TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI NGUYỄN LÊ THANH VÂN NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP TRẮC QUANG XÁC ĐỊNH ASEN BẰNG THUỐC THỬ SAFRANINE Luận văn thạc sĩ khoa học H Ni - 2012 TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI NGUYỄN LÊ THANH VÂN NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP TRẮC QUANG XÁC ĐỊNH ASEN BẰNG THUỐC THỬ SAFRANINE Chuyên ngành: Hóa phân tích MÃ số: 60.44.29 Luận văn th¹c sÜ khoa häc Ng-êi h-íng dÉn khoa häc: GS TS Trần Tứ Hiếu Hà Nội - 2012 DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG HÌNH Trang Hình 1.1: Ảnh hƣởng pH đến dạng tồn asen .4 Hình 1.2: Đồ thị ảnh hƣởng pH/Eh đến dạng tồn asen Hình 1.3: Bệnh ung thƣ da asen gây 11 Hình 1.4: Biểu đồ phân bố khu vực ô nhiễm asen giới 13 Hình 1.5: Ơ nhiễm asen Việt Nam 15 Hình 1.6: Ơ nhiễm asen đồng châu thổ sơng Hồng 16 Hình 3.1: Phổ hấp thụ quang dung dịch Safranin có mặt As(III); KIO3 HCl 33 Hình 3.2: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang theo thời gian .35 Hình 3.3 : Ảnh hƣởng nồng độ KIO3 đến độ hấp thụ quang dung dịch 37 Hình 3.4: Ảnh hƣởng nồng độ Safranin đến độ hấp thụ quang dung dịch 39 Hình 3.5 Đồ thị khảo sát ảnh hƣởng nồng độ HCl………… 40 Hình 3.6: Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính xác định As(III) …… 49 Hình 3.7: Đƣờng chuẩn xác định As(III) ….49 Hình 3.8: Đƣờng thêm chuẩn xác định As(III) mẫu nƣớc ngầm số 8…52 Hình 3.9: Đƣờng thêm chuẩn xác định As(III) mẫu nƣớc ngầm số 57 Hình 3.10: Đƣờng thêm chuẩn xác định As(III) mẫu nƣớc ngầm số 58 Hình 3.11: Đƣờng thêm chuẩn xác định As(III) mẫu nƣớc ngầm số 59 Hình 3.12: Đƣờng thêm chuẩn xác định As(III) mẫu nƣớc ngầm số 60 Hình 3.13: Đƣờng thêm chuẩn xác định As(III) mẫu nƣớc ngầm số 61 Hình 3.14: Đƣờng thêm chuẩn xác định As(III) mẫu nƣớc ngầm số 63 Hình 3.15: Đƣờng thêm chuẩn xác định As(III) mẫu nƣớc ngầm số 64 Hình 3.16: Đƣờng thêm chuẩn xác định As(III) mẫu nƣớc ngầm số 66 BẢNG Bảng 1.1: Hàm lƣợng asen vùng khác giới…… 13 Bảng 3.1: Ảnh hƣởng nồng độ KIO3 đến phép phân tích…… .36 Bảng 3.2: Ảnh hƣởng nồng độ Safranin đến phép phân tích…… 38 Bảng 3.3: Ảnh hƣởng nồng độ HCl………… 40 Bảng 3.4: Ảnh hƣởng ion NO3- đến phép xác định As(III) 6,0ppm…….42 Bảng 3.5: Ảnh hƣởng ion SO42- đến phép xác định As(III) 6,0ppm 43 Bảng 3.6: Ảnh hƣởng ion Ca2+ đến phép xác định As(III) 2,0ppm 44 Bảng 3.7: Ảnh hƣởng ion Ba2+ đến phép xác định As(III) 2,0ppm 45 Bảng 3.8: Ảnh hƣởng ion Zn2+ đến phép xác định As(III) 6,0ppm 45 Bảng 3.9: Ảnh hƣởng ion Fe3+ đến phép xác định As(III) 2,0ppm 46 Bảng 3.10: Ảnh hƣởng ion Cu+ đến phép xác định As(III) 2,0ppm ……47 Bảng 3.11: Khảo sát khoảng tuyến tính xác định As(III)………… …… .48 Bảng 3.12: Xác định hàm lƣợng asen mẫu nƣớc ngầm số 8… 52 Bảng 3.13: Đánh giá độ lặp lại phƣơng pháp…………….… …… 54 Bảng 3.14: Thông tin mẫu nƣớc ngầm…………………………… 55 Bảng 3.15: Xác định hàm lƣợng As(III) mẫu nƣớc ngầm số 1……… 56 Bảng 3.16: Xác định hàm lƣợng As(III) mẫu nƣớc ngầm số …….57 Bảng 3.17: Xác định hàm lƣợng As(III) mẫu nƣớc ngầm … 58 Bảng 3.18: Xác định hàm lƣợng As(III) mẫu nƣớc ngầm …… 59 Bảng 3.19: Xác định hàm lƣợng As(III) mẫu nƣớc ngầm .…… 60 Bảng 3.20: Xác định hàm lƣợng As(III) mẫu nƣớc ngầm .…… 62 Bảng 3.21: Xác định hàm lƣợng As(III) mẫu nƣớc ngầm .63 Bảng 3.22: Xác định hàm lƣợng As(III) mẫu nƣớc ngầm … 65 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung asen 1.1.1 Các dạng tồn tính chất lý hóa học asen (As) 1.1.1.1 Các dạng tồn asen 1.1.1.2 Tính chất vật lý 1.1.1.3 Tính chất hóa học 1.1.2 Độc tính asen tích lũy thể ngƣời 1.1.3 Ô nhiễm asen nƣớc ngầm giới Việt Nam 12 1.1.3.1 Ô nhiễm Asen giới 12 1.1.3.2 Ô nhiễm asen Việt Nam 15 1.2 Một số phƣơng pháp xác định Asen 17 1.2.1 Phƣơng pháp phân tích đo quang phân tử 17 1.2.1.1 Phƣơng pháp đo quang với bạc dietyl đithiocacbamat 17 1.2.1.2 Phƣơng pháp xanh molipden 17 1.2.1.3 Đo quang xác định asen sau hấp thụ asin hỗn hợp 18 1.2.1.4 Phƣơng pháp xác định asen thuốc thử Leuco crystal violet (LCV) 19 1.2.1.5 Phƣơng pháp động học xúc tác 19 1.2.1.6 Xác định lƣợng vết As(III) phƣơng pháp động học- trắc quang dựa ảnh hƣởng ức chế phản ứng kalibromua kalibromat môi trƣờng axit 20 1.2.1.7 Xác định As(III) dựa hệ Ce(IV)/Ce(III) 20 1.2.1.8 Phƣơng pháp quang phổ hấp phụ nguyên tử (AAS) 21 1.2.2 Phƣơng pháp huỳnh quang 23 1.2.2.1 Xác định As(III) thuốc thử fluorescein 23 1.2.2.2 Phƣơng pháp dòng chảy - huỳnh quang xác định axit dimethyl arsinic(DMAA) thuốc diệt cỏ sử dụng phản ứng quang hóa trực tiếp 24 1.2.2.3 Xác định Asen phƣơng pháp huỳnh quang phân tử với hệ thuốc thử murexit – Cr(VI) 24 1.2.2.4 Phƣơng pháp biosensor sử dụng vi khuẩn thị 25 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 27 2.1 Mục tiêu, nội dung phƣơng pháp nghiên cứu 27 2.1.1 Nguyên tắc phƣơng pháp trắc quang xác định hàm lƣợng asen Safranin 27 2.1.2 Nội dung nghiên cứu 28 2.2 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 29 2.2.1 Dụng cụ, thiết bị 29 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33 3.1 Nghiên cứu phƣơng pháp xác định As (III) dựa hệ phản ứng oxi hóa khử As(III), KIO3 Safranin 33 3.1.1 Nghiên cứu chọn điều kiện tối ƣu phản ứng thị 33 3.1.1.1 Phổ hấp thụ sản phẩm phản ứng thị 33 3.1.1.2 Nghiên cứu ảnh hƣởng thời gian phản ứng 34 3.1.1.3 Ảnh hƣởng nồng độ KIO3 36 3.1.1.4 Ảnh hƣởng nồng độ thuốc thử Safranine: 37 3.1.1.5 Ảnh hƣởng nồng độ HCl: 39 3.1.2 Đánh giá phƣơng pháp phân tích 41 3.1.2.1 Độ chọn lọc phƣơng pháp phân tích [21] 41 3.1.2.2 Khảo sát khoảng tuyến tính 47 3.2 Phân tích mẫu thực tế 55 3.2.1 Xác định hàm lƣợng As(III) mẫu nƣớc ngầm 55 KẾT LUẬN 67 MỞ ĐẦU Hiện nay, môi trƣờng ô nhiễm vấn đề mang tính tồn cầu, hệ từ khai thác mỏ, công nghiệp, nông nghiệp, hoạt động quân sự… Cùng với nhiễm hợp chất hữu có mặt kim loại kim nguồn nhiễm nghiêm trọng đe dọa sức khỏe ngƣời [19] Trong số nguyên tố độc hại asen (As) - nguyên tố có tính độc, chức sinh học rõ ràng đƣợc giới quan tâm Asen nguyên tố vi lƣợng cần thiết trình sinh trƣởng phát triển động thực vật Asen đƣợc sử dụng rộng rãi kỹ thuật đời sống nhƣ công nghiệp nhuộm, thuốc trừ sâu, dƣợc liệu, …Tuy nhiên hàm lƣợng cao, asen gây tác hại to lớn hệ sinh thái Asen cản trở trình quang hợp cây, gây tƣợng rụng thực vật Asen độc hại ngƣời động vật Khi xâm nhập vào thể asen gây hàng loạt chứng bệnh nguy hiểm nhƣ bệnh dày, rối loạn chức gan, hội chứng đen da ung thƣ da,…[9] Độc tính asen khác nhau, asen (III) độc gấp 50 lần asen (V), asen dạng vô độc dạng hữu Do hàm lƣợng asen môi trƣờng đƣợc quy định nồng độ thấp Giới hạn cho phép asen nƣớc sinh hoạt theo tiêu chuẩn tổ chức y tế giới 0,01 mg/l, theo tiêu chuẩn VN 5502 – 2003 0,01mg/l [8] Nguồn gây ô nhiễm asen từ công nghiệp, đốt cháy khoáng chứa asen nguồn khoáng tự nhiên giàu asen có hịa tan khống sunfua asen đất chủ yếu Asen thành phần tự nhiên lớp trầm tích vỏ trái đất nên thƣờng có mặt tầng nƣớc ngầm nƣớc mặt Ở số khu vực giới, nƣớc ngầm có hàm lƣợng asen cao lớp trầm tích có cấu trúc, thành phần hóa học thuận lợi cho việc hòa tan asen từ đất nƣớc Hiện tƣợng đƣợc phát khu vực đồng châu thổ thấp trũng, xảy lụt lội hàng năm, dòng chảy thủy văn chậm, lớp bồi tích trẻ thiếu oxy (mang tính khử) thuận lợi cho việc giải phóng asen từ đất nƣớc Ô nhiễm asen nƣớc ngầm dùng cho sinh hoạt tƣới tiêu đƣợc phát khoảng 20 năm qua Bangladet, Ấn độ, Trung quốc, Việt nam, Campuchia, Achentina, Chile, [18]… Ở Việt nam, ô nhiễm asen đƣợc phát nhiều nơi nhƣ Hà Nội, Hà Nam, Hải Dƣơng, Phú Thọ, Cà Mau,… Nhiều nghiên cứu ô nhiễm asen nƣớc giếng khoan Việt Nam đƣợc tiến hành năm vừa qua Trong số phƣơng pháp phân tích nhƣ phƣơng pháp động học – trắc quang, phƣơng pháp phổ khối plasma cảm ứng cao tần (ICP - MS), phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), nhiều phƣơng pháp khác phƣơng pháp trắc quang phƣơng pháp đƣợc quan tâm nghiên cứu để xác định asen phƣơng pháp có độ nhạy độ xác cao, quy trình phân tích đơn giản khơng tốn nhiều hố chất khơng địi hỏi trang thiết bị đắt tiền Vì vậy, để đóng góp vào việc phát triển ứng dụng phƣơng pháp với đối tƣợng nghiên cứu nƣớc ngầm chọn đề tài: “ Nghiên cứu phƣơng pháp trắc quang xác định asen thuốc thử Safranine” CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung asen 1.1.1 Các dạng tồn tính chất lý hóa học asen (As) 1.1.1.1 Các dạng tồn asen Asen (ký hiệu As) có số nguyên tử 33, nguyên tố phổ biến thứ 12 vỏ trái đất chiếm 1.10-4% tổng số nguyên tử vỏ trái đất, khối lƣợng nguyên tử 74,92; tồn chủ yếu dạng asen Asen có khống vật sunfua: reanga (As 4S4), oripimen (As2S3) Nguyên tố asen có vài dạng thù hình, dạng kim loại dạng không kim loại Dạng không kim loại asen đƣợc tạo nên làm ngƣng tụ nó, asen có màu vàng, dạng kim loại asen có màu trắng bạc [3] Trong tự nhiên, Asen khơng tồn dạng đơn chất mà tồn dƣới dạng hợp chất vô (asenit, asenat) hữu (metyl asen, dimetyl asen) Asen có mặt khắp nơi tự nhiên, đất, đá, khoáng, quặng, thể sống… Asen thƣờng có hàm lƣợng cao khống sắt, đồng, chì khống sunfua, khống asenopyrit có hàm lƣợng asen cao Tùy theo điều kiện môi trƣờng mà asen tồn nhiều trạng thái oxi hóa khác nhau: -3, 0, +3,+5 Trong nƣớc tự nhiên, asen tồn chủ yếu dạng hợp chất vô asenat [As(V)], asenit [As(III)] As(V) dạng tồn chủ yếu asen nƣớc bề mặt As(III) dạng chủ yếu asen nƣớc ngầm Dạng As(V) hay arsenate gồm AsO43-, HAsO42-, H2AsO4-, H3AsO4; dạng As(III) hay arsenit gồm H3AsO3, H2AsO3-, HAsO32- AsO33- Asen tồn nhiều dạng hợp chất hữu nhƣ: metylasen, đimetylasen Các dạng tồn asen nƣớc phụ thuộc vào pH oxi hố khử Eh mơi trƣờng Ảnh hƣởng pH đến dạng tồn asen đƣợc trình bày nhƣ hình 1.1 hình 1.2 [35] Hình 1.1: Ảnh hưởng pH đến dạng tồn Asen Thế ơxi-hóa khử pH yếu tố định đến dạng tồn asen mơi trƣờng Ở điều kiện ơxi-hóa, pH thấp (nhỏ 6,9) dạng H2AsO4- chiếm đa số, pH cao HAsO42- lại chiếm ƣu (H3AsO40 AsO43- tồn mơi trƣờng axit mạnh bazơ mạnh) Ở điều kiện khử pH thấp (