Xác định hàm lượng kim loại nặng trong nước thải và nước sinh hoạt bằng phương pháp Von - Ampe hòa tan anot xung vi phân voltamperơ

Cơ sở lý thuyết của phương pháp Von - Ampe hòa tan

- Sử dụng điện cực giọt Hg sẽ thuận lợi cho việc chọn điều kiện phân tích nhƣ chọn thành phần dung dịch nền, chọn thế điện phân đặc biệt khi phân tích các kim loại trong mẫu có thành phần phức tạp, vì ta có thể tham khảo, nghiên cứu những tài liệu rất phong phú về phân tích cực phổ để biết tính chất cực phổ của các chất khử khác nhau trong các nền khác nhau. Trong trường hợp này, quá trình hoà tan là quá trình anot và phương pháp phân tích được gọi là phương pháp Von-Ampe hoà tan anot (Anodic Stripping Voltammetry,viết tắt là ASV).Trong trường hợp ngƣợc lại, nếu quá trình điện phân làm giàu chất cần phân tích trên bề mặt điện cực làm việc là quá trình oxi hoá anot thì quá trình phân cực hoà tan là quá trình catot và phương pháp phân tích đươc gọi là phương pháp Von-Ampe hoà tan catot (Cathodic stripping Voltammetry, viết tắt là CSV).

Các hướng ứng dụng và phát triển của phân tích Von-Ampe hoà tan

- Quy trình phân tích của phương pháp đơn giản, khi phân tích có thể không cần hoặc chỉ cần phải xử lý mẫu rất ít, thể tích mẫu dùng cho một phép phân tích rất nhỏ, không cần phải dùng các kỹ thuật che, tách do đó tiết kiệm đƣợc thời gian, công sức, hoá chất và tránh đƣợc tối đa sai số do xử lý mẫu hoặc do sự nhiễm bẩn hoá chất đƣa vào. Trong thực phẩm thường có các kim loại nặng và độc như Pb trong sữa; Pb, Cu, Sn trong nước giải khát Coca Cola; Zn, Cd, Cu trong gạo, bơ; Pb, Sn trong các loại nước cam hộp, vì vậy phải kiểm soát hàm lượng của chúng, đảm bảo anh toàn về thực phẩm..để định lượng chúng, người ta thường dùng phương pháp Von – Ampe hoà tan.

Một số phương pháp phân tích xác định lượng vết các kim loại nặng

Phương pháp hấp thụ nguyên tử có độ chính xác cao cũng có thể dùng để xác định hàm lƣợng vết các kim loại, nhƣng thiết bị cũng đắt tiền, quá trình chuẩn bị mẫu lại phức tạp, dễ gây nguy hiểm khi sử dụng các bình khí. Các phương pháp phân tích điện hóa, đặc biệt phương pháp Von-Ampe hòa tan có độ nhạy cao và có ƣu điểm nổi bật rất thuận lợi cho việc xác định chính xác vết kim loại và các hợp chất độc hại trong nhiều đối tƣợng khác nhau.

Sử dụng phương pháp Von-Ampe hoà tan để phân tích lượng vết các kim loại nặng

Sử dụng phương pháp Von-Ampe hoà tan để phân tích lượng vết các kim.

THỰC NGHIỆM

• Thiết bị, dụng cụ và hoá chất 1 Dụng cụ
• Kỹ thuật thực nghiệm
• Điều kiện tối ƣu xác định kẽm, cađimi, chì, đồng 1 Khảo sát ảnh hưởng của môi trường phân tích

Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến tín hiệu hòa tan ghi được (thế đỉnh Ep. và dòng hòa tan Ip của chất phân tích) để tìm đƣợc các điều kiện tối ƣu cho độ nhạy cao chính xác (hay giá trị Ip lớn và lặp), độ phân giải đỉnh tốt (tách píc), ít hoặc không bị ảnh hưởng của các chất cản trở. Để đƣa ra đƣợc một quy trình tối ƣu, có độ nhạy, độ lặp, độ chính xác cao, độ chọn lọc cao nhằm định lượng hết các ion kim loại Cu, Zn, Pb, Cd bằng phương pháp Von-Ampe hoà tan, chúng tôi tiến hành khảo sát các điều kiên tối ƣu cho các quá trình phân tích điện hoá. Tất cả các kết quả thực nghiệm thu đƣợc khi khảo sát điều kiện tối ƣu, xây dựng đường chuẩn, đánh giá đường chuẩn, tính hàm lượng trong mẫu được tiến hành xử lí trên Microsoft Excel, xử lí thống kê toán học và tính toán trên chương trình Turbo Pascal đã đƣợc lập trình (phần phụ lục 1).

Mục đích của việc chọn thế điện phân tối ƣu là để kết tủa làm giàu tốt các cation kim loại cần xác định (Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ ) lên bề mặt điện cực, đồng thời có thể hạn chế đến mức tối đa các cation kim loại khác kết tủa theo lên bề mặt điện cực nhằm làm tăng độ nhạy và độ chọn lọc của phép đo. Tuy nhiên, để tránh kết tủa các tạp chất và tránh sự khử ion H+ tạo thành bọt khí H2 bám trên bề mặt điện cực ngăn cản sự khử ion cần xác định và giảm lƣợng kết tủa của nó, nên chúng tôi quyết định lựa chọn thế làm giàu là Eđp=-1,2V cho các phép phân tích sau này. Trong phương pháp phân tích điện hoá hoà tan để hạn chế ảnh hưởng của dòng tụ điện, người ta có thể dùng các phương pháp khác nhau, trong đó thường dùng kĩ thuật xung vi phân (DPP).Tức là, trên khung điện áp biến đổi một chiều, người ta đặt thêm một xung vuông góc với biên độ thay đổi trong khoảng 10100mV và độ dài xung từ 40100s.

Ngƣợc lại khi tốc độ quét thế chậm, độ lặp lại của phép đo cao, píc thu đƣợc có hình dạng nhọn và cân đối, đặc biệt là có thể tách đƣợc các pic riêng biệt đối với các nguyên tố có pic gần nhau trên đường cực phổ, song đường cực phổ thu được lại không trơn.

Kconst

Xác định hàm lƣợng các chất phân tích

• Phương pháp thêm chuẩn

Trong phương pháp Von-Ampe hoà tan xác định lượng các chất có trong dung dịch mẫu phân tích, chúng ta thường dùng phương pháp đường chuẩn và phương pháp thêm chuẩn. Dựa vào kết quả trong bảng 3.22 và hình 3.16 ta thấy: Trong khoảng nồng độ khảo sát thì giá trị Ip tăng tỷ lệ thuần với nồng độ các ion nghiên cứu, khoảng tuyến tính khác nhau đối với mỗi nguyên tố khác nhau. Từ kết quả ở bẳng 3.22, chúng tôi tiến hành xử lý thống kê xây dựng đường chuẩn của bốn nguyên tố theo phương pháp bình phương tối thiểu trên chương trình turbo Passcal đã đƣợc lập trình sẵn (xem phần phụ lục) và vẽ trên phần mềm Excel.

Để đánh giá độ chính xác của các đường chuẩn xây dựng trên chúng tôi tiến hành phân tích hàm lƣợng các ion kim loại (Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+) trong 3 mẫu tự tạo (đã biết chính xác nồng độ), những mẫu này đƣợc pha từ dung dịch chuẩn gốc nồng độ 1000 mg/l. Tiến hành đo ghi ở các điều kiện như khi xây dựng đường chuẩn và xác định lại nồng độ theo đường chuẩn, lặp lại phép đo 10 lần và xử lí kết quả đo được bằng thống kê toán học. Dưới đây là kết quả kiểm tra độ chính xác của các đường chuẩn, để thuận lợi cho việc theo dừi, chỳng tụi chỉ đưa vào kết quả kiểm tra đường chuẩn của kẽm, còn lại các kết quả khác đƣợc trình bày trong phần phụ lục.

Sử dụng khoảng tuyến tính giữa chiều cao pic hoà tan (Ip) vào nồng độ các ion kim loại (Cm) khi xây dựng đường chuẩn xác định được ở phần trên, chúng tôi tiến hành nhƣ sau : vẽ và ghi giản đồ von-Ampe hòa tan của dung dịch X (có nồng độ CX chƣa biết), từ giản đồ xác định chiều cao IX của pic.

Áp dụng phương pháp thêm chuẩn để xác định hàm lượng kẽm, cađimi, chì, đồng trong mẫu nước sinh hoạt và nước thải

Vì vậy trong luận văn này chúng tôi sử dụng phương pháp thêm chuẩn vào việc xác định hàm lượng vết kim loại trong nước sinh hoạt và nước thải. Từ số liệu thực nghiệm thu đƣợc khi đo chiều cao dòng hoà tan chúng tôi tiến hành vẽ đồ thị trên phần mềm Excel và xử lý thống kê kết quả theo phương pháp hồi quy tuyến tính đã dƣợc lập trình theo ngôn ngữ Turbo Pascal (phần phụ lục). Chúng tôi tiến hành xử lý các mẫu nước sinh hoạt như đã nêu ở trên, chuẩn bị dung dịch đo và tiến hành đo ở các điều kiện như mẫu nước sinh hoạt số 1.

- Địa điểm lấy mẫu: Gia đình nhà ông Đinh tiến Thành - Xóm 11- Thị trấn Sông cầu - Huyện Đồng Hỷ- Thành Phố Thái Nguyên. Từ số liệu thực nghiệm thu đƣợc khi đo chiều cao dòng hoà tan chúng tôi tiến hành vẽ đồ thị trên phần mềm Excel và xử lý thống kê kết quả theo phương pháp hồi quy tuyến tính đã dƣợc lập trình theo ngôn ngữ Turbo Pascal (phần phụ lục). So với TCVN 5945-1995 về chất lượng nước thải công nghiệp thì chúng tôi thấy rằng hàm lượng kẽm , cađimi, chì và đồng trong 4 mẫu nước thải trên (lấy trong mùa hè và mùa thu) đều không vượt quá giới hạn cho phép.Như vậy, nước thải ở các địa điểm lấy mẫu chƣa bị ô nhiễm bởi các kim loại nặng kẽm, cađimi, chì và đồng.Tuy nhiên hàm lƣợng các kim loại đó cũng gần tiêu chuẩn cho phép, do đó cần có những biện pháp cải tạo và quản lý thích hợp tránh tình trạng ô nhiễm và bảo vệ môi trường.

Vì thời gian nghiên cứu có hạn nên muốn có kết quả chính xác hơn thì cần phải lấy mẫu hàng ngày tại nhiều thời điểm khác nhau (sáng, trƣa, chiều, tối) và trong nhiều tháng trong các mùa khác nhau đem phân tích, lấy kết quả đánh giá, so sánh với kết quả phân tích được bằng phương pháp khac nhau như phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử, kích hoạt nơtron..thì kết quả mới đảm bảo chính xác và thuyết phục hơn.