Khoá luận tốt nghiệp Chuyên ngành hoá phân tích Lời cảm ơn Để hoàn thành đợc đề tài này, trớc hết tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến cô giáo - Thạc sỹ Võ Thị Hoà đã tận tình hớng dẫn tôi trong suốt quá trình hoàn thành luận văn, tôi xin cảm ơn thầy giáo PGS - Nguyễn Khắc Nghĩa, tôi xin cảm ơn ban chủ nhiệm khoa Hoá - Trờng Đại học Vinh, các thầy, cô kỹ thuật viên phụ trách phòng thí nghiệm đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho việc nghiên cứu và hoàn thành đề tài của mình. Tôi chân thành cảm ơn đến các thầy giáo, cô giáo cùng bạn bè lớp 43 B 2 - Hoá đã góp ý chân tình để chúng tôi sữa chữa và hoàn thành bản luận văn. Tôi cũng gửi tới gia đình mình lời cảm ơn sâu sắc đã động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài. Trong đề tài của mình, do nhiều điều kiện khách quan còn hạn chế nên tôi chỉ mới nghiên cứu đợc một phần nhỏ về khả năng chiết rút chì, kẽm trong đất của các dung môi khác nhau ở đất Vinh Tân - TP. Vinh. Chỉ mong những kết quả mà tôi thu đợc sẽ góp một phần nhỏ vào công việc xử lý các kim loại nặng chứa trong đất hiện nay./. Vinh! 2006 Sinh viên: Nguyễn Thị Hiền Nguyễn Thị Hiền 1 Lớp: 43 B 2 Khoá luận tốt nghiệp Chuyên ngành hoá phân tích Mục lục Trang Lý do chọn đề tài 1 Phần I. Tổng quan tài liệu 3 I. Kim loại nặng trong đất 3 1.1. Trạng thái tồn tại của chì, kẽm 3 1.2. ảnh hởng của chì, kẽm tới vi sinh vật trong đất, thực vật, con ngời 6 II. Tính chất của chùi và kẽm 8 2.1. Chì (Pb) 8 2.2. Kẽm (Zn) 11 III. Các phơng pháp định lợng trong phân tích 12 3.1. Các phơng pháp định lợng trong phân tích 12 3.1.1. Các phức chất của chì 12 3.1.2. Phơng pháp phân tích cực phổ 14 3.1.3. Phơng pháp phân tích trắc quang 15 3.2. Một số vấn đề khi áp dụng phơng pháp chiết trắc quang để xác định Pb 18 3.3. Một số vấn đề khi áp dụng phơng pháp hấp thụ nguyên tử để xác định chì 25 3.4 Phơng pháp xử lý thống kê số liệu thực nghiệm 29 3.5. So sánh kết quả với mẫu chuẩn 31 Phần II. Thực nghiêm, thaỏ luận, kết quả 33 I. Dụng cụ - hoá chất 33 1.1 Hoá chất 33 1.2 Dụng cụ 33 1.3 Pha chế dung dịch phân tích 33 1.4 Lấy mẫu đất và chuẩn bị phân tích 34 Nguyễn Thị Hiền 2 Lớp: 43 B 2 Khoá luận tốt nghiệp Chuyên ngành hoá phân tích 1.5 So sánh khả năng chiết rút chì di động trong đất với các dung môi khác nhau bằng phơng pháp trắc quang 35 II. Tìm điều kiện thích hợp để chiết rút chì di động trong đất Phân tích trắc quang 37 III. lựa chọn các điều kiện xác định Pb, Zn bằng phơng pháp hấp thụ Dùng ngọn lử (F-AAS) 40 IV. Xác định hàm lợng hàm lợng Pb, Zn di động trong đất Bằng phơng pháp trắc qang và phơng pháp F-AAS với các dung môi khác nhau 4.1. Phơng pháp trắc quang xác định chì 46 4.2 Phơng pháp hấp thụ nguyên tử với kẽm 51 Phần III. Kết luận 57 Phân IV. Tài liệu tham khảo 59 Nguyễn Thị Hiền 3 Lớp: 43 B 2 Kho¸ luËn tèt nghiÖp Chuyªn ngµnh ho¸ ph©n tÝch NguyÔn ThÞ HiÒn 4 Líp: 43 B 2 Khoá luận tốt nghiệp Chuyên ngành hoá phân tích Lý do chọn đề tài - Đất là một trong bốn thành phần quan trọng của môi trờng: Khí quyển, thuỷ quyển, thạch quyển và sinh quyển. Đất là nguồn tài nguyên vô giá mà tự nhiên ban tặng cho con ngời để sinh tồn. Đất là t liệu sản xuất, là đối tợng lao động, là vật mang đợc đặc thù bởi tính chất độc đáo mà không vật thể tự nhiên nào có đợc đó là: Độ phì nhiêu. Chính nhờ tính chất này mà các hệ sinh thái đã và đang tồn tại, phát triển, - Đất là môi trờng phức hợp đặc trng có chế độ không khí, chế độ nớc, thành phần khoáng, các nguyên tố vi lợng rất cần thiết cho cây trồng nh Mn, Zn, Cu, B, Fe nh ng bên cạnh đó trong một số đất có chứa một số kim loại nặng gây ảnh hởng không tốt đến quá trình sản xuất nh: As, Hg, Pb, Cd thực vật chỉ có thể phát triển tốt khi hàm lợng của các nguyên tố tồn tại ở dạng vi lợng. Nhng nếu hàm lợng của chúng quá lớn sẽ gây nhiễm độc cho cây trồng và con ngời là đối tợng gián tiếp chịu ảnh hởng này. Pb là một nguyên tố khá phổ biến trong đất, và đất bị nhiễm độc chì ngày nay là khá nhiều do quá trình sản xuất công nghiệp, nớc thải Do vậy cần phải có biện pháp loại bỏ, xử lý lợng Pb trong đất khi hàm lợng chúng vợt quá giới hạn cho phép. Zn là nguyên tố vi lợng cho thực vật. Nó là nguyên tố không thể thiếu đợc trong đời sống thực vật, động vật. Nếu thiếu sẽ ảnh hởng đến hiệu quả, năng suất của cây trồng ví dụ: Cây ăn quả thiếu Zn sẽ xuất hiện những đốm chết trên lá, những đốm này trở thành xanh, trắng, bẩn Nh ng nếu hàm lợng Zn trong đất lớn cũng gây hại cho cây trồng, cho một số vi sinh vật sống trong đất. Nguyễn Thị Hiền 5 Lớp: 43 B 2 Khoá luận tốt nghiệp Chuyên ngành hoá phân tích Vì vậy việc phân tích hàm lợng di động của chúng trong đất có ý nghĩa thực tiễn. Những hợp chất của các nguyên tố vi lợng dễ dàng chuyển vào trong các dung dịch chiết rút khác nhau, đợc gọi là dạng di động của nguyên tố vi lợng. Sự lựa chọn một dung dịch chiết rút thích hợp để chiết rút kim loại là một khâu rất quan trọng trong khi phân tích hàm lợng của chúng trong đất. Đã có một số tài liệu [3, 4] đa ra một số dung dịch chiết rút khác nhau, trong luận văn này chúng tôi nghiên cứu để bổ sung vào hệ thống các dung dịch chiết rút các kim loại trong đất. Vì vậy chúng tôi lựa chọn đề tài "Nghiên cứu khả năng chiết rút Pb, Zn di động trong đất bằng một số dung dịch chiết rút khác nhau ". Trong đề tài này tôi nghiên cứu về khả năng chiết rút của các dung dịch: H 2 O cất; dung dịch Ba(NO 3 ) 2 0, 1N; dung dịch EDTA 0, 1N; dung dịch axit HNO 3 0, 1N, với mẫu đất ở khu rau muống Vinh Tân (TP Vinh - Nghệ An) bằng phơng pháp chiết trắc quang và phơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử dùng ngọn lửa (F-AAS). Nhiệm vụ của đề tài chúng tôi đề ra: + Tổng quan một số vấn đề liên quan đến Pb, Zn trong đất. + Tìm điều kiện tối u để chiết rút Pb bằng các dung môi khác nhau. + So sánh khả năng chiết rút của một số dung môi so với chiết rút bằng nớc cất khi phân tích Pb di động bằng phơng pháp phân tích trắc quang và phơng pháp hấp thụ nguyên tử (AAS) + So sánh khả chiết rút Zn bằng một số dung môi so với chiết rút bằng nớc khi phân tích bằng phơng pháp hấp thụ nguyên tử (AAS). Nguyễn Thị Hiền 6 Lớp: 43 B 2 Khoá luận tốt nghiệp Chuyên ngành hoá phân tích Phần I: Tổng quan tài liệu I. Kim loại nặng trong đất: 1.1 Trạng thái tồn tại của chì và kẽm [1, 5, 6, 16]: 1.1.1 Chì trong tự nhiên và trong môi trờng đất: Chì là một nguyên tố vi lợng ( <0, 1% khối lợng) Trong đá và đất tự nhiên. Bán kính ion Pb là 124Pm và nó thay thế đồng hình K(bán kính 133 Pm) trong mạng lới Alumisilicate. Hàm lợng chì trong đất, đá tăng tự nhiên do hoạt động của núi lửa tạo thành đá núi lửa, chì có ái lực mạnh với S và trong tự nhiên hình thành nên các loại quặng chì nh PbS; PbCO3; PbSO4;. Hàm lợng trung bình của chì đá vỏ cứng 16 àg/g Nriagu (1992) tính rằng, hàm lợng chì trung bình trong đá Gabbro là 1, 9àg/g Pb. Trong Anclesite là 8, 3àg/g Pb và trong Granite là 22, 7 àg/g Pb. nh vậy, hàm l- ợng chì tăng cùng với Silicate trong đá. Thành phần chủ yếu của đá trầm tích là diệp thạch và đá sét kết (80%) với hàm lợng chì trung bình là 23àg/g. Diệp thạch đen chứa nhiều chất hu cơ và có hàm lợng chì cao clo chứa khoáng Sulfide. Sa thạch chiếm 15% đá trầm tích và chứa 10 àg/g Pb, trong khi đó do clonitevà đá vôi ( 5% đá trầm tích) Chứa khoảng 7àg/g Pb. Cannon (1993) liệt kê hàm lợng chì trung bình trong một số loại đá nh sau : Ultramafíc - igneous : 1àg/g Baraltic - igneous : 6àg/g Granitic igneous : 18àg/g Shales and clays : 20àg/g Black Shales : 30àg/g Linestones : 9àg/g Nguyễn Thị Hiền 7 Lớp: 43 B 2 Khoá luận tốt nghiệp Chuyên ngành hoá phân tích Hàm lợng chì trong đá mẹ quyết định hàm lợng chì trong đất tự nhiên và hàmlợng chì trong đất tự nhiên vào khoảng10 -40 àg/g. Dữ liệu này đợc đa ra bởi Reaver và Berrou khi hai ông khảo sát 3944 mẫu đất từ 896 mặt cắt ở Scotland. 1.1.2 Kẽm trong tự nhiên [4, 6, 7]: Trong tự nhiên, kẽm là nguyên tố tơng đối phổ biến, trữ lợng trong vỏ trái đất là 1, 5 X 10 -3 tổng số nguyên tử. Những khoáng vật chính của kẽm là: SphaLerit (ZnS), Calamin (ZnCO 3 ). Kẽm còn có lợng đáng kể trong động vật và thực vật, kẽm có trong enzim Cacbanhiđrazơ là chất xúc tác quá trình phân huỷ của hiđro Cacbonat ở trong máu và do đó đảm bảo tốc độ cần thiết của quá trình hô hấp và trao đổi khí. Kẽm còn có trong insulin và hoocmon có vai trò điều chỉnh độ đờng trong máu. 1.1.3 Tích luỹ chì trong môi trờng đất: Chì phát thải từ các nguồn ô nhiễm có khuynh hớng tích luỹ một cách tự nhiên trong lớp đất mặt. Trong đất nông nghiệp bình thòng thì sự ô nhiễm chì là thấp hơn rất nhiều so với đất có ảnh hởng của khai thác mỏ hoặc luyện kim quặng chì, giá trị chì trong đất gấp 2ữ10 lần. Thêm vào đó, chì có nguồn gốc từ sự ô nhiễmcó khuynh hớng cố định trong lớp đất trên. Hầu hết các kim loại nặng, bao gồm cả chì tồn tại ở dạng không hoà tan và bền sau khi dùng phân hữu cơ từ bùn cống lớn vào đất. Không có sự di chuyển của chì ra khỏi vùng đợc bón phân và nớc bề mặt cũng không bị ô nhiễm. Tỷ lệ hữu cơ trong đất có trách nhiệm chính trong việc cố định chì trong lớp đất mặt khi có chì thêm vào từ nguồn ô nhiễm. Biện pháp ngâm chiết cũng không làm giảm đáng kể hàm lợng chì trong đất. 1.1.4. Đặc tính chì trong đất: Những gì chúng ta biết về tính chất và trạng thái hoá học của chì khá giới hạn. Bằng phép ngoại suy về đặc tính của các nguyên tố dinh dõng trong đất, có thể, có Nguyễn Thị Hiền 8 Lớp: 43 B 2 Khoá luận tốt nghiệp Chuyên ngành hoá phân tích thể giả thiết rằng, chỉ có một phần của tổng lợng chì đợc hấp thu bởi thực vật và các hợp chất chì đi vào đất bị phân tán vào một số hành phần đất. Chì tồn tại trong môi trờng đất, trong dung dịch đất, trên những bề mặt hấp thụ của mùn sét trao đổi tạo phức, dạng kết tủa liên kết với Fe-Ms 0xicle thứ cấp, dạng kềm Carbonerte và trong mạng tinh thể Aluminsilicate. Tuy nhiên, phần quan trọng nhất là chì trong dung dịch đất, bởi vì đây là nguồn chì cho thực vật hấp thụ trực tiếp và cân bằng động cơ thể xẩy ra giữa dung dịch đất và những phần khác của đất. Sự nghiên cứu và tính toán nồng độ chì trong dung dịch đất đã và đang đợc thực hiện bởi nhiều nhà khoa học. Nồng độ chì trung bình trong dung dịch đất không bị ô nhiễm khoảng 10 -9 đến 10 -7 M hàm lợng chì trong dung dịch chì khoảng 0.005% so với lợng chì có trong đất. Hàm lợng chì trong đất không bị ô nhiễm khoảng 40 àg/g và trong dung dịch 0, 2. 10 -6 M. Tuy nhiên trong đất ô nhiễm nồng độ chì trong dung dịch là rất cao hơn nhiều và tuỳ thuộc vào mức độ ô nhiễm. Đất ô nhiễm chì thì nồng độ chì trong dung dịch đất khoảng 2, 10 -3 M tới 1, 5.10 -2 M. Tuy nhiên đây là tỷ lệ rất nhỏ so với các báo cáo khác bằng các phơng pháp chiết ly dng dịch bằng ly tâm phân tích bằng phép sắc ký thì cho hàm lọng chì trong đất là cao hơn 100 ữ 1000 lần hàm lợng trung bình(40 àg/g). Thì nồng độ chì trong dung dịch đất khoảng 10 -6 ữ 10 -4 M cao hơn khoảng 1000 ữ 100.000 lần nồng độ chì trong đất bình thờng. - Trong khoảng thời gian 24 ữ 48 giờ thì ion chì có thể xâm nhập vào các phần đất và trong khoảng 20 ữ 40 0 C thì nhiệt độ không ảnh hởng tới các cân bằng xảy ra. Nguyễn Thị Hiền 9 Lớp: 43 B 2 Khoá luận tốt nghiệp Chuyên ngành hoá phân tích - Nghiên cứu bằng phơng pháp thống kê thì cho thấy một đặc tính của đất là pH và CFC (dung tích trao đổi cation) có ảnh hởng quan trọng trong quá trình cố định chì trong đất. Những đặc điểm hấp thụ đợc mô tả khá chính xác bằng đờng đẳng nhiệt của Langmuir. Cơ chế cố định trong đất mùn là sự liên kết của chì bằng cặp electron tự do với acid mùn cao phân tử. Bằng thực nghiệm, đờng đẳng nhiệt Langmuir rất phù hợp với giữ liệu thực nghiệm về sự thay đổi pH của đất là do sự điều khiển quan trọng đối với sự cố định chì. Các dạng tồn tại chủ yếu của chì trong đất vôi là: Pb(OH) 2 ; Pb 3 (PO 4 ) 2 ; Pb 5 (PO 4 ) 3 OH. Trong đất vôi chì củ yếu tồn tại ở dạng Pb(CO 3 ) 2 , phức trung hoà các dạng cation chì trong đất acid, chì chủ yếu ở dạng phức hữu cơ. Trong đất ô nhiễm nặng, phần lớn chì tồn tại phức chì hữu cơ cao phân tử và tỷ lệ này càng lớn trong đất có pH càng cao. 1.2. ảnh của chì, kẽm tới vi sinh vật trong đất, tới thực vật và con ngời: 1.2.1 Chì và vi sinh vật đất: Một số kim loại nặng có thể ảnh hởng tới hoạt động của vi sinh vật trong đất và do đó làm giảm năng suất sinh học của đất. Chì cũng đợc phát hiện là có ảnh tới sự khoáng hoá Nitơ trong đất. Tuy nhiên thì chì kiềm chế sự khoáng hoá Nitơ và quá trình nitro hoá kém hơn một số kim loại khác theo thứ tự sau: Cr > Cd > Zn > Mn > Pb. - Theo nghiên cứu của cornfield (1992) nghiên cứu sự giảm khí áp của CO 2 giải phóng khi ủ đất cát axit có thêm vào kim loại nặng. Sau quá trình ủ hai tuần thì hiệu quả kiềm chế do chì ở hàm lợng 10 àg/g là = 0 ở hàm lợng 100àg/g là 14%. Sau 8 tuần hiệu quả kiềm chế do hai mức chì trên lần lợt là 6% và 25 % lợng CO 2 giải phóng. So sánh với hiệu quả kiềm chế của bạc ở hàm lợng 100 àg/g là 72% Nguyễn Thị Hiền 10 Lớp: 43 B 2