i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HOÀNG MẠNH HÙNG XÁC ĐỊNH ASEN TRONG NƢỚC GIẾNG KHOAN TẠI KHU VỰC THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN BẰNG PHƢƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ KHÔNG NGỌN LỬA GF – AAS VÀ SƠ BỘ XỬ LÝ ASEN LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÁ HỌC Thái Nguyên - năm 2011 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ii ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HOÀNG MẠNH HÙNG XÁC ĐỊNH ASEN TRONG NƢỚC GIẾNG KHOAN TẠI KHU VỰC THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN BẰNG PHƢƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ KHÔNG NGỌN LỬA GF – AAS VÀ SƠ BỘ XỬ LÝ ASEN CHUYÊN NGÀNH: HOÁ PHÂN TÍCH MÃ SỐ: 60.44.29 LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÁ HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS - TS NGUYỄN VĂN RI Thái Nguyên - 2011 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iii LỜI CẢM ƠN Lời em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Văn Ri - người giao đề tài, tận tình hướng dẫn tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình thực luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo anh chị phòng thí nghiệm phân tích – Khoa Hoá – ĐHKHTN ĐHQG Hà Nội , Trung tâm Y tế dự phòng Thành phố Thái Nguyên, phòng thí nghiệm Khoa Hoá – ĐHKH ĐH Thái Nguyên tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành luận văn Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy cô giảng dạy truyền thụ cho em kiến thức quí báu suốt năm qua Cuối em xin cảm ơn gia đình, đồng nghiệp, bạn bè - người động viên, quan tâm giúp đỡ tạo điều kiện cho em hoàn thành luận văn Học viên Hoàng Mạnh Hùng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iv BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT AAS Atomic absorption spectrophotometry CV Coefficient variation EDTA Ethylene diamine tetra acetic acid ETA-AAS Electro-thermal atomiation atomic absorption spectrophotometry GF – AAS Graphite Furnace Atomic Absorption F-AAS Flame atomic absorption spectrophotometry H (%) Hiệu suất thu hồi LOD Limit of detection LOQ Limit of quantity ppm parts per milion RSD Relative standard deviation SD Standard deviation SPE Solid phase extraction UV – VIS Ultra violet visble HCL Hollow Cathode Lamp AsIII Asenit AsV Asenat DMAV Dimethylarsonic acid (CH3)2AsO(OH) ER Relative Error Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn v MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU i PHẦN TỔNG QUAN 1.1 Khái quát chung Asen 1.1.1 Giới thiệu chung 1.1.2 Tính chất vật lý hóa học asen 1.1.3 Tình hình ô nhiễm asen giới Việt Nam 1.1.4 Cơ chế gây độc chu trình asen môi trường 1.2 Phƣơng pháp xác định asen 12 1.2.1 Phương pháp trắc quang 13 1.2.2 Phương pháp kích hoạt notron [13] 15 1.2.3 Phương pháp điện hoá 15 1.2.4 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử 16 1.3 Một số phƣơng pháp xử lý Asen nƣớc ngầm [60] 18 1.3.1 Tạo kết tủa 18 1.3.2 Keo tụ 18 1.3.3 Lắng 18 1.3.4 Hấp phụ 18 1.3.5 Lọc 19 1.3.6 Oxi hóa 19 1.3.7 Lọc màng 19 1.3.8 Oxi hóa loại Asen lượng mặt trời (SORAS) 19 1.3.9 Chưng cất lượng mặt trời 20 PHẦN ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 2.1 Đối tƣợng mục đích nghiên cứu 22 2.2 Giới thiệu phƣơng pháp phổ hấp thụ GF-AAS 23 2.2.1 Nguyên tắc phương pháp AAS [14,15,18] 23 2.2.2 Hệ trang bị phép đo AAS [18,21] 24 2.2.3 Trang bị, dụng cụ hóa chất phục vụ nghiên cứu 26 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vi 2.3 Giới thiệu phƣơng pháp hấp phụ 27 2.3.1 Phân loại 29 2.3.2 Cân hấp phụ dung lượng hấp phụ 29 2.3.3 Các phương trình hấp phụ đẳng nhiệt [59] 30 PHẦN KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 33 3.1 Nghiên cứu điều kiện thực nghiệm đo phổ 33 3.1.1 Chọn bước sóng đo 33 3.1.2 Khảo sát chọn cường độ đèn catốt rỗng 33 3.1.3 Khảo sát chọn độ rộng khe đo 34 3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng chất cải biến hoá học 35 3.1.5 Các điều kiện khác 42 3.2 Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến phép đo 42 3.2.1 ảnh hưởng loại axit nồng độ axit 42 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng cation anion 43 3.3 Phƣơng pháp đƣờng chuẩn phép đo GF-AAS 44 3.3.1 Khảo sát xác định khoảng tuyến tính 44 3.3.2 Xây dựng đường chuẩn, giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng 45 3.4 Xây dựng quy trình phân tích mẫu thực 49 3.4.1 Lấy mẫu bảo quản mẫu 49 3.4.2 Quy trình xử lý mẫu 50 3.4.3 Đánh giá hiệu suất thu hồi quy trình phân tích 51 3.4.4 Kết phân tích mẫu thực 53 3.5 Sơ vế sử lí asen vật liệu xốp hấp phụ xỉ nung vôi sắt III 55 3.5.1 Sơ đồ điều chế 55 3.5.2 Khảo sát pH cuối trình điều chế vật liệu 55 3.5.3 Quy trình điều chế vật liệu 56 3.5.4 Khảo sát hấp phụ tĩnh vật liệu 57 KẾT LUẬN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI MỞ ĐẦU Trong đời sống, nước đóng vai trò quan trọng Hiện nước sinh hoạt trở thành vấn đề xúc không Việt Nam mà toàn giới Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu phát có mặt kim loại nặng nước Trong kim loại nặng, asen nguyên tố gây tác hại lớn Nó tác động lên hệ thống enzyme thể gây rối loạn trình sinh hoá thể sống Nhiễm độc asen nguyên nhân gây ung thư da, ung thư phổi bàng quang [7,8] Nhiễm độc asen nước giếng khoan trở thành mối đe dọa sức khoẻ người dân vùng nông thôn nhiều nơi giới, đặc biệt Bănglađét [8] Ở Việt Nam, Phạm Thị Kim Trang cộng [3], hàm lượng asen trung bình nước ngầm giếng khoan số vùng nông thôn đồng sông Hồng khoảng từ đến 1000g/l (trong WHO TCVN cho phép hàm lượng asen nước sinh hoạt 10g/l [29,7]) Do đó, người dân sinh sống vùng gặp rủi ro cao sử dụng lâu ngày nguồn nước ô nhiễm asen Chính vậy, việc đánh giá hàm lượng asen nước ngầm trước khai thác yêu cầu cấp thiết, sở để có phương pháp sử lý asen phù hợp Hiện nay, có nhiều phương pháp khác sử dụng để xác định asen phương pháp quang phổ phát xạ (AES), phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP-AES), sắc ký lỏng hiệu cao (HPLC), phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS), phương pháp trắc quang, phương pháp điện hoá…Mỗi phương pháp có ưu, nhược điểm riêng Trong đó, phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không lửa (GF-AAS) kỹ thuật phân tích đại phát triển khoảng chục Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn năm gần Phương pháp GF-AAS sử dụng để phân tích nguyên tố (đặc biệt kim loại nặng) dạng vết siêu vết (hàm lượng cỡ ppb) Tuy vậy, nay, Việt Nam công trình nghiên cứu liên quan đến việc xác định asen lượng vết nước ngầm phương pháp GF-AAS Xuất phát từ thực tế thực đề tài: “Xác định Asen nƣớc giếng khoan khu vực thành phố thái nguyên phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử không lửa GF - AAS sơ xử lý Asen” Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn PHẦN TỔNG QUAN 1.1 Khái quát chung Asen 1.1.1 Giới thiệu chung Asen (As) nguyên tố có vài dạng thù hình, dạng không kim loại dạng kim loại tương đối phổ biến thiên nhiên Asen chiếm 1.10-4% tổng số nguyên tử vỏ trái đất, asen tồn chủ yếu dạng khoáng vật sunfu: reanga(As4S4), oripimen (As2S3) Ngoài thường lẫn khoáng vật kim loại khác [l] Asen có ba dạng tồn tại: As dạng bền, tương đối cứng, giòn As dạng vô định hình, giòn As (gồm phân tử As4) bền giả, mềm (như sáp) tan dễ cacbon đisunfua, có tính chất giống phốt trắng hoạt tính hóa học cao As As Thăng hoa đun nóng, chưng cất với nước Asen kết hợp với kim loại, phi kim số hợp chất hữu cơ, tạo thành hợp chất vô hữu Các dạng vô bao gồm chủ yếu hợp chất asenit asenat, dạng hữu điển hình metyl phenyl asenat Tùy thuộc vào môi trường địa chất, asen tồn trạng thái oxi hóa là: -3, 0, +3, +5 Asen dạng nguyên tố gặp tự nhiên, thường tìm thấy dạng oxi hóa hoạt động asen hoá trị (III) V [1] Asen tạo thành hợp chất vô hữu có độc tính khác dạng asen trạng thái hóa trị khác có tính chất hóa lý khác Các hợp chất asenit, asenat vô bền hay có khả hòa tan nước dễ dàng hấp thụ vào dày tế bào thể Asen (V) tiết (chủ yếu qua nước tiểu) nhanh asen (III) lực với nhóm thiol (-SH) Do đó, As (V) không độc As(III) không gây ức chế hệ enzym Tuy nhiên, As(V) ngăn cản tổng hợp ATP Còn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn As(III) cản trở nhóm (-SH) gắn vào enzym As(III) có lực với nhóm thiol lớn giữ lại protein tế bào thể keratin đisunfua tóc, móng da Các hợp chất asen thể làm suy yếu trình chuyển hóa hóa học sinh học Mặc dù có độc tính cao, asen sử dụng công dụng y dược hợp chất asen hữu [10] 1.1.2 Tính chất vật lý hóa học asen 1.1.2.1 Tính chất vật lý a sen Asen kim có màu xám kim loại, giòn Kết tinh dạng tinh thể Một số thông số vật lý asen [l] Số thứ tự nguyên tử: 33 Khối lượng nguyên tử: 74,9216 g.mol-l Tỷ trọng: 5,7 g.cm-3 140C Điểm nóng chảy: 8410C (ở 36 atm) Điểm sôi : 6150C Độ âm điện: 2,0 Năng lượng ion hoá thứ nhất: 10,5 eV Năng lượng ion hoá thứ hai: 20,1 eV Năng lượng ion hoá thứ ba: 28,0 eV Năng lượng ion hoá thứ tư: 49,9 eV Năng lượng ion hoá thứ năm: 62,5 eV 1.1.2.2 Tính chất hoá học [1,2] Asen phân nhóm nhóm V với N, P có cấu hình electron [Ar] 3d10 4s2 4p3 Như số oxi hoá cao asen +5 Do có lượng ion hoá cao nên asen khó electron để biến thành cation Asen đứng hyđrô đồng nên không đẩy hyđrô khỏi axit không tan axit HCI, HNO3 loãng, tan HNO3 đặc nước cường thủy [2] Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HOÀNG MẠNH HÙNG XÁC ĐỊNH ASEN TRONG NƢỚC GIẾNG KHOAN TẠI KHU VỰC THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN BẰNG PHƢƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ KHÔNG NGỌN LỬA GF – AAS. .. việc xác định asen lượng vết nước ngầm phương pháp GF- AAS Xuất phát từ thực tế thực đề tài: Xác định Asen nƣớc giếng khoan khu vực thành phố thái nguyên phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử không. .. phương pháp quang phổ phát xạ (AES), phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) , phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP-AES), sắc ký lỏng hiệu cao (HPLC), phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS), phương pháp trắc quang,