Nghiên cứu phân tích các dạng antimon sử dụng kỹ thuật chiết pha rắn và phổ hấp thụ nguyên tử hidrua hóa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------Nguyễn Thị Ngọc Anh NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH CÁC DẠNG ANTIMON SỬ DỤNG KỸ THUẬT CHIẾT PHA RẮN VÀ PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ -

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

- -Nguyễn Thị Ngọc Anh

NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH CÁC DẠNG ANTIMON SỬ DỤNG KỸ THUẬT CHIẾT PHA RẮN VÀ PHỔ HẤP THỤ

NGUYÊN TỬ - HIĐRUA HÓA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội, Năm 2014

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

- -

Nguyễn Thị Ngọc Anh

NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH CÁC DẠNG ANTIMON SỬ DỤNG KỸ THUẬT CHIẾT PHA RẮN VÀ PHỔ HẤP THỤ

NGUYÊN TỬ - HIĐRUA HÓA

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Mã số: 60440118

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Tạ Thị Thảo

TS Nguyễn Hoàng Nam

Hà Nội, Năm 2014

LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Tạ Thị Thảo và

TS Nguyễn Hoàng Nam đã tận tình hướng dẫn, động viên và tạo điều kiện giúp

đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn NCS Phạm Hồng Chuyên đã giúp đỡ, chỉ bảo, truyền đạt lại nhiều kinh nghiệm quý báu cho tôi trong thời gian tôi thực hiện luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Hóa Phân tích- ĐHKHTN ĐHQG Hà Nội đã dạy dỗ, trang bị kiến thức, trong quá trình học tập và nghiên cứu

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cám ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn động viên tôi trong thời gian làm luận văn

Hà Nội, ngày 24 tháng 12 năm 2014

Học viên

Nguyễn Thị Ngọc Anh

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 2

1.1.Phân tích dạng nguyên tố và vai trò của phân tích dạng 2

1.1.1.Khái niệm phân tích dạng nguyên tố 2

1.1.2 Vai trò của phân tích dạng nguyên tố Error! Bookmark not defined 1.2 Các phương pháp xác định dạng nguyên tố Error! Bookmark not defined 1.2.1 Phương pháp phân tích xác định dạng kim loại trong nước tự nhiên Error! Bookmark not defined

1.2.2 Phương pháp phân tích xác định dạng kim loại trong đất – trầm tích Error! Bookmark not defined

1.3 Giới thiệu chung về antimon Error! Bookmark not defined 1.3.1 Trạng thái tự nhiên và ứng dụng của AntimonError! Bookmark not defined

1.3.2 Độc tính của antimon Error! Bookmark not defined 1.3.3 Mức độ ô nhiễm antimon trong môi trường Error! Bookmark not defined 1.3.4 Giới hạn cho phép antimon trong nước và một số loại thực phẩm Error! Bookmark not defined

1.3.5 Các phương pháp phân tích xác định dạng antimonError! Bookmark not defined

1.4 Các phương pháp tách, làm giàu kim loại Error! Bookmark not defined 1.4.1 Phương pháp chiết lỏng – lỏng Error! Bookmark not defined 1.4.2 Phương pháp chiết pha rắn Error! Bookmark not defined 1.4.3 Phương pháp chiết pha rắn tách dạng nguyên tốError! Bookmark not defined

1.5 Giới thiệu về nhựa trao đổi anion Lewatit – M500Error! Bookmark not defined

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM Error! Bookmark not defined 2.1 Nội dung và phương pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined.

2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.1.2 Phương pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.1.3 Nội dung nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.2 Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm Error! Bookmark not defined 2.2.1 Hóa chất Error! Bookmark not defined 2.2.2 Dụng cụ và trang thiết bị đo Error! Bookmark not defined 2.2.3 Các phần mềm tính toán và xử lí Error! Bookmark not defined 2.3 Tiến hành thí nghiệm Error! Bookmark not defined.

2.3.1 Nghiên cứu khả năng tách dạng Sb(III), Sb(V) theo phương pháp tĩnh

Error! Bookmark not defined.

2.3.2 Nghiên cứu khả năng tách dạng Sb(III), Sb(V) theo phương pháp động sử

dụng cột chiết pha rắn M500 Error! Bookmark not defined 2.3.3 Quy trình xử lý mẫu thực tế Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined

3 1 Nghiên cứu điều kiện tối ưu xác định hàm lượng Sb(III) bằng phương pháp

HG – AAS Error! Bookmark not defined 3.1.1 Điều kiện đo phổ AAS xác định Sb(III) Error! Bookmark not defined 3.1.2 Khảo sát khoảng tuyến tính và lập đường chuẩn xác định Sb(III) Error! Bookmark not defined

3.1.3 Ảnh hưởng của các ion lạ đến phép xác định Sb(III)Error! Bookmark not defined

3.1.4 Ảnh hưởng của các chất khử đến khả năng khử Sb(V)thành Sb(III) Error! Bookmark not defined

3.1.5 Ảnh hưởng của nồng độ H+ đến khả năng chuyển hóa Sb(III) thành Stibin bằng NaBH4 Error! Bookmark not defined.

3.1.6 Ảnh hưởng của nồng độ NaBH4 đến khả năng khử Sb(III) thành stibin

Error! Bookmark not defined 3.2 Nghiên cứu khả năng tách dạng Sb(III), Sb(V) của vật liệu M500 Error! Bookmark not defined

3.2.1 Phương pháp tĩnh Error! Bookmark not defined.

3.2.2 Phương pháp động Error! Bookmark not defined 3.3 Ứng dụng phân tích mẫu thực tế Error! Bookmark not defined 3.3.1 Phân tích mẫu giả Error! Bookmark not defined 3.3.3 Ứng dụng phương pháp SPE-HG-AAS phân tích mẫu thực tế Error! Bookmark not defined

KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined.

TÀI LIỆU THAM KHẢO 3

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

HVG – AAS Phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng kĩ thuật hidrua

hoá HPLC Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao

MS Phương pháp phổ khối lượng

AAS Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử

GC Sắc kí khí

CE Phương pháp điện di

GF-AAS Phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa

LOQ Giới hạn định lượng

LOD Giới hạn phát hiện

CCS Các cộng sự

ICP- MS Phương pháp khối phổ plasma cao tần cảm ứng

SPE Phương pháp chiết pha rắn

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Hình dạng rắn của Sb và Sb2O3 Error! Bookmark not defined Hình 1.2 Một số loại cột chiết pha rắn Error! Bookmark not defined Hình 1.3: Các bước của kỹ thuật chiết pha rắn Error! Bookmark not defined Hình 3.1: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang theo nồng độ Sb(III) Error! Bookmark not defined.

Hình 3.2: Đường chuẩn xác định Sb(III) Error! Bookmark not defined Hình 3.3: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ axit HCl Error! Bookmark not defined.

Hình 3.4: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ NaBH4 Error! Bookmark not defined.

Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn khả năng tách Sb(III) và Sb(V) trong các môi trường HCl

Error! Bookmark not defined Hình 3.6: Ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng trao đổi ion Error! Bookmark not defined.

Hình 3.7: Ảnh hưởng của nồng độ Sb(III) ban đầu đến % Sb(III) giữ trên vật liệu

Error! Bookmark not defined Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng tốc độ nạp mẫu đến %Sb(III) giữ trên cột Error! Bookmark not defined

Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc tốc độ rửa giải đến hiệu suất thu hồi Sb(III)….44

Hình 3.10:Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc thể tích dung dịch rửa giải đến hiệu suất thu

hồi Sb(III) Error! Bookmark not defined

Hình 3.11: Địa điểm lấy mẫu nước mặt xung quanh nhà máy Supephotphat Lâm

Thao – Phú Thọ Error! Bookmark not defined

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Quy trình phân tích dạng kim loại của Kersten và Forstner Error! Bookmark not defined

Bảng 1.2: Giới hạn tối đa ô nhiễm của Antimon trong thực phẩm Error! Bookmark not defined

Bảng 1.3: Yêu cầu kỹ thuật đối với các dụng cụ, vật chứa đựng, bao bì làm bằng nhựa

tổng hợp có thành phần chính là nhựa PET Error! Bookmark not defined.

Bảng 3.1: Tóm tắt các điều kiện tối ưu xác định Sb(III) bằng phương pháp HVG-AAS

Error! Bookmark not defined Bảng 3.2: Độ hấp thụ quang của các dung dịch Sb(III) Error! Bookmark not defined Bảng 3.3: Ảnh hưởng một số ion lạ đến phép đo xác định Sb(III) Error! Bookmark not defined

Bảng 3.4: Khả năng khử Sb(V) của một số hệ khử Error! Bookmark not defined.

Bảng 3.5: Ảnh hưởng của nồng độ H+ tới độ hấp thụ quang của Sb Error! Bookmark not defined

Bảng 3.6: Ảnh hưởng của nồng độ NaBH4 tới độ hấp thụ quang của dung dịch Sb(III)

Error! Bookmark not defined Bảng 3.7: Sự phụ thuộc của % Sb được giữ trên vật liệu M500 vào nồng độ HCl Error! Bookmark not defined

Bảng 3.8: Ảnh hưởng thời gian đến % Sb(III) được giữ trên cột Error! Bookmark not defined

Bảng 3.9: Ảnh hưởng nồng độ Sb(III) ban đầu đến % Sb giữ trên vật liệu Error! Bookmark not defined

Bảng 3.10: Ảnh hưởng của tốc độ nạp mẫu đến % Sb(III) được giữ trên cột Error! Bookmark not defined

Bảng 3.11: Ảnh hưởng tỉ lệ nồng độ Sb(V)/Sb(III) đến quá trình tách dạng antimon

Error! Bookmark not defined Bảng 3.12: Ảnh hưởng các ion đến khả năng trao đổi ion của Sb(III) Error! Bookmark not defined

Bảng 3.13: Ảnh hưởng tốc độ rửa giải đến hiệu suất thu hồi Sb(III) Error! Bookmark not defined

Bảng 3.14: Ảnh hưởng thể tích dung dịch H2O rửa giải đến hiệu suất thu hồi Sb(III)

Error! Bookmark not defined Bảng 3.15: Kết quả đánh giá độ đúng của phương pháp SPE – HG - AAS Error! Bookmark not defined

Bảng 3.17: Thành phần mẫu giả xác định Sb(III) Error! Bookmark not defined Bảng 3.18: Kết quả phân tích mẫu giả xác định Sb(III) Error! Bookmark not defined Bảng 3.19 : Kết quả phân tích hàm lượng Sb(III), Sb(V) trong mẫu nước Error! Bookmark not defined

Bảng 3.20 : Kết quả phân tích hàm lượng Sb(III), Sb(V) trong mẫu đất Error! Bookmark not defined

1

MỞ ĐẦU

Ngày nay, sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã làm cho đời sống của con người ngày càng được nâng cao Tuy nhiên, cùng với sự phát triển đó là tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên nghiêm trọng Số lượng các chất độc phân tán trong môi trường ngày một nhiều hơn do các hoạt động sản xuất và tiêu thụ đa dạng của con người ngày một tăng Trong số đó, Antimon là nguyên tố được Liên minh châu Âu và cơ quan bảo vệ môi trường của Hoa Kì xếp vào danh sách các chất độc hại

bị cấm theo công ước Basel Tùy theo nguồn ô nhiễm và điều kiện phát tán, Sb đi vào môi trường theo nhiều con đường và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau, khả năng phân tán và di chuyển trong môi trường, hấp phụ và tương tác lên cơ thể con người của các dạng cũng khác nhau [29, 56] Ở các liều lượng nhỏ, antimon gây ra đau đầu, hoa mắt, trầm cảm Các liều lượng lớn gây ra buồn nôn nhiều và thường xuyên và có thể gây tử vong sau vài ngày Các dạng Sb(III) và Sb(V) vô cơ đều độc hại, Sb(III) vô cơ độc hại hơn gấp nhiều lần Sb(V) vô cơ [55] Vì vậy, việc định lượng các dạng Sb để đánh giá mức độ nhiễm độc và làm tiền đề cho việc khảo sát nguồn ô nhiễm, từ đó tìm biện pháp thích hợp để loại trừ và hạn chế ô nhiễm lan rộng là vấn đề cấp bách

Phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử - hiđrua hóa HG – AAS được sử dụng rộng rãi để xác định hàm lượng Sb thông qua khử Sb(III) thành stibin bằng chất khử NaBH4, tuy nhiên hiệu suất khử 2 dạng Sb(III) và Sb(V) khác nhau nên phép đo chỉ cho biết tổng hàm lượng các nguyên tố chứ chưa cho biết hàm lượng cụ thể của các dạng nguyên tố Do vậy cần thiết phải tách riêng 2 dạng Sb(III) và Sb(V) trước khi phân tích Với nhiều ưu điểm nổi bật của kĩ thuật chiết pha rắn so với các kĩ thuật khác

là độ chọn lọc, hệ số làm giàu cao, kĩ thuật tiến hành đơn giản, thuận lợi cho việc chuẩn bị mẫu ở hiện trường, dễ bảo quản trong phòng thí nghiệm, dễ tự động hóa và tương đối rẻ tiền Điều này cho phép ứng dụng kĩ thuật chiết pha rắn một cách hiệu quả trong phòng thí nghiệm để tách riêng các dạng hóa trị nguyên tố cần xác định trước khi phân tích Với mục tiêu là ứng dụng kỹ thuật chiết pha rắn để tách riêng rẽ hai dạng Sb(V) và Sb(III), sau đó định lượng các dạng bằng phép đo phổ HG – AAS,

chúng tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu phân tích các dạng Antimon sử dụng kỹ thuật chiết pha rắn và phổ hấp thụ nguyên tử - hidrua hóa”

2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Phân tích dạng nguyên tố và vai trò của phân tích dạng

1.1.1.Khái niệm phân tích dạng nguyên tố

Theo tài liệu của IUPAC đã công bố [13,24], một số khái niệm trong hóa học phân tích dạng nguyên tố được diễn giải như sau:

+ Dạng hóa học của một nguyên tố (Chemical species): hình thái đặc trưng của

một nguyên tố như đồng vị hóa học; trạng thái oxi hóa - khử; trạng thái hóa trị; hợp chất hoặc cấu tạo phân tử

+ Phân tích dạng (Speciation analysis): các hoạt động phân tích nhằm định tính

hoặc định lượng một hay nhiều dạng hóa học riêng biệt trong một mẫu phân tích

+ Quá trình phân tách dạng nguyên tố (Fractionation): quá trình tách rời dạng cụ

thể của một nguyên tố ở giữa những dạng hóa học khác có trong một hệ

* Phép phân tích dạng có thể được xét theo các cách khác nhau:

- Theo nguyên tố:

Hầu hết các nguyên tố hóa học từ kim loại đến phi kim đã được nghiên cứu, trong đó dạng tồn tại của các kim loại từ các kim loại phổ biến (Ca, Mg, Fe, Cu, Pb, Al ) đến các kim loại ít phổ biến như (V, Cr, Mo ) đã được nghiên cứu nhiều nhất [22, 52]

- Theo đối tượng phân tích:

Trong các đối tượng phân tích nghiên cứu dạng thì các loại đất [47,34], tiếp đến là các loại nước đã được nghiên cứu nhiều [22] Có thể do ít hoặc không phải xử lý mẫu nên nước biển là đối tượng được nghiên cứu nhiều nhất Sau nước biển phải kể đến nước sông, nước hồ là đối tượng chính của phép phân tích dạng Ngoài các đối tượng

là nước sạch thì nước thải, bùn, trầm tích cũng đã được xét đến trong phép phân tích dạng [24,46,52] Có thể do cá là một trong những nguồn tích lũy sinh học quan trọng nên trong thực tế, các nhà nghiên cứu thường chọn cá (nhất là cá biển) làm đối tượng

để nghiên cứu phân tích dạng kim loại trong thực phẩm [43]

Hiện nay phân tích dạng nguyên tố trong các đối tượng môi trường thường tập trung vào xác định các dạng sau:

+ Dạng hóa trị hoặc số oxi hóa cụ thể của một nguyên tố trong mẫu phân tích (ví

dụ như xác định hàm lượng Cr(IV) hoặc Cr(VI) có trong nước)

3

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt:

1 Trần Tứ Hiếu, Từ Vọng Nghi, Nguyễn Văn Ri, Nguyễn Xuân Trung (2003), Hoá học phân tích - Các phương pháp phân tích công cụ, Trường Đại học khoa học tự

nhiên, ĐHQG Hà Nội

2 Nguyễn Thị Hoàn (2009), Nghiên cứu phương pháp động học trắc quang xác định hàm lượng nitrit trong nước ngầm và thực phẩm, Luận văn thạc sĩ khoa học, Trường

Đại học Sư phạm Thái Nguyên

3 Phạm Luận (1998), Chuyên đề các phương pháp quang học, ĐH Quốc Gia Hà Nội

4 Phạm Luận (2004), Giáo trình về những vấn đề cơ sở của kỹ thuật xử lý mẫu,

Trường Đại học Khoa học tự nhiên, ĐHQG Hà Nội

5 Hoàng Nhâm (2001), Hoá học vô cơ, tập 2, NXB Giáo Dục

6 Trần Văn Nhân (1999), Hóa Lý, tập 3, NXB Giáo dục, Hà Nội

7 Nguyễn Phương Thanh (2009), Xác định một số dạng Asen trong mẫu sinh học, thực phẩm và môi trường bằng kỹ thuật HPLC – HG – AAS, Luận văn thạc sỹ khoa

học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội

8 Tạ Thị Thảo (2005), Bài giảng chuyên đề thống kê trong hóa phân tích, Trường

Đại học Khoa học tự nhiên, ĐHQG Hà Nội

9 Vũ Thị Thảo (2011), Phân tích các dạng antimon bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử sau khi hidrua hóa (HG-AAS) kết hợp với chemometrics, Luận văn thạc sĩ

khoa học, Trường Đại học khoa học tự nhiên, ĐHQG Hà Nội

10 Nông Thị Thơm (2009), Nghiên cứu phương pháp động học trắc quang xác định các dạng Sb(III) và Sb(V) trong mẫu môi trường, Luận văn thạc sỹ khoa học, Trường

Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội

Tiếng Anh:

11 A Bellido-Martín, J.L Gómez-Ariza, P Smichowsky, D Sánchez-Rodas

(2009), “Speciation of antimony in airborne particulate matter using ultrasound probe fast extraction and analysis by HPLC-HG-AFS”, Analytica Chimica Acta,

649, 191–195

12 AbbasAfkhami, TayyebehMadrakian, AzizehAbdolmaleki (2005), Sensitive Kinetic-Spectrophotometric Determination of Sb (III) Based on Its Inhibitory