Xác định hàm lượng thủy ngân tổng số trong bùn lắng bằng phương pháp CVAmalgamAas

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN HOÀNG HẢI YẾN XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG THỦY NGÂN TỔNG SỐ TRONG BÙN LẮNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP CV-AMALGAM-AAS Chuyên ngành: Hóa Phân Tích Mã số: 60 44 29 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Giáo viên hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN VĂN ĐÔNG TP. HỒ CHÍ MINH, 2012 LỜI CÁM ƠN Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các anh chị và các bạn. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tôi xin được bày tỏ sự cảm ơn chân thành đến: Thầy, TS. Nguyễn Văn Đông là người hướng dẫn khoa học đã hết lòng chỉ bảo, giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợ i cho tôi hoàn thành luận văn này. Các Thầy Cô trong Bộ môn Hóa Phân Tích trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TP. HCM đã tận tình truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt thời gian học cao học tại trường. Tôi cũng xin chân thành cám ơn các bạn cán bộ trẻ, các em sinh viên trong Bộ môn Hóa Phân Tích Tích trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TP. HCM đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian làm đề tài tại phòng thí nghiệm của b ộ môn. Tuy đã cố gắng hết sức song vì thời gian có hạn và kiến thức bản thân còn có những hạn chế nên luận văn này khó tránh khỏi thiếu sót. Tôi rất mong nhận được sự thông cảm và đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn. MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 1  DANH MỤC BẢNG 2 DANH MỤC HÌNH 4 MỞ ĐẦU 6 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 7 1.1 Đại cương về thủy ngân 7 1.1.1 Các hằng số và tính chất hóa lý của nguyên tố Hg 7 1.1.2 Hoạt tính sinh học 10 1.1.3 Các nguồn phát sinh thủy ngân 11 1.1.4 Chu trình biến đổi của thủy ngân trong tự nhiên 11 1.2 Các phương pháp xác định vi lượng thủy ngân được dùng phổ biến 12 1.2.1 Phương pháp phổ phát xạ ghép cặp cảm ứng cao tần (ICP-OES) 12 1.2.2 Phương pháp khối phổ ghép nối cảm ứng cao tần (ICP-MS) 14 1.2.3 Phương pháp quang phổ huỳnh quang nguyên tử (AFS) 14 1.2.4 Phương pháp phổ hấp thu nguyên tử (AAS) 15 1.2.5 Phương pháp phổ hấp thu nguyên tử hóa hơi lạnh kết hợp làm giàu mẫu trên bẫy vàng (CV-Amalgam-AAS) 24  1.3 Các phương pháp xử lý mẫu phân tích Hg 28 1.3.1 Xử lý mẫu nước 28 1.3.2 Xử lý mẫu rau quả 29 1.3.3 Xử lý mẫu thịt và sản phẩm từ thịt 30 1.3.4 Xử lý mẫu đất 31 1.3.5  Xử lý mẫu bùn lắng 31 1.4 Mục tiêu của đề tài 32 1.5 Nội dung nghiên cứu: 33 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 34 2.1 Thiết bị-hóa chất, pha chế hóa chất 34 2.1.1 Thiết bị 34 2.1.2 Hóa chất 34 2.1.3 Pha chế hóa chất 34 2.2 Lấy, xử lý sơ bộ và bảo quản mẫu mẫu bùn lắng 35 2.2.1 Lấy mẫu 35 2.2.2 Xử lý sơ bộ mẫu và bảo quản mẫu 35 2.3 Kiểm soát nhiễm bẩn trong phân tích thủy ngân: 35 2.3.1 Kiểm soát hóa chất và khí mang 36 2.3.2 Kiểm soát thiết bị, dụng cụ 36 2.3.3 Kiểm soát môi trường làm việc 40 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41 3.1 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân tích xác định thủy ngân bằng phương pháp CV-Amalgam-AAS 41  3.1.1 Khảo sát mối quan hệ giữa thời gian sục khí, thể tích mẫu và A Hg 41 3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của các acid đến độ hấp thu của thủy ngân 42 3.2 Khảo sát quy trình xử lý mẫu bùn lắng xác định thủy ngân tổng số của EPA 45  3.2.1 Quy trình xử lý mẫu theo EPA 46 3.2.2 Khảo sát quy trình xử lý mẫu trên dung dịch chuẩn thủy ngân 46 3.2.3  Khảo sát quy trình xử lý mẫu EPA trên nền mẫu bùn lắng 52 3.3 Định trị phương pháp phân tích với quy trình xử lý mẫu EPA 56 3.3.1 Độ chọn lọc 56 3.3.2 Khoảng tuyến tính 56 3.3.3 Xác định độ nhạy, giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng 59 3.3.4 Đánh giá độ lặp lại 61 3.3.5 Đánh giá độ đúng 62 3.4 Xây dựng và định trị quy trình xử lý mẫu với hệ thống phân hủy mẫu Kjeldahl phụ vụ cho việc xác định hàm lượng thủy ngân tổng số trong bùn lắng 73  3.4.1 Quy trình xử lý mẫu đề xuất 73 3.4.2 Tối ưu quy trình xử lý mẫu đề xuất 74 3.4.3 Định trị quy trình xử lý mẫu đề xuất: 79 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 85 4.1 Kết luận 85 4.2 Kiến nghị 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 PHỤ LỤC 91 1 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT AAS (Cold vapor – Atomic Absorption Spectrometry): Phổ hấp thu nguyên tử CV-AAS (Cold vapor – Atomic Absorption Spectrometry): Phổ hấp thu nguyên tử hóa hơi lạnh ICP-OES (Inductively coupled plasma optical emission spectrometry): Quang phổ phát xạ ghép cặp cảm ứng cao tần ICP-MS (Inductively coupled plasma mass spectrometry): khối phổ ghép nối cảm ứng cao tần CV-AFS (Cold vapor – Atomic Fluorescence spectrometry): phổ huỳnh quang nguyên tử F-AAS (Flame Atomic Absorption Spectrometry): quang phổ hấp thu nguyên tử ngọn lửa HG-AAS (Hydride Atomic Absorption Spectrometry): quang phổ hấp thu nguyên tử hơi hydride GF-AAS (Graphite Atomic Absorption Spectrometry): quang phổ hấp thu nguyên tử dùng lò graphit LOD (Limit of detection): Giới hạn phát hiện LOQ (Limit of quantitation): Giới hạn định lượng MDL (Method detection limit): Giới hạn phát hiện của phương pháp IDL (Instrument detection limit): Giới hạn phát hiện của thiết bị 2 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Một số thông tin về nguyên tố thủy ngân và các hợp chất thủy ngân Bảng 1.2: Nồng độ giới hạn của một số nguyên tố được phép có trong dung dịch mẫu Bảng 3.1: Ảnh hưởng của thời gian đun mẫu đến hiệu suất thu hồi của HgCl 2 , MeHgCl và PhHgAc khi xử lý dung dịch chuẩn theo quy trình EPA và phân tích bằng phương pháp CV-Amalgam-AAS Bảng 3.2: Ảnh hưởng của nồng độ hydroxylamine đến hiệu suất thu hồi của HgCl 2 , MeHgCl và PhHgAc khi xử lý dung dịch chuẩn theo quy trình EPA và xác định bằng phương pháp CV-Amalgam-AAS Bảng 3.3: Các điều kiện xử lý mẫu đã tối ưu trên dung dịch chuẩn thủy ngân theo quy trình xử lý mẫu EPA Bảng 3.4: Hiệu suất thu hồi Hg 2+ trên mẫu bùn lắng khi thay đổi thời gian đun mẫu Bảng 3.5: Tín hiệu hấp thu thu được từ thí nghiệm đo 11 mẫu trắng xử lý mẫu theo quy trình EPA Bảng 3.6: Hàm lượng Hg (ng/g) trong mẫu bùn lắng kênh Tàu Hủ phân tích bằng quy trình xử lý mẫu theo EPA Bảng 3.7: Hiệu suất thu hồi của mẫu bùn lắng có thêm Hg 2+ , MeHgCl và PhHgAc khi xử lý theo quy trình EPA Bảng 3.8: Hàm lượng Hg trong mẫu chuẩn quốc tế BCSS-1 xác định bằng quy trình xử lý mẫu EPA và phương pháp phân tích CV-Amalgam-AAS Bảng 3.9: Hàm lượng Hg trong mẫu chuẩn quốc tế MESS-2 xác định bằng quy trình xử lý mẫu EPA với phương pháp phân tích CV-Amalgam-AAS Bảng 3.10: Chương trình nhiệt khi xử lý mẫu bằng lò vi sóng Bảng 3.11: Hàm lượng Hg trong mẫu chuẩn quốc tế BCSS-1 xác định bằng phương CV-Amalgam- AAS với pháp xử lý mẫu bằng lò vi sóng B ảng 3.12: Hàm lượng Hg trong mẫu bùn lắng BCSS-1 xác định bằng phương pháp CV-Amalgam-AAS với pháp xử lý mẫu bằng lò vi sóng 3 Bảng 3.13: Hàm lượng thủy ngân thu được từ phương pháp phân hủy mẫu theo EPA và phương pháp phân hủy mẫu bằng vi sóng Bảng 3.14: Hiệu suất thu hồi thủy ngân khi xử lý dung dịch chuẩn theo quy trình xử lý mẫu đề xuất Bảng 3.15: Kết quả khảo sát nhiệt độ giai đoạn 1 quá trình xử lý mẫu Bảng 3.16: Tín hiệu hấp thu đo được từ thí nghiệm đo 11 mẫu trắng xử lý mẫu theo quy trình đề xuất Bảng 3.17: Hàm lượng Hg (ng/g) trong mẫu bùn lắng kênh Tàu Hủ phân tích bằng quy trình xử lý mẫu đề xuất Bảng 3.18: Hiệu suất thu hồi của HgCl 2 , MeHgCl, PhHgAc trên mẫu bùn lắng xử lý theo quy trình đề xuất Bảng 3.19: So sánh hàm lượng Hg trong các mẫu bùn lắng xác được khi xử lý theo quy trình đề xuất và quy trình xử lý bằng vi sóng Bảng 3.20: So sánh hàm lượng Hg trong các mẫu bùn lắng xác được khi xử lý theo quy trình xử lý mẫu EPA, quy trình đề xuất và quy trình xử lý bằng vi sóng Bảng 3.21: So sánh ưu và nhược điểm của quy trình xử lý mẫu EPA và quy trình xử lý mẫu đề xuất 4 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Chu trình biến đổi của thủy ngân trong tự nhiên Hình: 1.2: Sơ đồ hệ thống máy đo phổ hấp thu nguyên tử Hình 1.3: Hệ thống tạo thủy ngân gián đoạn (batch mode) dùng trong phân tích thủy ngân theo phương pháp CV AAS Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống hóa hơi Hg tuần hoàn Shimadzu MVU-1 Hình 1.5: Hệ thống tạo thủy ngân theo dòng chảy liên tục (continuous flow) dùng trong phân tích thủy ngân theo phương pháp CV AAS Hình 1.6: Hệ thống tạo thủy ngân theo tiêm dòng chảy (flow injection) dùng trong phân tích thủy ngân theo phương pháp CV AAS (FIASS-400 – Perkin Elmer) Hình 1.7: Hệ thống CV-Amalgam-AAS Hình 1.8: Hệ thống xử lý mẫu rau quả Hình 2.1: Đường chuẩn biểu diễn độ hấp thu của Hg theo khối lượng trong phương pháp CV-Amalgam-AAS khi bẫy vàng hoạt động bình thường Hình 2.2: Đường chuẩn biểu diễn độ hấp thu của Hg theo khối lượng trong phương pháp CV-Amalgam-AAS khi bẫy vàng bị nhiễm bẩn Hình 2.3: Đường chuẩn biểu diễn độ hấp thu của Hg theo khối lượng trong phươ ng pháp CV-Amalgam-AAS sau khi bẫy vàng được hoạt hóa Hình 3.1: Quan hệ giữa thể tích mẫu, thời gian sục khí và độ hấp thu của Hg trong CV-Amalgam-AA Hình 3.2: Ảnh hưởng của nồng độ các acid đến độ hấp thu của thủy ngân trong phương pháp CV-Amalgam-AAS Hình 3.3: Ảnh hưởng của các acid ở nồng độ 2M đến độ hấp thu của thủy ngân trong phương pháp CV-Amalgam-AAS Hình 3.4: Ảnh hưởng của nồng độ H 2 SO 4 đến hiệu suất thu hồi Hg 2+ khi xử lý dung dịch chuẩn theo quy trình EPA và xác định bằng phương pháp CV-Amalgam-AAS. Hình 3.5: Quy trình xử lý mẫu bùn lắng đã tối ưu theo EPA 5 Hình 3.6: Đường chuẩn biểu diễn độ hấp thu của Hg theo khối lượng trong phương pháp CV-Amalgam-AAS Hình 3.7: Peak hấp thu của Hg theo khối lượng trong phương pháp CV-Amalgam- AAS Hình 3.8: Peak hấp thu thu được từ thí nghiệm đo 11 mẫu trắng xử lý mẫu theo quy trình EPA Hình 3.9: Đường thêm chuẩn tiêu biểu biểu diễn độ hấp thu của Hg theo lượng Hg thêm vào dung dịch mẫu trong trong phương pháp CV-Amalgam-AAS Hình 3.10: Sơ đồ quy trình xử lý mẫu bùn lắng dùng hệ thống phân h ủy mẫu Kjeldah [...]... methyl thủy ngân - Giai đoạn 6: thủy ngân xâm nhập trở lại khí quyển hoặc tích tụ sinh học trong chuỗi thức ăn [44] Hình 1.1: Chu trình biến đổi của thủy ngân trong tự nhiên [44] 1.2 Các phương pháp xác định vi lượng thủy ngân được dùng phổ biến 1.2.1 Phương pháp phổ phát xạ ghép cặp cảm ứng cao tần (ICP-OES) Phổ phát xạ nguyên tử ghép cặp cảm ứng cao tần là phương pháp phổ phát xạ sử dụng nguồn năng lượng. .. hợp chất thủy ngân hữu cơ, methyl thủy ngân là dạng phổ biến nhất Các hợp chất thủy ngân vô cơ tích tụ trong đất và bùn lắng dưới tác động của hệ vi khuẩn có trong đất và bùn lắng sẽ chuyển hóa thành methyl thủy ngân Đây là nguồn chính tạo ra methyl thủy ngân trong tự nhiên Những hợp chất cơ thủy ngân thường là hợp chất cộng hóa trị, tan trong dung môi hữu cơ nhiều hơn trong nước Chỉ có những hợp chất... Hình 1.6: Hệ thống tạo thủy ngân theo tiêm dòng chảy (flow injection) dùng trong phân tích thủy ngân theo phương pháp CV AAS (FIASS-400 – Perkin Elmer) [13] 1.2.5 Phương pháp phổ hấp thu nguyên tử hóa hơi lạnh kết hợp làm giàu mẫu trên bẫy vàng (CV-Amalgam-AAS) Phổ hấp thu nguyên tử hóa hơi lạnh là một trong những phương pháp phổ biến nhất dùng để xác định hàm lượng thủy ngân trong nhiều đối tượng mẫu... thủy ngân hữu cơ rất độc hại điển hình là hợp chất methyl thủy ngân Sự tích tụ thủy ngân trong bùn lắng như vậy có thể ảnh hưởng đến đời sống của các sinh vật thủy sinh, gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người thông qua chuỗi thức ăn Hơn thế nữa, khi thủy ngân thâm nhập vào cơ thể sống nó sẽ tích tụ trong thời gian rất dài, khó đào thải đồng thời gây nên nhiều tổn hại cho cơ thể Do vậy, xác định hàm. .. của thủy ngân khác nhau về cả đặc điểm sinh học, dược động học và độc tính Thủy ngân vô cơ ít độc hơn so với hợp chất thủy ngân hữu cơ (methyl thủy ngân, ethyl thủy ngân) Ngộ độc thủy ngân kim loại chủ yếu qua đường hô hấp và qua da do đặc tính dễ bay hơi của thủy ngân kim loại Đối với thủy ngân hữu cơ, con đường chính gây ngộ độc là do ăn uống, đặc biệt do ăn phải cá biển có chứa methyl thủy ngân. .. cao hơn Phương pháp CV-AFS có thể phân tích thủy ngân ở nồng độ ng/L trong khi phương pháp CV-AAS chỉ có thể phân tích thủy ngân ở nồng độ µg/ L [17], [20] AFS ứng dụng thích hợp trong lĩnh vực nghiên cứu cấu trúc điện tử của nguyên tử và trong phân tích định lượng nguyên tố Nó được sử dụng trong phân tích kim loại trong các mẫu sinh học, nông nghiệp, công nghiệp và mẫu môi trường 1.2.4 Phương pháp phổ... huỳnh quang phát ra để xác định hàm lượng thủy ngân có 14 trong mẫu Trong phương pháp này cần sử dụng khí Ar tinh khiết 99.999% làm khí mang Nếu sử dụng khí nitrogen sẽ làm giảm độ nhạy đi 8 lần và sử dụng không khí sẽ làm giảm độ nhạy đến 30 lần [20] Phương pháp AFS cũng gặp phải những nhiễu tương tự như trong phương pháp AAS: nhiễu hóa học, nhiễu quang phổ Tuy nhiên, so với phương pháp AAS thì AFS có... nhanh lượng Hg trong dung dịch xác định nhưng độ chính xác không cao nếu nền mẫu và chuẩn khác nhau nhiều tức là mức độ khử và lôi cuốn Hg giữa mẫu và chuẩn khác nhau Hình 1.3: Hệ thống tạo thủy ngân gián đoạn (batch mode) dùng trong phân tích thủy ngân theo phương pháp CV AAS [13] Kiểu khử thủy ngân theo mẻ và lôi cuốn tuần hoàn (batch modecirculation): giống như kiểu thứ nhất nhưng hơi thủy ngân sau... vốn đóng vai trò quan trọng trong các bệnh như Alzheimer, Parkinson, ung thư … Thủy ngân được đào thải qua nước tiểu, phân, qua đường hô hấp và qua sữa mẹ Chu kỳ bán hủy của thủy ngân kim loại là 60 ngày, của thủy ngân vô cơ là 40 ngày, methyl thủy ngân là 70 ngày và dimethyl thủy ngân là 20 ngày [39] 10 1.1.3 Các nguồn phát sinh thủy ngân 1.1.3.1 Các nguồn tự nhiên Thủy ngân là một thành thành phần... diễn ra trong hệ "continuous flow" Tín hiệu phân tích là dạng peak Do lượng dung dịch vào và ra bình phản ứng liên tục nên chỉ một phần thủy ngân trong mẫu đến được ống thạch anh, phần còn lại sẽ đi vào bình chứa chất thải Tín hiệu thu được không phải của toàn bộ lượng thủy ngân có trong mẫu nên giới hạn phát hiện của phương pháp này kém hơn so với phương pháp khử Hg theo mẻ Tuy nhiên phương pháp này . với pháp xử lý mẫu bằng lò vi sóng B ảng 3.12: Hàm lượng Hg trong mẫu bùn lắng BCSS-1 xác định bằng phương pháp CV-Amalgam-AAS với pháp xử lý mẫu bằng lò vi sóng 3 Bảng 3.13: Hàm lượng thủy. NHIÊN HOÀNG HẢI YẾN XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG THỦY NGÂN TỔNG SỐ TRONG BÙN LẮNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP CV-AMALGAM-AAS Chuyên ngành: Hóa Phân Tích Mã số: 60 44 29 LUẬN VĂN THẠC SĨ. 3.8: Hàm lượng Hg trong mẫu chuẩn quốc tế BCSS-1 xác định bằng quy trình xử lý mẫu EPA và phương pháp phân tích CV-Amalgam-AAS Bảng 3.9: Hàm lượng Hg trong mẫu chuẩn quốc tế MESS-2 xác định bằng