Luận văn nghiên cứu xác định hàm lượng kẽm trong nước thải nhà máy giấy sông lam (hưng phú hưng nguyên nghệ an) bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

Có nhiều phơng pháp để xác định kẽm nh phơng pháp chuẩn độ oxi hoákhử, phơng pháp chuẩn độ tạo phức, phơng pháp trắc quang, phơng phápquang phổ hấp thụ nguyên tử… Trong đó ph Trong đó ph

trờng Đại học vinh

Để hoàn thành luận văn này tôi vô cùng biết ơn:

PGS.TS Nguyễn Khắc Nghĩa đã giao đề tài, hớng dẫn, giúp đỡ và tạo

mọi điều kiện về tinh thần cũng nh vật chất cần thiết cho việc nghiên cứu vàhoàn thành luận văn

Trung tâm xử lý môi trờng của Bộ T lệnh Hóa học quân đội (số 282, ờng Lạc Long Quân, Tây Hồ, Hà Nội ) đã tạo điều kiện giúp đỡ thực hànhphân tích mẫu

§-C¸c thÇy gi¸o trong Ban chñ nhiÖm khoa Ho¸, c¸c thÇy c« gi¸o trong bém«n Ho¸ ph©n tÝch, Ho¸ v« c¬ cïng c¸c thÇy c« gi¸o trong khoa Hãa trêng

Trong nớc, kẽm tích tụ ở phần sa lắng, chiếm 45 – 60%, nhng nếu ởdạng phức chất thì có thể tan trở lại và phân bố đều trong nớc

Một số thực vật và động vật có khả năng tích tụ kẽm Nó gây độc đốivới rong, tảo ở nồng độ rất thấp (1 - 4g/l)

Kẽm là nguyên tố vi lợng và là thành phần của trên 70 enzim có trongcơ thể ngời Nó có vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp protein, cấu tạo

và hoạt động của các màng sinh học cũng nh hoạt động của các cơ quan cảmgiác Kẽm có tác dụng tốt cho việc chữa lành vết thơng Thiếu kẽm dẫn tới sựkìm hãm phát triển cơ thể Ngời ta cha quan sát thấy sự gây độc do kẽm quathức ăn và nớc uống Tuy nhiên ngộ độc hơi kẽm có quan sát thấy (ví dụ: hànhay nấu kẽm) Liều lợng kẽm lớn qua đờng miệng gây hại dạ dày Liều lợngtối đa cho phép trong nớc uống, theo WHO là 3mg/l, EU từ 0,1 – 5mg/l, Mỹ5mg/l [14] Nếu hàm lợng kẽm vợt giới hạn cho phép sẽ ảnh hởng không nhỏ

đến môi trờng sống, đến sức khoẻ con ngời

Vì vậy việc xác định hàm lợng kẽm là nhu cầu thờng trực, do đó cácnhà phân tích đã và đang nghiên cứu nhằm tìm ra phơng pháp tối u để xác

định kẽm

Có nhiều phơng pháp để xác định kẽm nh phơng pháp chuẩn độ oxi hoákhử, phơng pháp chuẩn độ tạo phức, phơng pháp trắc quang, phơng phápquang phổ hấp thụ nguyên tử… Trong đó ph Trong đó phơng pháp quang phổ hấp thụnguyên tử là phơng pháp cho độ nhạy, độ chính xác, độ lặp lại của phép đocao nên dùng để xác định hàm lợng bé, trung bình và hàm lợng lớn cácnguyên tố, đặc biệt đối với nguyên tố vi lợng phép đo vẫn cho kết quả chínhxác So với những phơng pháp khác, phơng pháp này thực hiện nhanh, thuậnlợi, dễ thực hiện, phù hợp với yêu cầu của phép phân tích

Vì những lý do trên chúng tôi chọn phơng pháp quang phổ hấp thụ

nguyên tử để nghiên cứu đề tài: “Xác định hàm lợng kẽm trong nớc thải nhà

máy giấy Sông Lam (Hng Phú – H ng Nguyên – Nghệ An) bằng ph ơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử”.

Để thực hiện đề tài này chúng tôi đặt ra là:

1 Phân tích phơng pháp xử lý mẫu phù hợp

2 Xác định hàm lợng kẽm trong mẫu giả

3 Xác định hàm lợng kẽm trong nớc thải nhà máy giấy Sông Lam (HngPhú – Hng Nguyên – Nghệ An)

Chúng tôi hy vọng rằng với kết quả nghiên cứu của mình sẽ góp phầnlàm phong phú thêm trong lĩnh vực phân tích xác định vi lợng kẽm

Chơng I Tổng quan

I.1 giới thiệu về nguyên tố kẽm

I.1.1 Vị trí, cấu tạo và tính chất của kẽm [19].

Kẽm là nguyên tố ở ô 82 trong bảng hệ thống tuần hoàn

Do năng lợng ion hóa thứ 3 tơng đối lớn, vì thế trạng thái oxi hóa +2

Trong không khí ẩm, nó bị phủ lớp màng oxít và mất ánh kim

Dới đây là một vài thông số vật lí của kẽm:

- Khối lợng riêng (g/cm3 ):7,13

- Nhiệt độ nóng chảy (0C): 419

- Nhiệt độ sôi (0C): 907

- Độ dẫn điện (Hg = 1): 16

I.1.3 Tính chất hóa học của kẽm [19,12].

Kẽm là kim loại tơng đối hoạt động, song ở nhiệt độ thờng kẽm bền vớinớc vì có màng oxit bảo vệ

Trong bảng thứ tự cờng độ, kẽm đứng giữa magie và sắt

Hệ thống … Trong đó ph… Trong đó ph… Trong đó ph… Trong đó ph Mg2+/Mg Zn2+/Zn Fe2+ / Fe

E0 von … Trong đó ph… Trong đó ph… Trong đó ph… Trong đó ph… Trong đó ph - 1,10 - 0,763 - 0,44

Khi tác dụng với axit HCl và H2SO4 loãng nó sẽ đẩy H2 ra và tạo thànhmuối tơng ứng:

4Zn + 10HNO3 loãng = 4Zn (NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

Nếu nồng độ đặc hơn thì có N2O hay NO thoát ra:

3Zn + 8HNO3 = 3Zn (NO3)2 + 2NO + 4H2O

Thực tế khi cho axit nitric tác dụng với kẽm kim loại, ta sẽ đợcnhiều sản phẩm khử khác nhau của axit nitric và giữa chúng trong dungdịch sẽ có một cân bằng Tùy thuộc nồng độ axit đem dùng và nhiệt độ

mà một trong các oxit nitơ sẽ chiếm u thế

Dung dịch nớc của ion Zn2+ không màu, có phản ứng axit yếu:

Zn (OH)2 + H2O ⇌ Zn (OH)3- + H+ K3

Zn (OH)3- + H2O ⇌ Zn (OH)42- + H+ K4

pH của dung dịch Zn2+ 0,01 vào khoảng 5,5.

Khi kiềm hóa dung dịch Zn2+ 0,1 M đến pH = 6 sẽ có kết tủa trắng Zn(OH)2,kết tủa tan trong kiềm d ở pH 14 cho ion ZnO2 không màu

I.1.4.2 Tác dụng của (NH 4 ) 2 S.

(NH4)2S đẩy đợc từ các dung dịch trung tính hoặc amoniac yếu củamuối kẽm ra một kết tủa trắng, vô định hình ZnS:

Zn2+ + (NH4)2S = ZnS + 2NH4+

Kẽm sunfua tan trong các axit vô cơ, không tan trong axit axetic vàkiềm ăn da:

I.1.4.3 Tác dụng của H 2 S.

H2S tác dụng đợc với các trung tính hoặc không axit quá của kẽm cho tamột kết tủa trắng vô định hình ZnS:

I.1.4.4 Tác dụng của NaOH và KOH.

Khi nhỏ dần kiềm ăn da vào ta sẽ đợc một kết tủa keo Zn(OH)2 tantrong kiềm d tạo thành zincat, kết tủa cũng tan đợc trong axit tạo thành cácmuối tơng ứng:

Zn(OH)2 kết tủa đợc ở pH= 6,8  8,3 và hòa tan ở pH= 11  11,5

I.1.4.5 Tác dụng với dung dịch NH 4 OH.

Amoniac làm Zn2+ kết tủa đợc dới dạng Zn(OH)2 trắng, vô định hình:

Zn2+ + 2 NH4OH = Zn(OH)2 + 2NH4+

Việc kết tủa này không hoàn toàn vì các ion NH4+ tạo đợc trong phảnứng sẽ đệm dung dịch và làm giảm pH Khi có thuốc thử d và có lẫn muốiamôn, Zn(OH)2 sẽ tan ra tạo thành phức chất amoniacat:

Zn(OH)2 + 2NH3 + 2NH4+ = [Zn(NH4)4]2+ + 2H2O

I.1.4.6.Tác dụng của Na 2 CO 3 và K 2 CO 3

Các cacbonat kim loại kiềm đều tạo ra đợc những kết tủa cacbonatbazơ:

5ZnO.2CO2.4H2O, tan đợc trong (NH4)2CO3 và kiềm ăn da

I.1.4.7 Tác dụng của Na 2 HPO 4

Na2HPO4 tạo đợc kết tủa kẽm photphat tan trong axit axetic va kiềm:3Zn2+ + 2HPO42- = Zn3(PO4)2 + 2H+

Trong quá trình phản ứng nồng độ H+ tăng lên và làm kết tủa khônghoàn toàn Tuy nhiên nếu thêm Na2HPO4 vòa một dung dịch trung tính hoặcaxit của Zn2+, sau đó trung hòa cẩn thận bằng NH4OH sao cho pH khoảng 5,5

đến 7,0 thì kẽm sẽ kết tủa hoàn toàn ở dạng tinh thể trắng ZnNH4PO4:

Zn2+ + HPO42- + NH4OH =ZnNH4PO4 + H2OKết tủa này tan đợc trong axit, kiềm và amoniac Phản ứng rất có giá trịtrong việc định lợng kẽm

I.1.5 Một số phơng pháp xác định kẽm.

I.1.5.1 Phơng pháp trắc quang và chiết trắc quang [3].

Phơng pháp trắc quang là phơng pháp đơn giản, nhanh và nhạy, đợc phổbiến để xác định các kim loại

Kẽm tạo đợc nhiều phức vòng càng với các thuốc thử hữu cơ có khảnăng tạo phức màu với ion Zn2+ đợc sử dụng trong phơng pháp trắc quang nhsau:

I.1.5.1.1 Nhóm hợp chất màu azo: [17,18].

I.1.5.1.1.1 Khả năng tạo phức của Zn 2+ với 2- propyl-N-sunfupropilamino) penol (nitro-PADS)

(5-nitro-2-piridylazo)-5-(N-Kẽm tạo phức với nitro – PADS ở pH = 89, có bớc sóng hấp thụ cực

đại ở  max = 565 nm Phơng pháp này có thể sử dụng để xác định kẽm khi cómặt đồng thời ion Fe2+ và Cu2+ Do đó các ion Zn2+, Fe2+ và Cu2+ có khả năngtạo phức với nitro-PADS ở các pH cũng nh ở các bớc sóng khác nhau Fe(II) tạo phức ở pH = 3,49,  max = 582 nm, Cu(II) tạo phức 1:1 ở pH=2,54,5 vàmột phức 1:2 đồng thời 3 kim loại trong khoảng nồng độ 0,02 – 0,5 mg/mlmột cách riêng rẽ, có thể áp dụng phơng pháp để xác định các kim loại nóitrên trong huyết thanh

Ngoài ra có thể sử dụng thuốc thử hữu cơ 1 – naphtol(TAN) để tạo phức màu với Zn2+, Fe2+ và Ni2+ ở pH = 6,4

(2-thiazolylazo)-2-I.1.5.1.1.2 Khả năng tạo phức của Zn 2+ với 5đietylaminophenol(5-Br-PADAP).

2-(5-bromo-2pyridylazo)-Sử dụng (5-Br-PADAP) tạo phức với Zn2+

Phức Zn2+ -(5-Br-PADAP) đã đợc hòa tan bởi rợu etylic, phức có bớc sóng hấp

thụ cực đại  max=555 nm, hệ số hấp thụ phân tử gam là 1,09.105 l.mol-1 cm-1.Khoảng tuân theo định luật bia 0,10,5mg Zn2+/5ml Phơng pháp này có thể

áp dụng để xác định trong nớc và thức ăn

Mặt khác có thể sử dụng phơng pháp chiết trắc quang để xác định Zn2+

phức tạo thành Zn2+ -(5-Br-PADAP) ở pH=9,5 (duy trì bởi đệm borax) đợc

hòa tan trong rợu etylic rồi đợc chiết bởi naphtalen Bớc sóng hấp thụ cực đại

 max = 555 nm, hệ số hấp thụ phân tử gam là 1,23.105l.mol.cm-1

Khoảng tuân theo định luật Bia 0 5,0 mg Zn2+/7ml Có thể sử dụng natrixitrat,thioue,calgon và điaxetylđioxim làm chất che

I.1.5.1.1.3 Khả năng tạo phức của Zn 2+ với 5-(2-cacbometoxyphenyl) azo- 8- quinolino.

Phức kẽm với 5-(2-cacbometoxyphenyl) azo- 8- quinolino

trong môi trờng mixen ion của natri dodexylsunfat ở pH=4,04,8 Phức số cómàu đỏ da cam, bền trong khoảng 4 giờ Bớc sóng hấp thụ cực đại  max 488

nm, hệ số hấp thụ phân tử gam là 4,14.104l.mol.cm-1 Khoảng tuân theo địnhluật Bia: 00,42 mg Zn2+/ml và độ nhạy Sandnll là 1,75 ng/cm2

I.1.5.1.1.4 Khả năng tạo phức của Zn 2+ với axit hydroxyquinolin-5-sunfonic (P-N-AZOXS).

7-(4-nitrophenylazo)-8-Kẽm tạo phức nhanh với (P-N-AZOXS) ở pH = 9,2 (duy trì bởi đệm borax), phức bền trong khoảng 24 giờ hệ số hấp thụ phân tử gam là 3,75.104

l.mol-1 Khoảng tuân theo định luật Bia: 0,051,0 mg Zn2+/ml Phơng pháp

đ-ợc áp dụng bởi định lợng kẽm trong dđ-ợc phẩm, trong hợp kim đồng Độ lệch chuẩn R.S.D < 2% và độ đúng tốt.

I.1.5.1.2 Các thuốc thử khác

Có thể sử dụng axit crom xanh K (ACBK) Zn(II) trong phơng pháp trắc quang hiệu chỉnh Zn2+ tạo phức vòng càng với ACBK dạng Zn(ACBK)2 ở 

max = 530 nm, hệ số hấp thụ phân tử gam là 4,37 104 l.mol-1 cm-1

Dùng thuốc thử phenylflorua (PF) khi có mặt triton X-100 và

xetylpiridin clorua (CP) Bớc sóng hấp thụ cực đại  max = 573 nm, hệ số hấp thụ phân tử gam là 1,09 105 l.mol-1 cm-1 Khoảng tuân theo định luật Bia 0,04 0,4 mg/ml Có thể sử dụng phơng pháp này để xác định Zn2+ trong insulin

Kẽm tạo phức đợc với 2,3,7 – trihydroxyl – 9 -

đibromohydroxyphenylflorua (DBH-PF) khi có mặt CPB và triton X-100 Phức có màu đỏ tía pH=11,4, sử dụng dung dịch đệm Na2HPO4- NaOH Bớc song hấp thụ cực đại 610 nm, hệ số hấp thụ phân tử gam là 1,78.105

l.mol-1.cm-1 Khoảng tuân theo định luật Bia 0326 mg Zn2+/l Để tăng độ nhạy và độ chọn lọc của phơng pháp có thể thêm natri metaphotphat Phơng pháp này đợc ứng dụng để xác định Zn2+ trong quặng pirit Độ chính xác từ 0,020,4%

Sử dụng thuốc thử N-hydroxy-N, N- điphentylbenzamidin (HDPBA) và

điphenylcacbazon (DPCZO) để xác định Zn2+ trong không khí Chiết phức của

Zn2+ với HDPBA trong CHCl3 ở pH = 8,210,3 với sự có mặt của DPCZO và (NH4)2SO4 Có sự chuyển màu từ hồng sang vàng, bớc sóng hấp thụ cực đại

525 nm, hệ số hấp thụ phân tử gam là 1,27.105 l.mol-1 cm-1 Khoảng tuân theo

định luật Bia từ 00,08 mg/ml trong pha hữu cơ

I.1.5.2 Phơng pháp chuẩn độ trắc quang [6,3].

Phơng pháp chuẩn độ trắc quang là phơng pháp tơng đối phổ biến để

Để xác định Zn(II) trong đồng thau, ngời ta hòa tan mẫu trong axit HNO3, sau đó oxihóa bởi KClO3, chuẩn độ bằng EDTA với chỉ thị XO và xanh bromocrezol ở pH = 5,5 Sử dụng KF, thioure, BaCl2 làm chất che, thứ tựcho các chất che: KF rồi sau đó là thioure và dung dịch oxihóa đợc sôi ít nhất trong 2 phút để kết tủa hoàn toàn MnO2 Sai số tơng đối 0,121,0%.

Ngoài ra có thể sử dụng 2,2-bipyridin nh một thuốc thử che chọn lọc để dán tiếp xác định kẽm Zn(II) trong dung dịch mẫu ban đầu đợc tạo phức với lợng d EDTA, lợng EDTA d đợc chuẩn độ bởi Pb(NO3)2 ở pH = 5,06,0, dùng XO làm chỉ thị Lợng d 2,2 – bipyridin đợc thêm vào, lắc kỹ hỗn hợp, EDTA trong phức bị đẩy ra đợc chuẩn độ với dung dịch Pb(NO3)2

I.1.5.3 Phơng pháp Quang phổ hấp thụ nguyên tử hoá hơi

Phơng pháp Quang phổ hấp thụ nguyên tử hoá hơi dựa trên nguyên tắctất cả các nguyên tố khi ở trạng thái nguyên tử đều đợc hấp thụ ở một bớcsóng nhất định, cờng độ của sự hấp thụ thể hiện nồng độ của các nguyên tố cótrong mẫu Phơng pháp Quang phổ hấp thụ nguyên tử hoá hơi đợc áp dụng vớimột số nguyên tố có khả năng nguyên tử hoá nh: Hg, As, Se, Zn… Trong đó ph

I.1.5.3.1 Các phơng pháp phân tích vi lợng[1].

Phân tích vi lợng là một phơng pháp phân tích có chính xác, độ nhạycao Độ nhạy của phơng pháp phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, ví dụ: thiết bịphân tích, phơng pháp xử lý mẫu và một yếu tố không kém phần quan trọng

đó là yếu tố con ngời Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, chúng tôi xin đềcập tới vấn đề phơng pháp phân tích và phơng pháp xử lý mẫu

Các phơng pháp của hoá phân tích có thể đợc chia thành 2 nhóm chính:Các phơng pháp hoá học và các phơng pháp công cụ Các phơng pháp hoá họcchỉ sử dụng các dụng cụ đơn giản nh cân, buret, pipet, bình chuẩn độ,… Trong đó ph Trênquan điểm lịch sử phát triển, các phơng pháp hoá học là các phơng pháp cổ

điển Các phơng pháp công cụ là các phơng pháp vật lý và hoá lý Đa số cácphơng pháp thuộc nhóm này là các phơng pháp đợc ra đời trong quá trình pháttriển mạnh mẽ của hoá phân tích trong các thập kỷ gần đây Sự hoàn thiện vàphát triển các phơng pháp phân tích công cụ liên quan mật thiết với các thànhtựu mới của vật lý thực nghiệm và hoá lý, với sự ra đời và phát triển nhanhchóng của các công nghệ chế tạo các thiết bị ghi đo chính xác có độ nhạy cao,các máy tính điện tử, Các phơng pháp phân tích công cụ có thể đợc chiathành 3 nhóm chính sau:

 Đặc điểm của phơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử [3]

Phơng pháp quang phổ hấp thụ là phơng pháp hiện đại, độ chính xáccao, có thể xác định lợng vết các kim loại trong các hợp chất vô cơ và hữu cơvới các đối tợng khác nhau Ngời ta có thể định lợng hầu hết các kim loại vàmột số phi kim đến hàm lợng cỡ ppb, với sai số không quá 15%

Với phép đo phổ hấp thụ, nguyên tử có độ nhạy và độ chọn lọc cao Gần

60 nguyên tố hoá học có thể xác định đợc bằng phơng pháp này với độ nhạy

10-4 – 10-5%

Do phơng pháp có độ nhạy cao nên trong nhiều trờng hợp không phảilàm giàu nguyên tố cần xác định nên tốn ít mẫu, tốn ít thời gian và không cầnphải dùng nhiều hoá chất tinh khiết cao khi làm giàu nên tránh đợc sự nhiễmbẩn mẫu khi xử lý qua các giai đoạn phức tạp

Kết quả phân tích ổn định, sai số nhỏ Với các trang thiết bị hiện nay,ngời ta có thể xác định đồng thời hay liên tiếp nhiều nguyên tố trong cùng mộtmẫu

Vì những lý do trên chúng tôi chọn phơng pháp quang phổ hấp thụ để

nghiên cứu đề tài “Xác định hàm lợng kẽm trong nớc thải nhà máy giấy

Sông Lam (Hng Phú – H ng Nguyên – Nghệ An) bằng ph ơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử”

 Cơ sở của phơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử [3].

Nếu ta chiếu một chùm tia sáng có bớc sóng xác định vào đám hơinguyên tử thì các nguyên tử tự do sẽ hấp thụ các bức xạ có bớc sóng ứng đúngvới những tia bức mà nó có thể phát ra đợc trong quá trình phát xạ Phổ sinh ratrong quá trình này gọi là phổ hấp thụ nguyên tử

Nghiên cứu sự phụ thuộc cờng độ một vạch phổ hấp thụ của mộtnguyên tố vào nồng độ C của nguyên tố đó trong mẫu phân tích, ngời ta rút ra

đợc kết luận sau: trong một vùng nồng độ C nhỏ, mối quan hệ giữa cờng độvạch phổ hấp thụ và số nguyên tử của nguyên tố đó trong đám hơi tuân theo

định luật Lămbe – Beer:

Nếu cho chùm sáng có cờng độ I0 qua đám hơi có số nguyên tử tự do là

lg 0





Trong đó:

A: mật độ quang chính là độ tắt nguyên tử của chùm sáng cờng độ I0

sau khi qua môi trờng hấp thụ còn lại là It

b: bề dày của lớp hấp thụ, trong máy đo phổ hấp thụ nguyên tử thì đó làchiều dài của đèn nguyên tử hoá hay cuvet graphit nên b là không đổi

N: số nguyên tử trong môi trờng hấp thụ



K : hệ số hấp thụ nguyên tử tại vạch phổ có bức sóng  K đặc trngriêng cho từng vạch phổ hấp thụ và mỗi nguyên tố

Vì b const nên A = K.N

Giữa N là số nguyên tử trong môi trờng hấp thụ với nồng độ C củanguyên tố trong mẫu phân tích có mối quan hệ với nhau

Mối quan hệ này rất phức tạp, nó phụ thuộc vào các điều kiện nguyên tửhoá mẫu, thành phần vật lý, hoá học của nguyên tố ở trong mẫu Nhiều kếtquả thực nghiệm của nồng độ C, thì mối quan hệ giữa N và C đợc biểu diễntheo công thức

a= K.Ka đợc gọi là hệ số thực nghiệm, nó phụ thuộc vào tất cả các

điều kiện thực nghiệm để nguyên tử hoá mẫu Chính do thực tế này mà trongmột phép đo định lợng xác định một nguyên tố phải lu giữ cho các điều kiệnnguyên tử hoá mẫu ổn định và không đổi

I.1.5.3.2 Các phơng pháp xử lý mẫu trong phân tích vi lợng [1].

Xử lý mẫu là giai đoạn đầu tiên nhng rất quan trọng của quá trình phântích Mọi sai sót trong giai đoạn này đều là nguyên nhân tạo ra sai số cho kếtquả phân tích, có khi sai số rất lớn Vì thế mọi cách xử lý mẫu để phân tích,cùng với việc tuân thủ các điều kiện của QA/QC (Quanlity of Analysis/Quanlity of Control), còn phải đảm bảo đợc các yêu cầu cụ thể sau đây:

- Lấy đợc hoàn toàn, không làm mất chất phân tích

- Không làm nhiễm bẩn thêm chất phân tích vào mẫu do bất kỳ nguồn nào

- Kết quả xử lý phải phù hợp với phơng pháp phân tích đã chọn

- Dùng các hoá chất phải đảm bảo có độ sạch đúng yêu cầu, mục đíchphân tích và mức độ phân tích

- Không đa thêm các chất có ảnh hởng vào mẫu

- Có thể tách hay làm giàu đợc mẫu cần phân tích thì càng tốt

Xử lý mẫu phân tích là một quá trình phức tạp, có hoá học, hoá lý, hayvật lý và hoá học kết hợp, để chuyển các chất hay các nguyên tố hay các ioncần xác định có trong mẫu phân tích ban đầu, đa chúng về dạng tan trongdung môi thích hợp nh: nớc hay dung môi hữu cơ, để sau đó có thể xác định

đợc nó theo một phơng pháp phân tích thích hợp Tuy thế nhng việc xử lý mẫuphân tích là đợc thực hiện theo rất nhiều kỹ thuật có nguyên lý, bản chất, cơchế vật lý, hoá học có khi rất khác nhau, tuỳ theo loại mẫu và phân tích nhữngchất nào Ví dụ nh xử lý bằng axit, xử lý bằng kiềm, tro hoá khô, tro hoá ớt, Song tóm lại chúng ta có thể phân loại theo một số nguyên tắc, cơ chế dựatheo các cơ sở sau đây của Hoá học, hoá lý và vật lý trong quá trình xử lýmẫu

Chính vì thế trong các kỹ thuật xử lý mẫu, mỗi kỹ thuật chỉ thích hợpcho một số chất, hay nhóm chất nhất định, và mỗi kỹ thuật cũng có những u

điểm, những nhợc điểm riêng và phạm vi ứng dụng của nó Nghĩa là không thể

có một cách xử lý mẫu nào là phù hợp đợc cho mọi loại mẫu, mọi loại chấtphân tích Vì thế tuỳ theo yêu cầu cụ thể của công việc phân tích, mà ngời làmphân tích phải nghiên cứu xem xét và lựa chọn một kỹ thuật nào cho thích hợptrong cơ sở cuả mình và đảm bảo đợc kết quả phân tích đúng đắn, tin tởng.Tức là phải thực hiện QA/QC trong công việc xử lý mẫu và công việc phântích đã đặt ra

Trong khi xử lý hay phân huỷ mẫu, có thể có rất nhiều quá trình vật lý

và các phản ứng hoá học có thể xảy ra đồng thời, tuỳ thuộc vào mỗi loại chấtmẫu, thành phần của mẫu và các chất đợc cho vào dùng để thực hiện xử lýmẫu Nói chung, một cách tổng thể, có thể có các quá trình sau đây xảy ra:

- Sự phá vỡ mạng lới cấu trúc của chất mẫu ban đầu, giải phóng cácchất phân tích, đa chúng vào dung dịch dới dạng các muối tan của các ion

- Quá trình ôxy hoá khử làm thay đổi hoá trị, chuyển đổi dạng, làm tan

vỡ cấu trúc của các vật chất mẫu ban đầu, để giải phóng chất phân tích vềdạng hợp chất tan trong dung dịch

- Sự đốt cháy, phá huỷ các hợp chất hữu cơ và mùn tạo ra khí CO2, NOx,

SO2, nớc và giải phóng các kim loại trong chất hữu cơ ban đầu, đa chúng vềdạng các hợp chất hay muối có thể tan dễ trong axit

- Sự tạo ra các hợp chất phức bền, ít phân ly làm tan chất mẫu, tạo racác phức dạng tan của các chất phân tích trong dung dịch (dung môi) qua đó

mà hoà tan chất mẫu

- Tạo ra các hợp chất dễ bay hơi, làm mất đi anion trong phân tử chấtmẫu ban đầu, làm mẫu bị phân huỷ tạo ra các chất khác tan trong dung dịchaxit hay kiềm, hay trong nớc.

- Sự kết tinh, hay kết tủa chất phân tích dới dạng hợp chất khác, làmchất phân tích đợc tách ra khỏi chất mẫu ban đầu chuyển sang hợp chất mới

mà chúng ta lấy đợc chúng ra khỏi mẫu ban đầu

- Trong quá trình xử lý và phân huỷ mẫu, có thể có các phản ứng hoáhọc xảy ra, nh các phản ứng oxy hoá khử, phản ứng thuỷ phân, phản ứng tạophức, phản ứng hoà tan, phản ứng kết tủa, của các phần tử chất mẫu vớidung dịch axit phân huỷ mẫu, và các phần tử có trong mẫu với nhau

Trong thực tế, tuỳ thuộc vào thành phần và bản chất của mỗi loại mẫu,mỗi chất phân tích và phơng pháp hay hoá chất đợc dùng để xử lý mẫu cónhững quá trình nào sẽ xảy ra đối với loại mẫu đó khi xử lý Sau đây là một số

kỹ thuật xử lý mẫu trong phân tích hoá học:

 Kỹ thuật vô cơ hoá ớt [1,3].

Xử lý mẫu bằng axít mạnh đặc và có tính ôxy hoá: Dùng axít mạnh và

đặc (HCl, H2SO4), hay axít mạnh đặc có tính ôxy hoá mạnh (HNO3, HClO4),hay hỗn hợp 2 axít (HNO3, H2SO4), hay 3 axít (HNO3 + H2SO4 + HClO4), đểphân huỷ mẫu trong điều kiện đun nóng trong bình kendan hay trong ốngnghiệm Tuỳ từng loại mẫu và tuỳ từng loại dụng cụ, thiết bị phá mẫu mà lợngaxít và thời gian phá huỷ mẫu khác nhau từ vài giờ đến hàng vài chục giờ Nếutrong lò vi sóng hệ kín thì chỉ cần 50-60 phút Dới tác dụng của axít đặc vànhiệt độ, có các quá trình vật lý và hoá học sau đây xảy ra, ví dụ:

- Sự phá vỡ mạng lới cấu trúc của chất mẫu, giải phóng các chất phântích, đa chúng vào dung dịch dới dạng các muối tan

- Quá trình ôxy hoá khử làm thay đổi hoá trị, chuyển đổi dạng, làm tan

vỡ các vật chất mẫu, để giải phóng chất phân tích về dạng muối tan trongdung dịch

- Nếu xử lý mẫu hữu cơ phân tích kim loại, thì có sự đốt cháy, phá huỷcác hợp chất hữu cơ và mùn tạo ra khí CO2, nớc và giải phóng các kim loạitrong chất mẫu hữu cơ về dạng muối vô cơ tan trong dung dịch

- Tạo ra hợp chất dễ bay hơi, làm mất đi anion trong phân tử chất mẫu,làm mẫu bị phân huỷ tạo ra các hợp chất khác tan trong dung dịch

Nh vậy trong quá trình xử lý mẫu ở đây có thể có các phản ứng hoá họcxảy ra, nh phản ứng ôxy hoá khử, phản ứng thuỷ phân, phản ứng tạo phức,phản ứng hoà tan, phản ứng kết tủa, vv của các phần tử chất mẫu với các axítdùng để phân huỷ mẫu và các chất có trong mẫu với nhau.

Đối với mẫu là nớc thải thì quá trình xử lý xảy ra theo phản ứng sau

đây:

Chất mẫu + HNO3  CO2 + H2O + Men(NO3)m

Muối kim loại tan

 Kỹ thuật vô cơ hoá khô [1,3].

Nguyên tắc và quá trình xảy ra trong xử lý mẫu phân tích:

Kỹ thuật tro hoá khô là kỹ thuật nung để xử lý mẫu, song thực chất chỉ

là bớc đầu tiên của quá trình xử lý mẫu Vì sau khi nung, mẫu bã còn lại phải

đợc hoà tan (xử lý tiếp) bằng dung dịch muối, hay dung dịch axít phù hợp, thìmới chuyển đợc các chất phân tích vào dạng dung dịch, để sau đó xác định nótheo một phơng pháp đã chọn Quá trình nung xử lý mẫu có thể không thêmchất phụ gia, chất bảo vệ, hay có thêm các chất này vào mẫu, để trợ giúp choviệc nung xảy ra đợc tốt hơn, nhanh hơn và bảo vệ đợc chất phân tích không bịmất

Trong quá trình nung xử lý mẫu có thể có các quá trình vật lý, hoá họcsau đây xảy ra, tuỳ theo bản chất, thành phần của mỗi loại mẫu và chất phụgia thêm vào, ví dụ:

1 Làm bay hơi mất nớc hấp thụ và nớc kết tinh trong chất mẫu

2 Sự tro hoá, đốt cháy các chất mùn, các chất hữu cơ của mẫu

3 Phá vỡ cấu trúc ban đầu của chất mẫu, chuyển sang các chất đơn giản

4 Chuyển dạng các hợp chất phức tạp của chất mẫu về dạng đơn giản hơn

5 Quá trình oxy hoá khử thay đổi hoá trị của nguyên tố trong các chất mẫu

Sơ đồ chung phân tích kim loại(Phơng pháp vô cơ hoá ớt)

Sơ đồ xử lý mẫu phân tích kim loại(Phơng pháp vô cơ hoá khô)

Lấy mẫu

Xử lý phân huỷ vô cơ hoá ớt

Làm bay hơi axít d

Định mức (có thể thêm các chất phụ gia nếu cần thiết)

Có thể chiết làm giàu, tách nhóm tr ớc khi phân tích

Phân tích

Cân mẫu

Xử lý trong chén vô cơ hoá khô

Hoà tan tro bã trong axít (có thể thêm chất bảo vệ)

Làm bay hơi axít d

Có thể chiết làm giàu, tách nhóm tr ớc

Định mức