CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2. Phương pháp nghiên cứu của đề tài
2.2.5. Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm
Vì mục tiêu nghiên cứu của luận văn là sự lan truyền của kim loại nặng trong nước và sự lắng đọng trong đất /trầm tích nên các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm tập trung chủ yếu vào quá trình tiền xử lý mẫu và quy trình phân tích. Để có đƣợc mẫu cho quá trình phân tích bằng AAS, các mẫu phải đƣợc chuyển sang trạng thái hòa tan.
- Đối với kim loại nặng trong mẫu nước: Sau khi bảo quản thì tiến hành phân tích trực tiếp.
- Đối với kim loại nặng trong mẫu trầm tích cần phải tiến hành phá mẫu trước khi phân tích.
Trong nghiên cứu này lựa chọn phương pháp phân tích AAS để tiến hành phân tích hàm lượng kim loại nặng do phương pháp này có độ chính xác cao, có khả năng phân tích được nhiều kim loại nặng khác nhau và giá cả tương đối phù hợp cho phân tích hàng loạt. Đối với quy trình phá mẫu đã sử dụng phương pháp của USEPA 3015 (SMEWW 3030 K) với lò vi sóng UNI 8300 – Analytical. Đây là phương pháp xử lý mẫu hiện đại, làm giảm đáng kể thời gian xử lý mẫu, không bị mất mẫu và phá đươc triệt để. Có thể cùng một lúc xử lý được nhiều mẫu.
2.2.5.1. Danh mục thiết bị, hóa chất cần thiết cho nghiên cứu
Để phục vụ cho công tác nghiên cứu và phân tích trong phòng thí nghiệm thì các thiết bị, dụng cụ và hóa chất sau cần đƣợc chuẩn bị.
Bảng 4. Danh mục các thiết bị cần thiết cho nghiên cứu TT Tên dụng cụ, thiết bị
1 Lò vi sóng UNI 8300
2 Máy cất nước Aquatron A4000D, Đức 3 Tủ sấy Model 1430D, Đức
4 Máy hấp thụ nguyên tử (AAS) AA7000 của hãng Shimadzu 5 Bình khí Acetylen (độ tinh khiết >98%)
6 Máy nén không khí 7 Quạt hút
8 Các dụng cụ thủy tinh trong PTN nhƣ micro pipette, pipette thủy tinh, bình định mức
24
Bảng 5 . Danh mục các hóa chất cần cho nghiên cứu TT Tên hóa chất
1 Nước cất deion
2 HNO3 2% thể tích : Cho 20ml HNO3 vào 1000ml nước cất, lắc đều rồi định mức đến vạch
3 Dung dịch KMnO4 50g/L dùng để phân tích Hg 4 H2O2 30%
5 Dung dịch canxi : Hòa tan 630 g CaCO3 vào 50ml HCl rồi để nguội, định mức đến 1000 ml
6 Dung dịch chuẩn gốc của các nguyên tố có nồng độ 1000 mg/L 7 Các axit đặc HNO3 , H2SO4 và HCl
Các axit và hóa chất dùng cho nghiên cứu trong phòng thí nghiệm có độ tinh khiết PA hoặc tinh khiết hóa học của Việt Nam, Trung Quốc và Merk. Các hóa chất sử dụng để phân tích AAS đều là hóa chất chuyên dụng. Các công đoạn phá mẫu và phân tích được tiến hành tại phòng phân tích chất lượng môi trường, trung tâm y tế dự phòng Nghệ An.
2.2.5.2. Phương pháp phá mẫu và phân tích [20]
Nhằm đạt đƣợc độ chính xác cao nhất với vùng nồng độ xác định của KLN nằm trong khoảng ppm – ppb và phù hợp với điều kiện kinh tế của học viên cao học cũng như trang thiết bị hiện có, luận văn đã lựa chọn phương pháp phá mẫu ƣớt trên thiết bị USEPA 3015 (SMEWW 3030 K) với lò vi sóng UNI 8300 – Analytical và kỹ thuật phân tích phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) để xác định hàm lƣợng kim loại nặng.
Phương pháp phá mẫu
Các mẫu trầm tích ngay sau khi thu thập tại các vị trí đã lựa chọn, đƣợc sàng qua lưới có kích thước lỗ 2mm để loại bỏ đá, rễ cây và các tạp chất. Phần sau sàng đƣợc bảo quản lạnh và đƣa về phòng thí nghiệm, rồi tiến hành hong khô tự nhiên ở nhiệt độ xung quanh 30oC trong không khí thoáng sạch, không có các khí nhƣ H2S, NH3, HCl…và nghiền nhỏ mẫu. Sau đó trộn thật đều, vun thành đống hình nón
25
dùng thước hình chữ thập làm bằng giấy nhôm để chia thành 4 phần; lấy 2 phần đối diện lại trộn đều và lặp lại quá trình trên cho đến khi thu đƣợc lƣợng cân mong muốn để tiến hành phá mẫu và phân tích. Phần đất của hai đường chéo còn lại được bảo quản trong các túi nilon, hộp nhựa có ghi nhãn mác cẩn thận và bảo quản ở nơi thoáng, sạch, hoặc tốt nhất cho vào bình hút ẩm để dùng khi cần kiểm tra QA/QC.
Các mẫu trầm tích/đất và nước sau khi thu thập theo đúng yêu cầu kỹ thuật và chương trình quan trắc đã xây dựng được axit hóa bằng 5ml HNO3 đặc (hàm lƣợng kim loại nặng < 0,000001%), 1ml H2SO4 đặc. Nếu mẫu có chứa chất hữu cơ thì thêm H2O2 cho đến khi hòa tan hết. Riêng Hg sẽ thêm 8ml HNO3 đặc và 24 ml HCl. Sau khi axit hóa mẫu phải đƣợc lắc đều và để yên ít nhất trong 5 phút. Đóng chặt nút bình và đặt chai vào lò vi sóng UNI 8300 – Analytical để phá mẫu theo điều kiện sau:
- Nhiệt độ 160-170oC.
- Giới hạn áp suất là 350psi.
- Thời gian nâng nhiệt là 10 phút.
- Thời gian lưu nhiệt là 0 phút.
- Công suất máy 800W.
Phương pháp phân tích
Sau khi phân hủy xong, mẫu được lọc nếu chứa cặn và lưu giữ trong các ống phân hủy có dung tích 50ml để đƣa phân tích trên máy đo quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS. Các nguyên tố đƣợc phân tích là: As, Hg, Cu, Pb, Zn, Fe, Sn, Mn.
Trước khi tiến hành phân tích thì ta phải chuẩn bị mẫu trắng và mẫu chuẩn theo từng nguyên tố để xây dựng đường chuẩn cho quá trình phân tích.
+ Mẫu trắng: Sử dụng một lượng nước cất tương ứng với từng nguyên tố và tiến hành axit hóa mẫu trắng nhƣ với mẫu phân tích.
+ Mẫu chuẩn: Chuẩn bị một dãy dung dịch chuẩn làm việc theo từng nguyên tố bằng cách pha loãng dung dịch chuẩn gốc theo khoảng làm việc nhƣ sau.
26
Bảng 6. Danh mục các mẫu chuẩn làm việc theo từng nguyên tố
TT Nguyên tố Bước sóng (nm) Khí Nồng độ cần dựng (mg/L) 1 As 193,7 A – Ac 0; 0,1; 0,2; 0,4; 0,8; 1# 2 Hg 253,7 A – Ac 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1# 3 Cu 324,7 A – Ac 0; 0,5; 1; 2; 4; 6; 8#
4 Pb 283,3 A – Ac 0; 1; 2; 4; 8;16;20#
5 Zn 213,9 A – Ac 0; 0,1; 0,2; 0,4; 0,8; 1,2 # 6 Fe 248,3 A – Ac 0; 0,5; 1; 2; 4; 8;10# 7 Sn 224,6 A – Ac 0; 0,1; 0,2; 0,4; 0,8; 1#
8 Mn 279,5 A – Ac 0; 0,5; 1; 2; 4; 6
A – Ac: Không khí – Acetylen
#: Nồng độ có thể dựng thêm (nếu cần)
Để xác định kim loại nặng bằng phương pháp AAS, luận văn đã sử dụng:
+ Nguyên tử hoá bằng ngọn lửa tạo bởi hỗn hợp Acetylen và không khí cho việc xác định As, Cu, Pb, Zn, Fe, Sn, Mn.
Riêng xác định As bằng cách chuyển sang dạng AsH3 rồi đƣa vào ống phân hủy trên ngọn lửa Acetylen và không khí.
Khi phân tích Fe và Mn thì thêm 25 ml dung dịch canxi vào 100 ml mẫu (bao gồm cả mẫu trắng và mẫu chuẩn).
Tiến hành phân tích mẫu theo đúng thứ tự - Mẫu trắng.
- Mẫu chuẩn để xây dựng đường chuẩn.
- Mẫu phân tích.
Sau khi cho mẫu phân tích vào máy thì tiến hành điều chỉnh máy theo thông số tùy thuộc từng loại nguyên tố để tiến hành phân tích.
27
Bảng 7. Thông số điều chỉnh máy theo từng nguyên tố
TT Nguyên tố
Bước sóng (nm)
Độ rộng
khe sáng (nm)
Chế độ đèn
Cường độ dòng
đèn (mA)
Chiều cao burner
(mm)
Khí
Tốc độ bơm khí
nén (L/phút)
Tốc độ bơm C2H2 (L/phút) 1 As 193,7 0,6
BCG D2
12 7
A- Ac
15 1,6
2 Cu 324,7 0,7 10 7 15 1,8
3 Pb 283,3 0,7 10 7 15 2
4 Zn 213,9 0,7 7 7 15 2
5 Fe 248,3 0,2 10 7 15 2,2
6 Sn 224,6 0,2 10 7 15 2
7 Mn 279,5 0,2 10 7 15 2
+ Xác định Hg bằng hệ thống tạo hơi Hg.
Nguyên tắc của phương pháp này là thủy ngân trong dung dịch mẫu bị khử bằng khí hydro về thủy ngân kim loại. Thủy ngân kim loại dễ bay hơi nên bị cuốn theo dòng khí và đƣợc bơm vào hệ thống quang phổ hấp thụ nguyên tử. Tại đây hơi thủy ngân và được xác định theo phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử không dùng ngọn lửa.
Sau khi tiến hành xử lý mẫu, điều chỉnh thông số máy về thông số tối ƣu để cho kết quả tốt nhất về nồng độ thủy ngân.
Bảng 8. Các điều kiê ̣n đo phổ hấp thụ nguyên tử của thuỷ ngân
Thông số Các điều kiện lựa chọn
Nguồn sáng Đèn catốt rỗng Hg (HCL)
Bước sóng 253,7nm
Độ rộng khe đo 0,7nm
Cường độ dòng đèn catốt rỗng 6 mA (80% Imax)
Thời gian đo 60 giây
Thể tích mẫu đo (ml) 20 ml
Tốc độ hút mẫu 8 – 10 mL/ phút
28