nghiên cứu xác định dạng crôm trong nước và trầm tích bằng các phương pháp hóa lý hiện đại
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn I HC THI NGUYấN TRNG I HC S PHM ===***=== NGễ TH TRANG Nghiên cứu xác định dạng crôm trong n-ớc và trầm tích bằng các ph-ơng pháp hoá lí hiện đại Lun vn thc s: Húa Phõn Tớch Thái Nguyên - năm 2010 I HC THI NGUYấN TRNG I HC S PHM NGễ TH TRANG Nghiên cứu xác định dạng crôm trong n-ớc và trầm tích bằng các ph-ơng pháp hoá lí hiện đại Chuyờn ngnh: Húa phõn tớch Mó s: 60.44.29 Luận văn thạc sĩ hóa học Ngi hng dn: TS V c Li Thái Nguyên - năm 2010 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn TS Vũ Đức Lợi đã tận tình hƣớng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các cô chú, các anh chị thuộc phòng Khoa học và Kỹ thuật Phân tích, Viện Hóa học đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Tôi cũng xin chân thành cám ơn các thầy cô giáo khoa sau đại học, khoa hóa học Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Thái Nguyên đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn. Thái Nguyên, ngày 17 tháng 10 năm 2010 Tác giả Ngô Thị Trang MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG I. TỔNG QUAN 3 1.1. Giới thiệu về nguyên tố crôm 3 1.1.1.Tính chất vật lí, hóa học của crôm . 3 1.1.2. Công dụng của Crôm . 4 1.1.3. Ảnh hƣởng của crôm 4 1.2. Các trạng thái tồn tại của crôm . 6 1.2.1. Hợp chất Cr(II) . 6 1.2.2. Hợp chất Cr(III) . 7 1.2.3. Hợp chất Cr(VI) . 9 1.3. Sự hình thành crôm trong hệ thống đất và nƣớc . 9 1.3.1. Crôm trong hệ thống nƣớc 9 1.3.2. Crôm trong đất và trầm tích 11 1.4. Các phƣơng pháp xác định crôm 12 1.4.1. Các phƣơng pháp phân tích hóa học 12 1.4.2. Các phƣơng pháp phân tích hóa lí hiện đại 13 1.5 Các phƣơng pháp phân tích dạng crôm 15 1.5.1. Nguyên tắc của phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử 16 1.5.2. Phƣơng pháp đo quang xác định Cr(VI) 19 1.6. Khái quát một số đặc điểm tự nhiên và kinh tế - xã hội lƣu vực sông Nhuệ - sông Đáy 20 1.6.1. Các nguồn thải gây ô nhiễm chủ yếu môi trƣờng nƣớc lƣu vực sông Nhuệ - sông Đáy . 21 1.6.2. Hiện trạng chức năng môi trƣờng nƣớc lƣu vực sông Nhuệ- sông Đáy 23 CHƢƠNG II: THỰC NGHIỆM 26 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu . 26 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 26 2.2.1. Phƣơng pháp xác định crôm tổng số 26 2.2.2. Phƣơng pháp xác định crôm (VI) . 26 2.2.3. Phƣơng pháp xử lý mẫu để phân tích T-Cr trong trầm tích 26 2.2.4. Phƣơng pháp xử lý mẫu để phân tích Cr(VI) trong trầm tích . 26 2.3. Nội dung nghiên cứu 26 2.3.1. Xây dựng quy trình phân tích dạng crôm trong mẫu nƣớc . 26 2.3.2. Xây dựng quy trình phân tích dạng crôm trong trầm tích . 27 2.3.3. Lấy mẫu và bảo quản mẫu 28 2.4. Trang thiết bị và hóa chất phục vụ nghiên cứu 29 2.4.1. Trang thiết bị 29 2.4.2. Hóa chất 29 CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN . 31 3.1. Xây dựng quy trình phân tích dạng crôm trong mẫu nƣớc . 31 3.1.1. Xây dựng quy trình phân tích Cr(VI) . 31 3.1.2. Phân tích hàm lƣợng crôm tổng trong mẫu nƣớc 41 3.2. Phân tích dạng crôm trong trầm tích . 43 3.2.1. Phân tích dạng crôm(VI) trong trầm tích . 43 3.2.2. Phân tích hàm lƣợng crôm tổng số trong trầm tích . 45 3.3. Đánh giá phƣơng pháp 49 3.4. Phân tích dạng Cr trong mẫu nƣớc và trầm tích 49 3.4.1. Vị trí lấy mẫu 49 3.4.2. Dạng crôm trong trầm tích 50 3.4.3. Dạng crôm trong nƣớc 51 KẾT LUẬN . 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO . 55 . DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Một số hằng số vật lí của crom Bảng 1.2. Các nguồn thải gây ô nhiễm chính Bảng 1.3. Tỷ lệ các nguồn thải chính gây ô nhiễm môi trƣờng lƣu vực sông Nhuệ và sông Đáy Bảng 1.4. Lƣợng nƣớc thải đổ ra lƣu vực sông Nhuệ và sông Đáy Bảng 1.5. Hiện trạng phân vùng chức năng môi trƣờng nƣớc trên toàn bộ lƣu vực sông Nhuệ Bảng 1.6. Hiện trạng phân vùng chức năng môi trƣờng nƣớc trên lƣu vực sông Đáy Bảng 3.1. Ảnh hƣởng của axít đến độ hấp thụ Bảng 3.2. Ảnh hƣởng của tỉ lệ thuốc thử đến độ hấp thụ Bảng 3.3. Độ bền theo thời gian của phức Bảng 3.4. Tƣơng quan độ hấp thụ quang của Cr(VI) và nồng độ Fe 3+ trong môi trƣờng HNO 3 Bảng 3.5. Ảnh hƣởng của Fe 3+ đến mật độ quang của phức Cr(VI) trong môi trƣờng H 3 PO 4 Bảng 3.6. Ảnh hƣởng của Vanadi đến mật độ quang của phức Cr(VI) Bảng 3.7.Tƣơng quan độ hấp thụ quang của Cr(VI) và nồng độ Hg 2+ Bảng 3.8. Tƣơng quan giữa mật độ quang và nồng độ crôm(VI) Bảng 3.9. Các điều kiện đo phổ GF-AAS của Cr Bảng 3.10. Chƣơng trình nhiệt độ cho lò graphit Bảng 3.11. Ảnh hƣởng của Na 2 CO 3 đến độ hấp thụ của crôm Bảng 3.12. Ảnh hƣởng của Na 2 CO 3 hiệu suất chiết Cr (VI) Bảng 3.13. Các điều kiện đo phổ F-AAS của crom Bảng 3.14. Khảo sát ảnh hƣởng của tỉ lệ khí cháy Bảng 3.15. Khảo sát tốc độ hút mẫu Bảng 3.16. Kết quả phân tích mẫu chuẩn MESS-3 Bảng 3.17. Mô tả vị trí lấy mẫu Bảng 3.18. Kết quả phân các dạng crôm trong trầm tích Bảng 3.19. Kết quả phân các dạng crôm trong trầm tích DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 3.1. Phổ hấp thụ UV-Vis của phức Cr(VI)-Diphenylcarbazit Hình 3.2. Ảnh hƣởng nồng độ axít đến mật độ quang Hình 3.3. Ảnh hƣởng của tỉ lệ thuốc thử tới độ hấp thụ Hình 3.4. Ảnh hƣởng của Fe 3+ tới phép phân tích Cr(VI) trong môi trƣờng HNO 3 Hình 3.5. Ảnh hƣởng của Fe 3+ tới phép phân tích Cr(VI) trong môi trƣờng H 3 PO 4 Hình 3.6. Ảnh hƣởng V 5+ đến phép phân tích Cr(VI) trong môi trƣờng HNO 3 Hình 3.7. Ảnh hƣởng của Hg 2+ tới phép phân tích Cr(VI) trong môi trƣờng HNO 3 Hình 3.8. Đƣờng chuẩn xác định Cr(VI) bằng phƣơng pháp đo quang Hình 3.9 .Đƣờng chuẩn khi xác định crom bằng kỹ thuật GF-AAS Hình 3.10. Ảnh hƣởng của tỉ lệ khí cháy tới độ hấp thụ Hình 3.11. Ảnh hƣởng của tốc độ hút mẫu đến độ hấp thụ Hình 3.12. Đƣờng chuẩn khi xác định crom bằng kỹ thuật nguyên tử hóa ngọn lửa Hình 3.5. Loại trừ ảnh hƣởng của Fe 3+ trong nền H 3 PO 4 Hình 3.6. Ảnh hƣởng V 5+ đến phép phân tích Cr(VI) Hình 3.7. Ảnh hƣởng của Hg 2+ tới phép phân tích Cr(VI) Hình 3.8. Đƣờng chuẩn khi phân tích bằng phƣơng pháp đo quang Hình 3.9. Đƣờng chuẩn khi phân tích bằng phƣơng pháp đo quang Hình 3.10. Ảnh hƣởng của tỉ lệ khí cháy tới độ hấp thụ Hình 3.11. Ảnh hƣởng của tốc độ hút mẫu đến độ hấp thụ Hình 3.12. Hàm lƣợng Crom (VI)ở một số địa điểm DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT AAS: Atomic absorption spectrometry GC: Gas chromatography CV: Cold Vapour ECD: Electron Capture Detector MS: Mass Spectrometry AES: Atomic Emission Spectrometry ICP-AES: Inductively Coupled Plasma - Atomic Emission Spectrometry ICP- MS: Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry DCP- AES: Direct Current Plasma - Atomic Emission Spectrometry EPMA: Electron Probe Micro - Analysis AFS: Atomic Fluorescence Spectrometry NAA: Neutron Activation Analysis CE: Capillary Electrophoresis Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1 MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, với tốc độ công nghiệp hóa và đô thị hóa nhanh Việt Nam đang phải đối mặt với nguy cơ ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng, trong đó ô nhiễm kim loại nặng thải ra từ các ngành công nghiệp là mối đe dọa đến sức khỏe cộng đồng và sự an toàn của hệ sinh thái. Là nƣớc có nền kinh tế nông nghiệp, nhƣng hoạt động công nghiệp đem lại trên 20% GDP của cả nƣớc, nhịp độ phát triển công nghiệp nhanh đạt trên 10% trung bình năm. Sự phát triển mạnh trong hoạt động công nghiệp không tƣơng xứng với sự phát triển của cơ sở hạ tầng, hiện chƣa có các hệ thống xử lý chất thải công nghiệp tập trung nên nhiều ngành công nghiệp đã đổ trực tiếp nƣớc thải chƣa xử lý vào môi trƣờng. Đặc biệt là nƣớc thải công nghiệp của các ngành cơ khí, điện tử có hàm lƣợng kim loại nặng lớn, vƣợt quá tiêu chuẩn cho phép.Các kim loại nặng nhƣ thủy ngân (Hg), asen (As), chì (Pb), Crôm (Cr)…đều gây độc cho cơ thể con ngƣời và động thực vật dù chỉ ở hàm lƣợng vết. Tuy nhiên nguyên tố crôm (Cr) chỉ gây độc khi tồn tại ở dạng crôm hóa trị VI, còn Crôm hóa trị III lại là một dạng vi lƣợng cần thiết cho cơ thể. Trong môi trƣờng, crôm thƣờng tồn tại ở dạng Cr (III) và Cr (VI), tùy thuộc vào trạng thái oxi hóa khử của nƣớc mà crôm tồn tại ở dạng nào nhiều hơn. Crôm thâm nhập vào cơ thể chủ yếu qua con đƣờng tiêu hóa và hấp thụ trực tiếp khi tiếp xúc với da. Crôm (VI) đi vào cơ thể sẽ làm kết tủa các Protein, các xit nucleic và ức chế hệ thống men cơ bản. Dù crôm thâm nhập vào cơ thể theo bất kỳ con đƣờng nào, nó đều liên kết với các nhóm hoạt SH trong enzym làm mất hoạt tính của enzym gây ra rất nhiều bệnh đối với con ngƣời. Khi nhiễm độc crôm trong thời gian dài sẽ gây tác động lên tế bào và mô tạo ra sự phát triển tế bào không nhân và là nguyên nhân chủ yếu gây ung thƣ. Do vậy, trong nghiên cứu môi trƣờng nếu chỉ phân tích hàm lƣợng crôm tổng số là chƣa đủ mà cần phải phân tích các dạng tồn tại khác nhau của chúng. Nghiên cứu dạng Cr(VI) trong nƣớc và trầm tích vừa quan trọng vừa cần thiết. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 Vì những lý do trên, chúng tôi đã chọn đề tài nghiên cứu xác định dạng crôm trong nƣớc và trầm tích bằng các phƣơng pháp hóa lí hiện đại. Mục tiêu của luận văn là: -Nghiên cứu, khảo sát và thiết lập các điều kiện tối ƣu để xây dựng phƣơng pháp định lƣợng crôm tổng số ,crôm (VI) trong nƣớc và trầm tích. -Áp dụng các kết quả nghiên cứu để đánh giá khả năng ô nhiễm Crôm trong nƣớc và trầm tích. Ý nghĩa khoa học của đề tài là: - Góp phần nghiên cứu phát triển, hoàn thiện và mở rộng phạm vi ứng dụng của các phƣơng pháp hóa lí hiện đại trong việc phân tích dạng tồn tại của các nguyên tố kim loại. -Tạo cơ sở cho việc xây dựng các tiêu chuẩn môi trƣờng dựa trên sự tồn tại các dạng có độc tính và mức độ đáp ứng sinh học khác nhau của các nguyên tố kim loại trong môi trƣờng. -Luận văn đƣợc thực hiện bằng phƣơng pháp thực nghiệm. Các nội dung chính của luận án đƣợc thực hiện tại Viện Hóa học –Viện khoa học và Công nghệ Việt Nam. [...]... phƣơng pháp phân tích khối lƣợng, phân tích thể tích, trắc quang, điện hoá, phổ phát xạ nguyên tử (AES), phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), quang phổ phát xạ plasma (ICP)… 1.4.1 Các phƣơng pháp phân tích hóa học Nhóm các phƣơng pháp này dùng để xác định hàm lƣợng lớn (thông thƣờng lớn hơn 0.05%) Các trang thiết bị và dụng cụ cho phƣơng pháp này là đơn giản và không đắt tiền 1.4.1.1 Phƣơng pháp phân tích khối... trầm tích do ảnh hƣởng của các nguyên tố đi kèm Do vậy để phân tích đƣợc các dạng crôm trong trầm tích chúng tôi tiến hành kết hợp các kỹ thuật chiết chọn lọc dạng crôm (VI) và quy trình vô cơ hóa mẫu để phân tích crôm tổng số và phân tích bằng phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử 2.3.2.1 Xây dựng quy trình phân tích dạng crôm (VI) trong trầm tích Dạng crôm (VI) đƣợc chiết chọn lọc bằng Na2CO3 và xác... trong môi trƣờng axit 2.2.3 Phƣơng pháp xử lý mẫu để phân tích T-Cr trong trầm tích Mẫu trầm tích đƣợc vô cơ hóa theo kỹ thuật vô cơ hóa ƣớt sử dụng hỗn hợp axit HCl-HNO3, sau đó hàm lƣợng crôm đƣợc xác định bằng phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng kỹ thuật nguyên tử hóa ngọn lửa 2.2.4 Phƣơng pháp xử lý mẫu để phân tích Cr(VI) trong trầm tích Mẫu đƣợc chiết với dung dịch Na2CO3, sau đó hàm... ảnh hƣởng đến phép xác định crôm Do vậy phƣơng pháp này không đƣợc sử dụng nhiều trong phân tích môi trƣờng 1.5 Các phƣơng pháp phân tích dạng crôm Hiện nay chƣa có phƣơng pháp nào hoàn thiện để phân tích các dạng crôm trong các mẫu môi trƣờng, mà thƣờng phải kết hợp giữa các phƣơng pháp hóa lý khác nhau để phân tích dạng tồn tại của chúng Các phƣơng pháp đƣợc áp dụng nhƣ phƣơng pháp sắc ký lỏng hiệu... crôm tổng số trong trầm tích Mẫu trầm tích đƣợc vô cơ hóa theo kỹ thuật vô cơ hóa ƣớt sử dụng hỗn hợp axit HCl-HNO3, sau đó hàm lƣợng crôm đƣợc xác định bằng phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng kỹ thuật nguyên tử hóa ngọn lửa Để tối ƣu hóa các điều kiện phân tích, chúng tôi khảo sát các vấn đề sau: - Các điều kiện đo phổ hấp thụ của crôm theo kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa - Xác định... cloform Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng phƣơng pháp này để phân tích dạng Cr(VI) trong mẫu nƣớc 1.4.2.5 Phƣơng pháp điện hóa Phƣơng pháp điện hóa đã đƣợc nhiều tác giả sử dụng để phân tích Cr(III) cũng nhƣ Cr(VI) trong các mẫu môi trƣờng Tác giả Marc Boussemart (1992) đã sử dụng phƣơng pháp von-ampe hòa tan hấp phụ xúc tác để phân tích các dạng crôm trong nƣớc biển với tác nhân tạo phức là diethylenetriammine... nguyên tử hóa của crôm - Xác định khoảng tuyến tính và giới hạn phát hiện của phƣơng pháp 2.3.2 Xây dựng quy trình phân tích dạng crôm trong trầm tích Do phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử chỉ xác định đƣợc hàm lƣợng tổng crôm mà không phân biệt đƣợc các dạng crôm (III) và crôm (VI) Mặt khác phƣơng pháp đo quang không thể áp dụng để phân tích dạng crôm(VI) trong dịch chiết của trầm tích do ảnh... hình để hiển thị dữ liệu, phần mềm xử lý số liệu và điều khiển toàn bộ hệ thống máy đo Trong ba kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu thì kĩ thuật F-AAS ra đời sớm hơn Theo kỹ thuật này ngƣời ta dùng nhiệt ngọn lửa đèn khí để nguyên tử hóa mẫu Do đó mọi quá trình xảy ra trong khi nguyên tử hóa mẫu đều phụ thuộc vào đặc tính của ngọn lửa và nhiệt độ là yếu tố quyết định hiệu suất nguyên tử hóa mẫu phân tích Hình... khiết cao Hơn nữa phƣơng pháp này chỉ cho biết thành phần nguyên tố của chất cần phân tích có trong mẫu phân tích mà không chỉ ra đƣợc trạng thái liên kết, cấu trúc của nguyên tố có trong mẫu Thêm vào đó độ chính xác của phép phân tích phụ thuộc rất nhiều vào nồng độ chính xác của dãy mẫu chuẩn nên sai số không nhỏ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 19 1.5.2... chuẩn độ đảm bảo độ chính xác cao và xác định nhanh Tuy nhiên phƣơng pháp này có độ nhạy thấp, sai số lớn do dụng cụ đo, thế tích dung dịch chuẩn, chỉ thị đổi màu và chỉ dùng xác định nguyên tố khi có hàm lƣợng lớn, không phù hợp với phân tích lƣợng vết 1.4.2 Các phƣơng pháp phân tích hóa lí hiện đại [1,4,7,16,22] 1.4.2.1 Phƣơng pháp quang phổ phát xạ nguyên tử Trong lịch sử, phƣơng pháp quang phổ phát . phƣơng pháp phân tích hóa học ............................................................................ 12 1.4.2. Các phƣơng pháp phân tích hóa lí hiện. mẫu để phân tích T-Cr trong trầm tích ........................................ 26 2.2.4. Phƣơng pháp xử lý mẫu để phân tích Cr(VI) trong trầm tích .....................................