liệu quý không thể thiếu được.
V ới diện tích chiếm 71% diện tích bề mặt Trái đ ất độ sâu trung bình
4km biển và đại dương, nước có tác dụng đ iều hoà nhiệt độ Trái đất. Trong
lòng đại dương có đến 40 nghìn loại cá sinh sống, tổng sản lượng hàng năm
hàng chục triệu tấn rong biển, những ngành thân mềm chứa Protit có giá trị và
các nguyên tố vi lượng đ ược sử dụng rộng rãi làm nguồn thực phẩm cho con
người. Vì vậy nước không những quan trọ ng đối với đ ời sống, công nghiệp
mà còn không thể thiếu đối với sự sống của mọi động vật và thực vật trên Trái
đất. Hiện nay con người đang tìm cách sử dụng một cách khoa học các nguồn
nước – một tài nguyên vô giá trên Trái đ ất, giữ cho chúng khỏ i bị nhiễm b ẩn,
nhất là ô nhiễm các loại hoá chất độc hại.
2
- 1.1.3. Sự phân bố n ước
1.1.3.1 Sự phân bố nước trên Thế g iới
Trái đất là m ột hành tinh nước. Tuy nhiên nhân loại vẫn đang đứng
trước nguy cơ thiếu nước ngọ t do tình trạng khai thác nước ngầm bừa bãi và
tình trạng ô nhiễm nước xảy ra nghiêm trọng.
Lượng nước trên Trái đ ất phân bố không đều, chẳng hạn ở sa mạc
lượng mưa trung bình là dưới 100 mm/năm, trong khi ở vùng nhiệt đới lượng
mưa có thể đạt tới 5.000 mm/năm. Vì vậy nhiều nơi thiếu nước, b ị hạn hán.
N gược lại có nhiều vùng thường xuyên b ị mưa gây ngập lụt.
Lượng nước ngọt con người sử dụng ban đầu thường có nguồn gốc từ
nước mưa. Nước ngọt dùng cho sinh hoạt chiếm 8%, cho công nghiệp chiếm
23% và cho hoạt động nông nghiệp là 63% [6].
Tiêu dùng nước ngọ t trên phạm vi toàn cầu đã tăng gấp 6 lần trong giai
đo ạn 1990- 1995, lớn gấp 2 lần tỉ lệ tăng dân số. Có khoảng 1/3 dân số trên
thế giới đang sống ở trong những vùng thiếu nước, nơi mà nhu cầu sử d ụng
nước cao hơn 10% nguồn nước có thể tái tạo được.
Trình trạng suy giảm nguồ n nước ngọt trên thế g iới cả về chất và lượng
đang là một vấn đề nổ i cộm về môi trường và sự phát triển trong thế kỉ tới,
khoảng 20% dân số thế giới sẽ không có nước sạch để uống, khoảng 50% dân
số không đủ điều kiện vệ sinh.
1.1.3.2 Tài nguyên nước ở Việt Nam
V iệt Nam là nước nhiệt đới gió mùa nên có tài nguyên nước dồi dào so
với các nước trên thế giới, lượng mưa trung bình tương đối cao, khoảng 2000
mm/năm gấp 2,6 lần lượng mưa trung bình của các vùng lục địa trên Thế giới.
H àng năm , lãnh thổ Việt Nam nhận thêm lưu lượng nước từ nam Trung
Q uốc và Lào với số lượng khoảng 550 km3. Dòng chảy trung bình Việt N am
gấp 3 lần dòng chảy trung bình trên Thế giới .
3
- N guồn tài nguyên nước của Việt Nam tương đối phong phú , nhưng
phân b ổ không đều và trải rộng rất phức tạp theo thời gian, nhất là các mạch
nước ngầm. Từ lâu, các mạch nước ngầm đã được khai thác bằng các phương
pháp khác nhau. Theo đánh giá của tác giả [9] tổng trữ lượng nước mạch
thiên nhiên trên toàn lãnh thổ khoảng xấp xỉ 15% tổng trữ lượng nước mặt.
1.1.4 Sự ô nhiễm nguồn nước
Sự ô nhiễm môi trường nước là sự thay đổi thành phần và tính chất của
nước gây ảnh hưởng tới ho ạt độ ng sống bình thường của con người, sinh vật,
đến sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, thuỷ sản.
N guồn gốc gây ô nhiễm nguồ n nước là do tự nhiên và nhân tạo:
- Sự ô nhiễm có nguồn gốc tự nhiên là do mưa, tuyết tan, lũ lụt, gió
bão,… hoặc do các sản phẩm hoạt động số ng của sinh vật, kể cả xác chết của
chúng.
- Sự ô nhiễm nhân tạo chủ yếu do nguồn nước thải từ các vùng dân cư,
khu công nghiệp, hoạt động giao thông vận tải, do sử dụng thuốc trừ sâu, diệt
cỏ và phân bón trong nông nghiệp.
1 .2 Giới thiệu chung về Cadimi và Chì [15]
Trong bảng hệ thố ng tuần hoàn các nguyên tố hoá học, nguyên tố
Cadimi (Cd) nằm ở ô số 48, thuộ c nhóm IIB, chu kỳ V . N guyên tử Cd có các
obitan d đ ã đ iền đủ 10 electron. Cấu hình electron của Cadimi (Z=48):
[Kr]4d 10 5s 2 .
N guyên tố Chì có số thứ tự 82, thuộc nhóm IVA, chu kỳ V I. Cấu hình
electron của Chì (Z = 82): [Xe]4f145d106s26p2.
Trong thiên nhiên, Cd tồn tại ở dạng bền vững là Cd(II). Trữ lượng của
Cadimi trong vỏ Trái đất là 7,6.10-6 % tổng số nguyên tử (tương ứng). Khoáng vật
chính của Cadimi là grenokit (CdS ), khoáng vật này hiếm khi tồn tại riêng mà
4
- thường ở lẫn với khoáng vật của Kẽm, và của Thuỷ ngân là xinaba hay thần sa
(HgS).
Chì trong tự nhiên chiếm khoảng 0,0016% khối lượng vỏ Trái đất, phân
bố trong 170 khoáng vật khác nhau nhưng quan trọng nhất là galena (PbS),
anglesite (PbSO4) và cerussite (PbCO 3), hàm lượng Chì trong các khoáng lần
lượt là 88%, 68% và 77%.
1.2.1. Tính chất lý, hóa của Cadimi và Chì
1.2.1.1. Tính chất vật lý
Cadimi là kim loại màu trắng bạc, m ềm, dễ kéo, dễ rèn. Chì kim loại có
mầu xám xanh, mềm, bề mặt Chì thường mờ đục do bị oxi hóa.
Bảng 1: M ột số hằng số vật lý quan trọng của Cadimi và Chì
Hằng số vật lý Cd Pb
Khố i lượng nguyên tử (đvC) 112,411 207,21
(0C)
Nhiệt độ nóng chảy 321 327,4
(0C)
Nhiệt độ sôi 767 1737
0 -3
Tỉ khối (25 C) (kg.m ) 8,36 11,34
0 -1 -1 6
4,84.106
Độ dẫn điện (25 C) (Ohm .m ) 1,3.10
o
Bán kính nguyên tử 1,56 1,74
( A)
1.2.1.2. Tính chất hoá học
Cadimi là nguyên tố tương đối hoạt động. Trong không khí ẩm, Cd b ền
ở nhiệt độ thường nhờ có màng oxit bảo vệ. Nhưng ở nhiệt độ cao, nó cháy
mãnh liệt với ngọn lửa màu sẫm:
Cd + O2to CdO
=
ở đ iều kiện thường, Chì bị oxi hóa b ởi oxi không khí tạo thành lớp oxit
bền, mỏng bao phủ b ên ngoài kim loại.
2Pb + O2 = 2PbO
5
- K hi ở nhiệt độ cao, chúng phản ứng được với các phi kim như Lưu
huỳnh, Halogen (X2)...
t
Pb + X 2 =o PbX 2
o
t
Cd + S = CdS
Cd tác dụng dễ dàng với axit không phải là chất oxi hoá, giải phóng khí
H iđro.
Cd + HCl = CdCl2 + H2
V ới dung dịch: Cd + 2H3O + + H2O = [Cd(H 2O)2]2+ + H2
Chì chỉ tương tác trên bề mặt với dung dịch H 2SO4 dưới 80% và HCl
loãng do bị b ao phủ b ởi lớp muối khó tan (PbCl2, PbSO 4). Nhưng nó tan được
trong dung dịch đặc hơn của các axit đó (do lớp muố i bao bọc tan ra) và trong
axit HNO3 tại mọ i nồng độ.
PbCl2 + 2HCl = H2[PbCl4]
PbSO 4 + H2SO4(đn) = Pb(HSO 4)2
3Pb + 8HNO3 = 3Pb(NO 3)2 + 2NO + 4H 2O
Chì còn có khả năng phản ứng với dung dịch kiềm (KOH, NaOH) đặc,
nóng giải phóng Hidro.
Pb + 2KOH + 2H2O = K2[Pb(OH)4] + H 2
1.2.2. Các hợp chất chính của Cadimi và Chì
1.2.2.1. Các oxit
Oxit quan trọ ng của Cadimi là CdO, nó có màu từ vàng đến nâu gần
như đen tuỳ thuộ c vào quá trình chế hoá nhiệt, nóng chảy ở 18130C, có thể
thăng hoa không phân huỷ khi đun nóng.
CdO không tan trong nước, tan trong axit và kiềm nóng chảy:
CdO + 2KOH (nc) = K2CdO2 + H 2O
(Kali cad imiat)
6
- CdO có thể điều chế bằng cách đốt cháy kim lo ại trong không khí hoặc
nhiệt phân hiđroxit hay các muối cacbonat, nitrat:
to
2Cd + O2 = 2CdO
o
t
Cd(OH)2 = CdO + H2O
Chì có hai oxit là PbO và PbO2, tương ứng với các số oxi hó a +2, +4.
PbO tan ít trong nước, khi nung nóng trong không khí bị oxi hóa thành
Pb3O 4.
PbO2 mầu nâu đen, khi nung nóng mất dần oxi chuyển thành các oxit
khác, đồng thời chuyển mầu dần sang vàng. PbO 2 là oxit lưỡng tính, không
tan trong nước, tan trong kiềm dễ hơn trong axit.
PbO2 + 2KOH + 2H2O = K2[Pb(OH)6]
PbO2 là mộ t trong những chất oxi hóa mạnh, nó có thể oxi hóa Mn(II)
thành Mn(VII) trong môi trường axit, oxi hóa Cr(III) lên Cr(VI) trong môi
trường kiềm, do vậy nó được dùng để làm ắcquy Chì.
1.2.2.2. Các hydroxit
H ydroxit của Cad imi Cd(OH)2 là kết tủa nhầy ít tan trong nước và có
màu trắng, tính lưỡng tính thể hiện không rõ ràng, tan trong dung dịch axit,
không tan trong dung dịch kiềm mà chỉ tan trong kiềm nóng chảy.
Tan trong dung dịch NH 3 tạo thành hợp chất phức
Cd(OH)2 + 4NH3 = [Cd(NH 3)4](OH)2
Pb(OH)2 thể hiện tính lưỡng tính, tan được trong cả axit và kiềm.
Cả hai hydroxit trên đều không tan trong nước, chúng dễ mất nước khi
nung nóng trở thành oxit.
Me(OH)2 to MeO + H2O
7
- Chì(IV) hydroxit kết tủa nhầy, mầu xám nâu, không tồn tại dạng
Pb(OH)4 mà ở dạng PbO2.xH2O với thành phần biến đổ i. Nó là hydroxit
lưỡng tính nhưng tính axit mạnh hơn tính bazơ.
1.2.2.3. Các muối đ ặc trưng
Các muối H alogenua (trừ Florua), nitrat, sunfat, peclorat và axetat của
Cd(II) đều dễ tan trong nước còn các muố i sunfua, cacbonat, hay
orthophotphat và muối bazơ đều ít tan.
Trong dung dịch nước các muối Cd 2+ bị thuỷ phân:
Cd2+ + 2H2O = Cd(OH)2 + 2H+
Cd2+ có khả năng tạo nhiều hợp chất phức, các phức thường gặp là:
[CdX4]2+ (X = Cl-, Br-,I- và CN-); [Cd(NH3)4]2+ ; [Cd(NH3)6]2+...
Các đihalogenua của Cd là chất ở dạng tinh thể màu trắng, có nhiệt độ
nóng chảy và nhiệt độ sôi khá cao.
Các muối Pb(II) thường là tinh thể có cấu trúc phức tạp, không tan
trong nước, trừ Pb(NO3)2, Pb(CH3COO)2, PbSiF6.
Các muối của Pb(II) như Pb(NO3)2, PbCl2… đều bền và độc với con
người và động vật.
1.2.2.4 Độc tính của Cd và Pb [19]
Cadimi là một nguyên tố rất đ ộc đối với môi trường sống cũng như đối
với con người. Đố i với các động, thực vật sống dưới nước, tính độc hại của
Cadimi ngang với độc tính của Ni và Cr(III)...và có phần kém độc hơn so với
H g(CH3)2 và Cu. Tất nhiên điều này còn phụ thuộ c vào từng loài, từng đ iều
kiện của sự ảnh hưởng của Cd. ở hàm lượng 0,02-1 mg/l Cd sẽ kìm hãm quá
trình quang hợp và phát triển của thực vật. Hàm lượng cho phép của Cd trong
nước là 1 g/l.
Đối với con người, Cd có thể xâm nhập vào cơ thể bằng nhiều cách
khác nhau, ví dụ như tiếp xúc với bụi Cd, ăn uống các nguồ n có sự ô nhiễm
8
- Cd...Cd thường được tích luỹ dần trong thận, gây triệu chứng độ c mãn tính.
N ếu đ ể lâu có thể gây mất chức năng thận và sự m ất cân bằng các thành phần
khoáng trong xương, phá huỷ x ương, gây thiếu máu, gây ung thư. Liều lượng
30 mg cũng đủ dẫn đ ến tử vong. Cũng có nhiều giả thiết cho rằng Cd có thể
thay thế Zn trong cơ thể làm giảm khả năng sản sinh tế b ào.
Các hợp chất của Chì đều độ c đố i với động vật. Mặc dù, Chì không gây
hại nhiều cho thực vật nhưng lượng Chì tích tụ trong cây trồng sẽ chuyển qua
độ ng vật qua đường tiêu hóa. Do vậy, Chì không được sử d ụng làm thuốc trừ
sâu. Chì kim lo ại và muối sunphua của nó được coi như không gây độc do
chúng không bị cơ thể hấp thụ. Tuy nhiên, các muối Chì tan trong nước như
PbCl2, Pb(NO3)2, Pb(CH3COO)2 rất độ c. Khi xâm nhập vào cơ thể động vật,
Chì gây rối loạn tổng hợp hemoglobin, giảm thời gian số ng của hồng cầu,
thay đổ i hình dạng tế bào, xơ vữa động mạch, làm con nguời bị ngu đần, mất
cảm giác... Khi bị ngộ đ ộc Chì sẽ có triệu chứng đau bụng, tiêu chảy, ăn
không ngon miệng, buồn nôn và co cơ.
D ưới đây là một vài số liệu được nêu từ tiêu chuẩn Việt Nam:
Bảng 2: Giới hạn cho phép các kim loại Cd và Pb
theo tiêu chuẩn Việt Nam[20]
Cd Pb
G iới hạn cho phép
A B A B
N ước cấp sinh hoạt 0,005(mg/l) 0,05(mg/l)
N ước bề m ặt 0,01(mg/l) 0,02(mg/l) 0,05(mg/l) 0,1(mg/l)
N ước ngầm 0,01(mg/l) 0,05(mg/l)
N ước thải công nghiệp 0,01(mg/l) 0,02(mg/l) 0,1(mg/l) 0,5(mg/l)
A: N ước mặt có thể dùng làm nước cấp sinh hoạt
B: Nước dùng cho các mục đích khác
1.3. Các phương pháp xác định Cadimi và Chì
9
- Hiện nay, có rất nhiều phương pháp khác nhau để x ác đ ịnh Cadimi và
Chì như phương pháp phân tích khối lượng, phân tích thể tích, điện hoá, phổ
phân tử UV-VIS, phổ phát xạ nguyên tử (AES), phổ hấp thụ nguyên tử ngọn
lửa và không ngọ n lửa (F-AAS, ETA-AAS)... Sau đây là mộ t số phương pháp
xác đ ịnh Cad imi và Chì.
10
- 1.3.1. Các phương pháp hoá học[1]
1.3.1.1. Phương pháp phân tích khố i lượng
Phương pháp phân tích khối lượng là phương pháp cổ điển, độ chính
xác có thể đạt tới 0,1%. Cơ sở của phương pháp là sự kết tủa định lượng của
chất phân tích với một thuốc thử thích hợp.
Cadimi thường được kết tủa dưới các dạng CdS, CdSO4, CdNH4PO4,
sau đó kết tủa được lọc, rửa, sấy (hoặc nung) đ em cân.
Chì thường được kết tủa dưới dạng PbSO4, sau đó đ ược sấy ở 700oC
đưa kết tủa về dạng cân (PbSO4) rồi đem cân xác định khối lượng.
Phương pháp này không đòi d ụng cụ đắt tiền nhưng quá trình phân tích
lâu, nhiều giai đo ạn phức tạp đặc biệt khi phân tích lượng vết các chất. Vì
vậy, phương pháp này không được dùng phổ biến trong thực tế để xác định
lượng vết các chất mà chỉ dùng trong phân tích hàm lượng lớn.
1.3.1.2. Phương pháp phân tích thể tích
Phân tích thể tích là phương pháp phân tích đ ịnh lượng dựa trên thể tích
dung dịch chuẩn (đã biết chính xác nồng độ) cần dùng đ ể phản ứng vừa đủ
với chất cần xác định có trong dung dịch phân tích. Đây là phương pháp hóa
họ c dùng đ ể xác định nhanh, đ ơn giản tuy nhiên không cho phép xác định
lượng vết các nguyên tố.
V ới Cadimi và Chì, ta có thể dùng các phép chuẩn độ như chuẩn độ
phức chất, chuẩn độ ôxi hoá- khử, với các chỉ thị khác nhau.
Ta có thể xác định Cadimi bằng EDTA ở môi trường pH=9-10 với chỉ
thị ETOO hoặc môi trường pH=6 với chỉ thị xylendacam. Khi đó chỉ thị
chuyển từ màu đỏ sang vàng:
H6F + Cd2+ H4FCd + 2H+
H 4FCd + H2Y2- CdY2- + H6F
11
- (đỏ) (vàng)
Đối với Chì, ta có thể chuẩn độ trực tiếp bằng EDTA hay chuẩn độ
ngược bằng Zn2+ hoặc chuẩn độ thay thế với ZnY2-, chỉ thị ETOO.
1.3.2. Các phương pháp phân tích công cụ
1.3.2.1. Các phương pháp đ iện hoá [1 6]
1.3.2.1.1. Phương pháp cực phổ
N guyên tắc: Người ta thay đ ổi liên tục và tuyến tính điện áp vào 2 cực
để khử các ion kim loại, do mỗi kim loại có thế khử khác nhau. Trong đó
người ta dùng điện cực Hg là điện cực làm việc và một đ iện cực có thế không
đổ i làm điện cực so sánh. Đường thu được là đường phụ thuộc cường độ dòng
vào thế áp vào gọi là đ ường Von-Ampe hay sóng cực phổ . Sóng này có dạng
bậc thang và d ựa vào chiều cao của sóng có thể định lượng đ ược ion kim loại
cần xác định trong dung dịch. Vì dòng giới hạn Igh ở các đ iều kiện xác định tỉ
lệ thuận với nồng độ ion trong dung dịch ghi cực phổ theo phương trình:
I = k.C
Phương pháp này có khá nhiều ưu điểm: Nó cho phép xác định cả chất
vô cơ và hữu cơ với nồng độ 10-5 - 10-6 M tuỳ thuộ c vào cường độ và độ lặp
lại của dòng d ư. Sai số của phương pháp thường là 2-3% với nồng độ 10-3 -
10 -4 M, là 5% với nồng độ 10-5 M (ở điều kiện nhiệt độ không đổi).
Tuy nhiên, phương pháp này cũng có những hạn chế như ảnh hưởng
của dòng tụ điện, dòng cực đ ại, của ôxi hòa tan, b ề mặt điện cực...
Đ ể loại trừ các ảnh hưởng và làm tăng độ nhạy thì hiện nay đã có các
phương pháp cực phổ hiện đại: cực phổ xung vi phân (DDP), cực phổ sóng
vuông (SQWP)... chúng cho phép xác định nhiều lượng vết các nguyên tố.
Các tác giả Từ Văn Mạc, Trần Thị Sáu đã sử dụng phương pháp cực phổ
xung vi phân xoay chiều để xác định lượng vết các kim loại Cd, Cu, Pb trong bia
ở khu vực Hà Nội cho độ nhạy cao tới 1ppb[14].
12
- 1.3.2.1.2. Phương pháp Von-Ampe hoà tan
V ề bản chất, phương pháp Von-Ampe hoà tan cũng giống như phương
pháp cực phổ là đ ều d ựa trên độ lớn của cường độ d òng đ ể xác định nồng độ
các chất trong dung dịch. Nguyên tắc gồm 2 b ước:
- Điện phân làm giàu chất cần phân tích lên trên bề m ặt điện cực làm
việc trong mộ t kho ảng thời gian và ở thế đ iện cực xác định.
- Hoà tan kết tủa đ ã được làm giàu bằng cách p hân cực ngược, đo và
ghi dòng hoà tan từ điện cực chỉ thị.
Các tác giả Lê Lan Anh, Vũ Đ ức Lợi…dùng phương pháp Von-Ampe
hoà tan trên đ iện cực màng Hg, giọt Hg treo đã xác dịnh hàm lượng Pb trong
tóc, trong nước tiểu của người nhằm chuẩn đoán lâm sàng[2].
1.3.2.2 . Các phương pháp quang phổ
1.3.2.2.1. Phương pháp phổ hấp thụ p hân tử (UV -VIS) [7]
ở điều kiện bình thường các phân tử, nhóm phân tử của các chất b ền
vững và nghèo năng lượng gọi là trạng thái cơ b ản. Khi có một chùm sáng với
năng lượng phù hợp chiếu vào thì các điện tử hoá trị trong các liên kết (, ,
n) sẽ hấp thụ năng lượng chùm sáng, chuyển nên trạng thái kích thích với
năng lượng cao hơn. Sự hấp thụ này là nguồn gốc sinh ra phổ hấp thụ.
N guyên tắc: phương pháp xác dịnh dựa trên việc đo độ hấp thụ ánh
sáng của dung dịch phức có mầu tạo bởi ion cần xác đ ịnh với m ột thuố c thử
vô cơ hay hữu cơ trong môi trường thích hợp khi chiếu bởi chùm sáng. Trong
khoảng nồng độ chất phân tích nhất định thì độ hấp thụ quang tỉ lệ thuận với
nồ ng đ ộ chất phân tích, đây là cơ sở để định lượng chất phân tích:
A = k.C
13
- Phương pháp này xác định nồng độ chất ở khoảng 10-7 M đến 10-5 M và
là phương pháp sử d ụng khá phổ b iến.
V í dụ: Xác định Cd và Pb bằng cách chuyển nó về dạng Cadimi-
dithizonat và Chì-dithizonat trong môi trường pH 5-6:
Cd2+ + 2H 2Dz (xanh) = Cd(HDz)2 (đỏ) + 2H+
Pb2+ + 2H2Dz (xanh) = Pb(HDz)2 (đỏ) + 2H+
Sau đó, chiết phức này vào dung môi hữu cơ CCl4 ho ặc CHCl3 rồi đ em
đo hấp thụ quang của nó tại = 515 nm đối phức của Cd và 510 nm đối phức
của Pb. Giới hạn của phương pháp này đối với Pb là 0,05 ppm, với Cd là
0,01ppm.
Phương pháp trắc quang đơn giản, tiện lợi, độ nhạy tương đối cao nên
được sử dụng phổ biến để x ác định các kim lo ại có hàm lượng nhỏ. Tuy
nhiên, nhược điểm của phương pháp này là không chọn lọc, một thuốc thử có
thể tạo phức với nhiều ion.
Bằng phương pháp trắc quang, các tác giả Trần Thúc Bình, Trần Tứ
H iếu, Phạm Luận đ ã xác định Cu, Ni, Mn, Zn... trong cùng m ột hỗn hợp theo
Phương pháp Vierod cải tiến bằng Pyridin-azo-naphtol(PAN) với sai số < 4%
ở những bước sóng khác nhau.[4]
1.3.2.2.2. Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử (AES) [10]
K hi ở điều kiện thường, nguyên tử không thu và phát năng lượng
nhưng nếu bị kích thích các đ iện tử hoá trị sẽ nhận năng lượng chuyển nên
trạng thái có năng lượng cao hơn. Trạng thái này không bền, chúng có xu
hướng giải phóng năng lượng để trở về trạng thái ban đ ầu b ền vững dưới dạng
các bức xạ. Chính bức xạ này gọi là phổ phát xạ nguyên tử.
Tác giả Phạm Luận đã ứng d ụng phương pháp này để đưa ra quy trình
xác định một số kim loại trong các mẫu nước ngọt với một số kết quả như
14
- sau: Giới hạn phát hiện của Na là 0,05ppm, K và Li là 0,5ppm và Pb là
0,1ppm.[11]
H iện nay, người ta dùng một số nguồn năng lượng để kích thích phổ
AES: ngọn lửa đ èn khí, hồ quang điện, tia lửa điện...đặc biệt nguồn kích thích
plasma cao tần cảm ứng (ICP), tia laze có độ nhạy cao cỡ ng/ml.
Lần đầu tiên, các tác giả Vũ Hoàng Minh, Nguyễn Tiến Lượng, Phạm
Luận, Trần Tứ Hiếu đã áp dụng thành công phương pháp phổ ICP-AES để
xác đ ịnh chính xác các nguyên tố đất hiếm trong mẫu đ ịa chất Việt Nam.[13]
N hìn chung phương pháp AES có độ nhạy khá cao, lại tốn ít mẫu, có
thể phân tích đ ồng thời nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu. Vì vậy đây là
phương pháp dùng để kiểm tra đánh giá hoá chất, nguyên liệu tinh khiết, phân
tích lượng vết ion kim loại độ c hại trong lương thực, thực phẩm. Tuy nhiên
phương pháp này chỉ cho biết hàm lượng tổ ng kim loại, còn không cho biết
trạng thái liên kết của nó trong mẫu, mặt khác độ chính xác phụ thuộc rất
nhiều vào độ chính xác dãy chuẩn nên sai số là không nhỏ.
1.3.2.2.3. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) [10]
* Sự xu ất hiện của phổ AAS:
ở điều kiện thường, nguyên tử không thu hay phát năng lượng và gọi là
trạng thái cơ bản (nghèo năng lượng, bền vững). Nhưng khi ở trạng thái hơi tự
do, nếu ta kích thích chúng bằng một năng lượng dưới dạng chùm tia sáng có
bước sóng xác định thì các nguyên tử đó sẽ hấp thụ bức xạ có bước sóng ứng
đúng với tia bức xạ mà chúng có thể phát ra trong quá trình phát xạ. Khi đó
nguyên tử chuyển lên trạng thái có năng lượng cao (trạng thái kích thích). Quá
trình mà các nguyên tử tự do ở trạng thái hơi hấp thụ những bức xạ đặc trưng tạo
ra phổ nguyên tử nguyên tố đó, phổ này được gọi là phổ hấp thụ nguyên tử AAS.
* Nguyên tắc:
15
nguon tai.lieu . vn