Luận văn nghiên cứu xác định đồng thời hàm lượng zn2+, cd2+, pb2+, cu2+ trong thực phẩm bằng phương pháp vôn ampe hòa tan anot xung vi phân luận văn thạc sỹ hóa học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH ======== CÙ THỊ QUỲNH THƠ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI HÀM LƯỢNG Zn 2+ , Cd 2+ , Pb 2+ , Cu 2+ TRONG THỰC PHẨM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VÔN - AMPE HÒA TAN ANOT XUNG VI PHÂN CHUYÊN NGÀNH: HÓA HỌC PHÂN TÍCH MÃ SỐ: 66 44 29 LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÁ HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS. ĐINH THỊ TRƯỜNG GIANG VINH - 2011 1 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được khoá luận này em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Đinh Thị Trường Giang đã giao đề tài, và 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 Đại học Vinh 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 12 năm 2011 Học viên Cù Thị Quỳnh Thơ 2 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU .1 Chương 1 .3 TỔNG QUAN .3 1.1. Tính chất, sự tồn tại các kim loại nặng Zn, Cd, Pb, Cu trong tự nhiên, môi trường . 1.1.1. Giới thiệu về nguyên tố chì [9], [18] .3 1.1.1.1. Độc tính của chì [8], [10] .4 1.1.2. Giới thiệu về nguyên tố cađimi [8], [ 9] 5 1.1.2.1. Độc tính của cađimi 6 1.1.3. Giới thiệu về nguyên tố kẽm [9], [10] 7 1.1.3.1. Độc tính của kẽm 8 1.1.4. Giới thiệu về nguyên tố đồng [9], [ 10] .8 1.1.4.1. Độc tính của đồng 9 1.2. Tác hại của kim loại nặng [8], [9], [11] 1.3. Các phương pháp xử lý mẫu . 1.3.1. Phân hủy mẫu bằng phương pháp ướt [19], [20] 11 1.3.2. Phân hủy mẫu bằng phương pháp khô [2], [21] 13 1.3.3. Kỹ thuật vô cơ hóa khô-ướt kết hợp [2], [19], [20] .13 1.4. Các phương pháp xác định kẽm, cađimi, chì, đồng [4], [5], [7], [11], [12], [14] 1.4.1. Phương pháp trọng lượng 14 1.4.2. Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử .14 1.4.3. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) .15 1.4.4. Phương pháp cực phổ 16 1.4.4.1. Cơ sở của phương pháp 16 1.4.4.2. Phạm vi ứng dụng của phương pháp phân tích cực phổ 17 1.4.4.3. Quy trình của phương pháp phân tích cực phổ 17 1.4.5. Phương pháp Vôn – Ampe hòa tan 18 1.4.5.1. Nguyên tắc 18 1.4.5.2. Kỹ thuật Vôn-Ampe xung vi phân (Differential Pulse Voltammetry) [12] .19 1.4.5.3. Kỹ thuật Vôn-Ampe vòng 20 1.4.6. Những điểm cần chú ý khi nghiên cứu phân tích vết 22 1.4.6.1. Sự nhiễm bẩn và mất chất phân tích [23], [24] 22 1.4.6.2. Thí nghiệm trắng [22], [23] 22 3 1.4.6.3. Các yếu tố đánh giá độ tin cậy của phương pháp phân tích [23] 22 1.4.6.3.1. Đánh giá độ lặp lại .23 1.4.6.3.2. Độ đúng [23] .23 1.4.6.3.3. Độ nhạy [23] 24 1.4.7. Các loại điện cực được sử dụng trong phương pháp Vôn –Ampe hòa tan [19], [20] 24 1.4.7.1. Điện cực màng thuỷ ngân (TMFE) 24 1.4.7.2. Điện cực giọt thuỷ ngân treo (HMDE) .25 1.4.7.3. Điện cực rắn hình đĩa (RDE) 26 1.4.8. Các phương pháp phân tích định lượng trong phân tích điện hoá [17], [23] .27 1.4.8.1. Phương pháp mẫu chuẩn 27 1.4.8.2. Phương pháp đường chuẩn .27 1.4.8.3. Phương pháp thêm chuẩn .27 Chương 2 .29 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 29 2.1. Thiết bị, dụng cụ, hoá chất 2.1.1. Thiết bị .29 2.1.2. Dụng cụ .29 2.1.3. Hoá chất 29 2.2. Pha chế dung dịch cho phép xác định Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ . 2.3. Lấy mẫu và xử lý mẫu bằng phương pháp khô ướt kết hợp . 2.3.1. Lấy mẫu .31 2.3.2. Chuẩn bị mẫu .31 2.3.3. Xử lý mẫu .31 Chương 3 33 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .33 3.1. Khảo sát các điều kiện tối ưu cho phép xác định Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ . 3.1.1. Khảo sát sự xuất hiện của pic 33 3.1.2. Khảo sát biên độ xung .33 3.1.3. Khảo sát thời gian đặt xung .34 3.1.4. Khảo sát tốc độ quét thế 35 3.1.5. Khảo sát thời gian sục khí N2 36 3.1.6. Khảo sát thời gian cân bằng 36 3.1.7. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ các ion kim loại 37 3.1.7.1. Ảnh hưởng nồng độ của Ni2+ tới Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ trong nền đệm axetat .37 4 3.1.7.3. Ảnh hưởng nồng độ của Pb2+ tới Cd2+ trong nền đệm axetat .42 3.1.7.4. Ảnh hưởng nồng độ của Zn2+ tới Cd2+ trong nền đệm axetat .43 3.1.7.5. Ảnh hưởng nồng độ của Cu2+ tới Pb2+ trong nền đệm axetat .45 3.2. Kết quả khảo sát các điều kiện tối ưu cho phép xác định đồng thời Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ . 3.3. Nghiên cứu đặc điểm khử cực của Zn2+, Cd2+, Pb2+,Cu2+ . 3.4. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) 3.5. Đánh giá độ lặp lại 3.6. Định lượng Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ trong mẫu thực phẩm . 3.6.1. Định lượng Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ trong mẫu hến 3.6.2. Định lượng Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ trong mẫu tôm 55 3.6.3. Định lượng Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ trong mẫu trắng .56 KẾT LUẬN .59 TÀI LIỆU THAM KHẢO .60 5 DANH MỤC CÁC BẢNG Trang MỞ ĐẦU .1 Chương 1 .3 TỔNG QUAN .3 1.1. Tính chất, sự tồn tại các kim loại nặng Zn, Cd, Pb, Cu trong tự nhiên, môi trường . 1.1.1. Giới thiệu về nguyên tố chì [9], [18] .3 1.1.1.1. Độc tính của chì [8], [10] .4 1.1.2. Giới thiệu về nguyên tố cađimi [8], [ 9] 5 1.1.2.1. Độc tính của cađimi 6 Bảng 1.1: Tiêu chuẩn qui định hàm lượng Pb, Cd trong nước uống .7 Bảng 1.2: Qui định lượng ăn vào tối đa cho phép hàng ngày và hàng tuần của Pb, Cd trong thực phẩm 7 1.1.3. Giới thiệu về nguyên tố kẽm [9], [10] 7 1.1.3.1. Độc tính của kẽm 8 1.1.4. Giới thiệu về nguyên tố đồng [9], [ 10] .8 1.1.4.1. Độc tính của đồng 9 1.2. Tác hại của kim loại nặng [8], [9], [11] 1.3. Các phương pháp xử lý mẫu . 1.3.1. Phân hủy mẫu bằng phương pháp ướt [19], [20] 11 1.3.2. Phân hủy mẫu bằng phương pháp khô [2], [21] 13 1.3.3. Kỹ thuật vô cơ hóa khô-ướt kết hợp [2], [19], [20] .13 1.4. Các phương pháp xác định kẽm, cađimi, chì, đồng [4], [5], [7], [11], [12], [14] 1.4.1. Phương pháp trọng lượng 14 1.4.2. Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử .14 1.4.3. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) .15 1.4.4. Phương pháp cực phổ 16 1.4.4.1. Cơ sở của phương pháp 16 1.4.4.2. Phạm vi ứng dụng của phương pháp phân tích cực phổ 17 1.4.4.3. Quy trình của phương pháp phân tích cực phổ 17 1.4.5. Phương pháp Vôn – Ampe hòa tan 18 1.4.5.1. Nguyên tắc 18 6 1.4.5.2. Kỹ thuật Vôn-Ampe xung vi phân (Differential Pulse Voltammetry) [12] .19 1.4.5.3. Kỹ thuật Vôn-Ampe vòng 20 1.4.6. Những điểm cần chú ý khi nghiên cứu phân tích vết 22 1.4.6.1. Sự nhiễm bẩn và mất chất phân tích [23], [24] 22 1.4.6.2. Thí nghiệm trắng [22], [23] 22 1.4.6.3. Các yếu tố đánh giá độ tin cậy của phương pháp phân tích [23] 22 1.4.6.3.1. Đánh giá độ lặp lại .23 1.4.6.3.2. Độ đúng [23] .23 1.4.6.3.3. Độ nhạy [23] 24 1.4.7. Các loại điện cực được sử dụng trong phương pháp Vôn –Ampe hòa tan [19], [20] 24 1.4.7.1. Điện cực màng thuỷ ngân (TMFE) 24 1.4.7.2. Điện cực giọt thuỷ ngân treo (HMDE) .25 1.4.7.3. Điện cực rắn hình đĩa (RDE) 26 1.4.8. Các phương pháp phân tích định lượng trong phân tích điện hoá [17], [23] .27 1.4.8.1. Phương pháp mẫu chuẩn 27 1.4.8.2. Phương pháp đường chuẩn .27 1.4.8.3. Phương pháp thêm chuẩn .27 Chương 2 .29 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 29 2.1. Thiết bị, dụng cụ, hoá chất 2.1.1. Thiết bị .29 2.1.2. Dụng cụ .29 2.1.3. Hoá chất 29 2.2. Pha chế dung dịch cho phép xác định Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ . 2.3. Lấy mẫu và xử lý mẫu bằng phương pháp khô ướt kết hợp . 2.3.1. Lấy mẫu .31 2.3.2. Chuẩn bị mẫu .31 2.3.3. Xử lý mẫu .31 Bảng 2.1: Qui trình phân tích bằng phương pháp khô ướt kết hợp .32 Chương 3 33 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .33 3.1. Khảo sát các điều kiện tối ưu cho phép xác định Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ . 3.1.1. Khảo sát sự xuất hiện của pic 33 7 3.1.2. Khảo sát biên độ xung .33 Bảng 3.1: Sự thay đổi chiều cao pic hòa tan anot của Zn2+, Cd2+, .34 Pb2+, Cu2+ theo biên độ xung 34 3.1.3. Khảo sát thời gian đặt xung .34 Bảng 3.2: Sự thay đổi chiều cao pic hòa tan anot của Zn2+, Cd2+, Pb2+, 35 Cu2+ theo thời gian đặt xung 35 3.1.4. Khảo sát tốc độ quét thế 35 Bảng 3.3: Sự thay đổi chiều cao pic hòa tan anot của Zn2+, Cd2+, Pb2+, 35 Cu2+ theo tốc độ quét thế 35 3.1.5. Khảo sát thời gian sục khí N2 36 Bảng 3.4: Sự thay đổi chiều cao pic hòa tan anot của Zn2+, Cd2+, Pb2+, 36 Cu2+ theo thời gian sục khí N2 .36 3.1.6. Khảo sát thời gian cân bằng 36 Bảng 3.5: Sự thay đổi chiều cao pic hòa tan anot của Zn2+, Cd2+, Pb2+, 37 Cu2+ theo thời gian cân bằng .37 3.1.7. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ các ion kim loại 37 3.1.7.1. Ảnh hưởng nồng độ của Ni2+ tới Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ trong nền đệm axetat .37 Bảng 3.6: Ảnh hưởng nồng độ của Ni2+ tới Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ 38 trong nền đệm axetat .38 Hình 3.1: Ảnh hưởng nồng độ Ni2+ tới Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ 39 trong nền axetat 39 Bảng 3.7: Ảnh hưởng nồng độ của Fe3+ tới Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ .40 trong nền đệm axetat 40 Hình 3.2: Ảnh hưởng nồng độ Fe3+ tới phép đo đồng thời 41 Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ trong nền axetat .41 3.1.7.3. Ảnh hưởng nồng độ của Pb2+ tới Cd2+ trong nền đệm axetat .42 Bảng 3.8: Ảnh hưởng nồng độ của Pb2+ tới Cd2+ trong nền đệm axetat 42 Hình 3.3: Ảnh hưởng nồng độ Pb2+ tới Cd2+ trong nền đệm axetat .43 8 3.1.7.4. Ảnh hưởng nồng độ của Zn2+ tới Cd2+ trong nền đệm axetat .43 Bảng 3.9: Ảnh hưởng nồng độ của Zn2+ tới Cd2+ trong nền đệm axetat 44 Hình 3.4: Ảnh hưởng nồng độ Zn2+ tới Cd2+ trong nền đệm axetat .44 3.1.7.5. Ảnh hưởng nồng độ của Cu2+ tới Pb2+ trong nền đệm axetat .45 Bảng 3.10: Ảnh hưởng nồng độ của Cu2+ tới Pb2+ trong nền đệm axetat 45 Hình 3.5: Ảnh hưởng nồng độ Cu2+ tới Pb2+ trong nền đệm axetat .46 3.2. Kết quả khảo sát các điều kiện tối ưu cho phép xác định đồng thời Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ . 3.3. Nghiên cứu đặc điểm khử cực của Zn2+, Cd2+, Pb2+,Cu2+ . Hình 3.6: Đường Vôn – Ampe vòng đối với nguyên tố Cd 48 Hình 3.7: Đường Vôn – Ampe vòng đối với nguyên tố Zn 48 Hình 3.8: Đường Vôn – Ampe vòng đối với nguyên tố Pb .49 Hình 3.9: Đường Vôn – Ampe vòng đối với nguyên tố Cu 49 Bảng 3.11: Tính số e tham gia phản ứng điện cực 49 3.4. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) Bảng 3.12: Kết quả ghi đo và tính toán giới hạn phát hiện (LOD), 51 giới hạn định lượng (LOQ) 51 3.5. Đánh giá độ lặp lại Hình 3.10: Kết quả ghi đo độ lặp lại các đường Vôn – Ampe hòa tan 52 của Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ .53 Bảng 3.13: Kết quả ghi đo độ lặp lại các đường Vôn –Ampe hòa tan 53 của Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ .53 3.6. Định lượng Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ trong mẫu thực phẩm . 3.6.1. Định lượng Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ trong mẫu hến Hình 3.11: Kết quả định lượng của Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ trong mẫu hến 55 3.6.2. Định lượng Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ trong mẫu tôm 55 9 Hình 3.12: Kết quả định lượng của Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ 56 trong mẫu tôm .56 3.6.3. Định lượng Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ trong mẫu trắng .56 Hình 3.13: Kết quả định lượng của Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ trong mẫu trắng .57 Bảng 3.14: Kết quả định lượng Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ 57 trong mẫu tôm và mẫu hến 57 KẾT LUẬN .59 TÀI LIỆU THAM KHẢO .60 DANH MỤC CÁC HÌNH Trang MỞ ĐẦU .1 Chương 1 .3 TỔNG QUAN .3 1.1. Tính chất, sự tồn tại các kim loại nặng Zn, Cd, Pb, Cu trong tự nhiên, môi trường . 1.1.1. Giới thiệu về nguyên tố chì [9], [18] .3 1.1.1.1. Độc tính của chì [8], [10] .4 1.1.2. Giới thiệu về nguyên tố cađimi [8], [ 9] 5 1.1.2.1. Độc tính của cađimi 6 1.1.3. Giới thiệu về nguyên tố kẽm [9], [10] 7 1.1.3.1. Độc tính của kẽm 8 1.1.4. Giới thiệu về nguyên tố đồng [9], [ 10] .8 1.1.4.1. Độc tính của đồng 9 1.2. Tác hại của kim loại nặng [8], [9], [11] 1.3. Các phương pháp xử lý mẫu . 1.3.1. Phân hủy mẫu bằng phương pháp ướt [19], [20] 11 1.3.2. Phân hủy mẫu bằng phương pháp khô [2], [21] 13 1.3.3. Kỹ thuật vô cơ hóa khô-ướt kết hợp [2], [19], [20] .13 1.4. Các phương pháp xác định kẽm, cađimi, chì, đồng [4], [5], [7], [11], [12], [14] 1.4.1. Phương pháp trọng lượng 14 1.4.2. Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử .14 1.4.3. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) .15 10 . tài Nghiên cứu xác định đồng thời hàm lượng Zn 2+ , Cd 2+ , Pb 2+ , Cu 2+ trong các mẫu thực phẩm bằng phương pháp Vôn- Ampe hòa tan anot xung vi phân ĐẠI HỌC VINH ======== CÙ THỊ QUỲNH THƠ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI HÀM LƯỢNG Zn 2+ , Cd 2+ , Pb 2+ , Cu 2+ TRONG THỰC PHẨM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VÔN - AMPE