Tách, làm giầu, xác định lượng vết Pb và Cd trong một số đối tượng bằng kỹ thuật chiết pha rắn và phương pháp quang phổ

Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Đại học quốc gia hà nội
trờng Đại học khoa học tự nhiên
Đàm thị thanh thủy
Tách, làm giầu, xác định lợng vết Pb và Cd
trong một số đối tợng bằng kỹ thuật chiết
pha rắn và phơng pháp quang phổ
Luận văn thạc sĩ khoa học
Hà Nội - 2009
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Đại học quốc gia hà nội
trờng Đại học khoa học tự nhiên
Đàm thị thanh thủy
Tách, làm giầu, xác định lợng vết Pb và Cd
trong một số đối tợng bằng kỹ thuật chiết pha
rắn và phơng pháp quang phổ
Luận văn thạc sĩ khoa học
Chuyên ngành : Hoá Phân tích
Mã số : 60 44 29
Ngời hớng dẫn khoa học:
PGS.TS Nguyễn xuân trung
Hà Nội - 2009
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Lời cảm ơn
Bằng tấm lòng trân trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn
thầy PGS.TS. Nguyễn Xuân Trung đã giao đề tài, hớng dẫn em tận tình, chu
đáo đầy tâm huyết trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn
này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo bộ môn Hoá phân tích,
cùng các thầy, cô giáo khoa Hoá học Trờng ĐHKHTN- ĐHQGHN đã tận
tình giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn

này.
Em xin cảm ơn Ban giám hiệu Trờng Cao đẳng Công nghiệp Hoá chất,
các bạn đồng nghiệp, ngời thân luôn cổ vũ, động viên giúp đỡ em trong suốt
quá trình học tập và thực hiện luận văn.
Hà Nội, ngày 18 tháng 11 năm 2009
Học viên: Đàm Thị Thanh Thuỷ
Mục lục
Mở đầu..................................................................................................................1
Chơng 1: Tổng Quan.............................................................................................2
1.1. Vai trò của nớc sạch và tình trạng ô nhiễm nớc .......................................2
1.1.1. Các nguồn nớc trên trái đất [3]..........................................................2
1.1.2. Vai trò của nớc [3].............................................................................2
1.1.3. Sự phân bố nớc .................................................................................2
1.1.3.1 Sự phân bố nớc trên Thế giới........................................................3
1.1.3.2 Tài nguyên nớc ở Việt Nam.........................................................3
1.1.4 Sự ô nhiễm nguồn nớc........................................................................4
1.2 Giới thiệu chung về Cadimi và Chì [15].....................................................4
Trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học, nguyên tố Cadimi
(Cd) nằm ở ô số 48, thuộc nhóm IIB, chu kỳ V. Nguyên tử Cd có các obitan d
đã điền đủ 10 electron. Cấu hình electron của Cadimi (Z=48): [Kr]4d5s........4
Nguyên tố Chì có số thứ tự 82, thuộc nhóm IVA, chu kỳ VI. Cấu hình
electron của Chì (Z = 82): [Xe]4f145d106s26p2.............................................4
1.2.1. Tính chất lý, hóa của Cadimi và Chì..................................................5
1.2.1.1. Tính chất vật lý ...........................................................................5
1.2.1.2. Tính chất hoá học........................................................................5
1.2.2. Các hợp chất chính của Cadimi và Chì...............................................6
1.2.2.1. Các oxit........................................................................................6
1.2.2.2. Các hydroxit................................................................................7
1.2.2.3. Các muối đặc trng........................................................................7
1.2.2.4 Độc tính của Cd và Pb [19] ........................................................8

1.3. Các phơng pháp xác định Cadimi và Chì .............................................9
1.3.1.2. Phơng pháp phân tích thể tích...................................................10
1.3.2. Các phơng pháp phân tích công cụ..................................................11
1.3.2.1. Các phơng pháp điện hoá [16]..................................................11
1.3.2.2. Các phơng pháp quang phổ .....................................................12
1.4. Một số phơng pháp tách và làm giàu lợng vết ion kim loại nặng...........16
1.4.1 Phơng pháp cộng kết [1]....................................................................17
1.4.2. Phơng pháp chiết lỏng- lỏng [1,27].................................................18
1.4.3. Phơng pháp chiết pha rắn (SPE)......................................................18
1.4.3.1. Định nghĩa về chiết pha rắn .....................................................18
1.4.3.2. Các cơ chế chiết pha rắn [21]...................................................19
1.4.3.3. Các kỹ thuật trong SPE.............................................................20
Chơng 2: Hóa chất và dụng cụ............................................................................24
2.1. Dụng cụ và máy móc..............................................................................24
2.2. Hóa chất sử dụng....................................................................................24
2.3. Chuẩn bị cột chiết pha rắn.......................................................................25
CHƯƠNG 3: Kết quả thực nghiệm và thảo luận................................................27
3.1. Khảo sát các điều kiện tối u của phép đo phổ F-AAS ............................27
3.1.1. Khảo sát các điều kiện đo phổ: ........................................................27
4
3.1.1.1. Chọn vạch đo............................................................................27
3.1.1.2. Khe đo......................................................................................28
3.1.1.3. Cờng độ đèn catot rỗng (đèn HCL)..........................................28
3.1.2. Khảo sát các điều kiện nguyên tử hóa mẫu.....................................28
3.1.2.1. Chiều cao đèn nguyên tử hóa ..................................................28
3.1.2.2 Khảo sát thành phần khí cháy....................................................29
3.1.3 Khảo sát các yếu tố ảnh hởng khác ..................................................30
3.1.3.1 ảnh hởng của nồng độ axit và loại axit trong dung dịch mẫu....31
3.1.3.2 ảnh hởng của nền muối...............................................................32
3.1.3.3. ảnh hởng của các ion có trong mẫu...........................................34

3.1.4 Đánh giá chung về phơng pháp phổ F-AAS......................................39
3.1.4.1 Khoảng tuyến tính của Pb, Cd và phơng trình đờng chuẩn........39
3.1.4.2. Giới hạn phát hiện, giới hạn định lợng của phơng pháp F-AAS
xác định Pb và Cd...................................................................................42
3.1.4.3 Sai số và độ lặp lại của phép đo..................................................44
3.2 Khảo sát các điều kiện làm giàu và tách chiết bằng pha rắn XAD7........46
3.2.1 Khảo sát ảnh hởng của pH.................................................................47
3.2.2 Khảo sát ảnh hởng của thể tích thuốc thử.........................................48
3.2.3 Khảo sát tỷ lệ Cd 2+/Pb2+ trong hỗn hợp ........................................49
3.2.4 Khảo sát tốc độ nạp mẫu .................................................................50
3.2.5 Khảo sát khả năng rửa giải ............................................................51
3.2.6 Khảo sát ảnh hởng của tốc độ rửa giải..............................................53
3.2.7 ảnh hởng của thể tích mẫu thử...........................................................54
3.2.8 ảnh hởng của một số ion đến khả năng hấp thu của Pb2+, Cd 2+...55
3.2.8.1 ảnh hởng của nhóm kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ...........55
3.2.8.2 ảnh hởng của một số kim loại nặng nhóm II..............................56
3.2.8.3 ảnh hởng của một số kim loại nặng nhóm III............................59
3.2.8.4 ảnh hởng của một số anion.........................................................61
3.2.8.5 ảnh hởng của tổng Cation và Anion..........................................62
3.3 Phân tích mẫu giả......................................................................................63
3.4 Phân tích mẫu thực....................................................................................64
Kết luận...............................................................................................................67
Tài liệu tham khảo..............................................................................................69
5
Mở đầu
Nớc là nguồn tài nguyên thiên nhiên quý giá, là yếu tố không thể thiếu
cho sự sống, ở đâu có nớc ở đó có sự sống. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển
của sự sống, quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa, và thâm canh nông nghiệp
ngày càng phát triển đã có nhiều ảnh hởng xấu đến nguồn tài nguyên này.
Nhiều nơi, các nguồn nớc bề mặt, thậm chí cả nguồn nớc ngầm đã bị ô nhiễm

nghiêm trọng, gây ảnh hởng xấu tới chất lợng của nớc, và ảnh hởng đến sức
khỏe của con ngời và động vật, làm giảm năng suất và chất lợng cây trồng. Một
trong những chất có tác dụng gây ô nhiễm là các kim loại nặng ( Pb, Cd, Hg,
As ). Một số trong chúng khi có nồng độ vừa phải thì không có ảnh h ởng xấu
tới ngời và vật nuôi, thậm chí còn có tác dụng tốt. Tuy nhiên, khi nồng độ cao
chúng lại trở thành những chất nhiễm độc mạnh gây ra một số tác động xấu cho
ngời, vật nuôi và đặc biệt Pb, Cd là một trong những tác nhân gây bệnh ung th.
Do vậy, xác định lợng vết các kim loại nặng là một trong những vấn đề
thời sự của hóa học phân tích, nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kinh kế, khoa
học kỹ thuật và bảo vệ môi trờng.
Hàm lợng Chì và Cadimi trong nớc là rất nhỏ để phân tích đợc thì trớc
hết cần phải làm giàu.
Vì vậy, mục đích chính của đề tài này là tách, làm giàu, xác định lợng vết
Chì và Cadimi có trong nớc ngầm bằng kỹ thuật chiết pha rắn và phơng pháp
quang phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật ngọn lửa (F-AAS).
1
Chơng 1: Tổng Quan
1.1. Vai trò của nớc sạch và tình trạng ô nhiễm nớc
1.1.1. Các nguồn nớc trên trái đất [3]
Trái đất có khoảng 361 triệu Km
2
diện tích các đại dơng (chiếm71% diện
tích bề mặt Trái đất). Trữ lợng tài nguyên nớc có khoảng 1,5 tỉ Km
3
, trong đó n-
ớc nội địa chỉ chiếm 91 triệu Km
3
(chiếm 6,1%), còn 93,9% là nớc biển và đại
dơng. Tài nguyên nớc ngọt chiếm 28,25 triệu Km
3

(chiếm 1,88% Thuỷ quyển),
nhng phần lớn lại ở dạng đóng băng ở hai cực Trái đất. Lợng nớc thực tế con
ngời có thể sử dụng đợc là 4,2 triệu Km
3
(chiếm 0,28% Thuỷ quyển).
1.1.2. Vai trò của nớc [3]
Nớc là dung môi tốt nhất trong tất cả các loại dung môi, phổ biến nhất
trên Trái đất.
Nớc không thể thiếu trong cuộc sống của con ngời, trong công nghiệp,
nông nghiệp, các ngành dợc phẩm, thực phẩm, đều cần đến một khối l ợng n-
ớc rất lớn. Với những tính chất vốn có, nớc thực sự là nguồn nguyên liệu quý
không thể thiếu đợc.
Với diện tích chiếm 71% diện tích bề mặt Trái đất độ sâu trung bình 4km
biển và đại dơng, nớc có tác dụng điều hoà nhiệt độ Trái đất. Trong lòng đại d-
ơng có đến 40 nghìn loại cá sinh sống, tổng sản lợng hàng năm hàng chục triệu
tấn rong biển, những ngành thân mềm chứa Protit có giá trị và các nguyên tố vi
lợng đợc sử dụng rộng rãi làm nguồn thực phẩm cho con ngời. Vì vậy nớc
không những quan trọng đối với đời sống, công nghiệp mà còn không thể thiếu
đối với sự sống của mọi động vật và thực vật trên Trái đất. Hiện nay con ngời
đang tìm cách sử dụng một cách khoa học các nguồn nớc một tài nguyên vô
giá trên Trái đất, giữ cho chúng khỏi bị nhiễm bẩn, nhất là ô nhiễm các loại hoá
chất độc hại.
1.1.3. Sự phân bố nớc
2
1.1.3.1 Sự phân bố nớc trên Thế giới
Trái đất là một hành tinh nớc. Tuy nhiên nhân loại vẫn đang đứng trớc
nguy cơ thiếu nớc ngọt do tình trạng khai thác nớc ngầm bừa bãi và tình trạng ô
nhiễm nớc xảy ra nghiêm trọng.
Lợng nớc trên Trái đất phân bố không đều, chẳng hạn ở sa mạc lợng ma
trung bình là dới 100 mm/năm, trong khi ở vùng nhiệt đới lợng ma có thể đạt tới

5.000 mm/năm. Vì vậy nhiều nơi thiếu nớc, bị hạn hán. Ngợc lại có nhiều vùng
thờng xuyên bị ma gây ngập lụt.
Lợng nớc ngọt con ngời sử dụng ban đầu thờng có nguồn gốc từ nớc ma.
Nớc ngọt dùng cho sinh hoạt chiếm 8%, cho công nghiệp chiếm 23% và cho
hoạt động nông nghiệp là 63% [6].
Tiêu dùng nớc ngọt trên phạm vi toàn cầu đã tăng gấp 6 lần trong giai
đoạn 1990- 1995, lớn gấp 2 lần tỉ lệ tăng dân số. Có khoảng 1/3 dân số trên thế
giới đang sống ở trong những vùng thiếu nớc, nơi mà nhu cầu sử dụng nớc cao
hơn 10% nguồn nớc có thể tái tạo đợc.
Trình trạng suy giảm nguồn nớc ngọt trên thế giới cả về chất và lợng
đang là một vấn đề nổi cộm về môi trờng và sự phát triển trong thế kỉ tới,
khoảng 20% dân số thế giới sẽ không có nớc sạch để uống, khoảng 50% dân số
không đủ điều kiện vệ sinh.
1.1.3.2 Tài nguyên nớc ở Việt Nam
Việt Nam là nớc nhiệt đới gió mùa nên có tài nguyên nớc dồi dào so với
các nớc trên thế giới, lợng ma trung bình tơng đối cao, khoảng 2000 mm/năm
gấp 2,6 lần lợng ma trung bình của các vùng lục địa trên Thế giới.
Hàng năm, lãnh thổ Việt Nam nhận thêm lu lợng nớc từ nam Trung Quốc
và Lào với số lợng khoảng 550 km
3
. Dòng chảy trung bình Việt Nam gấp 3 lần
dòng chảy trung bình trên Thế giới .
Nguồn tài nguyên nớc của Việt Nam tơng đối phong phú, nhng phân bổ
không đều và trải rộng rất phức tạp theo thời gian, nhất là các mạch nớc ngầm.
3
Từ lâu, các mạch nớc ngầm đã đợc khai thác bằng các phơng pháp khác nhau.
Theo đánh giá của tác giả [9] tổng trữ lợng nớc mạch thiên nhiên trên toàn lãnh
thổ khoảng xấp xỉ 15% tổng trữ lợng nớc mặt.
1.1.4 Sự ô nhiễm nguồn nớc
Sự ô nhiễm môi trờng nớc là sự thay đổi thành phần và tính chất của nớc

gây ảnh hởng tới hoạt động sống bình thờng của con ngời, sinh vật, đến sản
xuất công nghiệp, nông nghiệp, thuỷ sản.
Nguồn gốc gây ô nhiễm nguồn nớc là do tự nhiên và nhân tạo:
- Sự ô nhiễm có nguồn gốc tự nhiên là do ma, tuyết tan, lũ lụt, gió bão,
hoặc do các sản phẩm hoạt động sống của sinh vật, kể cả xác chết của chúng.
- Sự ô nhiễm nhân tạo chủ yếu do nguồn nớc thải từ các vùng dân c, khu
công nghiệp, hoạt động giao thông vận tải, do sử dụng thuốc trừ sâu, diệt cỏ và
phân bón trong nông nghiệp.
1.2 Giới thiệu chung về Cadimi và Chì [15]
Trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học, nguyên tố Cadimi
(Cd) nằm ở ô số 48, thuộc nhóm IIB, chu kỳ V. Nguyên tử Cd có các obitan d
đã điền đủ 10 electron. Cấu hình electron của Cadimi (Z=48): [Kr]4d
10
5s
2
.
Nguyên tố Chì có số thứ tự 82, thuộc nhóm IVA, chu kỳ VI. Cấu hình
electron của Chì (Z = 82): [Xe]4f
14
5d
10
6s
2
6p
2
.
Trong thiên nhiên, Cd tồn tại ở dạng bền vững là Cd(II). Trữ lợng của Cadimi
trong vỏ Trái đất là 7,6.10
-6
% tổng số nguyên tử (tơng ứng). Khoáng vật chính của

Cadimi là grenokit (CdS ), khoáng vật này hiếm khi tồn tại riêng mà thờng ở lẫn với
khoáng vật của Kẽm, và của Thuỷ ngân là xinaba hay thần sa (HgS).
Chì trong tự nhiên chiếm khoảng 0,0016% khối lợng vỏ Trái đất, phân bố
trong 170 khoáng vật khác nhau nhng quan trọng nhất là galena (PbS), anglesite
(PbSO
4
) và cerussite (PbCO
3
), hàm lợng Chì trong các khoáng lần lợt là 88%,
68% và 77%.
4
1.2.1. Tính chất lý, hóa của Cadimi và Chì
1.2.1.1. Tính chất vật lý
Cadimi là kim loại màu trắng bạc, mềm, dễ kéo, dễ rèn. Chì kim loại có
mầu xám xanh, mềm, bề mặt Chì thờng mờ đục do bị oxi hóa.
Bảng 1: Một số hằng số vật lý quan trọng của Cadimi và Chì
Hằng số vật lý Cd Pb
Khối lợng nguyên tử
Nhiệt độ nóng chảy
Nhiệt độ sôi
Tỉ khối (25
0
C)
Độ dẫn điện (25
0
C)
Bán kính nguyên tử
(đvC)
(
0

C)
(
0
C)
(kg.m
-3
)
(Ohm
-1
.m
-1
)
(
o
A
)
112,411
321
767
8,36
1,3.10
6
1,56
207,21
327,4
1737
11,34
4,84.10
6
1,74

1.2.1.2. Tính chất hoá học
Cadimi là nguyên tố tơng đối hoạt động. Trong không khí ẩm, Cd bền ở
nhiệt độ thờng nhờ có màng oxit bảo vệ. Nhng ở nhiệt độ cao, nó cháy mãnh
liệt với ngọn lửa màu sẫm:
Cd + O
2
= CdO
ở điều kiện thờng, Chì bị oxi hóa bởi oxi không khí tạo thành lớp oxit
bền, mỏng bao phủ bên ngoài kim loại.
2Pb + O
2
= 2PbO
Khi ở nhiệt độ cao, chúng phản ứng đợc với các phi kim nh Lu huỳnh,
Halogen (X
2
)...
Pb + X
2
= PbX
2
Cd + S = CdS
Cd tác dụng dễ dàng với axit không phải là chất oxi hoá, giải phóng khí
Hiđro.
t
o
t
o
t
o
5

Cd + HCl = CdCl
2
+ H
2

Với dung dịch: Cd + 2H
3
O
+
+ H
2
O = [Cd(H
2
O)
2
]
2+
+ H
2

Chì chỉ tơng tác trên bề mặt với dung dịch H
2
SO
4
dới 80% và HCl loãng
do bị bao phủ bởi lớp muối khó tan (PbCl
2
, PbSO
4
). Nhng nó tan đợc trong dung

dịch đặc hơn của các axit đó (do lớp muối bao bọc tan ra) và trong axit HNO
3
tại mọi nồng độ.
PbCl
2
+ 2HCl = H
2
[PbCl
4
]
PbSO
4
+ H
2
SO
4
(đn) = Pb(HSO
4
)
2
3Pb + 8HNO
3
= 3Pb(NO
3
)
2
+ 2NO + 4H
2
O
Chì còn có khả năng phản ứng với dung dịch kiềm (KOH, NaOH) đặc,

nóng giải phóng Hidro.
Pb + 2KOH + 2H
2
O = K
2
[Pb(OH)
4
] + H
2

1.2.2. Các hợp chất chính của Cadimi và Chì
1.2.2.1. Các oxit
Oxit quan trọng của Cadimi là CdO, nó có màu từ vàng đến nâu gần nh
đen tuỳ thuộc vào quá trình chế hoá nhiệt, nóng chảy ở 1813
0
C, có thể thăng
hoa không phân huỷ khi đun nóng.
CdO không tan trong nớc, tan trong axit và kiềm nóng chảy:
CdO + 2KOH
(nc)
= K
2
CdO
2
+ H
2
O
(Kali cadimiat)
CdO có thể điều chế bằng cách đốt cháy kim loại trong không khí hoặc
nhiệt phân hiđroxit hay các muối cacbonat, nitrat:

2Cd + O
2
= 2CdO
Cd(OH)
2
= CdO + H
2
O
Chì có hai oxit là PbO và PbO
2
, tơng ứng với các số oxi hóa +2, +4.
t
o
t
o
t
o
6
PbO tan ít trong nớc, khi nung nóng trong không khí bị oxi hóa thành
Pb
3
O
4
.
PbO
2
mầu nâu đen, khi nung nóng mất dần oxi chuyển thành các oxit
khác, đồng thời chuyển mầu dần sang vàng. PbO
2
là oxit lỡng tính, không tan

trong nớc, tan trong kiềm dễ hơn trong axit.
PbO
2
+ 2KOH + 2H
2
O = K
2
[Pb(OH)
6
]
PbO
2
là một trong những chất oxi hóa mạnh, nó có thể oxi hóa Mn(II)
thành Mn(VII) trong môi trờng axit, oxi hóa Cr(III) lên Cr(VI) trong môi trờng
kiềm, do vậy nó đợc dùng để làm ắcquy Chì.
1.2.2.2. Các hydroxit
Hydroxit của Cadimi Cd(OH)
2
là kết tủa nhầy ít tan trong nớc và có màu
trắng, tính lỡng tính thể hiện không rõ ràng, tan trong dung dịch axit, không tan
trong dung dịch kiềm mà chỉ tan trong kiềm nóng chảy.
Tan trong dung dịch NH
3
tạo thành hợp chất phức
Cd(OH)
2
+ 4NH
3
= [Cd(NH
3

)
4
](OH)
2
Pb(OH)
2
thể hiện tính lỡng tính, tan đợc trong cả axit và kiềm.
Cả hai hydroxit trên đều không tan trong nớc, chúng dễ mất nớc khi nung
nóng trở thành oxit.
Me(OH)
2
MeO + H
2
O
Chì(IV) hydroxit kết tủa nhầy, mầu xám nâu, không tồn tại dạng
Pb(OH)
4
mà ở dạng PbO
2
.xH
2
O với thành phần biến đổi. Nó là hydroxit lỡng
tính nhng tính axit mạnh hơn tính bazơ.
1.2.2.3. Các muối đặc trng
Các muối Halogenua (trừ Florua), nitrat, sunfat, peclorat và axetat của
Cd(II) đều dễ tan trong nớc còn các muối sunfua, cacbonat, hay orthophotphat
và muối bazơ đều ít tan.
Trong dung dịch nớc các muối Cd
2+
bị thuỷ phân:

t
o
7
Cd
2+
+ 2H
2
O = Cd(OH)
2
+ 2H
+
Cd
2+
có khả năng tạo nhiều hợp chất phức, các phức thờng gặp là:
[CdX
4
]
2+
(X = Cl
-
, Br
-
,I
-
và CN
-
); [Cd(NH
3
)
4

]
2+
; [Cd(NH
3
)
6
]
2+
...
Các đihalogenua của Cd là chất ở dạng tinh thể màu trắng, có nhiệt độ
nóng chảy và nhiệt độ sôi khá cao.
Các muối Pb(II) thờng là tinh thể có cấu trúc phức tạp, không tan trong
nớc, trừ Pb(NO
3
)
2
, Pb(CH
3
COO)
2
, PbSiF
6
.
Các muối của Pb(II) nh Pb(NO
3
)
2
, PbCl
2

đều bền và độc với con ngời
và động vật.
1.2.2.4 Độc tính của Cd và Pb [19]
Cadimi là một nguyên tố rất độc đối với môi trờng sống cũng nh đối với
con ngời. Đối với các động, thực vật sống dới nớc, tính độc hại của Cadimi
ngang với độc tính của Ni và Cr(III)...và có phần kém độc hơn so với Hg(CH
3
)
2
và Cu. Tất nhiên điều này còn phụ thuộc vào từng loài, từng điều kiện của sự
ảnh hởng của Cd. ở hàm lợng 0,02-1 mg/l Cd sẽ kìm hãm quá trình quang hợp
và phát triển của thực vật. Hàm lợng cho phép của Cd trong nớc là 1 àg/l.
Đối với con ngời, Cd có thể xâm nhập vào cơ thể bằng nhiều cách khác
nhau, ví dụ nh tiếp xúc với bụi Cd, ăn uống các nguồn có sự ô nhiễm Cd...Cd
thờng đợc tích luỹ dần trong thận, gây triệu chứng độc mãn tính. Nếu để lâu có
thể gây mất chức năng thận và sự mất cân bằng các thành phần khoáng trong x-
ơng, phá huỷ xơng, gây thiếu máu, gây ung th. Liều lợng 30 mg cũng đủ dẫn
đến tử vong. Cũng có nhiều giả thiết cho rằng Cd có thể thay thế Zn trong cơ
thể làm giảm khả năng sản sinh tế bào.
Các hợp chất của Chì đều độc đối với động vật. Mặc dù, Chì không gây
hại nhiều cho thực vật nhng lợng Chì tích tụ trong cây trồng sẽ chuyển qua
động vật qua đờng tiêu hóa. Do vậy, Chì không đợc sử dụng làm thuốc trừ sâu.
Chì kim loại và muối sunphua của nó đợc coi nh không gây độc do chúng
không bị cơ thể hấp thụ. Tuy nhiên, các muối Chì tan trong nớc nh PbCl
2
,
8
Pb(NO
3

)
2
, Pb(CH
3
COO)
2
rất độc. Khi xâm nhập vào cơ thể động vật, Chì gây
rối loạn tổng hợp hemoglobin, giảm thời gian sống của hồng cầu, thay đổi hình
dạng tế bào, xơ vữa động mạch, làm con nguời bị ngu đần, mất cảm giác... Khi
bị ngộ độc Chì sẽ có triệu chứng đau bụng, tiêu chảy, ăn không ngon miệng,
buồn nôn và co cơ.
Dới đây là một vài số liệu đợc nêu từ tiêu chuẩn Việt Nam:
Bảng 2: Giới hạn cho phép các kim loại Cd và Pb
theo tiêu chuẩn Việt Nam[20]
Giới hạn cho phép
Cd Pb
A B A B
Nớc cấp sinh hoạt 0,005(mg/l) 0,05(mg/l)
Nớc bề mặt 0,01(mg/l) 0,02(mg/l) 0,05(mg/l) 0,1(mg/l)
Nớc ngầm 0,01(mg/l) 0,05(mg/l)
Nớc thải công nghiệp 0,01(mg/l) 0,02(mg/l) 0,1(mg/l) 0,5(mg/l)
A: Nớc mặt có thể dùng làm nớc cấp sinh hoạt
B: Nớc dùng cho các mục đích khác
1.3. Các phơng pháp xác định Cadimi và Chì
Hiện nay, có rất nhiều phơng pháp khác nhau để xác định Cadimi và Chì
nh phơng pháp phân tích khối lợng, phân tích thể tích, điện hoá, phổ phân tử
UV-VIS, phổ phát xạ nguyên tử (AES), phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa và
không ngọn lửa (F-AAS, ETA-AAS)... Sau đây là một số phơng pháp xác định
Cadimi và Chì.
9

1.3.1. Các phơng pháp hoá học[1]
1.3.1.1. Phơng pháp phân tích khối lợng
Phơng pháp phân tích khối lợng là phơng pháp cổ điển, độ chính xác có
thể đạt tới 0,1%. Cơ sở của phơng pháp là sự kết tủa định lợng của chất phân
tích với một thuốc thử thích hợp.
Cadimi thờng đợc kết tủa dới các dạng CdS, CdSO
4
, CdNH
4
PO
4
, sau đó
kết tủa đợc lọc, rửa, sấy (hoặc nung) đem cân.
Chì thờng đợc kết tủa dới dạng PbSO
4
, sau đó đợc sấy ở 700
o
C đa kết tủa
về dạng cân (PbSO
4
) rồi đem cân xác định khối lợng.
Phơng pháp này không đòi dụng cụ đắt tiền nhng quá trình phân tích lâu,
nhiều giai đoạn phức tạp đặc biệt khi phân tích lợng vết các chất. Vì vậy, phơng
pháp này không đợc dùng phổ biến trong thực tế để xác định lợng vết các chất
mà chỉ dùng trong phân tích hàm lợng lớn.
1.3.1.2. Phơng pháp phân tích thể tích
Phân tích thể tích là phơng pháp phân tích định lợng dựa trên thể tích
dung dịch chuẩn (đã biết chính xác nồng độ) cần dùng để phản ứng vừa đủ với
chất cần xác định có trong dung dịch phân tích. Đây là phơng pháp hóa học
dùng để xác định nhanh, đơn giản tuy nhiên không cho phép xác định lợng vết

các nguyên tố.
Với Cadimi và Chì, ta có thể dùng các phép chuẩn độ nh chuẩn độ phức
chất, chuẩn độ ôxi hoá- khử, với các chỉ thị khác nhau.
Ta có thể xác định Cadimi bằng EDTA ở môi trờng pH=9-10 với chỉ thị
ETOO hoặc môi trờng pH=6 với chỉ thị xylendacam. Khi đó chỉ thị chuyển từ
màu đỏ sang vàng:
H
6
F + Cd
2+
H
4
FCd + 2H
+

H
4
FCd + H
2
Y
2-
CdY
2-
+ H
6
F
(đỏ) (vàng)
10
Đối với Chì, ta có thể chuẩn độ trực tiếp bằng EDTA hay chuẩn độ ngợc
bằng Zn

2+
hoặc chuẩn độ thay thế với ZnY
2-
, chỉ thị ETOO.
1.3.2. Các phơng pháp phân tích công cụ
1.3.2.1. Các phơng pháp điện hoá [16]
1.3.2.1.1. Phơng pháp cực phổ
Nguyên tắc: Ngời ta thay đổi liên tục và tuyến tính điện áp vào 2 cực để
khử các ion kim loại, do mỗi kim loại có thế khử khác nhau. Trong đó ngời ta
dùng điện cực Hg là điện cực làm việc và một điện cực có thế không đổi làm
điện cực so sánh. Đờng thu đợc là đờng phụ thuộc cờng độ dòng vào thế áp vào
gọi là đờng Von-Ampe hay sóng cực phổ. Sóng này có dạng bậc thang và dựa
vào chiều cao của sóng có thể định lợng đợc ion kim loại cần xác định trong
dung dịch. Vì dòng giới hạn I
gh
ở các điều kiện xác định tỉ lệ thuận với nồng độ
ion trong dung dịch ghi cực phổ theo phơng trình:
I = k.C
Phơng pháp này có khá nhiều u điểm: Nó cho phép xác định cả chất vô
cơ và hữu cơ với nồng độ 10
-5
- 10
-6
M tuỳ thuộc vào cờng độ và độ lặp lại của
dòng d. Sai số của phơng pháp thờng là 2-3% với nồng độ 10
-3
- 10
-4
M, là 5%
với nồng độ 10

-5
M (ở điều kiện nhiệt độ không đổi).
Tuy nhiên, phơng pháp này cũng có những hạn chế nh ảnh hởng của
dòng tụ điện, dòng cực đại, của ôxi hòa tan, bề mặt điện cực...
Để loại trừ các ảnh hởng và làm tăng độ nhạy thì hiện nay đã có các ph-
ơng pháp cực phổ hiện đại: cực phổ xung vi phân (DDP), cực phổ sóng vuông
(SQWP)... chúng cho phép xác định nhiều lợng vết các nguyên tố.
Các tác giả Từ Văn Mạc, Trần Thị Sáu đã sử dụng phơng pháp cực phổ
xung vi phân xoay chiều để xác định lợng vết các kim loại Cd, Cu, Pb trong bia ở
khu vực Hà Nội cho độ nhạy cao tới 1ppb[14].
11
1.3.2.1.2. Phơng pháp Von-Ampe hoà tan
Về bản chất, phơng pháp Von-Ampe hoà tan cũng giống nh phơng pháp
cực phổ là đều dựa trên độ lớn của cờng độ dòng để xác định nồng độ các chất
trong dung dịch. Nguyên tắc gồm 2 bớc:
- Điện phân làm giàu chất cần phân tích lên trên bề mặt điện cực làm việc
trong một khoảng thời gian và ở thế điện cực xác định.
- Hoà tan kết tủa đã đợc làm giàu bằng cách phân cực ngợc, đo và ghi
dòng hoà tan từ điện cực chỉ thị.
Các tác giả Lê Lan Anh, Vũ Đức Lợidùng phơng pháp Von-Ampe hoà
tan trên điện cực màng Hg, giọt Hg treo đã xác dịnh hàm lợng Pb trong tóc,
trong nớc tiểu của ngời nhằm chuẩn đoán lâm sàng[2].
1.3.2.2. Các phơng pháp quang phổ
1.3.2.2.1. Phơng pháp phổ hấp thụ phân tử (UV-VIS) [7]
ở điều kiện bình thờng các phân tử, nhóm phân tử của các chất bền vững
và nghèo năng lợng gọi là trạng thái cơ bản. Khi có một chùm sáng với năng l-
ợng phù hợp chiếu vào thì các điện tử hoá trị trong các liên kết (, , n) sẽ hấp
thụ năng lợng chùm sáng, chuyển nên trạng thái kích thích với năng lợng cao
hơn. Sự hấp thụ này là nguồn gốc sinh ra phổ hấp thụ.
Nguyên tắc: phơng pháp xác dịnh dựa trên việc đo độ hấp thụ ánh sáng

của dung dịch phức có mầu tạo bởi ion cần xác định với một thuốc thử vô cơ
hay hữu cơ trong môi trờng thích hợp khi chiếu bởi chùm sáng. Trong khoảng
nồng độ chất phân tích nhất định thì độ hấp thụ quang tỉ lệ thuận với nồng độ
chất phân tích, đây là cơ sở để định lợng chất phân tích:
A = k.C
Phơng pháp này xác định nồng độ chất ở khoảng 10
-7
M đến 10
-5
M và là
phơng pháp sử dụng khá phổ biến.
12
Ví dụ: Xác định Cd và Pb bằng cách chuyển nó về dạng Cadimi-
dithizonat và Chì-dithizonat trong môi trờng pH 5-6:
Cd
2+
+ 2H
2
Dz (xanh) = Cd(HDz)
2
(đỏ) + 2H
+
Pb
2+
+ 2H
2
Dz (xanh) = Pb(HDz)
2
(đỏ) + 2H
+

Sau đó, chiết phức này vào dung môi hữu cơ CCl
4
hoặc CHCl
3
rồi đem đo
hấp thụ quang của nó tại = 515 nm đối phức của Cd và 510 nm đối phức của
Pb. Giới hạn của phơng pháp này đối với Pb là 0,05 ppm, với Cd là 0,01ppm.
Phơng pháp trắc quang đơn giản, tiện lợi, độ nhạy tơng đối cao nên đợc
sử dụng phổ biến để xác định các kim loại có hàm lợng nhỏ. Tuy nhiên, nhợc
điểm của phơng pháp này là không chọn lọc, một thuốc thử có thể tạo phức với
nhiều ion.
Bằng phơng pháp trắc quang, các tác giả Trần Thúc Bình, Trần Tứ Hiếu,
Phạm Luận đã xác định Cu, Ni, Mn, Zn... trong cùng một hỗn hợp theo Phơng
pháp Vierod cải tiến bằng Pyridin-azo-naphtol(PAN) với sai số < 4% ở những
bớc sóng khác nhau.[4]
1.3.2.2.2. Phơng pháp phổ phát xạ nguyên tử (AES) [10]
Khi ở điều kiện thờng, nguyên tử không thu và phát năng lợng nhng nếu
bị kích thích các điện tử hoá trị sẽ nhận năng lợng chuyển nên trạng thái có
năng lợng cao hơn. Trạng thái này không bền, chúng có xu hớng giải phóng
năng lợng để trở về trạng thái ban đầu bền vững dới dạng các bức xạ. Chính bức
xạ này gọi là phổ phát xạ nguyên tử.
Tác giả Phạm Luận đã ứng dụng phơng pháp này để đa ra quy trình xác
định một số kim loại trong các mẫu nớc ngọt với một số kết quả nh sau: Giới
hạn phát hiện của Na là 0,05ppm, K và Li là 0,5ppm và Pb là 0,1ppm.[11]
Hiện nay, ngời ta dùng một số nguồn năng lợng để kích thích phổ AES:
ngọn lửa đèn khí, hồ quang điện, tia lửa điện...đặc biệt nguồn kích thích plasma
cao tần cảm ứng (ICP), tia laze có độ nhạy cao cỡ ng/ml.
13
Lần đầu tiên, các tác giả Vũ Hoàng Minh, Nguyễn Tiến Lợng, Phạm
Luận, Trần Tứ Hiếu đã áp dụng thành công phơng pháp phổ ICP-AES để xác

định chính xác các nguyên tố đất hiếm trong mẫu địa chất Việt Nam.[13]
Nhìn chung phơng pháp AES có độ nhạy khá cao, lại tốn ít mẫu, có thể
phân tích đồng thời nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu. Vì vậy đây là phơng
pháp dùng để kiểm tra đánh giá hoá chất, nguyên liệu tinh khiết, phân tích lợng
vết ion kim loại độc hại trong lơng thực, thực phẩm. Tuy nhiên phơng pháp này
chỉ cho biết hàm lợng tổng kim loại, còn không cho biết trạng thái liên kết của
nó trong mẫu, mặt khác độ chính xác phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác dãy
chuẩn nên sai số là không nhỏ.
1.3.2.2.3. Phơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) [10]
* Sự xuất hiện của phổ AAS:
ở điều kiện thờng, nguyên tử không thu hay phát năng lợng và gọi là trạng
thái cơ bản (nghèo năng lợng, bền vững). Nhng khi ở trạng thái hơi tự do, nếu ta
kích thích chúng bằng một năng lợng dới dạng chùm tia sáng có bớc sóng xác
định thì các nguyên tử đó sẽ hấp thụ bức xạ có bớc sóng ứng đúng với tia bức xạ
mà chúng có thể phát ra trong quá trình phát xạ. Khi đó nguyên tử chuyển lên
trạng thái có năng lợng cao (trạng thái kích thích). Quá trình mà các nguyên tử tự
do ở trạng thái hơi hấp thụ những bức xạ đặc trng tạo ra phổ nguyên tử nguyên tố
đó, phổ này đợc gọi là phổ hấp thụ nguyên tử AAS.
* Nguyên tắc:
Phép đo dựa trên sự hấp thụ năng lợng của nguyên tử tự do ở trạng thái
hơi khi chiếu chùm tia bức xạ qua đám hơi của nguyên tố đó trong môi trờng
hấp thụ. Để tiến hành đo thì phải qua các quá trình sau:
- Quá trình hoá hơi và nguyên tử hoá mẫu: chọn các điều kiện và loại
trang bị phù hợp để chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn, dung dịch)
thành trạng thái hơi của nguyên tử tự do.
14
- Chiếu chùm sáng bức xạ đặc trng của nguyên tố cần phân tích qua đám
hơi vừa điều chế ở trên. Khi đó, các nguyên tử trong đám hơi sẽ hấp thụ tia bức
xạ và tạo ra phổ AAS.
- Thu phân ly chùm sáng và chọn một vạch phổ hấp thụ của nguyên tố

phân tích để đo cờng độ thông qua một hệ thống máy quang phổ.
Phơng trình định lợng của phơng pháp là:
D = K * C
b

D: Cờng độ vạch phổ
K: Hệ số nguyên tử hoá mẫu
C: Nồng độ nguyên tố cần phân tích
b: Hằng số bản chất, phụ thuộc vào bản chất của chất phân tích
Cờng độ vạch phổ có thể đợc đánh giá thông qua chiều cao pic, diện tích
pic hay độ hấp thụ ..Trong khoảng nồng độ đủ nhỏ, b=1. Khi đó, sự phụ thuộc
của cờng độ vạch phổ vào nồng độ nguyên tố phân tích có dạng tuyến tính, và
thông qua đó ta có thể định lợng chất phân tích một cách dễ dàng.
Trong phép đo phổ AAS có hai kỹ thuật chính là: kỹ thuật nguyên tử hoá
bằng ngọn lửa (F-AAS) và kỹ thuật không ngọn lửa (ETA-AAS). Kỹ thuật
ETA-AAS cho độ nhậy rất cao, đồng thời giới hạn phát hiện của các nguyên tố
khi sử dụng phơng pháp này rất nhỏ. Tuy nhiên để thực hiện thì đòi hỏi trang
thiết bị đắt tiền, giá thành cao nên trong nghiên cứu này chúng tôi đã lựa chọn
kỹ thuật F-AAS.
Với kỹ thuật F-AAS tác giả [38] đã xây dựng một quy trình hoàn chỉnh
để xác định các kim loại nặng: Cu, Fe, Pb, Cd, Co, Ni trong các mẫu sữa và
soda với hiệu suất 95%. Còn tác giả [37] lại xác định lợng vết các kim loại
nặng trong nớc sau khi sau khi làm giàu với độ lệch chuẩn tơng đối nằm trong
khoảng 0,8 2,9%, giới hạn phát hiện từ 0,006 0,277 ppm.
Cũng nh phơng pháp AES, phơng pháp AAS cho độ nhậy và độ chọn lọc
cao ( gần 60 nguyên tố hoá học có thể xác định với độ nhậy 10
-4
-10
-5
15

%, nếu sử dụng kỹ thuật ETA-AAS thì có thể đạt n.10
-7
%). Hơn nữa, phép đo
tốn ít nguyên liệu, ít thời gian, lại không cần sử dụng hoá chất tinh khiết cao, có
thể xác định đồng thời hay liên tiếp nhiều nguyên tố trong một mẫu. Kết quả
phân tích ổn định, sai số nhỏ nên đợc sử dụng phổ biến để xác định các nguyên
tố trong mẫu quặng, đất, đá, nớc khoáng, mẫu y học, sinh học. Ngoài ra ở nhiều
nớc trên thế giới, phơng pháp AAS trở thành phơng pháp tiêu chuẩn để định l-
ợng nhiều kim loại. Tuy nhiên phơng pháp phân tích này cũng chỉ cho ta biết
thành phần nguyên tố của chất ở trong mẫu phân tích mà không chỉ ra trạng thái
liên kết của nguyên tố ở trong mẫu.
Với những u điểm nổi bật và ứng dụng rộng rãi của phép đo AAS (cụ thể
là F-AAS), chúng tôi quyết định sử dụng phép đo phổ F-AAS để xác định lợng
vết một số ion kim loại nặng Pb
2+
, Cd
2+
trong nghiên cứu này.
1.3.2.2.4 Phơng pháp khối phổ plasma cao tần cảm ứng ICP- MS
Khi dẫn mẫu phân tích vào ngọn lửa plasma (ICP), trong điều kiện nhiệt
độ cao của plasma, các chất có trong mẫu khi đó sẽ bị hoá hơi, nguyên tử hoá
và ion hoá tạo thành ion dơng có điện tích +1 và các electron tự do. Thu và dẫn
dòng ion đó vào thiết bị phân giải phổ để phân chia chúng theo số khối (m/z) sẽ
tạo ra phổ khối của nguyên tử chất cần phân tích. Sau đó, đánh giá định tính và
định lợng phổ thu đợc.
Kỹ thuật phân tích ICP-MS là một trong những kỹ thuật phân tích hiện
đại. Kỹ thuật này đợc nghiên cứu và phát triển rất mạnh trong những năm gần
đây. Với nhiều u điểm vợt trội của nó, kỹ thuật này đợc ứng dụng rất rộng rãi
trong phân tích rất nhiều đối tợng khác nhau đặc biệt là trong các lĩnh vực phân
tích vết và siêu vết phục vụ nghiên cứu sản xuất vật liệu bán dẫn, vật liệu hạt

nhân, nghiên cứu địa chất và môi trờng...
1.4. Một số phơng pháp tách và làm giàu lợng vết ion kim loại nặng
16
Trong thực tế phân tích, hàm lợng các chất trong mẫu, đặc biệt là hàm l-
ợng các ion kim loại nặng thờng rất nhỏ, nằm dới giới hạn phát hiện của các
công cụ phân tích. Vì vậy, trớc khi xác định chúng cần phải tách và làm giàu.
Để tách và làm giàu các kim loại nặng trong nớc thờng dùng một số ph-
ơng pháp dới đây:
1.4.1 Phơng pháp cộng kết [1]
Cộng kết là phơng pháp kết tủa chất cần phân tích bằng cách đa thêm
những chất kết tủa đồng hình, thờng gọi là chất góp, vào đối tợng phân tích để
cộng kết các nguyên tố khi hàm lợng của chúng rất nhỏ. Nhờ vậy mà chất phân
tích sẽ đợc thu góp lại. Khi đó hàm lợng của nó đã tăng lên rất nhiều. Ngời ta có
thể chọn một số hyđroxyt khó tan nh: Fe(OH)
3
; Al(OH)
3
hoặc một số sunfua
hay một số chất hữu cơ làm chất góp.
Khi sử dụng chất hữu cơ để cộng kết, có thể kết tủa đợc những lợng vết
tới 10
-3
- 10
-5
%. Việc dùng chất hữu cơ kết tủa có u điểm hơn so với chất vô cơ vì
kết tủa dễ lọc rửa. Bằng cách thay đổi pH của dung dịch có thể tiến hành kết tủa
lần lợt và tách đợc nhiều cation kim loại khác nhau với cùng một chất kết tủa
hữu cơ. Hơn nữa, phân tử hữu cơ dễ dàng bị phân huỷ khi nung kết tủa, từ đó
thu đợc nguyên tố cần xác định ở trạng thái đã làm giàu, tinh khiết. Mặt khác,
chất góp hữu cơ còn có khả năng cộng kết đợc lợng vết nguyên tố khi có mặt l-

ợng lớn nguyên tố khác.
Tomoharu Minami và cộng sự [40] đã tiến hành xác định lợng vết ion
kim loại Co
2+
; Ni
2+
trong nớc sông bằng phép đo phổ hấp thụ nguyên tử sau khi
làm giàu chúng nhờ cộng kết lên Scandi hydroxyt ( Sc(OH)
3
) ở pH= 8- 10
Các tác giả [29] tiến hành cộng kết vi lợng các ion kim loại: Cu
2+
; Pb
2+
;
Cd
2+
; Co
2+
; Ni
2+
; Mn
2+
trong n ớc lên Bimut(III)đietylithiocacbarmat ở pH= 9,
sau đó xác định bằng phơng pháp phổ F-AAS.
17
Phơng pháp cộng kết có u điểm: đơn giản, hiệu quả cao, nền mẫu phân
tích đợc chuyển từ phức tạp sang đơn giản hơn. Tuy nhiên nhợc điểm chính của
phơng pháp là mất nhiều thời gian, nên phơng pháp này ít đợc sử dụng.
1.4.2. Phơng pháp chiết lỏng- lỏng [1,27]

* Nguyên tắc:
Phơng pháp dựa trên sự phân bố chất tan khi đợc tạo thành ở dạng phức
liên hợp hay ion phức vòng càng không mang điện tích giữa hai pha không trộn
lẫn, thờng là các dung môi hữu cơ và nớc.
Tách và làm giàu chất bằng phơng pháp chiết lỏng- lỏng có nhiều u điểm
hơn so với một số phơng pháp làm giàu khác và sự kết hợp giữa phơng pháp
chiết với các phơng pháp xác định tiếp theo (trắc quang, cực phổ..) có ý nghĩa
rất lớn trong phân tích.
* Một số hệ chiết thờng dùng trong tách, làm giàu Pb, Cd:
- Hệ chiết Pb, Cd- dithizonat trong CCl
4
hoặc CHCl
3
, sau đó xác định
chúng bằng phơng pháp phổ hấp thụ phân tử (UV-VIS).
- Có thể chiết phức halogenua hoặc thioxianat Cadimi bằng các dung môi
hữu cơ: xiclohexano, metyl isobutyl xeton (MIBK), dietyl ete
- Tạo phức chelat với NaDDC (natridietyldithiocacbamat) từ dung dịch
đệm amoni xitrat ở pH= 9,5 dung môi chiết là MIBK.
1.4.3. Phơng pháp chiết pha rắn (SPE)
1.4.3.1. Định nghĩa về chiết pha rắn
Chiết pha rắn (SPE) (Solid- Phase Extraction) là quá trình phân bố chất
tan giữa hai pha lỏng- rắn. Pha rắn có thể là các hạt silicagen xốp, các polime
hữu cơ hoặc các loại nhựa trao đổi trao đổi ion hay than hoạt tính. Quá trình
chiết có thể thực hiện ở điều kiện tĩnh hay động. Các chất bị giữ lại trên pha rắn
có thể đợc tách ra bằng cách rửa giải với dung môi thích hợp. Thông thờng thể
18
tích cần thiết để rửa giải hoàn toàn chất phân tích luôn nhỏ hơn rất nhiều so với
thể tích của dung dịch mẫu ban đầu, vì thế có hệ số làm giàu cao.
1.4.3.2. Các cơ chế chiết pha rắn [21]

Về cơ bản, cơ chế chiết SPE giống với cơ chế tách trong phơng pháp sắc
kí lỏng hiệu năng cao (HPLC) bao gồm 3 cơ chế chính, đó là: cơ chế hấp phụ
pha thờng, cơ chế hấp phụ pha đảo và cơ chế trao đổi ion. Tuy nhiên SPE khác
với HPLC là: trong HPLC sự tách chất phân tích ra khỏi nhau trong hệ dòng
chảy liên tục của pha động, còn SPE giữ chất phân tích lại trên pha rắn sau đó
rửa giải chất phân tích ra khỏi pha rắn với dung môi phù hợp. Các chất phân tích
sẽ đợc tách khỏi dung dịch ban đầu với nồng độ đậm đặc hơn và tinh khiết hơn.
* Cơ chế hấp thụ pha thờng ( normal phase) [21]
Là sự hấp thu các chất phân tích từ dung môi không phân cực lên bề mặt
phân cực của pha rắn. Cơ chế của quá trình tách dựa trên lực tơng tác phân cực
nh: các liên kết hydro, các tơng tác phân cực

-

, tơng tác lỡng cực hay tơng
tác lỡng cực- lỡng cực cảm ứng. Cơ chế này liên quan đến sự hấp thu các nhóm
chức của chất tan lên các vị trí phân cực của pha tĩnh để chống lại độ tan của
các chất tan trong pha động.
Trong SPE pha thờng, thờng sử dụng các loại pha tĩnh không liên kết nh:
silica, alumina và mage silica, nhng phổ biến nhất vẫn là silica. Ngoài ra còn có
một số vật liệu pha liên kết cũng đợc sử dụng trong SPE pha thờng nh nhóm
aminopropyl, cyanopropyl, propydiol.
Để rửa giải chất phân tích ra khỏi chất hấp thu, thờng sử dụng dung môi
phân cực có khả năng phá vỡ các liên kết giữa chất phân tích với bề mặt chất
hấp thu.
* Cơ chế hấp thụ pha đảo ( reversed- phase)
Ngợc với cơ chế hấp thụ pha thờng, pha tĩnh ở đây là các chất không
phân cực (nh C-18) còn pha động là pha không phân cực. Cơ chế là tơng tác
19
không phân cực còn gọi là tơng tác Van Der Vaals, hiệu ứng phân tán hay sự

phân tách.
Các chất hấp thu trong SPE pha đảo thờng là hidrocacbon C- 8, C- 18 và
một số loại khác nh: C- 2, C- 4, cyclohexyl, nhóm phenyl Các chất phân tích
có tính kị nớc sẽ có khuynh hớng hấp thu mạnh.
* Cơ chế trao đổi ion:
Dựa vào sự trao đổi ion của chất tan (mang điện tích) trong các dung môi
phân cực hay không phân cực với chất hấp thu trao đổi ion. Cơ chế tơng tác ion
này có năng lợng cao. Vì vậy, các chất tan phân cực có thể hấp thu hiệu quả từ
dung môi phân cực cũng nh từ dung môi không phân cực. Trong quá trình hấp
thu sẽ xuất hiện sự cạnh tranh để trao đổi ion. Quá trình này phụ thuộc vào độ
chọn lọc của ion hay số lợng ion cạnh tranh ở các vị trí.
Pha tĩnh thờng là silica liên kết với nhóm chức anion hay cation. Nếu là
các chất trao đổi cation mạnh thì dùng silica liên tiếp với nhóm sunfonic axit,
còn là chất trao đổi yếu thờng liên kết với nhóm COOH.
Việc rửa giải các chất phân tích hấp thu trên pha tĩnh có thể tiến hành
theo nhiều cách: nếu là trao đổi cation có thể dùng H
+
của axit mạnh hoặc dùng
các cation mạnh hơn (ví dụ rửa giải Na
+
dùng dung dịch K
+
), nếu là trao đổi
anion thì dùng OH
-
hoặc các anion khác.
1.4.3.3. Các kỹ thuật trong SPE
* Kỹ thuật ở điều kiện tĩnh: Gồm 3 bớc chính
- Phân bố chất tan giữa hai pha rắn- lỏng, cho một lợng pha rắn vào một
thể tích xác định dung dịch mẫu cần phân tích, điều chỉnh môi trờng phù hợp.

Sau đó lắc hay khuấy trong một thời gian xác định.
- Tách hai pha rắn - lỏng: Bằng cách lọc hay ly tâm
- Giải hấp chất phân tích ra khỏi pha rắn
* Kỹ thuật SPE ở điều kiện động
20