Định lượng thiếc trong không khí bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF AAS)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - TRẦN NGỌC THANH ĐỊNH LƯỢNG THIẾC TRONG KHÔNG KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ KHÔNG NGỌN LỬA (GF-AAS) LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội- 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - TRẦN NGỌC THANH ĐỊNH LƯỢNG THIẾC TRONG KHÔNG KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ KHÔNG NGỌN LỬA (GF-AAS) Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60440118 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN XUÂN TRUNG Hà Nội- 2015 Lời cảm ơn Với lòng biết ơn sâu sắc, xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Xuân Trung giao đề tài tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ suốt trình thực luận văn Tôi xin cảm ơn tận tình giúp đỡ TS Chu Đình Bính- Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội Thầy, Cô giáo Bộ môn Hóa phân tích hỗ trợ trình làm luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn tới ban lãnh đạo bạn bè đồng nghiệp Viện nghiên cứu KHKT Bảo hộ Lao động tạo điều kiện thuận lợi cho đƣợc học tập nghiên cứu trình làm luận văn Cuối xin gửi lời cảm ơn tới gia đình bạn bè động viên, ủng hộ trình thực khóa luận Hà Nội, tháng năm 2015 Học viên Trần Ngọc Thanh MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Thiếc ứng dụng 1.2 Tính chất vật lí hóa học Thiếc 1.2.1 Tính chất vật lí 1.2.2 Tính chất hóa học 1.3 Nguồn phát thải thiếc vào môi trƣờng 1.4 Sự vận chuyển Thiếc môi trƣờng 1.5 Độc tính chế gây độc 1.6 Một số phƣơng pháp phân tích thiếc 1.6.1 Phƣơng pháp phân tích hóa học 1.6.2 Phƣơng pháp phân tích công cụ CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU 15 2.1 Đối tƣợng, mục tiêu phƣơng pháp nghiên cứu 15 2.2 Nội dung nghiên cứu 15 2.3 Dụng cụ lấy mẫu, bảo quản mẫu 16 2.4 Quy trình xử lí mẫu 17 2.5 Nguyên tắc phép đo quang phổ hấp thụ nguyên tử không lửa 17 2.6 Hệ trang thiết bị phép đo AAS không lửa 18 2.7 Dụng cụ hóa chất 20 2.7.1 Dụng cụ 20 2.7.2 Hóa chất 20 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 21 3.1 Tối ƣu hóa điều kiện xác đinh Sn phƣơng pháp GF- AAS 21 3.1.1 Khảo sát chọn vạch đo phổ 21 3.1.2 Khảo sát cƣờng độ dòng đèn catot rỗng (HCL) 22 3.1.3 Khảo sát độ rộng khe đo 22 3.2 Khảo sát ảnh hƣởng yếu tố ảnh hƣởng phép đo Sn 23 3.2.1 Ảnh hƣởng loại axit nồng độ axit…………………… .….….23 3.2.2 Ảnh hƣởng nhiệt độ thời gian sấy mẫu…………… ……… ….24 3.2.3 Ảnh hƣởng nhiệt độ thời gian tro hóa … ………….…….…….……24 3.2.4 Ảnh hƣởng nhiệt độ thời gian nguyên tử hóa mẫu…………….… 25 3.2.5 Ảnh hƣởng chất cải biến 26 3.3 Đƣờng chuẩn, giới hạn phát giới hạn định lƣợng 28 3.3.1 Khảo sát khoảng tuyến tính xây dựng đƣờng chuẩn 28 3.3.2 Giới hạn phát giới hạn định lƣợng: 31 3.4 Đánh giá phƣơng trình đƣờng chuẩn 32 3.4.1 Kiểm tra khác có nghĩa hệ số a giá trị 32 3.4.2 Kiểm tra sai khác b b’ 33 3.5 Khảo sát điều kiện xử lí mẫu 34 3.6 Tổng kết điều kiện đo, điều kiện xử lí để đo phổ Sn 35 3.7 Khảo sát ảnh hƣởng thành phần mẫu không khí khu vực lấy mẫu 36 3.7.1 Xác định thành phần mẫu không khí 36 3.7.2 Khảo sát ảnh hƣởng ion kim loại có thành phần mẫu không khí 37 3.8 Đánh giá phƣơng pháp phân tích 38 3.8.1 Đánh giá độ phƣơng pháp 37 3.8.2 Đánh giá độ lặp lại độ tái lặp 38 3.9 Phân tích mẫu thực tế: 42 3.9.1 Kỹ thuật lấy mẫu Sn không khí 43 3.9.2 Bảo quản mẫu 43 3.9.3 Xử lý mẫu 43 3.9.4 Kết phân tích mẫu thực tế 43 3.9.5 So sánh phƣơng pháp GF-AAS ICP-MS 44 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Kết chọn vạch đo phổ Sn Error! Bookmark not defined Bảng 3.2: Kết khảo sát cƣờng độ dòng đèn HCLError! Bookmark not defined Bảng 3.3: Kết khảo sát khe đo Error! Bookmark not defined Bảng 3.4: Kết khảo sát ảnh hƣởng nồng độ Axit đến độ hấp thụ quangError! Bookmark n Bảng 3.5: Ảnh hƣởng nhiệt độ sấy mẫu đến độ hấp thụ quangError! Bookmark not defined Bảng 3.6: Ảnh hƣởng thời gian sấy mẫu Error! Bookmark not defined Bảng 3.7: Ảnh hƣởng nhiệt độ tro hóa mẫu đến độ hấp thụ quangError! Bookmark not define Bảng 3.8: Ảnh hƣởng thời gian nhiệt độ tro hóa mẫu đến độ hấp thụ quangError! Bookmark n Bảng 3.9: Ảnh hƣởng nhiệt độ nguyên tử hóa mẫu đến độ hấp thụ quangError! Bookmark not Bảng 3.10: Ảnh hƣởng thời gian nguyên tử hóa mẫu đến độ hấp thụ quangError! Bookmark n Bảng 3.11: Ảnh hƣởng nồng độ loại chất cải biến nềnError! Bookmark not defined Bảng 3.12: Kết khảo sát khoảng tuyến tính Sn 29 Bảng 3.13: Các giá trị b’ Error! Bookmark not defined Bảng 3.14: Các giá trị liên quan đến hệ số Error! Bookmark not defined Bảng 3.15: Các giá trị thống kê thu đƣợc: Error! Bookmark not defined Bảng 16: Kết so sánh b b′ phƣơng trình đƣờng chuẩn SnError! Bookmar Bảng 3.17: Ảnh hƣởng nồng độ axit đến độ hấp thụ quangError! Bookmark not defined Bảng 3.18: Ảnh hƣởng tỉ lệ axit xử lí mẫu đến độ hấp thụ quangError! Bookmark not defined Bảng 3.19: Các điều kiện đo phổ Sn 35 Bảng 3.20: Kết phân tích thành phần mẫu không khí vị trí hàn thiếc 36 Bảng 3.21: Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng phép đo 37 Bảng 3.22: Kết đánh giá độ thu hồi phép xác định thiếc 37 Bảng 3.23: Độ ổn định ngày ngày phép đo thiếc GFAAS 38 Bảng 3.24: Kết hàm lƣợng thiếc tìm lại đƣợc phƣơng pháp thêm chuẩn kỹ thuật viên khác 39 Bảng 3.25: Các kiện thống kê đánh giá độ lặp lại phƣơng pháp phân tích tiến hành ba KTV khác Error! Bookmark not defined Bảng 26: Các kiện đánh giá độ tái lặp phƣơng pháp phân tíchError! Bookmark not d Bảng 3.27: Kết tổng hợp kết phân tích số mẫu thực tếError! Bookmark not defin Bảng 3.28: Kết phân tích so sánh GF-AAS ICP-MS 45 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Dụng cụ lấy mẫu thiếc Error! Bookmark not defined Hình 2.3: Bộ phận nguyên tử hóa mẫu Error! Bookmark not defined Hình 4: Hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AA 600- Perkin ElmerError! Bookmar Hình 3.1: Khảo sát khoảng tuyến tính thiếc 29 Hình 3.3: Đƣờng chuẩn thiếc Error! Bookmark not defined DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Flame Atomic Absorption Spectrometry Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử kĩ thuật lửa GF- AAS Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử không lửa( lò graphit) ICP-MS Inductively Couped PlasmaAtomic Emission Spectrometry Phƣơng pháp phổ khối plasma cao tần cảm ứng LOD Limit of detection Giới hạn phát LOQ Limit of quantitation Giới hạn định lƣợng NIOSH National Institute for Occupational Safety and Health Viện An toàn nghề nghiệp Sức khỏe quốc gia OSHA Occupational Safety and Health Administration Cơ Quan Quản Lý An Toàn Sức Khoẻ Nghề Nghiệp ppb Part per billion Nồng độ phần tỷ (µg/l) ppm Part per million Nồng độ phần triệu (mg/l) R Correlation coefficient Hệ số tƣơng quan RSD% Relative standard deviation Độ lệch chuẩn tƣơng đối SD Standard deviation Độ lệch chuẩn UV-VIS Ultraviolet VisbleMolecullar Absorption Spectrometry Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ phân tử tử ngoại-khả kiến F-AAS MỞ ĐẦU Hiện nay, ngành công nghiệp Việt Nam nói riêng giới nói chung giai đoạn phát triển mạnh mẽ Cùng với phát triển liền với việc phát triển mạnh lĩnh vực lắp ráp điện tử Trong lĩnh vực lắp ráp điện tử, thiếc đƣợc ứng dụng cách rộng rãi phổ biến nhƣ hàn mạch điện tử, công nghệ mạ, phủ Lớp phủ thiếc đƣợc dùng để tráng lên bề mặt vật thép, vỏ hộp đựng thực phẩm, nƣớc giải khát, có tác dụng chống ăn mòn Thiếc đƣợc sử dụng nhiều loại hợp kim khác Ngoài ra, hợp chất vô thiếc đƣợc sử dụng nhƣ chất màu ngành công nghiệp gốm sứ dệt may Tuy nhiên thiếc kim loại có độc tính Độc tính cấp tính thể nhƣ kích ứng mắt, da, kích ứng dày, buồn nôn, nôn khó thở…, ảnh hƣởng lâu dài đến gan, thiếu máu, ảnh hƣởng đến hệ thần kinh v.v Vì việc xác định hàm lƣợng thiếc không khí khu vực làm việc cần thiết Trên giới đƣa nhiều phƣơng pháp xác định thiếc không khí Tuy nhiên, Việt Nam, nghiên cứu xác định hàm lƣợng thiếc không khí hạn chế chƣa có phƣơng pháp chuẩn Trong đó, thiếc lại nằm danh mục tiêu cần đƣợc đo đạc, kiểm soát công tác đánh giá chất lƣợng môi trƣờng làm việc theo Tiêu chuẩn vệ sinh lao động số 3733/2002/QĐ-BYT đƣợc Bộ Y tế ban hành ngày 10/10/2002 Vì vậy, việc nghiên cứu “Định lượng thiếc không khí phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử không lửa (GF-AAS)” điều có ý nghĩa khoa học thực tiễn TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1.N.L Glinka (1988), Hóa học đại cương tập 2, Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội 2.Trần Tứ Hiếu (2003), Các phương pháp phân tích công cụ, Nhà xuất Đại học quốc gia Hà Nội, Hà Nội 3.Phạm Luận (2003), Phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử, Nhà xuất đại học quốc gia Hà Nội, Hà Nội 4.Hoàng Nhâm (2006), Hóa học Vô tập 2, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội Tiếng Anh 5.Afonso, DD, Baytak, S, and Arslan, Z (2010), "Simultaneous generation of hydrides of bismuth, lead and tin in the presence of ferricyanide and application to determination in biominerals by ICP-AES", J Anal At Spectrom, 25, pp 726-729 6.Agency for Toxic Substances and Disease Registry (2005), Toxicological profile for tin and compounds 7.Antizar-Ladislao, B (2008), "Environmental levels, toxicity and human exposure to tributyltin (TBT)-contaminated marine environment: a review", Environment International, 34(2), pp 292-308 Boutakhrit, K, et al (2011), "Comparison of four analytical techniques based on atomic spectrometry for the determination of total tin in canned foodstuffs", Food Addit Contam Part A Chem Anal Control Expo Risk Assess, 28(2), pp 173-179 9.Budavari, Susan (2001), The Merck index: An encyclopedia of chemicals, drugs, and biologicals, 13th edition, Merck 10.Bulten, EJ and Meinema, HA (1991), Metals and their compounds in the environment: Occurrence, analysis, and biological relevance, ed E, Merian, et al., WILEY-VCH 11.Byrd, T James and Andreae, O Meinrat (1986), "Concentrations and fluxes of tin in aerosols and rain", Atmospheric Environment, 20(5), pp 931-939 12.Cao Yun, Pei-li, Yang, and Hai-xin, Yang (2012), "Improved measurement of tin and its compounds in the air of workplace", Chinese Journal of Health Laboratory Technology 13.Carlin, James (2004), Tin: Statistics and Information, U.S Geological Survey 14.Carlin, James (2012), Tin: Statistics and Information U.S Geological Survey 15 Chillrud, SN, et al (1999), "Twentieth century atmospheric metal fluxes into Central Park Lake, New York City", Environmental Science & Technology 33(5), pp 657-662 16.Crockett, AB (1998), "Background levels of metals in soils, McMurdo Station, Antarctica", Environmental Monitoring and Assessment, 50(3), pp 289-296 17.Dannecker, W, Schroder, B, and Stechmann, H (1990), "Organic and inorganic substances in highway tunnel exhaust air", The Science of the Total Environment, 93, pp 293-300 18.Elekes, CC, et al (2010), "The appreciation of mineral element accumulation level in some herbaceous plants species by ICP-AES method", Environ Sci Pollut Res Int, 17(6), pp 1230-1236 19 Engberg, A (1973), "A comparison of a spectrophotometric (quercetin) method and an atomic absorption method for determination of tin in food", Analyst 98(1163), pp 137-145 20.Ghaedi, M, et al (2009), "Flame atomic absorption spectrometric determination of Zinc, Nickel, Iron and Lead in different matrixes after solid phase extraction on Sodium dodecyl sulfate (SDS) coated anumila as their bis (2hydroxyacetonphenone)-1,3-propanediimine chelates", Journal of Hazardous Materials, 166(2-3), pp 1441-1448 21 Giordano, R, et al (1999), "Major and trace elements in sediments from Terra Nova Bay, Antarctica", The Science of the Total Environment 227(1), pp 2940 22.Guecheva, Maria G (1994), "Multielement Analysis of Tin-Lead Solder by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry ICP-AES", CHIMIA International Journal for Chemistry, 48(6), pp 213-216 23.Hadjimarkos, DM (1967), "Effect of trace elements in drinking water on dental caries", Journal of Pediatrics, 70, pp 967-969 cited in JECFA, 2001 24.Hodge, VF, Seidel, SL, and Goldberg, ED (1979), "Determination of tin(IV) and organotin compounds in natural waters, coastal sediments and macro algae by atomic absorption spectrometry", Analytical Chemistry, 51(8), pp 1256-1259 25.International Programme on Chemical Safety (1980), Tin and organotin compounds: a preliminary review, accessed April, available from http://www.inchem.org/documents/ehc/ehc/ehc015.htm 26.ITRL Ltd (2011), Tin at the crossroads—Tin industry review 2011 27.Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives (2001), Safety evaluation of certain food additives and contaminants (the 55th meeting), World Health Organization 28.Kizlink, J (1996), "Stabilization of poly (vinyl chloride) with organotion compounds", Chemicke listy, 90(3), pp 147-154 29.Langston, WJ, Burt, GR, and Zhou, M (1987), "Tin and organotin in water, sediments, and benthic organisms of Poole Harbour", Marine Pollution Bulletin, 18(12), pp 634-639 30.Lantzy, Ronald J and Mackenzie, Fred T (1979), "Atmospheric trace metals: global cycles and assessment of man’s impact", Geochimica et Cosmochimica Acta, 43(4), pp 511-525 31.Madha, K and Saraswathi, K (2014), "Spectrophotometric Method for the Detection of Tin (II) in Synthetic Mixtures Using Morpholine Dithiocarbamate", International Journal of Emerging Engineering Research and Technology, 2(6), pp 163-166 32.Maguire, RJ, et al (1986), "Occurrence of organotin compounds in water and sediment in Canada", Chemosphere, 15, pp 253-274 33.National Academy of Sciences (1977), "Tin in drinking water and health", pp 292- 296 34.NIOSH (1994), “Elements by ICP: Method 7300, Issue 2”, In: Eller PM, Cassinelli ME, eds., NIOSH Manual of Analytical Methods, 4th edition Cincinnati, OH: U.S Department of Health and Human Services, Centers for Disease Control and Prevention, National Institute for Occupational Safety and Health, DHHS (NIOSH) Publication No 94-113 35.NIOSH (2003), “Elements by ICP (Hot Block/HCl/HNO3 Ashing): Method 7303, Issue 1”, NIOSH Manual of Analytical Methods, 4th edition Cincinnati, OH: U.S Department of Health and Human Services, Centers for Disease Control and Prevention, National Institute for Occupational Safety and Health 36.Nour, Tradafir Violeta and Ionica, Mira Elema (2012), "Determination of Tin canned Foods by Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry", Pol.J.Environ Stud, 21(3), pp 749-754 37 Occupational Safety & Health Administration (OSHA) - United States Department of Labor (2002 ), Metal & Metalloid particulates in workplace atmospheres (Atomic absorption) T-ID121-FV-02-0202-M 38 Occupational Safety & Health Administration (OSHA) - United States Department of Labor (2005), ICP analysis of metal/metalloid particulates from solder operations T-ID206-FV-01-9105-M 39 Ostrakhovitch, Elena A (2014), Chapter 56: Tin, Handbook on the Toxicology of Metals, Nordberg, Gunnar F., Fowler, Bruce A., and Nordberg, Monica 40.Perring, L and Basic-Dvorzak, M (2002), "Determination of total tin in canned food using inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy", Anal Bioanal Chem, 374(2), pp 235-243 41.Schafer, SG and Femfert, U (1984), "Tin - a toxic heavy metal A review of the literature", Regulatory Toxicology and Pharmacology, 4, pp 57-69 42.Senesi, GS, et al (1999), "Trace element inputs into soils by anthropogenic activities and implications for human health", Chemosphere, 39(2), pp 343377 43.Shan, Ji (2004), "Determination of multi-elements in soldering tin by ICP-AES", Modern Instruments, 5(2004) 44.Smart, JC Sherlock GA (1984), "Tin in foods and the diet.", Food Additives and Contaminants, 1, pp 277-282 45 Spivakovskii, V.B (1975), Analytical chemistry of tin, Nauka, Moscow, 252p 46.Tugrul, S, Balkas, TI, and Goldberg, ED (1983), "Methyltins in the marine environment", Marine Pollution Bulletin, 14, pp 297-303 47 Unal, Uku and Somer, Guiler (2011), "Simultaneous determination of trace Sn(II) and Sn(IV) using differential pulse polarography and application", Turk J Chem 35, pp 73-85 48.US Environmental Protection Agency (1982), Eleventh report of the interagency testing committee to the administrator; receipt of reports and request for comments regarding priority list of chemicals, Federal Register 49.Vaghese, Anitha and Khaolar, A.M.A (2006), "Thighly selective Derivative Spectrophotometric Determination of Tin(II) in Alloy sample in presence of cetylepysidimum Chlosiole Actra.", Chim Slow 53, pp 374-380 50.Valkirs, AO, et al (1986), "Measurement of butyltin compounds in San Diego Bay", Marine Pollution Bulletin, 17, pp 319-324 51.Veysseyre, A, et al (2001), "Heavy metals in fresh snow collected at different altitudes in the Chamonix and Maurienne valleys, French Alps: initial results", Atmospheric Environment, 35(2), pp 415-425 52.Winship, KA (1988), "Toxicity of tin and its compounds", Adverse Drug React Acute Poisoning Rev, 7(1), pp 19-38 53.Xu, Li Ying, Li, Ning, and Li, Jiamin (2012), "Electrochemical Study on Adsorptive Wave of Tin-PMHP Complex", Int J Electrochem Sci, 7, pp 11558 - 11563 54.Yokoi, K, Kimura, M, and Itokawa, Y (1990), "Determination of tin in biological samples using gaseous hydride generation-inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry", Anal Biochem, 190(1), pp 71-77 55 Zhao, Fei-rong, Peng, Qian, and Chen, Yi-wen (2006), "Determination of Tin in Air by Microwave Digestion-HG-AFS", Journal of Environment and Health 56.Zhen, Sun (2014), "Determination of Tin Waste Gas by Hydride-atomic Fluorescence Spectrometry", Journal of Environmental Management College of China [...]... Việt 1.N.L Glinka (1988), Hóa học đại cương tập 2, Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội 2.Trần Tứ Hiếu (2003), Các phương pháp phân tích công cụ, Nhà xuất bản Đại học quốc gia Hà Nội, Hà Nội 3.Phạm Luận (2003), Phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử, Nhà xuất bản đại học quốc gia Hà Nội, Hà Nội 4.Hoàng Nhâm (2006), Hóa học Vô cơ tập 2, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội Tiếng Anh 5.Afonso,