Đang tải... (xem toàn văn)
I GIỚI THIỆU:a. Định nghĩa: Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5 gcm3. Chúng xuất hiện ở nồng độ thấp hơn nhiều ở trong nước so với ion chính (SO42, C1, NO3, Mg2 +, Ca2 +, ...) nên thường được gọi là kim loại vết.b. Nguồn tạo KLN: Nguồn tự nhiên: KLN được lọc từ đất và đá khi tiếp xúc với nước. Nguồn nhân tạo: chủ yếu là chất thải công nghiệp từ việc khai thác, sản xuất và sự hoạt động của các nhà máy chế tạo kim loại, hoặc nước thải trong nước và nước thải đường giao thông. c. Sự tồn tại của KLN: KLN xâm nhập vào nước mặt thông qua sự giáng thủy. KLN được thải ra bầu khí quyển bởi các quá trình công nghiệp (ví dụ như Hg từ việc đốt than, Pb từ xăng) và tồn tại trong nước mặt hoặc nước ngầm. Việc xử lý chất thải kim loại ở các bãi chôn lấp có thể dẫn đến ô nhiễm KLN ở nước ngầm và nước mặt. Quá trình axit hóa của nước mặt và nước ngầm bởi mưa axit có thể dẫn đến tăng sự thẩm thấu của các kim loại và vì thế nồng độ của chúng cao hơn trong nước. Hơn nữa mưa axit có thể dẫn đến sự gia tăng nồng độ của KLN trong nước do acid làm rửa trôi kim loại ra khỏi đường ống.
BÀI THUYẾT TRÌNH QUAN TRẮC MƠI TRƯỜNG NHĨM 6A 1, Trần Thị Anh Thư 1022298 2, Hà Huy Hiếu 1022096 3, Lê Hoàng Thủy Tiên 1022300 4, Lưu Đức Tân 1022255 5, Nguyễn Thị Hải 1022084 GVHD: TÔ THỊ HIỀN LỚP : 10CMT BÀI THUYẾT TRÌNH KIM LOẠI NẶNG I- GIỚI THIỆU: a Định nghĩa: Kim loại nặng kim loại có khối lượng riêng lớn g/cm3 Chúng xuất nồng độ thấp nhiều nước so với ion (SO42-, C1-, NO3-, Mg2 +, Ca2 +, ) nên thường gọi kim loại vết b Nguồn tạo KLN: - Nguồn tự nhiên: KLN lọc từ đất đá tiếp xúc với nước - Nguồn nhân tạo: chủ yếu chất thải công nghiệp từ việc khai thác, sản xuất hoạt động nhà máy chế tạo kim loại, nước thải nước nước thải đường giao thông c Sự tồn KLN: KLN xâm nhập vào nước mặt thông qua giáng thủy KLN thải bầu khí q trình cơng nghiệp (ví dụ Hg từ việc đốt than, Pb từ xăng) tồn nước mặt nước ngầm Việc xử lý chất thải kim loại bãi chơn lấp dẫn đến nhiễm KLN nước ngầm nước mặt Quá trình axit hóa nước mặt nước ngầm mưa axit dẫn đến tăng thẩm thấu kim loại nồng độ chúng cao nước Hơn mưa axit dẫn đến gia tăng nồng độ KLN nước acid làm rửa trôi kim loại khỏi đường ống d Ảnh hưởng KLN: - Tích cực: số KLN cần thiết cho thể sống người Chúng nguyên tố vi lượng thiếu KLN gọi thiết yếu khi: (1) diện phận khỏe mạnh; (2) xuất tế bào sinh ra; (3) có cân tự nhiên máu; (4) điều khiển trình tiết; (5) biết chức sinh học VD: Fe giúp ngăn ngừa bệnh thiếu máu Zn tác nhân quan trọng 100 loại enzym, Trên nhãn lọ thuốc bổ sung khống thường có Cr, Cu, Fe, Zn, Mn, Mg, K - Tiêu cực: Nhiều KLN có độc tính cao người sinh vật sống khác VD: Hg, Pb, Cd, Ni, As, Sn gây rối loạn hành vi người tác đông trực tiếp đến chức tư thần kinh, gây biến đổi gen, lỗng xương Khơng giống nhiều chất nhiễm hữu khác, KLN khơng bị suy thối mơi trường q trình hóa học sinh học Một số phản ứng xảy môi trường tạo hợp chất độc hại (ví dụ methyl hóa Hg) KLN tích lũy sinh học chuỗi thức ăn Do đó, cấp sinh vật cao nồng độ KLN chứa thể chúng nhiều mối nguy hiểm sử dụng loại thực vật, động vật làm thực phẩm Ơ nhiễm KLN xảy nước mặt ven biển toàn giới Nó trở thành vấn đề mơi trường lớn Mức kim loại nặng cho phép (Theo QCVN) Chỉ tiêu Nước mặt Nước biển ven bờ Nước ngầm Nước thải As 0,02 0,01 0,05 0,1 Cd 0,005 0,005 0,005 0,01 Pb 0,02 0,05 0,01 0,05 Cr(VI) 0,02 0,02 0,05 0,1 Cu 0,2 0,03 1,0 2,0 Zn 1,0 0,05 3,0 3,0 Mn / 0,1 0,5 1,0 Ni 0,1 / / 0,5 Fe 1,0 0,1 5,0 Se / / 0,01 / Sn / / / 1,0 Hg 0,001 0,001 0,001 0,01 e Cách xử lý KLN: Xử lý nguồn cách để kiểm sốt nhiễm kim loại độc hại Như biết nguồn tạo KLN chủ yếu chất thải công nghiệp từ việc khai thác, sản xuất hoạt động nhà máy chế tạo kim loại, nước thải nước nước thải đường giao thông Xử lý nguồn : - Áp dụng cơng nghệ thu khí thải, nước thải xử lý KLN trước phát thải môi trường Thay đổi nguyên liệu đầu vào Thay đổi cơng nghệ, may móc khai thác, sản xuất Kiểm sốt nội vi, quản lí chặt khâu sản xuất Hạn chế pha Pb vào xăng Bảng 4.18: Nồng độ số kim loại nặng nước Nước biển có nồng độ KLN thấp, nhiên, vùng ven biển tiếp nhận nước thải chất thải khác nên nồng độ KLN cao đáng kể so với thể bảng Nồng độ sơng khác đáng kể Nồng độ KLN nước vùng sâu vùng xa thấp nhiều so với thể bảng, nước bị ô nhiễm khu cơng nghiệp có nồng độ KLN cao Nồng độ KLN nước mưa thường thấp so với nước sông Nồng độ số kim loại (Zn, Pb, Cu) nước máy cao đáng kể so với thể bảng tích tụ kim loại từ đường ống nước đọng Các hướng dẫn tiêu chuẩn quốc gia quốc tế kim loại nặng nước việc sử dụng khác tóm tắt Phụ lục 111 Một số kim loại quan trọng thủy thảo luận chi tiết II- CÁC KIM LOẠI NẶNG ĐIỂN HÌNH 1- Nhôm Nhôm thường không coi kim loại độc hại Nhơm tìm thấy bệnh nhân bị bệnh Alzheimer (bệnh trí nhớ) Nhơm cho nguyên nhân gây chết cá nước mặt bị axit hóa Sự gia tăng lượng nhơm vào dung dịch làm cho pH giảm, với độ pH thấp, dẫn đến chết cá Những lồi cá nhạy cảm với nồng độ nhôm cao độ pH thấp Nồng độ nhôm cao kèm theo độ pH thấp gây độc động vật lưỡng cư ếch Sự suy giảm số lượng cá hồ sơng bị acid hóa dẫn đến suy giảm số loài chim săn bắt cá Nhơm yếu tố làm giảm tăng trưởng thực đất chua Mặc dù khơng gây hại phát triển thực vật đất có độ pH trung tính, nồng độ cation Al3+ đất chua tăng làm rối loạn phát triển chức rễ Hầu hết đất chua bảo hòa với nhôm ion hydro Độ chua đất kết trình thủy phân hợp chất nhôm Khái niệm dùng vôi để điều chỉnh độ chua để xác định mức độ bảo hòa sở loại đất sở cho cơng đoạn thí nghiệm đất phòng thí nghiệm, từ xác định lượng vơi cần thiết cung cấp cho đất Phèn KAl(SO4)2.12H2O, sử dụng việc xử lý nước uống, số lượng thêm vào, số thơng số hoạt động (ví dụ độ pH), phải kiểm sốt cẩn thận Nồng độ nhơm nước uống cao sơ suất kiểm soát trình xử lý nước 2- Đồng Đồng sử dụng rộng rãi hợp kim, ống nước, dây điện, sơn, gốm sứ thuốc trừ sâu Đồng yếu tố cần thiết thường không coi có hại cho sức khỏe người Đồng nguyên tố vi lượng cần thiết cho lồi động, thực vật bậc cao Đồng tìm thấy số loại enzym, bao gồm nhân đồng cytochrom c oxidas, enzym chứa Cu-Znsuperoxid dismutas, kim loại trung tâm chất chuyên chở ôxy hemocyanin Máu cua móng ngựa (cua vua) Limulus polyphemus sử dụng đồng thay sắt để chun chở ơxy Theo tiêu chuẩn RDA Mỹ đồng người lớn khỏe mạnh 0,9 mg/ngày Đồng vận chuyển chủ yếu máu protein huyết tương gọi ceruloplasmin Đồng hấp thụ ruột non vận chuyển tới gan liên kết với albumin Một bệnh gọi bệnh Wilson sinh thể mà đồng bị giữ lại, mà không tiết gan vào mật Căn bệnh này, khơng điều trị, dẫn tới tổn thương não gan Người ta cho kẽm đồng cạnh tranh phương diện hấp thụ máy tiêu hóa việc ăn uống dư thừa chất làm thiếu hụt chất Các nghiên cứu cho thấy số người mắc bệnh thần kinh bệnh schizophrenia có nồng độ đồng cao thể Tuy nhiên, chưa rõ mối liên quan đồng với bệnh (là thể cố gắng tích lũy đồng để chống lại bệnh hay nồng độ cao đồng bệnh gây ra) Nguồn đồng nước uống từ ăn mòn đường ống sử dụng hệ thống phân phối nước Ở nồng độ cao, đồng gây mùi vị khó chịu cho nước ảnh hưởng đến số cá nhân bị rối loạn chuyển hóa đồng gọi bệnh Wilson (Bệnh Wilson, gọi bệnh thối hóa gan nhân đậu, tiết đồng khỏi đường mật diễn khơng hiệu nên đồng bị tích tụ vài mô bao gồm gan, não giác mạc) 3- Chì Chì có đường ống, đạn dược, hàn, sơn, xăng dầu, , độc tính cao nhiều mục đích sử dụng bị ngưng Các nguồn chính: chì có xăng (chì xem chất phụ gia, chì thêm vào xăng động xe hoạt động tốt hơn) Chì mơi trường tuần hồn qua chu trình sinh hóa tồn nước mặt nước ngầm Chì tồn nước uống việc sử dụng đường ống dẫn nước có pha chì ngơi nhà cũ Chì gây tổn thương cho hệ thần kinh thận bị nghi ngờ chất gây ung thư Trẻ em tiếp xúc với hàm lượng chì cao đặc biệt nguy hiểm Chì mơi trường tồn dạng vơ Pb2- Hợp chất chì kim loại hữu cơ, chẳng hạn tetramethyllead, (CH3)4Pb, trimethyllead, (CH3) 3Pb +, dimethyllead (CH3) 2Pb2 +, có mặt nồng độ thấp nhiều so với chì vơ Đây kết phát xạ suy giảm số tetraalkyllead thêm vào xăng methyl hóa sinh học chì vơ trầm tích Chì thêm vào xăng hỗn hợp tetrametyl- tetraethyllead, hầu hết số chuyển thành muối chì vơ q trình đốt Một phần nhỏ phát dạng kim loại hữu (cơ kim) cuối phân hủy để tạo chì vơ mơi trường: R4Pb R3Pb+ R2Pb2+ Pb2+ Trong R CH3 C2H5.Trước có trường hợp tràn dầu tai nạn hợp chất chì hữu biển vận chuyển Chì gây độc cho hệ thần kinh trung ương, hệ thần kinh ngoại biên, tác động lên hệ enzim có nhóm hoạt động chứa hyđro Người bị nhiễm độc chì bị rối loạn phận tạo huyết (tuỷ xương) Tuỳ theo mức độ nhiễm độc bị đau bụng, đau khớp, viêm thận, cao huyết áp, tai biến não, nhiễm độc nặng gây tử vong Đặc tính bật sau xâm nhập vào thể, chì bị đào thải mà tích tụ theo thời gian gây độc - Chì vào thể người qua nước uống, khơng khí thức ăn bị nhiễm chì - Chì tích tụ xương, kìm hãm q trình chuyển hố canxi cách kìm hãm chuyển hoá vitamin D - Tiêu chuẩn tối đa cho phép theo WHO nồng độ chì nước uống: £ 0,05 mg/ml 4- Thủy ngân - Các hoạt động sản sinh thủy ngân: + Xử lý chất thải chứa thủy ngân + Khai thác mỏ luyện kim thủy ngân, q trình đốt cháy than + Thuỷ ngân đưa vào môi trường từ chất thải, bụi khói nhà máy luyện kim, sản xuất đèn huỳnh quang, nhiệt kế, thuốc bảo vệ thực vật, bột giấy… Việc sử dụng thủy ngân khai thác mỏ bạc vàng gây nhiễm nguồn khơng khí, nước gây hại cho người tiếp xúc, người khai thác vàng Sử dụng thủy ngân để hòa tan vàng, sau dùng nhiệt độ làm cho thủy ngân bay hơi, lai thu vàng nguyên chất Thủy ngân dễ dàng bay vào vào khí quyển, từ xâm nhập vào vùng nước mặt có mưa -Tính độc thủy ngân hợp chất Hg: Tất hợp chất thủy ngân độc hại, mức độ độc tùy thuộc vào dạng tồn Thuỷ ngân nguyên tố tương đối trơ, không độc Nhưng thuỷ ngân dễ bay nhiệt độ thường nên hít phải độc Thuỷ ngân có khả phản ứng với axit amin chứa lưu huỳnh, hemoglobin, abumin; có khả liên kết màng tế bào, làm thay đổi hàm lượng kali, thay đổi cân axit bazơ mô, làm thiếu hụt lượng cung cấp cho tế bào thần kinh Trẻ em bị ngộ độc thuỷ ngân bị phân liệt, co giật không chủ động Hợp chất hữu thủy ngân, chẳng hạn metyl thuỷ ngân, CH3Hg+ , dimethylmercury, (CH3)2 Hg, đặc biệt độc hại Nó phát thải vào môi trường cách trực tiếp nước thải, hình thành từ thủy ngân vơ vi khuẩn trầm tích Trong nước, metyl thủy ngân dạng độc nhất, làm phân liệt nhiễm sắc thể ngăn cản trình phân chia tế bào, độc đến đến mức vài micrơlít rơi vào da gây tử vong Thủy ngân tích trữ chuỗi thức ăn, nồng độ cá động vật có vỏ lớn hàng chục chí hàng trăm ngàn lần so với nước Thủy ngân tích tụ cá gây tử vong cho lồi chim động vật khác ăn phải Trong lịch sử xảy việc ô nhiễm thủy ngân vịnh Minamata, Nhật Bản, năm 1953 Một nhà máy hóa chất thải nước thải có chứa metyl thuỷ ngân vào vịnh tích tụ cá động vật có vỏ Những người dân địa phương ăn sinh vật bị ngộ độc thủy ngân hữu cơ, gọi "bệnh Minamata" Điều dẫn đến 41 trường hợp tử vong 110 người bị ảnh hưởng Một số người bị rối loạn thần kinh nghiêm trọng khiến họ bị tê liệt suốt đời Hơn nữa, trẻ sơ sinh bà mẹ chịu ảnh hưởng bị khuyết tật bẩm sinh Nồng độ tối đa cho phép WHO nước uống 1mg/l; nước nuôi thuỷ sản 0,5mg/l - Cách xác định thủy ngân: Ở nồng độ thấp, thủy ngân xác định AAS thông thường thủ tục phải sửa đổi Trong phương pháp lạnh, hợp chất thủy ngân đưa dạng nguyên tố thủy ngân phân tích AAS đầu dò đặc biệt (xem Phần 5.13.19) 5- Thiếc Thiếc sử dụng hợp kim, bột màu, thuốc nhuộm mạ kim loại Một số hợp chất hữu sử dụng chất ổn định nhựa PVC chất bảo quản gỗ Tributyltin áp dụng rộng rãi chất chống gỉ cho thân tàu, thuyền để ngăn chặn phát triển sinh vật biển Tributyltin có độc tính cao tất sinh vật biển Nó bị thối hóa dần nước tích lũy trầm tích q trình thối hóa chậm nhiều Ngồi có số kim loại nặng điển hình gây độc tính cao cho người asen (As) Asen hay gọi thạch tín asen tạo thành hiđrua dạng khí khơng ổn định, arsin (AsH3) Sự tương tự lớn đến mức asen thay phần cho phốtpho phản ứng hóa sinh học gây ngộ độc Tuy nhiên, liều thấp mức gây ngộ độc hợp chất asen hòa tan lại đóng vai trò chất kích thích phổ biến với liều nhỏ loại thuốc chữa bệnh cho người vào kỷ 18 Asen (As): kim loại tồn dạng tổng hợp chất vô hữu Trong tự nhiên tồn khoáng chất Nồng độ thấp kích thích sinh trưởng, nồng độ cao gây độc cho động thực vật - Nguồn tự nhiên gây ô nhiễm asen núi lửa, bụi đại dương - Nguồn nhân tạo gây nhiễm asen q trình nung chảy đồng, chì, kẽm, luyện thép, đốt rừng, sử dụng thuốc trừ sâu… Asen gây 19 bệnh khác Các ảnh hưởng sức khoẻ người: làm keo tụ protein tạo phức với asen III phá huỷ trình photpho hố; gây ung thư tiểu mơ da, phổi, phế quản, xoang… - Tiêu chuẩn cho phép theo WHO nồng độ asen nước uống 50mg/l III- CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KLN - Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-VIS (đo quang): dựa vào độ hấp thu ánh sáng dung dịch phức tạo thành inon cần xác định với thuốc thử vô hay hữu mơi trường thích hợp chiếu chùm sáng Phương pháp định lượng phép đo: A = KC Trong đó: A độ hấp thu, K số hấp thu, C nồng độ PP cho phép phân tích nồng độ: 10^-5 - 10^-7M Là pp sử dụng phổ biến - Phổ hấp thu nguyên tử lửa (AAS) AAS - Atomic Absorption Spectrophotometric Ở điều kiện thường, nguyên tử không hấp thu hay phát lượng Nhưng trạng thái tự do, ta kích thích chúng lượng dạng chúm tia sáng có bước sóng xác định ngun tử hấp thụ xạ có bước sóng định ứng với tia xạ mà chúng phát q trình phát xạ Dựa vào khả hấp thụ chọn lọc xạ cộng hưởng nguyên tử trạng thái tự Đối với nguyên tử, vạch cộng hưởng vạch quang phổ nhạy phổ phát xạ nguyên tử ngun tố Các ngun tử trạng thái bình thường chúng khơng hấp thu xạ lượng chúng trạng thái tự dạng đám nguyên tử chúng hấp thu xạ lượng Mỗi nguyên tử hấp thu xạ định tương ứng với xạ mà chúng phát q trình phát xạ chúng Khi nguyên tử nhận lượng chúng chuyển lên mức lượng cao gọi trạng thái kích thích Q trình gọi q trình hấp thu lượng nguyên tử tự trạng thái tạo phổ nguyên tử Phổ sinh q trình gọi phổ hấp thu nguyên tử Có thể xác định chất có nồng độ khoảng ppm- ppb với độ xác cao - Phổ phát xạ nguyên tử (AES) AES - Atomic emission spectroscopy Khi điều kiện bình thường, nhguyeen tử khơng hấp thu hay phát xạ lượng bị kích thích điện tử hóa nhận lượng chuyển lên trạng thái kích thích có mức lượng cao Trạng thái khơng bền, chúng có xu hướng giải phóng lượng dạng phát xạ để trở trạng thái ban đầu bền vững Các xạ gọi phổ phát xạ nguyên tử Hiện người ta dùng số nguồn lượng để kích thích phổ AES: lửa đèn khí, hồ quang, tia lửa điện, tia laze, plasma cao tần cảm ứng (ICP), tia X Pp dựa vào việc đo bước sóng, cường độ đặc trưng khác xạ điện từ nguyên tử ion trạng thái phát thay đổi trạng thái lượng nguyên tử Trong điều kiện bình thường nguyên tử trạng thái bản, bị kích thích chúng chuyển lên mức lượng cao phát phổ phát xạ - PP quang phổ phát xạ nguyên tử với nguồn phát xạ nguồn cảm ứng cao tần plasma (ICP-AES) Dùng lượng plasma cao tần cảm ứng để kích thích phổ AES Nó sử dụng để xác định nồng độ kim loại mẫu nước Mẫu nước với nồng độ kim loại thấp nên cho bay Được áp dụng để xác định nhiều nguyên tố nồng độ rộng đặc biệt nhạy nguyên tố có nhiệt độ bay cao Asen Se thường phân tích AAS sau phát sinh hydride Thủy ngân thường xác định lạnh AAS (xem Phần 5.13.19) IV – PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KLN Kim loại tổng - kim loại xác định mẫu không lọc (đã hòa tan chất huyền phù, lơ lửng) Kim loại hòa tan - kim loại mẫu khơng có tính axit lọc qua màng lọc có kích thước lỗ lọc 0.45µm Kim loại huyền phù - kim loại giữ lại màng lọc có kích thước lỗ lọc 0,45 µm Nồng độ kim loại tổng, kim loại hòa tan hay huyền phù (Al, Ba, Cd, Cr, Co, Cu, Fe, Pb, Mo, Mn, Ni, Si, Sn, Zn V) xác định vùng nước tự nhiên, nước thải nước sơng Mẫu hòa tan axit nitric đậm đặc để phân hủy hết chất hữu chuyển kim loại dạng hữu dạng ion dd muối vô phân tích AAS Kim loại tổng xác định cách phân tích mẫu khơng lọc Kim loại hòa tan xác định cách phân tích mẫu lọc thơng qua màng lọc 0,45µm Kim loại huyền phù xác định công thức: Kim loại huyền phù = Kim loại tổng – Kim loại hòa tan 1- Hóa chất – Dụng cụ: a- Dụng cụ - Máy gia nhiệt bồn - Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử b- Hóa chất - Acid nitric đậm đặc - Dung dịch lanthanum: hòa tan 67g clorualanthanum(LaCl H2O) 1M HNO3 nhiệt độ ấm lên từ từ, sau làm lạnh pha lỗng đến 500mL nước tinh khiết - Dung dịch calcium: hòa tan 315mg canxi cacbonat (CaCO3) 25mL : HCl Nếu muối khơng hòa tan hồn tồn đun nhẹ hòa tan Để nguội pha loãng đến 500ml nước - Hydrogen peroxide, 30% - Dung dịch nhơm nitrat Hòa tan 139g A1 (N03) 3.9H2O vào 150 ml nước ấm hòa tan hồn tồn Để nguội pha lỗng đến 200 mL - Dung dịch Kaliclorua Hòa tan125 g KC1 nướcvà pha loãng 500 mL - Dung dịch gốc kim loại phân tích - 1ml dung dịch gốc =1 mg Bảng 4.19: chuẩn bị 1000mL mẫu Nung muối 110 oC trước cân Sau xác định dung mơi (cột primary solvent) thêm lượng xác acid sau pha lỗng thành 1L dd – Quy trình thí nghiệm: 2.1 Thu mẫu bảo quản a Thu mẫu: Sử dụng chai nhựa polypropylene polyethylene để lấy mẫu Nếu xác định kim loại dạng lơ lửng hòa tan cần lọc mẫu sau thu thập acid hóa sau lọc Bộ lọc mẫu chân không thông qua màng lọc 0,45pm (polycarbonate hoặccellulose acetate) ngăn đựng lọc Một thiết bị lọc điển hình thể hình 4.2 Điều kiện tiên lọc rửa với 50ml nước sau rửa lại với 100ml dung dịch mẫu Nếu lỗ rỗng màng lọc lớn, ngâm màng lọc dd khoảng 1: l HNO3và rửa nước trước sử dụng b Bảo quản: Thêm 1.5ml HNO3 đậm đặc vào 1L mẫu để pH