Xác định hàm lượng chì, thủy ngân, asen trong một số mẫu nước mặt và đất ở khu vực mỏ than khe sim bằng phương pháp phổ hấp thụ và phát xạ nguyên tử​

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC HÀ THỊ THÁI MINH XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CHÌ, THỦY NGÂN, ASEN TRONG MỘT SỐ MẪU NƯỚC MẶT VÀ ĐẤT Ở KHU VỰC MỎ THAN KHE SIM BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ VÀ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ LUẬN VĂN THẠC SĨ HĨA HỌC THÁI NGUN - 2016 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC HÀ THỊ THÁI MINH XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CHÌ, THỦY NGÂN, ASEN TRONG MỘT SỐ MẪU NƯỚC MẶT VÀ ĐẤT Ở KHU VỰC MỎ THAN KHE SIM BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ VÀ PHÁT XẠ NGUN TỬ Chun ngành: Hố phân tích Mã số: 60.44.01.18 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS VƯƠNG TRƯỜNG XUÂN THÁI NGUYÊN - 2016 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn sâu sắc tới TS Vương Trường Xuân - Bộ môn môi trường - Trường Đại học khoa học - Đại học Thái Nguyên hướng dẫn tận tình, chu đáo tạo điều kiện tốt cho hồn thành khóa luận tốt nghiệp Tơi chân thành gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể thầy cô giáo Trường Đại học khoa học trang bị cho tơi kiến thức bổ ích, thiết thực nhiệt tình, ân cần dạy bảo năm vừa qua Tôi xin chân thành cảm ơn đồng chí Viện hóa học, trung tâm y tế dự phịng tỉnh Quảng Ninh cơng ty trách nhiệm hữu hạn thành viên Khe Sim tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập, nghiên cứu hoàn thành Luận văn Cuối cùng, tơi xin cảm ơn đến gia đình bạn bè động viên, giúp đỡ tơi q trình học tập làm Luận văn Thái Nguyên, ngày 19 tháng 10 năm 2016 Tác giả luận văn Hà Thị Thái Minh a Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN a MỤC LỤC .b DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .e DANH MỤC CÁC BẢNG f DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, HÌNH h MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu kim loại nặng giới 1.2 Tình hình nghiên cứu kim loại nặng Việt Nam 1.3 Giới thiệu chung nguyên tố Pb, As, Hg .5 1.3.1 Chì 1.3.2 Asen .8 1.3.3 Thủy ngân 12 1.4 Giới thiệu số vấn đề phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) .15 1.4.1 Nguyên tử hoá mẫu 17 1.4.2 Nguồn phát xạ đơn sắc 19 1.4.3 Hệ thống đơn sắc 19 1.4.4 Nhân quang điện (Detector) 20 1.5 Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử (ICP-OES) 20 1.5.1 Cơ sở lý thuyết 20 1.5.2 Cấu trúc máy 21 1.5.3 Ưu điểm ICP-OES 23 1.5.4 Nhiễu phổ ICP-OES 23 1.6 Một số phương pháp xử lý mẫu đất, trầm tích xác định hàm lượng kim loại nặng 25 1.7 Giới thiệu công ty TNHH MTV than Khe Sim 26 1.7.1 Đặc điểm công ty TNHH MTV than Khe Sim 26 b Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 1.7.2 Các cơng trình, biện pháp thu gom, xử lý nước thải: 27 Chương THỰC NGHIỆM 31 2.1 Đối tượng nghiên cứu .31 2.2 Các nội dung nghiên cứu 31 2.3 Phương pháp nghiên cứu 31 2.3.1 Lấy mẫu xử lí mẫu 31 2.3.1.1 Lấy mẫu 31 2.3.1.2 Quy trình xử lí mẫu 33 2.3.2 Tính kết 34 2.3.3 Tiến hành đo phổ mẫu chuẩn mẫu phân tích 35 2.4 Trang thiết bị hóa chất .35 2.4.1 Trang thiết bị 35 2.4.2 Hóa chất .36 2.4.3 Chuẩn bị hoá chất dung dịch chuẩn 36 2.5 Phương pháp xử lí số liệu .37 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38 3.1 Các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử Asen, chì, thuỷ ngân 38 3.1.1 Khảo sát xác định khoảng tuyến tính 39 3.1.2 Xây dựng đường chuẩn, xác định giới hạn phát giới hạn định lượng Asen chì thuỷ ngân 42 3.1.3 Đánh giá sai số độ lặp lại phép đo 46 3.1.4 Đánh giá hiệu suất thu hồi 48 3.1.5 Kết phân tích mẫu 50 3.2 Điều kiện vận hành thiết bị ICP - OES kết đo 51 3.2.1 Điều kiện vận hành thiết bị ICP - OES 51 3.2.2 Kết phân tích phân tích mẫu thiết bị ICP-OES 52 3.3 So sánh kết phân tích phân tích mẫu theo phương pháp ICPOES phương pháp AAS 57 KẾT LUẬN 63 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 c Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn PHỤ LỤC d Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CV F-AAS GF-AAS ICP-OES IS LOD LOQ QCVN /BTNMT Rec RSD SE TCVN TNHH MTV VGA e Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Một số số vật lý chì .5 Bảng 1.2: Một số số vật lý Asen Bảng 1.3: Một số số vật lý thủy ngân 12 Bảng 2.1 Địa điểm vị trí mẫu đất phân tích xung quanh khu vực mỏ than Khe Sim 31 Bảng 2.2 Địa điểm vị trí lấy mẫu nước thải mỏ than Khe Sim 32 Bảng 2.3 Địa điểm vị trí lấy mẫu nước bề mặt khu vực xung quanh mỏ than Khe Sim 32 Bảng 2.4: Địa điểm vị trí lấymẫu nước thải sinh hoạt khu vực xung quanh mỏ than Khe Sim 33 Bảng 3.1: Các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử Asen chì 38 Bảng 3.2: Các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử thuỷ ngân .38 Bảng 3.3: Kết khảo sát khoảng tuyến tính As, Pb 39 Bảng 3.4: Kết khảo sát khoảng tuyến tính Hg .41 Bảng 3.5: Sự phụ thuộc độ hấp thụ vào nồng độ Asen 42 Bảng 3.6: Sự phụ thuộc độ hấp thụ vào nồng độ chì 44 Bảng 3.7: Sự phụ thuộc độ hấp thụ vào nồng độ thuỷ ngân 45 Bảng 3.8: Kết sai số độ lặp lại phép đo As 47 Bảng 3.9: Kết sai số độ lặp lại phép đo Pb 47 Bảng 3.10: Kết sai số độ lặp lại phép đo Hg 48 Bảng 3.11: Hiệu suất thu hồi As, Pb, Hg mẫu nước 49 Bảng 3.12: Hiệu suất thu hồi As, Pb, Hg mẫu đất 49 Bảng 3.13: Kết đo tổng hàm lượng tổng As Pb, Hg nước thải mỏ than Khe Sim 50 Bảng 3.14: Kết đo hàm lượng tổng As, Pb, Hg nước mặt khu vực xung quanh mỏ than Khe Sim f Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 50 Bảng 3.15 Kết tổng hàm lượng As, Pb, Cd nước thải sinh hoạt khu mỏ Khe Sim 51 Bảng 3.16 Kết hàm lượng As, Pb, Hg tổng số đất khu vực mỏ than Khe Sim 51 Bảng 3.17: Kết đo tổng hàm lượng As, Pb, Hg nước thải khu vực xung quanh mỏ than Khe Sim 52 Bảng 3.18: Kết đo tổng hàm lượng As, Pb, Hg nước mặt khu vực xung quanh mỏ than Khe Sim 52 Bảng 3.19: Kết tổng hàm lượng tổng As, Pb, Hg nước thải sinh hoạt khu mỏ Khe Sim 53 Bảng 3.20: Kết tổng hàm lượng As, Pb, Hg tổng số đất khu vực mỏ than Khe Sim 53 Bảng 3.21: Kết đo Asen mẫu nước 57 Bảng 3.22: Kết đo Chì mẫu nước 58 Bảng 3.23: Kết đo Asen mẫu đất 59 Bảng 3.24: Kết đo Chì mẫu đất 60 Bảng 3.25: Kết đo thủy ngân mẫu đất 61 g Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, HÌNH Sơ đồ 1: Hệ thống trang bị thiết bị đo phổ AAS .16 Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo phổ kế 22 Hình 1.2 Cấu tạo máy ICP-OES 23 Hình 1.3 Hiện tượng chồng lấp phổ toàn phần 24 Hình 1.4 Hiện tượng chồng lấp phổ phần 24 Hình 3.1: Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính As 40 Hình 3.2: Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính Pb 40 Hình 3.3: Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính Hg 42 Hình 3.4: Đồ thị đường chuẩn As .43 Hình 3.5: Đường chuẩn Pb 44 Hình 3.6: Đường chuẩn Hg 45 Hình 3.7: Tổng hàm lượng kim loại nặng nước thải mỏ than Khe Sim 54 Hình 3.8: Tổng hàm lượng kim loại nặng nước mặt mỏ than Khe Sim 55 Hình 3.9: Tổng hàm lượng kim loại nặng nước thải sinh hoạt khu mỏ than Khe Sim 56 Hình 3.10: Tổng hàm lượng kim loại nặng đất khu mỏ than Khe Sim 56 Hình 3.11: Đường hồi quy so sánh hai phương pháp asen mẫu nước 58 Hình 3.12: Đường hồi quy so sánh hai phương pháp chì mẫu nước 59 Hình 3.13: Đường hồi quy so sánh hai phương pháp Asen mẫu đất 60 Hình 3.14: Đường hồi quy so sánh hai phương pháp chì mẫu đất 61 Hình 3.15 : Đường hồi quy so sánh hai phương pháp thủy ngân mẫu đất h Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 62 AAS Phuong pháp Phuong pháp ICP-OES (mg/kg) Hình 3.15 : Đường hồi quy so sánh hai phương pháp thủy ngân mẫu đất Kết hệ số phương trình hồi quy thu sau: r = 0,994 Các đại lương thống kê tương ứng là: Độ sai chuẩn SEa= 0,03588; SEb= 0,05642 Giá trị chuẩn t với bậc tự do, độ tin cậy 95 % tbảng = 3,18 Vì hệ số a b tương ứng là: tính = Kết cho thấy giá trị t tính > tbảng nghĩa phương pháp cho kết đo phù hợp Như vậy, hai phương pháp phân tích kết đo hàm lượng tổng số Asen, chì mẫu nước đất xung quanh khu vực mỏ than Khe Sim cho kết phù hợp Riêng thuỷ ngân kết đo theo phương pháp ICP-OES nhiều mẫu không phát nên phương pháp không nên dùng để xác định hàm lượng thuỷ ngân đối tượng đề tài 62 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn KẾT LUẬN ‘‘ Từ kết thu đề tài: XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CHÌ THỦY NGÂN, ASEN TRONG MỘT SỐ MẪU NƯỚC MẶT VÀ ĐẤT Ở KHU VỰC MỎ THAN KHE SIM BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ VÀ ’’ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ , rút số kết luận sau: Xác định giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng phép đo: As: 0,75 - 2,49 (ppb) Pb: 0,59 - 1,97 (ppb) Hg: 0,19-0,67 (ppb) Đánh giá độ lặp lại tốt, độ thu hồi cao: đạt từ 94,1% - 97,7% phù hợp với phép phân tích Từ quy trình xây dựng tiến hành đo mẫu thực tế khu vực mỏ than Khe Sim thiết bị: quang phổ hấp thụ nguyên tử (GF-AAS phân tích As, Pb tổng số, phương pháp hydrua hóa khơng lửa cho phân tích thủy ngân tổng số) Kết đo tổng hàm lượng asen, chì, thuỷ ngân cho thấy nồng độ asen mẫu nước thải mỏ có nồng độ từ 2,37 - 5,83 (ppb) Mẫu nước mặt dao động từ 3,27 - 5,72 (ppb) Nước thải sinh hoạt số mẫu không phát , nồng độ mẫu cao đạt 4,18 (ppb) Mẫu đất dao động từ 3,738 - 23,320 (mg/kg) Kết đo nồng độ Chì mẫu nước thải mỏ dao động từ 7,28 - 23,82 (ppb) Mẫu nước mặt dao động từ 6,76-16,68 (ppb) Nước thải sinh hoạt số mẫu không phát , nồng độ mẫu cao đạt 16,34 (ppb) Mẫu đất từ 10,710 - 68,142 (mg/kg) Kết đo nồng độ Thuỷ ngân mẫu nước thải mỏ: 1,72 - 5,94 (ppb) Mẫu nước mặt dao động từ 0,52 - 1,82 (ppb) Nước thải sinh hoạt dao động từ 0,42 - 3,24 (ppb) Mẫu đất dao động từ 0,122-0,982 (mg/kg) Như vậy, kết phân tích cho thấy số mẫu đất hàm lượng Asen vượt quy chuẩn cho phép Một số mẫu nước đất lại hàm lượng tổng nguyên tố chưa vượt quy chuẩn cho phép với hàm lượng tương đối cao mối nguy tiềm ẩn gây ô nhiễm tác động không nhỏ tới mơi trường xung 63 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn quanh Kết đo mẫu thực tế thu từ hai phương pháp tương đồng nghĩa phương pháp phù hợp dùng để nghiên cứu đối tượng đề tài DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Hồng Quyên, Khai thác khống sản gây nhiễm mơi trường nghiêm trọng, thông tin mạng internet website http/ thegioimoitruong.vn, 2015 Pollution Isues, Coal, thông tin mạng internet website: http://www.pollutionissues.com /Br-Co /Coal.html Vernet, J.P (Edited), Heavy Metals in the Environment Elssevier, Amsterdam - London - NewYork - Tokyo, 1991, pp 42 - 47 Phạm Ngọc Thụy, Nguyễn Đình Mạnh, Đinh Văn Hùng, Nguyễn Viết Tùng, Ngô Xuân Mạnh, “Hiện trạng kim loại nặng (Hg, As, Pb, Cd) đất, nước số rau trồng khu vực huyện Đơng Anh-Hà Nội”, Tạp chí khoa học Nơng nghiệp, 2006, 4+5 Hoàng Thị Thanh Thủy, Nguyễn Như Hà Vy, Từ Thị Cẩm Loan “Nghiên cứu địa hóa mơi trường số kim loại nặng trầm tích sơng rạch Thành phố Hồ Chí Minh” Tạp chí phát triển KHCN, 2007, tập 10 Vũ Đức Lợi, Nghiên cứu xác định số dạng thuỷ ngân mẫu sinh học mơi trường, Luận án tiến sĩ hố học, Viện Khoa học công nghệ Việt Nam, Hà Nội, 2008, 61-63 Nguyễn Đức Vận, Các kim loại điển hình, Hóa vơ cơ, Nxb Khoa học kĩ thuật, Hà Nội, 2004, tập 2, 123-147 WHO, trích Lars Jarup, 1995 Trịnh Thị Thanh, Độc học, môi trường sức khoẻ người, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội, 2001 10.Cotton F Wilkinson G Cơ sở lí thuyết hóa vơ Người dịch: Lê Mậu Quyền, Lê Chí Kiên, Nhà xuất trung học chuyên nghiệp, 1984, tập 1, trang 178 64 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn “ 11.Guanhong Tao & Elo.H Hansen, An international analytical asen science journal”, Analyst, 1994, 119, 333-337 12.Đại học Khoa học Tự nhiên, Hội thảo Quốc tế Ô nhiễm Asen: Hiện trạng tác động đến sức khỏe người giải pháp phòng ngừa, 2000 13.Asenic, Environment Health Crieria 18, Geneva, 1981 14.Hồng Nhâm, Hóa học vơ cơ, Nhà xuất giáo dục, 2000, tập 3, 253272 15.Phạm Hùng Việt, Trần Tứ Hiếu, Nguyễn Văn Nội Hố Học Mơi Trường, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Hà Nội, 1999 16.Phạm Luận, Phương pháp phân tích phổ nguyên tử, Nxb Đại học quốc gia Hà Nội, Hà Nội, 2006 17 Phạm Luận, Cơ sở lý thuyết phương pháp phân tích phổ phát xạ hấp thụ nguyên tử, Trường đại học khoa học - tự nhiên, Hà Nội, 1998, Phần I, Phần II 18 Xiandeng Hou and Bradley T Jones, John Wiley & Sons Ltd, Chichester Inductively Coupled Plasma/Optical Emission Spectrometry, 2000 19.M Bettinellia, G M Beone, S Speziaa and C Baffi, “Determination of heavy metals in soils and sediments by microwave-assisted digestion and inductively coupled plasma optical emission spectrometry analysis”, Analytica Chimica Acta, 2000, 424, p 289-296 20.Xiaodan Wang, Genwei Cheng, Xianghao Zhong Mai - Heli, “Trace elements in sub-alpine forest soils on the eastern edge of the Tibetan Plateau, China”, Environ Geol, 2008 21.Tessieretal, A., Campell, P.G.C., Blsson, M “Squential extraction procedure forr the speciation of particulate trace metal”, Anal Chem, 1979, 51, 844 - 851 22.Báo cáo kết quan trắc môi trường công ty TNHH MTV Khe Sim, 2015, 38-45 23 Tạ Thị Thảo, Giáo trình thống kê hố phân tích, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội, 2013 65 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn PHỤ LỤC Suối Lép Mĩ Suối Ngô Quyền Khu vực trồng cải tạo môi trường Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Nước thải moong khu mỏ Bãi thải khu mỏ Đơng Khe Sim Bể xử lí nước thải sinh hoạt khu mỏ Hệ thống lò AAS-240Z Hê ̣thống máy đo ICP-OES: Icap 6000, Anh Hệ thống máy quang phổ hấp thụ Bộ phận hóa Hydride kết nối Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn nguyên tử AAS 280 FS ghép nối với với ống phụ trợ máy quang phổ phận hoá VAG-77 Varian Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ... THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC HÀ THỊ THÁI MINH XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CHÌ, THỦY NGÂN, ASEN TRONG MỘT SỐ MẪU NƯỚC MẶT VÀ ĐẤT Ở KHU VỰC MỎ THAN KHE SIM BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ VÀ PHÁT XẠ NGUYÊN... Vì chúng tơi chọn đề tài: XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG THỦY NGÂN, CHÌ, ASEN TRONG MỘT SỐ MẪU NƯỚC MẶT VÀ ĐẤT Ở KHU VỰC MỎ THAN KHE SIM BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ VÀ PHÁT XẠ NGUYÊN TỬ ’’ Mục tiêu luận... tổng số số mẫu nước mặt đất khu vực mỏ than Khe Sim phương pháp hấp thụ nguyên tử AAS phát xạ nguyên tử ICP-EOS 2.3 Phương pháp nghiên cứu - Trong luận văn chọn phương pháp xác định hàm lượng