Xác định đồng thời hàm lượng Kẽm, Cadimi, Chì, Đồng trong nước sông và rau bằng phương pháp Vôn-Ampe hòa tan anot xung vi phân

Xác định đồng thời hàm lượng Kẽm, Cadimi, Chì, Đồng trong nước sông và rau bằng phương pháp Vôn-Ampe hòa tan anot xung vi phân.

MỤC LỤCLời cảm ơn Mở đầuPhần I: Tổng quan I. Nguyên tố Chì (Pb) và các phương pháp xác địnhI.1. Giới thiệu về nguyên tố Chì (Pb)I.1.2. Các phương pháp xác định Chì (Pb)I.1.2.1 Phương pháp cực phổI.1.2.2 Phương pháp trắc quangI.1.2.3 Phương pháp AASI.1.2.4 Phương pháp chuẩn độ ComplexonI.1.2.4.1 Xác định trực tiếp bằng chỉ thị Ecrioccrom đen TI.1.2.4.2 Xác định trực tiếp bằng chỉ thị Xylen da camI.2 Nguyên tố Cadimi (Cd) và các phương pháp xác địnhI.2.1 Giới thiệu về nguyên tố Cadimi (Cd)I.2.2 Các phương pháp xác định Cadimi (Cd)I.2.2.1 Phương pháp trắc quangI.2.2.2 Phương pháp chuẩn độ ComplexonI.2.2.3 Phương pháp AASI.2.2.4 Phương pháp cực phổI.3 Nguyên tố Kẽm (Zn) và các phương pháp xác định I.3.1 Giới thiệu về nguyên tố Kẽm (Zn)I.3.2 Các phương pháp xác định Kẽm (Zn)I.3.2.1 Phương pháp trắc quangI.3.2.2 Phương pháp cực phổI.3.2.3 Phương pháp AAS I.4 Nguyên tố Đồng (Cu) và các phương pháp xác địnhI.4.1 Giới thiệu về nguyên tố Đồng (Cu) I.4.2 Các phương pháp xác định Đồng (Cu) I.4.2.1 Phương pháp trắc quang sử dụng thuốc thử DDCI.4.2.2 Phương pháp cực phổI.4.2.3 Phương pháp NeocuprionieI.4.2.4 Phương pháp AASI.5 Phương pháp cực phổI.5.1 Cơ sở của phương phápI.5.2 Cơ sở của phương pháp cực phổI.5.2.1 Phương pháp cực phổ sóng vuôngI.5.2.2 Phương pháp cực phổ xung thường (NPP)I.5.2.3 Phương pháp cực phổ xung vi phân (DPP)I.5.3 Phương pháp Vôn-Ampe hòa tanI.5.4 Phương pháp Vôn-Ampe hòa tan hấp thụ (AdSV)I.5.5 Các phương pháp phân tích định lượng trong phân tích điện hóaI.5.5.1 Phương pháp mẫu chuẩnI.5.5.2 Phương pháp đường chuẩnI.5.5.3 Phương pháp thêm chuẩn I.5.5.4 Phương pháp thêmI.5.6. Các loại điện cực được sử dụng trong phân tích cực phổI.5.6.1 Cực rắn hình đĩa (RDE)I.5.6.2 Điện cực màng thủy tinh (TMFE)I.5.6.3 Điện cực giọt thủy ngân treo (HMDE)Phần II: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢII.1 Thiết bị, dụng cụ và hóa chấtII.1.1 Thiết bị, dụng cụ II.1.2 Hóa chấtII.2 Lấy và bảo quản mẫuII.3 Vô cơ hóa mẫu II.4 Xác định Zn, Pb, Cu, CdII.4.1 Thực nghiệm tìm các điều kiện tối ưu cho phép xác định Zn, Pb, Cu, CdII.4.1.1 Pha chế dung dịch cho phép xác định Zn, Pb, Cu, CdII.4.1.2 Khảo sát các điều kiện tối ưu cho phép xác định Zn, Pb, Cu, CdII.4.1.2.1 Khảo sát sự xuất hiện picII.4.1.2.2 Khảo sát biên độ xungII.4.1.2.3 Khảo sát thời gian đặt xungII.4.1.2.4 Khảo sát tốc độ quét thếII.4.1.2.5 Khảo sát thời gian sục khíII.4.1.2.6 Khảo sát thời gian cân bằngII.4.1.2.7 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ của mỗi chất lên nhau II.4.1.2.7.1 Ảnh hưởng nồng độ của Ni2+ tới Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ trong nền đệm axetatII.4.1.2.7.2 Ảnh hưởng nồng độ của Fe3+ tới Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ trong nền đệm axetatII.4.1.2.7.3 Ảnh hưởng nồng độ của Pb2+ tới Cd2+ trong nền đệm axetatII.4.1.2.7.4 Ảnh hưởng nồng độ của Zn2+ tới Cd2+ trong nền đệm axetatII.4.1.2.7.5 Ảnh hưởng nồng độ của Cu2+ tới Pb2+ trong nền đệm axetatII.4.1.3 Kết quả khảo sát các điều kiện tối ưu cho phép xác định đồng thời Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+II.4.2 Xác định Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ trong mẫu tự tạoII.4.3 Tiến hành định lượng Kẽm (Zn), Cadimi (Cd), Chì (Pb), Đồng (Cu) trong mẫu nước sông II.4.4 Tiến hành định lượng Kẽm (Zn), Cadimi (Cd), Chì (Pb), Đồng (Cu) trong mẫu rau Phần III: KẾT LUẬNTÀI LIỆU THAM KHẢO LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được khoá luận này em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giảng viên Thạc sỹ Đinh Thị Trường Giang đã giao đề tài, hết lòng hướng dẫn, chỉ bảo, truyền đạt kiến thức kinh nghiệm quý báu cho em trong suốt quá trình hoàn thành khóa luận này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong tổ bộ môn hóa Phân tích, các thầy giáo, cô giáo hướng dẫn phòng thí nghiệm thuộc khoa Hóa học - trường ĐHV đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ em trong quá trình hoàn thành khóa luận tốt nghiệp. Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến bố mẹ, anh chị em và bạn bè đã quan tâm, động viên em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp của mình.Vinh, tháng 5 năm 2010Sinh viênPhạm Thị Lựu MỞ ĐẦU Xã hội càng phát triển, vấn đề ô nhiễm môi trường càng đặt lên hàng đầu, ô nhiễm môi trường từ nhiều nguồn khác nhau đây là mối nguy cơ đe dọa sự sống của muôn loài. Quá trình đô thị hóa nhanh, công nghiệp hóa, hiện đại hóa ở các nước phát triển là nguy cơ gây ô nhiễm kim loại nặng cho nước, đất và không khí. Sự nhiễm độc bởi các kim loại nặng như Zn, Cd, Pb, Cu…gây ra những bệnh âm ỉ và nguy hại đối với con người và động vật. Trong số các kim loại nặng thì Đồng và Kẽm là những nguyên tố cần thiết cho cơ thể ở nồng độ thấp, ở nồng độ cao chúng gây ra các vấn đề về tim mạch, tiêu hóa và thận có thể dẫn đến tử vong. Chì và Cadimi là các kim loại có độc tính cao với động vật và con người có thể gây ra bệnh ung thư, bệnh về xương. Khi hàm lượng Chì trong máu cao sẽ làm giảm hấp thụ vi chất, gây thiếu máu, kém ăn và suy dinh dưỡng, từ đó làm giảm trí tuệ của trẻ em. Vì vậy, việc xác định và kiểm soát được hàm lượng các kim loại nặng là việc làm cần thiết và cấp bách. Có nhiều cách xác định hàm lượng kim loại trong đó phương pháp Vôn-Ampe hòa tan xung vi phân (DPP) trên điện cực giọt thủy ngân treo là phương pháp có độ chính xác, độ chọn lọc, độ nhạy và độ tin cậy cao, có thể xác định được hàm lượng các kim loại có nồng độ thấp.Do vậy, em đã chọn đề tài “ Xác định đồng thời hàm lượng Kẽm, Cadimi, Chì, Đồng trong nước sông và rau bằng phương pháp Vôn-Ampe hòa tan anot xung vi phân”. Với đề tài này chúng tôi đề ra nhiệm vụ:- Tìm các điều kiện tối ưu để định lượng đồng thời Zn, Cd, Pb, Cu.- Nghiên cứu ảnh hưởng hai nguyên tố Ni(II), Fe(III) tới phép xác định đồng thời Zn, Cd, Pb, Cu.- Nghiên cứu ảnh hưởng lẫn nhau của các nguyên tố Zn, Cd, Pb, Cu.5 - Thử các điều kiện tối ưu đã chọn vào việc phân tích mẫu tự tạo của Zn,Cd, Pb, Cu.- Phân tích mẫu nước sông, mẫu rau chứa Zn, Cd, Pb, Cu. Chúng tôi hi vọng rằng khóa luận này sẽ góp phần bổ sung thêm các phương pháp xác định lượng vết kim loại trong một số đối tượng khác nhauPHẦN I: TỔNG QUANI. Nguyên tố chì (Pb) và các phương pháp xác định I.1. Giới thiệu về nguyên tố Chì (Pb) Chì (Pb) thuộc phân nhóm chính nhóm IV, chu kỳ 6 trong bảng hệ thống tuần hoàn. Chì có số thứ tự: Z= 82 Khối lượng nguyên tử: 207,2 Cấu tạo electron : [Xe]4f145d106s26p2 Nhiệt độ nóng chảy : 327,46oC Nhiệt độ sôi : 1737oC Khối lượng riêng : 11,34 g/cm3 Độ âm điện : 2,33 Trữ lượng trong thiên nhiên của chì là 1.10-4 % tổng số nguyên tử của vỏ trái đất, tức là nguyên tố ít phổ biến. Chì là kim loại màu xám thẫm, rất mềm. Ở điều kiện thường chì bị oxy hoá tạo thành lớp oxít màu xám xanh bao bọc trên mặt bảo vệ chì không tiếp tục bị oxy hoá nữa. Pb tan được trong 6 các axít. Chì chỉ tương tác ở trên bề mặt với dung dịch axit clohidric lỗng và axit sunfuric dưới 80% vì bị bao bởi lớp muối khó tan (PbCl2 và PbSO4) nhưng với dung dịch đậm đặc hơn của các axit đó chì có thể tan vì muối khó tan của lớp bảo vệ đã chuyển thành hợp chất tan: PbCl2 + 2HCl = H2PbCl2 PbSO4 + H2SO4 = Pb(HSO4)2 Pb dễ dàng tác dụng với axit HNO3 ở bất kỳ nồng độ nào, có thể tan trong axit axetic và các axit hữu cơ khác. Chì được dùng để làm tấm điện cực trong ăcquy, dây cáp điện, đầu đạn và các ống dẫn trong cơng nghiệp hố học. Chì hấp thụ tốt tia phóng xạ và tia Rơnghen nên được dùng làm những tấm bảo vệ khi làm việc với những tia đó. Tường của phóng thí nghiệm phóng xạ được lót bằng gạch chì, mỗi viên gạch đó thường nặng hơn 10 kg. Chì và các hợp chất của chì đều rất độc, nên khi tiếp xúc cần phải cẩn thận.I.2.Các phương pháp xác định Chì (Pb) Để xác định Pb trong nước bề mặt, nước sinh hoạt thường dùng phương pháp chiết trắc quang với thuốc thử Dithizon là phương pháp cho phép xác định từ 0,1÷1,0mg Pb/l. Pb là kim loại dễ xác định bằng phương pháp cực phổ, phương pháp này cho phép xác định Pb trong nước từ 0,05mg đến vài mg trong 1 lit nước. Để xác định Pb trong những loại nước sạch có hàm lượng nhỏ hơn 0,02 mg/l nên dùng phương pháp phân tích điện hố hồ tan.I.2.1 Phương pháp cực phổ Ion Pb (II) là một trong những ion có hoạt tính cực phổ bị khử trên catot thuỷ ngân thành kim loại. Trong nền NaOH 1 M phức Pb(OH)2 bị khử thuận nghịch và cho sóng cực phổ với thế bán sóng -0,7 V so với cực calomen bão hồ.7 Nếu trong dung dịch có chứa Fe (III) với hàm lượng không lớn lắm, sắt sẽ bị kết tủa hidroxit trong nền NaOH và không gây trở ngại đến sự xác định Pb. Nếu hàm lượng sắt lớn kết tủa Fe(OH)3 sẽ hấp phụ Pb, trong trường hợp này nên xác định Pb bằng phương pháp thêm chuẩn. Nếu trong nước có lượng tương đối lớn Cu (II) trong môi trường kiềm dư nó cũng bị tan một phần dưới dạng CuO22- và sóng của đồng cũng ảnh hưởng đến sự xác định Pb. Trong trường hợp này sau khi đã thêm NaOH vào dung dịch phân tích để lắng kết tủa rồi dùng pipet lấy ra 10 ml dung dịch trên thêm vào 0,5ml KCN 1M để che đồng. Lượng xianua không được dư nhiều vì sự dư nhiều sẽ làm giảm bước sóng của Pb. Tuỳ thuộc vào hàm lượng Pb mà ta tiến hành như sau: Lấy 25ml mẫu nước cho vào bình định mức dung tích 50ml nếu cần pha loãng mẫu nước để trong 25ml đó chứa khoảng 0,1÷3 mg Pb. Nếu hàm lượng Pb trong mẫu chỉ nằm trong khoảng 0,5÷5 mg Pb/l thì cần lấy 250ml mẫu thêm vào đó 1ml HNO3 đặc. Làm bay hơi trong bếp cách thuỷ đến cạn khô, hoà tan bã khô trong nước cất và chuyển toàn bộ dung dịch thu được vào bình định mức 50 ml. Tiếp theo thêm vào 5 ml NaOH, 1ml gielatin định mức bằng nước cất và lắc đều dung dịch. Nếu có kết tủa hydroxit thì cần để lắng và tiến hành lấy phần dung dịch trong và tiến hành ghi cực phổ ở độ nhạy thích hợp từ -0,4÷-1,0 V so với anot đáy thuỷ ngân. Đo chiều cao sóng và dựa vào đường chuẩn để xác định hàm lượng Pb. Nếu hàm lượng mẫu có chứa 0,05÷1mg Pb/l thì lấy 250ml mẫu nước cho vào cốc chịu nhiệt thêm vào 1ml HNO3 đặc và làm bay hơi dung dịch đến khô. Thêm vào bã khô để nguội 0,5ml HNO3 đặc và cô lại lần nữa. Cho vào bã khô để nguội 5ml dung dịch NaOH 10M +1ml gielatin + 44ml nước cất trộn đều (dung dịch nền). Sau khi bã khô hoà tan hết tiến hành đo ghi cực phổ từ -0,4÷-1,0 V so với đáy anot thuỷ ngân. Dựa vào đường chuẩn để xác định hàm lượng Pb.8 Nếu mẫu chứa lượng lớn chất hữu cơ cần phá huỷ chúng như trong phương pháp dithizon ở trên. Để loại oxi không dùng Na2SO3 vì ion Pb (II) sẽ kết tủa dưới dạng PbSO4, đặc biệt với trường hợp nồng độ Pb lớn. Cần dùng không khí trơ như N2 hoặc H2 tinh khiết cho chạy qua dung dịch trước khi ghi cực phổ để loại oxi. Dùng gielatin để loại trừ cực đại cực phổ của Pb. Phương pháp Vôn-Ampe hoà tan hấp thụ (AdSV) với thuốc thử 8-hydroquinolin (pH= 7,8÷8,5) Pb cho pic tại -0,54 V với giới hạn phát hiện là 3.10-10M. Bằng phương pháp Von-Ampe hoà tan anot (ASV) trong nền đệm axetat (pH= 4,6) Pb cho pic tại -0,4 V với giới hạn phát hiện tới 1.10-10M .9 I.2.2 Phương pháp trắc quang Phương pháp phân tích trắc quang là nhóm các phương pháp phân tích quang học. Phương pháp này chuyển các chất phân tích thành năng lượng ánh sáng để suy ra lượng chất cần phân tích. Pb (II) là cation kim loại có khả năng tạo phức với nhiều thuốc thử hữu cơ khác nhau. Vì vậy có thể áp dụng phương pháp trắc quang để xác định Pb. Việc xác định Pb bằng phương pháp trắc quang với dithizon là phương pháp phổ biến nhất bởi tính ưu việt của nó. Dithizon (diphenyl thiocacbazon) là thuốc thử hữu cơ có khả năng tạo phức càng cua với nhiều kim loại trong đó có chì. Chì dithizonat khó tan trong nước nhưng dễ tan trong các dung môi hữu cơ như CHCl3, CCl4. Trong CCl4 chì dithizonat có màu đỏ cực đại hấp thụ ở bước sóng λ = 520nm. Chì dithizonat được chiết chọn lọc và định lượng từ dung dịch nước có pH = 8÷9, chứa lượng dư xianua, là chất dùng để che nhiều kim loại khác có thể bị chiết cùng Pb. Nếu trong mẫu nước chứa lượng đáng kể các chất hữu cơ thì cần phải vô cơ hoá chúng bằng cách cho vào vài ml HNO3 đặc và HClO4 đặc cô mẫu đến khô. Sau đó tẩm ướt bã khô bằng axit HNO3 và hoà tan bằng nước cất. Các chất oxi hoá cần được khử trước bằng hidrazin.I.2.3 Phương pháp AAS Với phương pháp F-AAS sử dụng ngọn lửa là hỗn hợp khí (không khí-axetilen) với tỉ lệ 5,2/1,25 L/ph (V/V) đo chì ở bước sóng λ = 217nm. Có thể dùng thuốc thử APDC (amoni pyrolydin dithiocacbamat) trong MIBK (metyl isobutyl ketone) (mẫu được axit hoá bằng axit HCl đến pH = 4÷5). Với phương pháp AAS không dùng ngọn lửa thì nguyên tắc của phương pháp là: mẫu được đưa vào lò, tại đây nó được sấy khô, tiếp đến là tro hoá và cuối cùng muối của chì được phân ly dưới dạng chì nguyên tử, trong môi trường khí trơ Argon. Điều kiện nguyên tử hoá là: sấy ở nhiệt độ 120oC ÷ 200oC, trong thời gian là 30 giây; tro hoá ở nhiệt độ 450oC, trong thời 10 [...]... Các phương pháp xác định Cadimi (Cd) Tuỳ theo hàm lượng Cadimi trong mẫu và yêu cầu của phép phân tích mà chúng ta có các phương pháp xác định Cd phù hợp khác nhau Sau đây là một số phương pháp xác định Cadimi II.2.1 Phương pháp trắc quang Để xác định Cd bằng phương pháp trắc quang dùng dithizon, người ta chiết bằng CCl4 từ môi trường kiềm mạnh chứa tactrat Dung dịch dithizonat của dung dịch Cd trong. .. I.2.2.4 Phương pháp cực phổ Nếu trong mẫu phân tích mà hàm lượng Cd cao khoảng trên 1 mg/l thì có thể dùng phương pháp cực phổ để xác định Vì Cd trong nền hỗn hợp đệm ammoniac và nhiều nền khác cho các sóng cực phổ thuận nghịch và định lượng Để xác định Cd bằng phương pháp cực phổ, người ta thường dùng nền đệm ammoniac-amoniclorua (NH3 1M + NH4Cl 1M ) Nếu trong mẫu phân tích hàm lượng Cu không lớn hơn hàm. .. không lớn hơn hàm lượng Cd có thể xác định đồng thời cả 2 nguyên tố và nên dùng phương pháp thêm chuẩn Trong trường hợp hàm lượng Cu quá lớn so với hàm lượng Cd thì cần che Cu bằng xianua Các kim loại khác như Fe (III), Bi, Sn, Sb, sẽ kết tủa dưới dạng hydroxit trong dung dịch đệm Để xác định Cd ta lấy phần dung dịch trong ở trên Nếu hàm lượng kết tủa quá lớn cần xác định theo phương pháp thêm Zn, Co,... + 38 ml nước cất 2 lần Cho toàn bộ vào bình điện phân và ghi cực phổ từ - 0,4 V ÷ -0,8 V Nên xác định bằng phương pháp thêm chuẩn Ngày nay với kỹ thuật tiên tiến nhiều phương pháp cực phổ hiện đại có thể xác định Cd cỡ nồng độ 10-9 M trong các nền khác nhau Đặc biệt có thể xác định được đồng thời tới 5 nguyên tố cho độ chính xác cao ( ví dụ: Zn, Cd, Pb, Cu, Bi) Bằng phương pháp Vôn-Ampe hoà tan hấp... Phuơng pháp AAS là phương pháp hiện đại có độ chính xác cao, có thể xác định lượng vết các kim loại trong các hợp chất vô cơ và hữu cơ với các đối tượng nghiên cứu khác nhau Với phép đo AAS có độ nhạy và độ chọn lọc cao Gần 60 nguyên tố hóa học có thể xác định bằng phương pháp này với độ nhạy 10-4 – 10-5% I.4 Nguyên tố Đồng (Cu) và các phương pháp xác định I.4.1 Giới thiệu về nguyên tố Đồng (Cu) Đồng. .. 1 ml gielatin, 1ml Na2SO3 định mức bằng nước cất hai lần và lắc đều tráng bình điện phân bằng vài ml dung dịch đó, đổ một phần dung 28 dịch trong bình định mức vào bình điện phân Ghi cực phổ từ -0,2Vđến -0,8 V ở độ nhạy thích hợp Sau đó dựa vào đường chuẩn để xác định hàm lượng đồng Nếu mẫu có hàm lượng Cu trong khoảng 0,02 ÷ 5ml Cu/ lit nước thì lấy 250 ml mẫu nước thêm vào 1 ml axit HCl đặc, làm... được và thu được sóng của Kẽm khi ghi cực phổ từ -0,8 V Nếu vi c bổ chính không thực hiện được, thì cần tách Kẽm ra khỏi mẫu bằng phương pháp chiết, giải chiết Kẽm lại tướng nước và xác định nó bằng phương pháp cực phổ Trong trường hợp không cần phải tách Kẽm thì nên xác định nó bằng phương pháp thêm Sau khi ghi cực phổ dung dịch cần phân tích, thêm lượng nhỏ dung dịch chuẩn có nồng độ thích hợp vào... dịch mẫu) và ghi cực phổ dung dịch này ở độ nhạy cũ Chọn nồng độ dung dịch chuẩn thêm vào sao cho sóng thứ hai có chiều cao gấp rưỡi hoặc gấp hai lần sóng thứ nhất Nếu trong nước có Đồng, Cadimi, Niken với hàm lượng hàm lượng cho phép xác định cùng với Kẽm, thì cũng tiến hành như trên và ghi cực phổ từ -0,2V đến -1,5V vi c xác định cũng được tiến hành theo phương pháp thêm chuẩn Nếu hàm lượng của các... đại ở bước 12 sóng λ= 515 nm Bằng phương pháp này có thể xác định hàm lượng từ phần trăm mg đến miligam Cd Hàm lượng Cadimi khoảng 0,01÷ 0,5mg Cd/l có thể dùng phương pháp xác định như sau: Nếu như mẫu phân tích có chứa lượng lớn chất hữu cơ thì cần vô cơ hoá chúng bằng cách thêm vào thể tích nước lấy phân tích 1÷2ml H 2SO4 đặc, 3÷5 ml HNO3 đặc và làm bay hơi dung dịch trong tủ hút Nếu dung dịch còn... tố vi lượng để chống sự chết yểu của da và cơ trong cơ thể (lão hóa) Trong các biệt dược chứa một lượng lớn kẽm, người ta cho rằng nó có tác dụng làm nhanh lành vết thương + Gluconat glycin kẽm trong các vi n nang hình thoi có tác dụng chống cảm I.3.2 Các phương pháp xác định Kẽm (Zn) I.3.2.1 Phương pháp trắc quang Phương pháp trắc quang là phương pháp đơn giản nhanh và nhạy, được dùng phổ biến để xác . được hàm lượng các kim loại có nồng độ thấp.Do vậy, em đã chọn đề tài “ Xác định đồng thời hàm lượng Kẽm, Cadimi, Chì, Đồng trong nước sông và rau bằng phương. pháp cực phổ, phương pháp này cho phép xác định Pb trong nước từ 0,05mg đến vài mg trong 1 lit nước. Để xác định Pb trong những loại nước sạch có hàm lượng