xác định hàm lượng cacdimi (cd) và chì (pb) trong một số đồ uống bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (f - aas)

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN THU HƯƠNG XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CACDIMI (Cd)VÀ CHÌ (Pb) TRONG MỘT SỐ ĐỒ UỐNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ (F - AAS) Chuyên ngành: Hoá phân tích Mã số: 60.44.29 LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÁ HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN VĂN RI Thái Nguyên - năm 2010 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Văn Ri - người đã giao đề tài, tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo cùng các anh chị trong phòng thí nghiệm phân tích – Khoa Hoá – ĐHKHTN đã tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành khoá luận này. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô đã giảng dạy và truyền thụ cho em những kiến thức quí báu trong suốt những năm qua. Cuối cùng em xin cảm ơn gia đình, đồng nghiệp, bạn bè - những người đã luôn động viên, quan tâm giúp đỡ và tạo mọi điều kiện cho em hoàn thành khoá luận này. Học viên Nguyễn Thu Hương 2 BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT AAS Atomic absorption spectrophotometry CV Coefficient variation EDTA Ethylene diamine tetra acetic acid ETA-AAS Electro-thermal atomiation atomic absorption spectrophotometry F-AAS Flame atomic absorption spectrophotometry H (%) Hiệu suất thu hồi LOD Limit of detection LOQ Limit of quantity MeOH Metanol MIBK Metyl isobutyl xeton NH 4 Ac Amoni Axetat ppm parts per million RSD Relative standard deviation SD Standard deviation SPE Solid phase extraction UV – VIS Ultra violet visible 3 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3 1.1. Tæng quan về nguyên tố cadimi (Cd) [12] 3 1.1.1. Tính chất vật lí 3 1.1.2. Tính chất hoá học của nguyên tố cadimi (Cd) 3 1.1.3. Tính chất hoá học của hợp chất 4 1.1.4. Trạng thái tự nhiên của cadimi 5 1.1.5. Một số ứng dụng của cadimi 5 1.1.6. Độc tính của cadimi [17] 6 1.2. Tổng quan về nguyên tố chì (Pb) 6 1.2.1. Tính chất vật lí 7 1.2.2. Tính chất hoá học của nguyên tố chì (Pb) 7 1.2.3. Tính chất hoá học của hợp chất chì (Pb) 8 1.2.4. Trạng thái tự nhiên 9 1.2.5. Một số ứng dụng của chì 9 1.2.6. Độc tính của chì và hợp chất [17] 9 1.3. Các phương pháp xác định cadimi và chì 10 1.3.1. Các phương pháp hoá học [1] 11 1.3.2. Phương pháp phân tích công cụ 12 1.4. Các phương pháp tách và làm giàu hàm lượng vết các kim loại 14 1.4.1. Phương pháp kết tủa, cộng kết [1] 15 1.4.2. Phương pháp chiết lỏng - lỏng [1,21] 15 1.4.3. Phương pháp tách và làm giàu bằng điện hoá 16 1.4.4. Phương pháp chiết pha rắn (SPE) [18] 16 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17 2.1. Đối tượng, mục tiêu và nội dung nghiên cứu 17 2.1.1. Đối tượng 17 2.1.2. Mục tiêu nghiên cứu 17 2.1.3. Nội dung nghiên cứu 17 2.2. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử F-AAS [7] 17 2.2.1. Giới thiệu chung về phương pháp 17 2.2.2. Nguyên tắc của phép đo 17 2.3. Giới thiệu chiết pha rắn SPE [18] 19 2.3.1. Chiết pha rắn 19 2.3.2. Quy trình chung của chiết pha rắn 20 2.3.3. Các cơ chế chiết pha rắn 21 2.4. Dụng cụ và hoá chất 22 2.4.1. Dụng cụ 22 4 2.4.2. Hoá chất 22 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ THẢO LUẬN 23 3.1. Khảo sát các điều kiện thực nghiệm để đo phổ của cadimi và chì 23 3.1.1. Chọn vạch đo 23 3.1.2. Chọn khe đo 23 3.1.3. Khảo sát cường độ đèn catot rỗng (HCL) 24 3.1.4. Khảo sát điều kiện tối ưu hoá ngọn lửa (chiều cao Burner và thành phần hỗn hợp khí cháy) 25 3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo 26 3.2.1. Ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit 26 3.2.2. Khảo sát chọn nền 28 3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của các ion khác 29 3.3. Đánh giá chung về phép đo F – AAS xác định Cd và Pb 33 3.3.1. Khảo sát xác định khoảng tuyến tính của Cd và Pb (LOI) 33 3.3.2. Xây dựng đường chuẩn, xác định giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của Cd và Pb 35 3.3.3. Đánh giá sai số và độ lặp của phép đo : 37 3.4. Khảo sát các điều kiện làm giàu và tách chiết pha rắn với nhựa Chelex- 100 39 3.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH 41 3.4 2. Ảnh hưởng của tốc độ nạp mẫu vào cột: 42 3.4 3. Khảo sát khả năng rửa giải : 43 3.4.4. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ rửa giải : 44 3.4.5. Tổng kết điều kiện chiết pha rắn : 45 3.5. Xác định hàm lượng Cd và Pb trong một số đồ uống 46 KẾT LUẬN 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 5 DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 3.1. Ảnh hưởng của bước sóng đến cường độ vạch phổ nguyên tố Cd. 23 Bảng 3.2. Ảnh hưởng của bước sóng đến cường độ vạch phổ nguyên tố Pb 23 Bảng 3.3. Ảnh hưởng của khe đo đến cường độ vạch phổ 24 Bảng 3.4. Khảo sát cường độ đèn đến cường độ vạch phổ 24 Bảng 3.5. Điều kiện tối ưu hoá ngọn lửa 25 Bảng 3.6. Tổng hợp các điều kiện tối ưu của phép đo 26 Bảng 3.7. Ảnh hưởng của nồng độ HNO3 đến cường độ vạch phổ 27 Bảng 3.8. Ảnh hưởng của nồng độ HCl đến cường độ vạch phổ 27 Bảng 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ NH4Cl đến cường độ vạch phổ 28 Bảng 3.10. Ảnh hưởng của nồng độ NH4Ac đến cường độ vạch phổ 28 Bảng 3.11. Ảnh hưởng của nồng độ NaAc đến cường độ vạch phổ 29 Bảng 3.12. Ảnh hưởng của nhóm kim loại kiềm 30 Bảng 3.14. Ảnh hưởng của nhóm cation kim loại nặng hóa trị II 30 Bảng 3.15. Ảnh hưởng của nhóm cation hóa trị III 31 Bảng 3.16. Ảnh hưởng của tổng cation 31 Bảng 3.17. Ảnh hưởng của anion SO42-, H2PO4-, F 32 Bảng 3.18. Ảnh hưởng của tổng các ion 33 Bảng 3.19. Dãy đường chuẩn 34 Bảng 3.20. Kết quả sai số và độ lặp lại của phép đo Cd 38 Bảng 3.21. Kết quả sai số và độ lăp lại của phép đo Pb 39 Bảng 3.22. Hiệu suất thu hồi phụ thuộc vào pH 41 Bảng 3.23. Hiệu suất thu hồi phụ thuộc vào tốc độ nạp mẫu 43 Bảng 3.24. Khảo sát nồng độ HNO3 trong dung dịch rửa giải 44 Bảng 3.25. Ảnh hưởng của tốc độ rửa giải tới hiệu suất thu hồi 45 Bảng 3.26. Hàm lượng Cd và Pb trong một số đồ uống 46 Bảng 3.27. Bảng so sánh kết quả phân tích mẫu bằng phương pháp F-AAS và ICP –MS 47 6 DANH MỤC BẢNG Trang Hình 1. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ Cd2+ 34 Hình 2. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ Pb2+ 35 Hình 3. Đường chuẩn của Cd 35 Hình 4. Đường chuẩn của Pb 37 Hình 5. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc H (%) vào pH 42 Hình 6. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc H(%) vào tốc độ nạp mẫu 43 Hình 7. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc H(%) vào nồng độ HNO3 44 Hình 8. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc H(%) vào tốc độ rửa giải 45 7 MỞ ĐẦU Cadimi (Cd) và chì (Pb) được biết là những kim loại nặng có độc tính cao đối với con người và động thực vật. Khi hàm lượng Cd và Pb trong cơ thể cao có thể gây rối loạn chức năng thận, phá huỷ các mô, hồng cầu, não và gây ung thư. Vì vậy việc xác định Cd và Pb trong các mẫu thực phẩm, đồ uống trở nên rất quan trọng. Cd và Pb được xác định bằng các phương pháp như: quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (ETA-AAS), khối phổ cặp cảm ứng plasma (ICP-MS), von-ampe hoà tan anot (ASV), quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) Trong đó phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) có nhiều ưu điểm như: có độ nhạy và độ chọn lọc cao, giới hạn phát hiện thấp, quy trình phân tích đơn giản và đặc biệt là có chi phí rẻ nên ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong phân tích lượng vết. Song hàm lượng Cd, Pb trong đồ uống thường tồn tại dưới dạng vết và siêu vết nên việc xác định trực tiếp Cd, Pb bằng các phương pháp phân tích công cụ hiện đại vẫn gặp nhiều khó khăn. Do đó việc tách và làm giàu Cd, Pb là rất cần thiết và đáng được quan tâm. Chiết lỏng - lỏng, chiết pha rắn, điện hoá, cộng kết và kết tủa là các kỹ thuật được sử dụng chủ yếu hiện nay để tách và làm giàu lượng vết và siêu vết Cd, Pb. Trong đó chiết pha rắn (solid phase extraction - SPE) là một trong những kỹ thuật được dùng rộng rãi để tách và làm giàu cả các hợp chất hữu cơ lẫn vô cơ, đặc biệt là các kim loại nặng. SPE có nhiều ưu điểm so với các kỹ thuật khác như có độ chọn lọc và hệ số làm giàu cao, sử dụng ít dung môi, thao tác đơn giản, dễ tự động hoá và rẻ tiền. Nhựa có khả năng tạo phức vòng càng (chelating resin) có tên thương mại là Chelex-100 và Muroac - A1 chứa nhóm chức iminodiacetate (IDA) được sử dụng phổ biến trong SPE để tách và làm giàu trực tiếp các kim loại nặng. Xuất phát từ thực tế trên chúng tôi chọn đề tài “ Xác định hàm lượng cadimi (Cd) và chì (Pb) trong một số đồ uống bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (F – AAS)”. Trong luận văn này chúng tôi thực hiện các mục tiêu sau: - Khảo sát các điều kiện tối ưu để xác định Cd và Pb bằng phương pháp F - AAS 1 - Nghiên cứu các điều kiện để tách và làm giàu Cd và Pb bằng phương pháp chiết pha rắn (SPE). - Xác định hàm lượng Cd, Pb trong một số đồ uống bằng phương pháp F - AAS. 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tæng quan về nguyên tố cadimi (Cd) [12] 1.1.1. Tính chất vật lí Cadimi là kim loại màu trắng bạc nhưng ở trong không khí ẩm, nó dần bị bao phủ bởi lớp màng oxit nên mất ánh kim. Là kim loại mềm, dễ nóng chảy. Dưới đây là một số hằng số vật lý quan trọng của Cd: Khối lượng nguyên tử : 112,411 (đvC) Nhiệt độ nóng chảy : 321 oC . Nhiệt độ sôi : 767 oC . Tỉ khối : 8,36 g/cm 3 Độ dẫn điện : 13 Ω -1 cm -1 Bán kính nguyên tử : 1,56 A 0 1.1.2. Tính chất hoá học của nguyên tố cadimi (Cd) Trong bảng Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học, Cd có số thứ tự nguyên tử là 48, thuộc phân nhóm phụ nhóm II, chu kỳ 5. Nguyên tử Cd có các obitan d đã điền đủ 10 electron. Cấu hình electron của cadimi (z = 48) [Kr]4d 10 5s 2 Cadimi là nguyên tố tương đối hoạt động. - Trong không khí ẩm, Cd bền ở nhiệt độ thường nhờ có màng oxit bảo vệ. Nhưng ở nhiệt độ cao, nó cháy mãnh liệt với ngọn lửa màu sẫm: 2Cd + O 2 → 2CdO - Tác dụng với halogen tạo thành đihalogenua, tác dụng với lưu huỳnh và các nguyên tố không kim loại khác như photpho, selen… Cd + S → CdS - Ở nhiệt độ thường cadimi bền với nước vì có màng oxit bảo vệ, nhưng ở nhiệt độ cao cadimi khử hơi nước biến thành oxit Cd + H 2 O → CdO + H 2 ↑ - Cd tác dụng dễ dàng với axit không phải là chất oxi hoá, giải phóng khí hiđro. Ví dụ: HCl Cd + 2HCl → CdCl 2 + H 2 ↑ Trong dung dịch thì: 3 [...]... rn (SPE) - Xỏc nh hm lng Cd, Pb trong ung bng phng phỏp F-AAS 2.1.3 Ni dung nghiờn cu - Kho sỏt chn cỏc iu kin phự hp o ph F-AAS ca Cd, Pb - Kho sỏt khong tuyn tớnh v xõy dng ng chun - Xỏc nh gii hn phỏt hin v gii hn nh lng ca phộp o - ỏnh giỏ sai s v lp li ca phng phỏp - Kho sỏt cỏc iu kin tỏch, lm giu trờn ct chit pha rn s dng nha Chelex-100 - Xỏc nh hiu sut thu hi - ng dng xỏc nh Cd, Pb trong mt... (xanh) - Cỏch 3: Chun thay th dựng ZnY 2-, ch th ET-OO Do phc PbY 2- bn hn ZnY 2- pH = 10 nờn Pb2+ s y Zn2+ ra khi phc ZnY 2- Sau ú, chun Zn2+ s xỏc nh c Pb2+: Pb 2- + ZnY 2- Zn2+ + PbY2ZnInd + H2Y 2- ZnY 2- + HInd ( nho) (xanh) 1.3.2 Phng phỏp phõn tớch cụng c 1.3.2.1 Cỏc phng phỏp quang ph 1.3.2.1.1 Phng phỏp trc quang [4] Phng phỏp ny chớnh l phng phỏp ph hp th phõn t trong vựng UVVIS iu kin thng, cỏc phõn... tan trong nc cũn cỏc mui sunfua, cacbonat, hay ortho photphat v mui baz ớt tan - Trong dung dch nc cỏc mui Cd2+ b thu phõn: Cd2+ + 2H2O Cd(OH)2 + 2H+ Tớch s tan ca Cd(OH)2 l T = 1 0-1 4 - Cd2+ cú kh nng to phc [CdX 4] 2- (X = Cl-, Br-, I- v CN-), [Cd(NH3)4]2+, [Cd(NH3)6]2+, - Cỏc ihalogenua ca cadmi l cht dng tinh th mu trng, cú nhit núng chy v nhit sụi khỏ cao 1.1.3.4 Hp cht c kim ca cadimi 4 - Cỏc... halogenua (tr florua), nitrat, sunfat, peclorat v axetat ca Cd(II) u d tan trong nc cũn cỏc mui sunfua, cacbonat, hay ortho photphat v mui baz ớt tan - Trong dung dch nc cỏc mui Cd2+ b thu phõn: Cd2+ + 2H2O Cd(OH)2 +2H+ Tớch s tan ca Cd(OH)2 l T = 1 0-1 4 - Cd2+ cú kh nng to phc [CdX4] 2- (X = Cl-, Br-, I- v CN-), [Cd(NH3)4]2+, [Cd(NH3)6]2+, - Cỏc ihalogenua ca cadimi l cht dng tinh th mu trng, cú nhit núng... khong 8 - 12), vi ch th ETOO Pb2+ + H2Y 2- PbY 2- + 2H+ Tuy nhiờn, chỡ rt d thu phõn nờn trc khi tng pH phi cho Pb 2+ to phc kộm bn vi tactrat hoc trietanolamin - Cỏch 2: Chun ngc Pb 2+ bng Zn2+: cho Pb2+ tỏc dng vi mt lng d chớnh xỏc EDTA ó bit nng pH = 10 Sau ú chun EDTA d bng Zn 2+ vi ch th l ETOO Pb2+ + H2Y 2- PbY 2- + 2H+ H2Y 2- (d) + Zn2+ ZnY 2- + 2H+ ZnInd + H2Y 2- ZnY 2- + HInd ( nho) (xanh) - Cỏch... cadimi l: - Cỏc photphua ca cadimi c s dng trong ốn hỡnh tivi, ốn phỏt hunh quang, mn hỡnh tia X, cỏc ng tia catot, v cỏc di lõn quang - Cỏc hp kim ca cadimi nh Cd-Ag, h thng phun ti t ng, cỏc thit b bỏo chỏy, cỏc van an ton cho cỏc bỡnh cha khớ ỏp sut cao, xe y, dõy in thoi, trong b tn nhit ca ụtụ - Cỏc ng dng in v in t nh cỏc b phn rle ln, cỏc cụng tc ca b phn phõn phi tip xỳc trong ụtụ v ng quang in... CdO + H2O 1.1.3.2 Hiroxit ca cadimi - Cd(OH)2 l kt ta nhy ớt tan trong nc v cú mu trng - Cd(OH)2 khụng th hin rừ tớnh lng tớnh, tan trong dung dch axit, khụng tan trong dung dch kim m ch tan trong kim núng chy - Tan trong dung dch NH3 to thnh hp cht phc Cd(OH)2 + 4NH3 [Cd(NH3)4](OH)2 - iu ch bng cỏch cho dung dch mui ca nú tỏc dng vi kim 1.1.3.3 Mui ca cadimi - Cỏc mui halogenua (tr florua), nitrat,... mụi trng thớch hp khi c chiu bi chựm sỏng Phng phỏp nh lng phộp o: 12 A = K.C Trong ú: A: hp th quang K: hng s thc nghim C: nng nguyờn t phõn tớch Phng phỏp ny cho phộp xỏc nh nng cht khong 10 -5 - 1 0-7 M v l mt trong cỏc phng phỏp c s dng khỏ ph bin Phng phỏp trc quang cú nhy, n nh v chớnh xỏc khỏ cao, c s dng nhiu trong phõn tớch vi lng Tuy nhiờn vi vic xỏc nh Cd, Pb thỡ li gp rt nhiu khú khn... c ch chit pha rn Chit pha rn cú 4 loi c ch chớnh l: - Hp ph pha thng ( Normal Phase, NP) - Hp ph pha ngc (Reversed Phase, RP) - Trao i ion v cp ion i vi cỏc cht dng ion (Ion Exchange, IEx) - Rõy phõn t theo ln ca cht phõn tớch (Gel) Trong lun vn ny, chỳng tụi nhi ct chit pha rn bng nha Chelex-100 Trong kiu chit ny, cht chit (pha tnh) l nha Chelex-100, l nha to phc v trao i ion chn lc Nú tỏc dng tt... 2.4 Dng c v hoỏ cht 2.4.1 Dng c - Mỏy o pH dựng in cc thu tinh - Cõn phõn tớch - Bỡnh nh mc : 10, 25, 50, 100, 500 ml - Pipet : 1, 2, 5, 10 ml - Cc thu tinh, ng ong, ng nghim, phu 2.4.2 Hoỏ cht Tt c hoỏ cht em dựng u l hoỏ cht tinh khit dựng cho phõn tớch cỏc nguyờn t lng vt, loi pA ca Merk Nc s dng l nc ct 2 ln - Dung dch chun Cd2+, Pb2+ 1000ppm trong HNO3 2% (Merk) - Cỏc dung dch axit HNO3, HCl, CH3COOH . 1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN THU HƯƠNG XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CACDIMI (Cd)VÀ CHÌ (Pb) TRONG MỘT SỐ ĐỒ UỐNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ (F - AAS) Chuyên ngành:. (ETA -AAS), khối phổ cặp cảm ứng plasma (ICP-MS), von-ampe hoà tan anot (ASV), quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F- AAS) Trong đó phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F- AAS). định cadimi và chì như phương pháp phân tích khối lượng, phân tích thể tích, điện hoá, phổ hấp thụ phân tử UV-VIS, phổ phát xạ nguyên tử (AES), phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F- AAS) và 10 không