Tách, làm giầu, xác định lượng vết Pb và cd trong một số đối tượng bằng kỹ thuật chiết pha rắn và phương pháp quang phổ

Đề tài: Tách, làm giầu, xác định lượng vết Pb và cd trong một số đối tượng bằng kỹ thuật chiết pha rắn và phương pháp quang phổ

Đại học quốc gia hà nội trờng Đại học khoa học tự nhiên Đàm thị thanh thủy Tách, làm giầu, xác định lợng vết Pb và Cd trong một số đối tợng bằng kỹ thuật chiết pha rắn và phơng pháp quang phổ Luận văn thạc sĩ khoa học Hµ Néi - 2009 2 Đại học quốc gia hà nội trờng Đại học khoa học tự nhiên Đàm thị thanh thủy Tách, làm giầu, xác định lợng vết Pb và Cd trong một số đối tợng bằng kỹ thuật chiết pha rắn và phơng pháp quang phổ Luận văn thạc sĩ khoa học Chuyên ngành : Hoá Phân tích Mã số : 60 44 29 Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn xuân trung Hµ Néi - 2009 4 Lời cảm ơn Bằng tấm lòng trân trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS. Nguyễn Xuân Trung đã giao đề tài, hớng dẫn em tận tình, chu đáo đầy tâm huyết trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo bộ môn Hoá phân tích, cùng các thầy, cô giáo khoa Hoá học Trờng ĐHKHTN- ĐHQGHN đã tận tình giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn này. Em xin cảm ơn Ban giám hiệu Trờng Cao đẳng Công nghiệp Hoá chất, các bạn đồng nghiệp, ngời thân luôn cổ vũ, động viên giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn. Hà Nội, ngày 18 tháng 11 năm 2009 Học viên: Đàm Thị Thanh Thuỷ Mục lục Mở đầu 1 Chơng 1: Tổng Quan .2 1.1. Vai trò của nớc sạch và tình trạng ô nhiễm nớc .2 1.1.1. Các nguồn nớc trên trái đất [3] 2 1.1.2. Vai trò của nớc [3] .2 1.1.3. Sự phân bố nớc .2 1.1.3.1 Sự phân bố nớc trên Thế giới 3 1.1.3.2 Tài nguyên nớc ở Việt Nam .3 1.1.4 Sự ô nhiễm nguồn nớc 4 1.2 Giới thiệu chung về Cadimi và Chì [15] .4 Trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học, nguyên tố Cadimi (Cd) nằm ở ô số 48, thuộc nhóm IIB, chu kỳ V. Nguyên tử Cd có các obitan d đã điền đủ 10 electron. Cấu hình electron của Cadimi (Z=48): [Kr]4d5s 4 Nguyên tố Chì có số thứ tự 82, thuộc nhóm IVA, chu kỳ VI. Cấu hình electron của Chì (Z = 82): [Xe]4f145d106s26p2 .4 1.2.1. Tính chất lý, hóa của Cadimi và Chì 5 1.2.1.1. Tính chất vật lý .5 1.2.1.2. Tính chất hoá học 5 1.2.2. Các hợp chất chính của Cadimi và Chì .6 1.2.2.1. Các oxit 6 1.2.2.2. Các hydroxit 7 1.2.2.3. Các muối đặc trng 7 1.2.2.4 Độc tính của Cd và Pb [19] 8 1.3. Các phơng pháp xác định Cadimi và Chì .9 1.3.1.2. Phơng pháp phân tích thể tích .10 1.3.2. Các phơng pháp phân tích công cụ 11 1.3.2.1. Các phơng pháp điện hoá [16] 11 1.3.2.2. Các phơng pháp quang phổ .12 1.4. Một số phơng pháp tách và làm giàu lợng vết ion kim loại nặng .16 1.4.1 Phơng pháp cộng kết [1] 17 1.4.2. Phơng pháp chiết lỏng- lỏng [1,27] .18 1.4.3. Phơng 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] .19 1.4.3.3. Các kỹ thuật trong SPE .20 Chơng 2: Hóa chất và dụng cụ 24 2.1. Dụng cụ và máy móc 24 2.2. Hóa chất sử dụng 24 2.3. Chuẩn bị cột chiết pha rắn .25 CHƯƠNG 3: Kết quả thực nghiệm và thảo luận 27 3.1. Khảo sát các điều kiện tối u của phép đo phổ F-AAS 27 3.1.1. Khảo sát các điều kiện đo phổ: 27 6 3.1.1.1. Chọn vạch đo 27 3.1.1.2. Khe đo 28 3.1.1.3. Cờng độ đèn catot rỗng (đèn HCL) 28 3.1.2. Khảo sát các điều kiện nguyên tử hóa mẫu .28 3.1.2.1. Chiều cao đèn nguyên tử hóa 28 3.1.2.2 Khảo sát thành phần khí cháy 29 3.1.3 Khảo sát các yếu tố ảnh hởng khác 30 3.1.3.1 ảnh hởng của nồng độ axit và loại axit trong dung dịch mẫu 31 3.1.3.2 ảnh hởng của nền muối .32 3.1.3.3. ảnh hởng của các ion có trong mẫu .34 3.1.4 Đánh giá chung về phơng pháp phổ F-AAS 39 3.1.4.1 Khoảng tuyến tính của Pb, Cd và phơng trình đờng chuẩn 39 3.1.4.2. Giới hạn phát hiện, giới hạn định lợng của phơng pháp F-AAS xác định Pb và Cd .42 3.1.4.3 Sai số và độ lặp lại của phép đo 44 3.2 Khảo sát các điều kiện làm giàu và tách chiết bằng pha rắn XAD7 46 3.2.1 Khảo sát ảnh hởng của pH .47 3.2.2 Khảo sát ảnh hởng của thể tích thuốc thử .48 3.2.3 Khảo sát tỷ lệ Cd 2+/Pb2+ trong hỗn hợp 49 3.2.4 Khảo sát tốc độ nạp mẫu .50 3.2.5 Khảo sát khả năng rửa giải 51 3.2.6 Khảo sát ảnh hởng của tốc độ rửa giải 53 3.2.7 ảnh hởng của thể tích mẫu thử .54 3.2.8 ảnh hởng của một số ion đến khả năng hấp thu của Pb2+, Cd 2+ .55 3.2.8.1 ảnh hởng của nhóm kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ .55 3.2.8.2 ảnh hởng của một số kim loại nặng nhóm II 56 3.2.8.3 ảnh hởng của một số kim loại nặng nhóm III 59 3.2.8.4 ảnh hởng của một số anion .61 3.2.8.5 ảnh hởng của tổng Cation và Anion 62 3.3 Phân tích mẫu giả 63 3.4 Phân tích mẫu thực 64 Kết luận .67 Tài liệu tham khảo 69 7 Mở đầu Nớc là nguồn tài nguyên thiên nhiên quý giá, là yếu tố không thể thiếu cho sự sống, ở đâu có nớc ở đó có sự sống. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của sự sống, quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa, và thâm canh nông nghiệp ngày càng phát triển đã có nhiều ảnh hởng xấu đến nguồn tài nguyên này. Nhiều nơi, các nguồn nớc bề mặt, thậm chí cả nguồn nớc ngầm đã bị ô nhiễm nghiêm trọng, gây ảnh hởng xấu tới chất lợng của nớc, và ảnh hởng đến sức khỏe của con ngời và động vật, làm giảm năng suất và chất lợng cây trồng. Một trong những chất có tác dụng gây ô nhiễm là các kim loại nặng ( Pb, Cd, Hg, As ). Một số trong chúng khi có nồng độ vừa phải thì không có ảnh h ởng xấu tới ngời và vật nuôi, thậm chí còn có tác dụng tốt. Tuy nhiên, khi nồng độ cao chúng lại trở thành những chất nhiễm độc mạnh gây ra một số tác động xấu cho ngời, vật nuôi và đặc biệt Pb, Cd là một trong những tác nhân gây bệnh ung th. Do vậy, xác định lợng vết các kim loại nặng là một trong những vấn đề thời sự của hóa học phân tích, nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kinh kế, khoa học kỹ thuật và bảo vệ môi trờng. Hàm lợng Chì và Cadimi trong nớc là rất nhỏ để phân tích đợc thì trớc hết cần phải làm giàu. Vì vậy, mục đích chính của đề tài này là tách, làm giàu, xác định lợng vết Chì và Cadimi có trong nớc ngầm bằng kỹ thuật chiết pha rắn và phơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật ngọn lửa (F-AAS). 1 Chơng 1: Tổng Quan 1.1. Vai trò của nớc sạch và tình trạng ô nhiễm nớc 1.1.1. Các nguồn nớc trên trái đất [3] Trái đất có khoảng 361 triệu Km 2 diện tích các đại dơng (chiếm71% diện tích bề mặt Trái đất). Trữ lợng tài nguyên nớc có khoảng 1,5 tỉ Km 3 , trong đó n- ớc nội địa chỉ chiếm 91 triệu Km 3 (chiếm 6,1%), còn 93,9% là nớc biển và đại dơng. Tài nguyên nớc ngọt chiếm 28,25 triệu Km 3 (chiếm 1,88% Thuỷ quyển), nhng phần lớn lại ở dạng đóng băng ở hai cực Trái đất. Lợng nớc thực tế con ngời có thể sử dụng đợc là 4,2 triệu Km 3 (chiếm 0,28% Thuỷ quyển). 1.1.2. Vai trò của nớc [3] Nớc là dung môi tốt nhất trong tất cả các loại dung môi, phổ biến nhất trên Trái đất. Nớc không thể thiếu trong cuộc sống của con ngời, trong công nghiệp, nông nghiệp, các ngành dợc phẩm, thực phẩm, đều cần đến một khối l ợng n- ớc rất lớn. Với những tính chất vốn có, nớc thực sự là nguồn nguyên liệu quý không thể thiếu đợc. Với diện tích chiếm 71% diện tích bề mặt Trái đất độ sâu trung bình 4km biển và đại dơng, nớc có tác dụng điều hoà nhiệt độ Trái đất. Trong lòng đại d- ơng có đến 40 nghìn loại cá sinh sống, tổng sản lợng hàng năm hàng chục triệu tấn rong biển, những ngành thân mềm chứa Protit có giá trị và các nguyên tố vi lợng đợc sử dụng rộng rãi làm nguồn thực phẩm cho con ngời. Vì vậy nớc không những quan trọng đối với đời sống, công nghiệp mà còn không thể thiếu đối với sự sống của mọi động vật và thực vật trên Trái đất. Hiện nay con ngời đang tìm cách sử dụng một cách khoa học các nguồn nớc một tài nguyên vô giá trên Trái đất, giữ cho chúng khỏi bị nhiễm bẩn, nhất là ô nhiễm các loại hoá chất độc hại. 1.1.3. Sự phân bố nớc 2 1.1.3.1 Sự phân bố nớc trên Thế giới Trái đất là một hành tinh nớc. Tuy nhiên nhân loại vẫn đang đứng trớc nguy cơ thiếu nớc ngọt do tình trạng khai thác nớc ngầm bừa bãi và tình trạng ô nhiễm nớc xảy ra nghiêm trọng. Lợng nớc trên Trái đất phân bố không đều, chẳng hạn ở sa mạc lợng ma trung bình là dới 100 mm/năm, trong khi ở vùng nhiệt đới lợng ma có thể đạt tới 5.000 mm/năm. Vì vậy nhiều nơi thiếu nớc, bị hạn hán. Ngợc lại có nhiều vùng thờng xuyên bị ma gây ngập lụt. Lợng nớc ngọt con ngời sử dụng ban đầu thờng có nguồn gốc từ nớc ma. Nớc ngọt dùng cho sinh hoạt chiếm 8%, cho công nghiệp chiếm 23% và cho hoạt động nông nghiệp là 63% [6]. Tiêu dùng nớc ngọt trên phạm vi toàn cầu đã tăng gấp 6 lần trong giai đoạn 1990- 1995, lớn gấp 2 lần tỉ lệ tăng dân số. Có khoảng 1/3 dân số trên thế giới đang sống ở trong những vùng thiếu nớc, nơi mà nhu cầu sử dụng nớc cao hơn 10% nguồn nớc có thể tái tạo đợc. Trình trạng suy giảm nguồn nớc ngọt trên thế giới cả về chất và lợng đang là một vấn đề nổi cộm về môi trờng và sự phát triển trong thế kỉ tới, khoảng 20% dân số thế giới sẽ không có nớc sạch để uống, khoảng 50% dân số không đủ điều kiện vệ sinh. 1.1.3.2 Tài nguyên nớc ở Việt Nam Việt Nam là nớc nhiệt đới gió mùa nên có tài nguyên nớc dồi dào so với các nớc trên thế giới, lợng ma trung bình tơng đối cao, khoảng 2000 mm/năm gấp 2,6 lần lợng ma trung bình của các vùng lục địa trên Thế giới. Hàng năm, lãnh thổ Việt Nam nhận thêm lu lợng nớc từ nam Trung Quốc và Lào với số lợng khoảng 550 km 3 . Dòng chảy trung bình Việt Nam gấp 3 lần dòng chảy trung bình trên Thế giới . Nguồn tài nguyên nớc của Việt Nam tơng đối phong phú, nhng phân bổ không đều và trải rộng rất phức tạp theo thời gian, nhất là các mạch nớc ngầm. 3 [...]... cơ và nớc Tách và làm giàu chất bằng phơng pháp chiết lỏng- lỏng có nhiều u điểm hơn so với một số phơng pháp làm giàu khác và sự kết hợp giữa phơng pháp chiết với các phơng pháp xác định tiếp theo (trắc quang, cực phổ ) có ý nghĩa rất lớn trong phân tích * Một số hệ chiết thờng dùng trong tách, làm giàu Pb, Cd: - Hệ chiết Pb, Cd- dithizonat trong CCl4 hoặc CHCl3, sau đó xác định chúng bằng phơng pháp. .. kỹ thuật trong SPE * Kỹ thuật ở điều kiện tĩnh: Gồm 3 bớc chính - Phân bố chất tan giữa hai pha rắn- lỏng, cho một lợng pha rắn vào một thể tích xác định dung dịch mẫu cần phân tích, điều chỉnh môi trờng 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 20 Vật liệu pha. .. nhất định thì độ hấp thụ quang tỉ lệ thuận với nồng độ chất phân tích, đây là cơ sở để định lợng chất phân tích: A = k.C Phơng pháp này xác định nồng độ chất ở khoảng 10-7 M đến 10-5 M và là phơng pháp sử dụng khá phổ biến 12 Ví dụ: Xác định Cd và Pb bằng cách chuyển nó về dạng Cadimidithizonat và Chì-dithizonat trong môi trờng pH 5-6: Cd2 + + 2H2Dz (xanh) = Cd( HDz)2 (đỏ) + 2H+ Pb2 + + 2H2Dz (xanh) = Pb( HDz)2... đó, chiết phức này vào dung môi hữu cơ CCl4 hoặc CHCl3 rồi đem đo hấp thụ quang của nó tại = 515 nm đối phức của Cd và 510 nm đối phức của Pb Giới hạn của phơng pháp này đối với Pb là 0,05 ppm, với Cd là 0,01ppm Phơng pháp trắc quang đơn giản, tiện lợi, độ nhạy tơng đối cao nên đợc sử dụng phổ biến để xác định các kim loại có hàm lợng nhỏ Tuy nhiên, nhợc điểm của phơng pháp này là không chọn lọc, một. .. các chất có trong mẫu khi đó sẽ bị hoá hơi, nguyên tử hoá và ion hoá tạo thành ion dơng có điện tích +1 và các electron tự do Thu và dẫn dòng ion đó vào thiết bị phân giải phổ để phân chia chúng theo số khối (m/z) sẽ tạo ra phổ khối của nguyên tử chất cần phân tích Sau đó, đánh giá định tính và định lợng phổ thu đợc Kỹ thuật phân tích ICP-MS là một trong những kỹ thuật phân tích hiện đại Kỹ thuật này... dùng làm nớc cấp sinh hoạt B: Nớc dùng cho các mục đích khác 1.3 Các phơng pháp xác định Cadimi và Chì Hiện nay, có rất nhiều phơng pháp khác nhau để xác định Cadimi và Chì nh phơng pháp phân tích khối lợng, 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 phơng pháp xác định Cadimi và Chì... có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi khá cao Các muối Pb( II) thờng là tinh thể có cấu trúc phức tạp, không tan trong nớc, trừ Pb( NO3)2, Pb( CH3COO)2, PbSiF6 Các muối của Pb( II) nh Pb( NO3)2, PbCl2 đều bền và độc với con ngời và động vật 1.2.2.4 Độc tính của Cd và Pb [19] Cadimi là một nguyên tố rất độc đối với môi trờng sống cũng nh đối với con ngời Đối với các động, thực vật sống dới nớc, tính độc... của phơng pháp chiết pha rắn so với chiết lỏng- lỏng So với chiết lỏng- lỏng thì SPE có u điểm hơn: - Đây là phơng pháp tiến hành nhanh hơn, thao tác đơn giản - Tốn ít dung môi hơn Đặc biệt trong chiết lỏng- lỏng còn sử dụng lợng lớn dung môi đắt tiền, lại độc hại gây ô nhiễm môi trờng - 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... hởng và làm tăng độ nhạy thì hiện nay đã có các phơng pháp cực phổ hiện đại: cực phổ xung vi phân (DDP), cực phổ sóng vuông (SQWP) chúng cho phép xác định nhiều lợng vết các nguyên tố Các tác giả Từ Văn Mạc, Trần Thị Sáu đã sử dụng phơng pháp cực phổ xung vi phân xoay chiều để xác định lợng vết các kim loại Cd, Cu, Pb trong bia ở khu vực Hà Nội cho độ nhạy cao tới 1ppb[14] 11 1.3.2.1.2 Phơng pháp. .. thực hiện tách, làm giàu Cd, Cu, Co theo phơng 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 phơng pháp ICP- MS và ETAAAS Phơng pháp chiết pha rắn đợc sử dụng không chỉ để tách, làm giàu các nguyên tố ở dạng tổng mà còn đợc sử dụng để xác định các trạng thái liên kết hoá trị khác nhau của cùng một nguyên