Xác định lượng nhỏ thủy ngân trong một số mẫu địa chất bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Văn Toán XÁC ĐỊNH LƢỢNG NHỎ THỦY NGÂN TRONG MỘT SỐ MẪU ĐỊA CHẤT BẰNG PHƢƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Văn Toán XÁC ĐỊNH LƢỢNG NHỎ THỦY NGÂN TRONG MỘT SỐ MẪU ĐỊA CHẤT BẰNG PHƢƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ 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 KHÓA LUËN TèT NGHIƯP 2015 NGUN V¡N TO¸N LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Xuân Trung giao đế tài tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện cho em hồn thành khóa luận Em xin bày tỏ lịng biết ơn tới anh chị em phịng Hóa Kim Loại Trung Tâm Phân Tích Thí Nghiệm tạo điều kiện cho em trình học tập nghiên cứu Cuối em xin gửi lời biết ơn tới gia đình, anh chị, bạn bè, em sinh viên chuyên ngành hóa phân tích động viên giúp đỡ em nhiều suốt thời gian qua Em xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày 13 tháng 07 năm 2015 Học viên cao học Nguyễn Văn Tốn KHOA HĨA HỌC ĐHKHTN – ĐHQGHN KHĨA LN TèT NGHIƯP 2015 NGUN V¡N TO¸N MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG SỐ DANH MỤC HÌNH VẼ KÍ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU Chƣơng 1: TỔNG QUAN Error! Bookmark not defined 1.1 Giới thiệu chung thủy ngân (Hg) Error! Bookmark not defined 1.1.1 Các tính chất hóa lý chủ yếu Hg Error! Bookmark not defined 1.1.2 Độc tính nguồn phát thải Hg Error! Bookmark not defined 1.1.2.1 Độc tính Hg Error! Bookmark not defined 1.1.2.2 Nguồn phát thải Hg Error! Bookmark not defined 1.2 Các phƣơng pháp xác định lƣợng vết thủy ngân Error! Bookmark not defined 1.2.1 Các phương pháp phân tích điện hóa Error! Bookmark not defined 1.2.1.1 Phương pháp đo điện dựa điện cực chọn lọc ion (ISE) Error! Bookmark not defined 1.2.1.2 Phương pháp vơn – ampe hịa tan Error! Bookmark not defined 1.2.2 Phương pháp sắc ký Error! Bookmark not defined 1.2.2.1 Phương pháp sắc ký khí Error! Bookmark not defined 1.2.2.2 Phương pháp sắc ký lỏng hiệu cao (HPLC) Error! Bookmark not defined 1.2.3 Các phương pháp phân tích quang phổ Error! Bookmark not defined 1.2.3.1 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử Error! Bookmark not defined 1.2.3.2 Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV – VIS Error! Bookmark not defined 1.2.4 Phương pháp động học xúc tác Error! Bookmark not defined 1.2.5 Phương pháp kích hoạt notron Error! Bookmark not defined KHOA HÓA HỌC ĐHKHTN – ĐHQGHN NGUN V¡N TO¸N KHĨA LN TèT NGHIƯP 2015 CHƢƠNG : THỰC NGHIỆM Error! Bookmark not defined 2.1 Mục tiêu phƣơng pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.1.1 Mục tiêu nội dung nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.1.2 Đối tượng nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.1.3 Nguyên tắc phương pháp xác định thủy ngân phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử - kỹ thuật hóa lạnh Error! Bookmark not defined 2.2 Hóa chất thiết bị Error! Bookmark not defined 2.2.1 Thiết bị dụng cụ Error! Bookmark not defined 2.2.2 Hóa chất Error! Bookmark not defined 2.2.3 Phương pháp xử lý số liệu Error! Bookmark not defined CHƢƠNG : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined 3.1 Tối ƣu hóa điều kiện xác định thủy ngân phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử hóa lạnh (CV – AAS) Error! Bookmark not defined 3.1.1 Chọn vạch đo phổ Error! Bookmark not defined 3.1.2 Khảo sát độ rộng khe đo Error! Bookmark not defined 3.1.3 Khảo sát cường độ dòng đèn Error! Bookmark not defined 3.2 Ảnh hƣởng loại chất khử SnCl2 Error! Bookmark not defined 3.3 Ảnh hƣởng chất nồng độ axit Error! Bookmark not defined 3.4 Ảnh hƣởng chiều dài bình phản ứng Error! Bookmark not defined 3.5 Ảnh hƣởng số kim loại phƣơng pháp loại trừ Error! Bookmark not defined 3.5.1 Ảnh hưởng Au,Ag,Cu,Fe dung dịch mẫu Error! Bookmark not defined 3.5.2 Khả loại trừ ảnh hưởng Au, Ag Cu cách đốt mẫu Error! Bookmark not defined 3.6 Ảnh hƣởng nƣớc tới trình đo phổ Error! Bookmark not defined 3.7 Khảo sát khoảng tuyến tính xây dựng đƣờng chuẩn xác định Hg2+ Error! Bookmark not defined KHOA HÓA HỌC ĐHKHTN – ĐHQGHN KHÓA LN TèT NGHIƯP 2015 NGUN V¡N TO¸N 3.7.1 Kiểm tra sai khác có nghĩa hệ số a giá trị Error! Bookmark not defined 3.7.2 Kiểm tra sai khác b với b’ Error! Bookmark not defined 3.8 Xác định giá trị giới hạn phát hiện(LOD) giới hạn định lƣợng(LOQ) 3.8.1 Giới hạn phát (LOD) Error! Bookmark not defined 3.8.2 Giới hạn định lượng (LOQ) Error! Bookmark not defined 3.9 Khảo sát giai đoạn phân hủy mẫu Error! Bookmark not defined 3.9.1 Khảo sát q trình hịa tan mẫu loại axit Error! Bookmark not defined 3.9.2 Khảo sát ảnh hưởng hợp chất sunfua chất hữu có mẫu Error! Bookmark not defined 3.10 Ảnh hƣởng thể tích mẫu Error! Bookmark not defined 3.11 Đánh giá độ xác thiết bị đo Error! Bookmark not defined 3.12 Quy trình phá mẫu Error! Bookmark not defined 3.13 Đánh giá độ lặp lại phƣơng pháp xử lý mẫu 44 3.14 Đánh giá hiệu suất thu hồi phƣơng pháp Er ror! Bookmark not defined 3.15 Ứng dụng phân tích số mẫu địa chất thực tế Error! Bookmark not defined 3.15.1 Mẫu quặng barit Error! Bookmark not defined 3.15.2 Mẫu quặng Asen Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO KHOA HÓA HỌC ĐHKHTN – ĐHQGHN NGUN V¡N TO¸N KHĨA LN TèT NGHIÖP 2015 DANH MỤC BẢNG SỐ Bảng 1.1: Các đặc trưng biosensor dựa kìm hãm thủy ngân ureaza Error! Bookmark not defined Bảng 3.1: Các vạch phổ thủy ngân Error! Bookmark not defined Bảng 3.2: Độ hấp thụ quang khe sáng khác Error! Bookmark not defined Bảng 3.3: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang A vào cường độ dòng đèn Error! Bookmark not defined catốt rỗng Error! Bookmark not defined Bảng 3.4: Các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử thủy ngân Error! Bookmark not defined Bảng 3.5: Ảnh hưởng lượng chất khử SnCl2 Error! Bookmark not defined Bảng 3.6: Ảnh hưởng loại axit tới phổ hấp thụ nguyên tử Hg Error! Bookmark not defined Bảng 3.7: Ảnh hưởng Au, Ag, Cu, Fe dung dịch tới việc xác định Hg Error! Bookmark not defined Bảng 3.8: Khả loại trừ ảnh hưởng Au, Ag, Cu phương pháp đốt mẫu Error! Bookmark not defined Bảng 3.9: Ảnh hưởng nước Error! Bookmark not defined Bảng 3.10: Kết phụ thuộc Abs vào nồng độ Hg2+ Error! Bookmark not defined Bảng 3.11: Bảng giá trị hệ số b’ phương trình ∆y = b’x Error! Bookmark not defined Bảng 3.12: Bảng giá trị phương sai phương trình hồi quy tuyến tính Error! Bookmark not defined Bảng 3.13: Khả hòa tan Hg HNO3 Error! Bookmark not defined Bảng 3.14: Ảnh hưởng S chất hữu Error! Bookmark not defined Bảng 3.15: Ảnh hưởng thể tích dung dịch mẫu Error! Bookmark not defined KHOA HÓA HỌC ĐHKHTN – ĐHQGHN NGUN V¡N TO¸N KHĨA LN TèT NGHIƯP 2015 Bảng 3.16: Hàm lượng thuỷ ngân đo lặp lại nồng độ khác Error! Bookmark not defined Bảng 3.17: Kết đánh giá độ lặp lại phương pháp xác định Hg2+ Error! Bookmark not defined Bảng 3.18: Độ lặp lại phương pháp xử lý mẫu Error! Bookmark not defined Bảng 3.19: Độ thu hồi Error! Bookmark not defined Bảng 3.20: Bảng kết hàm lượng Hg tìm mẫu Barit Error! Bookmark not defined Bảng 3.21: Bảng kết hàm lượng Hg tìm mẫu Asen Error! Bookmark not defined KHOA HĨA HỌC ĐHKHTN – ĐHQGHN NGUN V¡N TO¸N KHĨA LN TèT NGHIƯP 2015 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1: Sơ đồ gia công mẫu quặng thủy ngân.Error! Bookmark not defined Hình 2.2: Đo thủy ngân hệ thống MVU - AAS sử dụng chất khử SnCl2 Error! Bookmark not defined Hình 2.3: Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử Shimadzu AA – 6501S Error! Bookmark not defined Hình 2.4: Ống thủy tinh để đốt thăng hoa thủy ngânError! Bookmark not defined Hình 3.1: Ảnh hưởng lượng chất khử SnCl2Error! Bookmark not defined Hình 3.2: Ảnh hưởng loại axit tới phổ hấp thụ nguyên tử Hg Error! Bookmark not defined Hình 3.3: Ảnh hưởng Au, Ag, Cu, Fe dung dịch tới việc xác định Hg Error! Bookmark not defined Hình 3.4: Ảnh hưởng nước Error! Bookmark not defined Hình 3.5: Kết khảo sát khoảng tuyến tính xác định Hg2+ Error! Bookmark not defined Hình 3.6: Đường chuẩn xác định Hg2+ Error! Bookmark not defined Hình 3.7: Ảnh hưởng thể tích dung dịch phản ứngError! Bookmark not defined KHOA HÓA HỌC ĐHKHTN – ĐHQGHN KHÓA LUËN TèT NGHIƯP 2015 NGUN V¡N TO¸N KÍ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT Abs ( Absorption ): Độ hấp thụ CV – AAS ( Cold Vapour – Atomatic Absorption Spectrometry ): Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử hóa lạnh LOD ( Limit of Detection ): Giới hạn phát LOQ ( Limit of Quanlity ): Giới hạn định lượng CVU ( Cold Vapour Unit ): Hệ thống hóa lạnh KHOA HÓA HỌC ĐHKHTN – ĐHQGHN KHÓA LUËN TèT NGHIƯP 2015 NGUN V¡N TO¸N MỞ ĐẦU Thuỷ ngân (Hg) nguyên tố hóa học phát từ sớm ứng dụng nhiều lĩnh vực, nhiều nghành công nghiệp khai thác vàng, kĩ thuật điện tử, sản xuất xút phương pháp điện phân với điện cực thủy ngân, sản xuất giấy , sản xuất nhiệt kế …Tuy nhiên thủy ngân hợp chất có độc tính cao với người môi trường nên năm gân việc sử dụng thủy ngân hạn chế Trên giới có nhiều trường hợp nhiễm độc thuỷ ngân xảy quy mơ lớn Đã có 2955 người nhiễm độc thủy ngân đo 45 người chết vi ăn phải cá nhiễm thủy ngân vịnh Minamata thảm họa xảy vào năm 1953 – 1960 thành phố M inamata tin̉ h Kum amoto Nhật Bản Những khuyết tật gen quan sát thấy trẻ em sơ sinh mà mẹ chúng ăn hải sản khai thác từ vịnh Minamata Trong cá vịnh người ta phát thấy có chứa từ 27-102 ppm thuỷ ngân dạng metyl thuỷ ngân, nguồn thuỷ ngân thải từ nhà máy hố chất Chisso thành phố Tiếp năm 1972 Irac có 459 nơng dân bị chết sau ăn phải lúa mạch nhiễm độc thuỷ ngân thuốc trừ sâu Bệnh Minamata bệnh tương tự bị nhiễm độc thuỷ ngân, xảy Trung Quốc, Canada, lưu vực sông Mekong hay sông, hồ vùng Amazon Tanzania,… Tại Việt Nam, nguồn thủy ngân thải vào môi trường từ nhà máy nhiệt điện, khu công nghiệp hoạt động khai thác vàng trái phép gây tình trạng nhiêm thủy ngân mơi trường, đặc biệt môi trường nước Thực tế ghi nhận nhiều trường hợp nhiễm độc thủy ngân , chủ yếu xảy vùng khai thác vàng sử dụng cơng nghệ tạo hỗn hống với thủy ngân Độc tính thuỷ ngân phụ thuộc nhiều vào dạng hoá học Nhìn chung, thuỷ ngân dạng hợp chất hữu hữu độc thuỷ ngân vô Thuỷ ngân nguyên tố thuỷ ngân sunfua dạng độc Dạng độc thuỷ ngân metyl thuỷ ngân, dạng tích luỹ tế bào cá động vật KHOA HÓA HỌC ĐHKHTN – ĐHQGHN KHĨA LN TèT NGHIƯP 2015 NGUN V¡N TO¸N TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Đức Huệ (2010), “Giáo trình Độc học mơi trường”, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Hà Nội Nguyễn Thu Hương (2006), “ Xác định hàm lượng thủy ngân mẫu môi trường phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử hóa lạnh (CVAAS)”, luận văn thạc sĩ Hóa học, Khoa Hóa Học – ĐHKHTN-ĐH Quốc gia Hà Nội Phạm Luận (2014), “Phương pháp phân tích phổ nguyên tử”, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội Phạm Luận (2003), “Phương pháp phân tích phổ nguyên tử”, Đại học Quốc gia Hà Nội Hồng Nhâm (2002), “Hố học vô cơ”, Tập ba, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội Đỗ Quang Trung (2002), “Ứng dụng kỹ thuật chiết pha rắn để tách làm giàu xác định lượng vết thủy ngân, asen nước’’, Luận văn tiến sĩ hóa học trường Đại học khoa học Tự nhiên, Đại học quốc gia Hà Nội Nguyễn Ngọc Tuấn, Lê Tất Mua (2004),“Xác định thủy ngân metyl thủy ngân số mẫu cá nước biển phương pháp sắc ký khí kích hoạt notron có xử lý mẫu”, Tạp chí phân tích Hoá, Lý Sinh học tập 9(1), tr 9-14 Tạ Thị Thảo (2010), “Giáo trình thống kê hóa phân tích”, Đại học Quốc gia Hà Nội Đỗ Thị Vân Thanh (1999), “Giáo trình khống vật học”, Đại học Quốc gia Hà Nội Tiếng Anh 10 A Krata, E Bulska (2005), “Critical evaluation of analytical performance of atomic absorption spectrometry and inductively coupled plasma mass KHOA HÓA HỌC ĐHKHTN – ĐHQGHN KHĨA LN TèT NGHIƯP 2015 NGUN V¡N TO¸N spectrometry for mercury determination”, Spectrochimica Acta Part B 60, pp 345- 350 11 Claire T Costley, Katharine F Mossop, John R Dean, Louise M Garden, John Marshall, John Carroll (2000), “Determination of mercury in environmental and biological samples using pyrolysis atomic absorption spectrometry with gold amalgamation”, Analytica Chimica Acta, 405, pp 179-183 12 De-qiang Zhang, Li-li Yang, Han-wen Sun (1999), “Determination of mercury by cold vapour atomic absortion spectrometry wthit derivative signal processing”, Analytica Chimica Acta 395, pp 173-178 13 Hongqun Yang, Zhenghe Xu, Maohong Fan, Alan E Bland, Roddie R Judkins (2007), “Adsorbents for capturing mercury in coal-fired boiler flue gas”, Journal of Hazardous Materials, 146, pp 1–11 14 John H Pavlish, Everett A Sondreal, Michael D Mann1, Edwin S Olson, Kevin C Galbreath, Dennis L Laudal, Steven A Benson (2003), “Status review of mercury control options for coal-fired power plants”, Fuel Processing Technology, 82, pp 89 – 165 15 M.C.Garcia Alvarez-Cque,R.M Villavacamas, M.C.Martinezvaya, G.Bam Sramos, C.Mongay Fernadez “Spectrophotometric determination of mercury(II) and siliver(I) with copper (II) and dietyldithiocacbamatte in the presence of triton X-100” (1986) Tanlanta, Vol 33, No 8, pp 697-699, 1986 16 “Method for simultaneous determination of analysic”,(2000), Analytical Sciences Vol 5, No 1, pp.52-55 17 M.Nasiruddin Khan, B.Se (Iions), M.Sc, M.Phil (2006): Kinetic Determination of iron and spectrophotometric Determination of mercury By exploiting The reactions of Neutral Red Doctaral thesis Department of Chemistry/ University of Karachi, Chemistry, No127, pp 101 18 Moon- Sook Jeoung Hee-Seon Choi (2004) : Spectrophotometric Determination of Trace Hg (II) in Cetyltrimethylammonium Bromide Media KHOA HÓA HỌC ĐHKHTN – ĐHQGHN KHĨA LN TèT NGHIƯP 2015 NGUN V¡N TO¸N Bulletin of the Korean Chemical Society ISSN 0253-296 2004, vol 25, no12, pp 1877-1880 19 Rakesh Kumar Mahajan, Ravneet Kaur, Inderpreet Kaur, Vandana Sharma, Manoj Kumar (2004), “Mercury (II) Ion-Selective Electrodes Based on ptert-Butyl Calix [4] crowns with Imine Units”, Analytical Sciences Vol 4, pp.811-814 20 Rita Giovannetti, Vito Bartocci (1998), “Kinetic and equilibrium studies on mercury (II)- coprpporphyrin-I Metal ion exchange reaction with cobalt (II) and application to dertermination of trace mercury (II)”, Talanta (46) 977984 21 Masatoshi Morita, Jun Yoshinaga, John S Edmonds, (1998), “The determination of mercury species in envieronmental and biological samples Internatinal union of pure and applied chemistry”, Vol 70 No8, pp 15851615 22 T.V.Ramakrishna, G.Aravamudan and M.VijaYakumar (1975): Spectrophtometric determination of Mercury(II) as the ternary complex with Rhodamine 6G and Iodide Analytica Chimica Acta(84) 369 - 375 KHOA HÓA HỌC ĐHKHTN – ĐHQGHN ... - Nguyễn Văn Toán XÁC ĐỊNH LƢỢNG NHỎ THỦY NGÂN TRONG MỘT SỐ MẪU ĐỊA CHẤT BẰNG PHƢƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ Chuyên ngành : Hóa Phân Tích Mã số : 60440118 LUẬN VĂN THẠC SĨ... “ Xác định hàm lượng thủy ngân mẫu môi trường phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử hóa lạnh (CVAAS)”, luận văn thạc sĩ Hóa học, Khoa Hóa Học – ĐHKHTN-ĐH Quốc gia Hà Nội Phạm Luận (2014), ? ?Phương. .. not defined 2.1.3 Nguyên tắc phương pháp xác định thủy ngân phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử - kỹ thuật hóa lạnh Error! Bookmark not defined 2.2 Hóa chất thiết bị Error! Bookmark