BÀI TẬP PHÂN TÍCH QUANG HỌC

PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG ASEN Ở MỘT SỐ NGUỒN NƯỚC BỀ MẶT VÀ NƯỚC NGẦM Ở ĐỊA BÀN QUẬN LIÊN CHIỂU

Chủ đề: “PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG ASEN Ở MỘT SỐ NGUỒN NƯỚC BỀ MẶT VÀ NƯỚC NGẦM Ở ĐỊA BÀN

QUẬN LIÊN CHIỂU”

PHẦN I.MỞ ĐẦU

I.1.Lý do chọn đề tài

Nước là khởi nguồn của mọi sự sống Ở đâu có nước thì ở đó có sự sống và ngược lại

Những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ không ngừng của nền công nghiệp, tình hình ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng đến mức báo động Trong đó vấn đề ô nhiễm môi trường nước bởi kim loại nặng là vấn đề cần nói đến Một trong những kim loại nặng đó là Asen – nguyên tố có độc tính cao, gây nhiều bệnh nguy hiểm cho con người Vì vậy việc phân tích, đánh giá hàm lượng Asen trong nước là rất cần thiết Có rất nhiều phương pháp để phân tích tổng hàm lượng Asen trong nước và một phương pháp rất phổ biến đó là phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS

I.2.Khái quát về Asen

Asen( Arsenic) là nguyên tố số 33 trong Bảng tuần hoàn Mê-đe-le-ep, có tên gọi thông thường là thạch tín

Trước đây Asen cũng có nhiều ứng dụng như :

 Asenat hidro chì làm thuốc trừ sâu cây ăn quả

 Asenat đồng tạo màu trong các loại bánh kẹo ngọt

 Các hợp chất Asen dùng làm thuốc chữa bệnh

Nhưng ngày nay Asen được biết đến như một chất kịch độc, có thể gây chết người nếu nhiễm độc cấp tính và nhiễm độc mãn tính có thể gây ra 19 bệnh, trong đó có ung thư da, ung thư phổi…

 Ngộ độc cấp tính có triệu chứng giống bệnh tả : nôn mửa, đau bụng, tiêu chảy liên tục, khát nước, mạch đập yếu, mặt nhợt nhạt thâm tím, bí tiểu và chết sau 24h

 Ngộ độc mãn tính là tích lũy một lượng nhỏ Asen trong thời gian dài Triệu chứng : mặt xám, tóc rụng, viêm dạ dày, viêm ruột, đau mắt, tai,

đi đứng loạng choạng, kiệt sức và tử vong trong vài tháng hoặc vài năm

I.3.Giới hạn cho phép của Asen trong nước bề mặt và nước ngầm

STT Các loại môi trường QCVN Giá trị giới hạn

(Nguồn: Theo QCVN 08:2008, QCVN 09:2009/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước mặt và nước ngầm)

I.4.Tham khảo thiết bị phát hiện và loại asen ở Việt Nam :

***Cách nhận biết asen :

Theo tiến sỹ Trần Hồng Côn ,Bộ môn công nghệ hóa học ,Đại học khoa học tự nhiên,Đại học Quốc gia Hà Nội thì “không thể nhận biêt asen bằng cảm

quang Kể cả trong nước trong và có cảm giác sạch vẫn có thể chứa chất độc này.Việc đun sôi và lọc vi trùng cũng không loại được asen,mangan và một số kim loại nặng khác”.Như vậy việc phát hiện xử lý asen phải có phương

pháp,thiết bị cụ thể.Trong đó Việt Nam ngoài dùng biện pháp phân tích trực tiếp

asen thì cũng có một dụng cụ phát hiện asen “chỉ mất 7 phút”đó chính là bộ kit

thử asen.Đặc điểm:-Giá 150.000đồng

-Thử được 25 lần,phất hiện từ 0,005mg/l đến 1,5mg/l

-Gồm :Lọ phản ứng,Lọ giấy chỉ thi asen,Lọ bột khử,Lọ dung dịch asen-1

và panh gắp.Tất cả chứa trong túi nhựa bằng bàn tay

-Sử dụng :Đặt giấy chỉ thị vào nắp lọ,đổ mẫu nước và dd ,bột khử vào lọ phản ứng Nếu chỉ thị chuyển sang màu vàng là nước có nhiễm asen

***Thiết bị loại bỏ asen:Bình lọc asen trong nước sinh hoạt

-Đặc tính :an toàn ,tiện lợi,lọc được asen với hiệu suất cao

-Cấu tạo :Giống bình lọc thông thường ,nhưng bộ cột có tính năng oxy hóa và

giữ lại asen.Gồm 2 ngăn:+Ngăn 1 chứa cột hấp phụ làm từ đất sét,đá ong và đá

son đã được biến tính.

+Ngăn 2 chứ nước đã loại asen

-Cơ chế:Khi nước ở ngăn 1 thấm qua cột asen và mangan trong nước được giữ lại ,phần nước sạch chảy vào ngăn thứ 2 là ta có thể sử dụng.Lượng asen sẽ được thu hồi và xử lý riêng

PHẦN II.PHÂN TÍCH ASEN BẰNG PHƯƠNG PHÁP

UV-VIS

II.1Cơ sở lý thuyết của phương pháp

II.1.1Sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch có màu

Dung dịch có màu : hấp thụ một phần bxđt của ánh sáng trắng (bxđt từ 400-800nm), phần còn lại ló ra cho ta màu

Sự hấp thụ bxđs càng mạnh khi dung dịch có nồng độ lớn  màu càng đậm  cơ

sở của phương pháp so màu, đo quang và máy UV-VIS

II.1.2 Các định luật cơ bản về sự hấp thụ bxđt

Định luật Bugơ-Lambe:

I0=I+Ia+Ir

Trong đó: Ia là phần cường độ bị hấp thụ

Ir là phần cường độ bị phản xạ

I là cường độ ló ra

Định luật hấp thụ ánh sáng :

I I ekl

 0.

Trong đó : -k là hệ số hấp thụ (phụ thuộc vào bản chất bước sóng)

-l :bề dày dung dịch

Định luật Lambe-bia:

Với bề dày dung dịch l,hệ số hấp thụ k ta có : k=ε.C

Hay I=I0.e-εCl

Với ε là hệ số tăt phân tử hay hệ số hấp thụ phân tử

II.1.3 Một số đại lượng hay dùng

a Độ truyền quang (T)

o

I

I

T  =10- εlC

b.Mật độ quang (D)

C l D

C l I

I T E A

.

lg

1 lg

















l : bề dày dung dịch

C : nồng độ mol/l

ε : hệ số tắt phân tử

Với dung dịch nhất định, đựng trong cuvet nhất định thì D = k.C sự phụ thuộc

tuyến tính giữa D và C  Cơ sở lý thuyết cho phương pháp phân tích định lượng

c.Ý nghĩa của hệ số tắt phân tử ε

Nếu C= 1 mol/l, l= 1 cm thì D= ε  ε : chính là mật độ quang của chất đó  sử dụng để phân tích định tính

II.1.4.Tính chất cộng tính của mật độ quang của dd so sánh-dd trống

n

n n n

n o

o

D D

D D D

I

I I

I I

I I

I D

I

I I

I I

I I

I I

I D

















































lg

lg lg

lg

lg lg

3 2 1

1 3

2 2

1 1 0

1 3

2 2

1 1

II.2Các điều kiện tối ưu cho 1 phép đo quang:

II.2.1.Sự đơn sắc của nguồn bxđt

Một quy trình phân tích :

 Dãy dung dịch chuẩn của chất phân tích

 Xây dựng D= f(C)DxCx

Định luật L-B chỉ chính xác đối với nguồn bxđt-bxđs

 Để có bxđs : thường phải tán sắc, dùng thiết bị để tán sắc1 nguồn sáng liên tục

 Sự đơn sắc của bxđt phụ thuộc vào thiết bị - cụ thể là máy phân tích mà chúng ta có

Các thế hệ thiết bị tạo bxđs

 Kính lọc màu

 Lăng kính

 Cách tử

II.2.2.Bước sóng tối ưu  max

Mỗi chất sẽ hấp thụ bxđs tốt nhất ở 1 bước sóng nhất định thì D=f(C) chính

xác nhất  max = tối ưu

 max được xác định cụ thể cho từng dung dịch chất phân tích

II.2.3.Ảnh hưởng của nồng độ

Định luật L-B chỉ tuyến tính trong 1 khoảng nồng độ xác định, được gọi là khoảng tuyến tính của định luật L-B: C0Cmax

II.2.4.Sự ổn định của dd phân tích

Nguyên tắc của phép đo quang:

D= ε.l.C

 Đưa chất phân tích về dạng có màu bằng thuốc thử (chất hữu cơ) phù hợp

 Đo mật độ quang để xác định nồng độ

Sự ổn định của dd phân tích quyết định quan trọng đến sự chính xác của phép đo

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định

 Thuốc thử, lượng thuốc thử

 Môi trường pH

 Thời gian ổn định màu

 Nhiệt độ

Phải khảo sát để xác định cụ thể từng yếu tố cụ thể

Việc tìm điều kiện tối ưu cho phương pháp phân tíchtìm thuốc thử thích hợp

II.3 Máy quang phổ UV-VIS:

II.3.1.Sơ đồ khối

Tùy theo cấu tạo của các loại thiết bị mà người ta chia ra làm 2 loại máy đo quang là máy 1 chùm tia và máy 2 chùm tia

II.3.2.Các bộ phận chính của máy đo phổ hấp thụ phân tử UV-VIS

Nguồn

bức xạ

liên tục

Bộ phận tạo tia đơn sắc

Cuvet đựng dung dịch

Detectơ Chỉ thị

kết quả

Không phụ thuộc vào vùng phổ, các máy đo độ truyền quang và độ hấp thụ (mật độ quang) của dd bao gồm 5 bộ phận cơ bản sau :

1 Nguồn bức xạ có năng lượng ổn định, hiên nay trang bị 2 loại đèn: W-Lamp(vùng khả kiến),D-Lamp(vùng tử ngoại)

2 Bộ phận tạo bức xạ có bước sóng thích hợp với chất nghiên cứu gồm :

hệ lăng kính, cách tử

3 Ngăn đựng mẫu gồm các cuvet chứa đựng dd đo, thướng sử dụng cuvet thủy tinh cho vùng khả kiến, nếu đo trong vùng tử ngoại thì phải dùng cuvet thạch anh

4 Đêtectơ là loại thiết bị có khả năng thu những thông tin : cơ, điện, quang thành những tín hiệu, thường là tín hiệu điện trong máy UV-VIS thì đêtectơ là các tế bào quang điện với hiệu ứng quang điện ngoài hay các nhân quang điện

5 Bộ phận chỉ thị kết quả :là một máy tính hoặc bộ phjận giống máy tính

có chức năng thu nhân và hiển thị kêt quả phân tích(cavs dãy phổ phân tích)

Sơ đồ của máy phổ trắc quang(mô phỏng)

II.4 Các phương pháp định lượng chủ yếu dùng phân tích :

II.4.1 Phương pháp đường tiêu chuẩn :

* Bước 1 :Xây dựng đường chuẩn D=f(C) (D=aC+b)

-Pha dung dịch chuẩn gốc ban đầu (thường đặc) khoảng 10-3M(10-3N) Khi cần dung dịch có nồng độ nhỏ hơn thì ta pha loãng ra gọi là dung dịch làm việc -Chuẩn bị dãy dung dịch chuẩn C1,C2,C3,C4,C5,C6 và 1 mẫu trống ,pha vào bình định mức ,đánh số thứ tự từ 1 dến 7.dùng thuốc thử thích hợp để đưa về dạng phức màu

-Đo mật độ quang các dung dịch chuẩn tại bước sóng đã khảo sát(đã xác định λmax,đã xác định khoảng tuyến tính )

-Tương ứng với D1,D2,D3,D4,D5,D6 dựng đường chuẩn D=f(C) ,xác định được đường thẳng D=aC+b

*Bước 2:Chuẩn bị mẫu phân tích :

-Chuẩn bị như dãy chuẩn,trong cùng điều kiện như dung dịch chuẩn

*Bước 3 : Xử lý mẫu:

-Đo mật độ quang Dx

-Xây dựng đường chuẩn dựa trên D đo được ,từ đó xác định nồng độ Cx Mật độ quang

D1

D2

D3

D4

D5

D6

C1 C2 C3 C4 C5 C6 Nồng độ

** Ưu điểm :

- Xác định hàng loạt mẫu

- Chính xác,dễ thực hiện

**Nhược điểm:

- Thành phần mẫu phức tạp (ta có thể loại bỏ nhưng không thể hoàn toàn…)

- Điều kiện mẫu chuẩn không thể giống mẫu phân tích hoàn toàn toàn mẫu phân tích

Dễ dẫn đến sai số

II.4.2 Phương pháp thêm chuẩn :

** Nguyên tắc chung:

- Lấy ngay dung dịch phân tích làm dung dịch nền

- Có 2 phương pháp thêm chuẩn : -Thêm một mẫu chuẩn

-Thêm một dãy chuẩn

a.Thêm một mẫu chuẩn :

- Pha dung dịch chất phân tích với nồng độ Cx,thêm thuốc thử ,môi trường … định múc tới vạch

- Do mật dộ quang tại λmax đã khảo sát xác định giá trị Dx (D=k.Cx)

- Thêm vào dung dịch lượng chính xác Ca

- Đo mật độ quang D (D=k.(Cx+C(x+a)))

- Xác định nồng độ mẫu Cx:

D C

D

C

X

a X

X  D 

.

b.Thêm dãy chuẩn:

- Cho vào 6 bình định mức một thể tích chính xác dung dịch phân tích nồng đọ Cx

- Thêm lần lượt vào mỗi bình lượng chính xác nồng độ C1,C2,C3,C4,C5,C6 sao cho nồng độ tăng theo cấp số cộng,thêm thuốc thử ,môi trường …định mức tới vạch

- Tiến hành đo mật độ quang thu được D1,D2,D3,D4,D5,D6

- Vẽ đồ thị D=f(C),từ đó xác định Cx

 So với phương pháp thêm 1 mẫu thì phương pháp thêm dãy chuẩn độ chính xác cao hơn ,song đòi hỏi phải tốn nhiều thời gian.Vì thế khi yêu cầu độ chính xác cao thì ta nên dung phương pháp thêm dãy chuẩn

**Ưu điểm :

- Quá trình lấy mẫu dễ dàng ,không cần phải dùng hóa chât tinh khiết cao để chuẩn bị mẫu chuẩn

- Không chú ý đến ảnh hưởng về thành phần hay cấu trúc vật lý của các chất tạo mẫu

II.5.Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS bằng thuốc thử bạc dietyldicacbamat(AgDDC)

II.5.1.Giới thiệu vềAgDDC

Công thức phân tử là C 5 H 10 NS 2 Ag, có khối lượng phân tử là 256,14 Công thức

cấu tạo:

H5C2 S

N C

H5C2 S Ag

Có t nc :172-175 0 C, t s :176,4 0 C tại 760mmHg, nhiệt độ bốc cháy:60,5 0 C.

Thuốc thử này bị ảnh hưởng nhiều bởi độ ẩm và ánh sáng, vì vậy nó được bảo quản trong các dụng cụ khô và có màu tối

Tinh thể màu vàng, tan vào piridin, CHCl3, không tan trong nước, AgDDC được

sử dụng để xác định As bằng phương pháp trắc quang trong thép, gang, đất, nước,

…

II.5.2.Xác định As bằng thuốc thử AgDDC

Tạo thành hợp chất có màu đỏ khi có mặt piridin(hoặc cloroform) Cường độ màu của dung dịch tỷ lệ với lượng asen có trong dung dịch

H5C2 S H5C2 S

3 N C + As3+ N C As + 3Ag+

H5C2 S Ag H5C2 S

Lượng Asen có trong mẫu   KI , NaI asenat ZnHCldònghidro   asin, cho qua ống lọc

đã nhồi bông thủy tinh tẩm Pb(CH3COO)2 loại H2S, tiếp tục qua ống hấp thụ chứa AgDDC trong dd piridin(hoặc cloroform)

Khí asin làm dd hấp thụ có màu vàng chuyển sang màu đỏ, cường độ màu phụ thuộc vào lượng asin Sau khi phản ứng xong, chuyển dd ở ống hấp thụ vào cuvet, đậy nắp lại, đo mật độ quang với dd so sánh là mẫu trắng Dựa vào đường chuẩn ta tính được hàm lượng asen có trong mẫu nước

Bằng phương pháp này có thể xác định đượcđến 0,05mg asen trong 11 nước với thể tích mẫu cần lấy là 50ml

PHẦN III: QUY TRÌNH PHÂN TÍCH

III.1 Thiết bị ,dụng cụ và hóa chất:

III.1.1 Thiết bị ,dụng cụ :

- Máy quang phổ hấp phụ nguyên tử UV-VIS

- Cân phân tích precisa XT 220-A ,tủ hút ,bình hút ẩm ,bếp điện ,bộ cất Asen,các dụng cụ phân tích khác :bình định mức,pipet,cốc……

II.1.2 Hóa chất :

- Dung dịch Asen gốc 1000ppm

- Muối Na-DDC,AgNO3 ,KI,Pb(CH3COO)2

- Axit :HCl đặc ,H2SO4 đặc

- Dung dịch H2O2 30%

- Thiếc hạt,kẽm hạt………

III.2 Chuẩn bị các dung dịch

III.2.1 AgDDC trong dd cloroform

Dd 1: hòa tan 2,25g Na-DDC trong 100ml nước cất

Dd 2: hòa tan 1,7g AgNO3 trong 100ml nước cất

Nhỏ từ từ dd 1 vào dd 2  khuấy đều đến hết kết tủa lọc, rửa bằng nước cất sấy trong bình hút ẩm đến khối lượng không đổi

Hòa tan 3g kết tủa thu được(AgDDC) vào 100ml cloroform Lọc dd, bảo quản trong lọ màu và tủ lạnh

III.2.2 Dd KI 15 %

Cân chính xác 17,065g KI + nước cất đến vạch bđm 100ml, dùng ngay sau khi pha Bảo quản dd trong lọ màu, để trong bóng tối

III.2.3 Dd SnCl2 bão hòa

Hòa tan 200g Sn trong 100ml HCl đặc Cho phản ứng trong 24h thu được dd SnCl2 bão hòa

III.2.4 Dd Pb(CH3COO)2 10%

Cân chính xác 11,11g Pb(CH3COO)2 + nước cất đến vạch bđm 100ml

Chuẩn bị bông thủy tinh tẩm chì axetat: cho bông thủy tinh vào dd chì axetat ngâm ít nhất 1h,vớt ra sấy khô

III.2.5 Dd As3+ 100pmm, 10pmm,1pmm

Lấy 5ml dd As3+ 1000pmm + nước cất đến vạch bđm 50ml dd As3+ 100pmm Lấy 10ml dd As3+ 100pmm + nước cất đến vạch bđm 100ml dd As3+ 10pmm Lấy 10ml dd As3+ 10pmm + nước cất đến vạch bđm 100ml dd As3+ 1pmm

III.2.6 Dd S2- 100pmm

Cân chính xác 0,075g Na2.9H2O + nước cất đến vạch bđm

III.3 Nội dung tiến hành phân tích

III.3.1 Khảo sát các điều kiện tối ưu của phép phân tích

III.3.1.1 Quy trình khảo sát

Lấy chính xác một thể tích dd As3+ 10pmm vào bđm 50ml, định mức đến vạch Chuyển toàn bộ vào bđm 100ml + 15ml axit HCl đặc + 6ml dd KI 15% + 0,5ml dd SnCl2lắc đềuđể yên 15’

Cho một thể tích chính xác dd AgDDC trong CHCl3 vào ống hấp thụ của bộ cất asen

Tiếp tục cho vào bđm 5g Zn hạt và đậy nắp nhanh bình lại

Sau khi phản ứng kết thúc, chuyển dung dịch ở ống hấp thụ vào cuvet và đem

đo độ mật quang với dung dịch so sánh là mẫu trắng Mẫu trắng chuẩn bị như mẫu khảo sát nhưng không có mặt As3+

III.3.1.2 Khảo sát chọn thể tích dung dịch hấp thụ(AgDDC trong CHCl 3 )

Mục đích: chọn thể tích dd hấp thụ là ít nhất mà giá trị mật độ quang là cực đại

Quy trình khảo sát tiến hành theo mục III.3.1.1 với dd khảo sát là 50ml dd

As+3 0,2ppm và các thể tích dd hấp thụ tăng từ 5ml, 6ml, 7ml, 8ml Để phản ứng xảy ra trong 60 phút

Đo mật độ quang D của phức màu ở giá trị max = 526,5nm Kết quả được thể hiện trong bảng 1 và biểu diễn trên đồ thị hình 1

Bảng 1 Giá trị mật độ quang của dd phức màu với các thể tích khác dd hấp

thụ khác nhau

Thể tích dd hấp

0.33

0.335

0.34

0.345

0.35

0.355

0.36

Hình 1 Sự phụ thuộc mật độ quang của phức màu vào thể tích dd hấp thụ

 Chọn thể tích dd hấp thụ là 7ml

III.3.1.3 Khảo sát chọn thời gian phản ứng tạo màu

Cường độ màu của phức As với AgDDC giảm dần theo, ta tiến hành khảo sát thời gian phản ứng là tối ưu mà ở đó mật độ quang là lớn nhất Thời gian phản

Thể tích dd hấp thụ (ml)

Mật

độ

quang