Nghiên cứu điều kiện xác định asen trong không khí khu vực làm việc bằng phương pháp điện hóa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Vũ Thị Thanh Phƣơng NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN XÁC ĐỊNH ASEN TRONG KHƠNG KHÍ KHU VỰC LÀM VIỆC BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Vũ Thị Thanh Phƣơng NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN XÁC ĐỊNH ASEN TRONG KHƠNG KHÍ KHU VỰC LÀM VIỆC BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỆN HĨA Chun ngành: Hóa phân tích Mã số: 60 44 29 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Trần Chƣơng Huyến Hà Nội - 2012 MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG……………………………………………………………… E rror! Bookmark not defined DANH MỤC HÌNH……………………………………………………………… DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT……………………………………………… MỞ ĐẦU………………………………………………………………………… Chƣơng TỔNG QUAN………………………………………………………… 1 1.1.Asen 11 1.1.1 Dạng tồn Asen 11 1.1.2 Tính chất vật lý 11 1.2.3.Tính chất hố học 12 1.1 Sản xuất ứng dụng Asen 14 1.1.5.Các nguồn phát thải Asen 15 1.1.6 Sự lưu trú vận chuyển Asen môi trường 16 1.1.7 Độc tính chế gây độc 18 1.2 Một số phương pháp phân tích Asen 22 1.2.1 Phương pháp trắc quang 22 1.2.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử 23 1.2.3 Phương pháp điện hoá 26 1.2.3.1 Phương pháp Von - Ampe hoà tan 26 1.2.3.2.Các kỹ thuật ghi đường von-ampe hòa tan 28 1.2.3.2 Phương pháp vơn- ampe hồ tan hấp phụ (AdSV) 31 1.2.4 Tổng kết cơng trình xác định lượng vết As phương pháp Vơnampe hồ tan 33 Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM…………………………………………………….39 2.1 Đối tượng nghiên cứu 39 2.2 Mục tiêu nghiên cứu 39 2.3 Những vấn đề nghiên cứu 39 2.4 Phương pháp nghiên cứu 39 2.4.1 Phương pháp hồi cứu, thu thập tổng hợp tài liệu 39 2.4.2 Kỹ thuật lấy mẫu Asen khơng khí 39 2.4.3 Bảo quản mẫu 40 2.4.5 Xử lý mẫu 41 2.4.6 Phương pháp phân tích 41 2.5 Hóa chất 41 2.5.1 Các dung dịch axit, kiềm, muối (p.a) 41 2.5.2 Các kim loại gốc, dung dịch làm việc 41 2.5.3 Dụng cụ thí nghiệm 42 2.6 Thiết bị 42 Chƣơng CÁC KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43 3.1 Thẩm định điều kiện tối ưu để xác định Asen (III) phương pháp von-ampe hòa tan catot 43 3.1 Khảo sát chọn 43 3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ 44 3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng Cu 46 3.1 Khảo sát nồng độ Na- DDTC 49 3.1.5 Khảo sát thông số đo 51 3.1.5.1 Khảo sát điện phân 51 3.1.5.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian điện phân 53 3.2 Xác định As (V ) 55 3.2.1 Khảo sát nồng độ Natri dithionit 55 3.2.2 Đánh giá hiệu suất khử Natri dithionit 56 3.3 Khảo sát ảnh hưởng chất đến khử As(V) 57 3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng Fe3+ 57 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng Zn2+ 58 3.3.3.Khảo sát ảnh hưởng Pb2+ 59 3.3.4 Khảo sát ảnh hưởng Crom 60 3.3.5 Khảo sát ảnh hưởng Niken 61 3.4 Xây dựng đường chuẩn 62 3.4.1 Đường chuẩn cho As (III) 62 3.4.2-Đường chuẩn xác định As(V) 64 3.4.3 Độ lặp lại phép đo 66 3.4.4.Giới hạn phát (LOD) 67 3.5 Quy trình phân tích tổng Asen mẫu khí 68 3.5.1 Kỹ thuật lấy mẫu Asen không khí 68 3.5.2 Bảo quản mẫu 68 3.5.3 Xử lý mẫu 68 3.6 Xác định giới hạn phát phương pháp (MDL) 68 3.7 Xác định hiệu suất thu hồi mẫu thật 69 3.8 Điều kiện phương pháp phân định lượngAsen thiết bị điện hóa 71 3.9 Xác định nồng độ Asen mẫu thực tế 73 KẾT LUẬN……………………………………………………………………… 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………… 79 DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 3.1 Chương trình đo máy Autolab với điện cực VA 663 38 Bảng 3.2 Khảo sát chọn axit 38 Bảng3.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ axit HCl 40 Bảng 3.4 Khảo sát ảnh hưởng Cu2+ đến chiều cao pic Asen 42 Bảng 3.5 Khảo sát ảnh hưởng Na-DDTC đến chiều cao pic Asen 44 Bảng 3.6 Khảo sát ảnh hưởng điện phân 47 Bảng 3.7 Khảo sát ảnh hưởng thời gian điện phân 49 Bảng 3.8 Khảo sát ảnh hưởng Natri dithionite đến chiều cao pic 51 Bảng 3.9 Hiệu suất khử 1ppb As(V) 51 Bảng 3.10 Hiệu suất khử 2,5ppb As(V) 51 Bảng 3.11 Hiệu suất khử 5ppb As(V) 51 Bảng 3.12 Khảo sát ảnh hưởng Fe3+đến chiều cao pic As(III) 2+ 52 Bảng 3.13 Bảng 3.14 Bảng 3.15 Khảo sát ảnh hưởng Zn đến chiều cao pic As(III) Khảo sát ảnh hưởng Pb2+đến chiều cao pic As(III) Khảo sát ảnh hưởng Cr3+đến chiều cao pic As(III) 53 54 55 Bảng 3.16 Khảo sát ảnh hưởng Ni2+đến chiều cao pic As(III) 56 Bảng 3.17 Giới hạn nguyên tố ảnh hưởng 57 Bảng 3.18 Đường chuẩn As (III) 0,2ppb đến 1ppbAs (III) 57 Bảng 3.19 Đường chuẩn As (III) từ 0,5ppb đến ppb 58 Bảng 3.20 Đường chuẩn As (III) từ 2,5ppb đến 10ppb 58 Bảng 3.21 Đường chuẩn As (V) 0,5ppb đến 3ppb 59 Bảng 3.22 Đường chuẩn As (V) từ 2ppb đến 10ppb 60 Bảng 3.23 Đo lặp lại As(III) 61 Bảng 3.24 Đánh giá giới hạn phát As(III) 63 Bảng 3.25 Khảo sát giới hạn phát phương pháp 64 Bảng 3.26 Hiệu suất thu hồi Asen mẫu thật 66 Bảng 3.27 Nồng độ Asen khơng khí khu vực làm việc 70 Bảng 3.28 Nồng độ Asen khơng khí khu vực tuyển 71 DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1 Sự xâm nhập arsen hợp chất thể 15 Hình 1.2 Sự chuyển hóa trimethylarsine thành sản phẩm cực độc 16 Hình 1.3 Sự chuyển hóa Asen chu trình acid citric 16 Hình 1.4 Asen thay Photpho trình tạo thành ATP 17 Hình 1.5 Dạng đường Von-ampe hịa tan theo kỹ thuật DP 24 Hình 1.6 Dạng đường Von-ampe hòa tan theo kỹ thuật SqW 25 Hình 2.1 Sơ đồ lấy mẫu Asen khu vực làm việc 35 Hình Đường von-ampe hồ tan As(III) số axit 39 Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ axit HCl đến chiều cao pic As(III) Hình 3.3 Đường Von-ampe hòa tan As(III) nồng độ axit HCl khác Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng Cu2+ đến chiều cao pic Asen Hình 3.5 Đường Von-ampe hòa tan nồng độAsen(III) khảo sát ảnh hưởng Cu2+ Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng Na-DDTC đến chiều cao pic As(III) Hình 3.7 Đường Von-Ampe hòa tan As(III) khảo sát ảnh hưởng Na-DDTC 40 41 42 43 45 46 Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng điện phân 47 Hình 3.9 Đường Von-ampe As(III) khảo sát điện phân 48 Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn ảnhn phương pháp Lần đo -IP (nA) 9,23 9,58 8,67 8,56 8,34 9,34 8,78 Từ kết thực nghiệm ta có: N Độ lệch chuẩn: SD  ( X i 1 i  X )2 N 1 = 0,457 MDL = 1,425 (ng /mẫu) 3.7 Xác định hiệu suất thu hồi mẫu thật Chuẩn bị 20 mẫu lặp MCE tẩm hỗn hợp Na2CO3 glycerol: Mẫu thêm 25 ng As(III) Mẫu thêm 50ng As(III) Mẫu thêm 100ng As(III) Mẫu thêm 50ng As(III) 100ng As(V) 69 mẫu trắng giấy lọc MCE trên, không thêm chất chuẩn Asen Tiến hành phân tích 20 mẫu theo quy trình: Giấy lọc (MCE) tẩm hỗn hợp Na2CO3: Glycerol, ĐK 37mm, kích thước lỗ 0,8µm (2l/phút) Đun bình Kendal (1,5ml HNO365% + 0,5ml H2O230%) đến dung dịch khoảng 1ml, định mức nước cất 25ml Khử As(V) As(III) Na2S2O4, axit HCl 0,5M, nồng độ Na2S2O4 10-4M 10ml dung dịch Để yên 30 phút Thêm 20ppm Cu2+ + 0,75nM Na-DDTC Định lượng tổng Asen máy điện hóa VA 636 Hình3.35 Quy trình xác định tổng Asen khơng khí khu vực làm việc Hiệu suất thu hồi Asen cần phân tích H  Trong đó, Cspike  Cblank C0 x 100% Cspike: nồng độ mẫu thêm chuẩn Cblank: nồng độ mẫu C0: nồng độ ban đầu thêm chuẩn 70 Bảng 3.26: Độ thu hồi Asen mẫu thật Lượng đưa vào Lượng tìm thấy(ng) %H Asen(III) tìm thấy ±S(%) n=5 Mẫu giả 22,2 23,1 20,8 20,6 23,1 87,8±1,21 Mẫu giả 45,7 44,3 47,2 43,8 46,9 91,2±1,51 Mẫu giả 95,7 95,1 94,8 94,3 96,6 95,3±0,88 Mẫu giả 148,5 150,2 148,6 149,3 148,7 99,2±0,71 Từ bảng 3.34 cho thấy độ thu hồi tổng Asen nằm khoảng từ 8799,2% , độ lệch chuẩn từ 0,71 ±1,51%, đảm bảo yêu cầu phân tích 3.8 Điều kiện phƣơng pháp phân định lƣợngAsen thiết bị điện hóa Các hợp chất Asen phân tích thiết bị điện hóa VA 636 với điều kiện làm việc bảng 3.1, đo đường von-ampe hoà tan đỉnh pic trình khử Asen xấp xỉ -0,76V Đo chiều cao đỉnh pic (hm) xác định nồng độ Asen mẫu phương pháp thêm chuẩn Thêm vào xác lượng nhỏ dung dịch chuẩn Asen (Vth) biết nồng độ (Cth) tiến hành đo bước dung dịch phân tích (Cth) ( thơng thường việc thêm chuẩn thường thực lân, thêm lần cho chiều cao pic đo gấp ½ lần chiều cao mẫu, thêm chuẩn lần hai cho chiều cao pic đo gấp lần chiều cao mẫu, thêm chuẩn lần chiều cao pic đo gấp 3/2 chiều cao mẫu (hth), thể tích thêm chuẩn khơng vượt q 10% thể tích dung dịch bình điện phân) Cx  h1V 1Cth h2V  Vt   h1V V1: Thể tích dung dịch phân tích (ml) Vth: Thể tích dung dịch thêm (ml) Cth: Nồng độ dung dịch thêm chuẩn (ng) Cx: Nồng độ dung dịch đo (ng) h2: chiều cao mẫu thêm chuẩn (nA) h1: chiều cao mẫu đo (nA) 71 Mẫu khí lấy thiết bị lấy mẫu khí tốc độ đến l/phút ( Volume Air Sampler) chuyên dụng (Mỹ) Thiết bị gồm đầu lấy mẫu chuyên dụng lắp giấy lọc Cellulose ester (MCE) tẩm hỗn hợp Na2CO3:Glycerol có đường kính 37 mm, kích thước lỗ 0,8µm để lấy hạt bụi có đường kính nhỏ 10m Phía bơm hút cho phép hút thể tích khí 120l thời gian Thiết bị lấy mẫu đươc đặt cách mặt đất 1,5 m Sau thời gian lấy mẫu (2 giờ), giấy lọc MCE lấy khỏi thiết bị lấy mẫu đựng casstte, bảo quản hộp kín để chuyển mẫu phịng thí nghiệm Ở phịng thí nghiệm, mẫu bảo quản bình desicator để phân tích Trong nghiên cứu này, tiến hành lấy mẫu từ ngày 20 tháng năm 2012 đến ngày 22 tháng năm 2012 Tổng số lượng mẫu lấy ngày, lấy mẫu 11 vị trí nhà máy, mẫu xung quanh, vị trí đặt lúc đầu bụi, lấy liên tục ca làm việc h mẫu trắng trường 72 ... Nồng độ Asen khơng khí khu vực làm việc, khu vực xung quanh STT Vị trí lấy mẫu Xƣởng tuyển (Thời gian lấy mẫu từ 8h3017h30) K1 Đầu khu vực Cuối khu vực K2 Đầu khu vực Cuối khu vực K4 Đầu khu vực. .. 3.6 Xác định giới hạn phát phương pháp (MDL) 68 3.7 Xác định hiệu suất thu hồi mẫu thật 69 3.8 Điều kiện phương pháp phân định lượngAsen thiết bị điện hóa 71 3.9 Xác định nồng độ Asen. .. HỌC TỰ NHIÊN Vũ Thị Thanh Phƣơng NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN XÁC ĐỊNH ASEN TRONG KHƠNG KHÍ KHU VỰC LÀM VIỆC BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỆN HĨA Chun ngành: Hóa phân tích Mã số: 60 44 29 LUẬN VĂN THẠC