Nghiên cứu phương pháp xác định lượng vết Cu(II) bằng phương pháp chiết điểm mù.

MỞ ĐẦU Đồng là nguyên tố vi lượng cần thiết cho các loài động vật, thực vật bậc cao và có vai trò rất quan trọng đối với cơ thể sống và con người.. Do vậy, việc nghiên cứu và xây dựng qu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VN

VIỆN HOÁ HỌC

NGUYỄN THỊ LIÊN

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNHLƯỢNG VẾT Cu(II) BẰNG PHƯƠNG PHÁP

CHIẾT ĐIỂM MÙ

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Mã số: 60440118

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:TS VŨ ĐỨC LỢI

HÀ NỘI, 2015

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN Error! Bookmark not defined.

LỜI CẢM ƠN Error! Bookmark not defined.

Bảng ký hiệu các từ viết tắt Error! Bookmark not defined.

Danh mục bảng Error! Bookmark not defined.

Danh mục hình Error! Bookmark not defined.

MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 6

1.1 Nguyên tố Đồng 6

1.1.1 Vị trí, cấu hình electron, trạng thái tự nhiên và phương pháp điều chế nguyên tố đồng (Cu) [1][2] 6

1.1.2 Tính chất vật lý, tính chất hoá học của nguyên tố đồng [1][2] 6

1.1.3 Khoáng vật và trữ lượng đồng 8

1.1.4 Ứng dụng của đồng[1] [2] 8

1.1.5 Vai trò sinh học của đồng [1] [2] [3] 9

1.2 Các phương pháp xác định Đồng Error! Bookmark not defined.

1.2.1 Các phương pháp xác định tổng Đồng Error! Bookmark not defined.

1.2.2Các phương pháp làm giàumẫu phân tích Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM Error! Bookmark not defined.

2.1Nội dung và phương pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined.

2.1.1 Nội dung nghiên cứu: Error! Bookmark not defined.

2.1.2Phương pháp chiết điểm mù Error! Bookmark not defined.

2.1.3Thuốc thử, dung môi Error! Bookmark not defined.

2.1.4Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử Error! Bookmark not defined.

2.2Hóa chất, thiết bị và dụng cụ thí nghiệm Error! Bookmark not defined.

2.2.1 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm Error! Bookmark not defined.

2.2.2 Hóa chất Error! Bookmark not defined.

2.2.3 Chuẩn bị hóa chất Error! Bookmark not defined.

2.3 Quy trình thực nghiệm Error! Bookmark not defined.

2.3.1 Khảo sát ảnh hưởng củacác chất điện ly Error! Bookmark not defined.

2.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của pH Error! Bookmark not defined.

2.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Triton X-100 Error! Bookmark not defined.

2.3.4 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tách pha Error! Bookmark not defined.

2.3.5 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ khuấy Error! Bookmark not defined.

2.3.6 Khảo sát ảnh hưởng của kỹ thuật tạo điểm mù Error! Bookmark not defined.

2.3.7 Khảo sát ảnh hưởng của ion lạ Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined.

3.1 Các điều kiện đo phổ F-AAS của Cu(II) Error! Bookmark not defined.

3.1.1 Chọn vạch đo Error! Bookmark not defined.

3.1.2 Khe đo của máy phổ hấp thụ nguyên tử Error! Bookmark not defined.

3.1.3 Khảo sát cường độ đèn catot rỗng Error! Bookmark not defined.

3.1.4 Khảo sát chiều cao đèn nguyên tử hoá mẫu Error! Bookmark not defined.

3.1.5 Khảo sát lưu lượng khí axetilen Error! Bookmark not defined.

3.2 Khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện chiết điểm mù Error! Bookmark not

defined

3.2.1 Ảnh hưởng của các chất điện ly Error! Bookmark not defined.

3.2.2 Ảnh hưởng của pH Error! Bookmark not defined.

3.2.3 Ảnh hưởng của nồng độ Triton X-100 Error! Bookmark not defined.

3.2.4 Ảnh hưởng của thời gian tách pha Error! Bookmark not defined.

3.2.5Ảnh hưởng của nhiệt độ khuấy Error! Bookmark not defined.

3.2.6Ảnh hưởng của kỹ thuật tạo điểm mù Error! Bookmark not defined.

3.2.7 Ảnh hưởng của ion lạ Error! Bookmark not defined.

3.3 Xây dựng đường chuẩn xác định Cu(II) Error! Bookmark not defined.

3.4 Xác định giới hạn phát hiện trong phép đo F- AAS Error! Bookmark not

defined

3.5Đánh giá phương pháp Error! Bookmark not defined.

3.5.1Độ lặp lại của phương pháp Error! Bookmark not defined.

3.5.2Hiệu suất thu hồi của phương pháp Error! Bookmark not defined.

3.6Xây dựng quy trình phân tích đồng trong mẫu nước Error! Bookmark not

defined

3.7 Kết quả phân tích đồng trong mẫu nước sông Nhuệ và sông Đáy Error!

Bookmark not defined

3.7.1 Địa điểm lấy mẫu Error! Bookmark not defined.

3.7.2 Kết quả phân tích mẫu Error! Bookmark not defined.

KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined.

TÀI LIỆU THAM KHẢO 11

MỞ ĐẦU

Đồng là nguyên tố vi lượng cần thiết cho các loài động vật, thực vật bậc cao

và có vai trò rất quan trọng đối với cơ thể sống và con người Sự có mặt hay mất

cân bằng của nguyên tố đồng trong các bộ phận của cơ thể như gan, tóc, huyết

thanh…là những nguyên nhân hay dấu hiệu của bệnh tật

Tuy nhiên cùng với sự phát triển của công nghiệp và đô thị hóa, hiện nay môi trường sống của chúng ta bị ô nhiễm trầm trọng Các nguồn thải kim loại trong

đó có đồng 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 vậy, việc nghiên cứu và xây dựng quy trình phân tích hàm lượng

đồng trong môi trường sống, trong nước nhằm đề ra các biện pháp tối ưu bảo vệ và

chăm sóc sức khỏe cộng đồng là một việc vô cùng cần thiết và cấp bách

Hiện nay, có nhiều kĩ thuật ứng dụng để xác định hàm lượng đồng (Cu) trong nước với hàm lượng vết như phương pháp trắc quang, phương pháp điện

hóa, phương pháp kích hoạt nơtron (NAA), Phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), Phổ

khối lượng cảm ứng cao tần plasma(ICP-MS), Phổ phát xạ nguyên tử…Các hệ đo

này cho phép định lượng đồng một cách hiệu quả trên nhiều đối tượng, đặc biệt là

đối tượng sinh học Nhưng chi phí cho quá trình phân tích khá lớn do đòi hỏi

trang thiết bị, hóa chất đắt tiền nên không phải phòng thí nghiệm nào cũng có thể

trang bị được.Vấn đề đặt ra trong thực tế thí nghiệm tại nước ta hiện nay là cần

nghiên cứu một phương pháp có thể sử dụng các thiết bị phổ biến hơn, giá thành

hợp lý, hiệu quả chiết cao, thân thiện với môi trường mà vẫn đảm bảo độ chọn

lọc, độ chính xác và tin cậy cao để định lượng đồng Nhiều năm trước, các ứng

dụng của hệ thống Mixen đã được công nhận và khai thác trong các lĩnh vực khác

nhau của hóa phân tích; chủ yếu là tập trung cải thiện, đổi mới các phương pháp

phân tích đã có; đồng thời, phát triển các phương pháp mới và trong đó có phương

pháp chiết điểm mù (CPE) Với nhiều ưu điểm như: đơn giản, giá rẻ, chất lượng

cao, hiệu quả và ít độc hại so với việc sử dụng dung môi hữu cơ Cho đến nay, CPE

đã được sử dụng để tách chiết, làm giàu các ion kim loại sau khi hình thành tạo

phức, sau đó phức được xác định bằng các phương pháp phổ Vì vậy, CPE đang trở

thành một ứng dụng quan trọng và thiết thựctrong hóa phân tích

Do đó, chúng tôi đã lựa chọn và thực hiện đề tài “Nghiên cứu phương

phápxác định lượng vết Cu(II) bằng phương pháp chiết điểm mù” với các mục

tiêu cụ thể như sau:

- Nghiên cứu, khảo sát và thiết lập các điều kiện tối ưu để xây dựng phương

pháp định lượng hàm lượng vết nguyên tố đồng trong mẫu nước bằng phương

pháp chiết điểm mù kết hợp với phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Nguyên tố Đồng

1.1.1 Vị trí, cấu hình electron, trạng thái tự nhiên và phương pháp điều chế

nguyên tố đồng (Cu) [11,17]

Đồng là một kim loại nặng thuộc nhóm IB, chu kỳ 4, ô thứ 29 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học Đồng có tên Latinh là Cuprum

Cấu hình electron của Cu là: 1s2

2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1 Đồng có ba mức oxi hóa: 0, +1 và +2

Trong thiên nhiên, đồng là nguyên tố tương đối phổ biến, trữ lượng ở trong vỏ Trái Đất của đồng là 0.003% Đồng có thể tồn tại ở dạng tự do, những hạt kim loại

tự do đó được gọi là kim loại tự sinh

Đồng được sản xuất chủ yếu từ quặng Cancoprit CuFeS2 bằng phương pháp nhiệt luyện:

2 2

2 ) 3 2 (

2 Cu FeS  O  SiO 0

t 4Cu 2FeSiO3 2SO2

Nếu luyện Cu từ quặng oxit hay quặng Cacbonat người ta dùng phương pháp khử bằng than

Ngoài phương pháp luyện Cu ở nhiệt độ cao, người ta còn dùng phương pháp thủy luyện

1.1.2 Tính chất vật lý, tính chất hoá học của nguyên tố đồng [11,17]

a) Tính chất vật lý

Đồng là kim loại nặng, có ánh kim, đồng tấm có màu đỏ, đồng vụn có màu đỏ gạch Trong thiên nhiên, Đồng có 2 đồng vị bền 63Cu (70.13%), 65Cu (29.87%)

Khối lượng riêng lớn (8.93 g/cm3

), nhiệt độ sôi (26000C), nhiệt độ nóng chảy (10830C) cao do tham gia liên kết không chỉ có những electron s mà còn có cả

những electron d Độ dẫn điện (57/1), dẫn nhiệt cao (46/1); dẻo dai, dễ dát mỏng, dễ

kéo sợi Tất cả các hợp chất tan của đồng đều độc

b) Tính chất hoá học

 Về mặt hóa học, Đồng là kim loại kém hoạt động

 Không phản ứng với H2 ngay cả ở nhiệt độ cao, tuy nhiên khí H2 có khả năng hòa tan trong Cu nóng chảy ở áp suất cao

 Không phản ứng với Nito nhưng phản ứng trực tiếp với Photpho:

3Cu + P = Cu3P

 Không phản ứng trực tiếp với Cacbon nhưng khi nung phản ứng với Silic ở nhiệt độ cao tạo ra nhiều sản phẩm như Cu6Si, Cu5Si, Cu4Si, Cu3Si……

 Không bị H2O và hơi H2O ăn mòn, nhưng phản ứng với hơi nước ở nhiệt độ nung nóng trắng

 Không phản ứng với kiềm ngay cả kiềm nóng chảy

 Không phản ứng với axit không có tính oxi hóa Đồng dễ tan trong HNO3,

H2SO4 đặc nóng:

Cu + 2H2SO4đặc,nóng = CuSO4+ SO2+ 2H2O

Cu + 4HNO3đặc,nóng = Cu(NO3)2 + 2NO2+ 2H2O

 Ở nhiệt độ thường và trong không khí, đồng bị bao phủ một màng màu đỏ gồm đồng kim loại và đồng (I) oxit Oxit này đã được tạo nên bởi những phản ứng:

2Cu + O2 + 2H2O = 2Cu(OH)2 Cu(OH)2 + Cu = Cu2O + H2O

 Khả năng tạo phức:

Cu+ dễ tan trong dung dịch đậm đặc của NH3, HCl, NH4Cl và clorua kim loại kiềm nhờ tạo thành phức chất

Ví dụ:

CuCl + 2HCl = [Cu(NH3)2]Cl

CuCl + HCl =H[CuCl2] Dung dịch của những phức chất này dễ biến đổi màu vì bị oxi không khí oxi hóa

Ví dụ:

4[Cu(NH3)2]+ + O2 + 2H2O +8NH3 = 4[Cu(NH3)4]2+ +4OH

-Đa số muối đồng (II) dễ tan trong nước, bị thủy phân và khi kết tinh từ dung dịch thường ở dạng hidrat Dung dịch loãng của muối tan có màu lam, màu của ion

[Cu(H2O)6]2+, trong khi ở trạng thái rắn các muối có màu khác

Ion Cu2+ là chất tạo phức mạnh Những ion quen thuộc của Cu2+ là [CuX3]-, [CuX3]2-, trong đó (X = F, Cl và Br), [Cu(NH3)4]2+ , [Cu(C2O4)4]2+, [Cu(en)2]2+,

(trong đó en là etylenđiamin H2N – CH2 – CH2 – H2N)

1.1.3 Khoáng vật và trữ lượng đồng[11,17]

Những khoáng vật chính của đồng là: Cancosin (Cu2S) chứa 79.8% Cu, Cuprit (Cu2S) chứa 88.8% Cu, Covelin (CuS) chứa 66.5% Cu, Cancoprit (CuFeS2) chứa

34.57% Cu và Malachit (CuCO3.Cu(OH)2)

Trên thế giới, những nước chủ yếu sản xuất đồng là Chi Lê, Mỹ, Nga, Australia và Trung Quốc

Nước ta có có các mỏ Đồng lớn ở Bản Phúc (Sơn La) và Sinh Quyền (Lào Cai) có thành phần chủ khoáng vật chủ yếu là Cancoprit, Manhetit, Pirotin…

1.1.4 Ứng dụng của đồng[11,17]

Đồng là kim loại màu quan trọng nhất đối với công nghiệp và kĩ thuật Đồng được dùng trong hai ngành chủ yếu là kĩ thuật điện và luyện kim Hơn 50% lượng

đồng khai thác hàng năm được dùng để làm dây điện(loại đồng này phải có độ tinh

khiết cao), trên 30% được dùng để chế tạo hợp kimvới ứng dụng khác nhau Dẫn

nhiệt tốt và chịu ăn mòn, đồng kim loại được dùng để chế các thiết bị trao đổi nhiệt,

sinh hàn và chân không, chế nồi hơi, ống dẫn dầu và dẫn nhiên liệu

Đồng thau dùng trong ngành chế tạo động cơ, vì có độ dẻo cao, bền hơn đồng.Hợp kim thanh – đồng bền hơn Cu nguyên chất và đồng thau lại dễ ăn khuôn

nên dùng để đúc trong công nghệ chế tạo máy Hợp kim Devarda dùng làm chất

khử có thể giải phóng hidro ra khỏi nước ngay khi nguội Hợp kim Constantan có

điện trở cao, được dùng để chế tạo các thiết bị đốt nóng

1.1.5Vai trò sinh học của đồng[11,17]

Trong chất sống gồm động vật và thực vật (tính theo phần trăm khối lượng) thì

có khoảng 2.10-4% đồng Đồng là một trong những nguyên tố rất đặc biệt về mặt

sinh học:

 Đối với thực vật thì đồng (hàm lượng 5 – 20 ppm) - nguyên tố rất đặc biệt về mặt sinh vật học ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sinh trưởng và phát triển sản lượng của cây Nó là chất xúc tác của những quá trình oxi hoá nội bào; thành phần của men cytochrome oxydase và thành phần của nhiều enzim – ascorbic, axit axidase, phenolase, lactase; xúc tiến quá trình hình thành vitamin A; cần thiết cho sự hình thành diệp lục và làm xúc tác cho một số phản ứng khác trong cây Đồng có tác dụng giúp cây chống hạn, chịu rét, làm tăngkhả năng giữ nước của mô, bảo vệ diệp lục khỏi bị phá huỷ đồng thời còn có tácdụng làm tăng quang hợp Cây hấp thụ đồng dưới dạng Cu(II), nhiều loại cây rau biểu hiện thiếu đồng với lá thiếu sức trương, rủ xuống và có màu xanh, chuyển sang quầng màu da trời tối trước khi trở nên bạc lá, biến cong và cây không ra hoa được

 Trong cơ thể con người (và các động vật khác), đồng có trong thành phần của

một số protein, enzym và tập trung chủ yếu ở gan Nó tham gia vào các hoạt động như sản xuất hồng cầu, sinh tổng hợp elastin và myelin, tổng hợp nhiều hoormon (catecholamin, tuyến giáp, corticoid ), tổng hợp nhiều sắc tố, chuyển hóa sắt và lipit Hợp chất của đồng là cần thiết đối với quá trình tổng hợp hemoglobin và photpholipit…

Tiêu chuẩn RDA của Mỹ về đồng đối với người lớn khỏe mạnh là 0.9mg/ngày, mức cao nhất có thể chịu được về đồng theo DRI trong chế độ ăn

uống đối với người lớn theo mọi nguồn đều là 10 mg/ngày Đồng với hàm lượng không thích hợp sẽ gây ra ảnh hưởng tiêu cực đối với con người:

- Sự thiếu đồng thì quá trình tái tạo hemoglobin sẽ giảm, gây ra bệnh thiếu máu, thiếu số lượng hay kích thước của hồng cầu hay thiếu số lượng huyết đạm trong hồng cầu thiếu chất đồng do di truyền nên trẻ sinh ra chậm lớn, kém thông minh, da, tóc bị mất sắc tố (bạch tạng), tóc thưa, mềm, mạch máu bị giãn, xương không nảy nở bình thường, thân nhiệt thấp, hay bị bất tỉnh Ở trẻ sơ sinh và đang

bú mẹ, thiếu đồng dẫn đến thiếu máu nặng và thiếu bạch cầu trung tính Qua phân tích người ta thấy ở những trẻ mất khả năng đọc và đánh vần hoặc đọc và đánh vần khó nhọc thì hàm lượng đồng và magie trong tóc cao hơn nhiều so với các trẻ bình thường

- Khi hàm lượng đồng vượt tiêu chuẩn cho phép có thể gây ra rối loạn dạ dày, những bệnh về gan, thận và phổi … Nếu ở mô não, nồng độ đồng tăng và nồng

độ kẽm giảm thì sẽ xuất hiện chứng sớm mất trí Trong số các đồ ăn thì sữa và men có chứa nhiều đồng nhất Một điều đáng chú ý là trong máu người mẹ có thai, người ta thấy lượng đồng tăng gấp đôi so với lúc bình thường

Một bệnh gọi là bệnh Wilson sinh ra bởi các cơ thể mà đồng bị giữ lại, mà không tiết ra bởi gan vào trong mật Căn bệnh này, nếu không được điều trị, có thể dẫn tới các tổn thương não và gan

Vì vậy, xác định chính xác hàm lượng nguyên tố đồng là vô cùng cần thiết để chăm sóc và bảo vệ cộng đồng