Luận văn Sử dụng phương pháp cộng kết và kỹ thuật quang phổ hấp thụ nguyên tử để tách, làm giàu Cadimi góp phần xác định Cadimi trong đối tượng môi trường

Nội dung tài liệu: Luận văn Sử dụng phương pháp cộng kết và kỹ thuật quang phổ hấp thụ nguyên tử để tách, làm giàu Cadimi góp phần xác định Cadimi trong đối tượng môi trường

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Chu Thị Thu SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP CỘNG KẾT VÀ KỸ THUẬT QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ ĐỂ TÁCH, LÀM GIÀU CADIMI GÓP PHẦN XÁC ĐỊNH CADIMI TRONG ĐỐI TƢỢNG MÔI TRƢỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI - 2014
2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Chu Thị Thu SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP CỘNG KẾT VÀ KỸ THUẬT QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ ĐỂ TÁCH, LÀM GIÀU CADIMI GÓP PHẦN XÁC ĐỊNH CADIMI TRONG ĐỐI TƢỢNG MÔI TRƢỜNG Chuyên ngành: Hoá vô cơ Mã số: 60440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS LÊ NHƢ THANH HÀ NỘI - 2014
3. Lời cảm ơn Bằng tấm lòng trân trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS. LÊ NHƯ THANH đã giao đề tài, hướng dẫn em tận tình, chu đáo đầy tâm huyết trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo bộ môn Hoá vô cơ, cùng các thầy, cô giáo khoa Hoá học Trường ĐHKHTN- ĐHQGHN đã tận tình giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn này. Dù đã có nhiều cố gắng, song do năng lực còn hạn chế nên trong luận văn của em chắc chắn không thể tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn để luận văn này được hoàn chỉnh hơn. Hà nội ngày 14 tháng 11 năm 2014 Học viên: Chu Thị Thu
4. MỤC LỤC TRANG MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................. 2 1.1. Tài nguyên nước ở Việt Nam ...................................................................... 2 1.2. Sự ô nhiễm nguồn nước ............................................................................... 2 1.3. Giới thiệu chung về Cadimi ....................................................................... 2 1.3.1. Tính chất lý, hóa của Cadimi ....................................................... 3 1.3.2. Các hợp chất chính của Cadimi ..................................................... 4 1.3.3. Vai trò,ứng dụng của cadimi ........................................................ 5 1.3.4. Độc tính của Cd .......................................................................... 6 1.3.5. Các nguồn gây ô nhiễm cadimi .................................................... 8 1.4. Các phương pháp xác định Cadimi ......................................................... 11 1.4.1. Các phương pháp hoá học . ......................................................... 11 1.4.2. Các phương pháp phân tích công cụ ........................................... 12 1.5. Một số phương pháp tách và làm giàu lượng vết ion kim loại nặng ..... 18 1.5.1. Phương pháp chiết lỏng- lỏng ..................................................... 18 1.5.2. Phương pháp chiết pha rắn (SPE) ............................................... 19 1.5.3. Phương pháp tách và làm giàu bằng điện hoá ............................. 20 1.5.4. Phương pháp cộng kết ................................................................ 19 CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............... 22 2.1. Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu ............................................................ 22 2.1.1. Đối tượng và mục tiêu ................................................................ 22 2.1.2. Phương pháp ứng dụng để nghiên cứu ........................................ 22 2.1.3. Các nội dung nghiên cứu ............................................................ 22 2.2. Dụng cụ và máy móc ............................................................................... 23 2.3. Hóa chất sử dụng. ..................................................................................... 24 2.4. Giới thiệu phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (F-AAS) ..................... 26 2.4.1. Nguyên tắc của phương pháp ...................................................... 24
5. 2.4.2. Hệ trang bị của phép đo .............................................................. 25 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN ...................... 27 3.1. Khảo sát các điều kiện tối ưu của phép đo phổ F-AAS ......................... 27 3.1.1. Khảo sát các điều kiện đo phổ: ................................................... 27 3.1.2. Khảo sát các điều kiện nguyên tử hóa mẫu. ................................ 28 3.1.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng khác ........................................... 30 3.1.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ axit và loại axit trong dung dịch mẫu ...... 30 3.1.3.2. Ảnh hưởng của nền muối ..................................................... 31 3.1.4.Phương pháp đường chuẩn đối với phép đo F – AAS ................... 33 3.1.4.1. Khảo sát xác định khoảng tuyến tính ................................... 33 3.1.4.2. Xây dựng đường chuẩn cadimi ............................................ 34 3.2. Khảo sát các điều kiện tách,làm giàu cadimi bằng thuốc thử Ni-DDTC .......................................................................................................................... 35 3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH ........................................................ 36 3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của thể tích thuốc thử DDTC 2% ................ 37 3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng thể tích Niken đồng kết tủa ......................... 38 3.2.4. Khảo sát khả năng hòa tan kết tủa ............................................... 39 3.2.5. Ảnh hưởng của một số ion kim loại đến hiệu suất thu hồi của Cd 2+ ............................................................................................................. 41 3.2.6. Ảnh hưởng của một số anion đến hiệu suất thu hồi của Cd 2+ ..... 47 3.3. Phân tích mẫu giả ..................................................................................... 48 3.4. Phân tích mẫu thực ................................................................................... 50 KẾT LUẬN ..................................................................................................... 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO. ............................................................................ 58 PHỤ LỤC ....................................................................................................... 61
6. DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1: Một số hằng số vật lí quan trọng của cadimi ..3 Bảng 3.1: Độ nhạy ứng với bước song của Cd ....27 Bảng 3.2: Ảnh hưởng chiều cao đèn NTH (HCL) đến phép đo phổ F-AAS.... ....29 Bảng 3.3: Ảnh hưởng của tốc độ khí cháy đến phép đo phổ F-AAS........... . ........30 Bảng 3.4: Ảnh hưởng của một số loại axit đến tín hiệu phổ F-AAS ...31 Bảng 3.5: Ảnh hưởng của nền CH3COONa đến tín hiệu phổ F-AAS ...32 Bảng 3.6: Ảnh hưởng của nền CH3COONH4 đến tín hiệu phổ F-AAS 32 Bảng 3.7: Tổng kết các điều kiện đo phổ xác định cadimi ...33 Bảng 3.8: Khoảng tuyến tính cadimi .34 Bảng 3.9: Ảnh hưởng của pH tới hiệu suất thu hồi cadimi .. .....36 Bảng 3.10 : Ảnh hưởng của thể tích thuốc thử DDTC 2% ....... 37 Bảng 3.11 : Ảnh hưởng của thể tích Niken ...... .......................38 Bảng 3.12: Ảnh hưởng của nồng đô HNO3 trong dung môi hòa tan kết tủa . ...40 Bảng 3.13: Ảnh hưởng của thể tích dung dịch axit đến hiệu suất thu hồi Cd . .40 Bảng 3.14:Ảnh hưởng của kim loại kiềm, kiềm thổ tới hiệu suất thu hồi cadimi41 Bảng 3.15: Ảnh hưởng của Zn2+ tới hiệu suất thu hồi cadim ........ .42 Bảng 3.16: Ảnh hưởng của Mn2+ tới hiệu suất thu hồi cadimi 43 Bảng 3.17: Ảnh hưởng của Cu2+ tới hiệu suất thu hồi cadimi ....... .43 Bảng 3.18: Ảnh hưởng của Co2+ tới hiệu suất thu hồi cadimi . ..44 Bảng 3.19: Ảnh hưởng của Fe3+ tới hiệu suất thu hồi cadimi ..45 Bảng 3.20: Ảnh hưởng của Cr3+ tới hiệu suất thu hồi cadimi ...46 Bảng 3.21: Ảnh hưởng của ion Cl- tới hiệu suất thu hồi cadimi ..48 3- Bảng 3.22: Ảnh hưởng của PO4 tới hiệu suất thu hồi cadimi .48 Bảng 3.23: Nồng độ các cation kim loại trong mẫu giả ..................................... 49 Bảng 3.24: Hiệu suất thu hồi mẫu giả ............................................................... 49 Bảng 3.25: Các địa điểm lấy mẫu nước tại Hà Nội ............................................... 51 Bảng 3.26: Kết quả xác định hàm lượng cadimi trong mẫu phân tích ................. 52
7. DANH MỤC HÌNH Trang Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo máy quang phổ hấp thụ nguyên tử ................................ 26 Hình 3.1: Đường chuẩn của Cd ........................................................................ 36 Hình 3.2: Ảnh hưởng của pH tới hiệu suất thu hồi Cd ....................................... 37 Hình 3.3: Ảnh hưởng của thể tích thuốc thử DDTC 2% đến hiệu suất thu hồi Cd ......................................................................................................................... 37 Hình 3.4: Ảnh hưởng của thể tích Ni tới hiệu suất thu hồi Cd ........................... 38 Hình 3.5: Ảnh hưởng của Zn2+ đến hiệu suất thu hồi của Cd ............................. 42 Hình 3.6: Ảnh hưởng của Mn2+ đến hiệu suất thu hồi của Cd ........................... 43 Hình 3.7: Ảnh hưởng của Cu2+ đến hiệu suất thu hồi của Cd ........................... 44 Hình 3.8: Ảnh hưởng của Co2+ đến hiệu suất thu hồi của Cd ........................... 45 Hình 3.9: Ảnh hưởng của Fe3+ đến hiệu suất thu hồi của Cd ............................. 46 Hình 3.10: Ảnh hưởng của Cr3+ đến hiệu suất thu hồi của Cd .......................... 47 Hình 3.11: Đồ thị biểu diễn kết quả phân tích Cd có trong mẫu nước sông ....... 52 Hình 3.12: Đồ thị biểu diễn kết quả phân tích Cd có trong mẫu nước hồ .......... 53
8. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Abs Absorbance Độ hấp thụ AAS Atomic Absorption Phép đo quang phổ hấp Spectrometry thụ nguyên tử DDTC Diethyldithiocacbomatate diethyldithiocacbomat SPE Solid Phase Extraction Chiết pha rắn F- AAS Flame-Atomic Absorption Phép đo quang phổ hấp Spectrometry thụ nguyên tử ngọn lửa GF-AAS Graphite furnace Atomic Quang Phổ hấp thụ Absorption spectromety nguyên tử lò đốt Graphit HCL Hollow Cathod Lamps Đèn catôt rỗng Ppm Part per million Một phần triệu
9. MỞ ĐẦU Ngày nay, người ta đã khẳng định được rằng nhiều nguyên tố kim loại có vai trò cực kỳ quan trọng đối với cơ thể sống và con người. Tuy nhiên nếu hàm lượng lớn chúng sẽ gây độc hại cho cơ thể. Sự thiếu hụt hay mất cân bằng của nhiều kim loại vi lượng trong các bộ phận của cơ thể như gan, tóc, máu, huyết thanh ... là những nguyên nhân hay dấu hiệu của bệnh tật, ốm đau hay suy dinh dưỡng và có thể gây tử vong. Thậm chí, đối với một số kim loại người ta mới chỉ biết đến tác động độc hại của chúng đến cơ thể. Kim loại nặng có thể xâm nhập vào cơ thể con người chủ yếu thông qua đường tiêu hóa và hô hấp. Tuy nhiên, cùng với mức độ phát triển của công nghiệp và sự đô thị hoá, hiện nay môi trường sống của chúng ta bị ô nhiễm trầm trọng. Các nguồn thải kim loại nặng 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 đó việc nghiên cứu và phân tích các kim loại nặng trong môi trường sống, trong thực phẩm và tác động của chúng tới cơ thể con người nhằm đề ra các biện pháp tối ưu bảo vệ và chăm sóc sức khoẻ cộng đồng là một việc vô cùng cần thiết. Trong đó phải kể đến nguồn nước, là yếu tố không thể thiếu cho sự sống, ở đâu có nước ở đó có sự sống. Tuy nhiên nhiều nơi, các nguồn nước bề mặt, thậm chí cả nguồn nước ngầm đã bị ô nhiễm nghiêm trọng, gây ảnh hưởng xấu tới chất lượng của nước, ảnh hưởng đến sức khỏe của con người và động vật, làm giảm năng suất và chất lượng cây trồng. Một trong những chất có tác dụng gây ô nhiễm là các kim loại nặng trong đó có cadimi. Hàm lượng cadimi trong nước là rất nhỏ để phân tích được thì trước hết cần phải làm giàu. Vì vậy, mục đích chính của đề tài này là “Sử dụng phương pháp cộng kết và kỹ thuật quang phổ hấp thụ nguyên tử để tách, làm giàu cadimi góp phần xác định cadimi trong đối tượng môi trường’’. 1
10. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Tài nguyên nƣớc ở Việt Nam Việt Nam là nước nhiệt đới gió mùa nên có tài nguyên nước dồi dào so với các nước trên thế giới, lượng mưa trung bình tương đối cao, khoảng 2000 mm/năm gấp 2,6 lần lượng mưa trung bình của các vùng lục địa trên Thế giới. Hàng năm, lãnh thổ Việt Nam nhận thêm lưu lượng nước từ nam Trung Quốc và Lào với số lượng khoảng 550 km3. Dòng chảy trung bình Việt Nam gấp 3 lần dòng chảy trung bình trên Thế giới . Nguồn tài nguyên nước của Việt Nam tương đối phong phú, nhưng phân bổ không đều và trải rộng rất phức tạp theo thời gian, nhất là các mạch nước ngầm. Từ lâu, các mạch nước ngầm đã được khai thác bằng các phương pháp khác nhau. Theo đánh giá của tác giả tổng trữ lượng nước mạch thiên nhiên trên toàn lãnh thổ khoảng xấp xỉ 15% tổng trữ lượng nước mặt. 1.2. Sự ô nhiễm nguồn nƣớc [13] Sự ô nhiễm môi trường nước là sự thay đổi thành phần và tính chất của nước gây ảnh hưởng tới hoạt động sống bình thường của con người, sinh vật, đến sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, thuỷ sản. Nguồn gốc gây ô nhiễm nguồn nước là do tự nhiên và nhân tạo: - Sự ô nhiễm có nguồn gốc tự nhiên là do mưa, tuyết tan, lũ lụt, gió bão, hoặc do các sản phẩm hoạt động sống của sinh vật, kể cả xác chết của chúng. - Sự ô nhiễm nhân tạo chủ yếu do nguồn nước thải từ các vùng dân cư, khu công nghiệp, hoạt động giao thông vận tải, do sử dụng thuốc trừ sâu, diệt cỏ và phân bón trong nông nghiệp. 1.3. Giới thiệu chung về cadimi Trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học, nguyên tố cadimi (Cd) nằm ở ô số 48, thuộc nhóm IIB, chu kỳ V. Nguyên tử Cd có các obitan d đã điền đủ 10 electron. Cấu hình electron của cadimi (Z=48): [Kr]4d 10 5s 2 . 2