TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009 104 XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TỔNG ASEN TRONG MỘT SỐ NGUỒN NƯỚC BỀ MẶT Ở THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-VIS AN ANALYTICAL METHOD DEVELOPMENT FOR THE DETERMINATION OF TOTAL ARSENIC IN SOME SURFACE WATER SOURCES IN DANANG CITY WITH THE UV-VIS SPECTROPHOTOMETER ABSORBANCE MOLECULE METHOD Lê Thị Mùi Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Nước bề mặt là một hệ phức tạp bao gồm nhiều chất vô cơ và hữu cơ tồn tại ở nhiều trạng thái khác nhau, trong đó phải kể đến hàm lượng kim loại nặng độc hại đặc biệt là Arsen (As) - một chất kịch độc. Kết quả của việc xây dựng phương pháp phân tích hàm lượng As trong nước bề mặt bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS và áp dụng để xác định, đánh giá hàm lượng As trong một số nguồn nước mặt cho thấy As có mặt trong hầu hết các nguồn nước mặt (từ 0,0027mg/lít đến 0,0123mg/lít) trên địa bàn thuộc thành phố Đà Nẵng tuy nhiên mức độ an toàn vẫn nằm trong giới hạn cho phép của TCVN (0,05mg/lít). ABSTRACT Surface water is a complex system containing many organic and inorganic compounds in different forms. Great attention is being paid to heavy metals because of their toxicities. Especially, among them is Arsenic (As) – an extremely toxic metal. The protocol for total Arsenic determination in water by means of the UV-VIS spectroscopy method has been set up. The results of quantative analysis in some surface water sources in Danang city shows that Arsen can be found in all the water samples (from 0,0027mg/lit to 0,0123mg/lit) but the arsen content is below the permissible limit in accordance with the Vietnamese standard (0,05mg/lit). 1. Đặt vấn đề Nước bề mặt đóng vai trò hết sức quan trọng đối với sự phát triển kinh tế và xã hội của con người, chủ yếu tập trung ở các ao, hồ, đầm Hiện nay trên địa bàn thành phố Đà Nẵng có khoảng 30 hồ, đầm thực hiện các chức năng chính là điều tiết nước, điều hòa vi khí hậu, tạo cảnh quan đẹp và xử lý nước thải đô thị. Vì vậy sự nhiễm bẩn bởi các chất độc hại và kim loại nặng trong nước bề mặt là điều không thể tránh khỏi . Đặc biệt As là chất kịch độc, có thể gây chết người khi bị nhiễm độc cấp tính và khi bị nhiễm độc mãn tính có thể gây ra 19 loại bệnh khác nhau, trong đó có các bệnh nan y như ung thư da, phổi Bệnh nhiễm độc mãn tính asen là một tai họa môi trường đối với sức khỏe con người [1,3,5.6]. Vì vậy phân tích đánh giá hàm lượng As trong các nguồn nước là việc làm cấp bách và là vấn đề quan tâm hàng đầu của các nhà khoa học. Trong đề tài này chúng tôi trình bày quy trình xây dựng phương pháp phân tích hàm lượng As trong nước bề mặt bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS. Trên cơ sở TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009 105 phương pháp đã xây dựng áp dụng để phân tích As trong một số nguồn nước mặt trên địa bàn thuộc thành phố Đà Nẵng . 2. Vật liệu và phương pháp thực nghiệm 2.1. Thiết bị, dụng cụ, hóa chất. 2.1.1. Thiết bị, dụng cụ: - Máy quang phổ hấp thụ phân tử UV -VIS Jasca V-530 của Nhật Bản với cuvét thạch anh - Bộ cất As. Pipét chia độ đến 0,02ml; 0,1ml, bình định mức các loại 2.1.2. Hóa chất. Các hóa chất thuộc lo ại tinh khiết hóa học của Cộng hòa Pháp, Cộng hòa Đức: Dung dịch gốc asen 1000ppm, H 2 O 2 30%. Muối: Natri Dietylditiocacbamat (Na-DDC), AgNO 3 , KI, Pb(CH 3 COO) 2 , Na 2 S, SbCl 3 . Axit: HCl đặc, HNO 3 đặc, H 2 SO 4 2.2. Lấy mẫu và xử lý mẫu: đặc. Thiếc hạt, kẽm hạt. Nước cất hai lần. Mẫu nước bề mặt được lấy ở các ao, hồ, đầm trên địa bàn thành phố Đà Nẵng theo quy trình của TCVN trong tháng 5 và tháng 6/2009. Mẫu nước đựng trong chai nhựa polyetylen và được xử lý sơ bộ bằng HNO 3 2.3. Phương pháp phân tích hóa học. đặc. Để phân tích hàm lượng As trong nước bề mặt, chúng tôi sử dụng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS. 3. Kết quả và thảo luận Các phương pháp xác định As rất đa dạng, tuy nhiên để phù hợp với điều kiện của phòng thí nghiệm hiện nay, chúng tôi chọn phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS với thuốc thử bạc dietylditiocacbamat (AgDDC) trong cloroform. Nguyên tắc của phương pháp này là toàn bộ lượng asen có trong mẫu sẽ chuyển về asenat bằng dung dịch KI hoặc NaI, sau đó dưới tác dụng của dòng hiđro mới sinh do phản ứng của Zn với axit HCl asenat bị khử thành asin (AsH 3 3.1. Lập dựng phương pháp phân tích. ). Khí asin tạo thành đi qua ống hấp thụ chứa bạc dietylditiocacbamat trong dung dịch piridin (hoặc cloroform) tạo thành một phức chất màu đỏ. Để xây dựng phương pháp phân tích hàm lượng As trong nước chúng tôi đã tiến hành khảo sát một số điều kiện tối ưu như chọn thể tích dung dịch hấp thụ AgDDC trong cloroform, chọn thời gian phản ứng tạo phức màu, sự thay đổi cường độ màu của phức theo thời gian,ảnh hưởng của sự có mặt các chất khác đến sự xác định As như S 2- , Sb 3+ Để khảo sát thể tích dung dịch hấp thụ tối ưu, chúng tôi chọn các thể tích là 4, 5, 6, 7, 8 ml, kết quả cho thấy khi thể tích dung dịch hấp thụ là 6 ml thì mật độ quang của và đưa ra phương pháp loại trừ. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009 106 phức màu là lớn nhất. Qua việc tham khảo tài liệu [2,4,7] cho thấy cường độ màu của phức AsDDC giảm dần theo thời gian, do đó chúng tôi tiến hành khảo sát tìm thời gian phản ứng tối ưu mà ở đó mật độ quang là lớn nhất. Thời gian phản ứng khảo sát lần lượt là 20 phút, 25 ph, 30 ph, 40 ph, 50 ph và 60 ph. Kết quả khảo sát cho thấy sau 30 phút khí asin đã được hấp thụ hoàn toàn bởi dung dịch hấp thụ và mật độ quang đạt giá trị cao nhất. Cường độ màu của phức AsDDC giảm dần theo thời gian nên chúng tôi đã khảo sát sự thay đổi mật độ quang theo thời gian và kết quả cho thấy dung dịch có độ bền màu trong khoảng 5 phút. Phản ứng giữa AsH 3 với AgDDC bị cản trở bởi H 2 S và SbH 3 . H 2 S phản ứng với thuốc thử tạo thành hợp chất có màu tương tự, SbH 3 cũng có khả năng phản ứng tương tự như AsH 3 tạo hợp chất màu hồng nhạt. Do vậy chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của sự có mặt S 2- và Sb 3+ đến quá trình xác định asen và kết quả cho thấy S 2- ảnh hưởng mạnh đến mật độ quang của dung dịch. Để loại trừ H 2 S chúng tôi dùng bông thủy tinh tẩm Pb(CH 3 COO) 2 rồi sấy khô. Còn SbH 3 chỉ tạo màu hồng nhạt khi hàm lượng của Sb 3+ cao hơn 0.1mg/l mà trong nước thường thì nồng độ Sb 3+ Như vậy qua kết quả khảo sát chúng tôi đã chọn được điều kiện tối ưu cho quá trình phân tích hàm lượng As như sau: chỉ ở lượng vết nên không cần phải loại trừ. Thể tích dd hấp thụ Thời gian tạo phức Thời gian ổn định màu Loại trừ S 6ml 2- 30 phút 5 phút Pb(CH 3 COO) Dựa trên các điều kiện tối ưu đã chọn chúng tôi xác định giới hạn nồng độ phát hiện As 2 3+ là 0,002mg/l tức 10 -4 Trên cơ sở các điều kiện tối ưu đã chọn, chúng tôi tiến hành xác định hiệu suất thu hồi và sai số thống kê của phương pháp trên 2 mẫu giả qua năm lần thí nghiệm. Kết quả phân tích cho thấy hiệu suất thu hồi của phương pháp đạt 90.53%, sai số nhỏ, độ chính xác cao và hệ số biến động nhỏ, chứng tỏ độ lặp lại tốt (bảng 3.1) mg asen và khoảng nồng độ tuyến tính của asen là 0.001-0.015mg. Bảng 3.1. Một số giá trị đánh giá sai số thống kê của phương pháp Các đại lượng đặc trưng As 3+ As 0,08 ppm 3+ 0,12 ppm Phương sai S 3,48.10 2 8,48.10 -7 -7 Độ lệch chuẩn S 5,89.10 9,21.10 -4 -4 Hệ số biến động C v 0,81 (%) 0,85 Độ sai chuẩn S 2,63. 10 x 4,12. 10 -4 -4 Biên giới tin cậy ε ± 7,32.10 -4 ± 1,15.10 -3 Sai số tương đối ∆ % ± 1,01 ± 1,06 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009 107 Dựa trên kết quả đã khảo sát ở trên, chúng tôi đã xây dựng quy trình phân tích hàm lượng As trong nước bề mặt, sơ đồ được trình bày trên hình 3.1. 3.2. Kết quả phân tích mẫu nước thực tế Áp dụng quy trình đã được xây dựng ở trên, chúng tôi tiến hành xác định hàm lượng asen trong một số mẫu nước bề mặt thuộc địa bàn Thành phố Đà Nẵng trong tháng 5 và tháng 6. Kết quả phân tích được thể hiện trong bảng 3.2 và 3.3. Bảng 3.2. Nồng độ asen trung bình trong một số mẫu nước thuộc địa bàn Thành phố Đà Nẵng trong tháng 5. Ngày lấy mẫu Địa điểm lấy mẫu Nồng độ asen (mg/l) 02/05/2009 Phía Bắc Hồ Bàu Tràm 0.00426 02/05/2009 Phía Nam Hồ Bàu Tràm 0,00702 Thêm: - 5ml HNO 3 đặc - 2ml H 2 SO 4 đặc - 0,5ml H 2 O 2 3% Cô cạn đến bốc khói trắng Cô trên bếp cách cát Lấy 250ml mẫu nước đã xử lý sơ bộ Còn lại khoảng 50ml Cặn khô Dung dịch phân tích - Để nguội - Hòa tan bằng nước cất 2 lần - Định mức lên 50ml Chuyển vào bình phản ứng. Thêm vào 10ml HCl đ , 6ml KI 15%, 1ml SnCl 2 . Để yên 15’ Dung dịch phản ứng Thêm 5g Zn hạt. Để phản ứng xảy ra trong 30’ Đo mật độ quang phức màu Hình 3.1. Quy trình phân tích mẫu nước bề mặt TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009 108 02/05/2009 Hồ Điều Tiết (P. Thanh Khê Tây) Không phát hiện 05/05/2009 Hồ Thạc Gián – Vĩnh Trung 0,00685 05/05/2009 Hồ Công Viên 29/3 0,00325 07/05/2009 Hồ Đầm Rong (lấy mẫu giữa hồ phía bên phải đê ngăn dòng) 0,00916 07/05/2009 Hồ Đầm Rong (lấy mẫu giữa hồ phía bên trái đê ngăn dòng) 0,00856 07/05/2009 Hồ Xuân Hà A 0.00650 09/05/2009 Hồ Đò Xu 0.00270 TCVN 5942- 1995 0,05 Bảng 3.3. Nồng độ asen trung bình trong một số mẫu nước thuộc địa bàn Thành phố Đà Nẵng trong tháng 6. Ngày lấy mẫu Địa điểm lấy mẫu Nồng độ asen (mg/l) 20/06/2009 Phía Bắc Hồ Bàu Tràm 0.00457 20/06/2009 Phía Nam Hồ Bàu Tràm 0,00744 20/06/2009 Hồ Điều Tiết (P. Thanh Khê Tây) Không phát hiện 22/06/2009 Hồ Thạc Gián – Vĩnh Trung 0,00705 22/06/2009 Hồ Công Viên 29/3 0,00402 24/06/2009 Hồ Đầm Rong (lấy mẫu giữa hồ phía bên phải đê ngăn dòng) 0,00975 24/06/2009 Hồ Đầm Rong (lấy mẫu giữa hồ phía bên trái đê ngăn dòng) 0,01230 25/06/2009 Hồ Xuân Hà A 0.00820 25/06/2009 Hồ Đò Xu 0.00380 TCVN 5942- 1995 0,05 Kết quả phân tích mẫu nước, cho thấy: Asen có mặt trong hầu hết các nguồn nước mặt trên địa bàn Thành phố Đà nẵng. Tuy nhiên mức độ an toàn vẫn nằm trong giới hạn cho phép của TCVN. Hồ Đầm Rong có hàm lượng asen khá cao nguyên nhân do ngoài chức năng điều tiết mưa, điều hòa khí hậu hồ còn tiếp nhận nước thải sinh hoạt của khu vực dân cư trên một lưu vực rộng 205 hecta. Hồ Điều Tiết Phường Thanh Khê Tây không phát hiện được sự có mặt của asen. Hồ này chức năng chính là điều tiết mưa, góp phần tạo cảnh quan và điều hòa khí hậu cho khu vực dân cư xung quanh. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009 109 4. Kết luận Kết quả nghiên cứu quá trình xây dựng phương pháp phân tích hàm lượng As trong nước bề mặt cho phép đưa ra những kết luận sau: 1. Khảo sát được các điều kiện tối ưu cho quy trình phân tích tổng hàm lượng asen trong nước: thể tích dung dịch hấp thụ (AgDDC trong CHCl 3 2. Xác định được yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xác định asen là S ) là 6ml, thời gian phản ứng là 30 phút, cường độ màu của phức bền trong 5 phút. 2- và đưa ra phương pháp loại trừ bằng Pb(CH 3 COO) 2 3. Xác định được giới hạn phát hiện nồng độ asen bằng phương pháp trắc quang phân tử UV-VIS là 0.002 mg/l và khoảng nồng độ tuyến tính của As khi xác định bằng thuốc thử AgDDC là 0.001-0.015 mg. Đánh giá sai số thống kê cho quy trình phân tích cho thấy được mức độ chính xác của phương pháp. . 4. Nghiên cứu xây dựng thành công quy trình phân tích asen trong nước bằng thuốc thử AgDDC trong CHCl 5. Áp dụng quy trình đã xây dựng phân tích một số mẫu nước trong các hồ, bàu lớn thuộc địa bàn Thành phố Đà Nẵng để đánh giá mức độ ô nhiễm nước bởi asen. Kết quả cho thấy hàm lượng asen trong các mẫu nước đều nằm trong giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn môi trường của Việt Nam. 3. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Huy Bá, Độc học môi trường, NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh (2000). [2] Bộ Y tế, Thường quy kỹ thuật định lượng asen trong thực phẩm, Ban hành theo quy định số 2129/ QĐ - BYT ngày 04/06/2002 của Bộ trưởng bộ y tế (2002). [3] Trần Hồng Côn, Đồng Kim Loan, Chu Thị Thu Hiền, Kim loại nặng trong môi trường nước. Một số kết quả phân tích và đánh giá tại khu vực Hà Nội, Hội nghị khoa học phân tích hóa lý và sinh học Việt Nam lần thứ nhất (2000). [4] Từ Vọng Nghi, Huỳnh Văn Trung, Trần Tứ Hiếu, Phân tích nước, NXB Khoa học và kĩ thuật Hà Nội (1986). [5] http://vietnamnet.vn/khoahoc/trongnuoc/2006/09/615483 [6] http://www.toquoc.gov.vn/Thongtin/O-Nhiem-Asen-Da-Co-Thuoc-Dac-Tri- 88306e7a9698481a83414fca68f432c7.html [7] Arnold E. Greenberg, R. Rhodes, Lenore S.Clescerl, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 16 th Edition (1995). . CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009 104 XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TỔNG ASEN TRONG MỘT SỐ NGUỒN NƯỚC BỀ MẶT Ở THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ. bề mặt bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS. Trên cơ sở TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009 105 phương pháp đã xây dựng áp dụng để phân tích As trong. Arsen (As) - một chất kịch độc. Kết quả của việc xây dựng phương pháp phân tích hàm lượng As trong nước bề mặt bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS và áp dụng để xác định, đánh giá