nghiên cứu điều kiện xác định asen trong không khí khu vực làm việc bằng phương pháp điện hóa

1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Vũ Thị Thanh Phƣơng NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN XÁC ĐỊNH ASEN TRONG KHÔNG KHÍ KHU VỰC LÀM VIỆC BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2012 2 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Vũ Thị Thanh Phƣơng NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN XÁC ĐỊNH ASEN TRONG KHÔNG KHÍ KHU VỰC LÀM VIỆC BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60 44 29 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Trần Chƣơng Huyến Hà Nội - 2012 3 MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG………………………………………………………………. E rror! Bookmark not defined. DANH MỤC HÌNH………………………………………………………………. 1 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT………………………………………………. 9 MỞ ĐẦU………………………………………………………………………… 1 0 Chƣơng 1. TỔNG QUAN………………………………………………………… 1 1 1.1.Asen 11 1.1.1. Dạng tồn tại của Asen 11 1.1.2 .Tính chất vật lý 11 1.2.3.Tính chất hoá học 12 1.1. 4. Sản xuất và ứng dụng Asen 14 1.1.5.Các nguồn phát thải Asen 15 1.1.6. Sự lưu trú và vận chuyển của Asen trong môi trường 16 1.1.7. Độc tính và cơ chế gây độc 18 1.2. Một số phương pháp phân tích Asen 22 1.2.1. Phương pháp trắc quang 22 1.2.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử 23 1.2.3. Phương pháp điện hoá 26 1.2.3.1. Phương pháp Von - Ampe hoà tan 26 1.2.3.2.Các kỹ thuật ghi đường von-ampe hòa tan 28 1.2.3.2 Phương pháp vôn- ampe hoà tan hấp phụ (AdSV) 31 1.2.4. Tổng kết các công trình xác định lượng vết As bằng phương pháp Vôn- ampe hoà tan. 33 4 Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM…………………………………………………….39 2.1. Đối tượng nghiên cứu 39 2.2. Mục tiêu nghiên cứu 39 2.3. Những vấn đề nghiên cứu 39 2.4. Phương pháp nghiên cứu 39 2.4.1. Phương pháp hồi cứu, thu thập tổng hợp tài liệu 39 2.4.2. Kỹ thuật lấy mẫu Asen trong không khí 39 2.4.3. Bảo quản mẫu 40 2.4.5. Xử lý mẫu 41 2.4.6. Phương pháp phân tích 41 2.5. Hóa chất 41 2.5.1. Các dung dịch axit, kiềm, muối (p.a) 41 2.5.2. Các kim loại gốc, dung dịch làm việc 41 2.5.3. Dụng cụ thí nghiệm 42 2.6. Thiết bị 42 Chƣơng 3. CÁC KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43 3.1. Thẩm định các điều kiện tối ưu để xác định Asen (III) bằng phương pháp von-ampe hòa tan catot 43 3.1. 1 Khảo sát chọn nền 43 3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ nền 44 3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của Cu 46 3.1. 4. Khảo sát nồng độ của Na- DDTC 49 3.1.5. Khảo sát các thông số đo 51 3.1.5.1. Khảo sát thế điện phân 51 3.1.5.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian điện phân. 53 3.2. Xác định As (V ) 55 3.2.1 Khảo sát nồng độ Natri dithionit 55 3.2.2 .Đánh giá hiệu suất khử của Natri dithionit 56 3.3. Khảo sát ảnh hưởng của các chất đến sự khử của As(V) 57 5 3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của Fe 3+ 57 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của Zn 2+ 58 3.3.3.Khảo sát ảnh hưởng của Pb 2+ 59 3.3.4 Khảo sát ảnh hưởng của Crom 60 3.3.5 Khảo sát ảnh hưởng của Niken 61 3.4. Xây dựng đường chuẩn 62 3.4.1 Đường chuẩn cho As (III) 62 3.4.2-Đường chuẩn xác định As(V) 64 3.4.3. Độ lặp lại của phép đo 66 3.4.4.Giới hạn phát hiện (LOD) 67 3.5. Quy trình phân tích tổng Asen trong mẫu khí 68 3.5.1. Kỹ thuật lấy mẫu Asen trong không khí 68 3.5.2. Bảo quản mẫu 68 3.5.3. Xử lý mẫu 68 3.6. Xác định giới hạn phát hiện của phương pháp (MDL) 68 3.7. Xác định hiệu suất thu hồi trên nền mẫu thật 69 3.8. Điều kiện và phương pháp phân định lượngAsen trên thiết bị điện hóa. 71 3.9. Xác định nồng độ Asen trong mẫu thực tế 73 KẾT LUẬN……………………………………………………………………… 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………… 79 6 DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 3.1 Chương trình đo trên máy Autolab với điện cực VA 663 38 Bảng 3.2 Khảo sát chọn nền axit 38 Bảng3.3 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit HCl 40 Bảng 3.4 Khảo sát ảnh hưởng của Cu 2+ đến chiều cao pic Asen 42 Bảng 3.5 Khảo sát ảnh hưởng của Na-DDTC đến chiều cao pic Asen 44 Bảng 3.6 Khảo sát ảnh hưởng của thế điện phân 47 Bảng 3.7 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian điện phân 49 Bảng 3.8 Bảng 3.9 Bảng 3.10 Bảng 3.11 Khảo sát ảnh hưởng Natri dithionite đến chiều cao pic Hiệu suất khử 1ppb As(V) Hiệu suất khử 2,5ppb As(V) Hiệu suất khử 5ppb As(V) 51 51 51 51 Bảng 3.12 Khảo sát ảnh hưởng của Fe 3+ đến chiều cao pic As(III) 52 Bảng 3.13 Khảo sát ảnh hưởng của Zn 2+ đến chiều cao pic As(III) 53 Bảng 3.14 Khảo sát ảnh hưởng của Pb 2+ đến chiều cao pic As(III) 54 Bảng 3.15 Khảo sát ảnh hưởng của Cr 3+ đến chiều cao pic As(III) 55 Bảng 3.16 Bảng 3.17 Khảo sát ảnh hưởng của Ni 2+ đến chiều cao pic As(III) Giới hạn của các nguyên tố ảnh hưởng 56 57 Bảng 3.18 Đường chuẩn As (III) 0,2ppb đến 1ppbAs (III) 57 Bảng 3.19 Đường chuẩn As (III) từ 0,5ppb đến 5 ppb 58 Bảng 3.20 Đường chuẩn As (III) từ 2,5ppb đến 10ppb 58 Bảng 3.21 Đường chuẩn As (V) ở 0,5ppb đến 3ppb 59 Bảng 3.22 Đường chuẩn As (V) từ 2ppb đến 10ppb 60 Bảng 3.23 Đo lặp lại của As(III) 61 Bảng 3.24 Đánh giá giới hạn phát hiện của As(III) 63 Bảng 3.25 Khảo sát giới hạn phát hiện của phương pháp 64 Bảng 3.26 Hiệu suất thu hồi Asen trên nền mẫu thật 66 Bảng 3.27 Nồng độ Asen trong không khí khu vực làm việc 70 Bảng 3.28 Nồng độ Asen trong không khí khu vực tuyển nổi 71 7 DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1 Sự xâm nhập của arsen và những hợp chất của nó trong cơ thể 15 Hình 1.2 Sự chuyển hóa trimethylarsine thành các sản phẩm cực độc 16 Hình 1.3 Sự chuyển hóa Asen trong chu trình acid citric 16 Hình 1.4 Asen thay thế Photpho trong quá trình tạo thành ATP 17 Hình 1.5 Dạng đường Von-ampe hòa tan theo kỹ thuật DP 24 Hình 1.6 Dạng đường Von-ampe hòa tan theo kỹ thuật SqW 25 Hình 2.1 Sơ đồ lấy mẫu Asen trong khu vực làm việc 35 Hình 3. 1 Đường von-ampe hoà tan của As(III) trong một số nền axit 39 Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ axit HCl đến chiều cao pic As(III). 40 Hình 3.3 Đường Von-ampe hòa tan As(III) ở các nồng độ axit HCl khác nhau 41 Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của Cu 2+ đến chiều cao pic Asen 42 Hình 3.5 Đường Von-ampe hòa tan của các nồng độAsen(III) khi khảo sát ảnh hưởng của Cu 2+ 43 Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng Na-DDTC đến chiều cao pic As(III) 45 Hình 3.7 Đường Von-Ampe hòa tan của As(III) khi khảo sát ảnh hưởng của Na-DDTC 46 Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thế điện phân 47 Hình 3.9 Đường Von-ampe của As(III) khi khảo sát thế điện phân 48 Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian điện phân. 49 Hình 3.11 Đường Von-Ampe của As(III) khi khảo sát thời gian điện phân 49 8 Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ Na 2 S 2 O 4. 51 Hình 3.13 Đường Von- ampe và đường thêm chuẩn khi đánh giá hiệu suất thu hồi 53 Hình 3.14 Đường Von-ampe biểu diễn ảnh hưởng của Fe 3+ 53 Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của Fe 3+ . 53 Hình 3.16 Đường Von-ampe biểu diễn ảnh hưởng của Zn 2+ 54 Hình 3.17 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của Zn 2+ 54 Hình 3.18 Đường Von-ampe biểu diễn ảnh hưởng của Pb 2+ 55 Hình 3.19 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của Pb 2+ 55 Hình3. 20 Đường Von-ampe biểu diễn ảnh hưởng của Cr 3+ 56 Hình 3.21 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của Cr 3+ 56 Hình 3.22 Đường Von-ampe biểu diễn ảnh hưởng của Ni 2+ 56 Hình 3.23 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của Ni 2+ 56 Hình 3.24 Đồ thị biểu diễn đường chuẩn As(III) từ 0,2ppb đến 1ppb. 58 Hình 3.25 Đường chuẩn As (III) ở 0,2ppb đến 1ppb 58 Hình 3.26 Đồ thị biểu diễn đường chuẩn As(III) từ 0,5 ppb đến 5ppb 58 Hình 3.27 Đường chuẩn As (III) ở 0,5ppb đến 5ppb 58 Hình 3.28 Đồ thị biểu diễn đường chuẩn As(III) từ 2,5 ppb đến 10ppb 59 Hình 3.29 Đường chuẩn As (III) từ 2,5ppb đến 10ppb 59 Hình 3.30 Đồ thị biểu diễn đường chuẩn As(V) từ 0,5 ppb đến 1ppb 60 Hình 3.31 Đường chuẩn của As (V) từ 0,5ppb đến 1ppb 60 Hình 3.32 Đồ thị biểu diễn đường chuẩn As(V) từ 0,5 ppb đến 1ppb 60 Hình 3.33 Đường chuẩn As (V) từ 0,5ppb đến 1ppb 60 Hình 3.34 Đo lặp lại các dung dịch As(III) 61 Hình 3.35 Quy trình xác định tổng Asen trong không khí khu vực làm việc 65 Hình3.36 Một số hình ảnh lấy mẫu tại hiện trường 68 9 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Các từ viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng việt AAS Atomic absorption spectrometry Quang phổ hấp thụ nguyên tử AE Auxiliary electrode Điện cực phù trợ AV Stripping voltammetric ASV Anodic stripping voltammetry Von-ampe hòa tan anot BYT Bộ y tế CSV Cathodic stripping voltammetry Von-ampe hòa tan catot DP ASV Differential pulse Anodic stripping voltammetry Xung vi phân Von-ampe hòa tan anot DP CSV Differential pulse Cathodic stripping voltammetry Xung vi phân Von-ampe hòa tan catot MCE Mix Celluose acetate MDL Method Detection limit Giới hạn phát hiện của phương pháp HMDE Hanging Mercury drop electrode Giọt thủy ngân treo Na-DDTC Natri diethyldithiocarbamat NIOSH National Institute for Occupationa Safety and Health Viện nghiên cứu an toàn vệ sinh lao động Hoa Kỳ LOD Limit of detection Giới hạn phát hiện S Standard deviation Độ lệch chuẩn QCVN Quy chuẩn Việt Nam TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam VAHT Von-ampe hoà tan WE Working electrode Điện cực làm việc 10 MỞ ĐẦU Trong những thập kỷ vừa qua, tốc độ đô thị hóa, công nghiệp hóa cũng như sự gia tăng dân số cao ở các quốc gia châu Á đã làm giảm tỷ lệ đói nghèo và tăng cường chất lượng cuộc sống cho hàng triệu người dân. Nhưng bên cạnh với đó nhiều thành phố cũng phải đối diện với tình trạng ô nhiễm nặng nề như ở Hồng Kông, Băng Cốc, Bắc Kinh… Mức ô nhiễm bụi trong không khí ở một vài quốc gia đã vượt quá quy định về chất lượng không khí của Mỹ. Các nghiên cứu dịch tễ học cho thấy ô nhiễm các hạt trong không khí thường liên quan đến tỷ lệ mắc bệnh và tỷ lệ chết cao ở người. Các hóa chất được tìm thấy trong bụi không khí đóng góp vào độ độc bao gồm các kim loại và các chất hữu cơ. Trong số đó Asen được quan tâm đặc biệt vì độc tính của chúng như gây ung thư, biến đổi gen, nhiễu loạn quá trình sinh sản ở người. Asen trong môi trường không khí có các tính chất độc hại nên ngày càng được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. Nhiều nơi trên thế giới đã tiến hành khảo sát mức độ ô nhiễm Asen trong không khí tuy nhiên ở Việt Nam chưa có nhiều nghiên cứu về Asen trong không khí được công bố, vì vậy việc nghiên cứu xây dựng quy trình xác định Asen không khí ở Việt Nam là việc làm cần thiết. Trong luận văn này chúng tôi chọn đề tài : Nghiên cứu xây dựng quy trình xác định Asen trong không khí khu vực làm việc của một xí nghiệp luyện kim màu bằng phương pháp von- ampe hòa tan. [...]... việc xác định As bằng phương pháp này do chúng cũng có thể bay hơi trong những điều kiện trên Vì As (III) và As (V) có độ nhạy không bằng nhau nên khi xác định chúng bằng phương pháp hydrua này As(V) bị khử về As(III) trước khi đem xác định bằng cách dùng hỗn hợp KI + axit ascobic 5% Phương pháp này cho phép xác định đối với các loại asen hữu cơ hoặc dạng phức của asen Theo OSHA[22]: Các hợp chất Asen. .. chất trong môi trường (speciation), trong khi đó các phương pháp khác như AAS, ICP-AES … không làm được điều đó 1.2.3.2 Phương pháp vôn- ampe hoà tan hấp phụ (AdSV) Phương pháp AdSV là phương pháp bổ xung cho phương pháp ASV, vì nó có thể xác định được lượng vết và siêu vết các chất vô cơ và hữu cơ mà phương pháp ASV không thể hoặc rất khó xác định Về cơ sở lí thuyết, phương pháp AdSV khác với phương pháp. .. NH4H2PO4 Lượng Asen( III) từ 0,73 20 ng/m3, hàm lượng Asen( V) trong khoảng 14- 250 ng/m3 1.2.3 Phương pháp điện hoá 1.2.3.1 Phương pháp Von - Ampe hoà tan Phương pháp này dựa trên việc kết tủa làm giàu chất cần phân tích lên bề mặt điện cực bằng cách điện phân Việc làm kết tủa chất cần phân tích lên bề mặt điện cực được thực hiện bằng cách vừa điện phân vừa khu y trong một thời gian nhất định, ở một thế... giản hoá việc sử lý mẫu và tự động hoá quy trình xác định nhằm rút ngắn thời gian phân tích 1.2.4 Tổng kết các công trình xác định lượng vết As bằng phương pháp Vônampe hoà tan Phương pháp von-ampe hòa tan anot: Việc sử dụng điện cực đĩa vàng quay để xác định tổng lượng As bằng vonampe hoà tan anot đã được rất nhiều nhà nghiên cứu quan tâm đến Phương pháp xác định tổng lượng As có giới hạn xác định khoảng... dung dịch Cu2+ trong HCl[14] Phương pháp này được sử dụng để xác định Asen trong không khí quặng, trong S, trong H2SO4, H3PO4 và trong một số loại khoáng vật khác, trong HF, trong NaCl, trong than đá và hắc ín Hiện nay có rất nhiều nghiên cứu đã đề xuất đưa ra thuốc thử L-erythro 2- (Metylamine) - 1- Phenylpropan-1ol(L-ephedrine) trong cloroform thay thế cho việc dùng piridin 1.2.2 Phương pháp quang phổ... trái đất bằng cách lắng đọng ướt hoặc khô Thời gian lưu trú và tốc độ vận chuyển của các Asen trong không khí phụ thuộc vào kích thước hạt mà Asen đính vào Các điều kiện khí hậu, điều kiện hoạt động của quá trình công nghiệp sẽ tác động đến tốc độ sa lắng khô và ướt Các khu vực gần lò nung kim loại nồng độ Asen trong không khí cao hơn các khu vực lân cận khác Quá trình lắng đọng khô của aerosol asen trung... chọn được các điều kiện thí nghiệm thích hợp như: thế điện phân làm giàu, thời gian làm giàu, thành phần nền, pH… * Khi phân tích theo phương pháp SV không cần đốt mẫu nên phương pháp SV thường được dùng để kiểm tra chéo các phương pháp AAS và ICP-AES khi có những đòi hỏi cao về tính pháp lý của kết qủa phân tích * Trong những nghiên cứu về độc học và môi trường, phương pháp SV có thể xác định các dạng... phương pháp phân tích vết khác, phương pháp von-ampe hòa tan (SV) có các ưu điểm sau: * Phương pháp SV có khả năng xác định đồng thời nhiều kim loại (6 kim loại) ở những nồng độ cỡ lượng vết (cỡ ppb hay nhỏ hơn 10-6 M) và siêu vết (cỡ ppt hay nhỏ hơn 10-9 M) * Thiết bị của phương pháp SV không đắt, nhỏ gọn, tiêu tốn ít điện và không cần làm mát (hay làm nguội ) So với các phương pháp khác, phương pháp. .. với việc làm giàu chất cần phân tích nên phương pháp này có độ nhạy khá cao.[1,3,4,5] Theo phương pháp von-ampe hoà tan (SV), quá trình phân tích gồm giai đoạn làm giàu, và giai đoạn hoà tan:  Giai đoạn làm giàu: Chất phân tích được làm giàu bằng cách điện phân dung dịch phân tích ở một thế xác định để tập trung nó lên bề mặt điện cực làm việc Khi điện phân, dung dịch phân tích được khu y trộn đều bằng. .. trình làm giàu Cơ chế tổng quát của quá trình làm giàu trong phương pháp AdSV như sau: trước hết phức của ion kim loại với phối tử hữu cơ được hình thành sau khi thêm phối tử vào dung dịch phân tích, tiếp theo đó phức được tích luỹ bằng cách hấp phụ điện hoá lên ranh giới tiếp xúc dung dịch điện cực làm việc Trong thời gian làm giàu, thế trên điện cực làm việc được giữ không đổi Hầu hết các nghiên cứu . NHIÊN Vũ Thị Thanh Phƣơng NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN XÁC ĐỊNH ASEN TRONG KHÔNG KHÍ KHU VỰC LÀM VIỆC BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60 44 29 LUẬN. NHIÊN Vũ Thị Thanh Phƣơng NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN XÁC ĐỊNH ASEN TRONG KHÔNG KHÍ KHU VỰC LÀM VIỆC BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC . hiện của phương pháp 64 Bảng 3.26 Hiệu suất thu hồi Asen trên nền mẫu thật 66 Bảng 3.27 Nồng độ Asen trong không khí khu vực làm việc 70 Bảng 3.28 Nồng độ Asen trong không khí khu vực tuyển