XÂY DỰNG PHƢƠNG PHÁP xác ĐỊNH NHÔM TRONG nƣớc BẰNG PHƢƠNG PHÁP SO màu UV –VIS và SO SÁNH với PHƢƠNG PHÁP sử DỤNG máy ICP OES

Hiện nay, đã có nhiều phương pháp xác định hàm lượng kim loại nhôm trong nước, nhưng vấn đề đặt ra là kết quả vẫn chưa cho độ tin cậy cao, độ chính xác cao bởi vì các phương pháp thông t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH

NHÔM TRONG NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP SO MÀU UV –VIS VÀ

Cần Thơ, Tháng 5 năm 2013

LỜI CÁM ƠN



Sau bốn năm học và gần hơn ba tháng thực tập luận văn, tôi đã có nhiều kiến thức và kinh nghiệm như ngày hôm nay và tôi tin chắc sẽ vận dụng tốt trong công việc sau này Để có kết quả như vậy đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô trong Bộ môn Công Nghệ Hóa Học Các thầy cô đã tận tình truyền dạy cho tôi nhiều kiến thức quý báu, đó cũng chính là hành trang cho tôi hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này

Tôi xin gửi lời cám ơn sâu sắc tới cô Nguyễn Thị Ánh Hồng và cô Nguyễn Thị Diệp Chi đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian làm luận văn vừa qua, giúp tôi có đầy đủ kiến thức để tiếp cận với kiến thức thực tế và đã giúp tôi hoàn thiện bài luận văn này

Tôi cũng xin chân thành cám ơn anh Nguyễn Xuân Dư, anh Lưu Hải Đăng và tất

cả anh (chị) trong Trung tâm Kỹ thuật và Ứng Dụng Công Nghệ thành phố Cần Thơ

đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi đều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành tốt luận văn, đặc biệt giúp tôi có thể tiếp cận nhiều thiết bị thực tế và học hỏi nhiều kiến thức mới đó là điều kiện tốt để tôi làm việc sau này

Tôi cũng xin chân thành cám ơn tất cả các bạn lớp công nghệ hóa k35, đã động viên, ủng hộ và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian vừa qua

Và cuối cùng Tôi xin gửi lời cám ơn chân thành đến gia đình, đặc biệt là mẹ, người đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi vượt qua mọi khó khăn để hoàn thành tốt bài luận văn này

Tôi xin chân thành cám ơn!

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CÔNG NGHỆ Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA 

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1 Cán bộ hướng dẫn: Th.s Nguyễn Thị Ánh Hồng 2 Đề tài: “Xây dựng phương pháp xác định Nhôm trong nước bằng phương pháp so màu UV-VIS và so sánh với phương pháp sử dụng máy ICP - OES” 3 Sinh viên thực hiện: Danh Si Ra MSSV: 2092156 Lớp: Công Nghệ Hóa Học Khóa: 35 4 Nội Dung Nhân xét a Nhận xét về hình thức LVTN:

b Nhận xét về nội dung LVTN: - Kết quả đạt được:

- Những hạn chế:

c Nhận xét về quá trình thực hiện đề tài:

d Kết luận, đề nghị và điểm:

Cần Thơ, Ngày 10 Tháng 5 năm 2013 Cán Bộ Hướng Dẫn

Nguyễn Thị Ánh Hồng

MỤC LỤC

LỜI CÁM ƠN ii

NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC HÌNH vii

DANH MỤC BẢNG viii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ix

PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục tiêu đề tài 1

PHẦN 2: TỔNG QUAN 2

1 Đại cương về nguồn tài nguyên nước 2

1.1 Tài nguyên nước 2

1.2 Ô nhiễm nguồn nước 2

1.2.1 Khái niệm về ô nhiễm nước 2

1.2.2 Phân loại ô nhiễm nước 3

1.3 Ô nhiễm kim loại trong nước 3

2 Ảnh hưởng của nhôm đến con người 4

2.1 Sơ lược về nhôm 5

2.1.1 Tính chất của nhôm 5

2.1.2 Ứng dụng của nhôm và hợp chất của nhôm 6

2.1.3 Các nguồn gây ô nhiễm kim loại nhôm 7

2.2 Ảnh hưởng của nhôm đến con người 7

2.2.1 Các nguồn nhiễm độc nhôm 7

2.2.2 Ảnh hưởng của nhôm đến sức khỏe con người 9

2.2.3 Một số khuyến cáo về nhôm 10

2.3 Cách phương pháp xác định nhôm trong nước 10

2.3.1 Phương pháp chuẩn độ 10

2.3.2 Phương pháp cực phổ 11

2.3.3 Phương pháp hấp thu nguyên tử AAS 12

2.3.4 Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử ICP-OES 13

2.3.5 Phương pháp so màu UV-VIS 16

3 Một số chỉ tiêu thẩm định phương pháp phân tích 19

3.1 Độ đúng 19

3.1.1 Định nghĩa 19

3.1.2 Cách xác định độ đúng 19

3.1.3 Tiêu chí đánh giá 20

3.2 Độ lập lại 20

3.2.1 Định nghĩa 20

3.2.2 Giới hạn lập lại 20

3.2.3 Cách xác định độ lập lại 20

3.2.4 Tiêu chí đánh giá 21

3.3 Độ tái lập 22

3.3.1 Định nghĩa 22

3.3.2 Giới hạn tái lập 22

3.3.3 Cách xác định độ tái lập 22

3.3.4 Tiêu chí đánh giá 22

3.4 Giới hạn phát hiện (LOD) 23

3.4.1 Định nghĩa 23

3.4.2 Cách xác định 23

3.4.3 Tiêu chí đánh giá 23

3.5 Giới hạn định lượng (LOQ) 23

3.5.1 Định nghĩa 23

3.5.2 Cách xác định 23

3.6 Độ thu hồi 23

3.6.1 Cách xác định 23

3.6.2 Tiêu chí đánh giá độ thu hồi 24

3.7 Khoảng tuyến tính, khoảng làm việc và đường chuẩn 24

3.7.1 Định nghĩa 24

3.7.2 Cách xác định khoảng tuyến tính 24

PHẦN 3: THỰC NGHIỆM 27

1 Phương pháp tiến hành 27

2 Phương tiện nghiên cứu 27

2.1 Hóa chất 27

2.2 Thiết bị dụng cụ 27

2.3 Địa điểm tiến hành 28

3 Tiến hành thí nghiệm 28

3.1 Xây dựng quy trình phân tích nhôm bằng phương pháp UV-Vis 28

3.1.1 Tiến hành thí nghiệm tối ưu thời gian bền của phức 28

3.1.2 Tiến hành thí nghiệm tối ưu thời gian đo mẫu 28

3.2 Thẩm định phương pháp 28

3.2.1 Độ đúng 28

3.2.2 Độ lập lại 29

3.2.3 Độ tái lập 29

3.2.4 Độ thu hồi 29

3.2.5 Độ tuyến tính 30

3.2.6 Giới hạn phát hiện 31

3.2.7 Giới hạn định lượng 32

3.3 Tiến hành phân tích mẫu theo phương pháp được xây dựng 32

3.3.1 Xây dựng đường chuẩn theo quy trình tối ưu 32

3.3.2 Tiến hành phân tích một số mẫu nước 33

3.4 Tiến hành phân tích mẫu bằng máy ICP – OES 34

3.3.1 Xây dựng đường chuẩn 34

3.3.2 Xác định nhôm trong các mẫu nước bằng máy ICP – OES 35

PHẦN 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36

1 Kết quả xây dựng quy trình 36

2 Kết quả thẩm định phương pháp 37

3 Kết quả phân tích mẫu theo phương pháp vừa xây dựng 41

3.1 Kết quả đo độ hấp thu và đường chuẩn 41

3.2 Kết quả phân tích các mẫu bằng phương pháp so màu 43

4 Kết quả phân tích mẫu bằng pp ICP 43

4.1 Kết quả đo trên máy ICP và đường chuẩn 43

4.2 Kết quả phân tích mẫu trên máy ICP 44

5 So sánh kết quả phân tích mẫu từ 2 phương pháp 45

PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46

1 Kết luận 46

2 Kiến nghị 46

DANH MỤC PHỤ LỤC 48

DANH MỤC HÌNH

Hình 1: Một số hình ảnh về nhôm 4

Hình 2: Tạo ra năng lượng bức xạ hv chuyển mức năng lượng 12

Hình 3: Máy ICP – OES Optima 7300 DV 13

Hình 4: Sơ đồ hệ thống ICP – OES 13

Hình 5: Máy So màu UV-Vis 16

Hinh 6: Nguyên lý phổ UV- Vis 16

Hình 7: Sơ đồ khối quá trình xác định độ thu hồi 30

Hình 8: Mẫu trước khi đo độ tuyến tính .31

Hình 9: Sơ đồ khối quy trình xác định giới hạn phát hiện 32

Hình 10: Sơ đồ quy trình xác định nhôm trong mẫu nước 36

Hình11: Kết quả tối ưu quy trình phân tích mẫu 37

Hình 12: Đồ thị thể hiện khoảng tuyến tính và khoảng làm việc 40

Hình 13: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cường độ phát xạ vào nồng độ chuẩn 42

Hình 14: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cường độ phát xạ vào nồng độ chuẩn……44

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1: Màu phổ và màu bổ sung của hợp chất hay phức hấp thụ một màu phổ 17

Bảng 2: Quy trình tiến hành xác định độ tuyến tính 31

Bảng 3: Quy trình chuẩn bị dãy mẫu đo xây dựng chuẩn 33

Bảng 4: Quy trình tiến hành chuẩn bị mẫu chạy máy ICP -OES 34

Bảng 5: Kết quả khảo sát thời gian tối ưu tạo phức và đo mẫu 36

Bảng 6: Kết quả đo độ tuyến tính 40

Bảng 7: Độ hấp thu của dãy chuẩn đo được trên máy so màu 41

Bảng 8: Kết quả kiểm tra độ lệch chuẩn bằng phương pháp tính ngược 42

Bảng 9: Nồng độ nhôm thực tế 43

Bảng 10: Kết quả chạy máy ICP với chuẩn tư 0.05 – 0.5 ppm 43

Bảng 11: Kết quả đo các mẫu nước 44

Bảng 12: Kết quả so sánh giữa hai phương pháp đo 45

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

 ICP –OES (Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy): Máy quang phổ phát xạ ghép cặp cảm ứng cao tầng

 UV- Vis (Ultraviolet–visible spectroscopy): Máy quang phổ đo bước sóng

 AOAC (Association of Official Analytical Chemists): Hiệp hội các phương pháp phân tích chính thức

 LOD (Limit of Detection): Giới hạn phát hiện

 LOD (Limit of Detection): Giới hạn phát hiện

 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

 USFDA (United States Food and Drug Administration): Cục Dược phẩm và Thực phẩm Mỹ

 AAS (Atomic Absorption Spectrometry): Phổ hấp thụ nguyên tử

 RSD (Relative Standard Deviation): Độ lệch chuẩn tương đố

PHẦN 1: MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Nước là một nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng đối với con người, sinh vật

và môi trường sống ngoài tự nhiên Nhưng hiện nay, do sự phát triển của công nghiệp làm cho nguồn nước bị ô nhiễm trầm trọng và vấn đề đáng lo ngại nhất là tình trạng nhiễm độc do kim loại trong nước gây ra Nhôm là một trong những kim loại gây ra độc tố mạnh như: gây ra một số bệnh về xương, não, gây ảo giác, mất trí nhớ ở người, nó tác dụng trực tiếp lên hệ thần kinh của động vật gây chết, làm giảm khả năng hấp thụ dinh dưỡng và nước ở thực vật…chính vì vậy hàm lượng nhôm trong nước cần được kiểm soát ở mức độ cho phép Theo Cơ quan Bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (EPA) nồng độ nhôm giới hạn trong nước từ 0,001 đến 1 mg/l, theo

tổ chức y tế thế giới WHO thì hàm lượng được quy định ở mức 0.001 đến 0.005 mg/l, theo Quy Chuẩn Việt Nam thì nồng độ nhôm cho phép dưới 0.2 mg/l…theo các quy định trên cho thấy giới hạn hàm lượng nhôm trong nước rất thấp, nên rất khó xác định chính xác được

Hiện nay, đã có nhiều phương pháp xác định hàm lượng kim loại nhôm trong nước, nhưng vấn đề đặt ra là kết quả vẫn chưa cho độ tin cậy cao, độ chính xác cao bởi vì các phương pháp thông thường kém hiểu quả nên rất khó xác định nhôm khi chúng có nồng độ thấp Trong khi đó, phương pháp so màu bằng máy UV-VIS và phương pháp sử dụng máy ICP-OES lại có những ưu điểm nổi bật như: cho độ chính xác cao, độ tin cậy cao, nồng độ phát hiện thấp, cho kết quả nhanh Chính vì

vậy chúng tôi chọn đề tài “ Xây dựng phương pháp xác định nhôm trong nước bằng phương pháp so màu UV-VIS và so sánh với phương pháp sử dụng máy ICP - OES” Mục đích của đề tài đưa ra được phương pháp xác định hàm lượng

nhôm trong nước với độ tin cậy, độ chính xác cao, giới hạn phát hiện thấp và cho kết quả nhanh; so sánh kết quả phân tích mẫu nước giữa hai phương pháp

2 Mục tiêu đề tài

Trong khuôn khổ bài luận văn này mục tiêu chính là:

 Xây dựng phương pháp xác định hàm lượng nhôm bằng phương pháp so màu UV-VIS

 Thẩm định phương pháp vừa xây dựng được và so sánh với phương pháp sử dụng máy quang phổ phát xạ ICP

 Khảo sát hàm lượng nhôm trong các mẫu nước thải ở khu vực thành phố Cần Thơ bằng hai phương pháp trên; so sánh kết quả của hai phương pháp đó

Nước chiếm 97% trên Trái Đất là nước muối, chỉ 3% còn lại là nước ngọt nhưng gần hơn 2/3 lượng nước này tồn tại ở dạng sông băng và các mỏ băng ở các cực Phần còn lại không đóng băng được tìm thấy chủ yếu ở dạng nước ngầm, và chỉ một tỷ lệ nhỏ tồn tại trên mặt đất và trong không khí

Nước ngọt là nguồn tài nguyên tái tạo, tuy vậy mà việc cung cấp nước ngọt và sạch trên thế giới đang từng bước giảm đi Nhu cầu nước đã vượt cung ở một vài nơi trên thế giới, trong khi dân số thế giới vẫn đang tiếp tục tăng làm cho nhu cầu nước càng tăng Sự nhận thức về tầm quan trọng của việc bảo vệ nguồn nước cho nhu cầu hệ sinh thái chỉ mới được lên tiếng gần đây Trong suốt thế kỷ 20, hơn một nửa các vùng đất ngập nước trên thế giới đã bị biến mất cùng với các môi trường hỗ trợ có giá trị của chúng Các hệ sinh thái nước ngọt mang đậm tính đa dạng sinh học hiện đang suy giảm nhanh hơn các hệ sinh thái biển và đất liền

Tuy nước là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá nhưng không phải vô tận, lượng nước có thể sử dụng được chỉ chiếm phần rất nhỏ Nhưng ngày nay nguồn nước này đang bị ô nhiễm trầm trọng do nhiều nguyên nhân mà nguyên nhân chính

là do hoạt động sản xuất và ý thức của con người

1.2 Ô nhiễm nguồn nước

1.2.1 Khái niệm về ô nhiễm nước

Ô nhiễm nước là hiện tượng các vùng nước như sông, hồ, biển, nước ngầm

bị các hoạt động của con người làm nhiễm các chất có thể gây hại cho con người và cuộc sống các sinh vật trong tự nhiên hay là sự thay đổi thành phần và chất lượng nước không đáp ứng cho các mục đích sử dụng khác nhau, vượt quá tiêu chuẩn cho phép Ngoài ra theo hiến chương châu Âu ô nhiễm nước được định nghĩa: "Ô nhiễm nước là sự biến đổi nói chung do con người đối với chất lượng nước, làm nhiễm bẩn nước và gây nguy hiểm cho con người, cho công nghiệp, nông nghiệp, cho động vật nuôi và các loài hoang dã"

Nước trong tự nhiên tồn tại dưới nhiều hình thức khác nhau: nước ngầm, nước

ở các sông hồ, tồn tại ở thể hơi trong không khí Nước bị ô nhiễm nghĩa là thành phần của nó tồn tại các chất khác, mà các chất này có thể gây hại cho con người và cuộc sống các sinh vật trong tự nhiên Nước ô nhiễm thường là khó khắc phục mà phải phòng tránh từ đầu

Trong quá trình sinh hoạt hàng ngày, dưới tốc độ phát triển như hiện nay con người vô tình làm ô nhiễm nguồn nước bằng các hóa chất, chất thải từ các nhà máy,

xí nghiệp Các đơn vị cá nhân sử dụng nước ngầm dưới hình thức khoan giếng, sau khi ngưng không sử dụng không bịt kín các lỗ khoan lại làm cho nước bẩn chảy lẫn vào làm ô nhiễm nguồn nước ngầm Các nhà máy xí nghiệp xả khói bụi công nghiệp vào không khí làm ô nhiễm không khí, khi trời mưa, các chất ô nhiễm này sẽ lẫn vào trong nước mưa cũng góp phần làm ô nhiễm nguồn nước

1.2.2 Phân loại ô nhiễm nước

Ô nhiễm nước có nguồn gốc tự nhiên: do mưa, tuyết tan, gió bão, lũ lụt đưa vào môi trường nước các chất thải bẩn, các sinh vật có hại kể cả xác chết của chúng

Ô nhiễm nước có nguồn gốc nhân tạo: quá trình thải các chất độc hại chủ yếu dưới dạng lỏng như các chất thải sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vào môi trường nước

Theo bản chất các tác nhân gây ô nhiễm, người ta phân ra các loại ô nhiễm nước: ô nhiễm vô cơ, hữu cơ, ô nhiễm hóa chất, ô nhiễm sinh học, ô nhiễm bởi các tác nhân vật lý

Ô nhiễm nước mặt, ô nhiễm nước ngầm và biển

1.3 Ô nhiễm kim loại trong nước

Ô nhiễm kim loại nặng biểu hiện ở nồng độ của các kim loại nặng trong nước cao hơn mức cho phép

Kim loại nặng có Hg, Cd, Pb, As, Sb, Cr, Cu, Zn, Mn, Al thường không tham gia hoặc ít tham gia vào quá trình sinh hoá của các thể sinh vật, con người nhưng các kim loại nặng này có đặc điểm ít bị đào thải và thường tích luỹ trong cơ thể do đó về lâu về dài việc sử dụng nguồn nước bị ô nhiễm kim loại sẽ gây ra một

số hiện tượng nhiễm độc kim loại nặng

Hiện tượng nước bị ô nhiễm kim loại nặng thường gặp trong các lưu vực nước gần các khu công nghiệp, các thành phố lớn và khu vực khai thác khoáng sản và việc sử dụng kim loại trong các loại sơn, mực, trong nước máy, các hóa chất chế

biến thực phẩm, các sản phẩm chăm sóc sắc đẹp ( mỹ phẩm, dầu gội đầu, thuốc nhuộm tóc ) trong xã hội công nghiệp hiện nay con người không thể tránh khỏi việc nhiễm các hóa chất độc và các kim loại

Nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng là quá trình đổ vào môi trường nước nước thải công nghiệp và nước thải độc hại không xử lý hoặc xử lý không đạt yêu cầu Ô nhiễm nước bởi kim loại nặng có tác động tiêu cực tới môi trường sống của sinh vật và con người Kim loại nặng tích luỹ theo chuỗi thức ăn thâm nhập và cơ thể người Nước mặt bị ô nhiễm sẽ lan truyền các chất ô nhiễm vào nước ngầm, vào đất và các thành phần môi trường liên quan khác Ðể hạn chế ô nhiễm nước, cần phải tăng cường biện pháp xử lý nước thải công nghiệp, quản lý tốt vật nuôi trong môi trường có nguy cơ bị ô nhiễm như nuôi cá, trồng rau bằng nguồn nước thải

Hình 1: Một số hình ảnh về nhôm

2.1 Sơ lược về nhôm Nhôm (tiếng Latinh: alumen, alum) là tên một nguyên tố hóa học trong bảng

tuần hoàn nguyên tố, có ký hiệu Al và số nguyên tử bằng 13 Nguyên tử khối bằng

27 đvC Nhôm là nguyên tố phổ biến thứ 3 (sau ôxy và silic), và là kim loại phổ biến nhất trong vỏ Trái Đất Nhôm chiếm khoảng 8% khối lớp rắn của Trái Đất

Kim loại nhôm ít phản ứng hóa học với các mẫu quặng và có mặt hạn chế trong các môi trường khử cực mạnh Tuy vậy, nó vẫn được tìm thấy ở dạng hợp chất trong hơn 270 loại khoáng vật khác nhau, quặng chính chứa nhôm là quặng bôxít

2.1.1 Tính chất của nhôm

- Tính chất vật lý Nhôm là một kim loại mềm, nhẹ với màu xám bạc, có ánh kim mờ, vì có một lớp mỏng ôxi hóa tạo thành rất nhanh khi nó để ngoài không khí Tỷ trọng riêng của nhôm chỉ khoảng một phần ba sắt hay đồng, dễ uốn (đứng thứ sáu) và dễ dàng gia công trên máy móc hay đúc, nó có khả năng chống ăn mòn và bền vững do lớp ôxít bảo vệ Nhôm nóng chảy ở nhiệt độ tương đối thấp, 650 0C và nhiệt độ sôi cao

24670C

- Tính chất hóa học:

Nhôm có đầy đủ tính chất hóa học của một kim loại, nhưng bề mặt của nhôm được bao bọc bởi màng oxit rất mỏng và bền làm cho nhôm kém hoạt động, ví dụ như ở thực tế không bị gỉ ở không khí, bền đối với nước…Tuy nhiên nhiệt độ cao, nhôm khử dể dàng nhiều oxit kim loại đến kim loại tự do Nhôm thụ động trong axit nitrit đặc nguội

Dây nhôm hay lá nhôm dày không cháy khi đốt mạnh mà nóng chảy trong màng oxit tạo thành những túi, bên trong là nhôm lỏng bên ngoài là oxit Lá nhôm rất mỏng hoặc bột nhôm khi được đốt cháy phát ra ánh sáng chói và tỏa ra nhiều nhiệt

Bởi vậy việc sản xuất nhôm thường gặp nguy hiểm do dễ bốc cháy và gây nổ

Tấm nhôm đã được nhúng vào dung dịch muối thủy ngân, khi để trong không khí ở nhiệt độ thường sẽ bị oxi hóa hoàn toàn vì trong trường hợp này nhôm không còn được màng oxit bảo vệ nữa

- Hợp chất của nhôm:

Nhôm hidrua, nhôm oxit, nhôm hidroxit, nhôm halogenua, nhôm sunfat, phèn nhôm…đây là một số hợp chất quan trọng của nhôm có trong tự nhiên

2.1.2 Ứng dụng của nhôm và hợp chất của nhôm

- Ứng dụng của nhôm Tính theo cả số lượng lẫn giá trị, việc sử dụng nhôm vượt tất cả các kim loại khác (trừ sắt), và nó đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế thế giới Nhôm nguyên chất có sức chịu kéo thấp, nhưng tạo ra các hợp kim với nhiều nguyên tố như đồng, kẽm, magiê, mangan và silic Khi được gia công cơ-nhiệt, các hợp kim nhôm này có các thuộc tính cơ học tăng lên đáng kể Các hợp kim nhôm tạo thành một thành phần quan trọng trong các máy bay và tên lửa do tỷ lệ sức bền cao trên cùng khối lượng Khi nhôm được bay hơi trong chân không, nó tạo ra lớp bao phủ, phản xạ cả ánh sáng và bức xạ nhiệt Các lớp bao phủ này tạo thành một lớp mỏng của oxit nhôm bảo vệ, nó không bị hư hỏng như các lớp bạc bao phủ vẫn hay bị

Trên thực tế, gần như toàn bộ các loại gương hiện đại được sản xuất sử dụng lớp phản xạ bằng nhôm trên mặt sau của thủy tinh Các gương của kính thiên văn cũng được phủ một lớp mỏng nhôm, nhưng là ở mặt trước để tránh các phản xạ bên trong mặc dù điều này làm cho bề mặt nhạy cảm hơn với các tổn thương Các loại vỏ phủ nhôm đôi khi được dùng thay vỏ phủ vàng để phủ vệ tinh nhân tạo hay khí cầu để tăng nhiệt độ cho chúng, nhờ vào đặc tính hấp thụ bức xạ điện từ của Mặt Trời tốt,

mà bức xạ hồng ngoại vào ban đêm thấp

Hợp kim nhôm, nhẹ và bền, được dùng để chế tạo các chi tiết của phương tiện vận tải (ô tô, máy bay, xe tải, toa xe, tàu hỏa, tàu biển…)

Xây dựng (cửa sổ, cửa, ván…tuy nhiên nó đã đánh mất vai trò chính dùng làm dây dẫn phần cuối cùng của các mạng điện, trực tiếp đến người sử dụng )

Các hàng tiêu dùng có độ bền cao (trang thiết bị, đồ nấu bếp…) Các đường dây tải điện (mặc dù độ dẫn điện của nó chỉ bằng 60% của đồng,

nó nhẹ hơn nếu tính theo khối lượng và rẻ tiền hơn) chế tạo máy móc

Nhôm siêu tinh khiết chứa 99,980% - 99,999% nhôm được sử dụng trong công nghiệp điện tử và sản xuất đĩa CD

Nhôm dạng bột thông thường được sử dụng để tạo màu bạc trong sơn Các bông nhôm có thể cho thêm vào trong sơn lót, chủ yếu là trong xử lý gỗ - khi khô

đi, các bông nhôm sẽ tạo ra một lớp kháng nước rất tốt Nhôm dương cực hóa là ổn định hơn đối với sự oxi hóa và nó được sử dụng trong các lĩnh vực xây dựng

- Ứng dụng một số hợp chất của nhôm Oxit nhôm, alumina, được tìm thấy trong tự nhiên dưới dạng corunđum, emery, ruby và saphia và được sử dụng trong sản xuất thủy tinh Ruby và saphia tổng hợp được sử dụng trong các ống tia laser để sản xuất ánh sáng có khả năng giao thoa

Sự oxi hóa nhôm tỏa ra nhiều nhiệt, nó sử dụng để làm nguyên liệu rắn cho tên lửa, nhiệt nhôm và các thành phần của pháo

2.1.3 Các nguồn gây ô nhiễm kim loại nhôm

Nước mặt: Vào mùa mưa, ở những vùng đất phèn, đất ở trong điều kiện khử không có oxy, nước mặt ở vùng này thường rất chua, pH = 2,5 – 4,5, khi đó nhôm hoà tan ở dạng ion Al3+( 5 – 7mg/l) Khi chứa nhiều nhôm hoà tan, nước thường có màu trong xanh và vị rất chua Và ở những nơi thường hay có mưa axit cũng làm cho hàm lượng nhôm vượt mức cho phép

Nước thải: Nước thải của các nhà máy sản xuất kim loại nặng nói chung và nhà máy sản xuất nhôm nói riêng là các nguồn gây ra ô nhiễm kim loại nhôm đáng

lo ngại, nhất là các nước thải này không được xử lý mà thải trực tiếp ra sông hồ

Nước ngầm: Các quặng boxit, trầm tích, khoáng vật, các hoạt động của con người…Là những nguyên nhân làm cho hàm lượng nhôm trong nước ngầm vượt mức cho phép

2.2 Ảnh hưởng của nhôm đến con người

2.2.1 Các nguồn nhiễm độc nhôm [28]

Bởi vì nhôm hiện diện trong khắp môi trường sống và trong nhiều sản phẩm tiêu dùng, không thể nào con người tránh được việc phơi nhiễm nhôm ở một mức

độ nào đó, từ những nguồn chủ yếu như sau:

a Thực phẩm Theo Tổ chức Y tế thế giới (WHO), nhôm hiện diện tự nhiên trong đa số thực phẩm hoặc trong thực phẩm có chất phụ gia có chứa nhôm Tổ chức Health Canada (Y tế Canada) ước tính khoảng 95% lượng nhôm đưa vào cơ thể hàng ngày đối với người lớn đến từ thực phẩm

Nhôm cũng có thể thâm nhập vào thực phẩm từ các công cụ nấu nướng (nồi, chảo, ấm…), vật dụng sinh hoạt và các loại bao gói… Nhưng nhiều nghiên cứu cho đến nay cho thấy lượng nhôm những nguồn này là không đáng kể, nếu những vật dụng như thế được sản xuất đúng theo tiêu chuẩn sản phẩm

Thực phẩm có nhôm cao là khoai tây, cải bi-na và trà Những sản phẩm chế biến từ sữa, bột mì và sữa dinh dưỡng cho trẻ nhỏ có thể có hàm lượng nhôm cao nếu chúng có chứa chất phụ gia có nhôm

b Dược phẩm Theo WHO, lượng nhôm vào cơ thể hàng ngày có thể tăng mạnh ở những người sử dụng thuốc có hàm lượng nhôm cao như antacid (chất làm giảm acid trong

dạ dày) và acetylsalicylic acid (ASA) có lớp bọc WHO ước tính những ai sử dụng đều đặn những dược phẩm như thế có thể đưa nhôm vào cơ thể ở mức 5g mỗi ngày

c Nước uống Theo WHO, nồng độ nhôm trong các nguồn nước tự nhiên trên thế giới khác nhau rất nhiều, tùy thuộc vào các đặc điểm lý-hóa và khoáng vật học ở từng nơi

Nồng độ nhôm hòa tan trong các nguồn nước có giá trị pH gần mức trung tính thường từ 0,001 đến 0,05 mg/lít trong nước chứa nhiều chất hữu cơ

Đối với nguồn nước bị nhiễm acid nặng, nồng độ nhôm hòa tan có thể đạt đến mức 90 mg/lít Lượng nhôm vào cơ thể qua nước uống là rất nhỏ, nhưng một số nhà khoa học cho rằng nhôm trong nước uống được cơ thể hấp thụ tốt hơn nhôm trong thực phẩm

Ngay cả khi nhôm đạt mức cao nhất cho phép trong nước uống là 0,2 mg/lít theo tiêu chuẩn châu Âu, thì nếu một người uống 2 lít nước/ngày thì thì lượng nhôm vào cơ thể chỉ là 0,4 mg, tức không bằng 1/10 mức trung bình của lượng nhôm vào

cơ thể hàng ngày từ thực phẩm

Theo Cơ quan Bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (EPA), nồng độ nhôm trong nước

tự nhiên (chưa xử lý) nói chung là từ 0,001 đến 1mg/l, mặc dù nồng độ có thể tăng cao đến 26 mg/l ở một số khu vực nhất định

Trong nhiều trường hợp, mức nhôm tăng cao trong nước có liên quan đến độ

pH thấp hơn 5,5 hoặc nguồn nước có chứa nhiều chất hữu cơ Nói chung, nồng độ nhôm trong nước rất khác nhau tùy theo chất lượng nguồn nước

d Không khí Lượng nhôm vào cơ thể từ không khí không bị ô nhiễm nói chung là rất thấp, dưới 4 microgram/ngày Tuy nhiên, tại các khu vực công nghiệp, nơi mà lượng nhôm trong không khí cao hơn rất nhiều, lượng nhôm đưa vào cơ thể có thể đạt đến

100 microgram/ngày Những công nhân phơi nhiễm nhôm do đặc điểm nghề nghiệp

có thể hít phải một lượng nhôm từ 3,5 – 7 mg/ngày

Theo tổ chức Alzheimer Scotland, một lượng nhôm từ không khí sẽ tiến vào phổi nhưng khó có thể thâm nhập vào các bộ phận khác trong cơ thể

2.2.2 Ảnh hưởng của nhôm đến sức khỏe con người [16]

Việc hấp thụ nhôm của cơ thể sẽ khác nhau, tùy thuộc vào nhiều nhân tố, như loại hợp chất nhôm, thành phần của thực phẩm được ăn, tuổi tác và sức khỏe của người sử dụng thực phẩm có chứa nhôm Theo Health Canada (Y tế Canada), việc đưa vào cơ thể một lượng lớn nhôm có thể gây ra bệnh thiếu máu, chứng nhuyễn xương (osteomalacia), sự không dung nạp glucose và ngưng tim

Tại Hội nghị quốc tế lần thứ nhất về kim loại và não, được tổ chức tại Ý năm

2000, các chuyên gia có những nhận định như sau: Độc tính thần kinh của nhôm đã được biết từ hơn 1 thế kỷ qua Gần đây, nhôm bị xem là nguyên nhân gây ra tình trạng bệnh lý (bệnh não, bệnh xương, chứng thiếu máu) có liên quan đến điều trị thẩm tách (dialysis treatment)

Các nghiên cứu đã cho thấy, sau khi hấp thụ vào cơ thể, nhôm ưu tiên cố định trong xương với tỷ lệ 39% và loại trừ canxi gây ra chứng loãng xương Trong cơ, nhôm cũng chiếm tỷ lệ 39%, trong phổi 12% và trong não, máu, gan, tim, lách, thận, ống tiêu hoá chiếm tỷ lệ 1% Tuy nhôm xâm nhập vào não chỉ 1% nhưng đã gây ra sự suy thoái não ở người lớn tuổi (bệnh lão suy não kiểu Alzheimer) Trong Hội nghị Quốc tế lần thứ 6 tổ chức vào năm 1998 về bệnh Alzheimer, hai nhà nghiên cứu của Viện Y học Quốc gia và Nghiên cứu Y học INSERM của Pháp, đã công bố kết quả về mối quan hệ giữa bệnh não kiểu Alzheimer trên 3.411 người từ

65 tuổi trở lên sống ở vùng Gironde và Dordogne (Pháp), đi đến kết luận rằng:

những người lớn tuổi sống ở các vùng mà nước chứa hàm lượng nhôm cao trên 100mg/l thì có nguy cơ bị bệnh suy não kiểu Alzheimer cao hơn hai lần Nếu trong nước có một tỷ lệ oxit silic thì hình như có một tác động làm giảm nguy cơ phát triển bệnh nói trên Người ta giải thích rằng phức hợp nhôm - silic trong nước được hấp thụ vào cơ thể kém hơn Ngược lại độ toan của nước uống hình như là yếu tố làm tăng sự xâm nhập của nhôm vào cơ thể Khi nước càng axit thì nguy cơ hấp thụ nhôm vào cơ thể càng tăng lên Giáo sư Guy Berthon, Giám đốc Phòng Thí nghiệm hoá học - sinh học vô cơ và y học của Touloues, Pháp giải thích rằng: “Độ toan của môi trường làm tăng độ hoà tan của nhôm và nó vượt qua dễ dàng hàng rào của ống tiêu hoá để có mặt nhiều hơn trong huyết tương” Bệnh nhân bệnh lão suy não kiểu Alzheimer ban đầu có những khó khăn trong diễn đạt rồi xuất hiện những cử chỉ không kiểm soát được và những cơn động kinh Không đầy 18 năm sau khi xuất hiện các triệu chứng đầu tiên, kết cục bi thảm không tránh khỏi đã xảy ra Ở những

bệnh nhân này, người ta thấy những rối loạn của chức năng thận, máu chứa tỷ lệ nhôm cao gấp 20 lần so với bình thường, nghĩa là 20 microgam/lít

Ngoài ra, cũng có những nghiên cứu cho thấy có thể có sự liên quan giữa lượng nhôm đưa vào cơ thể với bệnh xơ cứng và teo cơ bên (bệnh Lou Gehrig) và bệnh Parkinson (bệnh liệt rung, thường xảy ra ở người cao tuổi) Ngoài ra, nhiều nghi vấn cũng đặt ra về nguy cơ sức khỏe tiềm tàng đối với những trẻ em uống sữa

có chứa nhôm

2.2.3 Một số khuyến cáo về nhôm [27],[28]

Tại Hội nghị về kim loại và não nói trên, các chuyên gia đã đưa ra nhiều khuyến cáo liên quan đến nhôm, trong đó có những điểm quan trọng sau đây:

Hàm lượng nhôm nên được công bố trong tất cả các loại thực phẩm và dược phẩm

Nồng độ nhôm trong nước tiểu cũng là một chỉ thị về mức độ hấp thụ nhôm của cơ thể tỉ lệ nhôm được hấp thụ hay bài tiết tùy thuộc vào tính toàn vẹn của chức năng thận

Các loại thực phẩm có tính acid, như cải bắp chua, cà, v.v… không nên được nấu hoặc chứa trong các vật chứa bằng nhôm Trong nước bắp cải chua được nấu trong các dụng cụ bằng nhôm, nồng độ ion nhôm có thể tăng lên đến 20mg/lít

Theo Aluminum Trade Association, cơ thể bắt đầu quá trình tích tụ nhôm lại thay vì thải bỏ ra, khi bạn đưa vào một lượng nhôm nhiều hơn 125 miligam mỗi ngày

Theo các tổ chức thế giới quy định mức tối đa hàm lượng nhôm đưa vào cơ thể như sau: 0.1 mg Al/kg/ngày cho trẻ từ 6 – 11 tháng tuổi, từ 0.3 -0.5 mg Al/kg/

ngày cho trẻ em từ 2- 6 tuổi, 0.11 mg cho trẻ khoảng 10 tuổi, 0.15 – 0.18 mg trẻ từ

14 -16 tuổi, 0.1 – 0.12 mg cho người trưởng thành.[27]

2.3 Cách phương pháp xác định nhôm trong nước [10],[11],[13],[17],[19],[20],[21],[22]

2.3.1 Phương pháp chuẩn độ

a Chuẩn độ bằng dung dịch NaOH Nguyên lý: Phương pháp dựa trên nguyên tắc cho Al3+ tác dụng với dung dịch KCl 1N, (pH = 5,6 – 6,0) Sau đó xác định hàm lượng Al3+ bằng cách chuẩn độ với dung dịch chuẩn NaOH dùng chỉ thị màu bromtimon xanh

Ưu điểm: phương pháp tiến hành đơn giản, dễ thực hiện, ít tốn kém

Nhược điểm: Không có tính chọn lọc cao, giới hạn phát hiện lớn, độ tin cậy không cao

b Phương pháp chuẩn độ complexon

Ở phương pháp này nhôm được xác định bằng cách chuẩn độ complexon ở pH

từ 5.5 đến 6.0 với chất chỉ thị xylenol da cam với cách chuẩn độ ngược

Cách tiến hành: mẫu nước chứa nhôm được cho thêm vài giọt metyl đỏ và dung dịch amoni hiđroxit cho đến khi dung dịch chuyển sang vàng Thêm tiếp dung dịch trilon B và đun nóng Cho tiếp dung dịch đệm axetat và chất chị thị xylenol da cam, đem chuẩn độ bằng dung dịch kẽm acetat đến khi dung dich chuyển sang màu hồng Tiếp tục thêm dung dịch amoni florua và đun sôi Để nguội tiếp tục chuẩn độ như trên và ghi thể tích kẽm acetat tiêu tốn lần này Tính toán cho ra kết quả hàm lượng nhôm trong nước

Nhược điểm của phương pháp là giới hạn phát hiện lớn, khó phân tích các mẫu có hàm lượng nhỏ nhôm nhỏ; tính chọn lọc không cao và cho độ tin cậy thấp

2.3.2 Phương pháp cực phổ

Phương pháp cực phổ cổ điển là dung điện cực giọt Hg rơi là cực làm việc trong đó có thể được quét tuyến tính rất chậm theo thời gian ( thường 1- 5 mV/s), đồng thời ghi dòng là hàm của thế điện cực giọt Hg rơi Sóng cực phổ có dạng hình bậc thang, dựa vào chiều cao của sóng có thể định lượng được chất cần phân tích

Tuy nhiên, phương pháp cực phổ bị ảnh hưởng rất lớn của dòng tụ điện nên giới hạn phát hiện kém, cỡ 10-5 – 10-6 M

Nhằm loại trừ ảnh hưởng trên và đồng thời tăng độ nhạy và độ chọn lọc, hiện nay đã có các phương pháp cực phổ hiện đại như: Cực phổ xung vi phân ( DPP), cực phổ sóng vuông ( SQWP)… cho phép phân tích lượng vết của nhiều nguyên tố

Ưu điểm điểm của phương pháp là xác định được nhiều dạng liên kết khác nhau của kim loại nhôm, phương pháp đơn giản dễ thực hiện…

Nhược điểm: sử dụng thủy ngân tương đối độc với người tiến hành, ngoài ra phương pháp này không thể xác định được kim loại kiềm và kiềm thổ

Giới hạn pháp hiện của Al trong môi trường nước bằng phương pháp này là 5 µg/L

2.3.3 Phương pháp hấp thu nguyên tử AAS [1],[3],[4]

Ở điều kiện thường, nguyên tử không thu hay phát năng lượng và gọi là trạng thái cơ bản Nhưng khi ở trạng thái hơi tự do, nếu ta kích thích chúng bằng một năng lượng dưới dạng chùm tia sáng có bước sóng xác định thì các nguyên tử đó sẽ hấp thu bức xạ có bước sóng nhất định ứng đúng với tia bức xạ mà chúng có thể phát ra được trong quá trình phát xạ của nó Người ta cho chiếu vào đám hơi nguyên tử một năng lượng bức xạ đặc trưng của riêng nguyên tử đó Sau đó, đo cường độ còn lại của bức xạ đặc trưng này sau khi đã bị đám hơi nguyên tử hấp thụ,

sẽ tính ra được nồng độ nguyên tố có trong mẫu đem phân tích

Hình 2: Tạo ra năng lượng bức xạ hv chuyển mức năng lượng Khi đó, nguyên tử chuyển lên trạng thái có mức năng lượng cao hơn trạng thái

cơ bản Quá trình đó gọi là quá trình hấp thu năng lượng của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi và tạo ra phổ nguyên tử của nguyên tố đó Phổ sinh ra trong quá trình này gọi là phổ hấp thụ nguyên tử AAS

Nguyên tắc: mẫu nhôm (sau khi được phá mẫu) được phun vào ngọn lửa để nguyên tử hóa Nguồn sáng đơn sắc được phát ra từ đèn cathode rỗng qua vùng nguyên tử hóa đến bộ cảm biến để đo cường độ sáng bị hấp thụ

Ưu điểm: giới hạn phát hiện thấp, độ nhạy và độ chọn lọc cao, ít tốn mẫu, phương pháp cho ra kết quả nhanh…

Nhược điểm: Hệ thống máy AAS tương đối đắt tiền, đòi hỏi phải có kiến thức trình độ cao khi sử dụng máy, độ nhạy cao nên dễ gây ra nhiều yếu tố cản trở…

Giới hạn phát hiện của nhôm là 0.1 đến 10 μg/l

2.3.4 Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử ICP-OES [1],[2],[3],[4],[22]

Hình 3: Máy ICP – OES Optima 7300 DV

a máy ICP – OES

ICP – OES là một kỹ thuật phân tích nguyên tố sử dụng phổ phát xạ từ những nguyên tử hay ion tự do được tạo ra từ nguồn ICP

Hình 4: Sơ đồ hệ thống ICP – OES

b Nguyên lý hoạt động

Mẫu nhôm được hút vào bình phun sương nhờ vào hệ thống bơm, tại đây mẫu nhôm sẽ được làm tơi, tạo sương và phun vào dòng khí plasma cao tần ở nhiệt độ

khoảng 7 000 – 10 000 K Nhiệt độ cao của plasma sẽ tách các phân tử nhôm thành nguyên tử, ion hóa các nguyên tử này thành ion, các ion này chuyển lên trạng thái kích thích, nó chỉ tồn tại ở trạng thái này trong khoảng 10-8 đến 10-10 s, sau đó nó trở

về trạng thái cân bằng bằng cách phát ra một năng lượng hv Phần mẫu còn lại sẽ được cho ra ngoài ống dẫn ra ngoài

Tín hiệu phát xạ được thu nhận bởi một hệ thống quang học được ghép nối với nhau Tín này phản xạ qua hai gương hình xuyến, chiếu qua khe hẹp đến ống chuẩn trực hình parabol, sau đó đến cách từ nhiễu xạ bậc cao, qua máy tán sắc Schmidt, qua camera hình cầu, qua gương phẳng, đến detector và chuyển đến máy tính lấy tính hiệu ra ngoài

c Các yếu tố ảnh hưởng

 Các thông số máy Các lượng số của máy như: công suất điện, tốc độ khi Argon, tốc độ hút của dung dịch, kiểu đồ thị chuẩn, vạch phổ lựa chọn…Phải thực hiện theo hướng dẫn của hãng sản xuất máy, hoặc khảo sát vận dụng để tối ưu phương pháp và điều kiện phân tích

 Kỹ thuật xử lý mẫu, chuẩn bị mẫu Khâu này phải được xem xét khảo sát để mẫu hòa tan hoàn toàn và không bị nhiễm bẩn Đối với một số mẫu cần phải có phương pháp xử lý mẫu thích hợp, chuyển mẫu về dạng dung dich đồng nhất

Đối với mẫu nhôm: Nếu mẫu đục (một số mẫu nước thải của nhà máy xí nghiệp) cần tiến hành phá mẫu bằng axit mạnh như sau: Cho nước cường thủy vào mẫu, đun nóng đến gần cạn, thêm nước cất và tiếp tục đun, sau đó mẫu được đem lọc và định mức trước khi đo bằng máy ICP; còn mẫu trong thì chỉ cần lọc mẫu và tiến hành chạy máy ICP

 Các yếu tố về phổ Nền của mẫu có ảnh hưởng lớn đến cường độ phát xạ nhất là trong vùng khả kiến Sự phát xạ của nền phụ thuộc rất nhiều vào thành phần nền của mẫu phân tích

 Hiện tượng chen lấn vạch phổ

Có 2 loại chen lấn vạch phổ

 Hai nguyên tử có vạch phổ liền kề nhau sẽ làm cho cường độ phát xạ của nguyên tố này hay nguyên tố kia tăng lên Để loại trừ cần chọn vạch phổ khác cho phù hợp hoặc tách nguyên tố có vạch phổ ngăn cản ra khỏi mẫu

 Vạch phổ của nguyên tố cần phân tích trùng với vạch phổ của nguyên tố khác Những nguyên tố đó thường có hàm lượng lớn, để loại trừ cần phải xác lặp lại các hệ số điều chỉnh cho các nguyên tố bị nhiễu

Ngoài ra còn các yếu tố vật lý như: sức căn bề mặt, độ nhớt… và các yếu tố cản trở hóa học khác

Đối với quá trình phân tích định lượng nhôm yếu tố gấy ảnh hưởng nhiều nhất

là kỹ thuật xử lý mẫu Trong mẫu nước có rất nhiều yếu tố gây cản trở đến quá trình

đo như: các hạt lơ lững, nhôm chưa đưa hết về dạng ion, bùn đất…nếu không được

xử lý sẽ ảnh hưởng lớn đến kết quả đo

d Ưu nhược điểm của phương pháp

Ưu điểm: Đây là một trong phương pháp xác định nhôm hiện đại, cho kết quả chính xác, độ tin cậy cao, giới hạn phát hiện tương đối thấp, ít tốn thời gian, quá trình thực hiện đơn giản

Nhược điểm: Hệ thống máy ICP tương đối đắt, tốn nhiều chi phí cho quá trình chạy mẫu Đòi hỏi người sử dụng phải có chuyên môn trình độ cao trong lĩnh vực này

e Ứng dụng Nông học và thực phẩm: Phân tích các nguyên tố trong đất, phân bón, thực vật, thức ăn gia súc, mô động vật, dịch sinh học…các đối tượng này thường được

xử lý mẫu trước khi tiến hành đo

Mẫu sinh học và y tế: phân tích các chỉ tiêu nhiễm bẩn do lấy mẫu, thôi nhiễm…

Mẫu địa chất: phân tích đa lượng, vi lượng

Mẫu môi trường và nước: các mẫu bùn thải, chất thải sinh hoạt và công nghiệp, than và tro than bụi lơ lửng trong không khí… các mẫu nước trong (chỉ cần lọc) có thể đo trực tiếp không cần qua giai đoạn xử lý, các mẫu răn thì xử lý mẫu bằng phương pháp thích hợp

Mẫu kim loại: phân tích nguyên liệu, thành phần, kiểm tra chất lượng, dư lượng…Mẫu phải được xử lý trước khi tiến hành đo

2.3.5 Phương pháp so màu UV-VIS [2,[17],[19],[21]

Hình 5: Máy So màu UV-Vis

a Nguyên lý

Hinh 6: Nguyên lý phổ UV- Vis

Nguyên lý: Khi chiếu một chum tia bức xạ đơn sắc có bước sóng thích hợp và

cường độ I đi qua một môi trường đồng nhất có bề dày b chứa các phân tử vật chất,

sẽ xảy ra hiện tượng hấp thụ phân tử

b Nguyên tắc:

Đối với hợp chất màu hay phức màu là nhưng chất có khả năng hấp thụ một hoặc một vài vạch phổ của ánh sáng tự nhiên và có thể hấp thụ toàn bộ cường độ của màu vạch phổ Nếu chỉ hấp thụ duy nhất một màu phổ thì màu dung dịch là màu

bổ sung

Bảng 1: Màu phổ và màu bổ sung của hợp chất hay phức hấp thụ một màu phổ

Thứ tự λ(nm) Màu phổ Màu bổ sung

Hầu hết các quá trình xác định nhôm đều sử dụng dung môi là nước hay là nước đã axit hóa

Theo TCVN 4579:1988 thì dựa trên phản ứng của nhôm với 8-oxyquinolin trong môi trường axit có pH từ 1,8  2,0 Chất chiết 8-oxyquinolin nhôm trong clorofooc có màu vàng, cường độ màu tỷ lệ với nồng độ nhôm Al3+

Dịch chiết sẽ được đo quang ở bước sóng 390 nm Còn theo TCVN 6623:2000 thì nhôm sẽ phản ứng với pyrocatechol tím ở pH 5.9 ± 0.1, sau đó đo phổ của phức màu tạo ra ở bước sóng 580 nm (phức màu xanh lam chỉ nhìn thấy khi nồng độ nhôm cao)

Ở luận văn này để đo quang phổ của nhôm chúng tôi sử dụng dung môi là nước và dựa trên phản ứng nhôm với Eriochome Cyanine R phức có màu hồng và

đo ở bước sóng 535 nm

c Các yếu tố ảnh hưởng:

Trong phương pháp phân tích trắc quang cũng như bất kì phương pháp nào cũng có 2 loại sai số chính:

 Sai số do tiến hành phản ứng hóa học ( hóa chất, thao tác, dụng cụ…)

 Sai số do tính hiệu đo độ hấp thu của dung dịch (sai số hệ thống) Ngoài các hai loại sai số trên, quá trình phân tích nhôm chịu ảnh hưởng nhiều bởi thời gian tạo phức, vì hầu như các phức của nhôm thường bị mất màu theo thời gian Vì vậy khảo sát yếu tố thời gian hết sức quan trọng

Phân tích hỗn hợp: các máy quang phổ UV-Vis hiện đại có khả năng xác định các nồng độ riêng rẽ trong hỗn hợp gồm n cấu tử Máy sẽ sử dụng tính chất cộng độ hấp thu để giải hệ phương trình và cho kết quả nồng độ từng cấu tử trong hỗn hợp phân tích

Xác định hằng số phân ly acid-bazơ: là một trong những phương pháp quang trọng để nghiên cứu cấu trúc các hợp chất hữu cơ Nội dung của phương pháp là đo phổ hấp thu của các chất hữu cơ chứa các nhóm có tính chất acid – bazơ phụ thuộc vào pH của môi trường

Xác định thành phần của phức: thành phần của phức trong dung dịch có thể được xác định bằng quang phổ hấp thu tử ngoại và khả kiến theo một số phương

pháp khác nhau như: phương pháp biến số liên tục, phương pháp tỉ lệ mol

e Ưu nhược điểm của máy so màu UV-Vis

* Ưu điểm:

 Cho phép định lượng hầu hết các ion vô cơ và hợp chất hữu cơ nhờ phản ứng tạo màu đặc chưng

 Độ nhạy cao, thích hợp cho việc phân tích các cấu tử vi lượng

 Có tính chọn lọc nhờ khả năng lựa chọn bước sóng thích hợp để đo độ hấp thụ

 Thao tác đơn giản nhanh chóng thích hợp cho việc phân tích hàng loạt mẫu

* Nhược điểm: phương pháp này đòi hỏi phải sử dụng các thiết bị phân tích

chuyên dụng đôi khi rất đắt tiền và đòi hỏi người sử dụng có trình độ cao

3 Một số chỉ tiêu thẩm định phương pháp phân tích [5][15],[23]

Để thẩm định một phương pháp phân tích có độ chính xác và tin cậy hay không và nhằm tạo độ tin cậy từ phương pháp xác đinh cho ra kết quả Được áp dụng cho các phép thử có sử dụng đường chuẩn ( P, Fe, SO2-4, F, Al và một số kim loại khác…) của phòng thí nghiệm

 Xtb: Giá trị trung bình của kết quả thử nghiệm

 : Giá trị thực hoặc giá trị chấp nhận là đúng USFDA quy định độ chệnh của các phương pháp xác định dư lượng không được lớn hơn 15% và không được lớn hơn 20% tại LOQ

3.1.2 Cách xác định độ đúng

Sự dụng chuẩn t để đánh giá kết quả như sau:

Phân tích mẫu chuẩn lặp lại 10 lần, tính giá trị trung bình và độ lệch chuẩn, từ đó tính giá trị ttn theo công thức sau đây và so sánh kết quả với tc (p):

2

tn

x t

S n

 : giá trị thực hoặc giá trị được chấp nhận

 x : Giá trị trung bình và giá trị thực của phương pháp thự nghiệm

 n: số lần thí nghiệm

3.1.3 Tiêu chí đánh giá

Nếu ttn ≤ tc: không có sự khác nhau về kết quả của giá trị trung bình so với giá trị tham chiếu ở mức ý nghĩa   phương pháp thử nghiệm có độ đúng đạt yêu cầu

Nếu ttn ≥ tc: có sự khác nhau về kết quả của phương pháp thử nghiệm so với giá trị tham chiếu ở mức ý nghĩa  Phương pháp thử nghiệm mất sai số hệ thống

3.2 Độ lập lại

3.2.1 Định nghĩa

Độ tái lập là độ chụm trong điều kiện lập lại Điều kiện mà tại đó các kết quả thử nghiệm độc lập nhận được với cùng một phương pháp, trên cùng một mẫu thử giống hệt nhau, trong cùng một phòng thí nghiệm, bởi cùng người thao tác, sử dụng cùng một loại thiết bị, trong khoảng thời gian ngắn

Tiến hành ở các nồng độ khác nhau ( trung bình, thấp, cao) trong khoảng làm việc, mỗi nồng độ lập lại 10 lần Tính độ chuẩn SD và độ lệch chuẩn tương đối RSD hay hệ số biến thiên CV theo các công thức sau:

 2

1

i

x x SD

Trong đó:

 SD: Độ lệch chuẩn

 n: Số lần thí nghiệm

 xi: Giá trị tính được của lần thí nghiệm thứ i

 x : Giá trị trung bình của các lần thí nghiệm

 RSD%: Độ lệch chuẩn tương

 CV%: Hệ số biến thiên

* Cách 2: Tính toán dựa trên kết quả phân tích mẫu thực đã làm Trong một số trường hợp việc ước lượng độ lập lại có thể thông qua tính toán dựa trên kết quả phân tích mẫu thực Do đó việc lưu giữ các kết phân tích có vai trò quan trọng

Dựa trên kết quả phân tích làm trên nền mẫu thực trong nhiều tuần, ít nhất là

10 mẫu, có thể là các nền mẫu khác nhau, nồng độ khác nhau nhưng phải có kết quả lập lại 2 lần

Trong trường hợp các mẫu có nồng độ, hàm lượng gần như nhau Tính độ lệch giữa 2 kết quả của mỗi mẫu di rồi tính độ lệch trung bình dtb, sau đó tính độ lệch chuẩn S theo các công thức sau:

n

2

i i i

x x

 , x i

X n

i

i i

d D x

tb

D D

3.3 Độ tái lập

3.3.1 Định nghĩa

Độ tái lập là độ chụm ở điều kiện tái lập Điều kiện trong đó các kết quả thử nghiệm nhận được bởi cùng một phương pháp, trên các mẫu thử giống hệt nhau trong các phòng thí nghiệm khác nhau, với thao tác khác nhau, sử dụng các thiết bị khác nhau

 Sử dụng nhân viên khác nhau

 Sử dụng thiết bị có đặc tính khác nhau ví dụ: thiết bị của hãng khác nhau hay model khác nhau

 Sử dụng các dung môi, hóa chất và thuốc thử có chất lượng khác nhau

 Khác nhau về nhiệt độ, độ ẩm của phòng thí nghiệm

 Khác nhau các điều kiện cụ thể của thiết bị như: thành phần pha giao động, tốc độ dòng, pH pha động…

Đối chiếu với giá trị tính được với giá trị mong muốn hay giá trị yêu cầu hoặc

so với RSD% lặp lại tối đa cho phép  RSD% tính được không vượt mức cho phép

ở trong bảng với nồng độ chất tương ứng

3.4 Giới hạn phát hiện (LOD)

3.4.1 Định nghĩa

Giới hạn phát hiện là nồng độ mà tại đó giá trị xác định được lớn hơn độ không đảm bảo đo của phương pháp Đây là nồng độ thấp nhất của chất phân tích trong mẫu có thể phát hiện được nhưng chưa thể định lượng được

3.4.2 Cách xác định Thực hiện trên mẫu thử, ít nhất là 10 lần song song Nên chọn mẫu thử có

 Nếu 4 < R < 10 thì nồng độ phù hợp và LOD tính được là đáng tin cậy

 Nếu R<4 thì phải dùng dung dịch đậm đặc hơn, hoặc thêm một ít chất chuẩn vào dung dịch thử đã dùng và làm thí nghiệm tính lại R

 Nếu R> 10 thì phải pha loãng dung dịch và làm thí nghiệm tính lại R

Thêm một lượng chất chuẩn xác định vào mẫu thử, phân tích các mẫu thử đó

và lập lại thí nghiệm ít nhất 4 lần bằng phương pháp khảo sát

 Cm+c: Nồng độ chất phân tích trong mẫu thêm chuẩn

 Cm: Nồng độ chất phân tích trong mẫu thử

 Cc: Nồng độ chuẩn lý thuyết đã thêm Sau đó tính độ thu hồi trung bình

Thêm chuẩn ở ba mức nồng độ là thấp, trung bình, cao trong khoảng nồng độ làm việc Theo quy định của hội đồng châu Âu đối với chỉ tiêu an toàn thêm chuẩn vào mẫu trắng ở ba mức nồng độ tại 0.5 lần, 1 lần và 2 lần giới hạn cho phép

Đối với các mẫu phân tích hàng ngày các chỉ tiêu thuộc cùng nhóm (thuốc BVTV) cần kiểm soát chất lượng bằng cách phân tích mẫu thêm chuẩn tối thiểu 10% số lượng chất, các chất khác cần thay phiên kiểm tra với tần suất tối đa 1 năm/

lần từng chất

3.6.2 Tiêu chí đánh giá độ thu hồi

So sánh kết quả R% với giá trị R% tối đa cho phép theo Official Methods of Analysis of AOAC International Kết quả tính được không lớn hơn R% cho phép

3.7 Khoảng tuyến tính, khoảng làm việc và đường chuẩn

3.7.1 Định nghĩa

Khoảng tuyến tính của một phương pháp phân tích là khoảng nồng độ mà ở đó

có sự phụ thuộc tuyến tính giữa đại lượng đo được và nồng độ chất phân tích

Khoảng làm việc của một phương pháp phân tích là khoảng nồng độ giữa giới hạn trên và giới hạn dưới của chất phân tích (bao gồm cả các giới hạn này), tại đó được chứng minh là có thể xác định bởi phương pháp nhất định với độ đúng, độ chính xác và tuyến tính như đã nêu trên

3.7.2 Cách xác định khoảng tuyến tính

Xác định khoảng tuyến tính cần khoảng 10 (nhỏ nhất là 6) nồng độ khác nhau

Để xác định khoảng tuyến tính cần xây dựng đường chuẩn và xác định hệ số hồi quy tương quan Trong thực tế, có thể xây dựng đường chuẩn ngắn, trùm lên vùng nồng độ mẫu, không nhất thiết phải lập đường chuẩn toàn bộ khoảng tuyến