Đang tải... (xem toàn văn)
Trong những năm gần đây đã có rất nhiều kĩ thuật hiện đại ứng dụng để xác định hàm lượng các kim loại Pb, Cu, Cd, Zn như phương pháp trắc quang, chuẩn độ oxy hóa khử, phương pháp chuẩn độ tạo phức, phương pháp Von Ampe hòa tan. Tuy nhiên các phương pháp trên đều gặp một số trở ngại hoặc là do độ nhạy thấp hoặc là do thiết bị đắt tiền hoặc là do dung môi không thân thiện với môi trường… Do đó một yêu cầu bức thiết đặt ra là phải tìm ra các phương pháp phân tích hóa học hiện đại khắc phục được các nhược điểm trên. Trong đó phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử là phương pháp có độ nhạy, độ chính xác và độ lặp lại cao rất thích hợp để xác định hàm lượng bé, trung bình và hàm lượng lớn các nguyên tố. Đặc biệt đối với các nguyên tố vi lượng phép đo vẫn cho kết quả chính xác. So với các phương pháp khác thì phương pháp này thực hiện nhanh và dễ dàng, phù hợp với yêu cầu của phép đo phân tích hàm lượng kim loại nặng trong rau. Trên cơ sở đó chúng tôi đã chọn đề tài: Phân tích hàm lượng một số kim loại nặng (Cu, Pb, Cd, Zn) trong rau và nước trồng rau tại khu vực ngoại thành Hà Nội bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (GFAAS).
LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn PGS. TS Trần Thị Hồng Vân đã hướng dẫn em tận tình, chu đáo trong suốt quá trình làm luận văn. Em xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô trong Tổ bộ môn Hóa Phân tích, ban chủ nhiệm khoa Hóa học – Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, đặc biệt là cô Vũ Thị Hương và thầy Nguyễn Quang Tuyển đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn này. Qua đây cho phép em gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã ủng hộ và cổ vũ em rất nhiều trong quá trình học tập cũng như hoàn thành khóa luận tốt nghiệp. Hà Nội, tháng 10 năm 2014 Đỗ Ngọc Bích DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT Kí hiệu Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt AAS Atomic Absorption Spectroscopy Quang phổ hấp thụ nguyên tử F-AAS F lame - A tomic A bsorption S pectroscopy Quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa GF-AAS Graphite Furnace - Atomic Absorption Spectroscopy Phổ hấp thụ nguyên tử lò graphit AES Atomic Emission Spectroscopy Quang phổ phát xạ nguyên tử HCL Hollow Cathode Lamp Đèn catot rỗng LOD Limit Of Detection Giới hạn phát hiện LOQ Limit Of Quantity Giới hạn định lượng MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH 9 MỞ ĐẦU 1 1.2.1. Tính chất vật lý của Cu, Pb, Cd, Zn 6 Bảng 1.1. Một số đặc điểm đặc trưng của đồng, chì, cadimi và kẽm 7 1.2.2. Tính chất hóa học của Cu, Pb, Cd, Zn 8 1.2.3. Một số hợp chất quan trọng của đồng, chì, cadimi và kẽm 9 1.2.3.1. Oxit 9 1.2.3.2. Hiđroxit 10 1.2.3.3. Muối 10 - Muối chì 11 1.2.4.2. Chì 12 1.2.4.3. Cadimi 12 1.2.4.4. Kẽm 13 1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỒNG, CHÌ, CADIMI VÀ KẼM. 17 1.3.1. Các phương pháp phân tích hóa học 17 1.3.2. Nhóm phương pháp phân tích công cụ 20 1.3.2.1. Phương pháp điện hóa 20 Các phương pháp phân tích điện hóa là những phương pháp dựa trên việc ứng dụng các hiện tượng, quy luật có liên quan tới các phản ứng điện hóa xảy ra trên ranh giới tiếp xúc giữa các điện cực nhúng trong dung dịch phân tích hoặc liên quan tới các tính chất điện hóa của dung dịch phân tích tạo nên môi trường giữa các điện cực. Các phương pháp này được chia làm hai nhóm: 20 1.3.2.2. Phương pháp quang học 22 1.3.2.3. Phương pháp chiết và sắc ký 24 a) Phương pháp Chiết 24 Một trong các phương pháp làm giàu lượng vết các kim loại được sử dụng rộng rãi nhất là phương pháp chiết bằng một dung môi hữu cơ không trộn lẫn với nước. Phương pháp này có ưu điểm như: có thể chiết chất cần phân tích từ những dung dịch có nồng độ rất nhỏ, tốc độ chiết lớn (đạt tới cân bằng nhanh), sự tách giữa pha nước và pha hữu cơ nhanh, dễ dàng. Phần dịch chiết được định lượng bằng các phương pháp khác nhau 24 Hình 1.1. Sự phụ thuộc của Aλ vào C 28 Hình 1.2. Nhiệt độ và thời gian các giai đoạn của quá trình nguyên tử 29 hóa mẫu trong phép đo GF-AAS 29 Hình 1.3. Nhiệt độ và thời gian trong giai đoạn sấy khô mẫu 30 Hình 1.4. Nhiệt độ vào thời gian trong giai đoạn tro hóa luyện mẫu 31 Hình 1.5. Sự phụ thuộc của A vào nhiệt độ trong giai đoạn 32 nguyên tử hóa mẫu 32 Hình 2.1. Đồ thị của phương pháp đường chuẩn 44 Bảng 3.1: Khảo sát độ rộng khe đo của phổ hấp thụ nguyên tử của Zn 49 Bảng 3.2. Kết quả khảo sát cường độ đèn catot rỗng của Zn 50 Bảng 3.3. Kết quả khảo sát nhiệt độ sấy khô Zn 51 Bảng 3.4. Kết quả khảo sát nhiệt độ tro hóa Zn 52 Bảng 3.5. Khảo sát nhiệt độ nguyên tử hóa Zn 52 Bảng 3.6. Ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit tới phép đo Zn 55 Hình 3.1. Đồ thị ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit tới phép đo Zn56 Bảng 3.7. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các nguyên tố khác tới phổ hấp thụ nguyên tử GF-AAS của nguyên tố kẽm 57 Bảng 3.8. Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của kẽm 58 Hình 3.2. Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Zn 59 Bảng 3.9. Tóm tắt các điều kiện tối ưu của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử GF-AAS xác định hàm lượng đồng, chì, cadimi và kẽm [3, 4, 5] 60 Bảng 3.10. Sự phụ thuộc tuyến tính của độ hấp thụ vào nồng độ đồng 61 Hình 3.3. Đường chuẩn xác định hàm lượng đồng 61 Bảng 3.11. Sự phụ thuộc tuyến tính của độ hấp thụ vào nồng độ chì 61 Hình 3.4. Đường chuẩn xác định hàm lượng chì 62 Bảng 3.12. Sự phụ thuộc tuyến tính của độ hấp thụ vào nồng độ cadimi 63 Hình 3.5. Đường chuẩn xác định hàm lượng cadimi 63 Bảng 3.13. Sự phụ thuộc tuyến tính của độ hấp thụ vào nồng độ kẽm 63 Hình 3.6. Đường chuẩn xác định hàm lượng kẽm 64 Bảng 3.14. Đường chuẩn xác định các nguyên tố 64 Bảng 3.15 : Kết quả xác định sai số của phương pháp với phép đo Zn 66 Bảng 3.16: Kết quả khảo sát độ lệch chuẩn tín hiệu đối với 68 cadimi, chì, đồng, kẽm 68 Bảng 3.17 Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) 69 của đồng, chì, cadimi, kẽm 69 Bảng 3.18. Kết quả xác định nồng độ các kim loại nặng 71 Cu, Pb, Cd, Zn trong rau đợt 1 71 Bảng 3.19. Kết quả xác định nồng độ các kim loại nặng 72 Cu, Pb, Cd, Zn trong rau đợt 2 72 Bảng 3.20. Kết quả xác định nồng độ các kim loại nặng 73 Cu, Pb, Cd, Zn trong rau đợt 3 73 Bảng 3.21. Kết quả xác định nồng độ các kim loại nặng 74 Cu, Pb, Cd, Zn trong rễ đợt 1 74 Bảng 3.22. Kết quả xác định nồng độ các kim loại nặng 74 Cu, Pb, Cd, Zn trong rễ đợt 2 75 Bảng 3.23. Kết quả xác định nồng độ các kim loại nặng 75 Cu, Pb, Cd, Zn trong rễ đợt 3 75 Bảng 3.24. Kết quả xác định hàm lượng các kim loại nặng Cu, Pb, Cd, Zn 77 trong các mẫu nước trồng rau đợt 1 77 Bảng 3.25. Kết quả xác định hàm lượng các kim loại nặng Cu, Pb, Cd, Zn trong các mẫu nước trồng rau đợt 2 78 Bảng 3.26. Kết quả xác định hàm lượng các kim loại nặng Cu, Pb, Cd, Zn trong các mẫu nước trồng rau đợt 3 79 Bảng 3.27. Các tiêu chuẩn đối với hàm lượng các kim loại nặng 80 Bảng 3.28. Hàm lượng kim loại trong mẫu khảo sát đợt 1 81 Bảng 3.29. Hàm lượng kim loại trong mẫu khảo sát đợt 2 81 Bảng 3.30. Hàm lượng kim loại trong mẫu khảo sát đợt 3 82 DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH 9 Bảng 1.1. Một số đặc điểm đặc trưng của đồng, chì, cadimi và kẽm 7 Bảng 3.1: Khảo sát độ rộng khe đo của phổ hấp thụ nguyên tử của Zn 49 Bảng 3.2. Kết quả khảo sát cường độ đèn catot rỗng của Zn 50 Bảng 3.3. Kết quả khảo sát nhiệt độ sấy khô Zn 51 Bảng 3.4. Kết quả khảo sát nhiệt độ tro hóa Zn 52 Bảng 3.5. Khảo sát nhiệt độ nguyên tử hóa Zn 52 Bảng 3.6. Ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit tới phép đo Zn 55 Bảng 3.7. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các nguyên tố khác tới phổ hấp thụ nguyên tử GF-AAS của nguyên tố kẽm 57 Bảng 3.8. Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của kẽm 58 Bảng 3.9. Tóm tắt các điều kiện tối ưu của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử GF-AAS xác định hàm lượng đồng, chì, cadimi và kẽm [3, 4, 5] 60 Bảng 3.10. Sự phụ thuộc tuyến tính của độ hấp thụ vào nồng độ đồng 61 Bảng 3.11. Sự phụ thuộc tuyến tính của độ hấp thụ vào nồng độ chì 61 Bảng 3.12. Sự phụ thuộc tuyến tính của độ hấp thụ vào nồng độ cadimi 63 Bảng 3.13. Sự phụ thuộc tuyến tính của độ hấp thụ vào nồng độ kẽm 63 Bảng 3.14. Đường chuẩn xác định các nguyên tố 64 Bảng 3.15 : Kết quả xác định sai số của phương pháp với phép đo Zn 66 Bảng 3.16: Kết quả khảo sát độ lệch chuẩn tín hiệu đối với 68 cadimi, chì, đồng, kẽm 68 Bảng 3.17 Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) 69 của đồng, chì, cadimi, kẽm 69 Bảng 3.18. Kết quả xác định nồng độ các kim loại nặng 71 Cu, Pb, Cd, Zn trong rau đợt 1 71 Bảng 3.19. Kết quả xác định nồng độ các kim loại nặng 72 Cu, Pb, Cd, Zn trong rau đợt 2 72 Bảng 3.20. Kết quả xác định nồng độ các kim loại nặng 73 Cu, Pb, Cd, Zn trong rau đợt 3 73 Bảng 3.21. Kết quả xác định nồng độ các kim loại nặng 74 Cu, Pb, Cd, Zn trong rễ đợt 1 74 Bảng 3.22. Kết quả xác định nồng độ các kim loại nặng 74 Cu, Pb, Cd, Zn trong rễ đợt 2 75 Bảng 3.23. Kết quả xác định nồng độ các kim loại nặng 75 Cu, Pb, Cd, Zn trong rễ đợt 3 75 Bảng 3.24. Kết quả xác định hàm lượng các kim loại nặng Cu, Pb, Cd, Zn 77 trong các mẫu nước trồng rau đợt 1 77 Bảng 3.25. Kết quả xác định hàm lượng các kim loại nặng Cu, Pb, Cd, Zn trong các mẫu nước trồng rau đợt 2 78 Bảng 3.26. Kết quả xác định hàm lượng các kim loại nặng Cu, Pb, Cd, Zn trong các mẫu nước trồng rau đợt 3 79 Bảng 3.27. Các tiêu chuẩn đối với hàm lượng các kim loại nặng 80 Bảng 3.28. Hàm lượng kim loại trong mẫu khảo sát đợt 1 81 Bảng 3.29. Hàm lượng kim loại trong mẫu khảo sát đợt 2 81 Bảng 3.30. Hàm lượng kim loại trong mẫu khảo sát đợt 3 82 DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Hình 1.1. Sự phụ thuộc của Aλ vào C 28 Hình 1.2. Nhiệt độ và thời gian các giai đoạn của quá trình nguyên tử 29 hóa mẫu trong phép đo GF-AAS 29 Hình 1.3. Nhiệt độ và thời gian trong giai đoạn sấy khô mẫu 30 Hình 1.4. Nhiệt độ vào thời gian trong giai đoạn tro hóa luyện mẫu 31 Hình 1.5. Sự phụ thuộc của A vào nhiệt độ trong giai đoạn 32 nguyên tử hóa mẫu 32 Hình 2.1. Đồ thị của phương pháp đường chuẩn 44 Hình 3.1. Đồ thị ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit tới phép đo Zn56 Hình 3.2. Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Zn 59 Hình 3.3. Đường chuẩn xác định hàm lượng đồng 61 Hình 3.4. Đường chuẩn xác định hàm lượng chì 62 Hình 3.5. Đường chuẩn xác định hàm lượng cadimi 63 Hình 3.6. Đường chuẩn xác định hàm lượng kẽm 64 MỞ ĐẦU Xã hội ngày một phát triển, nhu cầu của con người ngày càng cao. Sự tăng trưởng mạnh của nền kinh tế đã đưa nhu cầu của con người từ mong muốn “ăn no, mặc đủ” lên “ăn ngon, mặc đẹp”. Vì thế nhu cầu về thực phẩm sạch, đảm bảo sức khỏe đã trở thành nhu cầu thiết yếu, cấp bách và được xã hội quan tâm hàng đầu. Ở nước ta, sự bùng nổ dân số cùng với tốc độ đô thị hoá, công nghiệp hoá nhanh chóng đã tạo ra một sức ép lớn tới môi trường sống Việt Nam. Vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm đối với nông sản nhất là rau xanh đang được cả xã hội quan tâm. Rau xanh là nguồn thực phẩm cần thiết và quan trọng không thể thiếu được trong mỗi bữa ăn hàng ngày, là nguồn cung cấp vitamin, khoáng chất, vi lượng, chất xơ… cho cơ thể con người không thể thay thế được. Tuy nhiên, hiện nay nhiều khu vực trồng rau đang đe doạ ô nhiễm bởi chất thải của các nhà máy, xí nghiệp cùng với việc sử dụng phân bón một cách thiếu khoa học dẫn đến một số loại rau có thể bị nhiễm các kim loại nặng, có ảnh hưởng đến sức khoẻ con người. Các nguyên tố thuộc nhóm kim loại nặng như Pb, Cd gây độc hại đối với cơ thể con người tuỳ hàm lượng của chúng. Một số khác như Cu, Zn là những nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ thể con người, tuy nhiên khi hàm lượng của chúng vượt quá ngưỡng cho phép chúng bắt đầu gây độc. Hà Nội có nhiều vùng trồng rau đáp ứng cho nhu cầu sử dụng rau ngày càng lớn của con người, các vùng trồng rau lớn thường ở ngoại thành, ở quận Hoàng Mai, huyện Hà Đông, huyện Thanh Trì, huyện Thường Tín…Trong đó, huyện Thanh Trì và Đông Anh là những vùng trồng rau lớn nhất Hà Nội, cung cấp sản lượng rau rất lớn hàng năm cho toàn thành phố Hà Nội. Tuy nhiên, huyện Thanh Trì cũng là vùng trồng rau có nguy cơ rau bị ô nhiễm rất lớn. Rau được sản xuất ở Thanh Trì phần lớn sử dụng trực tiếp nguồn nước trồng rau có khả năng bị ô nhiễm rất cao như nguồn nước thải, nước cống, 1 [...]... loại nặng (Cu, Pb, Cd, Zn) trong rau và nước trồng rau tại khu vực ngoại thành Hà Nội bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (GF-AAS)" 2 1 Mục tiêu nghiên cứu - Xác định hàm lượng các kim loại nặng Cu, Pb, Cd, Zn trong các loại rau và nguồn nước trồng rau ở một số xã của huyện Thanh Trì và Đông Anh – Hà Nội - Từ kết quả phân tích so sánh với quy chuẩn Việt Nam để đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong. .. trong rau và nước trồng rau 2 Đối tượng nghiên cứu - Các loại rau được trồng ở một số xã của huyện Thanh Trì và Đông Anh - Hà Nội - Nguồn nước trồng rau trên cánh đồng trồng rau 3 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF- AAS) có độ chính xác và độ nhạy cao, phù hợp để xác định lượng vết các kim loại nặng trong rau và nước trồng rau - Phân tích mẫu thực tế theo phương. .. xác và độ lặp lại cao rất thích hợp để xác định hàm lượng bé, trung bình và hàm lượng lớn các nguyên tố Đặc biệt đối với các nguyên tố vi lượng phép đo vẫn cho kết quả chính xác So với các phương pháp khác thì phương pháp này thực hiện nhanh và dễ dàng, phù hợp với yêu cầu của phép đo phân tích hàm lượng kim loại nặng trong rau Trên cơ sở đó chúng tôi đã chọn đề tài: ' 'Phân tích hàm lượng một số kim loại. .. định hàm lượng các kim loại nặng Cu, Pb, Cd, Zn nhằm đánh giá mức độ ô nhiễm của các kim loại đó trong một số mẫu rau và nước trồng rau - Phân tích mối tương quan về hàm lượng của các kim loại nặng trên trong các đối tượng mẫu rau và mẫu nước 3 5 Ý nghĩa của đề tài - Về mặt lí thuyết, đề tài góp phần nghiên cứu lí thuyết cho việc phân tích xác định vi lượng các nguyên tố trên các đối tượng khác nhau bằng. .. Trong phương pháp này, các chất cần phân tích được chuyển thành các hợp chất có khả năng hấp thụ các năng lượng ánh sáng (các phức màu) b) Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử Đây là kỹ thuật phân tích được ứng dụng rộng rãi và là một trong những phương pháp quan trọng nhất của phép phân tích Phương pháp này cho phép xác định định tính và định lượng hàm lượng đa lượng hoặc vi lượng của rất nhiều nguyên tố... da, bệnh về gan và một số triệu chứng khác 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỒNG, CHÌ, CADIMI VÀ KẼM 1.3.1 Các phương pháp phân tích hóa học 1.3.1.1 Phương pháp phân tích trọng lượng Phân tích khối lượng là một phương pháp phân tích định lượng hóa học, trong đó người ta dựa vào việc xác định chính xác khối lượng của chất cần phân tích (hoặc các hợp chất của nó) được tách ra khỏi mẫu phân tích ở dạng tinh... chứa các nguyên tử tự do của một nguyên tố ở thể khí thì cường độ của vạch phổ hấp thụ Aλ phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Số nguyên tử đã hấp thụ bức xạ λ (Nk) - Năng lượng của chùm tia đơn sắc mà các nguyên tử hấp thụ ∆E=hν - Nhiệt độ môi trường hấp thụ - Bề dày lớp chất hấp thụ (L) mà chùm sáng λ đi qua - Hệ số hấp thụ bức xạ λ của nguyên tử kλ Sự hấp thụ bức xạ λ của nguyên tử ở trạng thái hơi (khí).. .nước bị ô nhiễm từ sông Tô Lịch, làm tăng mức độ ô nhiễm trong rau, đặc biệt là ô nhiễm các kim loại nặng Huyện Đông Anh được quy hoạch là khu vực công nghiệp đồng thời cũng là vùng sản xuất rau trọng điểm của thành phố Hà Nội Nước sản xuất nông nghiệp ở khu vực công nghiệp cũng thường bị ô nhiễm kim loại nặng Do đó, việc đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong rau và nước trồng rau ở huyện... mức năng lượng cơ bản và chiếu vào đám hơi nguyên tử một chùm tia sáng đơn sắc λ có năng lượng thích hợp (thường là bức xạ có bước sóng đúng bằng bước sóng mà nguyên tử phát ra trong quá trình phát xạ), nguyên tử sẽ hấp thụ năng lượng của tia sáng λ và nhảy lên mức năng lượng cao hơn (trạng thái kích thích) Phổ được sinh ra trong quá trình này là phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) [18, 19, 21] 1.4.1 Nguyên. .. làm giảm sai số, người ta thêm vào dung dịch các chất có thế kích thích phát xạ nhỏ hơn thế phát xạ của nguyên tố phân tích, hoặc thêm vào dung dịch các phụ gia có thế ion hóa nhỏ hơn thế ion hóa của nguyên tố phân tích c) Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) AAS là một trong những phương pháp hiện đại, được áp dụng phổ biến trong các phòng thí nghiệm phân tích trên thế giới Phương pháp này xác . Cadimi chiếm khoảng 10 -5 % khối lượng vỏ trái đất ứng với 7,6 10 -6 % tổng số nguyên tử, Cadimi có 19 đồng vị, trong số đó có 8 đồng vị bền: 106 Cd (1 ,215 %), 108 Cd (0,875%), 110 Cd (12,39%),. trị 6s 2 6p 2 3d 10 4s 1 4d 10 5s 2 3d 10 4s 2 Bán kính nguyên tử (A 0 ) 1,75 1,28 1,56 1,39 Khối lượng riêng (g/cm 3 ) 11,34 8,94 8,63 7,139 Nhiệt độ nóng chảy ( 0 C) 327 108 3 321 419 Nhiệt độ. Anglesite (PbSO 4 ) và pyromorphite [Pb 5 Cl(PO 4 ) 3 ]. Chì chiếm khoảng 1,6 10 -3 (%) khối lượng vỏ trái đất, khoảng 10 -4 (%) tổng số nguyên tử. Nguyên tố Chì có 18 đồng vị 5 trong đó có 4