- Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật hóa hơi lạnh phân tích thủy ngân bán tự động Model HG-201, Sanso Seisakusho Co., Tokyo, Nhật Bản.
- Cân phân tích chính xác đến 10-5g của hãng Satorius. - Máy li tâm Kobuta tốc độ tối đa 12000 vòng/phút. - Bộ cất thuỷ ngân bằng thuỷ tinh.
- Bình phản ứng 50 ml, cao 120 mm. - Bình định mức 50 ml, 100 ml, 500 ml, 1000 ml. - Các loại pipet 1,2,5,10 ml. - Cốc thủy tinh 50, 80, 100 ml. - Lọ đựng mẫu trầm tích. 2.5.2. Hóa chất
Do yêu cầu nghiêm ngặt của phép đo nên nước cất, hóa chất phải có độ tinh khiết cao, trong quá trình nghiên cứu chúng tôi đã dùng các hóa chất:
1. Axit HNO3 65% Merck, Suprapure
2. Axit HClO4 72% Merck, Suprapure
3. Axit H2SO4 98% Merck, Suprapure
4. SnCl2 Merck, PA
5. CHCl3 Merck, Suprapure
6. Dithizon Merck, Suprapure
9. Muối metyl thuỷ ngân clorua (CH3HgCl) Merck 10. Mẫu trầm tích chuẩn: MESS-3 và CMR-580
Do Hg trong trầm tích có hàm lượng vết nên để tránh tối đa sự nhiễm bẩn, tất cả các dụng cụ sử dụng để phân tích đều được ngâm bằng HNO3 trong 24h, ngâm trong dung dịch hỗn hợp KMnO4 0,04% và H2SO4 0,75M, sau đó được rửa bằng nước cất hai lần và cuối cùng tráng lại bằng nước cất Milli - Q.
2.5.3. Chuẩn bị hoá chất và dung dịch chuẩn
1. Dung dịch H2SO4 0,05M: Hút 1,33 ml H2SO4 đặc 98% định mức bằng nước cất Mili - Q đến 500ml.
2. Dung dịch Na2S2O3 0,01M: Hoà tan 0,6205 gam Na2S2O3 bằng nước cất và định mức tới vạch 250ml.
3. Dung dịch KMnO4 0,04% trong H2SO4 0,75M: Hoà tan 0,4 gam KMnO4 bằng nước cất, hút thêm 40 ml H2SO4 đặc cho vào và định mức đến vạch 1 lít bằng nước cất. Dung dịch thu được sau khi pha được cho vào bình thuỷ tinh tối màu.
4. Dung dịch SnCl2 10%: Hoà tan 11,9 gam SnCl2.2H2O trong 9 ml HCl, thêm nước cất và định mức đến 100 ml. Sau đó sục khí N2 với tốc độ 100 ml/phút trong 20 phút. Dung dịch được đựng trong chai thuỷ tinh tối màu và được bảo quản lạnh. Trước khi sử dụng lấy 10 ml dung dịch SnCl2 10% cho vào bình 50 ml và định mức bằng HCl 3%.
5. Dung dịch Hydroxylamin clohydrat (NH2OH.HCl)20%: Cân 20g NH2OH.HCl hoà tan bằng nước cất và thêm nước cất tới vạch 100 ml.
Chương 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử của thủy ngân
Kết quả nghiên cứu khảo sát và thu thập từ tài liệu tham khảo cho thấy phương pháp đo quang phổ hấp thụ nguyên tử của thủy ngân sử dụng kỹ thuật hoá hơi lạnh trên hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử kết hợp kỹ thuật hóa hơi lạnh phân tích thủy ngân bán tự động Model Hg 201 - Semi với các thông số như sau:
Bảng 3.1. Các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử của thủy ngân
Các thông số Các điều kiện được lựa chọn
Nguồn sáng Đèn thủy ngân MU25L-VQ
Bước sóng 253,7 nm
Độ nhạy 8,5
Thời gian đo 60 giây
Thể tích mẫu đo (ml) 5 ml
3.2. Quy trình phân tích tổng thủy ngân
Từ việc lựa chọn các điều kiện tối ưu như các loại axit, nồng độ axit, chiều dài bình phản ứng, nhiệt độ, thời gian vô cơ hoá mẫu và điều kiện đo phổ của thủy ngân. Quy trình phân tích tổng thủy ngân trong mẫu động vật hai mảnh được đưa ra dưới đây:
Cân chính xác 1 gam mẫu trầm tích vào bình phản ứng 50 ml, lần lượt cho vào bình 2 ml hỗn hợp axit HNO3 - HClO4 đậm đặc tỉ lệ 1:1, 5 ml dung dịch H2SO4 đặc và đun ở nhiệt độ 220°C trong 30 phút. Mẫu sau khi được phân hủy hết để nguội và định mức đến 50 ml sau đó lấy 5 ml đo phổ hấp thụ
nguyên tử của thủy ngân theo kỹ thuật hoá hơi lạnh.
Sơ đồ 3.1. Quy trình phân tích tổng thủy ngân trong trầm tích
3.2.1. Xây dựng đường chuẩn thủy ngân tổng số
Pha một dãy các dung dịch có nồng độ Hg2+ lần lượt tương ứng là: 10 µg/l; 20 µg/l; 30 µg/l; 40 µg/l; 50 µg/l từ dung dịch chuẩn Hg2+ 1000 ppm của Merk, hút lần lượt trong mỗi dung dịch 1 ml cho vào bình phản ứng 50 ml, tiến hành quá trình vô cơ hoá như mẫu thật: cho vào mỗi bình 2 ml HNO3 - HClO4 (1:1) và 5 ml H2SO4 đặc rồi đun trên bếp điện có điều khiển nhiệt độ ở 220°C trong 30 phút, sau đó để nguội định mức bằng nước cất đến mức 50 ml. Ta được các dung dịch tương ứng với các nồng độ Hg2+ lần lượt là: 0,2 µg/l; 0,4 µg/l; 0,6 µg/l; 0,8 µg/l; 1,0 µg/l.
Lấy 5 ml dung dịch cho vào bình phản ứng với SnCl2 10% và tiến hành ghi đo phổ hấp thụ nguyên tử của thủy ngân theo kỹ thuật hoá hơi lạnh theo các điều kiện tối ưu đã được lựa chọn. Hàm lượng thủy ngân trong dung dịch phân tích theo các điều kiện tối ưu đã được lựa chọn. Phổ AAS của thủy ngân đo được khi xây dựng đường chuẩn được thể hiện trong Hình
Mẫu trầm tích (1 gam)
Mẫu được vô cơ hoá
Dung dịch AAS 2 ml HNO3 – HClO4 5 ml H2SO4 Đun nóng trong 30 phút ở 2500C Làm lạnh Định mức đến 50 ml
Kết quả và nồng độ thủy ngân được đưa ra ở Bảng 3.2.
Hình 3.1. Phổ AAS của thủy ngân khi xây dựng đường chuẩn
Bảng 3.2. Xây dựng đường chuẩn xác định tổng thủy ngân
Nồng độ (ppb) Chiều cao pic (mm)
Mẫu trắng 5 0,2 23 0,4 47 0,6 68 0,8 91 1,0 112
Kết quả xây dựng đường chuẩn tổng thủy ngân được thể hiện dưới Hình 3.2.
Hình 3.2. Đường chuẩn xác định tổng thủy ngân
Đường chuẩn trên Hình 3.2 có độ dốc b = 108,57 và hệ số tương quan R2 = 0,999. Với thể tích mẫu là 5 ml thì khoảng tuyến tính trong khoảng từ 0,2 đến 1,0 ppb (hay µg/l) do đó phù hợp để phân tích hàm lượng vết nguyên tố Hg trong các mẫu trầm tích.
3.2.2. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ)
Giới hạn phát hiện là nồng độ thấp nhất của chất phân tích có thể phát hiện được, nồng độ này lớn hơn mẫu trắng với độ tin cậy là 99%.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi xác định giới hạn phát hiện của phương pháp bằng cách đo lặp lại 10 lần mẫu dung dịch chuẩn thủy ngân có nồng độ 0,10 µg/l, các điều kiện thiết lập như khi lập đường chuẩn, chấp nhận sự sai khác giữa độ lệch chuẩn của mẫu và mẫu trắng là không đáng kể. Kết quả nồng độ thủy ngân được xác định theo phương trình đường chuẩn xác định ở trên (mục 3.3.1):
y = 108,57x + 3,381 Trong đó:
y là chiều cao pic (mm)
x là nồng độ tổng thủy ngân (µg/l) Kết quả được đưa ra ở Bảng 3.3:
Bảng 3.3. Kết quả phân tích mẫu chuẩn thủy ngân nồng độ 0,1 µg/l TT Chiều cao pic (mm) Hàm lượng thủy ngân đo được (µg/l)
1 14 0,10 2 14 0,10 3 14 0,10 4 15 0,11 5 14 0,10 6 13,5 0,09 7 14 0,10 8 14 0,10 9 15 0,11 10 14 0,10 Trung bình 14,2 0,10 SD 0,47 Từ các kết quả ở Bảng 3.3 ta có:
- Giá trị nồng độ tổng thủy ngân trung bình: 0,10 (µg/l) - Độ lệch chuẩn (SD): 0,47
- Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) được xác định theo các phương trình (2.3.2) và (2.3.3) như sau:
Tương ứng với thể tích mẫu đo phổ AAS là 5 ml, do vậy các giá trị tuyệt đối của giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) lần lượt là 0,1 ng; 0,2 ng. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với các nghiên cứu công bố trước đây và thông số kỹ thuật của thiết bị [52]. Ngoài ra, kết quả giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng thu được của phương pháp phân tích trong đề tài chứng tỏ ưu việt hơn so với phương pháp phân tích tổng thủy ngân đang được áp dụng theo tiêu chuẩn Regulation 333/2007/EC (EU Commissio, 2007) [53] sử dụng thiết bị phân tích trực tiếp phân hủy nhiệt tạo hỗn hống kết hợp với quang phổ hấp thụ nguyên tử (Thermal Decomposition Amalgamation and Atomic Absorption Spectrometry) có LOD và LOQ lần lượt là 0,0009 mg/kg và 0,002 mg/kg [54]. Phương pháp phân tích đề xuất cũng có giới hạn phát hiện nhỏ hơn 308 lần so với giới hạn phát hiện của phương pháp EPA-245.1 - Determination of mercury in water by cold vapor atomic absorption spectrometry (LOD: 0,004 µg/g) [55].
3.2.3. Độ lặp lại
Độ lặp lại của phương pháp được đánh giá trên một mẫu trầm tích VA6 lấy ở Vũng Áng, Kỳ Anh, Hà Tĩnh. Phép phân tích được thực hiện 7 lần để tính giá trị trung bình và độ lệch chuẩn (SD) và độ lệch chuẩn tương đối (RSD), kết quả được đưa ra ở Bảng 3.4.
Bảng 3.4. Kết quả đánh giá độ lặp lại của phương pháp phân tích tổng thủy ngân
Mẫu VA6 Hàm lượng T-Hg (mg/kg) Hàm lượng trung bình T-Hg (mg/kg) SD RSD (%) Lần 1 0,121 0,129 0,007 5,35 Lần 2 0,124 Lần 3 0,132 Lần 4 0,128 Lần 5 0,142 Lần 6 0,132 Lần 7
Kết quả phân tích ở Bảng 3.4 cho thấy hàm lượng trung bình tổng thủy ngân trong mẫu VA6 là 0,129 ± 0,007 mg/kg, phương pháp phân tích có độ lệch chuẩn (SD) và độ lệch chuẩn tương đối (RSD) đều nhỏ trong giới hạn cho phép, do đó phương pháp phân tích có độ lặp lại tốt.
3.2.4. Độ chính xác
Độ chính xác của phương pháp phân tích thuỷ ngân được đánh giá qua mẫu trầm tích chuẩn MESS-3 và CMR-580 kết quả được đưa ra ở Bảng 3.5.
Bảng 3.5. Kết quả phân tích mẫu chuẩn MESS-3, CMR 580
Loại mẫu chuẩn
Hàm lượng (mg/kg)
Độ thu hồi Giá trị chứng chỉ Kết quả phân
tích (n=3)
MESS-3 0,091 ± 0,009 0,095 ± 0,008 104%
CMR-580 132,0 ± 3,0 122,3 ± 3,62 93%
Các kết quả phân tích trong các loại mẫu chuẩn khác nhau cho thấy, phương pháp có độ chính xác cao, độ thu hồi của thuỷ ngân dao động từ 93% đến 104%, đáp ứng được yêu cầu phân tích hàm lượng vết thuỷ ngân trong trầm tích.
3.2.5. Độ thu hồi
Để đánh giá độ thu hồi của quy trình xử lý mẫu trầm tích, chúng tôi tiến hành phân tích một mẫu trầm tích tại Vũng Áng, Kỳ Anh, Hà Tĩnh bằng cách phân tích hàm lượng tổng thủy ngân trong mẫu thêm chuẩn Metyl thủy ngân cystein ở 3 nồng độ thêm chuẩn 10, 20 và 40 ng theo quy trình phân tích tổng thủy ngân ở Sơ đồ 3.1 (Mục 3.2).
Bảng 3.6. Độ thu hồi của thủy ngân trong mẫu
Mẫu Lượng Hg thêm vào (ng) Lượng Hg tìm thấy (ng) Hiệu suất thu hồi (%)
1 0 0
2 10 9,5 95,0
3 20 19,9 99,5
4 40 36,9 92,3
Kết quả thu được cho thấy độ thu hồi Hg đều lớn hơn 90% và sai số nhỏ hơn 10%. Kết quả hoàn toàn phù hợp các yêu cầu phân tích hàm lượng vết thủy ngân trong các đối tượng mẫu trầm tích.
3.3. Quy trình phân tích thủy ngân hữu cơ, vô cơ
Trong quá trình nghiên cứu, chúng tôi xây dựng quy trình chiết chọn lọc các dạng thuỷ ngân hữu cơ vào dung môi chiết thích hợp, sau đó giải chiết vào pha nước bằng natrithiosunfat (Na2S2O3). Các dạng thuỷ ngân hữu cơ được vô cơ hoá theo quy trình phân tích thuỷ ngân tổng số và phân tích bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử với kỹ thuật hoá hơi lạnh. Lượng thuỷ ngân vô cơ được tính toán dựa vào hàm lượng thuỷ ngân tổng số và thuỷ ngân hữu cơ.
3.3.1. Khảo sát quy trình tách chiết để xác định tổng thuỷ ngân hữu cơ
Quy trình phân tích dạng thuỷ ngân hữu cơ được thực hiện như sau: đầu tiên tách các dạng thuỷ ngân hữu cơ vào dung môi CHCl3, sau đó giải chiết bằng Na2S2O3 và cuối cùng định lượng bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử với kỹ thuật hoá hơi lạnh.
Các hợp chất thuỷ ngân hữu cơ tan tốt trong các dung môi không phân cực như: clorofom, cacbontetraclorua, benzen, toluen, do vậy nhiều công trình xác định dạng thuỷ ngân đã dựa vào tính chất này để tách các dạng thuỷ ngân hữu cơ trong các mẫu sinh học và môi trường trong đó có trầm tích. Để tách dạng thuỷ ngân hữu cơ trong trầm tích, chúng đã sử dụng clorofom chiết trực tiếp các dạng thuỷ ngân hữu cơ trong trầm tích như sau:
Sơ đồ 3.2. Quy trình phân tích thuỷ ngân hữu cơ
3.3.1.1. Khảo sát thể tích clorofom (CHCl3) dùng để chiết thuỷ ngân hữu cơ
trong trầm tích
Để khảo sát ảnh hưởng của thể tích dung môi và số lần chiết đến hiệu quả đo, chúng tôi tiến hành khảo sát trên cùng một mẫu trầm tích.
Cân 5 gam mẫu trầm tích cho lần lượt vào 5 ống ly tâm 50 ml. Sau đó thêm thủy ngân hữu cơ dưới dạng metyl thuỷ ngân với lượng 120,15 ng CHCl3Cl (tương ứng với 100 ng Hg). Thuỷ ngân hữu cơ được chiết với các thể tích clorofom khác nhau: 10 ml, 20 ml, 30 ml, 40 ml, 45 ml thực hiện chiết hai lần, sau đó giải chiết với 5 ml Na2S2O3 10-2M rồi vô cơ hoá mẫu và đo phổ hấp thụ nguyên tử của thuỷ ngân với kỹ thuật hoá hơi lạnh theo các
Mẫu trầm tích (5 gam) Cặn Dung dịch 20 ml CHCl3 Lắc 2 phút, ly tâm Dịch chiết 1 20 ml CHCl3 Lắc 2 phút, ly tâm Cặn 3 ml Na2S2O3 Lắc 2 phút, ly tâm Dung dịch 2 ml HNO3 – HClO4 5 ml H2SO4,2500C 300C, định mức 50 ml Dịch chiết 2 Dịch chiết pha CHCl3 AAS Khử bằng SnCl2
điều kiện tối ưu đã lựa chọn, chúng tôi được kết quả ở Bảng 3.7.
Bảng 3.7. Kết quả chiết thủy ngân hữu cơ theo thể tích clorofom
Stt Thể tích CHCl3 (ml) Hg tìm thấy Tổng Hiệu suất (%) Số lần chiết Lần 1 Lần 2 1 10 ml 45,0 ng 28,0 ng 73,0 ng 73,0 2 20 ml 65,1 ng 31,4 ng 96,5 ng 96,5 3 30 ml 71,3 ng 25,3 ng 96,6 ng 96,6 4 40 ml 87,2 ng 9,1 ng 96,3 ng 96,3 5 45 ml 88,3 ng 8,1 ng 96,4 ng 96,4 0 20 40 60 80 100 120 1 2 3 4 5 Thứ tự thể tích clorofom Ph ần tr ăm th u hồ i ( % ) Lần 2 Lần 1
Hình 3.3. Ảnh hưởng của thể tích clorofom đến độ thu hồi của thuỷ ngân hữu cơ
Qua Bảng 3.7 và Hình 3.3 trên cho thấy: thuỷ ngân hữu cơ đạt hiệu suất chiết trên 95% khi chiết hai lần với thể tích clorofom là 20 ml. Khi tiếp tục tăng thể tích clorofom thì hiệu suất chiết tăng không đáng kể và đạt giá trị cực đại tại 96,6%. Do vậy để giảm thể tích clorofom mà vẫn đạt
chiết hai lần.
3.3.1.2. Khảo sát quá trình giải chiết thuỷ ngân hữu cơ bằng natrithiosunfat
Để khảo sát ảnh hưởng của Na2S2O3 (natrithiosunfat) đến quá trình giải chiết thuỷ ngân hữu cơ trong pha clorofom xuống pha nước, chúng tôi tiến hành như sau: chuẩn bị một dãy dung dịch chuẩn thuỷ ngân hữu cơ có chứa 100 ng thuỷ ngân trong 25 ml dung dịch clorofom (nồng độ CH3HgCl khoảng 10-8 mol/l). Sau đó tiến hành giải chiết bằng các nồng độ Na2S2O3 khác nhau từ 0 đến 10-2 mol/l, tiếp đó tiến hành vô cơ hoá dịch chiết và xác định thuỷ ngân bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử.
Kết quả được đưa ra ở Bảng 3.8.
Bảng 3.8. Kết quả giải chiết Hg hữu cơ bằng Na2S2O3
Stt 3 CHCl V CNa2S2O3 3 2 2S O Na V Tỉ lệ mol Na2S2O3/CH3HgCl Hiệu suất thu hồi 1 25 ml 0 M 5 ml 0.10 18,8% 2 25 ml 10-5 M 5 ml 5.101 89,1% 3 25 ml 10-4 M 5 ml 5.102 97,6% 4 25 ml 10-3 M 5 ml 5.103 97,2% 5 25 ml 10-2 M 5 ml 5.104 97,3% 0 20 40 60 80 100 120 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000
Tỉ lệ số m ol: natrithiosunfat/Hg-hữu cơ
H iệ u s u ất g iả i c h iế t (% )
Hình 3.4. Hiệu suất giải chiết CH3HgCl bằng natrithiosunfat
Kết quả ở bảng 3.8 và hình 3.4 cho thấy: khi tỉ lệ mol Na2S2O3 lớn hơn 50 lần tỉ lệ mol CH3HgCl thì hiệu suất giải chiết trên 89% và hiệu suất giải chiết đạt trên 97% khi tỉ lệ mol Na2S2O3 lớn hơn CH3HgCl 500 lần. Do hàm lượng thuỷ ngân hữu cơ trong trầm tích biến động lớn, nên chúng tôi sử dụng