ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Chu Thị Thu SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP CỘNG KẾT VÀ KỸ THUẬT QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ ĐỂ TÁCH, LÀM GIÀU CADIMI GÓP PHẦN XÁC ĐỊNH CA
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Chu Thị Thu
SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP CỘNG KẾT
VÀ KỸ THUẬT QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ ĐỂ TÁCH, LÀM GIÀU CADIMI GÓP PHẦN XÁC ĐỊNH CADIMI TRONG ĐỐI TƯỢNG MÔI TRƯỜNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
HÀ NỘI - 2014
Trang 2ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Chu Thị Thu
SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP CỘNG KẾT
VÀ KỸ THUẬT QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ ĐỂ TÁCH, LÀM GIÀU CADIMI GÓP PHẦN XÁC ĐỊNH CADIMI TRONG ĐỐI TƯỢNG MÔI TRƯỜNG
Chuyên ngành: Hoá vô cơ
Mã số: 60440113
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS LÊ NHƯ THANH
Trang 3HÀ NỘI - 2014
Lời cảm ơn
Bằng tấm lòng trân trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS LÊ NHƯ THANH đã giao đề tài, hướng dẫn em tận tình, chu đáo đầy tâm huyết trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo bộ môn Hoá vô cơ, cùng các thầy, cô giáo khoa Hoá học Trường ĐHKHTN- ĐHQGHN đã tận tình giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn này
Dù đã có nhiều cố gắng, song do năng lực còn hạn chế nên trong luận văn của em chắc chắn không thể tránh khỏi thiếu sót Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn để luận văn này được hoàn chỉnh hơn
Hà nội ngày 14 tháng 11 năm 2014
Học viên: Chu Thị Thu
Trang 4MỤC LỤC
TRANG
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 56
1.1 Tài nguyên nước ở Việt Nam 56
1.2 Sự ô nhiễm nguồn nước 56
1.3 Giới thiệu chung về Cadimi 56
1.3.1 Tính chất lý, hóa của Cadimi Error! Bookmark not defined 1.3.2 Các hợp chất chính của Cadimi Error! Bookmark not defined 1.3.3 Vai trò,ứng dụng của cadimi Error! Bookmark not defined 1.3.4 Độc tính của Cd Error! Bookmark not defined 1.3.5 Các nguồn gây ô nhiễm cadimi Error! Bookmark not defined 1.4 Các phương pháp xác định Cadimi Error! Bookmark not defined 1.4.1 Các phương pháp hoá học Error! Bookmark not defined 1.4.2 Các phương pháp phân tích công cụError! Bookmark not defined 1.5 Một số phương pháp tách và làm giàu lượng vết ion kim loại nặng Error! Bookmark not defined 1.5.1 Phương pháp chiết lỏng- lỏng Error! Bookmark not defined 1.5.2 Phương pháp chiết pha rắn (SPE) Error! Bookmark not defined 1.5.3 Phương pháp tách và làm giàu bằng điện hoá 20
1.5.4 Phương pháp cộng kết Error! Bookmark not defined
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU E RROR !
B OOKMARK NOT DEFINED
2.1 Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.1.1 Đối tượng và mục tiêu Error! Bookmark not defined 2.1.2 Phương pháp ứng dụng để nghiên cứuError! Bookmark not defined
2.1.3 Các nội dung nghiên cứu Error! Bookmark not defined
Trang 52.2 Dụng cụ và máy móc Error! Bookmark not defined 2.3 Hóa chất sử dụng Error! Bookmark not defined
2.4 Giới thiệu phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (F-AAS) 26
2.4.1 Nguyên tắc của phương pháp Error! Bookmark not defined 2.4.2 Hệ trang bị của phép đo Error! Bookmark not defined
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN E RROR !
B OOKMARK NOT DEFINED
3.1 Khảo sát các điều kiện tối ưu của phép đo phổ F-AAS Error!
Bookmark not defined
3.1.1 Khảo sát các điều kiện đo phổ: Error! Bookmark not defined 3.1.2 Khảo sát các điều kiện nguyên tử hóa mẫu.Error! Bookmark not
defined
3.1.3 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng khácError! Bookmark not defined
3.1.3.1 Ảnh hưởng của nồng độ axit và loại axit trong dung dịch mẫu Error!
Bookmark not defined
3.1.3.2 Ảnh hưởng của nền muối Error! Bookmark not defined 3.1.4.Phương pháp đường chuẩn đối với phép đo F – AAS Error!
Bookmark not defined
3.1.4.1 Khảo sát xác định khoảng tuyến tínhError! Bookmark not
defined
3.1.4.2 Xây dựng đường chuẩn cadimiError! Bookmark not defined
3.2 Khảo sát các điều kiện tách,làm giàu cadimi bằng thuốc thử Ni-DDTC
Error! Bookmark not defined 3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH Error! Bookmark not defined 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của thể tích thuốc thử DDTC 2% Error!
Bookmark not defined
3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng thể tích Niken đồng kết tủaError! Bookmark
not defined
Trang 63.2.4 Khảo sát khả năng hòa tan kết tủa Error! Bookmark not defined
3.2.5 Ảnh hưởng của một số ion kim loại đến hiệu suất thu hồi của Cd 2+
Error! Bookmark not defined
3.2.6 Ảnh hưởng của một số anion đến hiệu suất thu hồi của Cd 2+
Error! Bookmark not defined 3.3 Phân tích mẫu giả Error! Bookmark not defined 3.4 Phân tích mẫu thực Error! Bookmark not defined
KẾT LUẬN ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 PHỤ LỤC 61
Trang 7DANH MỤC CÁC BẢNG Trang
Bảng 1.1: Một số hằng số vật lí quan trọng của cadimi ……… 3
Bảng 3.1: Độ nhạy ứng với bước song của Cd……… ………… 27
Bảng 3.2: Ảnh hưởng chiều cao đèn NTH (HCL) đến phép đo phổ F-AAS 29
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của tốc độ khí cháy đến phép đo phổ F-AAS 30
Bảng 3.4: Ảnh hưởng của một số loại axit đến tín hiệu phổ F-AAS……… … 31
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của nền CH3COONa đến tín hiệu phổ F-AAS………… 32
Bảng 3.6: Ảnh hưởng của nền CH3COONH4 đến tín hiệu phổ F-AAS……… …32
Bảng 3.7: Tổng kết các điều kiện đo phổ xác định cadimi……… …… 33
Bảng 3.8: Khoảng tuyến tính cadimi……… ……….34
Bảng 3.9: Ảnh hưởng của pH tới hiệu suất thu hồi cadimi………… ……… 36
Bảng 3.10 : Ảnh hưởng của thể tích thuốc thử DDTC 2%… ………37
Bảng 3.11 : Ảnh hưởng của thể tích Niken… ……… 38
Bảng 3.12: Ảnh hưởng của nồng đô HNO3 trong dung môi hòa tan kết tủa… 40
Bảng 3.13: Ảnh hưởng của thể tích dung dịch axit đến hiệu suất thu hồi Cd… 40 Bảng 3.14:Ảnh hưởng của kim loại kiềm, kiềm thổ tới hiệu suất thu hồi cadimi41 Bảng 3.15: Ảnh hưởng của Zn2+ tới hiệu suất thu hồi cadim ……….42
Bảng 3.16: Ảnh hưởng của Mn2+ tới hiệu suất thu hồi cadimi……… …………43
Bảng 3.17: Ảnh hưởng của Cu2+ tới hiệu suất thu hồi cadimi……… …… 43 Bảng 3.18: Ảnh hưởng của Co2+ tới hiệu suất thu hồi cadimi……… ………… 44
Bảng 3.19: Ảnh hưởng của Fe3+ tới hiệu suất thu hồi cadimi………… ……… 45
Bảng 3.20: Ảnh hưởng của Cr3+ tới hiệu suất thu hồi cadimi………… ……… 46
Bảng 3.21: Ảnh hưởng của ion Cl- tới hiệu suất thu hồi cadimi…… ………… 48
Bảng 3.22: Ảnh hưởng của PO43- tới hiệu suất thu hồi cadimi ………….48
Bảng 3.23: Nồng độ các cation kim loại trong mẫu giả 49
Bảng 3.24: Hiệu suất thu hồi mẫu giả 49
Bảng 3.25: Các địa điểm lấy mẫu nước tại Hà Nội 51
Bảng 3.26: Kết quả xác định hàm lượng cadimi trong mẫu phân tích 52
Trang 8DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo máy quang phổ hấp thụ nguyên tử 26 Hình 3.1: Đường chuẩn của Cd 36 Hình 3.2: Ảnh hưởng của pH tới hiệu suất thu hồi Cd 37 Hình 3.3: Ảnh hưởng của thể tích thuốc thử DDTC 2% đến hiệu suất thu hồi Cd 37 Hình 3.4: Ảnh hưởng của thể tích Ni tới hiệu suất thu hồi Cd 38 Hình 3.5: Ảnh hưởng của Zn2+ đến hiệu suất thu hồi của Cd 42 Hình 3.6: Ảnh hưởng của Mn2+
đến hiệu suất thu hồi của Cd 43 Hình 3.7: Ảnh hưởng của Cu2+
đến hiệu suất thu hồi của Cd 44 Hình 3.8: Ảnh hưởng của Co2+
đến hiệu suất thu hồi của Cd 45 Hình 3.9: Ảnh hưởng của Fe3+
đến hiệu suất thu hồi của Cd 46 Hình 3.10: Ảnh hưởng của Cr3+
đến hiệu suất thu hồi của Cd 47 Hình 3.11: Đồ thị biểu diễn kết quả phân tích Cd có trong mẫu nước sông 52 Hình 3.12: Đồ thị biểu diễn kết quả phân tích Cd có trong mẫu nước hồ 53
Trang 9
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
Spectrometry
Phép đo quang phổ hấp thụ nguyên tử
DDTC Diethyldithiocacbomatate diethyldithiocacbomat
SPE Solid Phase Extraction Chiết pha rắn F- AAS Flame-Atomic Absorption
Spectrometry
Phép đo quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa
GF-AAS Graphite furnace Atomic
Absorption spectromety
Quang Phổ hấp thụ nguyên tử lò đốt Graphit HCL Hollow Cathod Lamps Đèn catôt rỗng
Trang 101
MỞ ĐẦU
Ngày nay, người ta đã khẳng định được rằng nhiều nguyên tố kim loại có vai trò cực kỳ quan trọng đối với cơ thể sống và con người Tuy nhiên nếu hàm lượng lớn chúng sẽ gây độc hại cho cơ thể Sự thiếu hụt hay mất cân bằng của nhiều kim loại vi lượng trong các bộ phận của cơ thể như gan, tóc, máu, huyết thanh là những nguyên nhân hay dấu hiệu của bệnh tật, ốm đau hay suy dinh dưỡng và có thể gây tử vong Thậm chí, đối với một số kim loại người ta mới chỉ biết đến tác động độc hại của chúng đến cơ thể
Kim loại nặng có thể xâm nhập vào cơ thể con người chủ yếu thông qua đường tiêu hóa và hô hấp Tuy nhiên, cùng với mức độ phát triển của công nghiệp
và sự đô thị hoá, hiện nay môi trường sống của chúng ta bị ô nhiễm trầm trọng Các nguồn thải kim loại nặng từ các khu công nghiệp vào không khí, vào nước, vào đất, vào thực phẩm rồi xâm nhập vào cơ thể con người qua đường ăn uống, hít thở dẫn đến sự nhiễm độc Do đó việc nghiên cứu và phân tích các kim loại nặng trong môi trường sống, trong thực phẩm và tác động của chúng tới cơ thể con người nhằm đề
ra các biện pháp tối ưu bảo vệ và chăm sóc sức khoẻ cộng đồng là một việc vô cùng cần thiết
Trong đó phải kể đến nguồn nước, là yếu tố không thể thiếu cho sự sống, ở đâu có nước ở đó có sự sống Tuy nhiên nhiều nơi, các nguồn nước bề mặt, thậm chí cả nguồn nước ngầm đã bị ô nhiễm nghiêm trọng, gây ảnh hưởng xấu tới chất lượng của nước, ảnh hưởng đến sức khỏe của con người và động vật, làm giảm năng suất và chất lượng cây trồng Một trong những chất có tác dụng gây ô
nhiễm là các kim loại nặng trong đó có cadimi
Hàm lượng cadimi trong nước là rất nhỏ để phân tích được thì trước hết cần phải làm giàu
Vì vậy, mục đích chính của đề tài này là “Sử dụng phương pháp cộng kết
và kỹ thuật quang phổ hấp thụ nguyên tử để tách, làm giàu cadimi góp phần xác định cadimi trong đối tượng môi trường’’
Trang 1156
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Tài nguyên nước ở Việt Nam
Việt Nam là nước nhiệt đới gió mùa nên có tài nguyên nước dồi dào so với các nước trên thế giới, lượng mưa trung bình tương đối cao, khoảng 2000 mm/năm gấp 2,6 lần lượng mưa trung bình của các vùng lục địa trên Thế giới
Hàng năm, lãnh thổ Việt Nam nhận thêm lưu lượng nước từ nam Trung Quốc và Lào với số lượng khoảng 550 km3 Dòng chảy trung bình Việt Nam gấp 3 lần dòng chảy trung bình trên Thế giới
Nguồn tài nguyên nước của Việt Nam tương đối phong phú, nhưng phân bổ không đều và trải rộng rất phức tạp theo thời gian, nhất là các mạch nước ngầm Từ lâu, các mạch nước ngầm đã được khai thác bằng các phương pháp khác nhau Theo đánh giá của tác giả tổng trữ lượng nước mạch thiên nhiên trên toàn lãnh thổ khoảng xấp xỉ 15% tổng trữ lượng nước mặt
1.2 Sự ô nhiễm nguồn nước [13]
Sự ô nhiễm môi trường nước là sự thay đổi thành phần và tính chất của nước gây ảnh hưởng tới hoạt động sống bình thường của con người, sinh vật, đến sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, thuỷ sản
Nguồn gốc gây ô nhiễm nguồn nước là do tự nhiên và nhân tạo:
- Sự ô nhiễm có nguồn gốc tự nhiên là do mưa, tuyết tan, lũ lụt, gió bão,… hoặc do các sản phẩm hoạt động sống của sinh vật, kể cả xác chết của chúng
- Sự ô nhiễm nhân tạo chủ yếu do nguồn nước thải từ các vùng dân cư, khu công nghiệp, hoạt động giao thông vận tải, do sử dụng thuốc trừ sâu, diệt cỏ và phân bón trong nông nghiệp
1.3 Giới thiệu chung về cadimi
Trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học, nguyên tố cadimi (Cd) nằm ở ô số 48, thuộc nhóm IIB, chu kỳ V Nguyên tử Cd có các obitan d đã điền đủ 10 electron Cấu hình electron của cadimi (Z=48): [Kr]4d10
5s2
Trang 1257
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu Tiếng Việt
1 A.P Kreskow (1976), Cơ sở hóa học phân tích-Tập 2, NXBT ĐH và THCN Hà
Nội, (Từ Vọng Nghi, Trần Tứ Hiếu dịch)
2 Nguyễn Tinh Dung, Hồ Viết Qúy (1991), Các phương pháp phân tích hóa lý,
Đại học Sư phạm Hà Nội
3 Nguyễn Tinh Dung (2000), Hóa học phân tích phần III-Các phương pháp phân tích định lượng hóa học, NXB Giáo dục
4 Trần Tứ Hiếu, Từ Vọng Nghi, Nguyễn Văn Ri, Nguyên Xuân Trung (1999),
Các phương pháp phân tích công cụ-Phần 2, Đại học Khoa học Tự Nhiên-Đại
học Quốc Gia Hà Nội
5 Phạm Thị Thu Hà (2006), Luận án thạc sĩ khoa học, Trường Đại học Khoa học
Tự Nhiên-Đại học Quốc Gia Hà Nội
6 Trần Tứ Hiếu, Từ Vọng Nghi, Nguyễn Văn Ri, Nguyên Xuân Trung (2003)-Các
phương pháp phân tích công cụ-Phần hai-Đại học khoa học Tự Nhiên- Đại học
Quốc Gia Hà Nội
7 Phạm Luận (1998), Cơ sở lý thuyết phương pháp phân tích phổ phát xạ và hấp
thụ nguyên tử phần II- Đại học Khoa học Tự Nhiên-Đại học Quốc Gia Hà Nội
8 Phạm Luận (2003), Phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử-NXB Đại
học Quốc Gia Hà Nội
9 Phạm Luận (1999), Tài liệu xử lí mẫu, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên-Đại
học Quốc Gia Hà Nội
10 Từ Vọng Nghi (2001), Hóa học phân tích-Cơ sở lý thuyết các phương pháp hóa
học phân tích, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội
11 Từ Vọng Nghi, Trần Chương Huyến, Phạm Luận, Một số phương pháp hiện
điện hóa hiện đại, Trường Đại học Tổng Hợp Hà Nội
12 Hoàng Nhâm (2003), Hóa học vô cơ tập hai-NXB Giáo Dục
13 Lê Văn Khoa(1995), Môi trường và ô nhiễm- NXB Giáo dục
Trang 1358
14 Tạ Thị Thảo (2008), Giáo trình môn học thống kê trong hóa học phân tích
(statistics for Analytical chemistry), Đại học Tự Nhiên-Đại học Quốc Gia Hà Nội
15 Lê Ngọc Tú (2006), Độc tố và an toàn thực phẩm, NXB Khoa học và kỹ thuật
16 Tiêu chuẩn Việt Nam về lượng chất lượng môi trường, TCVN 5937-1995
17 GS.TS.Lâm Minh Triết-TS Diệp Ngọc Sương, Các phương pháp phân tích kim
loại trong nước và nước thải, Nhà xuất bản khoa học kỹ Thuật
18 Đặng Kim Chi, Hóa học môi trường, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật 2001
Tài liệu tiếng Anh
19 Ballantyne.E.E (1984), Heavy metals in natural waters, Springer- Verlag
20.Goku M.Z.L, Akar M, Cevik F, Findik O (2003), Bioacumulation of some
heavy metal (Cd, Fe, Zn, Cu) in two Bivalvia Species, Faculy of Fisheries,
Cukurova University, Adana, Turkey, 89 – 93
21 H Tel, Y Altas, M S Taner (2004), “ Adsorption characteristics and separation
of Cr(III) and Cr(VI) on hydros titanium (IV) oxide”, Journal of Hazardous
Materials, 112, pp 225-231
22 Tomoharu Minami, Kousuke Atsumi and Ioichi UEDA (2003), “Determination
of cobalt and nickel by Graphite-Funace atomic absorption spectrometry after coprecipitation with Scandium hydroxide”, Analytical Sciences, 19, pp 313-315
23 V Hudnik, S Gomiscek, and B Gorenc, Anal Chim Acta, 1978, 98, 39
24 J Ueda and N Yamazaki, Bull Chem Soc Jpn., 1986, 59, 1845
27 M Hiraide, Z S Chen, and H Kawaguchi, Anal Sci.,1995, 11, 333