Phương pháp xác định chì trong nước ngầm

Chì clorua tan được mtrong axut clohidric,natriclorua, kali clorua đặc tạo thành ion phức:PbCl2 + 2Cl- → [PbCl4] 2-Khi pha loãng phức này kết tủa PbCl2 lại tách ra -Tác dụng của Kaliodua

MSSV: 2004140202

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Nhóm sinh viên gồm : TRẦN LAM PHƯƠNG MSSV: 2004140202 Nhận xét :

Điểm đánh giá:

Ngày ……….tháng ………….năm 2016 ( ký tên, ghi rõ họ và tên)

LỜI MỞ ĐẦU 5

LỜI CẢM ƠN 6

CHƯƠNG 1: MỘT SỐ TÍNH CHẤT VÀ HỢP CHẤT CỦA CHÌ 7

1.1 Tính chất hóa học của chì [4] 7

1.2 Một số hợp chất quan trọng của chì 8

1.2.1 Oxit chì 8

1.2.2 Hydroxit chì 8

1.2.3 Muối của Pb2+ 8

CHƯƠNG 2: TÁC ĐỘNG CỦA KIM LOẠI CHÌ ĐỐI VỚI CON NGƯỜI VÀ MÔI TRƯỜNG 11

2.1 Ứng dụng của kim loại chì [5] 11

2.2 Vai trò sinh học của chì đối với con người và sinh vật [5] 11

2.3 Tác hại ô nhiễm đối với con người [5] 12

2.4 Tiêu chuẩn Việt nam về chất lượng nước ngầm [6] 14

CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CHÌ 16

3.1.Phương pháp hóa học [3] 16

3.1.1 Phương pháp chuẩn độ Complexon 16

3.1.1.1 Xác định trực tiếp Pb với chỉ thị Eriochcrom đen T 16

3.1.1.2 Xác định trực tiếp Pb với chỉ thị xilenol da cam 16

3.1.1.3 Xác định trực tiếp Pb với chỉ thị pyrogatlol đỏ 16

3.1.1.4 Xác định Pb theo phương pháp thế 17

3.1.2 Phương pháp thể tích 17

3.1.2.1 Phương pháp iot 17

3.1.2.2 Phương pháp đo màu 17

3.2 Phương pháp phân tích công cụ 17

3.2.1 Các phương pháp điện hóa 17

3.2.1.1 Phương pháp cực phổ cổ điển [1] 17

3.2.1.2 Phương pháp Vôn-Ampe hòa tan [1] 18

3.2.2 Phương pháp phổ 18

3.2.2.3 Phương pháp phổ phát xạ [2] 19

3.2.2.4 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử [2] 20

CHƯƠNG 4: CHỌN PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 20

4.1 Cơ sở lý thuyết của phương pháp phân tích trắc quang 21

4.2 Phương pháp phân tích trắc quang bằng kỹ thuật đường chuẩn 23

TÀI LIỆU THAM KHẢO 26

Nước ngầm là nguồn nước cung cấp sinh hoạt chủ yếu ở nhiều quốc gia trên thềgiới Do vậy, ô nhiễm nước ngầm có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng môitrường sống của con người.

Ngày nay, trạng thái ô nhiễm và suy thoái nước ngầm đang xảy ra ở các khu vực

đô thị và các thành phố lớn trên thế giới Để hạn chế tác động ô nhiễm và suythoái nước ngầm cần phải tiến hành công tác điều tra, thăm dò trữ lượng và chấtlượng nước ngầm, xử lý nước thải và chống ô nhiễm các nguồn nước mặn, quantrắc thường xuyên và trữ lượng nguồn nước ngầm

Có thể nói nguồn nước bị ô nhiễm do nhiều nguyên nhân khác nhau Nguyênnhân chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng là quá trình đổ vào môi trường nướcthải công nghiệp, nước thải độc hại không được xử lý hoặc xử lý không đạt yêucầu Ô nhiễm nước bởi kim loại nặng có tác dụng tiêu cực đến môi trường sốngcủa con người và sinh vật, kim loại nặng tích lũy theo chuỗi thức ăn xâm nhậpvào cơ thể người Nước mặn bị ô nhiễm sẽ lan truyền các chất ô nhiễm vào nướcngầm, vào đất và các thành phần môi trường

Để xác định chì để đánh giá chất lượng nước ngầm, vì vậy đề tài của em là:

“Tìm hiểu phương pháp xác định chì trong nước ngầm”

Để thực hiện đề tài này, em xin đưa ra các nội dung:

- Tính chất hóa học của chì

- Tác động của kim loại chì đố với con người và môi trường

LỜI CẢM ƠN

Sau đây, em cũng xin cảm ơn cô Lê Thị Hồng Thúy đã chỉ bảo và hướng dẫn emtận tình để em có thể hoàn thành đề tài này Em xin chân thành cảm ơn cô ạ!

PbCl2 + 2HCl → H2PbCl4

PbSO4 + H2SO4 → Pb(HSO4)2

Với axit nitric, ở bất kỳ nồng độ nào Pb tương tác như một kim loại:

3Pb + 8HNO3 (loãng) → 3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2OKhi có mặt oxy, Pb có thể tương tác với nước:

2Pb + H2O + O2 → 2Pb(OH)2

Và có thể tan trong axit axetic và các chất hữu cơ khác:

2Pb + 4CH3COOH + O2 → 2Pb(CH3COO)2 + H2OVới dung dịch kiềm, Pb có tương tác khi đun nóng, giải phóng H2:

Pb + 2KOH + 2H2O → K2[Pb(OH)4] + H2 ↑Ion Pb2+ có khả năng tạo phức với một số thuốc thử hữu cơ như ĐithizonĐiphênyl Cacbazit; 1-(2-Pyridylazo)-Naphtol; Amoni pyrilodyn đithiocacbamat(APDC)…, nhưng điển hình là với Đithizon với pH = 8,5 – 9,5 tạp phức đặctrưng màu đỏ gạch Còn với EDTA, Pb2+ tạo phức bền ở pH = 10:

Pb2+ + H2Y2- → PbY2- + 2H+

Trường ĐH CNTP – Khoa Công nghệ hóa học

1.2 Một số hợp chất quan trọng của chì

1.2.1 Oxit chì

PbO là chất rắn tồn tại dưới hai dạng: PbO-α màu đỏ và PbO-β màu vàng

PbO tan trong axit và kiềm mạnh, được điều chế bằng cách đốt Pb trong khôngkhí

Trong các oxit, PbO2 là quan trọng hơn cả Nó được dùng làm chất oxy hóamạnh Ngoài PbO2 chì còn có oxit Pb2O3 và Pb3O4 Các oxit Pb2O3 và Pb3O4 đềuchứa Pb(II), Pb(IV), nên là oxit hỗn hợp Pb2O3 tồn tại ở hai dạng tinh thể: dạnglập phương màu vàng – đỏ và dạng đơn là màu đen Ở nhiệt độ 390 ÷ 4200C

Pb2O3 mất bớt oxy Pb3O4 Pb2O3 không tan trong nước và tác dụng với dung dịchkiềm nóng tạo nên PbO2:

Pb2O3 + 2KOH + H2O → K2[Pb(OH)4] + PbO2

Pb3O4 tồn tại ở dạng bột màu da cam, khi phản ứng với dung dịch loãng HNO3

1.2.3 Muối của Pb 2+

-Tác dụng của axit clohidric HCl và các clorua tan

Axit clohidric HCl và các muối clorua tan tạo được với Pb2+ một kết tủa trắngchì clorua PbCl2 ít tan trong nước lạnh (7,54g/l ở 250 C) nhưng tan nhiều trongnước nóng (35,9g/l ở 1000C) Sau khi kết tủa chì clorua nếu pha lại phải đun chotan hết kết tủa rồi làm lạnh dung dịch chì clorua nóng thì ta thu được những tinh

thể chì clorua hình kim dễ nhận Chì clorua tan được mtrong axut clohidric,natriclorua, kali clorua đặc tạo thành ion phức:

PbCl2 + 2Cl- → [PbCl4]

2-Khi pha loãng phức này kết tủa PbCl2 lại tách ra

-Tác dụng của Kaliodua KI: Kaliodua làm kết tủa được chì

Pb2+ + 2I- → PbI2↓PbI2 + 2I- →[ PbI4]3-

Chì clorua tan nhiều trong nước sôi và dễ tan trong dung dịch axit acetic nóng-Tác dụng của axit sunfuric H2SO4 và các sunfat khác: Các ion SO42- tạo đượcvới Pb2+ một kết tủa tinh thể màu trắng:

Pb2+ + SO42- → PbSO4↓-Chì sunfat ít tan trong nước và trong các axit nhưng tan trong H2SO4 đặc tạothành muối sunfat axit:

PbSO4 + H2SO4 → Pb(HSO4)2

-Chì sunfat cũng tan được trong các dung dịch nóng của aminoaxetat hoặcaminotactrat:

PbSO4 + 4CH3COONH4 → (NH4)2[Pb(CH3COO)4] + (NH4)2SO4

-Và trong dung dịch kiềm Tác dụng với kalicromat hay kalibicromat K2Cr2O7.

Pb2+ + CrO42- → PbCrO4↓2Pb2+ + Cr2O72- + H2O → 2PbCrO4↓ + 2H+

-Chì cromat không tan trong axit acetic 2N nhưng tan trong axit nitric 3N, dễ tantrong kiềm (khác với BaSO4)

2PbCrO4 + 2H+ → 2Pb2+ + Cr2O72- + H2OPbCrO4 + 4OH- → PbO22- + CrO42- + 2H2O-Tác dụng của hidro sunfua H2S và các sunfua tan loại thuốc thử này tạo đượcvới ion Pb2+ một kết tủa chì sunfat màu đen:

Pb2+ +S2- → PbS↓

-Do độ tan chì sunfat rất bé (T=10-17) nên khi cho muối sunfat tan tác dụng vớidung dịch chì trong môi trường kiềm ta vẫn đuoicự kết tủa PbS

Trường ĐH CNTP – Khoa Công nghệ hóa học

CHƯƠNG 2: TÁC ĐỘNG CỦA KIM LOẠI CHÌ ĐỐI VỚI CON

NGƯỜI VÀ MÔI TRƯỜNG

2.1 Ứng dụng của kim loại chì [5]

- Chì là thành phần chính tạo nên pin, ắc quy chì – axit, hợp kim Hợp chấthữu cơ Pb(CH3)4; Pb(C2H5)4 được sử dụng khá lớn làm chất phụ gia choxăng và dầu bôi trơn, mặc dù xu hướng hiện nay là hạn chế và loại bỏ

- Chì được sử dụng như chất nhuộm trắng trong sơn

- Chì sử dụng như thành phần màu trong tráng men đặc biệt là tạo màu đỏ

và vàng

- Chì dùng làm các tấm ngăn để chống phóng xạ hạt nhân

- Chì thường được sử dụng trong nhựa PVC

2.2 Vai trò sinh học của chì đối với con người và sinh vật [5]

Chì là nguyên tố phổ biến trong vỏ trái đất Trong tự nhiên tồn tại các loại quặnggalenit (PbS), cesurit (PbCO3) và anglesit (PbSO4)

Trong môi trường nước, tính năng của hợp chất chì được xác định chủ yếu thôngqua độ tan của nó Độ tan của chì phụ thuộc và pH, pH tăng thì độ tan giảm vàphụ thuộc vào các yếu tố khác như độ tan của muối (hàm lượng ion khác nhau)của nước, điều kiện oxy hóa khử Chì trong nước có nguồn gốc tự nhiên chiếm

tỷ lệ khiêm tốn, chủ yếu là từ đường ống dẫn các thiết bị tiếp xúc có chứa chì.Trong khí quyển, chì tương đối giàu hơn so với kim loại nặng khác Nguồnchính của chì phân tán trong không khí là do sự đốt cháy các nhiên liệu, dunghợp chất của chì là tang tỷ số octan thêm vào với dạng Pb(CH3)4 và Pb(C2H5)4.Cùng với các chất gây ô nhiễm khác, chì được loại khỏi khí quyển do quá trình

sa lắng khô và ướt Kết quả là bụi thành phố và đất ngày càng giàu chì với nồng

độ điển hình cỡ vào khoảng 1000 ÷ 4000 mg/kg

Tác dụng sinh hóa của chì chủ yếu là tác động của nó tới sự tổng hợp máu dẫnđến phá vỡ hồng cầu Chì ức chế một số enzyme quan trọng của quá trình tổnghợp máu do sự tích lũy các hợp chất trung gian của quá trình trao đổi chất Hợpchất trung gian là delta – amino levunilicaxit (ALA – dehyratase) Một pha quan

Trường ĐH CNTP – Khoa Công nghệ hóa học

trọng của tổng hợp máu là sự chuyển hóa delta – amino levunilicaxit thànhporphobilinogen Chì ức chế ALA – dehyratase enzym, do đó giai đoạn tiếp theotạo thành porphobilinogen không thể xảy ra Kết quả là phá hủy quá trình tổnghợp hemoglobin cũng như các sắc tố hô hấp khác cần thiết trong máu nhưcytochromes

Cuối cùng chì cản trở việc sử dụng oxy và glucoza để sản sinh năng lượng trongquá trình sống Sự cản trở này có thể tìm thấy khi nồng độ cồn trong máu nằmkhoảng 0,3 ppm Ở các nồng độ cao hơn (>0,3 ppm) có thể gây hiện tượng thiếumáu (thiếu hemoglobin), nếu hàm lượng chì trong máu nằm khoảng 0,5 – 0,8ppm gây ra sự rối loạn chức năng của thận và phá hủy não

Dạng tồn tại của chì trong nước là dạng có hóa trị II, có nồng độ 0,1 mg/lít nókìm hãm các hợp chất oxy hóa vi sinh, các hợp chất hữu cơ và đầu độc các visinh vật bậc thấp trong nước, còn với nồng độ đạt tới 0,5 mg/lít thì kìm hãm quátrình oxy hóa amoniac thành nitrat cũng như phần lớn các kim loại nặng, chìđược tích tụ lại trong cơ thể thực vật sống trong nước Với các loại thực vật bậccao hệ số làm giàu có thể lên đến 100 lần và ở loại béo có thể đạt tới trên 46nghìn lần Các vi sinh vật bật thấp bị ảnh hưởng xấu ngay cả ở nồng độ 1 – 30αg/lít

Đối với người, xương là nơi tàng trữ tích tụ chì của cơ thể Sau đó phần chì này

có thể tương tác cùng với photphat trong xương và thể hiện tính độc hại khitruyền vào các mô mềm của cơ thể Chì nhiễm vào cơ thể qua da, dường tiêuhóa, hô hấp Người bị nhiễm độc chì sẽ mắc một số bệnh như thiếu máu, đauđầu, sưng khớp, chóng mặt,

Chính vì tác hại nguy hiểm của chì đối với con người vì vậy nên các nước trênthế giới đều có quy định chặt chẽ về hàm lượng chì tối đa cho phép có trongnước không vượt quá 0,01 mg/lít (QCVN 09 : 2008/BTNMT)

2.3 Tác hại ô nhiễm đối với con người [5]

Nguồn nước bị ô nhiễm các kim loại nặng, đặc biệt là Chì (Pb) có ảnh hưởng rấtlớn tới sức khỏe con người Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), việc sử dụngnguồn nước nhiễm một lượng chì lớn và trong thời gian dài có thể khiến mộtngười bị nhiễm độc và thậm chí tử vong nếu không được cứu chữa kịp thời

Chúng ta cùng phân tích một số tác hại không thể không kể đến của chì đối vớisức khỏe:

1 Đối với trẻ em có mức hấp thụ chì cao gấp 3-4 lần người lớn Chì tích tụ ởxương, cản trở chuyển hóa Canxi bằng cách kìm hãm sự chuyển hóa vitamin D,gây độc cả cơ quan thần kinh trung ương lẫn thần kinh ngoại biên Đặc biệt, Chìgây tác động mãn tính tới phát triển trí tuệ Ngộ độc Chì còn gây ra biến chứngviêm não ở trẻ em

2 Chì tác động lên hệ thống enzyme vận chuyển hiđro gây nên một số rốiloạn cơ thể, trong đó chủ yếu là rối loạn bộ phận tạo huyết (tủy xương) Tùytheo mức độ nhiễm độc có thể gây ra những tai biến, nếu nặng có thể gây tửvong

3 Với những phụ nữ có thai thường xuyên tiếp xúc với chì khả năng sẩy thaihoặc thai nhi chết sau khi sinh là rất lớn

4 Chì có tác dụng rất độc hại cho cơ thể con người và có thể gây ra một sốbệnh kinh niên, mãn tính, ví dụ như bệnh thận hay bệnh thần kinh

Chì là nguyên tố tồn tại trong tự nhiên và có những công dụng nhất định trong đời sống, nhưng đối với con người thì chì có những tác hại và gây ảnh hưởng đến sức khỏe

Trường ĐH CNTP – Khoa Công nghệ hóa học

2.4 Tiêu chuẩn Việt nam về chất lượng nước ngầm [6]

Giá trị giới hạn của các thông số chất lượng nước ngầm được quy định tại bảngsau đây:

Bảng 2.1 Tiêu chuẩn Việt Nam về chất lượng nước ngầm

24 Tổng hoạt độ phóng xạ β Bq/l 1,0

thấy

Trường ĐH CNTP – Khoa Công nghệ hóa học

CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CHÌ

3.1.Phương pháp hóa học [3]

3.1.1 Phương pháp chuẩn độ Complexon

Khi chọn chất chỉ thị cho sự chuẩn độ một ion kim loại nào đó ban82ng phươngpháp Complexon người ta phải chọn pH thích hợp để phản ứng tạo phứcComplexon kim loại xảy ra hoàn toàn Chất chỉ thị tự do và phức của nó với ionkim loại có màu khác nhau và sự đổi màu của chất chỉ thị xảy ra gần điểm tươngđương để đảm bảo tính chính xác của phép phân tích Sau dây là một số phươngpháp xác định Pb bằng phương pháp Complexon (dùng EDTA)

3.1.1.1 Xác định trực tiếp Pb với chỉ thị Eriochcrom đen T

Hàm lượng Pb trong mẫu phân tích khoảng 20 mg Pb trong 100 ml thì người tadùng 5 ml dung dịch tactrat (1 : 4 ) hoặc trietranolamin (TEA) để làm tạo phứcche các ion kim loại gây cản trở cho phép xác định Pb Sau đó, trung hòa mộtlượng tương đương dung dịch NaOH Trong một số trường hợp cụ thêm các chấtche nh7 KCN Sau đó thêm 2 ml dung dịch đệm pH = 10 và chất chỉ thịEriochcrom đen T, tiến hành chuẩn độ đến khi dung dịch chuyển màu đỏ sangxanh

3.1.1.2 Xác định trực tiếp Pb với chỉ thị xilenol da cam

Trong hàm lượng phân tích thượng không quá 50 mg Pb trong 100 ml, nếu cầnthiết trung hòa dung dịch bằng NaOH đến pH = 2 ÷ 3, sau đó thêm lượng thíchhợp dung dịch đệm axetat, lúc đó pH của dung dịch cần phải bằng 5, thêm chấtchỉ thị và chuẩn độ bằng dung dịch (EDTA) từ màu tím sang màu vàng hoàntoàn

3.1.1.3 Xác định trực tiếp Pb với chỉ thị pyrogatlol đỏ

Xác định Pb bằng phương pháp chuẩn độ trực tiếp với EDTA người ta dùng chấtchỉ thị pyrogatlol đỏ trong môi trường axit yếu Phép chuẩn độ kết thúc khi dungdịch chỉ thị màu tím sang màu đỏ sáng Nếu cần thiết phải sử dụng chất chethích hợp

3.1.1.4 Xác định Pb theo phương pháp thế

Dung dịch phân tích không quá 30 mg Pb trong 100 ml, thêm một lượng thíchhợp MgY2- trung hòa bằng NaOH Nếu cần thiết thì thêm chất che KCN, thêmdung dịch đệm pH = 10 và tiến hành chuẩn độ EDTA đến khi dung dịch chuyển

ra bằng dung dịch Na2S2O3 từ đó tính lượng chì trong mẫu phân tích

3.1.2.2 Phương pháp đo màu

Phương pháp này dựa vào phản ứng tạo thành chì sunfua (PbS) màu xám đục,đem so sánh với các ống đựng dung dịch PbS tiêu chuẩn đã biết từ nồng độ Từ

đó suy ra nồng độ chì trong mẫu phân tích

Phương pháp này đơn giản nhưng chỉ dung trong những trường hợp có nồng độtương đối lớn, dễ mắc phải sai số lớn

3.2 Phương pháp phân tích công cụ

3.2.1 Các phương pháp điện hóa

3.2.1.1 Phương pháp cực phổ cổ điển [1]

Nguyên tắc: Đo cường độ dòng trong quá trình điện phân:

Cường độ dòng phụ thuộc vào:

-Nồng độ chất điện ly (bị điện phân) trong dung dịch

-Thế điện cực

 Tiến hành điện phân và đo cường độ dòng của 1 dãy dung dịch chuẩn.Dựa vào đồ thị cường độ dòng – nồng độ => xác định được nồng độ chấtcần định phân có trong dung dịch => Phương pháp này gọi là phươngpháp cực phổ

Trường ĐH CNTP – Khoa Công nghệ hóa học

 Phương pháp cực phổ thường sử dụng điện cực giọt Hg

3.2.1.2 Phương pháp Vôn-Ampe hòa tan [1]

Nguyên tắc: Đo cường độ dòng trong quá trình điện phân:

Cường độ dòng phụ thuộc vào:

-Nồng độ chất điện ly (bị điện phân) trong dung dịch

-Thế điện cực

Dựa vào đồ thị cường độ dòng – nồng độ => theo dõi được sự biến thiên cường

độ dòng so với sự thay đổi nồng độ chất trong phản ứng hóa học hoặc phản ứngđiện hóa Ứng dụng trong quá trình chuẩn độ => gọi là phương pháp chuẩn độampe

Phương pháp Volt – Ampere (VA) thuộc nhóm các phương pháp phân tích dựavào việc nghiên cứu đường cong Volt – Ampere (đường cong phân cực, đườngcong I – E) trong chế độ dừng hoặc không dừng

3.2.2 Phương pháp phổ

3.2.2.1 Phương pháp phân tích trắc quang [3]

Phương pháp phân tích trắc quang là nhóm các phương pháp phân tích quanghọc Phương pháp này dựa vào việc chuyển chất phân tích thành những hợp chất

có khả năng hấp thụ ánh sáng và đo độ hấp thụ năng lượng ánh sáng để suy ralượng chất cần phân tích

Pb(II) là cation kim loại có khả năng tạo được phức màu với nhiều thuốc thửhữu cơ khác nhau Vì vậy có thể áp dụng phương pháp trắc quang với đithizon

là phương pháp truyền thống và phổ biến bởi tính ưu việt của nó

Phép phân tích trắc quang gắn liền với các hợp chất màu, dùng màu sắc để phântích đối tượng nghiên cứu và được tiến hành theo các bước sau:

- Lấy các đối tượng nghiên cứu vào dung dịch

- Tạo hợp chất màu với các thuốc thử hữu cơ thích hợp

- Đo mật độ quang (xác định cường độ màu chất nghiên cưu)

- So sánh cường độ màu (hoặc độ hấp thụ quang) của dung dịch nghiên cứuvới dung dịch chuẩn