nghiên cứu khả năng hấp phụ niken trong nước của oxit sắt từ bằng phương pháp trắc quang phân tử uv-vis với thuốc thử đimetylglioxim

Nghiên cứu khả năng hấp phụ Niken trong nước của oxit sắt từ bằng phương pháp trắc quang phân tử UV-VIS với thuốc thử Đimetylglioxim GVHD : ThS.. Vì vậy, để đánh giá khả năng hấp phụ n

Nghiên cứu khả năng hấp phụ Niken trong nước của oxit sắt từ bằng phương

pháp trắc quang phân tử UV-VIS với thuốc thử Đimetylglioxim

GVHD : ThS Nguyễn Thị Hường SVTH : Phan Thị Thu Hiền

Lớp: 08CHP

LỜI MỞ ĐẦU

1.Tính cấp thiết của đề tài

Nước rất cần thiết cho hoạt động sống của con người cũng như các sinh vật Nước chiếm 74% trọng lượng trẻ sơ sinh, 55% đến 60% cơ thể nam trưởng thành, 50% cơ thể nữ trưởng thành Nước cần thiết cho sự tăng trưởng và duy trì cơ thể bởi nó liên quan đến nhiều quá trình sinh hoạt quan trọng Muốn tiêu hóa, hấp thu

sử dụng tốt lương thực thực phẩm đều cần có nước

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong nước đang là một trong những vấn đề rất được quan tâm do độc tính của chúng và sự tích lũy theo thời gian dài trong môi trường Sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp như khai thác dầu mỏ, công nghiệp mạ luyện kim, giao thông vận tải, hoạt động sản xuất và tái chế kim loại tại các làng nghề… là các nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng cho nguồn nước Trong đó, niken (Ni) là một kim loại điển hình với đặc tính bền vững trong môi trường, khả năng gây độc ở liều lượng thấp tích lũy lâu dài trong chuỗi thức ăn, nó được xem như là một chất thải nguy hại và cần được xử lý triệt để Vì vậy, để đánh giá khả năng hấp phụ niken của oxit sắt từ trong môi trường nước chúng tôi đã chọn đề tài:

“Nghiên cứu khả năng hấp phụ niken trong nước của oxit sắt từ bằng phương pháp trắc quang phân tử UV-VIS với thuốc thử đimetylglioxim” 2.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Kết quả của đề tài nhằm góp phần xây dựng một phương pháp thích hợp

cho việc xác định khả năng hấp phụ niken của oxit sắt trong nước phù hợp với điều kiện của phòng thí nghiệm ở Việt Nam

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Kim loại nặng và dư lượng của nó trong môi trường [1, 4, 12]

1.1.1 Giới thiệu về kim loại nặng niken [4, 12]

Niken là một nguyên tố hóa học trong bảng HTTH Kí hiệu là Ni, có số hiệu nguyên tử là 28, thuộc chu kì 4, nhóm VIIIB Khối lượng nguyên tử là 58.69 đvC

Các hợp kim của niken được sử dụng trong các tuabin và động cơ phản lực hiện đại, công nghiệp mạ, kỹ thuật điện, vô tuyến và trong chế tạo máy…

Trong tự nhiên Niken thường gặp dưới dạng hợp chất với Asen và lưu huỳnh: Cufeniken(NiAs), gecdofit(NiAsS)

*Tính chất vật lí của Niken:

Niken nằm ở ô thứ 28 trong BTH, cấu hình [Ar]3d8

4s2, thuộc nhóm VIIIB (họ sắt), chu kì 4, khối lượng nguyên tử 58,69 đvC Trong tự nhiên, Niken có 5 đồng vị bền 58

Ni, 60Ni, 61Ni, 62Ni, 64Ni, trong đó phổ biến nhất là 58

Ni chiếm 60,077% Niken là kim loại có ánh kim, màu trắng bạc dễ rèn dễ dát mỏng, nhiệt

*Tính chất hóa học của niken:

Niken là kim loại có hoạt tính hóa học trung bình Ở điều kiện thường nếu không có hơi ẩm, Niken không tác dụng rõ rệt với các nguyên tố phi kim điển hình như O2, Cl2, Br2, S vì có màng oxit bảo vệ Khi đun nóng phản ứng diễn ra mảnh liệt

Ở trạng thái chia nhỏ Niken là chất tự cháy Ở trên 500oC Niken tác dụng với oxi tạo NiO Niken không phá vỡ Flo ở nhiệt độ cao vì vậy những thiết bị làm việc trong khí Flo được làm bằng Niken

Niken tác dụng trực tiếp với khí CO tạo Ni(CO)4

Ni + 4CO → Ni(CO)4

Ni(CO)4 là chất lỏng có khả năng bay hơi ngay ở nhiệt độ phòng Khi đun nóng, Ni(CO)4 lại bị phân hủy trở về Ni và CO

1.1.2 Nguồn gốc xuất hiện kim loại nặng trong nước

Kim loại nặng tồn tại trong môi trường nước từ nhiều nguồn khác nhau như: nước thải từ các khu công nghiệp, nước thải sinh hoạt, từ giao thông y tế, hoạt động khai thác khoáng, sản xuất nông nghiệp (phân bón, thuốc trừ sâu), công nghệ mạ kim loại,…Ngay cả nguyên nhân tự nhiên như: núi lửa, động đất, bão lũ

Nguồn nước mặt bị ô nhiễm kim loại nặng sẽ kéo theo ô nhiễm môi trường đất, ô nhiễm nước ngầm, ô nhiễm không khí…

1.1.3 Tác hại của kim loại nặng

Kim loại nặng xâm nhập vào cơ thể một phần bị đào thải, một phần được giữ lại trong cơ thể Các kim loại nặng là nguồn chất độc nguy hiểm đối với hệ sinh thái, đất, chuỗi thức ăn và con người Những kim loại có độc tính cao nguy hiểm là: Thủy ngân (Hg), Chì (Pb), Niken (Ni) Các kim loại có tính độc mạnh là: Asen (As), Crom (Cr), Kẽm (Zn), Thiếc (Sn), Đồng (Cu)

Trong thực tế, các kim loại nặng nếu ở hàm lượng thích hợp rất cần cho sự sinh trưởng và phát triển của thực vật, động vật và con người Tuy nhiên, chúng tích lũy nhiều sẽ gây hại đối với động thực vật và con người

Đối với con người:

Gây độc hại cấp tính, ví dụ thủy ngân hay asen với liều lượng cao có thể gây chết người ngay

Gây độc hại mãn tính hoặc tích lũy với liều lượng nhỏ hằng ngày, liên tục, sau một thời gian sẽ gây nhiễm độc rất khó chữa

Đối với thực phẩm

Làm hư hỏng thực phẩm, giảm giá trị dinh dưỡng của thực phẩm, ví dụ chỉ cần vết kim loại nặng cũng đủ để kích thích sự phân hủy vitamin C, vitamin B1, vv…

1.1.4 Tính chất độc hại của niken (Ni)[1]

Niken là một trong những chất gây ô nhiễm được xếp thứ tự độc hại là129,

và được coi là một trong 14 kim loại nặng độc hại nhất Niken cũng được liệt kê trong số 25 hóa chất độc hại có nguy cơ đe dọa lớn đối với sức khỏe con người Niken là chất gây ung thư cho người, làm kìm hãm sự phát triển của cây và ảnh hưởng đến môi trường không khí, đất, nước Tiêu chuẩn cho phép hàm lượng niken nhỏ hơn 0,02mg/l(0,02ppm)

Con người nhiễm độc niken thông qua hít thở không khí hoặc hút thuốc lá

có chứa niken (đây là nguồn niken chính gây phơi nhiễm cho hầu hết mọi người),

sử dụng nguồn nước có chứa niken, tiếp xúc với tiền xu và các vật liệu kim loại khác có chứa niken Cho đến nay, mặc dù chưa tìm thấy ảnh hưởng của việc thiếu niken đến sức khỏe và hoạt động tế bào trong cơ thể người Tuy nhiên, một lượng nhỏ niken có lẽ là cần thiết Đối với những người bị dị ứng niken, khi tiếp xúc với niken sẽ gây một số hiện tượng dị ứng của cơ thể như ngứa, mẫn đỏ, nổi da gà hoặc phát ban Một số người đặc biệt nhạy cảm với niken có thể lên cơn suyễn ngay sau khi tiếp xúc với niken Các triệu chứng liên quan đến phổi, viêm phế quản mãn tính, giảm chức năng hoạt động của phổi đã được phát hiện đối với các công nhân đã hít phải một lượng lớn niken Khi bị phơi nhiễm ở nồng độ cao, bệnh nhân có thể ho, khó thở ngay lập tức, nhưng đôi khi hiện tượng này xảy ra sau 1-2 ngày tiếp xúc và có thể gây phù phổi khi bị nhiễm một lượng lớn niken

Niken và các hợp chất niken được dự đoán là một trong những tác nhân gây ung thư Khi hít nhiều bụi có chứa hợp chất của niken có thể gây bệnh viêm xoang hoặc nhẹ hơn là viêm vọng Trong thời gian dài, có thể gây ra ung thư phổi, niken có thể gây hại đến sự phát triển của thai nhi khi thai phụ tiếp xúc với môi trường không khí hoặc nguồn nước bị ô nhiễm niken

1.1.5 Giới hạn cho phép của Niken trong các loại nước

Theo tiêu chuẩn Việt Nam giới hạn cho phép của Niken trong nước bề mặt

- Cột B1 dùng cho mục đích tưới tiêu thủy lợi hoặc các mục đích sử dụng khác có yêu cầu chất lượng nước tương tự hoặc các mục đích sử dụng như loại B2

- Cột B2 giao thông thủy và các mục đích khác yêu cầu chất lượng nước thấp

Bảng 1.2 Giá trị nồng độ giới hạn cho phép của Niken trong nước thải

(QCVN 24:2009/BTNMT)

Trong đó:

- Cột A quy định giá trị nồng độ các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi xả thải vào các nguồn tiếp nhận là nguốn nước được dùng cho mục đích cấp sinh hoạt

- Cột B quy định giá trị nồng độ các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi xả thải vào các nguồn tiếp nhận là nguồn nước không dùng cho mục đích cấp sinh hoạt

1.2 Các phương pháp xác định niken [ 3, 5, 9]

1.2.1 Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử (AES)

Khi ở điều kiện thường, nguyên tử không thu hay phát ra năng lượng nhưng nếu bị kích thích thì các điện tử hoá trị sẽ nhận năng lượng chuyển lên trạng thái

có năng lượng cao hơn (trạng thái kích thích) Trạng thái này không bền, chúng có

xu hướng giải phóng năng lượng để trở về trạng thái ban đầu bền vững dưới dạng

các bức xạ Các bức xạ này được gọi là phổ phát xạ của nguyên tử

Phương pháp AES dựa trên sự xuất hiện phổ phát xạ của nguyên tử tự do của nguyên tố phân tích ở trạng thái khí khi có sự tương tác với nguồn năng lượng phù hợp Hiện nay, người ta dùng một số nguồn năng lượng để kích thích phổ AES như ngọn lửa đèn khí, hồ quang điện, tia lửa điện, plasma cao tần cảm ứng (ICP)…

Nhìn chung, phương pháp AES đạt độ nhạy rất cao ( thường từ n.10-3

đến n.10-4%), tốn ít mẫu, có thể phân tích đồng thời nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu Vì vậy, đây là phương pháp dùng để kiểm tra đánh giá hoá chất, nguyên liệu tinh khiết, phân tích lượng vết ion kim loại độc trong nước, lương thực, thực phẩm Tuy nhiên, phương pháp này lại chỉ cho biết thành phần nguyên tố trong mẫu mà không chỉ ra được trạng thái liên kết của nó trong mẫu

a Nguyên tắc:

Trên cơ sở của sự xuất hiện phổ phát xạ nguyên tử, để ứng dụng phổ phát

xạ để phân tích các nguyên tố cần thực hiện các nguyên tắc sau:

1 Tìm điều kiện phù hợp để hóa hơi mẫu phân tích hoàn toàn và tốt nhất, đưa mẫu về trạng thái hơi

2 Nguyên tử hóa đám hơi của mẫu để tạo ra đám hơi của các nguyên tử tự

do của các nguyên tố cần nghiên cứu hoàn toàn và ổn định

3 Kích thích các nguyên tử của nguyên tố cần phân tích để chúng phát ra phổ phát xạ sao cho có hiệu suất cao, ổn định và lặp lại được

4 Thu toàn bộ chùm sáng phát xạ của mẫu, phân li và ghi phổ thu được Như vậy ta có phổ phát xạ của mẫu phân tích

5 Đánh giá định tính và định lượng phổ thu được

b) Ưu điểm của phương pháp

Phương pháp này có các đặc điểm: Có thể phân tích hàng loạt mẫu cùng lúc, cho độ nhạy cao, tốn ít mẫu, độ nhạy lên tới 10-5

%

1.2.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)

Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử dựa vào khả năng hấp thụ chọn lọc các bức xạ cộng hưởng của các nguyên tử ở trạng thái tự do Đối với mỗi nguyên tố vạch cộng hưởng thường là vạch quang phổ nhạy nhất của phổ phát xạ nguyên tử của chính nguyên tử đó Thông thường thì khi hấp thụ bức xạ cộng hưởng nguyên tử sẽ chuyển từ trạng thái ứng với mức năng lượng cơ bản sang mức năng lượng cao hơn gần với mức năng lượng cơ bản nhất, người ta gọi đó là bước chuyển cộng hưởng

Trong phương pháp này quá trình nguyên tử hóa mẫu có thể thực hiện bằng phương pháp không ngọn lửa và phương pháp sử dụng ngọn lửa Trong điều kiện nhiệt độ không quá cao (1500 – 3000oC) đa số các nguyên tử tạo thành ở trạng thái

cơ bản

Khi chiếu vào đám hơi nguyên tử tự do một chùm bức xạ điện từ có tần số bằng tần số cộng hưởng thì các nguyên tử tự do sẽ hấp thụ các bức xạ cộng hưởng này và làm cho cường độ của chùm bức xạ điện từ giảm Sự bức xạ của đám hơi tuân theo định luật Lambert – Beer:

I = Io.e-(Kv.N.L)

Với: Kv: hệ số tỷ lệ, phụ thuộc vào bản chất, bước sóng của bức xạ đơn sắc; N: số nguyên tử tự do ở trong môi trường hấp thụ (đám hơi nguyên tử tự do); L: bề dày môi trường hấp thụ (phụ thuộc vào máy)

Cường độ vạch phổ = mật độ quang = độ hấp thụ:

D = A = 2,303.Kv.N.L = K.N Trong khoảng giá trị nồng độ C đủ nhỏ thì: N = K.C ; D = k.Cb

b = 1 nếu C  Co; b < 1 nếu C > Co

Co: ngưỡng của sự tuyến tính của định luật Lambert – Beer cho phương pháp AAS

k: hệ số tỷ lệ, phụ thuộc vào điều kiện phân tích

Thông thường số nguyên tử kích thích trong đám hơi không quá 1 – 2% nên phương pháp này có độ nhạy, độ chính xác cao, thực hiện nhanh và khá đơn giản

Khi xác định sắt người ta thường nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn lửa đèn khí axetylen + không khí rồi dùng nguồn sáng đơn sắc có bước sóng mà đám hơi hấp

thụ cộng hưởng chiếu vào đám hơi nguyên tử rồi thu phân ly và ghi phổ hấp thụ

Ưu điểm và một số ứng dụng

Phương pháp này có các đặc điểm: độ nhạy, độ chọn lọc, độ lặp lại cao, tốn ít mẫu, đơn giản, rất thuận lợi cho việc phân tích nhanh hàng loạt mẫu, phục

vụ yêu cầu sản xuất và nghiên cứu

Hiện nay căn cứ vào kĩ thuật nguyên tử hóa mẫu, người ta chia phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử thành 2 loại:

Phương pháp phân tích dựa trên phép đo phổ hấp thụ nguyên tử kĩ thuật ngọn lửa (F-AAS) có độ nhạy tới 0,1ppm

Phương pháp phân tích dựa trên phép đo phổ hấp thụ nguyên tử kĩ thuật không ngọn lửa (F-AAS) có độ nhạy tới ppb

1.2.3 Phương pháp trắc quang phân tử UV-VIS

Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử hay còn gọi là phương pháp đo quang Ở điều kiện thường, các phân tử, nhóm phân tử của chất bền vững và nghèo năng lượng Đây là trạng thái cơ bản Nhưng khi có một chùm sáng với

năng lượng thích hợp chiếu vào thì các điện tử hoá trị trong các liên kết (л, ∂ , n)

sẽ hấp thụ năng lượng chùm sáng, chuyển lên trạng thái kích thích với năng lượng cao hơn Hiệu số giữa hai mức năng lượng (cơ bản EO và kích thích Em) chính là năng lượng mà phân tử hấp thụ từ nguồn sáng để tạo ra phổ hấp thụ phân tử của chất

* Nguyên tắc: Phương pháp xác định dựa trên việc đo độ hấp thụ ánh sáng của một dung dịch phức tạo thành giữa ion cần xác định với một thuốc thử vô cơ hay hữu cơ trong môi trường thích hợp khi được chiếu bởi chùm sáng Phương pháp định lượng phép đo:

A = K.C

Trong đó: A: độ hấp thụ quang

K: hằng số thực nghiệm

C: nồng độ nguyên tố phân tích

Phương pháp này cho phép xác định nồng độ chất ở khoảng 10-5 - 10-7M và

là một trong các phương pháp được sử dụng khá phổ biến

Phương pháp trắc quang có độ nhạy, độ ổn định và độ chính xác khá cao, được sử dụng nhiều trong phân tích vi lượng Tuy nhiên với việc xác định Cd, Pb thì lại gặp rất nhiều khó khăn do ảnh hưởng của một số ion kim loại tương tự Khi

đó phải thực hiện các công đoạn che, tách phức tạp

1.3 Phương pháp quang phổ hấp phụ phân tử UV-VIS

1.3.1 Giới thiệu phương pháp quang phổ hấp phụ phân tử UV-VIS

1.3.1.1 Sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch màu:

Dung dịch có màu là do bản thân dung dịch đã hấp thụ một phần quang phổ của ánh sáng trắng, phần còn lại ló ra cho ta màu của dung dịch

Dung dịch có màu xác định thì hấp thụ bước sóng đơn sắc tương ứng và thể hiện qua:

TIA SÁNG ĐƠN SẮC BỊ HẤP THỤ MÀU CỦA DUNG DỊCH

Sự hấp thụ màu của dung dịch màu

Sự hấp thụ bức xạ đơn sắc càng mạnh (màu càng đậm) khi dung dịch có nồng độ càng lớn

Sự hấp thụ của dung dịch theo màu và sự phụ thuộc của nó vào nồng độ của chất hấp thụ chính là cơ sở của phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS

1.3.1.2 Các định luật cơ bản về sự hấp thụ ánh sáng:

*Định luật Bourguear-Lambert (Định luật 1 của hấp thụ ánh sáng):

Lượng tương đối của chùm ánh sáng bị hấp thụ bởi môi trường mà nó đi qua không phụ thuộc vào nồng độ của tia tới Mỗi một lớp bề dày như nhau hấp thụ một phần dòng sáng đơn sắc đi qua dung dịch như nhau

Biểu thức:

I=I0.e-kl Với k: hệ số hấp thụ

l : bề dày của lớp vật chất

* Định luật Lambert-Beer:

Nội dung: Với bề dày của lớp dung dịch, hệ số hấp thụ K tỉ lệ với nồng độ

của chất hấp thụ của dung dịch

Biểu thức:

I=I0.e-ɛ*cl Với C: Nồng độ dung dịch (mol/l)

l: Bề dày của cuvet đựng dung dịch (cm)

: Hệ số hấp thụ phân tử

1.3.1.3 Các đại lượng hay sử dụng:

*Độ truyền quang T(%): là tỉ lệ giữa cường độ chùm sáng đơn sắc I sau khi

đi qua dung dịch với cường độ chùm sáng đơn sắc I0 chiếu vào

* Mật độ quang D hay độ hấp thụ A hay độ tắt E

Khi và l không đổi: D = A = K.C

Nguyên tắc chung của phương pháp đo quang để xác định một chất X:

E A



1.3.1.4 Tính chất của mật độ quang và ứng dụng trong hóa phân tích:

Mật độ quang có tính cộng tính:

Trong dung dịch có nhiều chất tan hấp thụ bức xạ ánh sáng thì mật độ quang

đo được chính là tổng các mật độ quang của các chất có trong dung dịch

Ứng dụng trong hóa phân tích: Đo được mật độ quang của chất cần phân tích X

D0: Mật độ quang của dung dịch trống (dung dịch so sánh)

(l, λ = const) thì đường biểu diễn D = f(C) sẽ là một đường thẳng:

1.3.2.Các điều kiện tối ưu của một phép đo quang:

1.3.2.1 Sự đơn sắc của bức xạ điện từ

Định luật Lambert – Beer càng chính xác hay là sự phụ thuộc D = f (C) càng tuyến tính nếu bức xạ đơn sắc chiếu vào dung dịch càng đơn sắc

1.3.2.2 Bước sóng tối ưu – bước sóng cực đại λ max

Mỗi một chất chỉ hấp thụ ánh sáng cực đại tại một bước sóng nhất định gọi

là λmax Do đó, định luật Lambert – Beer càng chính xác cho chất phân tích tại giá trị λmax

1.4.2.3 Khoảng tuyến tính của định luật Lambert – Beer

Định luật Lambert – Beer cho sự phụ thuộc D = f (C) chỉ tuyến tính trong một khoảng giá trị nồng độ nhất định, gọi là khoảng tuyến tính Cmin - Cmax (hình 1.3)

Hình 1.1 Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ

1.3.2.4 Các yếu tố khác

Khả năng hấp thụ ánh sáng của dung dịch màu ngoài sự phụ thuộc vào nồng độ còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: sự ổn định của dung dịch màu phụ thuộc vào môi trường pH sự có mặt của ion lạ, thời gian ổn định màu, nhiệt độ…

1.3.2.5 Sơ đồ khối máy đo quang

Sơ đồ khối tổng quát của 1 thiết bị đo quang như sau:

1.3.3 Các phương pháp phân tích định lượng

1.3.3.1 Phương pháp đường chuẩn

Xây dựng đường chuẩn D = f (C)

Nguyên tắc: chuẩn bị một dãy dung dịch chất chuẩn cần phân tích có nồng

độ chính xác khác nhau, tăng dần: C1, C2, C3, C4, C5,…

Thêm thuốc thử phân tích, tạo môi trường phù hợp Đo mật độ quang cho các dung dịch chuẩn ta được các giá trị D1, D2, D3, D4, D5,…

Xây dựng đồ thị D = f (C) theo dạng tuyến tính bậc một: y = a.x + b

Hình 1.2 Đường chuẩn của phương pháp đo quang

Chuẩn bị dung dịch phân tích trong điều kiện tương tự như dung dịch chuẩn, đưa vào máy đo mật độ quang Dx, dựa vào phương trình của đồ thị để xác định Cx

Đặc điểm của phương pháp:

Ưu điểm: dễ làm, rất thuận tiện khi phân tích hàng loạt nhiều mẫu, có độ chính xác cao, thường có thể loại bỏ được sai số hệ thống

Nhược điểm: dung dịch chuẩn thường có thành phần không giống như dung dịch mẫu phân tích nên có thể có những ảnh hưởng mà ta không xác định được, nhiều thao tác nên tốn thời gian

1.3.3.2 Phương pháp thêm chuẩn

Đo mật độ quang Dx cho dung dịch phân tích có nồng độ Cx: Dx = K.Cx Thêm vào dung dịch phân tích một lượng chính xác chất chuẩn phân tích

Cch, đưa vào máy đo mật độ quang, được giá trị D: D = K.(Cx + Cch)

Cch Cx

Cx D

Cch Dx



.

Ưu điểm của phương pháp là loại bỏ được ảnh hưởng của các thành phần khác có trong dung dịch phân tích, dễ viết chương trình cho máy Tuy nhiên, phương pháp này cũng có hạn chế là tốn thời gian, yêu cầu phải rất tuyến tính (K như nhau trong hai phép đo)

1.3.3.3 Phương pháp vi sai

Để mở rộng khoảng nồng độ có thể xác định được bằng phương pháp trắc quang người ta dùng phương pháp đo trắc quang vi sai Phương pháp này thường

áp dụng để xác định các nồng độ lớn, giảm sai số của thuốc thử thừa, của phép đo nói chung Nội dung của phương pháp trắc quang như sau:

Đo mật độ quang Dx cho dung dịch phân tích so với dung môi

Đo mật độ quang của dung dịch chuẩn C1 và C2 (C2 > C1) so với dung môi được các giá trị D1, D2

Nếu ta dùng dung dịch có nồng độ C1 làm dung dịch so sánh để đo mật độ quang của dung dịch có nồng độ C2 và Cx thì ta có:

C C X Dtđ

(

C Dtđ

C C X Dtđ



1.3.3.3.Ưu điểm của phương pháp UV – VIS:

- Độ nhạy cao, thường có thể xác định lượng các nồng độ nhỏ hơn 10-7M

Ưu điểm này có ý nghĩa trong 2 lĩnh vực:

+ Trong lĩnh vực phân tích vết: cho phép tiến hành phép đo định lượng các

vi cấu tử của mẫu có hàm lượng cỡ 1 ppm về khối lượng

+ Trong lĩnh vực vi phân tích: có thể xác định lượng các cấu tử chính trong

mẫu có kích thước rất nhỏ

- Thực hiện được nhanh hơn, thuận lợi hơn (so với phương pháp chuẩn độ

và trọng lượng truyền thống)

- Có thể tiến hành phép phân tích từ 5 đến 10 mẫu trong 1 phút

- Cung cấp các số liệu phân tích cho thông báo cơ bản về cấu trúc phân tử

và về bản chất liên kết hóa học

1.4 Một số phương pháp tách và làm giàu lượng vết ion kim loại nặng

Trong thực tế phân tích, hàm lượng các chất có trong mẫu đặc biệt là hàm lượng các ion kim loại nặng trong nước thường rất nhỏ, nằm dưới giới hạn phát hiện của các công cụ phân tích Vì vậy, trước khi xác định chúng thì cần thông qua quá trình tách và làm giàu

Để tách, làm giàu kim loại nặng trong nước thường dùng một số phương pháp thông dụng như phương pháp kết tủa và cộng kết, phương pháp chiết pha rắn SPE, phương pháp chiết lỏng – lỏng, phương pháp tách và làm giàu bằng điện hoá…

1.4.1 Phương pháp cộng kết

Cộng kết là phương pháp kết tủa chất cần phân tích bằng cách đưa thêm những chất kết tủa đồng hành thường gọi là chất góp, vào đối tượng phân tích để cộng kết các nguyên tố khi hàm lượng của chúng nhỏ rất nhỏ Nhờ vậy mà chất phân tích sẽ được thu góp lại Khi đó hàm lượng của nó đó tăng lên rất nhiều lần Người ta có thể chọn một số hyđroxyt khó tan như: Fe(OH)3, Al(OH)3 hoặc một số sunfua hay một số chất hữu cơ làm chất góp

Khi sử dụng chất hữu cơ để cộng kết có thể kết tủa được những hàm lượng vết tới 10-3 – 10-5 M Việc dùng chất hữu cơ kết tủa có ưu điểm hơn so với chất vô

cơ vì kết tủa dễ lọc rửa Bằng cách thay đổi pH của dung dịch có thể tiến hành kết tủa lần lượt và tách được nhiều cation kim loại khác nhau với cùng một chất kết tủa hữu cơ Hơn nữa phân tử hữu cơ dễ dàng bị phân huỷ khi nung kết tủa từ đó thu được nguyên tố cần xác định ở trạng thái đó làm giàu, tinh khiết Mặt khác, chất góp hữu cơ cũng có khả năng cộng kết được hàm lượng vết nguyên tố khi có mặt lượng lớn nguyên tố khác

Phương pháp cộng kết có ưu điểm: Đơn giản, hiệu quả cao nền mẫu phân tích được chuyển từ phức tạp sang đơn giản hơn Tuy nhiên nhược điểm chính của phương pháp là mất nhiều thời gian nên phương pháp này ít được sử dụng

1.4.2 Phương pháp chiết lỏng - lỏng

* Nguyên tắc: Phương pháp dựa trên sự phân bố chất tan khi được tạo thành ở dạng phức liên hợp hay ion phức vòng càng không mang điện tích giữa hai pha không trộn lẫn, thường là các dung môi hữu cơ và nước

Tách và làm giàu chất bằng phương pháp chiết lỏng - lỏng có nhiều ưu điểm hơn

so với một số phương pháp làm giàu khác và sự kết hợp giữa phương pháp chiết với các phương pháp xác định tiếp theo (trắc quang, cực phổ ) có ý nghĩa rất lớn trong phân tích

Để xác định riêng từng dạng As nhất thiết phải chiết, ví dụ: As(III) và As(V) trong đất có thể xác định riêng biệt sau khi chiết bằng CCl4 và HCl (theo Chappell et al 1995)

Một số hệ chiết thường dùng trong tách, làm giàu Pb, Cd

Hệ chiết Pb, Cd – dithizonat trong CCl4 hoặc CHCl3 sau đó xác định chúng bằng phương pháp phổ hấp thụ phân tử (UV – VIS)

- Có thể chiết phức halogenua hoặc thioxianat cacdimi bằng các dung môi hữu cơ; xiclohexano, metyl isobutyl xeton (MIBK), dietyl ete…

- Tạo phức chelat với NaDDC (natridietyldithiocacbamat) từ dung dịch đệm amoni xitrat ở pH=9,5 dung môi chiết là MIBK( Metyl isobutyl xenton)

1.5 Tình hình nghiên cứu và kiểm soát hàm lượng kim loại nặng trong nước

ở Việt Nam và trên thế giới [15, 16]

1.4.1 Tình hình nghiên cứu và kiểm soát hàm lượng kim loại nặng trong nước ở Việt Nam

Tại Suối Cái-Xuân Trường –TP.Hồ Chí Minh: Đây là nơi đã và đang phải hứng chịu trực tiếp chất thải gây ô nhiễm từ khu vực tỉnh Bình Dương đổ vào Cụ thể, nồng độ chất các giá trị TSS, COD, BOD5, DO đều không đạt quy chuẩn cho phép So với năm 2008, nồng độ COD, TSS, BOD5 tăng, đặc biệt hàm lượng các kim loại Fe, Pb và Cd năm 2009 tăng đáng kể

TP.Hồ Chí Minh: Nước tưới rau đều có hiện diện Thủy ngân (Hg), As, Cd,

Pb nhưng hàm lượng Pb đã vượt ngưỡng cho phép (phường Thới An) Nguyên nhân gây ô nhiễm là do nguồn nước bị ô nhiễm bởi nước thải khu dân cư và khu

công nghiệp đổ vào kênh Tham Lương

Tại Vịnh Mân Quang-Sơn Trà-Đà Nẵng: Kết quả 4 mẫu nước lấy tại bè cá

của các hộ nuôi thuỷ hải sản tại đây đều vượt Quy chuẩn QCVN.Thông số oxy hoá tan trong nước (DO) thấp hơn 2 lần so với mức cho phép; hàm lượng chất hữu cơ COD vượt 2-3,5 lần; Amoni (NH4

+) vượt 1-3 lần Đặc biệt chỉ số dầu mỡ khoáng

đo được từ 0,3-0,4mg/l (trong khi theo quy định phải bằng 0); hàm lượng kim loại

nặng trong nước (Fe, Cd, Cu, Pb) vượt từ 1-33 lần so với quy định cho phép

Hiện nay, nước ở ngoại thành thành phố Hà Nội, Huế, Nha Trang, Cần Thơ,…, cũng bị ô nhiễm bởi hóa chất bảo vệ thực vật và phân bón Hàm lượng kim loại nặng trong nước nhiều vùng cũng vượt tiêu chuẩn cho phép hàng chục

thậm chí hàng trăm lần

1.4.1 Tình hình nghiên cứu và kiểm soát hàm lượng kim loại nặng trong nước trên thế giới

Tại Nga, hàm lượng kim loại nặng (Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb và Zn) đã được

nghiên cứu tại một số vùng nước trong thành phố và ngoại ô có phát triển công nghiệp Các mẫu nước mặt được lấy tại một số vị trí ở Nizhny Novgorod và Dzerzhinsk Cả hai thành phố công nghiệp luyện kim này đều tập trung một lượng lớn các kim loại nặng trong nước Sự tập trung này đã gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe của con người

Tại Ba Lan, người ta đã nghiên cứu hàm lượng của một số muối kim loại nặng trong nước như muối của chì (II), đồng (II), mangan (II), coban (II), molypden (IV) và sắt (III) Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tăng nồng độ chì trong nước đã ảnh hưởng tiêu cực đến đời sống của hệ động thực vật tại đây Nước cũng bị ô nhiễm bởi các nguồn cung cấp đồng như khai thác khoáng sản, sử dụng phân bón hữu cơ, nước thải

Xu hướng ô nhiễm nước ở Châu Á: tại Đài Loan, nước bị ô nhiễm bởi các nguồn nước thải của các Ở miền trung Đài Loan nước bị ô nhiễm bởi các nguyên

tố phức tạp (Cu, Cr, Ni, Pb và Zn) được thải ra từ các dự án xả thải bất hợp pháp trong khu vực Tại Nhật Bản, một cuộc điều tra về các kim loại nặng trong nước của cơ quan môi trường đã được tiến hành trên các đối tượng Cu, Zn, Cd, Pb, Cr,

Mn, Ni và As Tại Hàn Quốc, một dự án giám sát rộng rãi về các kim loại nặng trong nước đã được tiến hành trong vài năm qua

1.6 Tài nguyên nước ở Việt Nam

1.6.1 Sơ lược về tài nguyên nước

Nước theo thuật ngữ chung bao gồm nước ở ao hồ, sông suối, biển, đại

dương,…Nước rất cần thiết cho hoạt động sống của con người cũng như các sinh