Xác định hàm lượng Pb, Cd trong đất, nước và cây trồng tại xã Đồng Tháp, Đan Phượng, Hà Nội bằng phương pháp hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS)

Header Page of 237 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - ĐỖ THỊ ÁNH TUYẾT XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG Cd, Pb TRONG ĐẤT, NƢỚC VÀ CÂY TRỒNG TẠI XÃ ĐỒNG THÁP, ĐAN PHƢỢNG, HÀ NỘI BẰNG PHƢƠNG PHÁP HẤP THỤ NGUYÊN TỬ KHÔNG NGỌN LỬA (GF-AAS) Chuyên ngành: HÓA PHÂN TÍCH Mã số chuyên ngành: 60440118 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ HÓA HỌC \ HÀ NỘI-2016 Footer Page of 237 Header Page of 237 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận văn Trong nhiều năm gần kinh tế nước ta có nhiều thay đổi, hàng loạt khu cơng nghiệp đời, đặc biệt có nhiều sở sản xuất doanh nghiệp khơng tn thủ quy trình trốn tránh trách nhiệm xử lý nguồn nước thải trước đưa mơi trường làm gia tăng tình trạng nhiễm chất độc hại có kim loại nặng Việc nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng hàm lượng kim loại nặng môi trường đất, nước và mẫu sinh học khu công nghiệp đánh giá mối tương quan hàm lượng chúng phục vụ nghiên cứu và bảo vệ môi trường nhiều nhà nghiên cứu quan tâm Để xác định hàm lượng Cd và Pb loại mẫu khác nhau, người ta dùng nhiều kỹ thuật phân tích khác có phương pháp hấp thụ nguyên tử không lửa (GF-AAS) Phương pháp có độ nhạy cao, cho kết có độ xác và độ tin cậy cao dễ dàng áp dụng cho nhiều phòng thí nghiệm Mục tiêu luận văn là phân tích xác định hàm lượng kim loại nặng Cd và Pb mẫu đất, nước, trồng sở tối ưu hóa điều kiện đo và đánh giá phương pháp phân tích Xây dựng mơ hình đánh giá tác động mơi trường xung quanh điểm công nghiệp nằm địa bàn xã Đồng Tháp, Đan Phượng, Hà Nội phương pháp thống kê đa biến đánh giá mối tương quan và phân tích phương sai (ANOVA), kiểm tra đánh giá hàm lượng Cd và Pb độc hại phát thải môi trường Nội dung nghiên cứu - Tìm điều kiện tối ưu xác định Pb và Cd đất, nước và trồng phương pháp hấp thụ nguyên tử không lửa (GF-AAS) - Đánh giá phương pháp, đánh giá độ lặp, độ mẫu chuẩn so sánh IAEA - Phân tić h mẫu thực tế - Xử lý thố ng kê số liê ̣u phân tić h, đánh giá yếu tố ảnh hưởng tới kết phân tích phương pháp phân tích phương sai ANOVA, đánh giá mối tương quan hàm lượng Cd và Pb đất, nước và trồng xung quanh khu vực nghiên cứu Bố cu ̣c của luâ ̣n văn Luâ ̣n văn đươ ̣c bố cu ̣c gồ m phầ n mở đầ u , nô ̣i dung, kế t luâ ̣n, danh mu ̣c tài liê ̣u tham khảo và phu ̣ lu c̣ Nô ̣i dung chia làm ba chương: Chương Tổng quan; chương Thực nghiê ̣m; chương Kế t quả nghiên cứu và thảo luận Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng giới Việt Nam 1.1.1 Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng giới 1.1.2 Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng Việt Nam 1.2 Kim loại nặng môi trƣờng Footer Page of 237 Header Page of 237 1.2.1 Dạng tồn kim loại nặng môi trường 1.2.2 Độc tính kim loại nặng Cd Pb 1.3 Các phƣơng pháp xác định Cd Pb 1.3.1 Phương pháp điện hóa 1.3.1.1 Phương pháp Von-Ampe hòa tan 1.3.1.2 Phương pháp cực phổ 1.3.2 Phương pháp quang phổ 1.3.2.1 Phương pháp phổ hấp thụ UV-VIS 1.3.2.2 Phương pháp quang phổ phát xạ AES 1.3.2.3 Phương pháp quang phổ hấp thụ AAS Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử có nhiều ưu việt như: độ nhạy, độ xác cao, lượng mẫu tiêu thụ ít, tốc độ phân tích nhanh Kĩ thuật ngun tử hố mẫu phân tích cuvet graphit nhờ lượng nhiệt dòng điện có cơng suất lớn, ta có phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ ngun tử khơng lửa (GF-AAS) có độ nhạy cao kĩ thuật lửa 50 – 1000 lần; cỡ 0,1 – 1ppb và sai số không vượt 15% 1.3.3 Phương pháp huỳnh quang 1.3.4 Phương pháp phổ khối plasma cao tần cảm ứng (ICP-MS) 1.4 Phƣơng pháp phân huỷ mẫu xác định lƣợng vết kim loại mẫu đất mẫu thực vật 1.5 Xử lý thống kê số liệu phân tích 1.5.1 Phân tích phương sai đa biến (ANOVA) ANOVA là phương pháp phân tích phương sai là phân tích tác động hay nhiều yếu tố cố định đến kết thí nghiệm qua tham số phương sai Đó là ảnh hưởng hay nhiều yếu tố hay ảnh hưởng tương hỗ yếu tố Nói cách khác, phân tích phương sai là làm thí nghiệm theo qui hoạch trước nhằm khảo sát ảnh hưởng có nghĩa yếu tố đến kết thí nghiệm qua việc đánh giá phương sai theo chuẩn Fisher Mục đích ANOVA gồm - So sánh nhiều giá trị trung bình, nhóm số liệu lập biến độc lập với nhóm khác tập số liệu chứa biến độc lập - Nhận biến độc lập khác nhiều với biến phụ thuộc Footer Page of 237 Header Page of 237 - Dùng để đánh giá ảnh hưởng nguồn sai số khác đến dãy kết thí nghiệm từ đánh giá ảnh hưởng nguồn sai số đến phân bố mẫu 1.5.2 Phân tích tương quan Phân tích tương quan dùng để đánh giá mối quan hệ hai hay nhiều biến thông qua hệ số tương quan Hai loại hệ số tương quan thường dùng là hệ số tương quan Pearson Spearmen Hệ số tương quan r biểu thị mức độ quan hệ tuyến tính hai biến Khi r càng gần quan hệ càng lỏng lẻo, ngược lại r càng gần -1 quan hệ càng chặt chẽ (r > có quan hệ thuận và r < có quan hệ nghịch) Trường hợp r = biến khơng có quan hệ Chƣơng PHẦN THỰC NGHIỆM 2.1 Đối tƣợng địa điểm nghiên cứu 2.1.1 Đối tƣợng nghiên cứu - Mẫu đất bề mặt, trồng theo vị trí cách tường bao theo thứ tự (cạnh bể thải, 3m, 6m, 8m và 15m) vị trí loại mẫu lấy mẫu để đối chứng - Mẫu nước bể chứa nước thải, nước bề mặt gần khu vực sản xuất, loại mẫu lấy định kỳ theo mùa (mùa mưa và mùa khô) 2.1.2 Địa điểm nghiên cứu Điểm công nghiệp đóng địa bàn xã Đồng Tháp, huyện Đan Phượng, Hà Nội (tọa độ 21°5'8"N; 105°38'56"E) Đây là sở sản xuất bột kẽm oxit chủ yếu từ xỉ kẽm, đã có thời gian hoạt động sản xuất 20 năm, đất, nước, trồng xung quang khu vực này có nguy nhiễm kim loại nặng cao là Cd và Pb 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 2.2.1 Lấy mẫu, xử lý bảo quản mẫu 2.2.1.1 Lấy mẫu bảo quản mẫu Mẫu nước lấy mẫu theo TCVN 6663-3 : 2008 (ISO 5667-3: 2003) Mẫu đất lấy mẫu theo TCVN 5297:1995 Mẫu trồng lấy mẫu theo TCVN 9610:2011 2.2.1.2 Phương pháp xử lý mẫu - Phương pháp xử lý mẫu đất Footer Page of 237 Header Page of 237 Phá mẫu ướt chén Platin với HNO3, HF, H2O2 30% - Phương pháp xử lý mẫu trồng Phá mẫu hệ bình Keldan với HNO3 đặc, H2O2 30% 2.2.2 Phƣơng pháp phân tích Lựa chọn phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật không lửa để xác định hàm lượng Cd và Pb mẫu đất, nước, trồng Thí nghiệm thực hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS vario hãng Analytik Jena AG 2.2.3 Phƣơng pháp xử lý số liệu Các số liệu lặp lại, phân tích hồi qui hay xử lý thống kê đa biến(ANOVA) phần mềm máy tính excel; MINITAB 14; Origin 6.0 2.4 Hóa chất dụng cụ Chƣơng KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tối ƣu hóa điều kiện xác định Pb Cd phƣơng pháp GF-AAS 3.1.1 Khảo sát chọn độ rộng khe đo Khe đo phải chọn phù hợp với vạch phổ cho tín hiệu đủ nhạy, đạt độ ổn định cao và lấy toàn pic phổ, loại bỏ chen lấn vạch phổ nguyên tố khác bên vạch phổ nghiên cứu Đối với hệ máy AAS vario - Analytik Jena AG khảo sát khe đo là 0,2; 0,5; 0,8 và 1,2 nm Qua khảo sát lựa chọn độ rộng khe đo là 0,5 nm đói với Pb và độ rộng khe đo là 0,8 nm Cd Ở điều kiện này, 100% diện tích pic vạch phổ nằm khe đo 3.1.2 Khảo sát điều kiện nguyên tử hóa mẫu Để chọn nhiệt độ tro hóa và nguyên tử hóa mẫu phù hợp chúng tơi tiến hành khảo sát với dung dịch chuẩn Pb 5ppb HNO3 0,5% có NH4H2PO4 0,01% và Cd 2ppb HNO3 0,5% có Mg(NO3)2 0,01% + Pd(NO3)2 0,01% Footer Page of 237 0.15 0.14 0.13 0.12 0.11 0.1 250 300 350 400 450 500 550 600 Nhiệt độ ( 0C) Ảnh hƣởng nhiệt độ tro hóa đến… Abs Abs Ảnh hƣởng nhiệt độ tro… 0.28 0.26 0.24 0.22 0.2 0.3 250300350400450500550600 Nhiệt độ ( 0C) Header Page of 237 Ảnh hƣởng nhiệt nguyên tử hóa… 0.139 0.138 0.137 0.136 0.135 0.14 1200 1400 Abs Abs Ảnh hƣởng nhiệt nguyên… 1600 Nhiệt độ (0C) 0.28 0.23 0.18 0.13 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 Nhiệt độ (0C) Dựa vào đồ thị phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nhiệt độ tro hóa mẫu và nguyên tử hóa mẫu lựa chọn nhiệt độ tro hóa để đo phổ Cd là 350 0C; Pb là 450 0C và nhiệt độ tro hóa để đo phổ Cd là 1350 0C; Pb là 1500 0C cho độ hấp thụ quang Cd lớn và Pb lớn 3.2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến phép đo 3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ axit Do trình xử lý mẫu phần lớn sử dụng axit HNO3 nên tiến hành khảo sát nồng độ axit này đến độ hấp thụ quang Cd và Pb Kết cho thấy sử dụng axit HNO3 0,5% độ hấp thụ quang Pb và Cd cao Vì vậy, lựa chọn axit HNO3 0,5% làm mơi trường cho mẫu phân tích 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng chất cải biến Kỹ thuật không lửa có độ nhạy, độ chọn lọc cao ảnh hưởng mẫu đến cường độ hấp thụ Cd Pb lớn, phức tạp.Vì vậy, để có kết có độ xác cao ta phải tìm cách giảm hoăc loại trừ ảnh hưởng mẫu cách thêm chất cải biến hóa học Kết cho thấy có mặt chất cải biến độ hấp thụ quang Cd Pb tăng lên so với trường hợp khơng có mặt chất cải biến nền, tín hiệu thu ổn định Lựa chọn nồng độ tỉ lệ chất cải biến cho Cd là: Mg(NO3)2 0,01% + Pd(NO3)2 0,01% nồng độ chất cải biến cho Pb NH4H2PO4 0,01% 3.2.3 Khảo sát sơ thành phần mẫu Trong điều kiện đã chọn có mặt cation khơng làm ảnh hưởng đến độ hấp thụ quang Cd và Pb (sai số nhỏ 10%) 3.3 Đánh giá chung phép đo GF-AAS phương pháp đường chuẩn 3.3.1 Khảo sát khoảng tuyến tính Khoảng tuyến tính Cd từ ppb đến 8,0 ppb Khoảng tuyến tính Pb từ 1,0 ppb đến 10,0 ppb 3.3.2 Xây dựng đường chuẩn 0.5 0.6 0.4 0.5 0.4 Parameter Value Error -A 0.0097 0.00153 B 0.05819 3.92987E-4 0.2 0.1 R SD N P -0.99986 0.0031