Phân tích asen trong quá trình xử lý nước bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - PHẠM THỊ THƠM PHÂN TÍCH ASEN TRONG Q TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - Năm 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -PHẠM THỊ THƠM PHÂN TÍCH ASEN TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUN TỬ Chun ngành: Hóa Phân tích Mã số: 60 44 29 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Văn Ri Hà Nội - Năm 2012 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN Error! Bookmark not defined 1.1 Khái quát chung Asen Error! Bookmark not defined 1.1.1 Giới thiệu chung Asen Error! Bookmark not defined 1.1.2 Nguồn gốc dạng tồn Asen tự nhiên Error! Bookmark not defined 1.1.3 Tính chất lí, hóa học số hợp chất Asen Error! Bookmark not defined 1.1.4 Độc tính Asen Error! Bookmark not defined 1.1.5 Tình trạng nhiễm Asen Error! Bookmark not defined 1.2 Một số phƣơng pháp phân tích Asen Error! Bookmark not defined 1.2.1 Phƣơng pháp điện hoá Error! Bookmark not defined 1.2.2 Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis Error! Bookmark not defined 1.2.3 Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS Error! Bookmark not defined 1.3 Các phƣơng pháp nghiên cứu cấu trúc Error! Bookmark not defined 1.3.1 Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét SEM Error! Bookmark not defined 1.3.2 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (X -ray) Error! Bookmark not defined 1.4 Giới thiệu chung chất hấp phụ Error! Bookmark not defined 1.4.1 Chất hấp phụ Cơ sở ứng dụng Error! Bookmark not defined 1.4.2 Giới thiệu số vật liệu có nguồn gốc tự nhiên Error! Bookmark not defined 1.4.3 Giới thiệu vật liệu đá ong Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM Error! Bookmark not defined 2.1 Đối tƣợng mục tiêu nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.1.1 Đối tƣợng nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.1.2 Mục tiêu nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.2 Nội dung nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.3.1 Phƣơng pháp nghiên cứu khả hấp phụ Error! Bookmark not defined 2.3.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu cấu trúc Error! Bookmark not defined 2.4 Hóa chất, thiết bị dụng cụ thí nghiệm Error! Bookmark not defined 2.4.1 Hóa chất Error! Bookmark not defined 2.4.2 Thiết bị thí nghiệm Error! Bookmark not defined 2.4.3 Dụng cụ thí nghiệm Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined 3.1 Nghiên cứu áp dụng phƣơng pháp GF - AAS để định lƣợng As(III) Error! Bookmark not defined 3.1.1 Khảo sát chọn vạch đo phổ Error! Bookmark not defined 3.1.2 Khảo sát chọn cƣờng độ dòng đèn catốt rỗng (HCL) Error! Bookmark not defined 3.1.3 Khảo sát độ rộng khe đo Error! Bookmark not defined 3.1.4 Khảo sát ảnh hƣởng loại axit nồng độ axit Error! Bookmark not defined 3.1.5 Khảo sát chất cải biến Error! Bookmark not defined 3.1.6 Khảo sát ảnh hƣởng ion khác đến phép đo Error! Bookmark not defined 3.1.7 Các thông số đo phổ As máy quang phổ hấp thụ nguyên tử GF - AAS (AA - 6800) Error! Bookmark not defined 3.1.8 Khảo sát khoảng tuyến tính dựng đƣờng chuẩn xác định As Error! Bookmark not defined 3.2 Chế tạo vật liệu hấp phụ từ đá ong để xử lý As(III) Error! Bookmark not defined 3.2.1 Chế tạo vật liệu hấp phụ tự nhiên từ đá ong khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ nung đến khả hấp phụ asen đá ong Error! Bookmark not defined 3.2.2 Chế tạo vật liệu hấp phụ (VLHP) từ đá ong biến tính Error! Bookmark not defined 3.2.3 Phân tích hình dạng cấu trúc vật liệu hấp phụ .49 3.3 Đánh giá khả hấp phụ As vật liệu hấp phụ Error! Bookmark not defined 3.3.1 Khảo sát trình hấp phụ As VLHP (M2) điều kiện tĩnh Error! Bookmark not defined 3.3.2 Xây dựng quy trình xử lý As mẫu thực 59 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Kết khảo sát vạch đo phổ Asen Error! Bookmark not defined Bảng 3.2: Kết khảo sát cƣờng độ dòng đèn catốt rỗng Asen Error! Bookmark not defined Bảng 3.3: Kết khảo sát độ rộng khe đo asen Error! Bookmark not defined Bảng 3.4: Kết khảo sát ảnh hƣởng loại axit nồng độ axit Error! Bookmark not defined Bảng 3.5: Kết khảo sát chất cải biến Error! Bookmark not defined Bảng 3.6: Kết khảo sát ảnh hƣởng cation đến phép đo Error! Bookmark not defined Bảng 3.7 Kết khảo sát ảnh hƣởng anion đến phép đo Error! Bookmark not defined Bảng 3.8 Các thông số đo As tối ƣu Error! Bookmark not defined Bảng 3.9: Kết khảo sát khoảng tuyến tính As Error! Bookmark not defined Bảng 3.10: Khả hấp phụ As đá ong nhiệt độ khác Error! Bookmark not defined Bảng 3.11: Ảnh hƣởng tỷ lệ số mol Fe3+ : Mn2+ đến khả hấp phụ Asen đá ong Error! Bookmark not defined Bảng 3.12 : Sự phụ thuộc qe vào pH cuối trình điều chế vật liệu hấp phụ Error! Bookmark not defined Bảng 3.13: Sự phụ thuộc qe vào thời gian đạt cân hấp phụ Fe3+ Mn2+ lên vật liệu Error! Bookmark not defined Bảng 3.14: Ảnh hƣởng giá trị pH đến dung lƣợng hấp phụ As vật liệu hấp phụ (M2) Error! Bookmark not defined Bảng 3.15: Ảnh hƣởng thời gian đến dung lƣợng hấp phụ As VLHP Error! Bookmark not defined Bảng 3.16: Ảnh hƣởng nồng độ As ban đầu đến khả hấp phụ Error! Bookmark not defined Bảng 3.17: Bảng số liệu biểu diễn Ce Ce/qe Error! Bookmark not defined Bảng 3.19: Kết tính độ lệch chuẩn tƣơng đối xác định As mẫu nƣớc ngầm B1, B2, B3 Error! Bookmark not defined Bảng 3.20: Hiệu suất thu hồi q trình phân tích Asen số mẫu nƣớc Error! Bookmark not defined Bảng 3.21: Kết phân tích mẫu thực Error! Bookmark not defined DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ ngun lý kính hiển vi điện tử quét (SEM) Error! Bookmark not defined Hình 1.2 Mơ hình ảnh tia X nhiễu xạ Error! Bookmark not defined Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống máy hấp thụ nguyên tử (Shimadzu AA6800 - Nhật Bản) Error! Bookmark not defined Hình 2.2 Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (Shimadzu AA6800 - Nhật Bản) Error! Bookmark not defined Hình 3.1 Đồ thị xác định khoảng tuyến tính As Error! Bookmark not defined Hình 3.2 Đƣờng chuẩn xác đinh As Error! Bookmark not defined Hình 3.3: Khả hấp phụ As đá ong nhiệt độ khác Error! Bookmark not defined Hình 3.4: Ảnh hƣởng tỷ lệ mol Fe3+ : Mn2+ đến dung lƣợng hấp phụ As Error! Bookmark not defined Hình 3.5: Sự phụ thuộc qe vào pH cuối trình điều chế vật liệu hấp phụ Error! Bookmark not defined Hình 3.6: Phụ thuộc qe vào thời gian đạt cân hấp phụ Fe3+ Mn2+ Error! Bookmark not defined Hình 3.7: Mẫu đá ong tự nhiên M1 Error! Bookmark not defined Hình 3.8: Mẫu đá ong biến tính M2 Error! Bookmark not defined Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng pH đến khả hấp phụ Asen VLHP Error! Bookmark not defined Hình 3.11: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng thời gian đến dung lƣợng hấp phụ As VLHP Error! Bookmark not defined Hình 3.12: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng nồng độ As ban đầu đến khả hấp phụ Error! Bookmark not defined Hình 3.13: Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu hấp phụ M2 Error! Bookmark not defined MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT TRONG ĐỀ TÀI TCVN: Tiêu Chuẩn Việt Nam GF - AAS: Graphite furnace - Atomic absorption Spectrophotometry HVG - AAS: Hydride vapor generator - Atomic absorption Spectrophotometry ICP - MS: Inductivity Coupled Plasma - Mass Spectroph UV - Vis: Ultra Violet - Visible spectrometry ICP - OES: Inductivity coupled plasma - optical emission spectrometry pA: Pro analysis LOD: Limit of detection LOQ: Limit of quality HCL: Hollow Cathode Lamp SEM: Scanning Electron Microscopy PE: Polietylen MỞ ĐẦU Cùng với phát triển nhanh chóng xã hội đại, vấn đề đảm bảo an toàn cho nguồn nƣớc sinh hoạt ngày trở thành mối quan tâm chung nhân loại Số lƣợng độc chất phân tán môi trƣờng nƣớc ngày nhiều hoạt động sản xuất đa dạng ngƣời ngày tăng Một nguyên tố gây ô nhiễm mang độc tính cao Asen (As) Asen đƣợc xem độc chất bảng A khơng tính độc hại lớn mà cịn có khả tích lũy cao thể xâm nhập vào thể qua nhiều đƣờng đặc biệt qua sử dụng nguồn nƣớc ngầm Bệnh nhiễm độc Asen mãn tính ngƣời dân sử dụng nguồn nƣớc ngầm bị nhiễm Asen với nồng độ cao mức cho phép để ăn uống sinh hoạt, xảy nhiều nƣớc nhƣ Ấn Độ, Bangladesh, Nepal, Mông Cổ, Myanma, Lào, Campuchia, Đài Loan, Trung Quốc… Ở Việt Nam, kết nghiên cứu từ năm 1990 cho thấy nồng độ Asen mẫu nƣớc lớn Điển hình nhƣ mẫu nƣớc Sơn La, Phú Thọ, Bắc Giang, Hƣng Yên, Hà Nội, Nam Định, Thanh Hóa… có nồng độ Asen vƣợt nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép nƣớc sinh hoạt Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) tiêu chuẩn cho phép Asen nƣớc 10 µg/l Trong thập kỷ gần đây, vấn đề ô nhiễm As ngày trở nên nóng bỏng Vì vậy, cần nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích xử lý As nguồn vật liệu hấp phụ đơn giản, có nguồn gốc tự nhiên với giá thành rẻ Đá tổ ong (thƣờng gọi đá ong, tên tiếng Anh laterite) nguồn khoáng liệu phổ biến Việt Nam có tính hấp phụ tốt bề mặt tƣơng đối xốp Việc tận dụng đá ong để chế tạo vật liệu hấp phụ có ý nghĩa mặt khoa học kinh tế Trong vấn đề nghiên cứu xác định lƣợng vết As nƣớc ngầm có nhiều phƣơng pháp xác định số thiết bị nhƣ: ICP - MS, ICP - OES, GF AAS, HVG - AAS, UV - VIS… Trong đó, số phƣơng pháp đòi hỏi trang thiết bị đắt tiền số phƣơng pháp giới hạn phát lại cao độc hại với ngƣời phân tích Từ bảng 3.14, tiến hành xây dựng đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng giá trị pH đến dung lƣợng hấp phụ As vật liệu hấp phụ Kết đồ thị hình 3.10 q (mg/g) 2 pH Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ As VLHP Kết bảng 3.14 hình 3.10, cho thấy giá trị pH khả hấp phụ As lên vật liệu tốt Vì vậy, chúng tơi chọn pH = giá trị pH tối ƣu để tiến hành thí nghiệm 3.3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đạt cân hấp phụ đến khả hấp phụ As VLHP Để xác định thời gian đạt cân hấp phụ As lên vật liệu Chúng lấy tam giác 250ml cho vào bình 100ml dung dịch As 25ppm Điều chỉnh giá trị pH = dung dịch HNO3 0,1M NaOH 0,1M Lấy 0,5gam (VLHP) cho vào bình trên, đậy nắp bình lại sau lắc bình máy lắc với tốc độ 150 vòng/phút thời gian tƣơng ứng là: Bình lắc 30 phút; bình lắc 60 phút; bình lắc 90 phút; bình lắc 120 phút; bình lắc 150 phút; bình lắc 180 phút bình lắc 240 phút Sau lắc xong, để lắng dung dịch đến 10 phút Tiếp tục đem gạn lọc lấy phần dung dịch suốt giấy lọc băng xanh Bổ sung thêm axit HNO3 0,5% chất cải biến Pd(NO3)2 50ppm Tiến hành kiểm tra nồng độ As lại dung dịch cách đo máy GF - AAS (AA - 6800) Kết nghiên cứu ảnh hƣởng thời gian đến dung lƣợng hấp phụ As VLHP đƣợc bảng 3.15 Bảng 3.15: Ảnh hưởng thời gian đến dung lượng hấp phụ As VLHP Thời gian 30 60 90 120 150 180 240 C0 (ppm) 25 25 25 25 25 25 25 25 Ce (ppm) 25 20,1 15,2 9,95 6,30 5,75 5,60 5,50 qe (mg/g) 0,00 0,98 1,97 3,01 3,74 3,85 3,88 3,90 (phút) Từ bảng số liệu bảng 3.15, ta dựng đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng thời gian đến dung lƣợng hấp phụ As vật liệu Kết hình 3.11 q (mg/g) Thêi gian (phót) 0 50 100 150 200 250 Hình 3.11: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian đến dung lượng hấp phụ As VLHP Kết bảng 3.15 đồ thị hình 3.11 cho thấy, thời gian đạt cân hấp phụ As lên VLHP 120 phút 3.3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ Asen ban đầu đến khả hấp phụ vật liệu Để xác định ảnh hƣởng nồng độ ban đầu As đến khả hấp phụ vật liệu, tiến hành nhƣ sau: Lấy tam giác dung tích 250ml cho vào bình 100ml dung dịch As với nồng độ thay đổi từ 10ppm đến 200ppm Điều chỉnh giá trị pH = dung dịch HNO3 0,1M NaOH 0,1M Lấy 0,5gam (VLHP) cho vào bình trên, đậy nắp bình lại sau lắc bình máy lắc với tốc độ 150 vòng/phút thời gian 120 phút Sau lắc xong để lắng dung dịch đến 10 phút Tiếp tục đem gạn lọc lấy phần dung dịch suốt giấy lọc băng xanh Bổ sung thêm axit HNO3 0,5% chất cải biến Pd(NO3)2 50ppm Tiến hành kiểm tra nồng độ As lại dung dịch cách đo máy GF - AAS (AA - 6800) Khi đo cần làm pha lỗng cho nồng độ As cịn lại nằm khoảng tuyến tính đƣờng chuẩn xác định As Kết nghiên cứu ảnh hƣởng nồng độ ban đầu As đến dung lƣợng hấp phụ đƣợc 3.16 Bảng 3.16: Ảnh hưởng nồng độ As ban đầu đến khả hấp phụ C0 (ppm) 10 20 40 60 80 100 120 150 200 Ce (ppm) 1,90 4,30 11,0 20,8 33,9 49,5 66,6 95,6 145 qe (mg/g) 1,62 3,14 5,80 7,84 9,22 10,1 10,7 10,9 10,9 Từ bảng số liệu bảng 3.16, ta dựng đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng nồng độ As ban đầu đến dung lƣợng hấp phụ As vật liệu Kết hình 3.12 qe (mg/g) 12 10 C0 (ppm) 50 100 150 200 Hình 3.12: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ As ban đầu đến khả hấp phụ Kết bảng 3.16 hình 3.12 cho thấy, khả hấp phụ As lên vật liệu tăng theo nồng độ ban đầu As Nhƣng nồng độ ban đầu As tăng đến giá trị định dung lƣợng hấp phụ tăng lên không đáng kể Qua khảo sát, thấy nồng độ đầu As tăng đến 120ppm dung lƣợng hấp phụ As lên vật liệu có tăng nhƣng khơng đáng kể 3.3.1.4 Xác định mơ hình q trình hấp phụ Sự hấp phụ ion kim loại VLHP đơn lớp đa lớp Nếu mơ hình hấp phụ tn theo quy luật Langmuir hấp phụ đơn lớp Ngƣợc lại hấp thụ đa lớp mơ hình hấp phụ tuân theo quy luật Fruendlich.[4, 17] Để khảo sát xem q trình hấp phụ có phù hợp với mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir hay khơng, chúng tơi tiến hành xây dựng đƣờng phụ thuộc Ce/qe với Ce từ đó, thiết lập phƣơng trình tuyến tính Langmuir với kim loại As tính đƣợc số hấp phụ K, dung lƣợng hấp phụ cực đại qmax Phƣơng trình tuyến tính Langmuir có dạng: Ce C = + e q e K.q max q max Trong đó: K: Hằng số hấp phụ Langmuir Ce: Nồng độ chất bị hấp phụ thời điểm cân (mg/l) qe: Dung lƣợng hấp phụ (mg/g) qmax: Dung lƣợng hấp phụ cực đại (mg/g) Nếu đặt: a = q max ; b = phƣơng trình có dạng y = ax + b Kq max Từ thực nghiệm tính đƣợc số K dung lƣợng hấp phụ cực đại qmax nhƣ sau: Dựng đƣờng thẳng biểu diễn quan hệ hai đại lƣợng Ce/qe Ce ta đƣợc đƣờng thẳng cắt trục tung O’ Khi khoảng cách OO’ giá trị b= 1 a = tg α = (với α góc hợp đƣờng y = ax + b trục Kq max q max hoành) Nhƣ ta tìm đƣợc hai giá trị a b, từ tính đƣợc số thực nghiệm K qmax Thông qua bảng số liệu mô tả phụ thuộc dung lƣợng hấp phụ As vào nồng độ ban đầu As, ta có bảng số liệu biểu diễn Ce Ce/qe, kết bảng 3.17: Bảng 3.17: Bảng số liệu biểu diễn Ce Ce/qe STT Ce (ppm) 1,90 4,30 11,0 20,8 33,9 49,5 66,6 95,6 145 Ce/qe 1,17 1,37 1,90 2,65 3,68 4,89 6,23 8,79 13,3 Từ bảng số liệu bảng 3.17, xây dựng đƣờng phụ thuộc Ce/qe với nồng độ As lại (Ce) Ce/qe 14 12 10 y = 0.08364x + 0.89932 R = 0.99433 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Ce (ppm) Hình 3.13: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu hấp phụ M2 Từ đồ thị hình 3.13, ta có dung lƣợng hấp phụ cực đại vật liệu với As là: q max = 1 = =12,0(mg/g) a 0,08 Qua đồ thị hình 3.13 cho thấy, mơ hình hấp phụ As lên vật liệu hấp phụ phù hợp với phƣơng trình tuyến tính Langmuir với độ tin cậy cao (Hệ số tƣơng quan phƣơng trình hồi qui đạt 0,99) Tính tốn lý thuyết theo phƣơng trình Langmuir cho thấy, dung lƣợng hấp phụ cực đại vật liệu hấp phụ M2 12,0 mg/g Qua kết trình bày cho thấy, dung lƣợng hấp phụ As vật liệu hấp phụ M2 điều kiện tĩnh lớn, chúng tơi tiếp tục định hƣớng nghiên cứu để ứng dụng vật liệu vào q trình phân tích xử lý nƣớc nhiễm Asen thực tế 3.3.2 Xây dựng quy trình xử lý As mẫu thực 3.3.2.1 Lấy mẫu bảo quản mẫu Trong khuôn khổ luận văn này, lấy mẫu nƣớc giếng khoan số xóm thuộc xã Cổ Nhuế - Huyện Từ Liêm - Thành phố Hà Nội Tại điểm lấy mẫu, lấy 500ml mẫu đựng chai nhựa P.E, mẫu nƣớc giếng khoan bơm lên đƣợc axit hóa 2ml HNO3 63% (PA) Quy trình lấy mẫu đƣợc thực theo tiêu chuẩn TCVN 5993 - 1995 [12] Các mẫu nƣớc sau lấy về, đƣợc lọc qua giấy lọc băng xanh để loại bỏ hết tạp chất, chất bẩn trƣớc phân tích 3.3.2.2 Đánh giá phương pháp GF - AAS xác định As a, Đánh giá độ phương pháp GF - AAS Để kiểm tra độ xác phƣơng pháp, sử dụng dung dịch chuẩn As biết nồng độ, thêm axit HNO3 0,5% chất cải biến Pd(NO3)2 50ppm Xác định lƣợng As mẫu phƣơng pháp GF -AAS, kết bảng 3.18: Bảng 3.18: Kết xác định sai số phương pháp Lƣợng chuẩn Lƣợng As xác Sai số tƣơng As (ppb) định (ppb) đối (%) 30,0 29,0 -3,20 50,0 52,0 +4,00 75,0 73,0 -2,70 Dung dịch Các kết cho phép đo As có sai số tƣơng đối từ -3,2% đến +4%, nhỏ nhiều so với sai số cho phép (cấp hàm lượng ppb cho phép sai số tương đối -20% đến +10%) Vì vậy, phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử GF - AAS xác định As có độ cao b Đánh giá độ lặp lại phương pháp GF - AAS xác địnhAs Để kiểm tra độ lặp lại (độ chụm) phƣơng pháp xác định As, chúng tơi tiến hành làm thí nghiệm với mẫu nƣớc ngầm B1, B2, B3 lấy xóm 2, 9, 16 thuộc xã Cổ Nhuế - Huyện Từ Liêm - Thành phố Hà Nội Mỗi mẫu đƣợc tiến hành thí nghiệm lặp lại lần Để xác định tổng hàm lƣợng As vô mẫu nƣớc ngầm trên, lấy mẫu nƣớc ngầm, thêm axit HNO3 0,5% chất cải biến Pd(NO3)2 50ppm Xác định hàm lƣợng As mẫu phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử không lửa (GF - AAS) Bảng 3.19: Kết tính độ lệch chuẩn tương đối xác định As mẫu nước ngầm B1, B2, B3 Mẫu nƣớc ngầm Lần đo Nồng độ As (ppb) Lần 19,4 Lần 20,4 %RSD 3,89 B1 Lần 20,6 Lần 19 Lần 19,3 Lần 19,1 0,995 B2 Lần 19,1 Lần 19,5 Lần 11,3 Lần 11,5 1,80 B3 Lần 11,8 Lần 11,6 Kết tính độ lệch chuẩn tƣơng đối xác định tổng hàm lƣợng As vô mẫu nƣớc nhỏ từ 0,995% đến 3,98% Nhƣ vậy, phƣơng pháp có độ chụm cao hay phép đo có độ lặp lại tốt c Đánh giá hiệu suất thu hồi quy trình phân tích Để đánh giá hiệu suất thu hồi quy trình phân tích, chúng tơi tiến hành phân tích mẫu nƣớc Mẫu mẫu nƣớc máy xóm 17 - Xã Cổ Nhuế - Huyện Từ Liêm - Thành phố Hà Nội có nồng độ As Mẫu mẫu nƣớc ngầm xóm 17 Xã Cổ Nhuế - Huyện Từ Liêm - Thành phố Hà Nội Chuẩn bị dung dịch As chuẩn (100ppb) Kết phân tích hàm lƣợng As mẫu nƣớc thêm chuẩn lấy vị trí theo phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử không lửa (GF - AAS) đƣợc bảng 3.20 nhƣ sau: Bảng 3.20: Hiệu suất thu hồi q trình phân tích Asen số mẫu nước Nƣớc ngầm Mẫu Mẫu Lƣợng thêm Lƣợng As tìm Hiệu suất thu vào (ppb) thấy (ppb) hồi 7,5 - 12,5 99,0 50 56,6 98,2 27,5 - 32,4 98,4 50 76,5 98,0 Dựa vào kết bảng 3.20 cho thấy, hiệu suất thu hồi phân tích số mẫu theo phƣơng pháp đạt từ 98% đến 99% với độ lệch chuẩn RSD nhỏ 2,8% Từ kết cho thấy, phƣơng pháp GF - AAS xác định lƣợng vết As có độ xác cao, độ lặp lại tốt, hiệu suất thu hồi cao, sai số tƣơng đối độ lệch chuẩn nằm giới hạn cho phép Vì vậy, phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử không lửa (GF AAS) hoàn toàn phù hợp để xác định hàm lƣợng vết As nƣớc ngầm 3.3.2.3 Ứng dụng phân tích mẫu thực tế Áp dụng quy trình phân tích As với mục tiêu chung nhằm xử lý lƣợng As nƣớc ngầm vật liệu hấp phụ đá ong biến tính Fe3+ Mn2+, chúng tơi tiến hành xác định tổng hàm lƣợng As vô số mẫu nƣớc giếng khoan đƣợc lấy số xóm thuộc xã Cổ Nhuế - Huyện Từ Liêm - Thành phố Hà Nội trƣớc sau hấp phụ đá ong Cách tiến hành nhƣ sau: * Các mẫu nước hấp phụ đá ong biến tính: Lấy 50ml mẫu nƣớc cho vào bình tam giác, điều chỉnh cho pH =5 dung dịch NaOH 0,1M HNO30,1M Cân 0,5g đá ong biến tính (M2) cho vào bình trên, đậy kín nắp bình đem lắc máy lắc với tốc độ 150 vòng/phút thời gian 120 phút Sau lắc xong để lắng dung dịch đến 10 phút Tiếp tục đem gạn lọc lấy phần dung dịch suốt giấy lọc băng xanh Bổ sung thêm axit HNO3 0,5% chất cải biến Pd(NO3)2 50ppm * Các mẫu nước không xử lý đá ong biến tính: Thêm axit HNO3 0,5% chất cải biến Pd(NO3)2 50ppm Tiến hành kiểm tra nồng độ As mẫu nƣớc trƣớc sau xử lý đá ong biến tính phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử không lửa (GF - AAS) Kết thu đƣợc bảng 3.21 Bảng 3.21: Kết phân tích mẫu thực Tên mẫu Nồng độ As Nồng độ As sau Hiệu suất nƣớc trƣớc xử lý (ppb) xử lý (ppb) xử lý (%) Xóm 47,8 2,2 95,4 Xóm 55,7 2,5 95,5 Xóm 9,8 - - Xóm 13 65,0 3,8 94,2 Xóm 17 27,5 1,7 93,8 STT Qua phân tích số mẫu thực khu vực số xóm xã Cổ Nhuế Huyện Từ Liêm - Thành phố Hà Nội, nhận thấy hầu hết mẫu nƣớc lấy nhiễm As nƣớc ngầm nhƣng hàm lƣợng nhỏ, sau xử lý vật liệu hấp phụ đá ong biến tính (M2) loại bỏ đƣợc lƣợng As nƣớc ngầm với hiệu suất xử lý cao (đạt từ 93,8% đến 95,5%) Hàm lƣợng As sau xử lý nằm giới hạn cho phép < 10ppb CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN Với mục đích phân tích As trình xử lý nƣớc ngầm phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (GF - AAS), đạt đƣợc số kết sau: - Đã tối ƣu đƣợc số điều kiện thực nghiệm đo phổ As phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử đó: Bƣớc sóng = 193,7nm, cƣờng độ dòng đèn I = 12mA, khe đo 0,5nm, nhiệt tro hóa 13000C, nhiệt nguyên tử hóa 24000C, axit HNO3 0,5%, chất cải biến Pd(NO3)2 50ppm, ảnh hƣởng cation không đáng kể, anion PO43- làm giảm cƣờng độ vạch phổ nồng độ cao gấp 500 lần nồng độ As, anion SiO32-làm tăng cƣờng độ vạch phổ nồng độ cao gấp 500 lần nồng độ As - Đã xây dựng đƣợc quy trình điều chế vật liệu cách biến tính đá ong tự nhiên với dung dịch Fe(NO3)3 Mn(NO3)2, đó: Tỷ lệ số mol Fe3+/Mn2+ 3:1, pH cuối trình điều chế vật liệu pH = 4, thời gian đạt cân hấp phụ Fe3+ Mn2+ lên vật liệu hấp phụ 150 phút - Xác định đƣợc số tính chất vật lý vật liệu đá ong chƣa biến tính (M1) vật liệu đá ong biến tính (M2) cho thấy: Vật liệu biến tính có độ xốp kích thƣớc lỗ xốp đồng vật liệu chƣa biến tính; Xác định đƣợc hợp chất Goethite Fe+3O(OH) dạng  sau biến tính 49,30% với mật độ pic dày, có khả hấp phụ tốt với As Thành phần Mn3O4 sau biến tính 28,16% - Khảo sát đƣợc khả hấp phụ As vật liệu biến tính (M2) điều kiện tĩnh cụ thể là: Tại pH = khả hấp phụ As lên vật liệu biến tính tốt nhất, thời gian đạt cân hấp phụ As lên vật liệu biến tính 120 phút, nồng độ đầu As 120 ppm dung lƣợng hấp phụ As lên vật liệu tăng không đáng kể - Xác định đƣợc mơ hình hấp phụ As lên vật liệu hấp phụ phù hợp với phƣơng trình tuyến tính Langmuir với độ tin cậy cao, dung lƣợng hấp phụ cực đại tốt qmax = 12 (mg/g) - Đánh giá phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử GF - AAS đế xác định hàm lƣợng vết As nƣớc phân tích đƣợc hàm lƣợng As mẫu thực trƣớc sau xử lý, kết cho thấy: Phƣơng pháp có độ xác cao, phép đo As có sai số tƣơng đối từ -3,2% đến +4%, phép đo có độ lặp lại tốt, độ lệch chuẩn tƣơng đối nhỏ từ 0,995% đến 3,95%, hiệu suất thu hồi As phƣơng pháp đạt từ 98% đến 99%, sau xử lý vật liệu hấp phụ đá ong biến tính (M2) loại bỏ đƣợc lƣợng As nƣớc ngầm với hiệu suất xử lý cao (đạt từ 90,8% đến 95,5%) Hàm lƣợng As sau xử lý nằm giới hạn cho phép TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt Trần Tứ Hiếu, Từ Vọng Nghi, Nguyễn Văn Ri, Nguyễn Xuân Trung (2007), Hóa học phân tích phần II: Các phương pháp phân tích công cụ, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Phạm Luận (2003), Phương pháp phân tích phổ nguyên tử, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Hà Nội Từ Vọng Nghi, Trần Cƣơng Luyến, Phạm Luận (1990), Một số phương pháp phân tích điện hóa đại, ĐHKHTN, ĐHQGHN Trần Văn Nhân (1999), Hóa Lý tập 3, NXB Giáo dục, Hà Nội Hoàng Nhâm (2000), Hóa học vơ 2, 3, Nhà xuất Giáo Dục, Hà Nội Mai Trọng Nhuận, Đỗ Văn Ái, Nguyễn Khắc Vinh (2000), Một số đặc điểm phân bố Asen tự nhiên vấn đề ô nhiễm Asen môi trường Việt Nam, Báo cáo hội thảo quốc tế ô nhiễm Asen, Hà Nội Trần Thị Phƣơng (2012), Nghiên cứu sử dụng đá ong biến tính để xử lý Asen, Khóa luận tốt nghiệp, Bộ mơn cơng nghệ hóa học, ĐHKHTN, ĐH Quốc Gia Hà Nội Nguyễn Văn Ri, Tạ Thị Thảo (2006), Thực tập hóa học phân tích, ĐHKHTN, ĐHQGHN Tạ Thị Thảo (2012), Giáo trình thống kê hóa phân tích, ĐHKHTN, ĐHQGHN 10.Tạ Thị Thảo, Chu Xuân Anh, Đỗ Quang Trung, Trần Văn Cƣờng (2005), Đo quang xác định As sau hấp thụ Asin hỗn hợp AgNO3 - PVA - C2H5OH, Tạp chí Phân tích Hóa, Lý Sinh học, 10( 4), tr 46 - 53 11 Tạ Thị Thảo, Chu Xuân Anh, Đỗ Quang Trung, Nguyễn Văn Phúc, Nguyễn Thị Hoa (2006), Nghiên cứu điều kiện trắc quang xác định Asen dạng dị đa Asenomolipdic, Luận văn thạc sỹ khoa học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội 12 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5993 - 1995, Chất lượng nước lấy mẫu hướng dẫn bảo quản xử lý mẫu, Hà Nội 13 Nguyễn Xuân Trung, Phạm Hồng Quân, Tạ Thị Thảo, Nguyễn Tiến Luyện, (2010), “Nghiên cứu khả tách xác định lƣợng vết As(III), As(V) mẫu nƣớc kỹ thuật chiết pha rắn phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử hiđrua hóa (HVG - AAS)”, Tạp chí Phân tích Hóa, Lý Sinh học, 15(3), tr 21 23 14 Nguyễn Xuân Trung, Tạ Thị Thảo, Phạm Hồng Quyên, Nguyễn Thị Thu Hằng (2009), “Phân tích tổng hàm lƣợng As vơ mẫu nƣớc ngầm Nam Tân, Nam Sách, Hải Dƣơng phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử dùng kỹ thuật hiđrua hóa (HVG - AAS)”, Tạp chí Hóa học, 47 (2), tr 308 - 313 15 Hoàng Vân (2006), Nhiễm độc Asen đe dọa sức khỏe hàng trăm triệu ngƣời dân giới, Tạp chí cơng nghệ hóa chất, (16), tr 24 16 Viện vệ sinh - Y tế cơng cộng (2006), Ơ nhiễm asen tỉnh đồng sông Cửu Long: Long An, Đồng Tháp, An Giang, Kiên Giang, Báo cáo tổng kết dự hợp tác với UNICEP 17 Ngô Thị Mai Việt (2009), Ứng dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử để nghiên cứu tính chất hấp phụ kim loại nặng đá tổ ong khả ứng dụng phân tích, Luận án tiến sĩ, ĐHKHTN, ĐH Quốc Gia Hà Nội 18 Viện Y học lao động vệ sinh môi trƣờng - Bộ Y tế (2005), Điều tra sơ ảnh hưởng độc hại arsenic tới sức khỏe cộng đồng dân cư hai tỉnh Hà Nam Hưng Yên, Hà Nội Tiếng anh 19 Foster Dee Snell and Leslie S.Ettre (1970), “Encyclopedia of inditrustrial” Chemical analysis, 75(21), pp 43 - 45 20 M.Luisa Cervera, Patriccia Cava - Montesino, Agustin pastor, Miguel de la Guardia (2003), “Determination of arsenic and antimony in milk by hydride generation atomic fluorescence spectrometry”, Talanta, 60(17), pp 797-799 “ ” ... HỌC TỰ NHIÊN -PHẠM THỊ THƠM PHÂN TÍCH ASEN TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ Chuyên ngành: Hóa Phân tích Mã số: 60 44 29 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA... tắc: Phƣơng pháp phân tích dựa sở đo phổ hấp thụ nguyên tử nguyên tố đƣợc gọi phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (phép đo AAS) Cơ sở lý thuyết phép đo hấp thụ lƣợng (bức xạ đơn sắc) nguyên tử tự trạng... dụng phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử với kĩ thuật không lửa (GF - AAS) * Cơ sở lý thuyết phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) [1, 2, 8]: Sự hấp thụ lƣợng xạ đơn sắc nguyên tử tự trạng