Hình 4.9 : Đồ thị biểu diễn nồng độ As(III) từ 2ppb – 10ppb
Nhận xét: Từ hình 4.8 và 4.9 cho thấy cường độ peak As thu được tỉ lệ tuyến tính với nồng độ As (III) được đưa vào. Kết quả này là do khi nồng độ As (III) tăng lên thì số lượng hạt được khuếch tán tích góp đến điện cực tăng từ đó làm cho dòng hòa tan cũng tăng theo một cách tuyến tích.
CHƯƠNG 5 : KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA pH VÀ MỘT SỐ ION TRONG QUÁ TRÌNH PHÂN TÍCH As(III)
5.1 Khảo sát vùng pH làm việc
Khi đi vào khảo sát As (III) trong nước, thì các mẫu lấy được sẽ có độ pH khác nhau. Vì vậy một yêu cầu đặt ra là phải khảo sát ảnh hưởng của độ pH dung dịch mẫu lên kết quả khảo sát As (III). Chúng tôi tiến hành khảo sát độ pH của dung dịch trong khoảng nhỏ hơn 5 để xác định mức độ ảnh hưởng của độ pH lên cường độ peak As(III) thu được để từ đó có thể xác định hướng thực nghiệm tiếp theo
Bảng 5.1 Những thông số thực nghiệm trong quá trình khảo sát ảnh hưởng của độ pH.
Dung dịch nền H3PO4 1M Vdeposition - 0,25V Tdeposition 100s Tequare 5s Vinitial -0,3V Vfinal 0,55V Tốc độ quét 1V/s Sale 10ml Nồng độ As(III) 50ppb
Hình 5.1: Ảnh hưởng của độ pH (2-5) đến cường độ peak As (III).
Từ kết quả thực nghiệm trên, chúng tôi nhận thấy khi dung dịch có độ pH trong khoảng 2 – 5 hầu như không ảnh hưởng đến cường độ peak As (III) thu được (khoảng thay đổi 15nA – 20nA). Vì vậy chúng tôi chọn pH trong khoảng 5 đến 9 để khảo sát sự ảnh hưởng của độ pH trong quá trình khảo sát As (III).
Sự thay đổi pH sẽ làm thay đổi dạng cấu trúc của As, do đó có thể dẫn đến các sự thay đổi của kết quả phân tích As (III). Trong thí nghiệm của chúng tôi, chúng tôi thay đổi pH của dung dịch và với mỗi độ pH sẽ ứng với 1 cường độ peak của As(III) được thu lại và so sánh. Kết quả được thể hiện trong hình 5.2
Hình 5.2 : Ảnh hưởng của pH dung dịch từ 5 - 9 lên cường độ peak As(III).
Từ kết quả thực nghiệm thu được cho thấy khi độ pH (trục hoành của hình 5.2) có giá trị thay đổi trong khoảng 5 – 9 thì cường độ peak As (III) (trục tung) thu được có sự thay đổi rất ít (dao động trong khoảng biến thiên 50nA). Kết quả này là do trong quá trình phân tích chúng tôi sử dụng dung dịch nền là H3PO4 nồng độ 1M, vì vậy nó làm cho độ pH chuyển từ kiềm qua độ pH của axit.
Chúng tôi nhận thấy rằng khi độ pH(trục hoành) thay đổi từ 5 – 9 có tỉ lệ phần trăm ảnh hưởng (trục tung) biến thiên trong khoảng rất nhỏ (< 5%) lên cường độ peak As (III) thu được. Điều này chứng tỏ rằng: ảnh hưởng của độ pH của môi trường trong quá trình phân tích As (III) cũng có, nhưng mức độ ảnh hưởng là không quá nhiều.
5.2 Kết luận về ảnh hưởng của độ pH đến kết quả phân tích As (III) trong môi trường nước
Như chúng ta đã biết, môi trường nước sinh hoạt thường có pH thay đổi xung quanh giá trị pH = 7. Tuy nhiên các kết quả nghiên cứu của chúng tôi trong vùng pH rộng hơn (pH = 5 - 9) cho thấy độ pH có ảnh hưởng không nhiều đến kết quả phân tích As (III) bằng chip sợi nano vàng. Vì vậy việc sử dụng chip sợi nano vàng để phân tích As (III) từ mẫu nước trong thực tế sẽ bị ảnh hưởng đáng kể. Vì vậy yêu cầu đặt ra khi khảo sát thực tế là phải loại bỏ ảnh hưởng của pH của mẫu nước trước để thu được kết quả chính xác hơn
5.3 Khảo sát ảnh hưởng của một số ion (Pb2+,Zn2+, Fe2+,Cu2+, As(V)…) trong quá trình khảo sát As (III)
Trên thực tế, trong các mẫu nước ngầm, mẫu nước bế mặt, và mẫu nước thải thường tồn tại những ion như : Pb2+, Fe2+, Zn2+,Cu2+,Fe3+,... Do quá trình tích góp As (III) được thực hiện ở thế - 0,25V, ở thế này một số ion kim loại có khả năng tham gia phản ứng điện cực làm cho điện cực bị nhiễm bẩn. Ngoài ra, sự xuất hiện của các ion này còn làm ảnh hưởng đến lượng ion có trong dung dịch, và có khả năng phản ứng với As (III) làm ảnh hưởng đến kết quả thu được. Vì vậy trong phần này, chúng tôi sẽ tiến hành khảo sát mức độ ảnh hưởng của một số ion có trong nước đến kết quả phân tích As (III).
Bảng 5.2 Những thông số thực nghiệm quá trình khảo sát ảnh hưởng của các ion.
Dung dịch nền H3PO4 1M Vdeposition - 0,25V Tdeposition 100s Tequare 5s Vinitial -0,3V Vfinal 0,55V Tốc độ quét 1V/s Sale 10ml Nồng độ As(III) 50ppb
5.3.1 Ảnh hưởng của ion Cu2+
Thế của cặp ECu2+/Cu = +0,34V, vậy ion Cu2+ có tính oxi hóa khá mạnh, trong khi thế điện phân As (III) là -0,25V. Do đó chúng tôi tiên đoán rằng ion Cu2+ gây ảnh hưởng mạnh đến quá trình khảo sát As. Trong thí nghiệm này nồng độ As(III) được lấy là 50ppb, và tỉ lệ giữa ion Cu2+ và As(III) được khảo sát và thu được kết quả ở bảng 5.3 và hình 5.3.
Bảng 5.3 : Thông số thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của ion Cu2+
Nồng độ ion Cu2+(ppb) Ipeak(nA) KBÔ Ipeak(nA)
0 243 101 10 236 20 20 203 151 30 176 48 40 148 36 50 137 110 100 90 83 150 42 25 200 25 12 250 16 5
Hình 5.3: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của ion Cu2+ đến cường độ peak As(III) Chúng tôi nhận thấy rằng do ion Cu2+ có tính oxi hóa mạnh nên dễ bị tích góp trên điện cực, quá này này sẽ cạnh tranh với quá trình tích góp As (III). Do đó, khi tăng nồng độ Cu2+ điện cực sẽ bị nhiễm bẩn làm cho quá trình tích góp As (III) bị ảnh hưởng kết quả là cường độ peak thu được giảm. Từ thực nghiệm ta thấy ở nồng độ 20ppb của ion Cu2+ thì bắt đầu gây ảnh hưởng. Và khi chúng tôi tiếp tục tăng nồng độ bon Cu2+ vào dung dịch (từ 30 – 150ppm) tức là tỉ lệ nồng độ giữa As (III) : Cu2+ là 5:1 rồi giảm xuống 1:4 thì cường độ peak tiếp tục giảm mạnh. Khi nồng độ ion Cu2+ > 150ppm thì peak của As (III) hầu như không còn.
5.3.2 Ảnh hưởng của ion Fe2+
Trong thí nghiệm này nồng độ Fe2+ thay đổi từ 0ppb đến 150ppb. Kết quả thu được ở bảng 5.4 và hình 5.4.
Bảng 5.4 : Thông số thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của ion Fe2+. Nồng độ ion
Fe2+(ppb)
Ipeak(nA) KBÔ Ipeak (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
0 250 41 10 243 37 20 240 28 30 233 45 40 235 23 50 228 51 100 217 36 150 211 21 200 204 18
Hình 5.4 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của ion Fe2+ đến cường độ peak As (III) Thế cặp oxi hóa khử EFe2+/Fe = -0,76V, trong khi thế điện phân tích góp As (III) là - 0,25V. Do đó trong quá trình phân tích As (III) thì ion Fe2+ gây ảnh hưởng đến cường độ peak As (III) thu được không nhiều. Thực nghiệm cho thấy, khi nồng độ Fe2+ còn ít hơn nồng độ As (III) thì cường độ peak giảm rất ít. Khi nồng độ Fe2+ tăng lên đến 200 ppb tức là tỉ lệ giữa As (III) : Fe (II) là 1:4 thì cường độ peak As (III) thay đổi nhưng không quá nhiều.
5.3.3 Ảnh hưởng của ion Pb2+
Nước tự nhiên và nước ngầm có nồng độ ion Pb2+ trong khoảng từ vài ppb đến vài chục ppb. Do đó Pb2+ có khả năng ảnh hưởng lên kết quả của phương pháp. Vì vậy chúng tôi tiến hành khảo sát nồng độ của Pb2+ trong khoảng 10 ppb đến 150ppb. Còn nồng độ As (III) được lấy khảo sát là 50ppb. Kết quả thu được thể hiện ở bảng 5.5 và hình 5.5.
Bảng 5.5: Thông số thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của ion Pb2+
Nồng độ Pb2+(ppb) Ipeak(nA) KBÔ Ipeak(nA)
10 249 28 20 245 31 30 238 24 40 230 19 50 206 42 60 194 32 100 197 27 150 190 18
Hình 5.5 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của ion Pb2+ đến cường độ peak As (III). Chúng tôi nhận thấy khi nồng độ Pb (II) ở mức 30ppb thì cường độ peak As (III) thu được bắt đầu giảm. Nhưng khi tiếp tục tăng nồng độ Pb (II) lên cao hơn và cuối cùng là tăng lên 150ppb tức là tỉ lệ nồng độ giữa Pb (II): As (III) là 1:3 thì peak thu được giảm không đáng kể (thay đổi khoảng < 10%) nên khi khảo sát mẫu nước tự nhiên có nồng độ Pb (II) thấp thì chúng ta không cần loại bỏ Pb (II) ra khỏi dung dịch. Nhưng để thu được kết quả chính xác nhất chúng ta nên loại bỏ Pb (II) ra khỏi dung dịch.
5.3.4 Ảnh hưởng của ion Zn2+
Trong thí nghiệm này ion Zn2+ được pha từ Zn(CH3COO)2 và có nồng độ thay đổi từ 10ppb đến 150ppb. Kết quả thực nghiệm thể hiện trong bảng 5.6 và hình 5.6:
Bảng 5.6 : Thông số thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của ion Zn2+ Nồng độ Zn2+(ppb) Ipeak(nA) 10 251 20 242 30 248 40 238 50 234 100 240 150 246
Hình 5.6 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của ion Zn2+ đến cường độ peak As (III). Nhận xét : Vì thế oxi hóa khử của cặp Zn2+/Zn là -0,76V trong khi thế tích góp As (III) là -0,25V. Kết quả thực nghiệm cho thấy cường độ peak As (III) thay đổi rất ít (< 15nA) khi nồng độ ion Zn2+ tăng lên nhiều. Sau đó tiếp tục tăng nồng độ Zn (II) thì peak không giảm nữa. Vì vậy hầu như ion Zn2+ không ảnh hưởng đến kết quả của quá trình phân tích As (III).
5.3.5 Ảnh hưởng của ion NO-3 và SO42-
Ngoài việc khảo sát ảnh hưởng của các ion dương đã nêu trên, chúng tôi còn tiến hành khảo sát ảnh hưởng của ion NO-3 và SO42. Vì trong quá trình làm thực nghiệm HNO3 và H2SO4 thường được sử dụng để bảo quản và xử lý mẫu với nồng độ trong khoảng từ 0.01M đến 0.1M, nên phải tiến hành khảo sát ảnh hưởng của ion NO-3 và SO42 để chọn những điều kiện thích hợp để bảo quản và xử lý mẫu đạt kết quả tốt nhất.
Trong thí nghiệm này, nồng độ NO-3 và SO42- được thay đổi trong khoảng 0.0025M đến 0.1M. Còn nồng độ As(III) là 50ppb. Kết quả thực nghiệm thu được thể hiện trong bảng 5.7 và hình 5.7.
Bảng 5.7: Các thông số thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của ion NO-3 và SO42-
Nồng độ mol CM(M) NO3- SO42-
0.0 251 252 0.0025 248 247 0.0075 242 245 0.015 239 240 0.025 246 236 0.04 241 228 0.07 237 234 0.1 233 221
Hình 5.7: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của ion NO-3 và SO42- đến cường độ peak As (III)
Thực nghiệm cho thấy khi nồng độ NO-3 và SO42- lên đến 0.1M thì vẫn không ảnh hưởng đến cường độ peak As (III) thu được. Cụ thể là khi nồng độ vào khoảng 0.05M thì hầu như không có thay đổi cường độ peak As (III) thu được ( khoảng tỉ lệ phần trăm ảnh hưởng là < 4%). Nguyên nhân của kết quả trên là do hai ion này trơ về mặt điện hóa trong khoảng thế xác định và không gây phản ứng hóa học lên As (III) trong dung dịch. Vì vậy, có thể dùng hai axit này để bảo quản và xử lý mẫu xác định As (III).
5.4 Kết luận về ảnh hưởng của các ion đến kết quả phân tích As (III)
Sau khi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của một số ion khác. Chúng tôi đã thu được các kết quả trình bày ở hình 5.8.
Hình 5.8: Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng của một số ion lên quá trình khảo sát As (III) Từ hình 5.8 trên trục hoành là các ion chúng tôi đã khảo sát, trục tung thể hiện mức độ gây ảnh hưởng của các ion này. Với nồng độ của As (III) là 50ppb và các ion khác có tỉ lệ tương ứng được nêu ở các phần trên chúng tôi nhận thấy ảnh hưởng của các ion trong quá trình khảo sát As (III) cũng không đáng kể. Các ion như : Zn2+,Pb2+,
Fe2+,NO3-,SO2-4 … có tỉ lệ ảnh hưởng rất ít (khoảng 5% - 7%) đến cường độ peak As
(III) thu được. Vì vậy, trong quá trình khảo sát As (III) chúng ta nên loại bỏ các ion trên để thu được kết quả chính xác nhất về cường độ peak As (III). Riêng ion Cu2+ có ảnh hưởng khá nhiều nên chúng ta bắt buộc phải tìm phương pháp loại bỏ nó trong quá trình khảo sát As (III) để thu được kết quả chính xác.
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. Kết luận
Dựa trên các kết quả thực nghiệm thu được chúng tôi kết luận là việc sử dụng điện cực sợi nano vàng để xác định nồng độ As(III) trong nước bằng phương pháp Von – ampe hòa tan đạt được kết quả khả quan : (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nồng độ As(III) xác định được tương đối chính xác, rõ ràng, độ lặp lại cao.
Độ pH của môi trường (trong khoảng pH= 1 – 9) có ảnh hưởng đến quá trình phân tích As bằng điện cực sợi nano vàng nhưng không nhiều. Vì vậy,nếu chúng ta sử dụng chíp chứa sợi nano vàng để phân tích As trong các môi trường có độ pH khác nhau thì phải loại bỏ ảnh hưởng của pH của dung dịch mẫu để thu được kết quả chính xác.
Mức độ ảnh hưởng của một số ion tạp chất có trong nước như : Zn2+,Pb2+ ,Fe2+, NO3-,SO2-4 ……...đến quá trình phân tích As đã được khảo sát. Kết quả phân tích cho thấy các ion này có ảnh hưởng nhưng không nhiều đến tính chính xác của phép phân tích As(III). Ngoại trừ trường hợp của ion Cu2+ có ảnh hưởng nhiều đến kết quả thu được.
Các kết quả phân tích As(III) sử dụng sợi nano Au có độ chính xác cao, dụng cụ thực nghiệm và máy móc đo đặc không quá phức tạp, chi phí phân tích không quá cao, không gây ra chất thải có hại cho môi trường. Do đó công nghệ có thể được hoàn thiện để vận dụng vào xác định As trong nước trong thực tế..
Hướng phát triển
Tiếp tục nghiên cứu để tìm ra giải pháp loại bỏ hoàn toàn ảnh hưởng của các yếu tố như : pH, ion tạp chất, nhiệt độ... đến kết quả thu được.
Tiếp tục hoàn thiện công nghệ chế tạo sợi nano Au để hạ giá thành chế tạo chip sợi nano Au xuống thấp hơn nữa.
Chế tạo thiết bị đo điện hóa chuyên dụng, có kích thước nhỏ, gọn, và chỉ cần một chức năng phân tích As, xây dựng thành quy trình phân tích As tối ưu… để mở ra khả năng đưa kĩ thuật phân tích này vào thực tế cuộc sống.
Xây dựng quy trình xử lý mẫu để xác định As tổng và As(III) trong các mẫu nước thải , thực phẩm và trong đất . Các loại mẫu này chứa hàm lượng chất gây ảnh hưởng cao và phức tạp .
TÀI LIỆU THAM KHẢO.
1. Nguyễn Khắc Vinh, Đặng Trung Thuận, Mai Trọng Nhuận, Phạm Hùng
Việt (2001), Hiện trạng ô nhiễm arsen ở Việt Nam, Cục địa chất và khoáng sản
Việt Nam.
2. Phạm Ngọc Hồ (2000), Một số kết quả nghiên cứu Arsen trong môi trường không khí đô thị, Hội thảo quốc tế về ô nhiễm asen, Hà Nội 12/2000.
3. Đặng Mai (2000), Dị thường asen trong vùng Đồi Bù, Hội thảo quốc tế
về ô nhiễm asen, Hà Nội 12/2000.
4. Từ Vọng Nghi, Trần Tứ Hiếu(1989), Cơ sở hóa phân tích tập 1, dịch từ
tiếng Nga,Nxb Đại học và trung học chuyên nghiệp Hà Nội.
5. Hien Duy Tong et al., Wafer-scale Encapsulated 2 Dimensional Nanochannels and Its Application toward Visualization of Single Molecules,
submitted to ACS nano, 2011.
6. GS. Pham Hung Viet, Retardation of arsenic transport through a Pleistocene aquifer, Nature, Vol. 501, p. 204-207, 9/2003..
7. http://www.sws.uiuc.edu/gws/arsenic/ilsources.asp.
8. http://www.naisu.info/arsenic - 2002.htm.
9. Water technology (4/1999), United States, pp.43. 10. http://cordis.europa.eu/fp7/home_en.html
11. http://beforeitsnews.com/story/34/703/Dutch_Government_Budgets_279 _Million_for_Netherlands_Nanotechnology_Initiative_from_2011-2014.html).
12. http://www.nanovip.com/node/54038
13. Cui, C. M. Lieber, Functional Nanoscale Electronic Devices Assembled Using Silicon Nanowire Building Blocks, Science, 291, 851, 2001.
14. Gengfeng Zheng et al., Multiplexed electrical detection of cancer markers with nanowire sensor arrays, Nature Biotechnology 23, 1294 - 1301
(2005).
15. Tong Duy Hiena,b, Tran Nhan Aia, Le Dang Khoaa, Le Thanh Tuyena Dang Mau Chiena , Fabrication of wafer-scale platinum nanowires and its application in glucose detection .LNT. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
16. F. Patolsky, B.P. Timko, G. Zheng and C.M. Lieber, "Nanowire-Based Nanoelectronic Devices in the Life Sciences" MRS Bull. 32, 142-149, 2007.
17. Lei Xiao, Gregory G. Wildgoose, Richard G. Compton, Analytica
Chimica Acta, Sensitive electrochemical deetection of arsenic (III) using gold nanoparticle modified carbon nanotubes via anodic stripping voltammetry, 620
(2008), 44-49.
18. Hong li, Ronald B.Smart (1995), Determination of Sub – nanomolar concentration of asenic (III) in natural waters by square wave cathodic stripping voltammetriy, Analytica Chimica Acta 325 (1996), 25 – 32.
19. Ram S.sadana (1983), Determination arsenic in the presence of copper by differential pulse cathodic stripping voltammetriy with the hanging mercury