Luận Văn Thạc Sĩ Hóa Học Xác Định Hàm Lượng Các Nguyên Tố As(III), As(V), Sb(III), Sb(V) Và Một Số Chỉ Tiêu Hóa Lý Trong Mẫu Nước Sinh Hoạt Ở Huyện Krông Pắk

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠTXÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CÁC NGUYÊN TỐ AsIII, AsV, SbIII, SbV VÀ MỘT SỐ CHỈ TIÊU HÓA LÝ TRONG MẪU NƯỚC SINH HOẠT Ở HUYỆN KRÔNG PẮK TỈNH ĐẮK LẮK BẰNG PHƯƠNG PHÁP KÍCH HOẠT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT



TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT

XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CÁC NGUYÊN TỐ As(III), As(V), Sb(III), Sb(V) VÀ MỘT SỐ CHỈ TIÊU HÓA LÝ TRONG MẪU NƯỚC SINH HOẠT Ở HUYỆN KRÔNG PẮK

TỈNH ĐẮK LẮK BẰNG PHƯƠNG PHÁP KÍCH HOẠT NƠTRON VÀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP HỖ TRỢ

Chuyên ngành: HÓA PHÂN TÍCH

Mã số: 604429

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỄN NGỌC TUẤN

- Thầy giáo hướng dẫn- PGS.TS Nguyễn Ngọc Tuấn, cán bộ hướng dẫn khoa học, đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi trong suốt quá trình thực hiện

và hồn thành luận văn.

- Ban lãnh đạo Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt, chú Nguyễn Giằng, các cơ chú thuộc Trung tâm Phân tích viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ cho tơi trong quá trình học tập cũng như trong suốt quá trình thực hiện luận văn.

- Ban giám hiệu trường đại học Đà Lạt, Ban chủ nhiệm Khoa sau đại học, quý Thầy Cơ trong hội đồng đào tạo cao học chuyên ngành hố phân tích trường đại học Đà Lạt đã tận tình truyền đạt cho tơi những kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập.

- Tơi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, những người luơn động viên khích lệ và giúp đỡ tơi trong quá trình học tập và hồn thành luận văn.

Luận văn thạc sĩ Hóa học

Trang 2

LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tơi dưới sự hướngdẫn của PSG.TS Nguyễn Ngọc Tuấn

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được aicơng bố trong bất kỳ cơng trình nghiên cứu nào khác

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

Trang 3

DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

ICP – MS Inductively Coupled Plasma Mass Spectroscopy

F-AAS Flame Atomic Absorption Spectrophotrometry

Wolrd Health Organization

Part per million

Part per billion

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

Trang 1

DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU VÀ BIỂU ĐỒ

1 Các bảng số liệu.

Bảng 1: Một số thơng số hạt nhân của đồng vị 76As và 122Sb

Bảng 2: Giới hạn phát hiện ước lượng của INAA của một số nguyên tố trong điềuBảng 3: Giới hạn phát hiện của nguyên tố As ứng với thời gian chiếu và thời gianđợi khác nhau

Bảng 4: Giới hạn phát hiện của nguyên tố Sb ứng với thời gian chiếu và thời gian

Bảng 5: Số liệu hạt nhân và điều kiện phân tích kích hoạt nơtron cho các nguyên tố

As và Sb

Bảng 6: Ảnh hưởng của mơi trường axít HNO3 đến quá trình trình kết tủa As(III)bằng DBDTC

Bảng 7: Ảnh hưởng của mơi trường KI đến quá trình khử As(V) về As(III)

Bảng 8: Ảnh hưởng của mơi trường Na2S2O3 đến quá trình khử As(V) về As(III).Bảng 9: Ảnh hưởng của mơi trường KI+ Na2S2O3 trong quá trình khử As(V) vềAs(III)

Bảng 10: Ảnh hưởng của mơi trường NaBH4 trong quá trình khử As(V) về As(III).Bảng 11: Ảnh hưởng của mơi trường pH để để hấp phụ Sb(III) bằng MgO

Đồ thị 2: Ảnh hưởng của mơi trường pH đến quá trình hấp phụ Sb(III) bằng MgOBảng 12: Ảnh hưởng của mơi trường KI trong quá trình khử Sb(V) về Sb(III).Bảng 13: Ảnh hưởng của mơi trường Na2S2O3 trong quá trình khử Sb(V)về Sb(III)Bảng 14: Ảnh hưởng của mơi trường KI+ Na2S2O3 trong quá trình khử Sb(V) vềSb(III)

Bảng 15: Ảnh hưởng của mơi trường NaBH4 trong quá trình khử Sb(V) về Sb(III).Bảng 16: So sánh giá trị phân tích và giá trị thực trong các mẫu chuẩn, được pha từBảng 17: Độ sâu của các giếng lấy mẫu

Bảng 18: Hàm lượng As(III) trong các mẫu nước

Bảng 19: Hàm lượng As(V) trong các mẫu nước giếng

mưa

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

Trang 2

Bảng 20: Hàm lượng Sb(III) trong các mẫu nước

Bảng 21: Hàm lượng Sb(V) trong các mẫu nước

Bảng 22: Độ pH trong các mẫu nước

Bảng 23: Coliform tổng trong các mẫu nước giếng

2 Các biểu đồ

Biểu đồ 1: So sánh hiệu suất khử As(V) về As(III) bằng các hệ khử khác nhauBiểu đồ 2: So sánh hiệu suất khử Sb(V) về Sb(III) bằng các hệ khử khác nhauBiểu đồ 3: Hàm lượng As(III) trong các mẫu nước vào mùa khơ

Biểu đồ 4: Hàm lượng As(III) trong các mẫu nước vào mùa mưa

Biểu đồ 5: So sánh hàm lượng As(III) giữa các giếng trên các nền đất khác nhau

Biểu đồ 6: Hàm lượng As(V) trong các mẫu nước mùa khơ

Biểu đồ 7: Hàm lượng As(V) trong các mẫu nước mùa mưa

Biểu đồ 8: So Sánh hàm lượng As(V) giữa các giếng trên các nền đất khác nhauBiểu đồ 9: So sánh hàm lượng As(III), As(V) và As tổng trong các mẫu nước mùakhơ

Biểu đồ 10: So sánh hàm lượng As(III), As(V) và As tổng trong các mẫu nước mùamưa

Biểu đồ 11: Hàm lượng Sb(III) trong các mẫu nước vào mùa khơ

Biểu đồ 12: Hàm lượng Sb(III) trong các mẫu nước vào mùa mưa

Biểu đồ 13: So sánh hàm lượng Sb(III) giữa các giếng trên các nền đất khác nhauBiểu đồ 14: Hàm lượng Sb(V) trong các mẫu nước vào mùa khơ

Biểu đồ 15: Hàm lượng Sb(V) trong các mẫu nước vào mùa mưa

Biểu đồ 16: So sánh hàm lượng Sb(V) giữa các nhĩm giếng trên các nền đất khácnhau

Biểu đồ 17: So sánh hàm lượng Sb(III), Sb(V) và Sb tổng trong các mẫu nước mùakhơ

Biểu đồ 18: So sánh hàm lượng Sb(III), Sb(V) và Sb tổng trong các mẫu nước mùamưa

Biểu đồ 19: So sánh độ pH trong các mẫu nước giếng

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

Trang 3

Biểu đồ 20: So sánh độ pH các mẫu nước giếng theo các nhĩm đất khác nhau

Biểu đồ 21: So sánh Coliforms tổng trong các mẫu nước giếng giữa 2 mùa

Biểu đồ 22: So sánh Coliforms tổng trong các mẫu nước giếng trên các nền đất khácnhau

Hình 3: Sơ đồ phân tích Sb(III) và Sb(V) trong mẫu nước

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

Trang 1

Mục lục

Trang

Mở đầu 1

Phần 1 Tổng quan 3

1.1 Một số đặc điểm ở khu vực nghiên cứu 3

1.1.1 Vị trí địa lý 3

1.1.2 Đặc điểm tự nhiên 3

1.1.2.1 Nguồn gốc địa chất 3

1.1.2.2 Địa hình 3

1.1.2.3 Khí hậu 4

1.1.3 Tình hình dân cư 4

1.2 Một số thơng tin chung về nước 4

1.2.1 Nước trên trái đất 4

1.2.2 Nguồn nước ngọt trên thế giới 5

1.2.3 Nước sinh hoạt 6

1.2.3.1 Định nghĩa và tiêu chuẩn nước sạch 6

1.2.3.2 Các nguyên nhân ảnh hưởng đến chất lượng nước 7

1.2.3.3 Nước giếng bị ơ nhiễm và nguy cơ 7

1 pH và ảnh hưởng 8

2 Coliform 9

1.3 Sơ lược về asen 9

1.3.1 Sự phân bố của asen 9

1.3.1.1 Nguồn gốc 10

1.3.1.2 Các quá trình sinh-địa-hĩa 10

1.3.2 Tính chất vật lý của asen 11

1.3.3 Tính chất hĩa học asen 11

1.3.3.1 Các hợp chất của Asen(III) 12

1.3.3.2 Các hợp chất của Asen(V) 12

1.3.4 Con đường xâm nhập trong nước 12

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học Trang 2 1.3.5 Cơ chế xâm nhập của asen 12

1.3.6 Ảnh hưởng của asen 13

1.3.6.1 Tiêu chuẩn về asen 13

1.3.6.2 Ảnh hưởng của Asen đối với sức khỏe con người 14

1.3.6.3 Vai trị của Asen 16

1.4 Sơ lược về antimony 16

1.4.1 Giới thiệu chung về antimony 16

1.4.2 Tính chất lý hĩa của antimony 16

1.4.2.1 Tính chất vật lý của antimon 16

1.4.2.2 Tính chất hĩa học của antimon 17

1.4.2.3 Các hợp chất của antimon và tích chất của chúng 18

1.4.4 Sự phân bố của antimon trong mơi trường 19

1.4.5 Sự phân bố Sb trong đất 19

1.4.6 Sự phân bố Sb trong nước 19

1.4.7 Sự phân bố Sb trong khơng khí 20

1.4.8 Sự phân bố, động học trao đổi chất ở động vật và con người 20

1.4.9 Ứng dụng, tác hại của antimon và các hợp chất của nĩ 20

1.4.9.1 Ứng dụng 20

1.4.9.2 Tác hại của antimon 21

1.5 Đại cương về phương pháp tách và làm giàu ứng dụng trong phân tích 22

1.5.1 Nguyên lý của phương pháp tách và làm giàu 22

1.5.2 Tách làm giàu bằng phương pháp đồng kết tủa 22

1.6 Sơ lược về các phương pháp phân tích asen, antimon 23

1.6.1 Phương pháp phân tích trọng lượng 23

1.6.2 Phương pháp chuẩn độ 24

1.6.3 Phương pháp trắc quang so màu24 1.6.4 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử 25

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học Trang 3 Phần 2 Phương pháp nghiên cứu 27

2.1 Phương pháp kích hoạt nơtron 27

2.1.1 Nguyên lý của phương pháp kích hoạt 27

2.1.2 Phương trình kích hoạt nơtron 27

2.1.3 Độ nhạy cĩ thể cĩ của NAA 31

2.2 Các kỹ thuật phân tích kích hoạt nơtron 31

2.2.1 Phân tích kích hoạt nơtron dụng cụ 32

2.2.2 Phân tích kích hoạt nơtron cĩ xử lý hố 32

2.2.2.1 Tách trước 33

2.2.2.2 Tách sau 33

2.2.2.3 Hiệu suất tách hĩa (H) 34

2.3 Các nguyên nhân gây ra sai số trong quá trình phân tích kích hoạt 35

2.3.1 Sai số trong quá trình tách hố 35

2.3.2 Sai số gây ra từ sự sai khác của hình học đo mẫu 35

2.3.3 Sai số từ quá trình chiếu mẫu 35

2.3.4 Sai số tương đối của số đếm từ hệ đo mẫu 37

2.4 Phương pháp định lượng trong phân tích kích hoạt 38

2.4.1 Phương pháp tuyệt đối 38

2.4.2 Phương pháp tương đối 39

2.5 Ứng dụng của phương pháp phân tích kích hoạt 40

Phần 3: Thực nghiệm 41

3.1 Máy mĩc, thiết bị, dụng cụ và hố chất 41

3.1.1 Máy mĩc, thiết bị 41

3.1.2 Dụng cụ, hĩa chất 42

3.2 Khảo sát giới hạn phát hiện của phương pháp khi xác định các ion As và Sb 44

3.2.1 Độ nhạy của thiết bị đối với việc xác định As và Sb 45

3.2.2 Điều chế các đồng vị As(III), As(V), Sb(III) và Sb(V) 47

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học Trang 4 3.3 Khảo sát điều kiện tối ưu để thiết lập quy trình phân tích As(III) và As(V) 47

3.3.1 Khảo sát điều kiện tối ưu khi phân tích As(III) và As(V) 47

3.3.1.1 Khảo sát mơi trường HNO3 khi kết tủa As(III) bằng DBDTC 47

3.3.1.2 Khảo sát khả năng khử của các chất khử và các hệ khử khác nhau 48

3.3.1.2.1 Khảo sát mơi trường KI trong quá trình khử As(V) về As(III) 48

3.3.1.2.2 Khảo sát mơi trường Na2S2O3 trong quá trình khử As(V) về As(III) 48

3.3.1.2.3 Khảo sát mơi trường KI+ Na2S2O3 trong quá trình khử As(V) về As(III).49 3.3.1.2.4 Khảo sát mơi trường NaBH4 trong quá trình khử As(V) về As(III) 49

3.3.2 Nhận xét 50

3.4.1 Khảo sát điều kiện tối ưu để phân tích Sb(III) và Sb(V) 51

3.4.1.1 Khảo sát mơi trường pH để để hấp thụ Sb(III) bằng MgO 51

3.4.1.2 Khảo sát khả năng khử của các chất khử và các hệ khử khác nhau 52

3.4.1.2.1 Khảo sát mơi trường KI trong quá trình khử Sb(V) về Sb(III) 52

3.4.1.2.2 Khảo sát mơi trường Na2S2O3 trong quá trình khử Sb(V)về Sb(III) 52 3.4.1.2.3 Khảo sát mơi trường KI+Na2S2O3 trong quá trình khử Sb(V) về Sb(III) 53

3.4.1.2.4 Khảo sát mơi trường NaBH4 trong quá trình khử Sb(V) về Sb(III) 54

3.4.2 Nhận xét 54

3.5 Quy trình phân tích As(III) và As(V), Sb(III) và Sb(V) 55

3.5.1 Quy trình phân tích As(III) và As(V) 55

3.5.2 Quy trình phân tích Sb(III) và Sb(V) 57

3.6 Đánh giá độ chính xác của phương pháp 58

3.7 Phân tích mẫu thực tế 59

3.7.1 Thu thập mẫu và xử lý mẫu 59

3.7.1.1 Yêu cầu của việc thu thập mẫu 59

3.7.1.2 Phương pháp lấy mẫu 60

3.7.2 Độ sâu của giếng lấy mẫu 61

3.7.3 Xử lý số liệu 62

3.8 Kết quả phân tích hàm lượng As(III) trong các mẫu nước 63

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học Trang 5 3.8.1 Hàm lượng As(III) trong các mẫu nước giếng được thu thập tại các xã thuộc huyện Krơng Pắk 63

3.8.2 Hàm lượng As(V) trong các mẫu nước giếng được thu thập tại huyện Krơng Pắk được trình bày tại bảng 19 67

3.8.3 Hàm lượng As(III), As(V) và As tổng trong các mẫu nước giữa 2 mùa 70

3.8.4 Hàm lượng Sb(III) trong các mẫu nước giếng được thu thập tại các xã của huyện Krơng Pắk được trình bày ở bảng 20 71

3.8.5 Hàm lượng Sb(V) trong các mẫu nước giếng tại các giếng của huyện Krơng Pắk được trình bày ở bảng 21 74

3.8.6 Hàm lượng Sb(III), Sb(V) và Sb tổng trong các mẫu nước giữa 2 mùa 78

3.8.7 Kết quả xác định độ pH trong các mẫu nước giếng được thu thập tại huyện Krơng Pắk được trình bày ở bảng 22 79

3.8.8 Coliform trong các mẫu nước giếng được thu thập tại huyện Krơng Pắk được trình bày ở bảng 23 82

Phần 4 Kết luận 86

Tài liệu tham khảo 88

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

Trang 1

Mở đầu

Nước là tài nguyên thiên nhiên vơ cùng quý giá, khơng cĩ nước thì khơng cĩ

sự sống Đối với con người, dù ở nơi này hoặc nơi khác, dù hơm nay hay hơm qua,khơng cĩ một yếu tố nào quan trọng hơn là nước Chúng ta cĩ thể khĩ khăn do thiếunăng lượng, vận tải, chỗ ở, thậm chí cả thức ăn nhưng khơng thể tồn tại được nếukhơng cĩ nước

Trong những năm gần đây, nhiều nguồn nước sinh hoạt ngày càng bị ơnhiễm nặng Con người là nguyên nhân gây ra nhiều tác động tiêu cực đến nguồnnước, do hoạt động của con người làm các nguồn nước bị ơ nhiễm, suy thối, ảnhhưởng đến khả năng sử dụng, đe dọa sức khỏe con người và chức năng của hệ sinhthái

Một báo cáo tồn cầu mới được Tổ chức Y tế thế giới (WHO) cơng bố chothấy, mỗi năm Việt Nam cĩ hơn 20.000 người tử vong do điều kiện thiếu nước sạch

và vệ sinh nghèo nàn và thấp kém Theo thống kê của Bộ Y tế, hơn 80% các bệnhtruyền nhiễm ở nước ta liên quan đến nguồn nước Người dân ở cả nơng thơn vàthành thị đang phải đối mặt với nguy cơ mắc bệnh do mơi trường nước đang ngàymột ơ nhiễm trầm trọng

Dân cư ở các vùng nơng thơn của nước ta sử dụng nước giếng đào và giếng

khoan để sinh hoạt là chính Trong một số trường hợp, ví dụ ở một số làng xã thuộchuyện Krơng Pắc – tỉnh Đắklắk, người dân khi sử dụng nguồn nước này thường cĩcác triệu chứng như ngứa, gây mụn nước, nhiều người nhạy cảm cĩ thể bị lở loét…

Chính vì vậy trong luận văn này, chúng tơi tiến hành nghiên cứu xác định

pH, coliform và hàm lượng As(III), As(V), Sb(III) và Sb(V) trong các mẫu nướcsinh hoạt thuộc huyện Krơng Pắk – tỉnh Đắk Lắk, nhằm đánh giá hàm lượng cácnguyên tố này trong các mẫu nước được thu thập và đánh giá sơ bộ chất lượng nướcsinh hoạt ở khu vực nghiên cứu

Cĩ rất nhiều phương pháp đã được sử dụng để phân tích hàm lượng As(III),As(V), Sb(III) và Sb(V) Tuy nhiên, hàm lượng của các nguyên tố này trong mẫunuớc thường là rất nhỏ; trong khi đĩ, phương pháp kích hoạt nơtron được ghi nhận

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

Trang 2

là một trong các phương pháp cĩ độ nhạy, độ chính xác cao Vì vậy, chúng tơi lựachọn phương pháp kích hoạt nơtron – phương pháp đang được áp dụng tại việnnghiên cứu hạt nhân Đà Lạt là phương pháp phân tích để xác định hàm lượngAs(III), As(V), Sb(III) và Sb(V) trong một số mẫu nuớc được thu thập

Đề tài luận văn “Xác định hàm lượng các nguyên tố As(III), As(V), Sb(III),Sb(V) và một số chỉ tiêu hĩa lý trong mẫu nước sinh hoạt ở huyện Krơng Pắk-TỉnhĐắk Lắk bằng phương pháp kích hoạt nơtron cĩ xử lý hĩa (RNAA)”, gồm nhữngnội dung chính như sau:

1 Xác định độ nhạy của phương pháp phân tích

2 Khảo sát các điều kiện tối ưu để đưa ra quy trình phân tích As(III), As(V),Sb(III) và Sb(V)

3 Đánh giá độ chính xác của phương pháp thơng qua việc phân tích các mẫuchuẩn đa nguyên tố

4 Áp dụng quy trình phân tích đã đưa ra để phân tích một số mẫu nuớc

5 So sánh kết quả phân tích với các tiêu chuẩn quy định trong nước, và một

số kết quả trong các cơng trình đã cơng bố

Do kinh nghiệm về lĩnh vực này chưa nhiều, nên trong quá trình nghiên cứu

và trình bày luận văn cĩ thể cịn nhiều thiếu sĩt, rất mong nhận được sự đĩng gĩp ýkiến của Quý Thầy, Cơ cùng các bạn đồng nghiệp

Phía Tây giáp Buôn Ma Thuột, phía Tây-Bắc Giáp huyện Cư Mgar, phía Bắcgiáp huyện Buôn Hồ, phía Đông giáp huyện ÊaKar, phía Đông Nam giáp huyệnKrông Bông.

1.1.2 Đặc điểm tự nhiên

1.1.2.1 Nguồn gốc địa chất

Đất huyện Krông Pắk có nguồn gốc chủ yếu là trầm tích phun trào bazangồm bazan Ferralson, bazan Phaeozems Đất hình thành từ phun trào này thườngnặng, màu đỏ hoặc màu thẫm

1.1.2.2 Địa hình

Huyện Krông Pắk nằm ở phía Đông-Nam của tỉnh, giữa cao nguyên Buôn

Ma Thuột và dãy núi cao Chư Yang Sin; độ cao trung bình khoảng 400-500m so vớimực nước biển Đây là thung lũng của lưu vực sông Srêpôk hình thành các vùngbằng trũng chạy theo các con sông Krông Pắc, Krông Ana với cánh đồng Lắk -

Krơng Ana rộng khoảng 20.000 ha Đây là vùng trũng bị lũ lụt vào các tháng 9,tháng 10 hàng năm Địa hình thoải theo hướng Tây Bắc - Đơng Nam, cĩ đồng bằngphù sa tốt.

Krơng Pắk là phụ lưu sơng Krơng Ana, bắt nguồn từ sườn bắc của dãy núi

Ca Đung cĩ độ cao 1.978 m, chảy theo hướng Đơng Nam - Tây Bắc rồi chuyểnhướng Đơng Bắc - Tây Nam, nhập vào sơng Krơng Ana ở bờ phải, dài 74 km Diệntích lưu vực 692 km2; độ cao trung bình 622 m; độ dốc trung bình 16,6%; mật độ

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

1.2 Một số thơng tin chung về nước [2, 3]

1.2.1 Nước trên trái đất

Trên 75% bề mặt địa cầu là nước với một khối lượng khổng lồ - khoảng 1,4

tỉ km3 (tức 1.400 triệu tỉ m3), nhưng nước biển và đại dương chiếm đến 97,5% Cịnlại 2,5% là nước ngọt thì cĩ đến 99% lại ở dạng băng tại hai cực địa cầu và nướcngầm trong các địa tầng; số cịn lại ở trong các sơng hồ và hơi nước trong khí

quyển

Nhờ cĩ năng lượng mặt trời đã tạo ra chu kỳ tuần hồn tự nhiên khơngngừng của nước để tái tạo lại nguồn nước cho Trái đất Hàng năm, cĩ khoảng430.000km3 nước bốc hơi từ các đại dương, 70.000km3 từ các sơng và hơi nước nhả

ra từ thảm thực vật trên lục địa Lượng nước này lại quay về với đại dương và lụcđịa dưới dạng mưa hoặc tuyết phân bố trên từng vùng khác nhau Cĩ khoảng110.000 km3 rơi xuống các châu lục; 40.000 km3 trở lại với sơng hồ hoặc ngấm vàolịng đất, bổ sung cho các tầng nước ngầm, khép lại một chu kỳ tuần hồn của nước

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

Trang 5

Sự phân bố nước ngọt trên Trái đất khơng đều, cả về khơng gian lẫn thờigian Nhiều nơi trên địa cầu rất thiếu nước Lượng nước tiêu thụ ở các khu vực, cácquốc gia cũng rất khác nhau Tính bình quân trên thế giới, các nước nghèo chỉ vàokhoảng 20 - 30l/người/ngày, cịn các nước giàu từ 100 - 130l/người/ngày; chênhlệch nhau hàng chục lần Những khu vực thiếu nước, nhiều bệnh tật phát sinh dẫnđến tử vong Theo số liệu của Liên hợp quốc, hàng năm trên thế giới cĩ khoảng 5triệu người chết do bệnh vì thiếu nước sạch, dùng nước bẩn; trong đĩ, cĩ khoảng 4triệu trẻ em dưới 5 tuổi, tập trung ở Châu Phi và một số vùng ở Châu Á Nhìnchung, hiện nay cĩ đến 1/3 dân số thế giới đang chịu sức ép về nước với mức độtrung bình và cao, và dự báo đến năm 2025, tỉ lệ này cĩ thể tăng đến 2/3, nếu khơng

cĩ các biện pháp hữu hiệu

Hàng năm, trên thế giới tiêu thụ một khối lượng nước ngọt khoảng35.000km3, được dùng trong sinh hoạt, trong các nhu cầu cơng nghiệp, nơngnghiệp, giao thơng thủy cho đến các hoạt động vui chơi giải trí, bảo vệ mơi trường Nơng nghiệp là lĩnh vực sử dụng nước lớn nhất, chiếm tỷ lệ 69%, cơng nghiệp 23%,sinh hoạt chiếm khoảng 8% Trong cơng nghiệp, nước là nhân tố quan trọng tronghầu hết các hoạt động của nhà máy, xí nghiệp; đặc biệt là các nhà máy như thuộc

da, dệt, nhuộm, giấy, luyện kim, chế biến thực phẩm, nhiệt điện chưa kể đến cácloại nhà máy dùng nước để sản xuất năng lượng như thủy điện, sản xuất hơi nướchoặc điện nguyên tử Lượng nước khổng lồ dùng trong nơng nghiệp chủ yếu là đểtưới Tùy theo từng loại cây trồng, địi hỏi một khối lượng nước từ 400 - 3.000m3cho một hecta Các vùng chăn nuơi cũng cần cĩ lượng nước dồi dào cho súc vật ănuống, tắm rửa, làm vệ sinh chuồng trại, thau rửa phương tiện thiết bị,.v.v

1.2.2 Nguồn nước ngọt trên thế giới

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

Trang 6

Nguồn nước trên thế giới rất lớn nhưng nước ngọt mới là yêu cầu cơ bản chocác hoạt động dân sinh của con người Nước ngọt chiếm tỉ lệ khoảng 3% tổng lượngnước trên trái đất; 2/3 trong số đĩ là băng tuyết ở các cực Đại bộ phận của phần cịnlại là nước ngầm ở độ sâu từ 200 đến 600m, đa phần bị nhiễm mặn

Nước ngọt cĩ thể khai thác được chiếm khoảng 1% tổng lượng nước trên tráiđất

1.2.3 Nước sinh hoạt

1.2.3.1 Định nghĩa và tiêu chuẩn nước sạch

Nước là một nhu cầu khơng thể thiếu của con người Trung bình nước chiếmkhoảng 75% trọng lượng của cơ thể Nĩi về nước “sạch”, theo định nghĩa, nướcsạch là nước chỉ chấp nhận sự hiện diện của các hợp chất hữu cơ, kim loại và cácions hịa tan với một vi lượng rất nhỏ tuỳ theo độc chất của các chất kể trên Vàđịnh mức này đã được Liên hiệp quốc cũng như các quốc gia trên thế giới chấpnhận tùy theo điều kiện phát triển của từng quốc gia Tuy nhiên, các tiêu chuẩn chonước uống ở các nơi cũng gần giống nhau Căn cứ theo Code of FederalRegulations thuộc EPA Hoa kỳ, các tiêu chuẩn cần cĩ cho nước uống gồm:

Các Ion: nồng độ của flo trong nước khơng được quá 2mg/l; Clo, 250 mg/l;sunfate, 250 mg/l; nitrat, 45 mg/l…

Kim loại: nhơm, 0,2 mg/l; antimon, 0,006 mg/l; Asen, 0,010 mg/l; crơm,0,050 mg/l; Thủy ngân, 0,002 mg/l; niken, 0,100 mg/l; Selen, 0,050 mg/l; đồng, 1,0mg/l; sắt, 0.3 mg/l; mangan 0,050 mg/l; bạc, 0,100 mg/l; kẽm, 5.0 mg/l

Ngồi ra, tiêu chuẩn cịn cĩ ghi thêm trên 100 hợp chầt hữu cơ với hàmlượng cho phép hiện diện trong nước rất thấp tính từ phần tỷ đền phần triệu (ppm vàppb)

Về các yếu tố vật lý thì độ dẫn khơng được vượt quá 900 microhmos Lượng

chất rắn hịa tan (TDS) cũng khơng được quá 550 mg/l.

Cũng cần phải kể thêm tiêu chuẩn vi sinh, tức mức coliforms tổng khơngvượt quá 50 MPN/100ml và E-coli khơng quá 23 MPN/100ml (Most ProbableNumber-MPN)

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

Trang 7

Nĩi chung, nước được gọi là sạch và hợp vệ sinh khi đạt được các tiêu chuẩnyêu cầu trên và cĩ độ pH trong khoảng từ 6,5 đến 7,5 (pH trung hịa trong nước là7,0) Tuy nhiên, cịn cĩ các tiêu chuẩn khác tuy khơng nằm trong định mức của tiêuchuẩn quy định cho nước sạch, nhưng là những chỉ dấu đầu tiên để xét nghiệmphẩm chất của nước; đĩ là độ oxy hịa tan (DO) và nhu cầu oxy hĩa học (COD); chỉ

số sau cùng này để ước tính mức độ hợp chất hữu cơ hịa tan trong nước

1.2.3.2 Các nguyên nhân ảnh hưởng đến chất lượng nước.

Cĩ rất nhiều nguyên nhân gây ơ nhiễm ảnh hưởng đến phẩm chất nước; tùytheo điều kiện từng nguồn ơ nhiễm mà tác động lên nguồn nước là khác nhau Conngười là nguyên nhân chính gây ra nhiều tác động tiêu cực đến nguồn nước Dohoạt động của con người đã làm thay đổi cả chu kỳ tuần hồn của nước, dẫn đến sựmất cân bằng, gây bao hiểm họa Đĩ là nạn phá rừng, tạo ra các hoang mạc, sự nénchặt nền đất của các khu vực đơ thị làm hạn chế việc ngấm nước mưa bổ sung chonguồn nước ngầm; khai thác bừa bãi khơng bảo vệ được nguồn nước v.v Cũng dohoạt động của con người, làm các nguồn nước bị ơ nhiễm, suy thối ảnh hưởng đếnkhả năng sử dụng, đe dọa sức khỏe con người và chức năng của hệ sinh thái nước

Dù ở thể lỏng, thể rắn hoặc khí, nước đều cĩ thể truyền ơ nhiễm từ nơi này đến nơikhác, lúc này hay lúc khác Ngồi việc ơ nhiễm nguồn nước mặt, tầng nước ngầmcũng bị ơ nhiễm do dư lượng các loại phân bĩn, thuốc trừ sâu, hĩa chất độc hại từmặt đất theo nước ngấm dần vào tầng nước ngầm Một khi nước ngầm bị ơ nhiễm

sẽ lâu dài hơn vì trong nước khơng cĩ vi sinh vật và nước lại lưu thơng rất chậm

1.2.3.3 Nước giếng bị ơ nhiễm và nguy cơ.

Nguồn nước bị ơ nhiễm nhưng hiện vẫn cịn trên 50% dân số nơng thơn nước

ta chưa được sử dụng nước sạch Tỷ lệ người dân nơng thơn được tiếp cận với cácdịch vụ vệ sinh thấp Kết quả điều tra vệ sinh mơi trường nơng thơn của 8 vùng sinhthái trên cả nước cho thấy, tình trạng vệ sinh mơi trường và cá nhân cịn kém, chỉ cĩ

18% hộ gia đình, 12% trường mẫu giáo, mầm non, tiểu học và trung học cơ sở, gần37% trạm y tế xã cĩ nhà tiêu hợp vệ sinh.

Trong khi đĩ, theo kết quả điều tra tồn quốc về thực trạng nước và vệ sinhmơi trường nơng thơn, tỷ lệ nước sử dụng cho ăn uống và sinh hoạt ở vùng nơng

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

Các tác nhân cĩ thể tồn tại trong nước và gây bệnh cho người là do vi sinhvật và các chất hĩa học Thời gian gần đây, tình hình mắc một số bệnh liên quanđến nguồn nước đã gia tăng như tiêu chảy, tả Chỉ tính riêng bệnh tiêu chảy cấpnguy hiểm, từ đầu năm đến nay, cả nước cĩ gần 3.400 người mắc bệnh, trong đĩ cĩ

497 trường hợp mắc tả

1.2.3.4 pH và ảnh hưởng [4,5]

pH là chỉ số đo độ hoạt động của các ion hiđrơ (H+) trong dung dịch và vìvậy là độ axít hay bazơ của nĩ Trong các hệ dung dịch nước, độ hoạt động của ionhiđrơ được quyết định bởi hằng số điện ly của nước (Kw) = 1,011 × 10−14 (ở 25 °C)

và tương tác với các ion khác cĩ trong dung dịch Do hằng số điện ly này nên mộtdung dịch trung hịa (độ hoạt động của các ion hiđrơ cân bằng với độ hoạt động củacác ion hiđrơxít) cĩ pH xấp xỉ 7 Các dung dịch nước cĩ giá trị pH nhỏ hơn 7 đượccoi là cĩ tính axít, trong khi các giá trị pH lớn hơn 7 được coi là cĩ tính kiềm

Độ pH là một trong những chỉ tiêu cần được kiểm tra đối với nước ăn uống,sinh hoạt Sự thay đổi giá trị pH trong nước dẫn đến sự thay đổi về thành phần cácchất trong nước do quá trình hịa tan hoặc kết tủa thúc đẩy hay ngăn chặn các phảnứng hĩa học, sinh học trong nước Mỗi loại cơ thể sống thích nghi với giá trị pHnhất định Khi giá trị pH vượt khoảng thích nghi thì ảnh hưởng lớn đến quá trìnhsinh trưởng của cơ thể sống đĩ, thậm chí gây tử vong

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

Trang 9

1.2.3.5 Coliform [4,5]

Các vi khuẩn coliform là các vi khuẩn hình que, gram âm, khơng cĩ bào tử,oxidaza - âm tính; cĩ khả năng sinh trưởng kị khí và hiếu khí trong mơi trường cĩmuối mật hoặc các chất hoạt động bề mặt khác cĩ tính chất ức chế tương tự Chúngcũng cĩ thể lên men lactoza kèm theo tạo thành axit, khí trong vịng 48 giờ khi nuơicấy ở nhiệt độ từ 350C - 370C

Coliform là một nhĩm vi khuẩn rất phổ biến, cĩ thể tìm thấy ở mọi nơi, kể cảtrong đất, da, nước sơng, nước ao hồ, rau cải, và trong phân động vật

Sự cĩ mặt của coliform trong nước hay rau được xem là một chỉ số để đánhgiá chất lượng của nước hay rau

Phần lớn coliform hồn tồn vơ hại, thậm chí cịn cĩ lợi (chẳng hạn nhưchúng hấp thụ cặn bã và do đĩ cĩ thể giảm nhu cầu oxygen trong nước, tiêu hủymùi) Tuy nhiên, một số coliform, đặc biệt là E coli, cĩ thể gây tác hại đến người,

là nguyên nhân gây ra bệnh tiêu chảy, bệnh tả

1.3 Sơ lược về asen[6, 7, 9, 10, 11,22, 23]

1.3.1 Sự phân bố của asen (As)

Asen phân bố rộng rãi và chiếm khoảng 5x10-4% khối lượng trong vỏ tráiđất, tồn tại chủ yếu dưới dạng các khống vật của sunfua như: Reanga (As4S4), pyritasen (FeAsS) và oripinen (As2S4) Ngồi ra, asen cịn cĩ trong các quặng của sắt,quặng vàng Một lượng lớn asen được sử dụng trong cơng nghiệp làm tác nhân hợpkim hố và cĩ trong sản phẩm thải của các nhà máy luyện kim, xí nghiệp thuộc da,các khu khai thác khống sản, những vùng cĩ sử dụng các loại thuốc trừ sâu, diệt cỏcũng như các loại phân bĩn hố học

Trong nước sạch hàm lượng As là 0.4ppb, trong nước biển là 0.3ppb, trongkhơng khí thường nhỏ hơn 0.01µg/m3 Trong đất, hàm lượng asen cỡ 6ppm Hàmlượng asen thường tập trung cao ở những vùng cĩ những hoạt động khai tháckhống sản và sản xuất cơng nghiệp

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

Trang 10

Asen thâm nhập vào nước từ các cơng đoạn hịa tan trong các chất và quặng

mỏ, từ nước thải cơng nghiệp và sự lắng đọng khơng khí Ở một vài nơi, đơi khiasen xuất hiện trong nước ngầm do sự ăn mịn các nguồn khống vật thiên nhiên

1.3.1.1 Nguồn gốc

Trong tự nhiên asen cĩ trong nhiều loại khống vật như realgar As4S4,orpoment As2S3, asenolite As2O3, asenopyrite FeAsS (tới 368 dạng) Trong nước,asen thường ở dạng asenic hoặc asenate (AsO33-, AsO43-) Các hợp chất asen methyl

cĩ trong mơi trường do chuyển hĩa sinh học

Asen là một nguyên tố khơng chỉ cĩ trong nước mà cịn cĩ trong khơng khí,đất, thực phẩm và cĩ thể xâm nhập vào cơ thể con người Nguyên nhân chủ yếukhiến nước ngầm ở nhiều vùng ở nước ta nhiễm asen là do cấu tạo địa chất

Trong cơng nghiệp, asen cĩ trong ngành luyện kim, xử lý quặng, sản xuấtthuốc bảo vệ thực vật, thuộc da Asen cũng cĩ mặt trong thuốc trừ sâu, diệt nấm,diệt cỏ dại…

Ngồi ra, những khu vực dân tự động đào và lấp giếng khơng đúng tiêuchuẩn kỹ thuật khiến chất bẩn, độc hại bị thẩm thấu xuống mạch nước Cũng nhưviệc khai thác nước ngầm quá lớn làm cho mức nước trong các giếng hạ xuốngkhiến cho khí ơxy đi vào địa tấng và gây ra phản ứng hĩa học tạo ra thạch tín từquặng pyrite trong đất và nước ngầm nơng, ở mức nước ngầm sâu thì khơng pháthiện được

1.3.1.2 Các quá trình sinh-địa-hĩa

Sự phân bố rộng rãi của nguyên tố asen được bắt nguồn từ quá trình địa hĩa.Điều này cĩ nghĩa nồng độ của asen gia tăng khi càng xuống sâu dưới các tầng đấthoặc mạch nước ngầm

Hai mơi trường cĩ khả năng tích tụ nồng độ asen cao đĩ là (1) tại khu vựcvũng, vịnh kín ở miền khí hậu khơ hạn đến bán khơ hạn, và (2) tại những tầng nướcngầm cĩ tính khử mạnh, thường gặp ở vùng chứa nhiều lắng cặn phù sa với nồng độsulphate thấp Các tầng lớp lắng cặn mỏng ở địa vực thấp, nơi cĩ độ nghiêng thủyvực thấp, là khu vực đặc trưng chứa nhiều asen trong mạch nước ngầm

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

Trang 11

Các tầng nước ngầm cĩ nồng độ asen cao thường ở độ sâu từ 20 đến 120m

Ở 20m, cấu trúc địa chất chứa nhiều đất sét pha cát trộn lẫn với kankar Xuống đến

độ sâu 120m, đất cát mịn pha sét cĩ thể chứa nồng độ asen lên đến 550 µg/L

Ở dưới tầng đất ngầm, asen thường xuất hiện nhiều trong các hỗn hợpkhống tạo đá (ví dụ: ơ-xít sắt, đất sét, hoặc các hỗn hợp khống sulphide) Rấtnhiều asen bị kết dính trong các hỗn hợp khống pyrite ở lưu vực phù sa Đáng chú

ý là trong quá trình bơm nước lên từ những khu vực giếng sâu làm hạ thấp mựcnước ngầm; ơ-xy theo đĩ sẽ xâm nhập vào thúc đẩy quá trình ơ-xy hĩa khốngpyrite Quy trình phản ứng ơxy-hĩa khống pyrite cũng đồng nghĩa với việc giảiphĩng nguyên tố asen vào mơi trường nước

Càng xuống sâu dưới các tầng địa chất của một số địa vực đã nêu, nồng độasen cao hơn Ở trong những tầng địa chất này, phản ứng ơ-xy hĩa đối với khốngchất sulphide diễn ra càng mạnh; và vì thế, giải phĩng một lượng asen lớn hơn Ởmơi trường cĩ độ ẩm càng cao, các hỗn hợp khống sulphide tham gia vào quá trìnhphong hĩa càng nhanh chĩng Khống pyrite là một trong những điển hình của hỗnhợp khống kém ổn định nhất trong quá trình va chạm với phong hĩa

1.3.2 Tính chất vật lý của asen

Là nguyên tố phổ biến thứ 20 trong các nguyên tố cĩ trên bề mặt trái đất.Được phân định ở vị trí 33 trong HTTH:[Ar].3d10.4s2.4p3; nĩ được xem như mộtdạng phi kim, hay được gọi là á kim Khối lượng phân tử của asen là 74.9216

g/mol, asen khơng hịa tan trong nước

Asen khơng gây mùi khĩ chịu trong nước, (cả khi ở hàm lượng cĩ thể gâychết người), khĩ phân hủy

Vỏ trái đất chỉ chứa một hàm lượng rất nhỏ asen (khoảng 0,0001%) Trong

tự nhiên, asen tồn tại ở dạng nguyên chất với ba dạng thù hình (dạng alpha cĩ màuvàng, dạng beta cĩ màu đen, dạng gamma cĩ màu xám) Asen cũng tồn tại ở một sốdạng ion khác Dạng vơ cơ của asen độc hơn so với dạng hữu cơ của nĩ

Trong nước asen tồn tại ở 2 dạng hố trị: Hợp chất asen hĩa trị III và V Hợpchất asen hĩa trị III cĩ độc tính cao hơn dạng hĩa trị V

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

Trang 12

1.3.3 Tính chất hĩa học của asen

Asen (As) tồn tại dưới dạng các hợp chất (chính các hợp chất của asen mới lànhững độc chất cực mạnh )

Mơi trường ơxy hĩa là điều kiện thuận lợi để cho nhiều hợp chất hĩa trị Vchuyển sang dạng asen hĩa trị III

1.3.3.1 Các hợp chất của Asen(III)

Ở trạng thái tự nhiên, As tồn tại nhiều dạng hợp chất khác nhau nhưng dạnggây độc và ảnh hưởng mạnh đến con người nhiều nhất là As (III); gồm các dạng tồntại sau: Asenic florur (AsF3), asenic chloride (AsCl3), asenic(III) bromide (AsBr3),asenic Iodide (AsI3), asenic Hidide (AsH3), asenic Oxide (As2O3), asenic sulphide(As2S3), asenic selenide (As2Se3), asenic telluride (As2Te3) Tính chất chung của cáchợp chất As (III) là thể hiện tính khử

1.3.3.2 Các hợp chất của Asen(V)

Trong tự nhiên, As (V) thường tồn tại ở các dạng sau: Asenic floride(AsF5),asenic cloride (AsCl5), asenic oxide (As2O5), asenic sulphide (As2S5) Tính chấtchung của các hợp chất As (V) là thể hiện tính oxi hĩa

1.3.4 Con đường xâm nhập trong nước

Con đường tự nhiên: Sự tích tụ asen trong các tầng trầm tích chứa nước.

Khi điều kiện mơi trường thay đổi, asen được giải phĩng và đi vào nước ngầm dướidạng các ion do sự hồ tan tự nhiên của khống chất và quặng,

Con đường nhân tạo: Do chất thải cơng nghiệp (nhất là trong quá trình làm

thủy tinh, đồ gốm, thuộc da, sản xuất thuốc nhuộm và chất màu để pha sơn, chấtbảo quản gỗ); sử dụng phân bĩn và hĩa chất bảo vệ thực vật, hoạt động đào và lấpgiếng khơng đúng tiêu chuẩn kỹ thuật

Asen thâm nhập vào cơ thể chủ yếu qua thực phẩm, nước uống và khơng khí

1.3.5 Cơ chế xâm nhập của asen

Asen xâm nhập vào nước từ các cơng đoạn hịa tan các chất và quặng mỏ, từnước thải cơng nghiệp và từ sự lắng đọng khơng khí Ở một vài nơi, đơi khi asenxuất hiện trong nước ngầm do sự ăn mịn các nguồn khống vật thiên nhiên

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

Trang 13

Asen được giải phĩng vào mơi trường nước do quá trình oxi hĩa các khốngsunfua hoặc khử các khống oxi hidroxit giàu Asen Về cơ chế xâm nhiễm các kimloại nặng, trong đĩ cĩ Asen vào nước ngầm cho đến nay đã cĩ nhiều giả thiết khácnhau nhưng vẫn chưa thống nhất

Thơng qua các quá trình thủy địa hĩa và sinh địa hĩa, các điều kiện địa chấtthủy văn mà asen cĩ thể xâm nhập vào mơi trường nước

Hàm lượng asen trong nước dưới đất phụ thuộc vào tính chất và trạng tháimơi trường địa hĩa Asen tồn tại trong nước dưới lịng đất ở dạng H2AsO41- (trongmơi trường pH axit đến gần trung tính), HAsO42- (trong mơi trường kiềm) Hợp chất

H3AsO3 được hình thành chủ yếu trong mơi trường oxi hĩa-khử yếu Các hợp chấtcủa asen với natri cĩ tính hịa tan rất cao Những muối của asen với canxi, magiê vàcác hợp chất asen hữu cơ trong mơi trường pH gần trung tính, nghèo canxi thì độhịa tan kém hơn các hợp chất hữu cơ, đặc biệt là asen-axit fulvic thì rất bền vững,

cĩ xu thế tăng theo độ pH và tỷ lệ asen-axit fulvic Các hợp chất của As(V) hìnhthành theo phương thức này Phức chất asen như vậy cĩ thể chiếm tới 80% các dạnghợp chất asen tồn tại trong nước dưới đất

Nước dưới đất trong những vùng trầm tích núi lửa, một số khu vực quặnghĩa nguồn gốc nhiệt dịch, mỏ dầu-khí, mỏ than, …thường giàu asen

Nếu nước dưới đất khơng cĩ oxy thì các hợp chất asenat được khử thànhasenite, chất này cĩ độc tính gấp 4 lần asenat Trong trường hợp tầng đất giàu chấthữu cơ và sắt thì khả năng hấp thụ asen tốt, khiến tiềm năng ơ nhiễm sẽ cao hơn

Nguyên nhân khiến cho nước ngầm cĩ hàm lượng asen cao là do sự oxy hĩaasenopyrit, pyrit trong các tầng sét và lớp kẹp than bùn trong bồi tích cũng như giảiphĩng asen dạng hấp thụ khi khử keo hydroxyt Fe(III) bởi các hợp chất hữu cơ và visinh vật

1.3.6 Ảnh hưởng của asen

1.3.6.1 Tiêu chuẩn về asen

Về tiêu chuẩn nước uống đối với asen hiện nay cịn nhiều điều phải bàn luận.Năm 1993, Tổ Chức Y Tế Thế Giới đã hạ tiêu chuẩn khuyến cáo tối đa với asentrong nước từ 0,05mg/l xuống 0,01 mg/l Việc thay đổi tiêu chuẩn này được dựa

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

Trang 14

trên bằng chứng dịch tể học về mối liên quan giữa asen và ung thư Tuy nhiên, tiêuchuẩn nước uống của nhiều nước trong đĩ cĩ Việt Nam trước năm 2002 vẫn là nhỏhơn hoặc bằng 0,05mg/l Năm 2002, Bộ Y Tế Việt Nam đã đưa tiêu chuẩn asen nhỏhơn hoặc bằng 0,01mg/l vào áp dụng

Bộ Y tế nước ta đã quy định giới hạn hàm lượng asen trong nước ăn uống,sinh hoạt là 0,01mg/l

Tiêu chuẩn của Tổ chức Y tế thế giới (WHO) là 0,01mg/l

1.3.6.2 Ảnh hưởng của Asen đối với sức khỏe con người

Asen gây ung thư biểu mơ da, phế quản, phổi, các xoang,v.v…do asen và cáchợp chất của asen cĩ tác dụng lên nhĩm sulphydryl(-SH), phá vỡ quá trìnhphophoryl hĩa Các enzym sản sinh năng lượng của tế bào trong chu trình axit xitric

bị ảnh hưởng rất lớn Enzym bị ức chế do việc tạo phức với asen(III) ngăn cản sựsản sinh phân tử ATP Do asen cĩ tính chất hĩa học tương tự như photpho, nên chấtnày cĩ thể làm rối loạn photpho ở một số quá trình hĩa sinh

Theo Tổ chức Y tế thế giới WHO, cứ 10.000 người thì cĩ 6 người bị ung thư

do sử dụng nước ăn cĩ nồng độ asen > 0,01 mg/l nước

Asen là nguyên tố khi được ăn vào rất khĩ hấp thụ và phần lớn được đào thải

ở nguyên dạng Các hợp chất asen hịa tan trong nước được hấp thụ nhanh chĩng từống tiêu hĩa; asen(V) và asen hữu cơ được đào thải qua thận rất nhanh và hầu nhưtồn bộ Asen vơ cơ cĩ thể được tích lũy ở da, xương và cơ bắp; chu kỳ bán hủy của

nĩ trong cơ thể người trong vịng 20 đến 40 ngày

Mặc dù các kết quả nghiên cứu cho thấy asen cĩ thể là một nguyên tố thiếtyếu cho một số lồi động vật như dê, chuột, gà, nhưng chưa cĩ bằng chứng để nĩirằng asen cần cho người

Nhiễm độc asen cấp của con người chủ yếu phụ thuộc vào nhịp độ đào thảikhỏi cơ thể của các hợp chất Asine được coi là dạng độc nhất sau đĩ đến Asenite,asenate và hợp chất asen hữu cơ

Hiện tại vẫn chưa cĩ một bản liệt kê đầy đủ nào về các loại bệnh do asen.Asen vơ cơ được coi là chất gây ung thư; đồng thời nĩ cũng gây nhiều tác độngkhác nữa Đơi khi các triệu chứng khĩ thở gây ra bởi asen bị nhầm lẫn với triệu

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

Trang 15

chứng của các bệnh khác Asen cĩ thể gây bệnh cấp tính hay mãn tính; tuy nhiêndưới gĩc độ asen trong nước uống, thường chỉ cĩ các bệnh mãn tính (do dùng nướcuống chứa nồng độ asen quá từ năm lần mức cho phép sẽ gây ra các bệnh ung thư;bao gồm ung thư da, ung thư bàng quang, thận, phổi, gan, các bệnh tiểu đường).

Trong nước uống, asen khơng trơng thấy được, khơng mùi vị, nên khơng thểphát hiện Sự phát hiện người nhiễm asen rất khĩ do những triệu chứng của bệnhphải từ 5 đến 15 năm sau mới xuất hiện Bởi vậy, các nhà hĩa học cịn gọi asen là

“sát thủ vơ hình” Và một điều đáng lưu ý là asen độc gấp 4 lần so với thủy ngân

Ngộ độc asen là các bệnh kinh niên do sử dụng nước uống cĩ chứa asen ởnồng độ cao trong một khoảng thời gian dài Các hiệu ứng bao gồm sự thay đổi màu

da, sự hình thành của các vết cứng trên da, ung thư da, ung thư phổi, ung thư thận

và bàng quang cũng như cĩ thể dẫn tới hoại tử

Nếu bị ngộ độc cấp tính bởi asen sẽ cĩ biểu hiện: Khát nước dữ dội, đaubụng, nơn mửa, tiêu chảy, mạch đập yếu, mặt nhợt nhạt rồi thâm tím, bí tiểu và tửvong nhanh

Nếu bị nhiễm độc asen ở mức độ thấp, mỗi ngày một ít với liều lượng dù nhỏnhưng trong thời gian dài sẽ gây: Mệt mỏi, buồn nơn và nơn, hồng cầu và bạch cầugiảm, da sạm, rụng tĩc, sút cân, giảm trí nhớ, mạch máu bị tổn thương, rối loạn nhịptim, đau mắt, đau tai, viêm dạ dày và ruột, làm kiệt sức, ung thư

Người uống nước ơ nhiễm asen lâu ngày sẽ cĩ các đốm sẫm màu trên thânthể hay đầu các chi, niêm mạc lưỡi hoặc sừng hố da, gây sạm và mất sắc tố, bệnhBowen (biểu hiện đầu tiên là một phần cơ thể đỏ ửng, sau đĩ bị chảy nước và lởloét)

Bệnh sừng hố da thường xuất hiện ở tay, chân, lịng bàn tay, gan bàn chân phần cơ thể cọ xát nhiều hoặc tiếp xúc ánh sáng nhiều lâu ngày sẽ tạo thành cácđinh cứng màu trắng gây đau đớn

-Bệnh đen và rụng mĩng chân cĩ thể dẫn đến hoại tử, rụng dần từng đốt ngĩnchân

Ảnh hưởng độc hại đáng lo ngại nhất của asen tới sức khoẻ là khả năng gâyđột biến gen, ung thư, thiếu máu, các bệnh tim mạch (cao huyết áp, rối loạn tuần

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

Trang 16

hồn máu, viêm tắc mạch ngoại vi, bệnh mạch vành, thiếu máu cục bộ cơ tim và

não), các loại bệnh ngồi da (biến đổi sắc tố, sạm da, sừng hố, ung thư da ), tiểuđường, bệnh gan và các vấn đề liên quan tới hệ tiêu hố, các rối loạn ở hệ thần kinh

- ngứa hoặc mất cảm giác ở chi và khĩ nghe Sau 15 - 20 năm kể từ khi phát hiện,người nhiễm độc asen sẽ chuyển sang ung thư và chết

1.4 Sơ lược về antimony [6,7,9,10,11,12]

1.4.1 Giới thiệu chung về antimony [6, 7]

Trong bảng hệ thống tuần hồn Mendeleev, antimon cĩ số thứ tự là 51, nằmtrong phân nhĩm chính nhĩm VA cùng với asen(As), bitmut(Bi) Antimon cĩ cấuhình electron nguyên tử là: 1s22s22p63s23p6 3d104s24p64d105s25p3

Nhìn vào cấu hình điện tử này ta thấy, khi kết hợp với các nguyên tố khác,

Sb cũng cĩ thể sử dụng 3ep độc thân để tạo nên những cặp electron ghép đơi vàtrong những hợp chất đĩ, Sb cĩ mức oxy hĩa(-3) hoặc (+3) tùy thuộc vào bản chấtcủa nguyên tố kết hợp 2es thường tạo liên kết cộng hĩa trị cho nhận với nhữngnguyên tố cĩ độ âm điện lớn Trong trường hợp này, antimon cĩ mức oxy hĩa (+5).Các orbitan 5d trống điện tử nên Sb cĩ khả năng tạo hai liên kết cộng hố trị nữa

Do vậy, số oxy hĩa cao nhất của antimon là +5

1.4.2 Tính chất lý hĩa của antimony [6, 7]

Dạng khơng kim loại: Được tạo nên khi làm ngưng tụ hơi, là chất rắn cĩ

màu vàng (được gọi là antimon vàng) Chúng cĩ mạng lưới phân tử, tại các mắt củamạng lưới là những phân tử tứ diện Sb4 Antimon vàng tan trong CS2 cho dung dịchgồm những phân tử Sb4

Dạng kim loại: Dạng kim loại của antimon cĩ màu trắng bạc, phơn phớt đỏ.

Chúng cĩ cấu trúc lớp, khơng tan trong CS2, dẫn điện và dẫn nhiệt nhưng dịn, dễ

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

Trang 17

nghiền thành bột Nhiệt độ nĩng chảy ở 6300C, nhiệt độ sơi ở 14400C và cĩ trọnglượng riêng là 6,69

1.4.2.2 Tính chất hĩa học của antimon [6, 7, 9]

- Phản ứng với oxy

Trong khơng khí ở điều kiện thường, antimon khơng bị biến đổi Khi đunnĩng ở nhiệt độ cao 6500C, antimon cháy trong khơng khí

- Phản ứng với halogen, lưu huỳnh

Ở dạng bột nhỏ, antimon bốc cháy trong khí clo tạo thành triclorua

- Phản ứng với các kim loại

Antimon phản ứng với kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ và một số kim loạikhác ở nhiệt độ cao tạo thành antimonua

Với các kim loại khác antimon tạo nên các hợp kim

- Phản ứng với các dung dịch axit

Antimon khơng phản ứng với axit clohiđric, axit flohiđric, axit sunfuriclỗng ,chỉ phản ứng với axit HNO3 tạo thành axit metantimonic HSbO3(xSb2O5.yH2O)

3Sb + 5HNO3 = 3HSbO3 + 5NO + H2O

Sb phản ứng với axít là chất oxy hĩa, nước cường thủy

2Sb + 10HNO3(đ) ⇒ Sb2O5 ↓ + 10NO2

↑

+ 5 H2O (đun sơi)3Sb + 18HCl (l) + 5HNO3(đ) ⇒ 3H[SbCl6] + 5NO + 10H2O

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

Trang 18

1.4.2.3 Các hợp chất của antimon và tích chất của chúng [6, 9]

1 Các hợp chất của antiomon(III)

2 Các hợp chất của antimon (V)

SbCl5), chúng là những hợp chất thể hiện tính oxi hĩa mạnh

Ngồi ra các muối halogenua của Sb (V) cĩ khả năng kết hợp với halogenuakim loại kiềm MX tạo thành phức chất cĩ cơng thức chung M[SbX6] :

1.4.4 Sự phân bố của antimon trong mơi trường [9, 12]

Trong tự nhiên người ta thường gặp antimon (stibium) trong các hợp chất vớilưu huỳnh – dưới dạng stibinit hoặc antimonit Sb2S3 Trữ lượng antimon trong vỏtrái đất vào khoảng cỡ 5.10-6 % Người ta đã tìm thấy các hợp chất của antimon từthời cổ xưa và antimon kim loại được tìm thấy vào đầu thế kỷ 17 Đĩ là do tính phổbiến của stibinit trong thiên nhiên và điều chế antimon từ nĩ dễ dàng Sb được coi là

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

trở nên giàu cĩ sớm trong dung nham, làm phân biệt với khống chất stibinit banđầu Sb2S3 đang tìm thấy trong lớp cặn thủy nhiệt polymetalic với sulphantimonide

(PbCu(Sb,As)S3); nĩ cũng được tìm thấy với sphalertc, pyrite, galena

1.4.5 Sự phân bố Sb trong đất

Nguyên tố kim loại trắng antimon thường tập trung trong đất liên quan đếnnhững đá mẹ theo thứ tự từ 0,1 đến 0,2 mg/kg đối với đá cơ bản và 0,2 mg/kg đốivới đá trung tính và đá axit Tồn bộ đá được tạo bởi nham thạch trung bình 0,2

mg/kg Đá phiến trung bình chứa 1 – 2 mg/kg, đá vơi và đá cát chứa khoảng 0,2

mg/kg Stibinit chứa các chất Sb khác của nĩ như là valentite và kerstse cĩ thể được

hi vọng cĩ sự tập trung cao Trung bình đất chứa antimon 1mg/kg

1.4.6 Sự phân bố Sb trong nước

Nĩi chung, về hàm lượng của Sb trong nước chiếm tỷ lệ nhỏ Trong nướcsinh hoạt đơi khi khơng cĩ sự hiện diện của Sb Theo tiêu chuẩn của Bộ Y tế nước tacho phép hàm lượng antimon trong nước vệ sinh ăn uống là 0,005mg/l Tuy nhiên, ởnhững nguồn nước cĩ hàm lượng antimon cao là do nguồn nước thải; sự thâm nhậpvào nước từ nham thạch núi lửa, từ các khống, từ đất cũng như kết quả của các tácđộng do con người

1.4.7 Sự phân bố Sb trong khơng khí

Antimon cũng đồng thời cĩ mặt trong khơng khí ở dạng thể khí, hơi nước.Chẳng hạn: Tại Mỹ, ở các thành phố, antimon cĩ mặt trong khơng khí ở mức từ 0,42– 0,85 µg/m3, một số vùng khác từ 1 – 2 ng/m3

Nguyên nhân của sự cĩ mặt antimon trong khơng khí là do khí thải của quátrình đốt cháy than, các lị nấu kim loại, những phần tử bụi cực nhỏ được thải từ các

mỏ vàng Ngồi ra, cũng xuất phát từ sự hấp thụ của antimon lên các hạt đất sét, cácchất lơ lửng trong nước, cặn trầm tích mà trong điều kiện kị khí các vi khuẩn đã làm

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

Trang 20

phân hủy giải phĩng vào khí quyển Nồng độ cho phép antimon trong khơng khí là0,6 mg/m3

1.4.8 Sự phân bố, động học trao đổi chất ở động vật và con người

Sự thâm nhập antimon vào con người và động vật chủ yếu qua con đường

nước uống, thức ăn Trong một cuộc nghiên cứu định lượng vết của antimon đã thấyantimon cĩ mặt trong thức ăn với hàm lượng antimon trong đồ ăn thường ngày đốivới người lớn là 9,3µg/kg trọng lượng khơ Con số antimon trong nước uống cũngvào cỡ ít hơn 7µg/ngày.

Trong cơ thể antimon khơng được hấp thụ ở dạ dày, ruột non mà hầu hếtantimon được hấp thụ tích lũy ở lá lách, gan…Antimon(III) cịn xâm nhập vào tếbào máu nhưng Sb(V) thì khơng Kết quả của sự trao đổi chất là antimon được đàothải ra ngồi Cụ thể là Sb(III) được bài tiết ra thơng qua phân, nước tiểu của một sốđộng vật như chuột, thỏ, chĩ và cả con người Sb(V) chủ yếu là trong nước tiểu và

nĩ được bài tiết nhanh hơn Sb(III)

1.4.9 Ứng dụng, tác hại của antimon và các hợp chất của nĩ

1.4.9.1 Ứng dụng

Các hợp chất của antimon cĩ nhiều ứng dụng trong nơng nghiệp, cơngnghiệp, kỹ thuật bán dẫn và trong y học Antimon được đưa vào một số hợp kim đểtạo độ rắn, độ cứng cho chúng Hợp kim gồm antimon, chì và một lượng nhỏ thiếcgọi là kim loại in hay chì đúc chữ, được dùng để chế tạo bộ chữ in Hợp kim chữ in

cĩ giá trị quan trọng gồm 25% Sb + 60% Pb và 15% Sn Người ta chế tạo nhữngtấm acquy chì, những phiến và ống cho cơng nghiệp hĩa học từ hợp kim antimonvới chì (từ 5 – 15% antimon) Bên cạnh đĩ, người ta dùng antimon làm phụ gia chogecmani để tạo chất bán dẫn xác định, để dùng trong kỹ thuật chất bán dẫn; chế tạohợp kim làm giảm sự ma sát của động cơ Ngồi ra, antimon cịn được dùng để chếtạo đầu đạn; làm các loại dây cáp; hợp kim làm chất hàn và trong kỹ thuật sản xuấtgốm sứ thủy tinh

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

Trang 21

1.4.9.2 Tác hại của antimon

Các hợp chất của antimon hầu hết đều rất độc Đặc biệt, hợp chất Sb(III)mang độc tính rất cao Liều độc của các muối Sb khĩ xác định vì nạn nhân thườngnơn ra do phản ứng Một liều 0,10g emetic (tactrat kép K của Sb) cĩ thể gây chết.Liều chết cho người lớn từ 0,65 – 1,30g

Khi cơ thể nhiễm độc cấp tính antimon ở mức tương đối cao thì trong mộtthời gian ngắn sẽ gây các vết bỏng ở cổ họng, ra nhiều nước bọt, các rối loạn dạ dày,ruột, nơn, đau bụng, đi ngồi kiểu tả Tiếp đến là cứng cơ và các cơn co giật, nhiệt

độ hạ thấp, mồ hơi lạnh… Thần kinh bị tê liệt và sau cùng chết do trụy tim mạch

Trong ngộ độc trường diễn, đối với những cơng nhân làm việc ở những lịnấu kim loại (từ 9 – 31 năm) trong mơi trường cĩ mặt Sb sẽ gây ra những hiện tượngnhư bệnh ho kinh niên, bệnh viêm cuống phổi, phế quản, viêm màng kết Đồng thờigây ra chứng “viêm da antimon” Hiện tượng đĩ được mơ tả là làm xuất hiện nhữngmụn nước ngồi da nổi lên khoảng 2 – 3 mm; mụn mổ làm thương tổn da Bên cạnh

đĩ, cịn cĩ các triệu chứng như rối loạn tiêu hĩa thần kinh, đau đầu, đau họng, màngtiếp hợp Ngày nay, antimon đang được nghi ngờ như một chất gây ung thư ở conngười

Nhiều nghiên cứu cho thấy, hàm lượng antimon trong tế bào thực vật l 5 –10mg/kg Độc tố kim loại antimon trong bắp cải khoảng 2–4mg/kg Antimon thườngkết hợp với gân lá cĩ màu tía và gần giữa lớp ngồi của lá Trong nước, hàm lượngantimon thường dao động trong khoảng từ 10–120 ng/g

Sự thâm nhập vào con người và động vật chủ yếu thơng qua đường nướcuống và thức ăn Trong cơ thể, antimon khơng được hấp thụ ở dạ dày, ruột non màchủ yếu được hấp thụ ở lá lách và gan Sb(III) xâm nhập vào tế bào máu nhưngSb(V) thì khơng Trong quá trình trao đổi chất, antimon được đào thải ra ngồithơng qua phân và nước tiểu

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

Trang 22

1.5 Đại cương về phương pháp tách và làm giàu ứng dụng trong phân

tích [18]

1.5.1 Nguyên lý của phương pháp tách và làm giàu

Khi phân tích các nguyên tố vi lượng cĩ hàm lượng cỡ ppm, ppb người tathường sử dụng phương pháp tách và làm giàu vì các lý do:

- Thành phần hĩa lý của mẫu khơng cho phép tiến hành xác định trực tiếp, ví

dụ như các chất dễ bay hơi.

- Nồng độ các nguyên tố vi lượng thấp hơn ngưỡng cho phép của phương phápphát hiện

- Mẫu phân tích cĩ sự hiện diện của các chất mà các chất này lại gây trở ngạicho nguyên tố cần xác định

- Nền phơng bức xạ của mẫu phân tích gây trở ngại đến nguyên tố cần xácđịnh

1.5.2 Tách làm giàu bằng phương pháp đồng kết tủa

- Đồng kết tủa: Đĩ là hiện tượng khi tạp chất kết tủa đồng thời với kết tủachính Giả sử trọng dung dịch cĩ các ion kim loại Me, M,… nếu thêm thuốc thử

R vào dung dịch, khi đĩ

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

Chuẩn bị mẫu phân tích

Phá hủy mẫu

Làm giàu mẫu phân

Phân tích, xác định hàm

Xử lý kết quả

Hình 1: Sơ đồ thực hiện phương pháp tách và làm giàu trong quá trình phân tích

1.6 Sơ lược về các phương pháp phân tích asen, antimon [8, 16, 17, 24,

25, 30]

1.6.1 Phương pháp phân tích trọng lượng

Đây là phương pháp phổ biến để xác định nguyên tố trong những mẫu cĩhàm lượng cao Phương pháp này dựa trên nguyên tắc: Chuyển tồn bộ nguyên tố

cĩ trong đối tượng mẫu phân tích về dạng ion trong dung dịch Sau đĩ dựa vàonhững phản ứng hĩa học đặc trưng để đưa các ion về dạng một hợp chất khĩ tan;cuối cùng là lọc, rửa, sấy khơ, cân và tính tốn kết quả

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

Trang 24

1.6.2 Phương pháp chuẩn độ

Phương pháp này dựa trên nguyên tắc là chuẩn độ tạo phức nhằm xác địnhnồng độ chất cần phân tích dựa vào thể tích và nồng độ của thuốc thử thích hợp.Trong phương pháp này cĩ thể sử dụng phương pháp chuẩn độ trực tiếp, chuẩn độngược hay chuẩn độ thay thế

Muốn xác định Sb, ta phải đưa các hợp chất của Sb về dạng kết tủa SbOCl(dung dịch đục), sau đĩ mới chuẩn độ lượng Sb trong SbOCl bằng EDTA Quá trìnhchuẩn độ phải được tiến hành chậm và kết thúc quá trình chuẩn độ là dung dịch đụcchuyển sang trong suốt

1.6.3 Phương pháp trắc quang so màu

Nguyên tắc của phương pháp là sử dụng các phản ứng hĩa học để chuyểnchất cần xác định thành hợp chất cĩ màu, cĩ khả năng hấp thụ ánh sáng trong vùngkhả kiến Sau đĩ bằng cách đo sự hấp thu ánh sáng của dung dịch màu này hay sosánh cường độ màu thu được với cường độ màu của dung dịch đã biết trước, để tínhnồng độ chất cần xác định Mối quan hệ giữa cường độ màu của dung dịch và hàmlượng chất màu trong dung dịch đo tuân theo định luật hấp thụ Bouger – Lambert –Beer:

D = ε L C (1.1)Trong đĩ: D – Mật độ quang của dung dịch

ε - Hệ số hấp thụ ánh sáng

C - Nồng độ chất màu trong dung dịch

L - Chiều dày của lớp dung dịch hấp thụ

Để xác định Sb theo phương pháp này, người ta thêm vào dung dịch phântích hỗn hợp (HNO3 6N + HCl đặc), lắc kỹ để chuyển tồn bộ Sb trong mẫu thànhSb(V), rồi cho phản ứng với thuốc thử rhodamin B trong dung mơi C6H6; màu vàngtươi của thuốc thử chuyển thành màu tím hồng rất đẹp ở trong lớp benzen

Chiết phức tạo thành, đo mật độ quang ở bước sĩng λ = 565 nm Bằngphương pháp đồ thị chuẩn ta xác định được hàm lượng Sb trong mẫu phân tích

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

Trang 25

Phương pháp được áp dụng khá phổ biến về phân tích các nguyên tố trongmẫu mơi trường kể cả Sb Tuy nhiên, độ nhạy của phương pháp vẫn cịn thấp(khoảng 10-4 – 10-5g/g)

1.6.4 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

Phương pháp này dựa vào khả năng hấp thụ chọn lọc các bức xạ điện từ củanguyên tử ở trạng thái tự do Mỗi một nguyên tử tự do cĩ thể hấp thụ bức xạ cĩbước sĩng xác định Trong phương pháp này người ta phun mẫu ở dạng aecrosol(những hạt vơ cùng nhỏ) vào thiết bị nguyên tử hố Trong thiết bị này, mẫu phântích sẽ phân huỷ tạo ra những nguyên tử tự do

Sau khi nguyên tử hố xong, nếu ta chiếu một chùm bức xạ cĩ bước sĩng xác

định vào đám hơi nguyên tử tự do đĩ thì các nguyên tử tự do sẽ hấp thụ bức xạ cĩbước sĩng ứng đúng với các tia bức xạ mà nĩ cĩ thể phát ra trong quá trình phát xạ

để chuyển lên trạng thái kích thích cĩ mức năng lượng gần nhất Kết quả là phổ hấpthụ nguyên tử được sinh ra

As, Sb sẽ được xác định bằng phương pháp HG – AAS (Hydride Generation– Atomic Absorbtion Spectrometry) Các hợp chất của các nguyên tố này sẽ đượcchuyển về dạng hợp chất dễ bay hơi như As – AsH3; Sb – SbH3 bằng các hợp chất

cĩ tính khử mạnh như kim loại Zn hay NaBH4 (trong mơi trường H+)

Các khí này sau khi qua quá trình nguyên tử hố sẽ được đo mật độ hấp thụ tại cácbước sĩng thích hợp

1.6.5 Phương pháp kích hoạt nơtron

Khi phân tích những đối tượng cĩ hàm lượng As, Sb quá bé, ngồi cácphương pháp phân tích hĩa lý hiện đại như AAS, ICP – MS, ICP-OAS, v.v , người

ta cịn dùng phương pháp phân tích hạt nhân mà điển hình nhất là phương pháp kíchhoạt nơtron Ưu điểm chính của phương pháp này là:

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

– Cĩ khả năng phân tích đồng thời nhiều nguyên tố

Chính vì những ưu điểm trên mà phương pháp kích hoạt nơtron được sửdụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu Chúng tơi sẽ trình bày cụ thể vềphương pháp này ở phần phương pháp nghiên cứu

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

Trang 27

Phần 2 Phương pháp nghiên cứu2.1 Phương pháp kích hoạt nơtron [17,22,23,24,30,31,33,35]

2.1.1 Nguyên lý của phương pháp kích hoạt

Dùng nguồn nơtron để chuyển các hạt nhân bền của các nguyên tố As, Sbthành các đồng vị phĩng xạ thơng qua phản ứng:

As75 (n,γ ) As76

Sb121(n,γ )Sb122

Các đồng vị phĩng xạ mới hình thành cĩ khả năng phát ra các bức xạ đặctrưng Các bức xạ đặc trưng này sẽ được đo đạc thơng qua hệ phổ kế gamma nối vớidetector bán dẫn Ge siêu tinh khiết Hàm lượng của các nguyên tố trên được tínhtốn thơng qua phương trình kích hoạt nơtron

Trong đĩ:

σ : Tiết diện bắt nơtron nhiệt

θ : Độ phổ biến của đồng vị

T1/2: Thời gian bán rã

E(γ ): Năng lượng gamma đặc trưng của đồng vị phĩng xạ

γ : Hiệu suất phát tại năng lượng gamma đặc trưng

2.1.2 Phương trình kích hoạt nơtron

Dựa vào nhiều kết quả nghiên cứu, số liệu tính tốn từ thực nghiệm, các nhàvật lý đã đưa ra phương trình kích hoạt nơtron biểu diễn mối tương quan giữa khối

lượng nguyên tố m(g) cĩ trong mẫu phân tích và các đại lượng như thời gian chiếu

xạ, tiết diện kích hoạt của nguyên tố, thơng lượng nơtron, thời gian đo mẫu , v.v…

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

A: Hoạt độ phĩng xạ của đồng vị con được tạo thành (Bq)

MA: Nguyên tử gam của nguyên tố cần xác định (g)

23

Φ : Thơng lượng nơtron (ở lị hạt nhân Đà Lạt tại mâm quây: Φ = 4,27.1012hạt/cm2.s)

θ : Độ phổ biến của đồng vị bền của nguyên tố cần xác định ( %)

γ : Hiệu suất phát gamma tại năng lượng quan tâm (%)

N0 : Số Avogadro, N0 = 6.02.10

ε : Hiệu suất ghi của detector, đĩ là một đại lượng đặc trưng cho khả năngghi nhận tín hiệu của hệ thống ghi đo bức xạ ε là một hàm số phụ thuộc vào nhiềutham số như cường độ phát tia gamma, năng lượng tia gamma, hình học đo mẫu vàloại detector sử dụng, v.v… Thơng thường ε được xác định dựa vào thực nghiệm.

σ : Tiết diện bắt nơtron của hạt nhân, được xác định dựa vào phổ nơtron,(đơn vị barn/nguyên tử)(1 barn = 10-24cm)

1 − e−t1 : Hệ số bão hịa, khi t1 = 10T1/2 thì cĩ thể bỏ qua giá trị e−t1

Do đĩ hệ số bão hịa sẽ phụ thuộc vào thời gian chiếu ti và được biểu diễnbằng đồ thị:

A

T 1/2

Khi S=1 thì số hạt nhân đem chiếu bằng số hạt nhân tạo thành

Trương Đức Toàn – Luận văn thạc sĩ Hóa học

Trang 29

Tùy thuộc vào chu kỳ của các đồng vị phĩng xạ, mà chọn thời gian ti thíchhợp cho chúng

1 − e−t3 : Thừa số hiệu chỉnh thời gian đo mẫu

e− t2 : Thừa số hiệu chỉnh thời gian để nguội

λ : Hằng số phân rã phĩng xạ của đồng vị con

λ =0 693

T1/ 2

, T1/2 – chu kỳ bán rã của đồng vị con

t1, t2, t3 là thời gian chiếu, thời gian để nguội và thời gian đo mẫu (s)

Trong thực nghiệm phân tích đa nguyên tố trong mẫu, nên chia mẫu ra làmnhiều phần để chiếu với những thời gian chiếu khác nhau Với thời gian chiếu bé,các đồng vị sống vừa và sống dài cĩ hoạt độ tạo thành nhỏ trong khi đĩ những đồng

vị sống ngắn lại cĩ hoạt độ lớn Vì vậy, trong những mẫu chiếu với thời gian chiếungắn chỉ cĩ các đồng vị sống ngắn là được tìm ra Nếu chiếu với thời gian chiếu