Bước đầu xây dựng quy trình phân tích tỷ số đồng vị δ13CDIC trong mẫu nước ngầm trên khối phổ kế tỷ số đồng vị

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA MÔI TRƯỜNG BÙI THỊ HƯƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BƯỚC ĐẦU XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH TỶ SỐ ĐỒNG VỊ δ13 CDIC TRONG MẪU NƯỚC NGẦM TRÊN KHỐI PHỔ KẾ TỶ SỐ ĐỒNG VỊ EA-IRMS Hà Nội, 2015 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA MÔI TRƯỜNG BÙI THỊ HƯƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BƯỚC ĐẦU XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH TỶ SỐ ĐỒNG VỊ δ13 CDIC TRONG MẪU NƯỚC NGẦM TRÊN KHỐI PHỔ KẾ TỶ SỐ ĐỒNG VỊ EA-IRMS Chuyên ngành Mã ngành : Công nghệ kỹ thuật môi trường : 52510406 NGƯỜI HƯỚNG DẪN : Hà Nội, 2015 TS MAI VĂN TIẾN ThS LÊ THU THỦY LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp hoàn thành khoa Môi trường, trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội hướng dẫn khoa học TS Mai Văn Tiến, giúp đỡ ThS Lê Thu Thủy Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban giám hiệu, Khoa Môi trường đặc biệt lời cảm ơn tới giáo viên hướng dẫn - thầy Mai Văn Tiến cô Lê Thu Thủy giúp đỡ em trình học tập nghiên cứu Em xin gửi lời biết ơn chân thành tới Ban lãnh đạo Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân tập thể Phòng thí nghiệm Thủy văn Đồng vị tạo môi trường học tập, làm việc nghiên cứu cho em suốt thời gian qua Em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến ThS Nguyễn Thị Hồng Thịnh tạo điều kiện cho em học tập tham gia vào đề tài nghiên cứu để hoàn thành đồ án tốt nghiệp Cuối cùng, em xin ghi nhớ công ơn thầy cô giáo, gia đình, người thân, bạn bè ủng hộ, động viên em để em có thành ngày hôm THUẬT NGỮ VÀ ĐỊNH NGHĨA THUẬT ĐỊNH NGHĨA NGỮ Carbon nguyên tố hóa học có ký hiệu C số nguyên Carbon tử bảng Hệ thống tuần hoàn nguyên tố hóa học Carbon nguyên tố phi kim có hóa trị phổ biến Tên tiếng anh “Isotope Hydrology”, lĩnh vực khoa học thủy văn sử dụng đồng vị nước đồng vị Thủy văn khoáng chất tan nước để ước tính thời gian lưu đồng vị trung bình tầng chứa nước để nghiên cứu chất nước đất vận động nước chu trình thủy văn Đồng vị dạng nguyên tố hóa học có Đồng vị số proton hạt nhân nguyên tử có số khối khác có chứa số neutron khác Tỷ số đồng vị 13C/12C (δ13C) Là tỷ số đồng vị 13C/12C mẫu (sample) so với tỷ số chuẩn (standard) tính sau: 13 δ13C (‰) = ( 13 C 12 C 12 C sample − )*1000 C s tan dard (giá trị δ13C thứ nguyên) BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT, CÁC KÝ HIỆU DIC Carbon vô hòa tan DIW De-ionized water (Nước khử ion) EA-IRMS Khối phổ kế tỷ số đồng vị IAEA Cơ quan Năng lượng nguyên tử Quốc tế NBS Ủy ban chuẩn quốc gia Mỹ PDB Pee Dee Belemnite : Mẫu chuẩn nguyên liệu hóa thạch QA/QC Đảm bảo chất lượng kiểm tra chất lượng VPDB Chất chuẩn có tên Vienna Pee Dee Belemnite Viện Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân KH&KTHN δ13C Biểu thức delta tỷ số đồng vị carbon (13C/12C) δ13CDIC Biểu thức delta tỷ số đồng vị carbon (13C/12C) vô hòa tan δ13CCO2 ref Biểu thức delta tỷ số đồng vị carbon (13C/12C) khí chuẩn CO2 tinh khiết MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN THUẬT NGỮ VÀ ĐỊNH NGHĨA BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT, CÁC KÝ HIỆU DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU 1 Nhu cầu lý thực đề tài Mục tiêu nghiên cứu đề tài Ý nghĩa khoa học thực tiễn Đối tượng, phạm vi thực Tóm tắt nội dung nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan phương pháp đồng vị δ13C 1.1.1 Giới thiệu chung carbon vô hòa tan 1.1.2 Đồng vị bền carbon tỷ số đồng vị bền δ13C 1.2 Tình hình sử dụng tỷ số đồng vị δ13C để nghiên cứu toán môi trường 1.3 Giới thiệu chung thiết bị đo tỷ số đồng vị δ13C 11 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 17 2.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 17 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 17 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 17 2.2 Phương pháp nghiên cứu 18 2.3 Quy trình xử lý mẫu phân tích δ13CDIC mẫu nước ngầm 18 2.3.1 Hóa chất sử dụng: 18 2.3.2 Lựa chọn mẫu 19 2.3.3 Chuẩn độ alkalinity (độ kiềm) 19 2.3.4 Kết tủa carbon vô hòa tan 21 2.3.5 Cân, gói mẫu cho phân tích khối EA-IRMS 22 2.4 Phân tích mẫu hệ khối phổ kế tỷ số đồng vị EA-IRMS 23 2.4.1 Thiết bị 23 2.4.2 Hóa chất sử dụng nghiên cứu 23 2.5 Đánh giá độ lặp mẫu phân tích 23 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25 3.1 Kết xử lý mẫu nước 25 3.1.1 Kết khối lượng kết tủa mẫu giả 25 3.1.2 Kết chuẩn độ alkalinity mẫu nước ngầm 26 3.1.3 Kết kết tủa BaCO3 mẫu nước ngầm 27 3.2 Kết phân tích khối phổ kế tỷ số đồng vị EA-IRMS 27 3.2.1 Chương trình phân tích 13C tối ưu hệ EA-IRMS 27 3.2.2 Đường chuẩn tỷ số đồng vị δ13CV-PDB 29 3.2.3 Sắc đồ phân tích mẫu chuẩn mẫu thực 30 3.2.4 Kết kiểm tra độ lặp lại độ xác quy trình 31 3.2.5 Kết tỷ số đồng vị δ13CDIC thông số trường nước ngầm mẫu giả 32 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Giá trị biến thiên tỷ lệ 13C/12C (δ13C) thành phần khác môi trường Bảng 2.1 Độ sâu mẫu nước ngầm xã Vân Phúc 17 Bảng 3.1 Kết khối lượng kết tủa mẫu giả 25 Bảng 3.2 Kết chuẩn độ alkalinity mẫu nước ngầm 26 Bảng 3.3 Kết kết tủa BaCO3 mẫu nước ngầm 27 Bảng 3.4 Điều kiện đốt mẫu tách CO2 khối EA 28 Bảng 3.5 Điều kiện điện từ trường tối ưu cho khối IRMS 28 Bảng 3.6 Kết phân tích mẫu chuẩn đối chiếu 29 Bảng 3.7 Kết kiểm tra độ lặp lại độ xác mẫu chuẩn 31 Bảng 3.8 Kết phân tích mẫu giả 32 Bảng 3.9 Kết δ13CDIC mẫu nước ngầm 32 Bảng 3.10 Kết tổng hợp mẫu nước ngầm xã Vân Phúc 33 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý hệ khối phổ kế tỷ số đồng vị 13 Hình 1.2 Quá trình đốt mẫu hệ EA 15 Hình 3.1 Đường chuẩn tương quan giá trị δ13CCO2 ref 30 Hình 3.2 Sắc đồ phân tích mẫu chuẩn IAEA-CO 30 Hình 3.3 Sắc đồ phân tích mẫu môi trường 31 MỞ ĐẦU Nhu cầu lý thực đề tài Mật độ dân số ngày tăng dẫn tới nhu cầu khai thác sử dụng nước ngầm ngày nhiều Nhiều nơi, nguồn nước ngầm phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm sản phẩm thải trình sản xuất công, nông nghiệp trình giải phóng chất gây ô nhiễm có tự nhiên cấu tạo địa chất làm suy giảm trữ lượng đồng thời bị ô nhiễm nghiêm trọng Kỹ thuật đồng vị coi tiên tiến áp dụng rộng rãi vài thập niên gần để giải toán liên quan đến nguồn gốc nước ngầm nguồn gốc nhiễm bẩn nước ngầm Kỹ thuật phân tích tỷ số đồng vị có độ xác cao, phân tích tiến hành theo phương pháp so sánh tỷ số đồng vị mẫu mẫu chuẩn điều kiện phân tích Do có độ xác cao nên phân biệt sai khác nhỏ, ví dụ tượng phân tách đồng vị nguyên tố carbon, nitơ, oxy,… xảy đồng thời với trình biến đổi sinh hóa học tự nhiên Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân đơn vị có tiềm thiết bị nhân lực cán khoa học hợp tác với đơn vị nghiên cứu triển khai khác lĩnh vực môi trường, địa chất thủy văn, tham gia đóng góp phương pháp luận lĩnh vực nghiên cứu ô nhiễm môi trường, nguồn gốc gây ô nhiễm môi trường kỹ thuật đồng vị bền Do vậy, “Bước đầu xây dựng quy trình phân tích tỷ số đồng vị δ13CDIC mẫu nước ngầm khối phổ kế tỷ số đồng vị” có ý nghĩa khoa học thực tế Hơn nữa, nước ta, thực tế việc ứng dụng phương pháp hạn chế Do vậy, bước đầu xây dựng tảng cho phương pháp ứng dụng kỹ thuật đồng vị đồng vị khác nói chung carbon nói riêng nghiên cứu vấn đề môi trường việc làm cần thiết Mục tiêu nghiên cứu đề tài Bước đầu xây dựng quy trình phân tích tỷ số đồng vị δ13CDIC mẫu nước ngầm khối phổ kế tỷ số đồng vị đảm bảo độ xác độ tin cậy Ý nghĩa khoa học thực tiễn Kết đề tài giúp cho nhà nghiên cứu sử dụng quy trình để phân tích δ13C mẫu nước phục vụ nghiên cứu nguồn gốc ô nhiễm môi trường Đưa vào ứng dụng phương pháp phân tích đại cho mẫu nước ngầm sở kỹ thuật khối phổ kế tỷ số đồng vị EA-IRMS có độ ổn định tốt độ tin cậy cao, có khả ứng dụng thực tế Việt nam Đối tượng, phạm vi thực − Đối tượng thực hiện: Mẫu nước ngầm xã Vân Phúc, huyện Phúc Thọ, thành phố Hà Nội − Phạm vi thực hiện: + Về không gian: Phòng Thủy văn đồng vị - Trung tâm Kỹ thuật Hạt nhân - Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân + Về thời gian: Thực chuyên đề từ ngày 19 tháng 01 năm 2015 đến ngày 06 tháng 06 năm 2015 Tóm tắt nội dung nghiên cứu − Tổng quan tài liệu: Tổng quan phương pháp đồng vị δ13C tình hình sử dụng tỷ số đồng vị δ13C để nghiên cứu xác định nguồn gốc ô nhiễm môi trường 3 − Xây dựng quy trình phân tích + Quy trình xử lý mẫu phân tích δ13CDIC mẫu nước ngầm: Kết tủa, lọc rửa kết tủa làm khô mẫu nước + Thiết lập chương trình xác định δ13CDIC thiết bị khối phổ kế tỷ số đồng vị phòng thí nghiệm Thủy văn Đồng vị - Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân − Đánh giá kết [...]... thuật đồng vị của các đồng vị khác nói chung và carbon nói riêng trong nghiên cứu các vấn đề về môi trường là việc làm cần thiết 2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Bước đầu xây dựng được quy trình phân tích tỷ số đồng vị δ13CDIC trong mẫu nước ngầm trên khối phổ kế tỷ số đồng vị đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy 3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Kết quả của đề tài giúp cho các nhà nghiên cứu sử dụng quy trình. .. gốc ô nhiễm môi trường 3 − Xây dựng quy trình phân tích + Quy trình xử lý mẫu phân tích δ13CDIC trong mẫu nước ngầm: Kết tủa, lọc rửa kết tủa và làm khô mẫu nước + Thiết lập chương trình xác định δ13CDIC trên thiết bị khối phổ kế tỷ số đồng vị tại phòng thí nghiệm Thủy văn Đồng vị - Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân − Đánh giá kết quả ... cứu sử dụng quy trình để phân tích δ13C trong các mẫu nước phục vụ nghiên cứu nguồn gốc ô nhiễm môi trường Đưa vào ứng dụng một phương pháp phân tích hiện đại cho mẫu nước ngầm trên cơ sở kỹ thuật khối phổ kế tỷ số đồng vị EA-IRMS có độ ổn định tốt và độ tin cậy cao, có khả năng ứng dụng trong thực tế của Việt nam 4 Đối tượng, phạm vi thực hiện − Đối tượng thực hiện: Mẫu nước ngầm tại xã Vân Phúc, huyện... văn đồng vị - Trung tâm Kỹ thuật Hạt nhân - Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân + Về thời gian: Thực hiện chuyên đề từ ngày 19 tháng 01 năm 2015 đến ngày 06 tháng 06 năm 2015 5 Tóm tắt các nội dung nghiên cứu − Tổng quan tài liệu: Tổng quan về phương pháp đồng vị δ13C và tình hình sử dụng tỷ số đồng vị δ13C để nghiên cứu xác định nguồn gốc ô nhiễm môi trường 3 − Xây dựng quy trình phân tích + Quy trình