Nghiên cứu xác định hàm lượng Cadimi(II) trong nước mặt, nước ngầm và nước thải bằng phương pháp chiết trắc quang hệ phức pan Cd(II) CHCL2COOH

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH HOÀNG TIẾN DŨNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CADIMI(II) TRONG NƯỚC MẶT, NƯỚC NGẦM VÀ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHIẾT - TRẮC QUANG HỆ PHỨC PAN – Cd(II) – CHCl 2 COOH CHUYÊN NGÀNH: HOÁ PHÂN TÍCH MÃ SỐ: 60.44.0118 LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÁ HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN KHẮC NGHĨA NGHỆ AN – 2014 2 LỜI CẢM ƠN Luận văn được hoàn thành tại phòng thí nghiệm Hóa phân tích - Khoa hóa học - Trường Đại học Vinh và Trung tâm kiểm nghiệm dược phẩm - mỹ phẩm Nghệ An. Bằng tấm lòng trân trọng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Khắc Nghĩa - người đã hướng dẫn khoa học, tận tình chỉ bảo em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu, tới TS. Đinh Thị Trường Giang và PGS.TS. Hoàng Văn Lựu đã đóng góp những ý kiến quý báu để em hoàn thành luận văn này. Em xin trân trọng cảm ơn Phòng đào tạo sau đại học, Ban chủ nhiệm khóa Hóa, và các thầy cô giáo, các cán bộ phòng thí nghiệm khoa Hóa - Trường Đại học Vinh, cán bộ và kỹ thuật viên thuộc Trung tâm kiểm nghiệm dược phẩm - Mỹ phẩm Nghệ An đã giúp đỡ tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè, người thân đã ủng hộ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Nghệ An, ngày 16 tháng 10 năm 2014 Học viên Hoàng Tiến Dũng MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 14 1.1.GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN TỐ CADIMI 14 3 1.1.1. Vị trí, cấu tạo, trạng thái tự nhiên và mức oxi hóa của cadimi 14 1.1.2. Tính chất của cadimi và một số phản ứng của ion Cd 2+ 15 1.1.3. Khả năng tạo phức của cadimi với một số thuốc thử hữu cơ 18 1.1.4. Độc tính của cadimi và nguồn tạo ra cadimi 21 1.2. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CADIMI 23 1.2.1. Phương pháp trắc quang và chiết - trắc quang 23 1.2.2. Phương pháp chuẩn độ comlexon 24 1.2.3. Xác dịnh cadimi bằng phương pháp cực phổ 25 1.2.4. Xác định cadimi bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử dùng lò nhiệt điện 26 1.3. TÍNH CHẤT VÀ KHẢ NĂNG TẠO PHỨC CỦA PAN (1,2 - PYRIDYLAZO - 2 NAPHTHOL) 26 1.3.1. Cấu tạo, tính chất vật lý của PAN 26 1.3.2. Tính chất hóa học và khả năng tạo phức của PAN 27 1.4. AXIT AXETIC VÀ DẪN XUẤT ClO CỦA NÓ 29 1.5. SỰ HÌNH THÀNH PHỨC ĐA LIGAN VÀ ỨNG DỤNG CỦA NÓ TRONG HÓA PHÂN TÍCH 30 1.6. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHIẾT PHỨC ĐA LIGAN [14] 32 1.6.1. Một số vấn đề chung về chiết 32 1.6.2. Các đặc trưng định lượng của quá trình chiết 33 1.7. CÁC BƯỚC NGHIÊN CỨU PHỨC MÀU DÙNG TRONG PHÂN TÍCH TRẮC QUANG 34 1.7.1. Nghiên cứu hiệu ứng tạo phức 34 1.7.2. Nghiên cứu các điều kiện tạo phức tối ưu 35 1.7.3. Nghiên cứu khả năng áp dụng của phức màu để định lượng trắc quang …38 1.8. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN PHỨC 40 1.8.1. Phương pháp chuyển dịch cân bằng 40 1.8.2. Phương pháp tỷ số mol (phương pháp đường cong bão hòa) 42 4 1.8.3. Phương pháp hệ đồng phân tử (phương pháp biến đổi liên tục - phương pháp Oxtromuxlenko) 43 1.8.4. Phương pháp Staric - Bacbanel (Phương pháp hiệu suất tương đối) 44 1.9. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ HẤP THỤ PHÂN TỬ CỦA PHỨC 47 1.9.1. Phương pháp Komar xác định hệ số hấp thụ phân tử của phức 47 1.9.2. Phương pháp xử lý thống kê đường chuẩn 48 1.10. ĐÁNH GIÁ CÁC KẾT QUẢ PHÂN TÍCH 49 CHƯƠNG II: KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 50 2.1. DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU 50 2.1.1. Dụng cụ 50 2.1.2. Thiết bị nghiên cứu 50 2.2. PHA CHẾ HÓA CHẤT 50 2.2.1. Dung dịch Cd 2+ 10 -3 M 50 2.2.2. Dung dịch PAN 10 -3 M 51 2.2.3. Dung dịch CHCl 2 COOH 2.10 -1 M 51 2.2.4. Các dung dịch khác 51 2.3. CÁCH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 52 2.3.1. Dung dịch so sánh 52 2.3.2. Chuẩn bị dung dịch phức PAN - Cd(II) - CHCl 2 COOH 52 2.3.3. Phương pháp nghiên cứu 52 2.4. XỬ LÝ CÁC KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 52 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 54 3.1. NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG TẠO PHỨC ĐALIGAN CỦA PAN - Cd(II) - CHCl 2 COOH TRONG DUNG MÔI ISO AMYLIC 54 3.1.1. Nghiên cứu hiệu ứng tạo phức đaligan 54 3.1.2. Nghiên cứu các điều kiện tối ưu chiết phức đaligan PAN - Cd(II) - CHCl 2 COOH trong dung môi iso amylic 56 3.2. XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN PHỨC ĐALIGAN PAN - Cd(II) - CHCl 2 COOH68 5 3.2.1. Phương pháp tỷ số mol xác định tỷ lệ Cd(II):PAN 68 3.2.2. Phương pháp đồng phân tử mol xác định tỷ lệ Cd 2+ : PAN 70 3.2.3. Phương pháp Staric - Bacbanel 71 3.2.4. Xác định hệ số tỷ lượng CHCl 2 COO - trong phức đaligan bằng phương pháp chuyển định cân bằng 74 3.3. XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG CHUẨN PHỤ THUỘC MẬT ĐỘ QUANG VÀO NỒNG ĐỘ PHỨC 76 3.4. ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ ION CẢN VÀ PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG CHUẨN KHI CÓ MẶT CỦA ION CẢN 78 3.4.1. Ảnh hưởng của một số ion tới mật độ quang của phức PAN - Cd(II) - CHCl 2 COOH……………………………………………………………… 78 3.4.2. Xây dựng đường chuẩn khi có mặt ion cản 80 3.5. XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CADIMI TRONG MẪU NHÂN TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHIẾT - TRẮC QUANG 82 3.6. XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG Cd 2+ TRONG MẪU NƯỚC MẶT, NƯỚC NGẦM VÀ NƯỚC THẢI Ở KHU CÔNG NGHIỆP LỄ MÔN - THÀNH PHỐ THANH HÓA - TỈNH THANH HÓA 84 3.6.1. Quy trình lẫy mẫu và xử lý mẫu 84 3.6.2. Xác định hàm lượng Cd 2+ bằng phương pháp thêm nhiều mẫu chuẩn trong phân tích trắc quang 85 3.7. XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CADIMI TRONG CÁC MẪU NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP F - AAS 96 KẾT LUẬN 98 DANH MỤC VIẾT TẮT CTMAB: Cetyltrimethy ammonium Bromide 6 EDTA: Ethylen diamin Tetraacetic Acid MIBX: Metyl iso butyl xeton Abs: Độ hấp thụ AAS: Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử F-AAS: Phép đo quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn tử QCVN: Quy chuẩn Việt Nam BTNMT: Bộ tài nguyên môi trường 7 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Khối lượng phân tử và hằng số phân li của axit axetic và các dẫn xuất clo của nó ……………………………………………………… …….18 Bảng 3.1: Các số liệu về phổ của thuốc thử PAN các phức đơn và đaligan ……42 Bảng 3.2. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức PAN - Cd(II) - CHCl 2 COOH vào pH chiết …………………………………….………………… ….44 Bảng 3.3. Các thông số phổ hấp thụ electron của phức PAN - Cd(II) - CHCl2COOH trong các dung môi khác nhau ………………………………………….… 46 Bảng 3.4. Mật độ quang của phức PAN - Cd(II) - CHCl 2 COOH trong các dung môi hữu cơ khác nhau …………………………………………… ….46 Bảng 3.5. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức PAN-Cd(II)-CHCl 2 COOH vào thời gian lắc chiết …………………………………………………………………….48 Bảng 3.6. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức PAN - Cd(II)-CHCl 2 COOH vào thời gian sau khi chiết …………………………… …………… …….49 Bảng 3.7. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức PAN - Cd(II) - CHCl 2 COOH vào nồng độ CHCl 2 COOH …………………………….………………… 50 Bảng 3.8. Sự phụ thuộc phần trăm chiếc của phức PAN - Cd(II) - CHCl 2 COOH vào thể tích dung môi chiết …………………………………… …….……52 Bảng 3.9. Sự phụ thuộc phần trăm chiết của phức PAN - Cd(II) - CHCl 2 COOH vào số lần chiết …………………………………………………… …….……53 Bảng 3.10. Sự lặp lại phần trăm chiết phức PAN - Cd(II) - CHCl 2 COOH …………………………………………………………………………….…55 Bảng 3.11. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng lực ion - đến mật độ quang……………55 Bảng 3.12. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức PAN - Cd(II) - CHCl 2 COOH vào C PAN ……………………………………………………………….…….57 Bảng 3.13. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức PAN - Cd(II) - CHCl 2 COOH vào C PAN ……………………………………………………………….……57 8 Bảng 3.14. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức PAN - Cd(II) - CHCl 2 COOH vào PANCd PAN CC C  2 ……………………………………………… …………….58 Bảng 3.15. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức đaligan vào C Cd 2+ và C PAN … 60 Bảng 3.16. Kết quả xác định thành phần phức Cd 2+ - PAN - CHCl 2 COOH……60 Bảng 3.17. Kết quả xác định thành phần phức Cd 2+ - PAN - CHCl 2 COOH 61 Bảng 3.18. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức đaligan vào nồng độ CHCl 2 COOH …………………………………………………….………….62 Bảng 3.19. Sự phụ thuộc igh i AA A   lg vào 854.0lg O 2  ghCOCHCl AC ……… 63 Bảng 3.20. Sự phụ thuộc mật độ quang của phức PAN - Cd(II) - CHCl 2 COOH vào nồng độ của phức………………………………………… … ………65 Bảng 3.21. Ảnh hưởng của nồng độ ion Fe 3+ tới mật độ quang phức PAN - Cd(II) - CHCl 2 COOH ………………………………………….………… ….67 Bảng 3.22. Ảnh hưởng của nồng độ ion Zn 2+ tới mật độ quang phức PAN - Cd(II) - CHCl 2 COOH ………………………………………………………….67 Bảng 3.23. Bảng tổng hợp tỷ lệ cản của một số ion đối với phép xác định Cd(II) bằng chiết - trắc quang trong hệ phức PAN - Cd(II) - CHCl 2 COOH.…68 Bảng 3.24. Khoảng nồng độ Cd 2+ tuân theo định luật Beer khi có mặt các ion cản ………………………………………………………………………… 69 Bảng 3.25. Kết quả xác định hàm lượng Cd trong mẫu nhân tạo bằng phương pháp chiết - trắc quang ………………….…………………………… ……71 Bảng 3.26. Các giá trị đặc trưng của tập số liệu thực nghiệm ……… …… 71 Bảng 3.27. Giá trị mật độ quang của mẫu nước mặt ở sông Thống Nhất khu công nghiệp Lễ Môn, thành phố Thanh Hoá, tỉnh Thanh Hoá………………74 Bảng 3.28. Giá trị mật độ quang của mẫu nước ao ở khu công nghiệp Lễ Môn, Thành phố Thanh Hoá, tỉnh Thanh Hoá……………………….………… 76 9 Bảng 3.29. Giá trị mật độ quang của mẫu nước giếng khoan ở khu công nghiệp Lễ Môn thành phố Thanh Hóa, tỉnh Thanh Hóa ………………….…79 Bảng 3.30. Giá trị mật độ quang của mẫu nước thải đã qua hệ thống xử lý của khu công nghiệp Lễ Môn, Thành phố Thanh Hoá, tỉnh Thanh Hoá…….………… 81 Bảng 3.31. Bảng tổng hợp kết quả phương pháp chiết - trắc quang hệ phức PAN - Cd(II) - CHCl 2 COOH và phương pháp F - AAS ………………… …83 10 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Hiệu ứng tạo phức đơn và đa ligan ………………………… ….24 Hình 1.2. Sự thay đổi mật độ quang của phức theo thời gian ……………… …… 25 Hình 1.3. Sự phụ thuộc mật độ quang của dung dịch phức đơn hoặc đaligan vào pH…………………………………………………………………….…25 Hình 1.4. Đường cong phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ thuốc thử… 26 Hình 1.5. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc igh i AA A   lg vào lgCHR.………….30 Hình 1.6. Đồ thị xác định tỉ lệ M : R theo phương pháp tỷ số mol……… 31 Hình 1.7. Đồ thị xác định thành phần phức theo phương pháp hệ đồng phân tử 32 Hình 1.8. Đồ thị biểu diễn các đường cong hiệu suất tương đối xác định tỷ lệ phức………………………………………………………………………… 34 Hình 3.1. Phổ hấp thụ electron của thuốc thử PAN (1) phức đơn ligan PAN - Cd(II) (2) và phức đaligan PAN - Cd(II) - CHCl 2 COOH (3) trong dung môi iso amylic ……………………… ………………………………………….43 Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc mật độ quang của phức PAN - Cd(II) - CHCl 2 COOH vào pH………………………………………………… ….45 Hình 3.3. Phổ hấp thụ electron của phức đaligan PAN - Cd(II) - CHCl 2 COOH trong các dung môi khác nhau…………………………………………… 47 Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc mật độ quang của phức PAN - Cd(II) - CHCl 2 COOH vào thời gian lắc chiết. …………………….……………….48 Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc mật độ quang của phức PAN -Cd(II) - CHCl 2 COOH vào thời gian sau khi chiết……… ……….……… …………49 Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc mật độ quang của phức PAN - Cd(II) - CHCl 2 COOH vào nồng độ CHCl 2 COOH…………………… ………… 51 Hình 3.7. Đồ thị xác định tỷ lệ PAN : Cd 2+ theo phương pháp tỷ số mol……… 57 Hình 3.8. Đồ thị xác định tỷ lệ Cd 2+ : PAN theo phương pháp tỷ số mol……… 58 [...]... và chiết - trắc quang [23] Phương pháp trắc quang và chiết - trắc quang là một phương pháp được sử dụng rộng rãi để xác định hàm lượng các kim loại nặng bởi tính đơn giản rẻ tiền, dễ thực hiện, độ nhạy và độ chọn lọc cao Trong đó cadimi cũng được xác định bằng phương pháp trắc quang và chiết - trắc quang khi dùng các thuốc thử khác nhau Để xác định cadimi trong các loại nước thường dùng phương pháp chiết. .. chọn đề tài Xác định hàm lượng cadimi trong nước mặt, nước ngầm và nước thải bằng phương pháp chiết - trắc quang hệ phức: PAN - Cd(II) - CHCl2COOH Để thực hiện đề tài này chúng tôi tập trung giải quyết các nhiệm vụ sau: 1 Khảo sát hiệu ứng tạo phức của Cd2+ với PAN và CHCl2COOH; 2 Khảo sát các điều kiện tối ưu cho sự tạo phức và chiết phức; 3 Xác định thành phần tạo phức; 4 Xây dựng phương trình đường... nghệ lọc dầu, công nghệ hóa chất, khai thác quặng kẽm, quặng đa kim cũng là nguồn gây ô nhiễm Cd 1.2 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CADIMI [9],[11],[15],[16] Hiện nay có rất nhiều phương pháp để xác định cadimi như: phương pháp trắc quang, phương pháp chiết - trắc quang, phương pháp cực phổ, phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử, phương pháp quang phổ phát xạ plasma ICP 1.2.1 Phương pháp trắc quang và. .. nhiễm hiện đại Việc xác dịnh hàm lượng cadimi trong môi trường là một vấn đề quan trọng, việc tìm ra các phức cho phép xác định hàm lượng cadimi có ý nghĩa thực tế Có nhiều phương pháp xác định cadimi trong mẫu nước, song phương pháp chiết - trắc quang với PAN và CHCl2COOH là một trong những phương pháp có nhiều triển vọng, mang lại hiệu quả cao và phù hợp với nhiều phòng thí nghiệm ở nước ta Xuất phát... và trước hết là sự có mặt đáng kể của sắt 1.2.3 Xác dịnh cadimi bằng phương pháp cực phổ Để xác định cadimi bằng phương pháp này người ta cũng dùng nền đệm NH3 + NH4Cl như đã dùng để xác định Cu và Zn Nếu trong mẫu nước hàm lượng Cu không lớn hơn hàm lượng cadimi thì có thể xác định đồng thời cả 2 nguyên tố và nên dùng phương pháp thêm cho độ chính xác cao hơn Trong trường hợp đồng quá lớn so với hàm. .. Na2SO3 và 30ml nước cất 2 lần, cho toàn bộ vào bình điện phân và ghi sóng cực phổ ở -0,4V đến - 0,8V; nên dùng phương pháp thêm để xác định 1.2.4 Xác định cadimi bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử dùng lò nhiệt điện [30] Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử là một phương pháp có độ nhạy, độ chọn lọc rất cao dùng để xác định các kim loại (xác định cả lượng vết và siêu vết) Nhưng phương pháp. .. Đồ thị xác định tỷ lệ Cd2+ : PAN theo phương pháp đồng phân tử mol… 59 Hình 3.10 Đường thẳng hiệu suất tương đối xác định hệ số tỷ lượng của Cd 2+ trong phức (Cd2+)n - (PAN) m- (CHCl2COOH) p……………………… …….61 Hình 3.11 Đường thẳng hiệu xuất tương đối xác định hệ số tỷ lượng của PAN trong phức Cd2+ - PAN - CHCl2COOH ………………………………… 62 Hình 3.12 Sự phụ thuộc mật độ quang của phức đaligan vào nồng độ CHCl2COOH …………………………………………………………... xác định vết cadimi trong nước, khoảng tuân theo định luật Beer là 0,09 - 4g/l Khi xác định Co bằng phương pháp von ampe sử dụng điện cực cacbon bị biến đổi bề mặt bằng PAN, giới hạn phát hiện là 1,3.10 -7M Những ảnh hưởng của các ion cùng tồn tại và khả năng ứng dụng vào thực tế phân tích cũng được kiểm tra Thêm vào đó tác giả cũng xác định Co bằng phương pháp trắc quang với PAN trong nước và nước. .. chiết - trắc quang phức dithizonat Bằng phương pháp này có thể xác định hàm lượng từ phần trăm mg đến miligam Cd Xác định Cd bằng phương pháp chiết 24 - trắc quang dùng thuốc thử dithizon người ta chiết bằng CCl4 trong môi trường kiềm mạnh chứa tactrat Dung dịch dithizonat của Cd trong dung môi hữu cơ có màu đỏ hấp thụ cực đại ở bước sóng  = 515nm Có thể sử dụng XO làm thuốc thử để xác định vi lượng. .. PAN bằng phương pháp cực phổ, Các điều kiện tối ưu cho hệ Mo -PAN để xác định Mo đó được khảo sát, khoảng tuyến tính đối với nồng độ Mo từ 0 - 10 -6M, giới hạn phát hiện là 1,10-9M Du, Hongnian, Shen, You dùng phương pháp trắc quang để xác định lượng vết cadimi bằng glyxerin và PAN Glyxerin, và PAN phản ứng với Cd2+ trong dung môi để tạo ra phức có màu tím ở pH = 6,5, phương 29 pháp này được dùng để xác . 3.5. XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CADIMI TRONG MẪU NHÂN TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHIẾT - TRẮC QUANG 82 3.6. XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG Cd 2+ TRONG MẪU NƯỚC MẶT, NƯỚC NGẦM VÀ NƯỚC THẢI Ở KHU CÔNG NGHIỆP LỄ MÔN - THÀNH. lý do trên, chúng tôi chọn đề tài Xác định hàm lượng cadimi trong nước mặt, nước ngầm và nước thải bằng phương pháp chiết - trắc quang hệ phức: PAN - Cd(II) - CHCl 2 COOH Để thực hiện đề tài. DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH HOÀNG TIẾN DŨNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CADIMI(II) TRONG NƯỚC MẶT, NƯỚC NGẦM VÀ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHIẾT - TRẮC QUANG