Trong những năm gần đây, khi thế giới đang trên con đường phát triển ở mức toàn cầu hóa thì vấn đề ô nhiễm môi trường được đặt ra hết sức cấp thiết. Tốc độ ô nhiễm ngày càng nhanh, mức độ ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng và ảnh hưởng lớn đến hệ sinh thái toàn cầu, và vấn đề ô nhiễm kim loại nặng như cadimi (Cd), chì (Pb), crom (Cr), kẽm (Zn), đồng (Cu)...trong môi trường đất, nước, không khí đã tác động đến sức khỏe con người và các sinh vật, gây ra sự phá vỡ nhiều quá trình chuyển hóa và cân bằng sinh thái do độc tính và khả năng tích lũy của chúng. Những nguyên tố này khác với hầu hết các chất gây ô nhiễm khác, không phân hủy sinh học và không trải qua một chu kỳ sinh thái sinh học chung mà trong đó nước là con đường chính 16.
NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH DẠNG MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG TRẦM TÍCH SƠNG Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Dung Lớp: Cơng nghệ hóa k10 Giáo viên hướng dẫn: Ths Phạm Thị Thu Hà MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, giới đường phát triển mức tồn cầu hóa vấn đề nhiễm môi trường đặt cấp thiết Tốc độ ô nhiễm ngày nhanh, mức độ ô nhiễm ngày nghiêm trọng ảnh hưởng lớn đến hệ sinh thái tồn cầu, vấn đề nhiễm kim loại nặng cadimi (Cd), chì (Pb), crom (Cr), kẽm (Zn), đồng (Cu) môi trường đất, nước, không khí tác động đến sức khỏe người sinh vật, gây phá vỡ nhiều trình chuyển hóa cân sinh thái độc tính khả tích lũy chúng Những nguyên tố khác với hầu hết chất gây ô nhiễm khác, không phân hủy sinh học không trải qua chu kỳ sinh thái sinh học chung mà nước đường [16] Kim loại đất trầm tích bị hòa tan vào môi trường nước tùy thuộc vào điều kiện lý hóa nước như: hàm lượng tổng muối tan, trạng thái oxi hóa khử, chất hữu tham gia tạo phức với kim loại [19], [21] Tùy thuộc vào thành phần cấu tạo điều kiện địa chất, kim loại phân chia thành dạng hóa học khác có liên quan với loại pha hữu vô Nhiều công bố tập trung vào việc nghiên cứu hàm lượng tổng kim loại đất trầm tích [5], [18], [19], [20] Tuy nhiên, đóng vai trò quan trọng việc đánh giá mức độ ô nhiễm mà cung cấp đủ thông tin biến đổi, khả tích lũy sinh học khả di động kim loại điều kiện mơi trường khác Độc tính mức độ ảnh hưởng sinh học chúng không phụ thuộc vào hàm lượng tổng chúng mà phụ thuộc vào dạng hóa học mà chúng tồn tại, gọi dạng kim loại [2] Khi kim loại tồn dạng trao đổi cacbonat khả đáp ứng sinh học tốt so với kim loại lưu giữ cấu trúc tinh thể trầm tích [19] Chính vậy, việc phân tích hàm lượng tổng số kim loại nặng chưa đủ để đánh giá mức độ gây ô nhiễm mơi trường mà vấn đề việc phân tích dạng hóa học (trạng thái tồn tại) kim loại nặng để thấy dạng có liên quan tới mức độ độc Trong năm qua, với việc sử dụng kĩ thuật dụng cụ phân tích đại, giới có nhiều cơng trình nghiên cứu mức độ nhiễm kim loại nặng đất trầm tích [22], [23], [26] Ở nước ta có số cơng trình bước đầu phân tích dạng tồn kim loại nặng môi trường thu hút quan tâm nhiều nhà phân tích [5], [6], [7], [29], [30] Có nhiều phương pháp lựa chọn xét độ nhạy, độ chọn lọc, khả phân tích loạt mẫu đối tượng khác mặt kinh tế phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử đánh giá cao Do vậy, đứng trước thực trạng ô nhiễm môi trường ngày gia tăng cần thiết việc phân tích dạng kim loại đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường mà chọn nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu phân tích dạng số kim loại nặng trầm tích sơng’’ Với địa bàn nghiên cứu lưu vực sơng Cầu thuộc tỉnh Thái Nguyên theo mục tiêu cụ thể là: 1.Nghiên cứu quy trình chiết chọn lọc để tách dạng liên kết kim loại Cu số cột trầm tích thuộc lưu vực sơng cầu khu vực qua thành phố Thái Nguyên 2.Xác định hàm lượng dạng kim loại Cu mẫu trầm tích 3.Đánh giá tích lũy dạng kim loại Cu theo chiều sâu cột trầm tích theo vị trí cột trầm tích Đối tượng nghiên cứu Kí hiệu cột mẫu Tọa độ Vị trí o N: 21 35’56,4” SC07 E: SC03 Độ sâu A1 0-10 A2 10-20 A3 20-30 A4 30-40 A5 40-50 A6 50-60 A7 60-70 A8 70-80 B1 0-10 B2 10-20 B3 20-30 B4 30-40 B5 40-50 B6 50-60 B7 60-70 Phía sau cầu Gia Bẩy o 105 50’20,7” N: 21 34’10,2’’ E: 105 51’56,9’’ Kí hiệu mẫu Gần ngòi Trại Bầu Nội dung nghiên cứu - Xây dựng đường chuẩn định lượng Cu - Bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử với kĩ thuật nguyên tử hóa lửa (F-AAS) phân tích định lượng dạng trao đổi, dạng liên kết với cacbonat (F1,2), dạng liên kết với Fe-Mn oxi hiđroxit (F3), dạng liên kết với hữu (F4) Cu theo quy trình chiết chọn lọc - Xử lý đánh giá kết thực nghiệm Trang thiết bị hóa chất phục vụ nghiên cứu Trang thiết bị Hóa chất -4 - Cân phân tích xác đến 10 g Axit HNO3 65% - Máy lắc, máy đo pH CH3COOH 99% - Hệ thống máy quang phổ F-AAS (Model AAS Solar M5) - Bếp điện, tủ hốt, máy sấy - Ống đong 100ml, loại pipet, cốc, bình định mức, phễu, giấy lọc, lam kính Dụng cụ trước sử dụng rửa trước xà phòng, sau ngâm HNO3 20% 24h tráng lại lần nước cất Axit HCl 37% CH3COONH4 tinh thể CH3COONa.3H2O tinh thể H2O2 30% NaHCO3 tinh thể Axit ascorbic tinh thể Natri citras tinh thể 10 Dung dịch chuẩn Cu 2+ 1000 ppm Các hóa chất loại tinh khiết phân tích Merck Quy trình phân tích dạng kim loạ i Dạng kim loại Điều kiện chiết Dạng trao đổi, dạng liên kết Cân xác 2g mẫu vào cốc thủy tinh chịu nhiệt 50 ml, thêm 20ml CH 3COONa 1M 3ml CH3CHOOH 5M, đậy miệng với cacbonat (F1,2) cốc bóng thủy tinh lắc liên tục máy lắc nhiệt độ phòng Sau lọc giấy lọc để thu dịch chiết chứa Đồng dạng F1,2 Dạng liên kết với Fe- Mn Cân xác 2g mẫu vào cốc thủy tinh chịu nhiệt 50ml, thêm 25ml dung dịch (20g ascorbic, 50g natri citras, 50g NaHCO oxit (F3) lít), đậy miệng cốc bóng thủy tinh lắc liên tục 24 máy lắc nhiệt độ phòng Sau lọc giấy lọc để thu dịch chiết chứa Đồng dạng F3 Dạng liên kết với hữu Cân xác 1g mẫu vào cốc thủy tinh chịu nhiệt 50ml, thêm 11ml dung dịch H 2O2 30% ( PH=5) đậy miệng cốc (F4) bóng thủy tinh đun bếp 85 C có lắc Sau để nguội tới nhiệt độ phòng, thêm 25ml CH3COONH4 1M (PH=2) lắc liên tục 10 máy lắc nhiệt độ phòng Sau lọc giấy lọc để thu dịch chiết chứa Đồng dạng (F1,2; F3 F4), kí hiệu dạng F1÷4 KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 5.1 Điều kiện đo phổ F-AAS Cu STT Các thông số máy Các điều kiện lựa chọn Nguồn sáng HCL Cường độ dòng đèn (mA) Bước sóng (nm) Độ rộng khe đo (mm) Khí sử dụng Tốc độ khí C2H2 (lít/phút) Tốc độ khơng khí (lít/phút) 10 10 324,8 0,7 C2H2/KK c Dạng liên kết F1÷4 Bảng 3: kết đo đường chuẩn Cu F 1÷4 STT Nồng độ (ppm) Độ hấp thụ quang (A) 0.0000 0.0000 0.0500 0.0043 0.1000 0.0054 0.2000 0.0077 0.4000 0.0129 1.0000 0.0348 Hình 3: Đường chuẩn Cu F1÷4 0.04 Độ hấp thụ quang (A) f(x) = 0.03x + 0.04 R² = 0.99 0.03 0.03 0.02 0.02 0.01 0.01 0 0.2 0.4 0.6 Nồng độ (ppm) 0.8 1.2 5.3 Kết thực nghiệm 5.3.1 Kết phép đo F-AAS Đồng Sau chuẩn bị xử lý mẫu phân tích, tiến hành đo phổ phương pháp F-AAS theo thứ tự: - Blank - Các dung dịch dãy chuẩn - Mẫu trắng (mẫu F5) - Mẫu phân tích Bảng 4: Kết phép đo F-AAS dung dịch sau chiết Hàm lượng dạng Đồng (ppm) Cột SC07 SC03 Mẫu F1,2 F3 F1÷4 A1 0.34 0.12 0.86 A2 0.31 0.07 0.77 A3 0.25 0.08 0.62 A4 0.32 0.1 0.79 A5 0.34 0.1 0.73 A6 0.28 0.07 0.73 A7 0.15 0.08 0.41 A8 0.21 0.15 0.63 B1 0.24 0.05 0.55 B2 0.18 0.01 0.5 B3 0.12 0.02 0.4 B4 0.14 0.06 0.46 B5 0.16 0.04 0.41 B6 0.17 0.03 0.37 B7 0.15 0.01 0.56 5.3.2 Kết tính tốn hàm lương kim loại Cu trầm tích Dựa vào cơng thức tính hàm lượng kim loại: mtb =Vx.Cx/mx Trong đó: mtb : hàm lượng kim loại 1g mẫu trầm tích khơ (µg/g) Vx: thể tích dung dịch dùng để chiết (ml) (F1,2: V1= 23ml; F3: V2= 25 ml; F1÷4: V3= 36ml) Cx: nồng độ đo dạng chiết (µg/ml) mx: khối lượng trầm tích khơ đem chiết (g) (F1,2: m1= 2g; F3: m2= 2g; F1÷4: m3= 1g) Bảng 5: Hàm lượng dạng kim loại Cu trầm tích khơ (µg/g) Cột SC07 SC03 Mẫu F1,2 F3 F1÷4 A1 3.910 1.500 30.960 A2 3.565 0.875 27.720 A3 2.875 1.000 22.320 A4 3.680 1.250 28.440 A5 3.910 1.250 26.280 A6 3.220 0.875 26.280 A7 1.725 1.000 14.760 A8 2.415 1.875 22.680 B1 2.760 0.625 19.800 B2 2.070 0.125 18.000 B3 1.380 0.250 14.400 B4 1.610 0.750 16.560 B5 1.840 0.500 14.760 B6 1.955 0.375 13.320 B7 1.725 0.125 20.160 5.3.3 Kết tính tốn hàm lượng dạng kim loại Cu Dựa vào cơng thức: mF4= mF1÷4 – mF3 – mF1,2 Trong đó: mF4: khối lượng Cu dạng F4 (µg/g) mF3: khối lượng Cu dạng F3(µg/g) mF1,2: khối lượng Cu dạng F2 (àg/g) MF1ữ4: l tng lng Cu cỏc dạng F1,2; F3; F4 (µg/g) Bảng 12: Hàm lượng dạng kim loại Cu (µg/g) Cột SC07 SC03 Mẫu F1,2 F3 F4 A1 3.910 1.500 25.550 A2 3.565 0.875 23.280 A3 2.875 1.000 18.445 A4 3.680 1.250 23.510 A5 3.910 1.250 21.120 A6 3.220 0.875 22.185 A7 1.725 1.000 12.035 A8 2.415 1.875 18.390 B1 2.760 0.625 16.415 B2 2.070 0.125 15.805 B3 1.380 0.250 12.770 B4 1.610 0.750 14.200 B5 1.840 0.500 12.420 B6 1.955 0.375 10.990 B7 1.725 0.125 18.310 5.4 Nhận xét kết 5.4.1 Sự phân bố hàm lượng kim loại Cu theo độ sâu dạng 3.5 2.5 1.5 0.5 2.5 1.5 Hình 4: Dạng trao đổi, liên kết với cacbonat (F1,2) 0.5 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 SC07 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 SC03 1.8 1.6 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 SC07 Sc03 Hình 5: Dạng liên kết với Fe-Mn oxit (F3) 30 20 25 15 20 15 10 10 5 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 SC07 SC03 Hình 6: Dạng liên kết với hữu (F4) 5.4.2 Sự phân bố hàm lượng dạng kim loại Cu theo độ sâu 35 30 25 20 15 10 F4 F3 F1,2 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 SC07 25 20 15 F4 F3 F1,2 10 B1 B2 B3 B4 SC03 B5 B6 B7 KẾT LUẬN Như vậy, sở kết thu đề tài “Nghiên cứu phân tích dạng số kim loại nặng trầm tích sơng”, chúng tơi đưa kết luận sau: Đã áp dụng thực thành công quy trình chiết chọn lọc Tessier để tách dạng bao gồm dạng trao đổi, dạng liên kết với cacbonat (F1,2), dạng liên kết vơi Fe-Mn oxi (F3), dạng liên kết với hữu (F4) kim loại Cu mẫu trầm tích Đã chọn điều kiện đo phổ xây dựng đường chuẩn để xác định nguyên tố Cu phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử với kĩ thuật nguyên tử hóa lửa Áp dụng xác định hàm lượng dạng kim loại Cu 15 mẫu trầm tích lưu vực sông Cầu địa bàn tỉnh Thái Nguyên Từ kết phân tích trên, ta thấy phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử phương pháp thích hợp để phân tích hàm lượng vết nguyên tố Cu cho kết xác ổn định CẢM ƠN THẦY CÔ VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE ... Pha dãy dung dịch Cu2+ nồng độ khác từ dung dịch chuẩn gốc 1000 mg/l khác + Nồng độ dung dịch pha là: Cu2+: 0,05 mg/l; 0,1 mg/l; 0,2 mg/l; 0,4 mg/l; mg/l + Thành phần dung dịch là: Nền dung dịch... dịch là: Nền dung dịch CH COOH 5M dung dịch CH COONa 1M 3 Nền dung dịch (20g axit ascorbic, 50g natri citras, 50g NaHCO tinh thể lít) Nền dung dịch H O 30% (PH=5) dung dịch CH COONH 1M (PH=2) 2... triển mức toàn cầu hóa vấn đề nhiễm mơi trường đặt cấp thiết Tốc độ ô nhiễm ngày nhanh, mức độ ô nhiễm ngày nghiêm trọng ảnh hưởng lớn đến hệ sinh thái toàn cầu, vấn đề ô nhiễm kim loại nặng cadimi