Sử dụng phương pháp chiết pha rắn để tách và làm giàu Pb, phục vụ cho việc xác định và xử lý chúng trong một số đối tượng môi trường

I HC QUC GIA H NI TRNG I HC KHOA HC T NHIấN PhạM văn huấn Sử dụng phơng pháp chiết pha rắn để tách và làm giàu Pb, phục vụ cho việc xác định và xử lý chúng trong một số đối tợng môI trờng LUN VN THC S KHOA HC H NI - 2014 I HC QUC GIA H NI TRNG I HC KHOA HC T NHIấN PhạM văn huấn Sử dụng phơng pháp chiết pha rắn để tách và làm giàu Pb, phục vụ cho việc xác định và xử lý chúng trong một số đối tợng môI trờng Chuyờn ngnh : Hoỏ vụ c Mó s : 60440113 LUN VN THC S KHOA HC NGI HNG DN KHOA HC PGS.TS Lấ NH THANH H NI - 2014 Lời cảm ơn Em xin trân trọng gửi lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS.TS. Lê Như Thanh đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, truyền đạt những kinh nghiệm quý báu và tạo điều kiện tốt nhất cho việc thực hiện và hoàn thành luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn: Các thầy cô giáo bộ môn Hoá vô cơ, cùng các thầy, cô giáo khoa Hoá học Trường Đại Học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội. Đã hỗ trợ và tạo điều kiện tốt cho em, trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Em xin cảm ơn ban Chủ nhiệm Khoa, các bạn đồng nghiệp, người thân luôn cổ vũ, động viên giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn. Hà Nội, ngày 10 tháng 12 năm 2014 Học viên: Phạm Văn Huấn DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU CÁC TỪ VIẾT TẮT Tên Tiếng Việt Tên Tiếng Anh Viết Tắt Chiết pha rắn Solid Phase Extraction SPE Chiết lỏng – lỏng Liquid-Liquid Extraction LLE Sắc ký lỏng Gas Chromatography GC Sắc ký lỏng áp suất cao High Pressure Liquid Chromatography HPLC Quang phổ hấp thụ nguyên tử Atomic Absorption spectrometry AAS Quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa Flame Atomic Absorption spectrometry F-AAS Quang Phổ hấp thụ nguyên tử lò đốt Graphit Graphite furnace Atomic Absorption spectromety GF-AAS Phổ khối lượng Plasma cảm ứng Inductively coupled plasma mass spectrometry ICP-MS Nhựa vòng càng Chelex -100 Chelex-100 Chelating resine Chelex-100 Phần triệu 10 6 Parts per milion ppm Phần tỷ 10 9 Parts per billion ppb Danh mục bảng Bảng 1.1: Một số hằng số vật lý quan trọng của chì 2 Bảng 1.2: Giới hạn cho phép các kim loại Pb theo tiêu chuẩn Việt Nam 5 Bảng 1.3: Giới thiệu một số vật liệu pha tĩnh trong SPE 21 Bảng 3.1: Độ nhạy tương ứng với bước sóng của Pb 33 Bảng 3.2: Ảnh hưởng của chiều cao đèn NTH đến phép đo phổ F-AAS 34 Bảng 3.3: Ảnh hưởng của tốc độ khí cháy đến phép đo phổ F-AAS 35 Bảng 3.4: Tổng kết các điều kiện đo phổ AAS xác định Pb 35 Bảng 3.5: Khoảng tuyến tính của Pb 36 Bảng 3.6: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp thụ Pb 38 Bảng 3.7: Ảnh hưởng của tốc độ nạp mẫu 40 Bảng 3.8: Khảo sát các nồng độ HNO 3 dùng để rửa giải 42 Bảng 3.9: Ảnh hưởng của thể tích dung dịch rửa giải đến hiệu suất thu hồi 43 Bảng 3.10: Ảnh hưởng của tốc độ rửa giải đến hiệu suất thu hồi 44 Bảng 3.11: Hiệu suất thu hồi của mẫu giả 46 Bảng 3.12: Kết quả phân tích mẫu thực 49 Bảng 3.13: So sánh kết quả phân tích mẫu thực bằng phương pháp 50 Danh mục hình Hình 1.1: Các loại thuốc đông y chứa hàm lượng chì cao 8 Hình 2.1: Hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AA-6800 30 Hình 2.2: Hệ thống cột chiết pha rắn 32 Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc độ hấp thụ quang theo nồng độ chì 37 Hình 3.2: Ảnh hưởng của pH tới hiệu suất hấp thụ Pb 39 Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất thu hồi vào tốc độ nạp mẫu 41 Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc hiệu suất thu hồi vào nồng độ axit rửa giải 43 Hình 3.5: Ảnh hưởng của thể tích dung dịch rửa giải đến hiệu suất thu hồi 44 Hình 3.6: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất thu hồi vào tốc độ rửa giải 45 MỤC LỤC CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 2 1.1 Giới thiệu chung về chì 2 1.1.1 Tính chất lý, hóa của chì 2 1.1.1.1 Tính chất vật lý 2 1.1.1.2 Tính chất hóa học 2 1.1.2 Các hợp chất chính của chì 3 1.1.2.1 Các oxit 3 1.1.2.2 Các hidroxit 3 1.1.2.3 Các muối đặc trưng 4 1.1.3 Tác hại của chì 4 1.2 Tình trạng ô nhiễm chì 5 1.2.1 Nguy cơ ô nhiễm chì trong các đối tượng môi trường 5 1.2.2 Một số nguồn gây ô nhiễm chì 8 1.3 Các phương pháp xác định chì 9 1.3.1 Các phương pháp hoá học 9 1.3.1.1 Phương pháp phân tích khối lượng 9 1.3.1.2 Phương pháp phân tích thể tích 10 1.3.2 Các phương pháp phân tích công cụ 10 1.3.2.1 Các phương pháp điện hoá 10 1.3.2.2 Các phương pháp quang phổ 11 1.4 Một số phương pháp tách và làm giàu lượng vết ion kim loại nặng 16 1.4.1 Phương pháp cộng kết 16 1.4.2 Phương pháp chiết lỏng- lỏng 17 1.4.3 Phương pháp chiết pha rắn (SPE) 18 1.4.3.1 Định nghĩa về chiết pha rắn 18 1.4.3.2 Các cơ chế chiết pha rắn [21] 18 1.4.3.3 Các kỹ thuật trong SPE 20 1.4.3.4 Phương pháp chiết pha rắn bằng nhựa vòng càng 22 1.4.3.5 Ưu điểm của phương pháp chiết pha rắn so với chiết lỏng- lỏng 23 1.5 Một số phương pháp xử lý mẫu 24 1.5.1 Phương pháp vô cơ hóa ướt 25 1.5.2 Phương pháp vô cơ hóa khô 25 1.5.3 Phương pháp vô cơ hóa khô - ướt kết hợp 26 1.5.4 Phương pháp vô cơ hóa ướt trong lò vi sóng 26 CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM 27 2.1 Đối tượng và nội dung nghiên cứu 27 2.1.1 Đối tượng 27 2.1.2 Nội dung nghiên cứu 27 2.2 Dụng cụ và hóa chất 29 2.2.1 Dụng cụ 29 2.2.2 Hóa chất 30 2.2.3 Chuẩn bị cột chiết 31 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33 3.1 Khảo sát các điều kiện tối ưu của phép đo phổ F-AAS 33 3.1.1 Khảo sát các điều kiện đo phổ 33 3.1.1.1 Chọn vạch đo 33 3.1.1.2 Khe đo 33 3.1.1.3 Cường độ đèn catot rỗng (đèn HCL) 34 3.1.2 Khảo sát các điều kiện nguyên tử hóa mẫu 34 3.1.2.1 Chiều cao đèn nguyên tử hóa 34 3.1.2.2 Khảo sát thành phần và tốc độ khí cháy 35 3.1.3 Đánh giá chung về phương pháp phổ F-AAS 36 3.1.3.1 Khoảng tuyến tính của Pb và phương trình đường chuẩn 36 3.2 Khảo sát các điều kiện làm tách và làm giàu Pb 2+ bằng nhựa Chelex-100 37 3.2.1 Khảo sát khả năng hấp thụ của nhựa 38 3.2.1.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH 38 3.2.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ nạp mẫu 40 3.2.2 Khảo sát khả năng rửa giải 41 3.2.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit rửa giải 42 3.2.2.2 Khảo sát thể tích rửa giải 43 3.2.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ rửa giải 44 3.3 Phân tích mẫu giả 45 3.4 Phân tích mẫu thực 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………….………………………….53 PHỤ LỤC …………………………………………………………………………… 57 1 MỞ ĐẦU Tình trạng môi trường bị ô nhiểm bởi các hóa chất độc hại nói chung và ô nhiễm kim loại nặng nói riêng là vấn đề cấp thiết hiện nay. Trong đó ô nhiễm chì đang là mối lo ngại lớn của xã hội. Chì có khả năng xâm nhập, tích lũy vào trong cơ thể con người qua nhiều con đường khác nhau như thông qua hô hấp, ăn uống. Chì khi thâm nhập vào cơ thể với một lượng rất nhỏ cũng gây ra ảnh hưởng lớn tới sức khỏe con người. Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), việc sử dụng nguồn nước nhiễm một lượng chì lớn và trong thời gian dài có thể khiến một người bị nhiễm độc, thậm chí tử vong nếu không được cứu chữa kịp thời. Một trong những vấn đề nữa là các thực phẩm, mỹ phẩm không rõ nguồn gốc xuất xứ, hàng nhái, hàng giả đang bày bán tràn lan trên thị trường ở nước ta, ngay cả ở những thành phố lớn. Những mặt hàng này có nguy cơ nhiễm chì cao. Người tiêu dùng rất khó kiểm soát về chất lượng, nên cần có sự tham gia của các nhà chuyên môn để cung cấp thông tin cho người tiêu dùng. Để có thông tin chính xác về nồng độ của chúng, hiện nay có nhiều công cụ phân tích như: Sắc kí khí (GC), các phương pháp phân tích quang phổ nguyên tử (HG- AAS, GF-AAS), phương pháp cảm ứng cao tần plasma kết hợp với phổ phát xạ (ICP- AES) hay phổ khối (ICP-MS). Khó khăn lớn trong việc phân tích hàm lượng vết là ảnh hưởng của thành phần nền dung dịch mẫu. Để có kết quả chính xác người ta cần phải tách chất cần phân tích ra khỏi các ion gây cản trở trước khi xác định. Trong khi đó hầu hết các phòng thí nghiệm của Việt Nam còn thiếu thốn, các thiết bị phân tích chủ yếu có độ nhạy thấp. Do đó cần phải tách và làm giàu chất phân tích lên khoảng giới hạn phát hiện của thiết bị đo. Vì vậy việc tách và làm giàu chì trong một số đối tượng môi trường là rất cần thiết. [...]... nhiều ưu điểm hơn so với một số phương pháp làm giàu khác và sự kết hợp giữa phương pháp chiết với các phương pháp xác định tiếp theo (trắc quang, cực phổ ) có ý nghĩa rất lớn trong phân tích * Một số hệ chiết thường dùng trong tách, làm giàu Pb: - Hệ chiết Pb- dithizonat trong CCl4 hoặc CHCl3, sau đó xác định chúng bằng phương pháp phổ hấp thụ phân tử (UV-VIS) - Có thể chiết phức halogenua hoặc thioxianat... vòng càng thương mại có nhóm chức iminodiacetic acid (IDA) Vì vậy luận văn tập trung nghiên cứu, sử dụng phương pháp chiết pha rắn, để tách và làm giàu chì trong một số đối tượng môi trường Sau đó sử dụng thiết bị đo quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) để xác định hàm lượng chì trong mẫu đã làm giàu Để thực hiện mục tiêu, quá trình nghiên cứu được tiến hành như sau: Bước 1: Khảo sát các yếu tố... giàu Cd, Cu, Co theo phương pháp SPE bằng cách cho các ion kim loại tạo phức với Đietylđithiocacbamat rồi hấp thu lên pha tĩnh C-18 Rửa giải chúng bởi metanol rồi xác định theo phương pháp ICP- MS và ETA-AAS Phương pháp chiết pha rắn được sử dụng không chỉ để tách, làm giàu các nguyên tố ở dạng tổng mà còn được sử dụng để xác định các trạng thái liên kết hoá trị khác nhau của cùng một nguyên tố [24]... hiện đại, việc biến tính các vật liệu hấp thu cổ điển đã tổng hợp ra nhiều pha rắn có các tính năng ưu việt, làm cho phương pháp chiết pha rắn ngày càng hiệu quả hơn 1.5 Một số phương pháp xử lý mẫu Xử lý mẫu là quá trình hòa tan và phân hủy cấu trúc của chất mẫu ban đầu, giải phóng và chuyển các chất cần xác định về dạng đồng thể phù hợp với phép đo đó chọn, từ đó xác định hàm lượng chất mà chúng ta... trong SPE * Kỹ thuật ở điều kiện tĩnh: Gồm 3 bước chính - Phân bố chất tan giữa hai pha rắn- lỏng, cho một lượng pha rắn vào một thể tích xác định dung dịch mẫu cần phân tích, điều chỉnh môi trường phù hợp Sau đó lắc hay khuấy trong một thời gian xác định - Tách hai pha rắn - lỏng: Bằng cách lọc hay ly tâm - Giải hấp chất phân tích ra khỏi pha rắn * Kỹ thuật SPE ở điều kiện động Vật liệu pha rắn (pha. .. rắn so với chiết lỏng- lỏng So với chiết lỏng- lỏng thì SPE có ưu điểm hơn: - Đây là phương pháp tiến hành nhanh hơn, thao tác đơn giản - Tốn ít dung môi hơn Đặc biệt trong chiết lỏng- lỏng còn sử dụng lượng lớn dung môi đắt tiền, lại độc hại gây ô nhiễm môi trường - Yêu cầu tách đơn giản hơn - Hệ số làm giàu cao hơn Chiết pha rắn là một kỹ thuật chiết mới ra đời, kỹ thuật này được ứng dụng nhiều trong. .. bị phân tích có độ nhạy thấp Do đó cần phải làm giàu chất phân tích lên khoảng giới hạn của thiết bị đo Có nhiều phương pháp tách và làm giàu lượng vết các kim loại nặng, chúng tôi chọn phương pháp chiết pha rắn do có nhiều ưu điểm sau: Thao tác đơn giản, không sử dụng dung môi hữu cơ, tương đối rẻ tiền và đặc biệt có hệ số làm giàu cao Vật liệu hấp thụ pha rắn là nhựa trao đổi ion vòng càng thương mại... 1.3 Các phương pháp xác định chì Hiện nay, có rất nhiều phương pháp khác nhau để xác định 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 ngọn lửa (F-AAS, ETA-AAS) Sau đây là một số phương pháp xác định chì 1.3.1 Các phương pháp hoá học 1.3.1.1 Phương pháp phân tích khối lượng Phương pháp. .. không làm mất chất phân tích - Tốn ít acid đặc tinh khiết, giảm nhiễm tạp vào mẫu - Thao tác đơn giản, an toàn cho người lao động Nhược điểm: Thiết bị đắt tiền, phức tạp không phải cơ sở nào cũng có 26 2 CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 2.1 Đối tượng và nội dung nghiên cứu 2.1.1 Đối tượng Luận văn tập trung nghiên cứu xây dựng quy trình chiết pha rắn để tách và làm giàu kim loại chì trong một số đối tượng môi trường. .. của phương pháp là mất nhiều thời gian, nên phương pháp này ít được sử dụng 1.4.2 Phương pháp chiết lỏng- lỏng * Nguyên tắc: Phương pháp dựa trên sự phân bố chất tan khi được tạo thành ở dạng phức liên hợp hay ion phức vòng càng không mang điện tích giữa hai pha không trộn lẫn, thường là các dung môi hữu cơ và nước Tách và làm giàu chất bằng phương pháp chiết lỏng- lỏng có nhiều ưu điểm hơn so với một . PhạM văn huấn Sử dụng phơng pháp chiết pha rắn để tách và làm giàu Pb, phục vụ cho việc xác định và xử lý chúng trong một số đối tợng môI trờng Chuyờn ngnh : Hoỏ vụ c Mó s : 60440113 . T NHIấN PhạM văn huấn Sử dụng phơng pháp chiết pha rắn để tách và làm giàu Pb, phục vụ cho việc xác định và xử lý chúng trong một số đối tợng môI trờng LUN VN THC S. thuật trong SPE 20 1.4.3.4 Phương pháp chiết pha rắn bằng nhựa vòng càng 22 1.4.3.5 Ưu điểm của phương pháp chiết pha rắn so với chiết lỏng- lỏng 23 1.5 Một số phương pháp xử lý mẫu 24 1.5.1 Phương