Luận văn tốt nghiệp Trờng Đại học Vinh Khoa hoá học ====***==== Nguyễn đình khánh Xác định hàm lợng kim loại Pb trong nớc ngầm khối 7 - phờng bến thuỷ - thành phố vinh - nghệ an bằng phơng pháp chiết trắc quang Khoá luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: hoá phân tích Giáo viên hớng dẫn: Th.s. nguyễn quang tuệ Chuyên nghành hoá phân tích - 1 - Luận văn tốt nghiệp Lời cảm ơn Để hoàn thành luận văn này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo Th.S Nguyễn Quang Tuệ đã giao đề tài và tận tình hớng dẫn, tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt thời gian qua. Ngoài ra em cũng xin chân thành cảm ơn ban chủ nhiệm khoa hoá, các thầy cô giáo trong bộ môn hoá phân tích, cùng các thầy cô phụ trách phòng thí nghiệm khoa hoá trờng Đại Học Vinh. Vinh, tháng 5 năm 2006 Sinh viên Nguyễn Đình Khánh Chuyên nghành hoá phân tích - 2 - Luận văn tốt nghiệp Mục lục Trang Mở đầu 1 Nội dung 3 Phần I: Tổng quan 3 1. Chì. 3 1.1. Tính chất và tác dụng sinh hoá của chì. 3 1.2. ứng dụng của chì. 4 1.3. Các phản ứng của ion chì (II). 4 2. Các phơng pháp xác định chì. 10 2.1. Nhận xét chung. 10 2.2. Các phơng pháp xác định chì. 11 2.2.1. Phơng pháp chuẩn độ Complexon. 11 2.2.1.1. Xác định trực tiếp chì với chỉ thị Erocromden T. 11 2.2.1.2. Xác định trực tiếp chì với chỉ thị xilenol da cam. 12 2.2.1.3. Xác định trực tiếp chì với chỉ thị pyrogatlol đỏ. 12 2.2.1.4. Xác định trực tiếp chì với chỉ thị EDTA. 12 2.2.2. Phơng pháp thể tích. 12 2.2.2.1. Phơng pháp iot. 12 2.2.2.2. Phơng pháp đo màu. 12 2.23. Phơng pháp phân tích cực phổ. 13 2.2.4. Phơng pháp phân tích trắc quang. 13 2.2.5. Phơng pháp phân tích chiết trắc quang. 14 2.3. Kết luận chọn phơng pháp phân tích. 14 3. Một số vấn đề khi áp dụng phơng pháp chiết trắc quang. 15 3.1. Cơ sở lý thuyết của phơng pháp. 15 3.2. Che các nguyên tố cản trở. 18 3.3. Chiết suất. 19 Chuyên nghành hoá phân tích - 3 - Luận văn tốt nghiệp 3.4. Chiết hỗn hợp từ dung dich. 19 4. Thuốc thử đithizon. 20 4.1. Đặc điểm của thuốc thử đithizon. 20 4.2. Phản ứng của thuôc thử với Pb (II). 22 5. Khái niệm cơ bản về phơng pháp chiết. 22 5.1. Vấn đề chung về chiết. 22 5.2. Các đặc trng định lợng của quá trình chiết. 23 5.2.1. Định luật phân bố Nernst. 23 5.2.2. Hệ số phân bố. 24 5.2.3. Hiệu suất chiết R và sự phụ thuộc của nó vào số lần chiết. 24 6. Các phơng pháp định lợng trong phân tích trắc quang. 25 6.1. Phơng pháp vi sai. 25 6.2. Phơng pháp đờng chuẩn. 27 6.3. Phơng pháp thêm. 28 7. Phơng pháp xử lý thông kê số liệu thực nghiệm. 29 7.1. Xử lý kết quả phân tích. 29 7.2. Xử lý thông kê các đờng chuẩn. 30 7.3. So sánh kết quả thực nghiệm với mẫu chuẩn. 31 Phần II:Thực nghiệm và thảo luận kết quả. 33 1. Hoá chất,dụng cụ và thiết bị máy móc. 33 1.1. Hoá chất. 33 1.2. Thiết bị máy móc. 33 2. Phơng pháp pha chế dung dịch dùng cho phản ứng phân tích. 33 2.1. Phơng pháp pha chế dung dịch chì tiêu chuẩn. 33 2.2. Phơng pháp pha chế dung dịch đithizon. 34 2.3. Phơng pháp pha chế các dung dịch cần thiết khác. 34 3. Các diều kiện tối u xác định Pb trong mẫu nớc bằng phơng pháp chiết trắc quang. 36 3.1. Chọn bớc sóng. 36 3.2. Chọn giá trị PH. 37 Chuyên nghành hoá phân tích - 4 - Luận văn tốt nghiệp 3.3. Khả năng che của xianua. 38 4. Xác định lợng vết kim loại chì trong mẫu tự tạo. 39 5. Phơng pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu. 40 6. Định lợng chì trong mẫu thật. 40 6.1. Nguồn mẫu nớc. 40 6.2. Cách tiến hành. 41 6.3. Xây dựng đờng chuẩn. 42 6.3.1. Nguyên tắc phơng pháp. 42 6.3.2. Cách tiến hành. 44 6.4. Tính hiệu suất chiết và hệ số phân bố. 45 6.5. Tính kết quả. 46 Kết luận. 48 Tài liệu tham khảo. 49 Chuyên nghành hoá phân tích - 5 - Luận văn tốt nghiệp Mở đầu Nớc ngầm là nguồn nớc cung cấp sinh hoạt chủ yếu ở nhiều quốc gia và vùng dân c trên thế giới. Do vậy ô nhiễm nớc ngầm có ảnh hởng rất lớn đến chất l- ợng môi trờng sống của con ngời. Ngày nay trạng thái ô nhiễm và suy thoái nớc ngầm đang phổ biến các khu vực đô thị và các thành phố lớn trên thế giới. Để hạn chế tác động ô nhiễm và suy thoái nớc ngầm cần phải tiến hành công tác điều tra, thăm dò trữ lợng và chất lợng nớc ngầm, xử lí nớc thải và chống ô nhiễm các nguồn nớc mặn, quan trắc thờng xuyên và trữ lợng nguồn nớc ngầm. Chuyên nghành hoá phân tích - 6 - Luận văn tốt nghiệp Có thể nói nớc ngầm bị ô nhiễm do nhiều nguyên nhân nhng do nhiều lí do khác nhau. ở đây chúng tôi chỉ phân tích tìm hiểu về hàm lợng các kim loại nặng trong nớc ngầm mà đặc biệt là Pb vì nó là nguyên tố rất độc hại đối với con ngời và sinh vật. Các kim loại nặng nói chung và Pb, thờng không tham gia hoặc ít tham gia vào quá trình sinh hoá của các thể sinh vật và thờng tích luỹ trong cơ thể chúng. Vì vậy chúng là các nguyên tố độc hại với sinh vật. Hiện tợng nớc ngầm bị ô nhiễm bởi kim loại nặng biểu hiện ở nồng độ cao ở các kim loại trong nớc. Nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng là quá trình đổ vào môi tr- ờng nớc thải công nghiệp, nớc thải độc hại không đợc xử lý hoặc xử lý không đạt yêu cầu. ô nhiễm nớc bởi kim loại nặng có tác dụng tiêu cực đến môi trờng sống của con ngời và sinh vật kim loại nặng tích lũy theo chuỗi thức ăn thâm nhập vào cơ thể ngời. Nớc mặn bị ô nhiễm sẽ lan truyền các chất ô nhiễm vào nớc vào nớc ngầm, vào đất và các thành phần môi trờng. Để hạn chế ô nhiễm nguồn nớc ngầm do các kim loại nặng gây ra, chúng ta cần tiến hành phân tích nớc để tiến hành phân định tính định lợng của chúng. Đây là yêu cầu cần thiết của ngành khoa học kĩ thuật và kinh tế khác nhau. ở nớc ta hiện nay, phân tích nớc là yêu cầu của nhiều ngành địa chất, thủy văn, công nghiệp, nông nghiệp các công trình nghiên cứu điều tra cơ bản, đặc biệt là vấn đề bảo vệ môi trờng. Đề tài: "Xác định hàm lợng kim loại Pb trong nớc ngầm Khối 7- Phờng Bến Thuỷ - TP Vinh- Nghệ An bằng phơng pháp chiết trắc quang . Nhằm đáp ứng một phần vào các phơng pháp phân tích thành phần hoá học của nớc nói chung và các kim loại nặng gây ô nhiễm nớc nói riêng. Để thực hiện đề tài này nhiệm vụ chúng tôi đặt ra là: - Tìm các điều kiện tối u để định lợng Pb. - Thử các điều kiện tối u đã chọn vào việc phân tích mẫu tự tạo của Pb. - Phân tích mẫu nớc ngầm chứa Pb. Chuyên nghành hoá phân tích - 7 - Luận văn tốt nghiệp - Kiểm tra, đánh giá phơng pháp và các điều kiện phân tích với quá trình thực hiện và kết quả thu đợc. Chúng tôi hy vọng rằng với kết quả nghiên cứu của mình sẽ góp phần làm phong phú, hoàn thiện thêm phơng pháp phân tích các kim loại nặng có trong các môi trờng khác nhau nh: nớc thải, nớc sinh hoạt bằng phơng pháp chiết trắc quang. Nội dung Phần I: Tổng quan 1. Chì. 1.1. Tính chất của chì và tác dụng sinh hoá. Chì là nguyên tố phổ biến trong vỏ trái đất. Chì nằm ở phân nhóm chính nhóm IV, chu kỳ 6 trong bảng hệ thống tuần hoàn. Chì tồn tại ở các trạng thái oxi hoá 0, +2, +4, trong đó muối chì có hoá trị II là hay gặp nhất và có độ bền cao nhất. Trong tự nhiên tồn tại các loại quặng galenit (PbS), cesurit (PbCO 3 ) và anglesit (PbSO 4 ). Trong môi trờng nớc, tính năng của hợp chất chì đợc xác định chủ yếu thông qua độ tan của nó. Độ tan của chì phụ thuộc vào PH, PH tăng thì độ tan giảm và phụ thuộc vào các yếu tố khác nh độ muối (hàm lợng ion khác nhau) của nớc, điều kiện oxi hoá khử. Chì trong nớc này có nguồn gốc tự nhiên chiếm tỉ lệ khiêm tốn chủ yếu là từ đờng ống dẫn các thiết bị tiếp xúc có chứa chì. Trong khí quyển, chì tơng đối giàu hơn so với kim loại nặng khác. Nguồn chính của chì phân tán trong không khí là do sự đốt cháy các nhiên liệu dùng hợp chất của chì là tăng tỉ số octan thêm vào dới dạng Pb(CH 3 ) 4 và Pb(C 2 H 5 ) 4 . Cùng với Chuyên nghành hoá phân tích - 8 - Luận văn tốt nghiệp các chất gây ô nhiễm khác, chì đợc loại khỏi khí quyển do quá trình sa lắng khô và ớt. Kết quả là bụi thành phố và đất bên đờng ngày càng giàu chì với nồng độ điển hình cỡ vào khoảng 1000 ữ 4000 mg/kg. Tác dụng sinh hoá của chì chủ yếu là tác động của nó tới sự tổng hợp máu dẫn đến phá vỡ hồng cầu. Chì ức chế một số enzym quan trọng của quá trình tổng hợp máu do sự tích luỹ của các hợp chất trung gian của quá trình trao đổi chất. Hợp chất trung gian kiểu này là đelta- amino levunilicaxit (ALA- đehyrase). Một pha quan trọng của tổng hợp máu là sự chuyển hoá đelta- amino levunilicaxit thành porphobiliogen. Chì ức chế ALA- đendrese enzym, do đó giai đoạn tiếp theo tạo thành porphobiliogen không thể xảy ra. Kết quả là phá huỷ quá trình tổng hợp hemoglobin cũng nh các sắc tố hô hấp khác cần thiết trong máu nh cytochromes. Cuối cùng chì cản trở việc sử dụng oxi và glucoza để sản sinh năng lợng trong quá trình sống. Sự cản trở này có thể tìm thấy khi nồng độ cồn trong máu nằm khoảng 0,3 ppm. ở các nồng độ cao hơn (> 0,3 ppm) có thể gây hiện tợng thiếu máu (thiếu hemoglobin ) nếu hàm lợng chì trong máu nằm khoảng 0,5 - 0,8 ppm gây ra sự rối loạn chức năng của thận và phá huỷ não. Dạng tồn tại của chì trong nớc là dạng có hoá trị II, có nồng độ 0,1 mg/lít nó kìm hãm các hợp chất oxi hoá vi sinh các hợp chất hữu cơ và đầu độc các vi sinh vật bậc thấp trong nớc với nồng độ đạt tới 0,5 mg/lít thì kìm hãm quá trình oxi hoá amoniac thành nitrat cũng nh phần lớn các kim loại nặng, chì đợc tích tụ lại trong cơ thể thực vật sống trong nớc. Với các loại thực vật bậc cao hệ số làm giàu có thể lên đến 100 lần và ở loại béo có thể đạt tới trên 46 nghìn lần. Các vi sinh vật bậc thấp bị ảnh hởng xấu ngay cả ở nồng độ 1- 30 g/lít. Xơng là nơi tàng trữ tích tụ chì của cơ thể. Sau đó phần chì này có thể tơng tác cùng với photphat trong xơng và thể hiện tính độc hại khi truyền vào các mô mềm của cơ thể. Chì nhiễu vào cơ thể qua da, đờng tiêu hoá, hô hấp. Ngời bị nhiễm độc chì sẽ mắc một số bệnh nh thiếu máu, đau đầu, sng khớp, chóng mặt. Chính vì tác hại nguy hiểm của chì đối với con ngời nh vậy nên các nớc trên thế giới đều có quy định chặt chẽ về hàm lợng chì tối đa cho phép có trong nớc không vợt quá 1 mg/lít (TCVN: 5942- 1995). Chuyên nghành hoá phân tích - 9 - Luận văn tốt nghiệp 1.2. ứng dụng của chì. Chì đợc sử dụng chế tạo pin, acquy chì- axit và hợp kim. Hợp chất hữu cơ Pb (CH 3 ) 4 ; Pb(C 2 H 5 ) 4 đợc sử dụng khá lớn làm chất phụ gia cho xăng và dầu bôi trơn, mặc dù xu hớng hiện nay là hạn chế và loại bỏ. 1.3. Các phản ứng của ion chì (II) Pb 2+ . - Tác dụng của axit clohiđric HCl và các clorua tan: axit clohiđric HCl và các muối clorua tan tạo đợc với Pb 2+ một kết tủa màu trắng chì clorua PbCl 2 ít tan trong nớc lạnh (7,54 g/l ở 25 0 C) nhng tan nhiều trong nớc nóng ( 35,9 g/l ở 100 0 C). Sau khi kết tủa chì clorua nếu pha lại đun cho tan hết kết tủa rồi làm lạnh dung dịch chì clorua nóng thì ta thu đợc những tinh thể chì clorua hình kim dễ nhận. Chì clorua tan đợc trong axit clohiđric, natri clorua, kali clorua đặc tạo thành ion phức: PbCl 2 + 2Cl - = [PbCl 4 ] 2- . Khi pha loãng phức này kết tủa PbCl 2 lại tách ra. Phản ứng này khá đặc trng nhng không nhạy lắm. Lợng nhỏ nhất tìm thấy là 10 , độ loãng giới hạn là 1/6 . 10 2 . - Tác dụng với kaliodua KI: Kaliodua làm kết tủa đợc chì, chì iodua màu vàng tan trong thuốc thử d nhiều Pb 2+ + 2I - =PbI 2 PbI 2 + 2I - = [PbI 4 ] 2- Chì clorua tan nhiều trong nớc sôi và dễ tan trong dung dịch axit axetic nóng. Nếu để chì clorua kết tinh lại từ một dung dịch axit axetic nóng ta sẽ thu đ- ợc tinh thể đặc có màu vàng óng ánh rất dễ nhận biết. Phản ứng này không nhạy lắm, lợng nhỏ tìm thấy là 300 , độ loãng giới hạn là 1/2 .10 3 . Chuyên nghành hoá phân tích - 10 -