nghiên cứu phân tích một số kim loại nặng trong sản phẩm chè phú lương bằng phương pháp von – ampe hòa tan

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

VŨ HOÀNG ANH

NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH
MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG SẢN PHẨM CHÈ
PHÚ LƢƠNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP VON - AMPE HOÀ TAN

LUẬN VĂN THẠC SĨ HĨA HỌC

Thái Ngun – Năm 2011

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

VŨ HOÀNG ANH

NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH
MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG SẢN PHẨM CHÈ
PHÚ LƢƠNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP VON - AMPE HOÀ TAN

Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 60.44.29

LUẬN VĂN THẠC SĨ HĨA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. LÊ LAN ANH

Thái Nguyên - Năm 2011


ii

LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu
của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trong luận văn là
trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
cơng trình nào khác.
Thái Ngun, tháng 8 năm 2011
Tác giả luận văn

Vũ Hoàng Anh


iii

LỜI CẢM ƠN
Luận văn này được hoàn thành tại Trường Đại học Sư phạm - Đại học
Thái Ngun.
Với lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn
PGS.TS. Lê Lan Anh đã trực tiếp hướng dẫn tận tình và giúp đỡ em trong suốt

quá trình học tập và nghiên cứu.
Em xin chân thành cảm ơn TS. Vũ Đức Lợi, thầy Bùi Đức Hưng, cô Ngô
Thị Vân cùng các cơ, chú, anh, chị cán bộ phịng Hóa Phân tích, viện Hóa
học thuộc viện Khoa học và cơng nghệ Việt Nam đã giúp đỡ và tạo mọi điều
kiện thuận lợi cho em trong q trình hồn thành luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, các cơ trong tổ Hóa phân tích, Ban
chủ nhiệm và các thầy cơ khoa Hóa học – Trường Đại học Sư phạm Thái
Nguyên đã giúp đỡ và cho em những ý kiến đóng góp q báu.
Cuối cùng cho tơi gửi lời cảm ơn các anh, chị, các bạn học viên lớp cao
học K17, gia đình, người thân đã động viên, giúp đỡ về vật chất và tinh thần
để tơi hồn thành luận văn này.
Thái Nguyên, tháng 8 năm 2011
Tác giả luận văn

Vũ Hoàng Anh


iv

MỤC LỤC

Trang
MỞ ĐẦU......................................................................................................................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................................................................................................. 3
1.1. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN TỐ KẼM, CAĐIMI, CHÌ VÀ ĐỒNG

....................................

3

1.1.1. Kẽm trong tự nhiên và tác dụng hóa sinh của kẽm ....................................................... 3
1.1.2. Cađimi trong tự nhiên và tác dụng hóa sinh của cađimi ....................................... 4
1.1.3. Đồng trong tự nhiên và tác dụng hóa sinh của đồng................................................. 6
1.1.4. Chì trong tự nhiên và tác dụng hóa sinh của chì ............................................................... 7
1.1.5. Đặc tính điện hóa của Cu, Zn, Cd và Pb .................................................................................................. 9
1.2. GIỚI THIỆU PHƢƠNG PHÁP CỰC PHỔ VÀ VON-AMPE HÒA TAN ............... 10

1.2.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp cực phổ ............................................................................. 10
1.2.2. Nguyên tắc của phương pháp von-ampe hịa tan

.....................................................

14

1.2.3 Điện cực dùng trong phân tích Von – Ampe hoà tan ........................................ 18
1.2.4. Ưu điểm của phương pháp von – ampe hoà tan, các hướng ứng
dụng và phát triển của phân tích điện hóa hồ tan

...............................................................

21

1.2.4.1. Ưu điểm của phương pháp von – ampe hoà tan .............................................. 21
1.2.4.2. Các hướng ứng dụng và phát triển của phân tích von – ampe
hịa

................................................................................................................................................................................................................

22

1.2.5. Một số phương pháp trong phân tích lượng vết kim loại nặng ............. 22
CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP ....................................................................... 24
2.1. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT .............................................................................................................. 24

2.1.1. Thiết bị và dụng cụ ..................................................................................................................................................... 24
2.1.2. Hóa chất

....................................................................................................................................................................................

25

2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................................................................................. 26

2.2.1. Khảo sát xây dựng quy trình phân tích theo phương pháp von –
ampe hòa tan .................................................................................................................................................................................... 26


v

2.2.2. Khảo sát tìm các điều kiện tối ưu ......................................................................................................... 27
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................................................................... 28
3.1. KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN TỐI ƢU.............................................................................................................. 28

3.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của mơi trường phân tích................................................................ 28
3.1.1.1. Khảo sát chọn nền điện li tối ưu .............................................................................................. 28
3.1.1.2. Khảo sát tìm nồng độ nền tối ưu

...........................................................................................

35

3.1.1.3. Khảo sát chọn pH tối ưu ...................................................................................................................... 37
3.1.2. Khảo sát các điều kiện kỹ thuật đo tối ưu ............................................................................. 41
3.1.2.1 Khảo sát thế điện phân làm giầu.............................................................................................. 41
3.1.2.2 Khảo sát thời gian điện phân làm giầu ........................................................................... 43
3.2. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC ION ĐI KÈM ...................................................................... 46

3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng qua lại giữa các ion phân tích ................................................ 46
3.2.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Zn2+........................................................................... 47
3.2.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Cd2+ .......................................................................... 49
3.2.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Pb2+ ........................................................................... 51
3.2.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Cu2+ .......................................................................... 53
3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của một số cation (Fe3+, Mn2+) .............................................. 56
3.2.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của cation Fe3+ .................................................................................. 56
3.2.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của cation Mn2+ ............................................................................... 59
3.3. ĐƢỜNG CHUẨN XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG CÁC ION NGHIÊN CỨU ............. 61

3.3.1. Đường chuẩn xác định Zn2+ ........................................................................................................................ 61
3.3.2. Đường chuẩn xác định hàm lượng Cd2+

..................................................................................

64

3.3.3. Đường chuẩn xác định hàm lượng Pb2+

...................................................................................

66

3.3.4. Đường chuẩn xác định hàm lượng Cu2+ .................................................................................... 69
3.4. KHẢO SÁT ĐỘ LẶP LẠI, GIỚI HẠN PHÁT HIỆN VÀ GIỚI HẠN ĐỊNH
LƢỢNG

....................................................................................................................................................................................................

3.4.1. Khảo sát độ lặp lại

.....................................................................................................................................................

71
71

3.4.2. Khảo sát giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ). ...... 73


vi
3.5. XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG CÁC KM LOẠI Zn, Cd, Pb, Cu TRONG MẪU
CHÈ KHÔ............................................................................................................................................................................................... 75

3.5.1. Chuẩn bị mẫu phân tích và quy trình xử lý mẫu ........................................................... 75
3.5.2. Ứng dụng phương pháp thêm chuẩn xác định hàm lượng Zn, Cd,
Pb, Cu trong mẫu chè khô ........................................................................................................................................... 76
3.5.2.1. Xác định đồng thời hàm lượng Zn, Cd, Pb, Cu ................................................ 78
3.5.2.2. Xác định hàm lượng Zn ........................................................................................................................ 79
3.5.2.3. Xác định hàm lượng Cu ........................................................................................................................ 82
3.5.2.4. Xác định hàm lượng Pb......................................................................................................................... 85
3.5.2.5. Xác định hàm lượng Cd ........................................................................................................................ 89
3.5.3. Kết quả đo quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) của một số mẫu
chè khơ ...................................................................................................................................................................................................... 92

3.5.4. Tổng hợp kết quả phân tích xác định hàm lượng ( Zn, Cd, Pb, Cu)
của một số mẫu chè khô và so sánh với TCVN ......................................................................... 94
KẾT LUẬN............................................................................................................................................................................................................. 95
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


vii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

Auxililary Electrode

Điện cực phù trợ

ASV

Anodic Strinping
Voltammetry

Von – Ampe hòa tan anot

CSV

Cathodic Strinpping
Voltammetry

Von – Ampe hòa tan catot

CV

Cyclic Voltammetry

Von – Ampe vòng

DP

Differential Pulse

Xung vi phân

Differential Pulse Anodic
Strinpping Voltammetry

Von – Ampe hòa tan anot xung
vi phân

Differential Pulse Polarography

Phương pháp cực phổ xung vi
phân

Peak potential

Thế đỉnh pic

GHĐL

Limit of quantification

Giới hạn định lượng

GHPH

Limit of detection

Giới hạn phát hiện

HMDE

Hanging Mercury Drop
Electrode

Điên cực giọt thủy ngân treo

Peak current

Dòng đỉnh pic

KĐLĐ

Not Quantitative

Không định lượng được

KPHĐ

Not Detected

Không phát hiện được

MFE

Mercury Film Electrode

Điện cực màng thủy ngân

NPP

Normal Pulse Polarography

Phương pháp cực phổ xung biến
đổi đều

ppb

Part per billion

Phần tỷ

ppm

Part per million

Phần triệu

R

Coefficient of corelation

Hệ số tương quan

RDE

Rotating Disk Electrode

Điện cực đĩa quay

RE

Reference Electrode

Điên cực so sánh

SSE

Solid State Electrode

Điện cực rắn

WE

Working Electrode

Điện cực làm việc

AE

DPASV
DPP
Ep

Ip


viii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang

Bảng 1.1. Thế bán sóng ( E1/2) của Cu2+, Zn2+, Cd2+, Pb2+ trong một số nền

......

9

Bảng 1.2. Khoảng thế làm việc của một số loại vật liệu ........................................................... 19
Bảng 1.3. Các phương pháp phân tích và giới hạn phát hiện .............................................. 23
Bảng 3.1. Các thông số kỹ thuật ghi đo nền KCl .............................................................................. 29
Bảng 3.2. Các thông số kỹ thuật ghi đo nền HCl .............................................................................. 30
Bảng 3.3. Kết quả đo khảo sát chọn nền điện li tối ưu ................................................................ 33
Bảng 3.4. Thông số ghi đo và kết quả đo Ip cho nền điện li tối ưu ............................... 34
Bảng 3.5. Kết quả đo khảo sát nồng độ nền điện li tối ưu ...................................................... 37
Bảng 3.6. Kết quả đo khảo sát tìm pH tối ưu ......................................................................................... 40
Bảng 3.7. Các thông số kỹ thuật ghi đo thế điện phân làm giàu ...................................... 42
Bảng 3.8. Kết quả đo khảo sát thế điện phân làm giàu ............................................................... 43

Bảng 3.9. Các thông số kỹ thuật ghi đo khảo sát thời gian điện phân....................... 45
Bảng 3.10. Kết quả đo khảo sát thời gian điện phân làm giàu ........................................... 46
Bảng 3.11. Các thông số kỹ thuật ghi đo khảo sát ảnh hưởng của các ion .......... 47
Bảng 3.12. Kết quả ghi đo khảo sát sự ảnh hưởng của Zn2+................................................. 48
Bảng 3.13. Kết quả ghi đo khảo sát sự ảnh hưởng của Cd2+ ................................................ 50
Bảng 3.14. Kết quả ghi đo khảo sát sự ảnh hưởng của Pb2+ ................................................. 52
Bảng 3.15. Kết quả ghi đo khảo sát sự ảnh hưởng của Cu2+ đối với Zn2+ ............ 54
Bảng 3.16. Kết quả ghi đo khảo sát sự ảnh hưởng của Cu2+ đối với Pb2+ và
Cd2+ ............................................................................................................................................................................. 55
Bảng 3.17. Kết quả ghi đo khảo sát sự ảnh hưởng của Fe3+ ................................................. 57
Bảng 3.18. Kết quả ghi đo khảo sát sự ảnh hưởng của Mn2+............................................... 60
Bảng 3.19. Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Zn............. 61
Bảng 3.20. Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Zn2+ Ip theo C(mg/l) ............... 62
Bảng 3.21. Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Cd ............ 64
Bảng 3.22. Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Cd2+ Ip theo C(mg/l) ............... 65


ix

Bảng 3.23. Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Pb ............. 66
Bảng 3.24. Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Pb2+ Ip theo C(mg/l) ................ 67
Bảng 3.25. Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Cu ............ 69
Bảng 3.26. Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Cu2+ Ip theo C(mg/l)

........................

70

Bảng 3.27. Kết quả đo khảo sát độ lặp lại.................................................................................................. 72
Bảng 3.28. Các thông số ghi đo xác định đồng thời hàm lượng Zn, Cd, Pb, Cu ..... 78

Bảng 3.29. Kết quả đo mẫu xác định đồng thời Zn, Cd, Pb, Cu. .................................... 79
Bảng 3.30. Các thông số kỹ thuật ghi đo xác định hàm lượng Zn................................. 80
Bảng 3.31. Kết quả thêm chuẩn xác định hàm lượng Zn ......................................................... 80
Bảng 3.32. Hàm lượng Zn trong chè ................................................................................................................ 82
Bảng 3.33. Các thông số kỹ thuật ghi đo Xác định hàm lượng Cu ............................... 83
Bảng 3.34. Kết quả thêm chuẩn trung bình đối với Cu .............................................................. 84
Bảng 3.35. Hàm lượng Cu trong chè ............................................................................................................... 85
Bảng 3.36. Các thông số kỹ thuật ghi đo Xác định hàm lượng Pb ............................... 86
Bảng 3.37. Kết quả thêm chuẩn trung bình đối với Pb ............................................................... 87
Bảng 3.38. Hàm lượng Pb trong chè ................................................................................................................ 88
Bảng 3.39. Các thông số kỹ thuật ghi đo Xác định hàm lượng Cd ............................... 89
Bảng 3.40. Kết quả thêm chuẩn trung bình đối với Cd .............................................................. 90
Bảng 3.41. Hàm lượng Cd trong chè ............................................................................................................... 91
Bảng 3.42. Kết quả đo quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) xác định Zn,
Cu của một số mẫu chè, so sánh với phương pháp Von – Ampe
hòa tan...................................................................................................................................................................... 92
Bảng 3.43. Kết quả đo quang phổ phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) xác định
Pb, Cd của một số mẫu chè, so sánh với phương pháp Von –
Ampe hòa tan .................................................................................................................................................. 93
Bảng 3.44. Kết quả hàm lượng các kim loại Zn, Cd, Pb, Cu trong 6 mẫu chè khô ...... 94
Bảng 3.45. Hàm lượng kim loại nặng cho phép trong chè theo TCVN
(Quyết định số 867/1998/QĐ-BYT ngày 04/04/1998) ........................................... 94


x

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. Máy cực phổ đa chức năng CCM-HH2 sản xuất tại Viện Hóa họcViện KH&CN Việt Nam ....................................................................................................................................... 24
Hình 3.1. Phổ đồ khảo sát nền điện li KCl 0,05M...................................................................................... 30
Hình 3.2. Phổ đồ khảo sát nền điện li HCl 0,05M...................................................................................... 31

Hình 3.3. Phổ đồ khảo sát nền điện li NaAc + HAc 0,05M ( pH = 4,5)................... 32
Hình 3.4. Phổ đồ khảo sát nền điện li NH4Ac + HAc 0,05M ( pH =4,5) ................ 33
Hình (3.5-3.7). Phổ đồ khảo sát nồng độ nền điện li NH4Ac + HAc
(0,01; 0,05; 0,1 M)

.................................................................................................................................

Hình (3.8-3.12). Phổ đồ khảo sát ( pH = 3,5 ; 4 ; 4,5 ; 5 ; 5,5)

..............................

35 - 36
39 - 40

Hình 3.13. Sự phụ thuộc của Ip(µA) vào pH. ................................................................................................... 41
Hình 3.14. Phổ đồ khảo sát thế điện phân làm giàu ................................................................................. 43
Hình 3.15. Phổ đồ khảo sát thời gian điện phân làm giàu .............................................................. 45
Hình 3.16. Phổ đồ khảo sát ảnh hưởng của Zn2+ .......................................................................................... 48
Hình 3.17. Sự phụ thuộc của Ip vào tỉ lệ giữa nồng độ (mg/l) của Zn2+ và M2+....... 49
Hình 3.18. Phổ đồ khảo sát ảnh hưởng của Cd2+.......................................................................................... 50
Hình 3.19. Sự phụ thuộc của Ip vào tỉ lệ giữa nồng độ (mg/l) của Cd2+ và M2+. ..... 51
Hình 3.20. Phổ đồ khảo sát ảnh hưởng của Pb2+........................................................................................... 52
Hình 3.21. Sự phụ thuộc của Ip vào tỉ lệ giữa nồng độ (mg/l) của Pb2+ và M2+. ...... 52
Hình 3.22. Phổ đồ khảo sát ảnh hưởng của Cu2+.......................................................................................... 53
Hình 3.23. Sự phụ thuộc của Ip vào tỉ lệ giữa nồng độ (mg/l) của Cu2+ và Zn2+ ....54
Hình 3.24. Sự phụ thuộc của Ip vào tỉ lệ giữa nồng độ Cu2+ và ( Cd2+, Pb2+) (mg/l)
.......................................................................................................................................................................................................................

55

Hình 3.25. Phổ đồ khảo sát ảnh hưởng của Fe3+ ........................................................................................... 57
Hình 3.26. Sự phụ thuộc của Ip vào tỉ lệ giữa nồng độ (mg/l) của Fe3+ và M2+. ...... 58
Hình 3.27. Phổ đồ khảo sát ảnh hưởng của Mn2+ ........................................................................................ 59
Hình 3.28. Sự phụ thuộc của Ip vào tỉ lệ giữa nồng độ (mg/l) của Mn2+ và M2+.... 60


xi

Hình 3.29. Phổ đồ khảo sát xây dựng đường chuẩn của Zn ........................................................ 62
Hình 3.30. Sự phụ thuộc của Ipic vào nồng độ Zn2+

................................................................................

Hình 3.31. Đường chuẩn xác định Zn2+trong khoảng 0,015 ÷ 0,2 (mg/l)

.............

63
63

Hình 3.32. Phổ đồ khảo sát xây dựng đường chuẩn của Cd........................................................ 64
Hình 3.33. Sự phụ thuộc của Ipic vào nồng độ Cd2+ ........................................................................................ 65
Hình 3.34. Đường chuẩn xác định Cd2+ trong khoảng 0,00125 † 0,0325 (mg/l).......... 66
Hình 3.35. Phổ đồ khảo sát xây dựng đường chuẩn của Pb ........................................................ 67
Hình 3.36. Sự phụ thuộc của Ipic vào nồng độ Pb2+ ................................................................................. 68
Hình 3.37. Đường chuẩn xác định Pb2+ trong khoảng 0,00125 † 0,05 (mg/l).68
Hình 3.38. Phổ đồ khảo sát xây dựng đường chuẩn của Cu........................................................ 69
Hình 3.39. Sự phụ thuộc của Ipic vào nồng độ Pb2+ ................................................................................. 70
Hình 3.40. Đường chuẩn xác định Cu2+ trong khoảng 0,025 † 0.3 (mg/l) ............ 70
Hình 3.41. Phổ đồ khảo sát độ lặp lại của phép đo ................................................................................... 71

Hình 3.42. Phổ đồ xác định đồng thời Zn, Cd, Pb, Cu trong mẫu 3 ............................... 78
Hình 3.43. Phổ đồ thêm chuẩn xác định Zn trong mẫu 3 ................................................................ 81
Hình (3.44-3.46). Đồ thị thêm chuẩn xác định Zn trong mẫu 1 ; 2 ; 3............. 81-82
Hình 3.47. Phổ đồ thêm chuẩn xác định Cu trong mẫu 3................................................................ 83
Hình (3.48-3.50). Đồ thị thêm chuẩn xác định Cu trong mẫu 1 ; 2 ; 3 ............ 84-85
Hình 3.51. Phổ đồ thêm chuẩn xác định Pb trong mẫu 3 ................................................................ 86
Hình (3.52-3.54). Đồ thị thêm chuẩn xác định Pb trong mẫu 1 ; 2 ; 3

.........

87-88

Hình 3.55. Phổ đồ thêm chuẩn xác định Cd trong mẫu 3................................................................ 90
Hình (3.56-3.58). Đồ thị thêm chuẩn xác định Cd trong mẫu 1 ; 2 ; 3 ............ 90-91


1

MỞ ĐẦU
Cây chè hay cây trà có tên khoa học là Camellia sinensis là loài cây mà
lá và chồi của chúng được sử dụng để sản xuất chè (hay trà).
Camellia sinensis có nguồn gốc ở khu vực Đơng Nam Á nhưng ngày
nay nó được trồng phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới, trong các khu vực nhiệt
đới và cận nhiệt đới. Ở nước ta cây chè được trồng nhiều ở các tỉnh miền núi
trung du phía Bắc và Trung như Thái Nguyên, Bắc Giang, Phú Phọ, Quảng
Nam… Nó là loại cây xanh lưu niên mọc thành bụi hoặc các cây nhỏ, thông
thường được xén tỉa để thấp hơn 2 mét, được trồng để lấy búp, lá. Nó có rễ cái
dài. Hoa của nó màu trắng ánh vàng, đường kính từ 2,5–4 cm, với 7 - 8 cánh
hoa. Hạt của nó có thể ép để lấy dầu. Hàng năm nước ta xuất khẩu trung bình
tới khoảng 2000 tấn chè khơ.

Chè là một trong những thức uống phổ biến nhất trên thế giới và từ lâu
đã có rất nhiều nghiên cứu khoa học chứng minh được tác dụng tốt cho sức
khỏe con người như: Tác dụng bảo vệ tim mạch, giảm cân, phịng ngừa ung
thư, giảm viêm khớp, kiểm sốt đường huyết, chống lão hóa, kích thích làm
tiêu tan rối loạn thần kinh, ngừa sâu răng…
Phẩm chất của chè thành phẩm được quyết định do những thành phần
hóa học của nguyên liệu và kĩ thuật chế biến. Thành phần sinh hóa của cây
chè biến động rất phức tạp nó phụ thuộc vào giống, tuổi chè, điều kiện đất
đai, kĩ thuật canh tác, mùa thu hoạch.
Tuy nhiên, trong chất lượng chè của chè nói chung cịn phải nhấn mạnh
về mặt vệ sinh an tồn cho sức khỏe người tiêu dùng và đó là một vấn đề rất
quan trọng. Chè phải đảm bảo các điều kiện giới hạn về dư lượng thuốc bảo
vệ thực vật (TBVTV), hàm lượng kim loại nặng, vi khuẩn gây bệnh vv.
Hiện nay, nhờ sự phát triển của khoa học – kĩ thuật đã chế tạo ra các
thiết bị phân tích hiện đại, cho phép chúng ta phân tích xác định được chính
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




2

xác hàm lượng các chất độc hại nêu trên, đặc biệt là kim loại nặng với nồng
độ rất nhỏ trong các mẫu nghiên cứu.
Để đạt được chất lượng cao của sản phẩm chè Phú Lương góp phần vào
sự phong phú của các mặt hàng xuất khẩu của Thái nguyên nên chúng tơi
chọn nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu phân tích một số kim loại nặng trong
sản phẩm chè Phú Lƣơng bằng phƣơng pháp Von – Ampe hòa tan.
Để thực hiện đề tài này, chúng tôi đặt ra các nhiệm vụ chính sau:
1. Nghiên cứu, xây dựng quy trình phân tích xác định hàm lượng các kim

loại kẽm, cađimi, đồng, chì trong sản phẩm chè bằng phương pháp VonAmpe hòa tan trên điện cực màng thủy ngân.
2. Khảo sát chọn nền điện li tối ưu cho các kim loại phân tích.
3. Khảo sát chọn nồng độ nền điện li tối ưu.
4. Khảo sát các điều kiện tối ưu cho phép đo VAHT của các kim loại
nghiên cứu.
5. Khảo sát sự ảnh hưởng của các cation đi kèm đến quá trình định lượng
Cu, Pb, Cd và Zn
6. Khảo sát khoảng tuyến tính, xây dựng đường chuẩn của kẽm, cađimi,
đồng, chì trong phương pháp phân tích Von – Ampe hịa tan.
7. Đánh giá độ lặp, tìm giới hạn phát hiện ( GHPH) và giới hạn định
lượng ( GHĐL) của phương pháp.
8. Phân tích mẫu thực bằng phương pháp đường chuẩn và phương pháp
thêm tiêu chuẩn.
9. Xác định hàm lượng của các kim loại kẽm, cađimi, đồng, chì trong
mẫu sản phẩm chè Phú Lương – Thái Nguyên.
10. Đánh giá và so sánh kết quả thu được với những nghiên cứu trước đã
tham khảo trong các tài liệu.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




3

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN TỐ KẼM, CAĐIMI, CHÌ VÀ ĐỒNG [ 1], [7], [18], [23]

Kẽm, cađimi, chì và đồng là các kim loại phổ biến trên trái đất. Đồng

kẽm và chì đã được con người biết đến từ trước cơng ngun, cịn cađimi
được Friedrich Stromeyer người đức phát hiện ra năm 1817.[17],[24]
1.1.1. Kẽm trong tự nhiên và tác dụng hóa sinh của kẽm
Trong tự nhiên kẽm chiếm khoảng 1,5.10-3 % số nguyên tử ứng với
khoảng 5.10-3 % khối lượng vỏ trái đất. Kẽm có đến 15 đồng vị trong đó có 5
đồng vị bền là

64

Zn (48,89%);

66

Zn(27,81%);

67

Zn(4,11%);

68

Zn(18,56%);

70

Zn(0,62%).[17], [24]
Từ xa xưa, con người đã làm quen với quặng kẽm: ngay từ thời cổ đại,

hơn ba ngàn năm về trước, nhiều dân tộc đã biết nấu luyện đồng thau là hợp
kim của đồng với kẽm. Trong nước, kẽm tích tụ ở phần chất sa lắng, chiếm

45% đến 60%, nhưng nếu ở dạng phức chất thì có thể tan trở lại và phân bố
đều trong nước. Trong nước máy nồng độ kẽm có thể cao do sự hịa tan từ các
đường ống dẫn và thiết bị bằng kẽm. Kẽm oxit, kẽm cacbonat hầu như khơng
tan trong nước, trong khi đó kẽm clorua rất dễ tan.
Trong sản xuất, kẽm chủ yếu dùng để làm lớp phủ bảo vệ sắt, thép và
chế tạo hợp kim, sản suất pin, tấm in, chất khử trong tinh chế vàng, bạc. Hợp
chất của kẽm được dùng trong y học như thuốc gây nôn, giảm đau, chữa
ngứa, thuốc sát trùng.
Kẽm là nguyên tố dinh dưỡng thiết yếu và nó sẽ gây ra các chứng bệnh
nếu thiếu hụt cũng như dư thừa. Trong cơ thể con người, Zn thường tích tụ
trong gan, là bộ phận tích tụ chính của các nguyên tố vi lượng trong cơ thể.
Trong máu, 2/3 Zn được kết nối với Abumin và hầu hết các phần cịn lại được

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




4

tạo phức với λ – macroglobin. Zn còn khả năng gây ung thư đột biến, gây ngộ
độc hệ thần kinh, sự nhạy cảm, sự sinh sản, gây độc đến hệ miễn dịch. Sự
thiếu hụt Zn trong cơ thể gây ra các triệu chứng như bệnh liệt dương, teo tinh
hoàn, mù màu, viêm da, bệnh về gan và một số triệu chứng khác .[17],[24]
Có khoảng 100 loại enzim cần có kẽm để hình thành các phản ứng hóa
học trong tế bào. Trong cơ thể con người có khoảng 2 gam đến 3 gam kẽm,
hiện diện trong hầu hết các loại tế bào và các bộ phận của cơ thể, nhưng nhiều
nhất tại gan, thận, lách, xương, ngọc hành, tinh hoàn, da, tóc, móng. Mất đi
một lượng nhỏ kẽm có thể làm đàn ơng sụt cân, và có thể mắc bệnh vơ sinh.
Phụ nữ có thai nếu thiếu kẽm có thể sinh con thiếu cân, thậm chí có thể bị lưu

thai, dễ bị bệnh ngoài da, giảm khả năng đề kháng của cơ thể. Nhiều nghiên
cứu cũng cho thấy kẽm có thuộc tính chống ơxi hóa, do vậy nó được sử dụng
như là nguyên tố vi lượng để chống lại sự lão hóa của cơ thể, đặc biệt là da.
Một số người có vị giác hay khứu giác bất thường do thiếu kẽm, điều này giải
thích tại sao một số các loại thuốc chống kém ăn, điều trị biếng ăn có thành
phần chứa kẽm. Kẽm cần thiết cho thị lực, kích thích tổng hợp protein, giúp tế
bào hấp thu chất đạm để tổng hợp tế bào mới, nhanh liền sẹo [13].
Bạch cầu cần có kẽm để chống lại nhiễm trùng và ung thư. Nhu cầu kẽm
hàng ngày của một người khoảng 10mg đến 15mg. Nguồn thức ăn nhiều kẽm
là từ động vật như sị, thịt, sữa, trứng, thịt gà, cá, tơm,cua, nước máy,…
Người ta chưa thấy sự ngộ độc do kẽm qua thức ăn và nước uống, mà chỉ thấy
sự gây độc do hơi kẽm với người đúc và nấu kẽm, hàn xì… Lượng kẽm lớn
qua đường miệng gây hại dạ dày [24].
1.1.2. Cađimi trong tự nhiên và tác dụng hóa sinh của cađimi
Trong tự nhiên cađimi chiếm khoảng 5.10-5 % khối lượng vỏ trái đất, ứng
với 7.10-6 % tổng số nguyên tử. Cađimi có 19 đồng vị, trong số đó có 8 đồng
vị bền là:

114

Cd (28,86 %),

113

Cd (12,26 %),

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

112

Cd(24,07 %), 111Cd(12,7 %),




5

110

Cd (12,39 %), và

100

Cd: T1/2 = 11280 (giờ) là đồng vị phóng xạ bền nhất.

Cađimi trong tự nhiên tồn tại trong các khoáng vật như Grenokit (CdS), lượng
nhỏ trong quặng Blend kẽm và Balamin có chứa khoảng 3% cađimi, hoặc
trong quặng thủy ngân là Xinaba thần sa, hoặc tồn tại trong quặng đa kim với
chì và đồng [17].
Trong nước, cađimi tồn tại chủ yếu ở dạng Cd2+ và rất dễ bị thủy phân
trong mơi trường kiềm. Ngồi dạng hợp chất vơ cơ, nó có liên kết với các chất
hữu cơ, đặc biệt là axit humic tạo thành phức chất và phức chất này có khả
năng hấp phụ tốt trên các hạt sa lắng. Với nồng độ 0,1mg/l, cađimi sẽ kìm
hãm quá trình tự làm sạch của nước và với nồng độ 0,2µg/l, nó đã có tác dụng
tiêu cực lên các sinh vật bậc thấp sống trong nước. Cá và các loài thủy sinh rất
nhậy cảm với cađimi tuy vậy cađimi cũng được nhắc đến với vai trò cố định
CO2 cho quá trình quang hợp thay thế kẽm trong một số loài tảo biển.
Cađimi được sử dụng trong sản xuất dùng chế biến sơn, phẩm màu công
nghiệp, mạ điện, là chất chống ăn mịn. Ngồi ra, người ta cịn có thể dùng
cađimi làm vật liệu mạ đánh bóng, do đó cađimi có thể nhiễm vào sản phẩm

và các loại nước thải của ngành công nghiệp này.
Cađimi là một chất gây độc đối với con người. Nếu tiếp xúc với lượng
lớn, nó có thể gây ngộ độc cấp. Biểu hiện thường thấy là đau thắt ngực, khó
thở, chậm nhịp tim, buồn nơn, đau bụng, tiêu chảy. Tiếp xúc lâu dài có thể
làm rối loạn chức năng gan, đau xương, thiếu máu, tăng huyết áp, nếu có thai
thì bị dị dạng thai, thay thế kẽm trong các tế bào thần kinh và tích lũy trong cơ
thể gây ra sự suy giảm và mất trí nhớ. Với trẻ em, việc nhiễm lâu ngày có thể
làm chậm phát triển xương, cịi xương. Ngồi ra, tỷ lệ ung thư tiền liệt tuyến
và ung thư phổi cũng khá lớn ở nhóm người thường xuyên tiếp xúc với chất
độc này [19].

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




6

1.1.3. Đồng trong tự nhiên và tác dụng hóa sinh của đồng
Đồng chiếm khoảng 1.10-2(%) khối lượng vỏ trái đất, ứng với khoảng
3,6.10-3(%). Đồng có 11 đồng vị

58

Cu đến Cu68 nhưng chủ yếu là đồng vị

thiên nhiên 63Cu (69,1%) và 65Cu (30,9%) cịn lại là đồng vị phóng xạ. Quặng
đồng thường ở dạng sunfua là chủ yếu như cancopirit (CuFeS2), cancozin
(CuS2), borit (Cu5FeS4) và không sunfua như malachit [Cu(OH)2CO3], cuprit
(Cu2O), fenozit (CuO), tetrahedrit (Cu8Sb2O7) .[17], [24]

Trong đời sống, đồng có ứng dụng rất quan trọng và phổ biến. Khoảng
50% lượng đồng được sử dụng trong công nghiệp điện, điện tử và khoảng
40% dùng để chế tạo hợp kim [17]. Một số hợp chất của đồng được dùng để
sản xuất chất màu trang trí, chất diệt trừ nấm mốc. Trong nước sinh hoạt thì
đồng có nguồn gốc từ đường ống dẫn nước làm bằng hợp kim và các thiết bị
nội thất khác, nồng độ của đồng trong nước có thể đạt tới vài mg/l nếu nước
tiếp xúc lâu dài với các thiết bị bằng đồng. Trong nước tự nhiên, đồng tồn tại
ở trạng thái hóa trị +1, +2 và đồng tích tụ trong các hạt sa lắng và phân bố lại
vào môi trường nước ở dạng phức chất với các hợp chất hữu cơ tự nhiên tồn
tại trong nước.
Đồng rất hại cho cá, đặc biệt khi có thêm các kim loại khác như kẽm,
cađimi, thủy ngân.
Đặc biệt với cơ thể con người, đồng là một nguyên tố vi lượng cần thiết
và có vai trị sinh lí quan trọng, nó tham gia vào quá trình tái tạo hồng cầu,
bạch cầu và là thành phần của nhiều enzim, đồng hấp thu vào máu tại dạ dày
và phần trên của ruột non. Khoảng 90% đồng trong máu kết hợp với chất đạm
ceruloplasmin và được vận chuyển vào trong tế bào dưới hình thức thẩm thấu,
một phần nhỏ dưới hình thức vận chuyển mang theo chất đạm. Phần lớn đồng
được bài tiết theo mật và qua đường phân với lượng đồng khơng thẩm thấu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




7

được vào máu. Số nhỏ được bài tiết qua nước tiểu, mồ hơi, tóc và móng tay,
móng chân.
Đồng cần thiết cho chuyển hóa sắt và lipid, có tác dụng bảo trì cơ tim,

cần cho hoạt động của hệ thần kinh và hệ miễn dịch, góp phần bảo trì màng tế
bào hồng cầu, góp phần tạo xương và biến năng cholestrol thành vơ hại.
Trong cơ thể người có khoảng từ 80mg đến 99,4mg đồng, nó hiện diện trong
bắp thịt, da, tủy xương, xương, gan, và não bộ. Trẻ em sơ sinh có khoảng
15mg đồng trong cơ thể. Người ta ghi nhận thiếu đồng gây bệnh lý thiếu máu,
ỉa chảy, suy dinh dưỡng, chậm lớn, kém thơng minh, da, tóc bị mất sắc tố
(bạch tạng). Với trường hợp bệnh lý Wilson sinh ra bởi các cơ thể mà đồng bị
giữ lại mà không được tiết ra bởi gan vào trong mật, nếu khơng được điều trị
có thể dẫn tới tổn thương não và gan, làm viêm gan và các cơ sẽ không phối
hợp hoạt động được. Tiêu chuẩn RDA của Mỹ về đồng đối với người lớn
khỏe mạnh là 0,9mg/ ngày. Mọi hợp chất của đồng với cơ thể người đều là
chất độc, khoảng 30g CuSO4 có khả năng gây tử vong với người. Nồng độ an
toàn của đồng trong nước uống đối với con người dao động theo từng nguồn,
khoảng 1mg/l đến 2mg/l.
1.1.4. Chì trong tự nhiên và tác dụng hóa sinh của chì
Chì chiếm khoảng 1,6.10-3 % khối lượng vỏ trái đất tương ứng với
1,6.10-4% tổng số nguyên tử. Chì trong tự nhiên tồn tại trong 170 khoáng vật
nhưng chủ yếu là: Galen (PbS), Cerndute (PbCO3), Anglesite (PbSO4) và
Pyromophite [Pb5Cl(PO4)3]. Chì có 18 đồng vị trong đó có 4 đồng vị bền
208

Pb (52,3%), 207Pb (22,6%), 206Pb (23,6%), 204Pb (1,48%) .[17], [24]
Chì được con người phát hiện từ trước cơng ngun và được sử dụng

vào nhiều mục đích khác nhau. Ngày nay, chì chủ yếu được sử dụng trong
cơng nghiệp năng lượng, luyện kim như sản xuất acquy ướt, pin, các loại cầu
chì, mạch điện, phụ gia cho sản xuất xăng, dầu bơi trơn, chế tạo hợp kim.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

8

Nguồn nước thải từ các nhà máy công nghiệp này cùng với các nguồn nước
thải của công nghiệp khai thác khống sản, và nước có tiếp xúc với các thiết
bị chì, rác thải cơng nghiệp, … đã đưa một lượng chì đáng kể vào mơi trường
nước và đất.
Chì tồn tại trong nước dưới dạng chì hóa trị +2, tính năng của hợp chất
chì được đánh giá chủ yếu thơng qua độ tan của nó. Độ tan của hợp chất chì
chủ yếu phụ thuộc vào pH (pH tăng thì độ tan giảm). Ngồi ra độ tan của hợp
chất chì cịn phụ thuộc vào một số yếu tố khác như độ muối (hàm lượng các
ion khác) của dung dịch, điều kiện oxi hóa – khử.
Các q trình vi sinh oxi hóa các hợp chất hữu cơ trong mơi trường nước
sẽ bị kìm hãm khi nồng độ chì vượt quá 0,1mg/l và đồng thời các sinh vật bậc
thấp trong nước cũng bị đầu độc. Cũng như phần lớn các kim loại nặng khác,
chì được tích tụ lại trong cơ thể sinh vật sống trong nước và các sinh vật sử
dụng nguồn nước nhiễm chì. Với một số lồi thực vật hấp thụ chì tốt như bèo
có hệ số làm giàu đạt trên 4600 lần. Chì có khả năng hấp thụ trên các chất sa
lắng [17], [22], [24]. Chì thâm nhập vào cơ thể con người qua thức ăn, nước
uống, hít thở và cả thông qua da. Triệu chứng thể hiện khi nhiễm độc chì của
cơ thể là sự mệt mỏi, chán ăn, đau đầu, chóng mặt, sưng khớp…. Các dấu
hiệu trên có thể xuất hiện khi nồng độ chì trong máu khoảng 0,3 ppm. Ở các
nồng độ cao hơn 0,3ppm thì chì có thể gây nên hiện tượng thiếu máu do thiếu
hemoglobin. Ở các nồng độ 0,5 ppm đến 0,8 ppm thì chì có thể gây ra sự rối
loạn chức năng của thận và phá hủy não. [17], [24]
Xương là nơi tàng trữ, tích lũy chì trong cơ thể, ở đó chì tương tác với
photphat trong xương rồi truyền vào các mô mềm của cơ thể rồi thể hiện độc
tính của nó.. Tác dụng hóa sinh chủ yếu của chì là ảnh hưởng tới quá trình
tổng hợp máu dẫn đến phá vỡ hồng cầu, ức chế mọi hoạt động của các enzym.

Chì cản trở việc sử dụng oxi và glucoza để sản xuất năng lượng cho q trình sống.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




9

Dấu hiệu của ngộ độc chì thường thường xuất hiện rất âm thầm, khó sớm
phát hiện chỉ khi nào chì tích tụ tới mức độ cao, bệnh mới rõ rệt nhưng các
triệu chứng cũng khơng có gì đặc biệt. Ở trẻ em, nhiễm độc cấp tính khiến
cho các em trở nên cáu kỉnh, kém tập trung, ói mửa, dáng đi khơng vững, lên
cơn kinh phong. Trường hợp mãn tính, các em có dấu hiệu chậm trí, hay gây
gổ, lên kinh thường xuyên, đau bụng, thiếu máu, suy nhược cơ bắp, suy thận,
đơi khi có thể đưa tới tử vong.
Thường thường, trẻ em bị tác hại của chì trầm trọng hơn ở người trưởng
thành, đặc biệt là dưới 6 tuổi vì hệ thần kinh còn non yếu và khả năng thải độc
chất của cơ thể chưa hoàn chỉnh. Một số em có thể bị nhiễm ngay từ khi cịn ở
trong lịng mẹ hoặc bú sữa mẹ có hàm lượng chì cao. Tới khi lớn, các em tiêu
thụ thực phẩm có chì, nuốt chì lẫn trong đất, bụi khi bị chơi trên mặt đất hoặc
ăn các mảnh vụn sơn tường nhà cũ.
Khi ngộ độc chì, người lớn hay than phiền đau tê ở đầu ngón chân, tay;
bắp thịt mỏi yếu; nhức đầu, đau bụng, tăng huyết áp, thiếu máu, giảm trí nhớ,
thay đổi tâm trạng, sẩy thai, kém sản xuất tinh trùng…Lâu ngày, bệnh trở
thành mãn tính, đưa tới suy thận, tổn thương thần kinh ngoại vi, giảm chức
năng não bộ [7], [13].
1.1.5. Đặc tính điện hóa của Cu, Zn, Cd và Pb [6], [9], [19], [22]
Bảng 1.1. Thế bán sóng ( E1/2) của Cu2+, Zn2+, Cd2+, Pb2+ trong một số nền
Nền

Thế bán sóng (E1/2) (V)
Zn2+

Cd2+

Pb2+

Cu2+

KCl 0,05M

- 1,2

- 0,77

- 0,66

- 0,29

HCl 0,05M

- 1,1

- 0,75

- 0,54

- 0,2

NaAc + HAc 0,05M

- 1,19

- 0,74

- 0,56

- 0,095

NH4Ac + HAc 0,05M

- 1,17

- 0,75

- 0,56

- 0,087

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




10

Từ bảng số liệu trên ta thấy thế bán sóng của Cu2+, Zn2+, Cd2+, Pb2+ trong
một số nền tương đối cách xa nhau. Mặt khác các kim loại này đều tạo hỗn
hống với thủy ngân. Ta thấy các đặc tính trên thuận lợi cho việc phân tích
định lượng đồng thời cả 4 nguyên tố bằng điện cực màng thủy ngân.

1.2. GIỚI THIỆU PHƢƠNG PHÁP CỰC PHỔ VÀ VON-AMPE HÒA TAN

1.2.1. Cơ sở lý thuyết của phƣơng pháp cực phổ [4], [20], [21], [22], [25], [26]
Cực phổ là một lớp các phương pháp phân tích dựa trên phép đo điện
lượng, ở đó điện cực làm việc là điện cực giọt thủy ngân. Vì tính chất đực biệt
của điện cực này là bề mặt bề mặt điện cực được thay mới liên tục và khoảng
làm việc của catot rất rộng, nên cực phổ đã được sử dụng rộng rãi để xác định
nhiều tiểu phân có thể bị khử. Phương pháp này được phát minh ra bởi
Heyrovsky, nhà hóa học người Tiệp Khắc vào năm 1922 và đã có tác động to
lớn lên sự phát triển của lĩnh vực phân tích điện hóa (dựa trên cơ sở của
phương pháp cực phổ). Vì phát minh này Heyrovsky đã được trao giải Nobel
hóa học năm 1959.
Cơ sở lí thuyết của phương pháp cực phổ là theo dõi sự phụ thuộc cường
độ dòng khuếch tán giới hạn của q trình điện hóa xảy ra trên bề mặt điện
cực giọt thủy ngân khi biến thiên điện áp một chiều tuyến tính theo thời gian.
Đường biểu diễn sự phụ thuộc trên hệ tọa độ I –E được coi là đường cong
Von–Ampe. Khi nghiên cứu quá trình điện phân trên catot là điện cực giọt
thủy ngân còn anot là điện cực có diện tích bề mặt lớn hơn rất nhiều so với
diện tích giọt thủy ngân (thường sử dụng là điện cực calomen hoặc điện cực
bạc clorua) thì quá trình điện cực chủ yếu xảy ra trên điện cực giọt thủy ngân,
nếu điện thế đặt vào hai cực của bình điện phân đạt đến giá trị phân hủy của
ion nghiên cứu thì xảy ra quá trình:
Mn+

+ Hg + n e →

M(Hg)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

(1.1)




11

Kết quả của quá trình này làm cho cường độ dịng điện tăng lên, khi đó
nồng độ ion kim loại ở lớp dung dịch sát bề mặt giọt thủy ngân giảm dần, tuy
nhiên do hiện tượng khuếch tán, các ion ở sâu trong dung dịch sẽ tiến đến lớp
dung dịch ở sát bề mặt điện cực vì vậy cường độ dòng điện phụ thuộc vào tốc
độ khuếch tán, mà tốc độ khuếch tán ion lại phụ thuộc vào hiệu số nồng độ
chất điện hoạt ở sâu trong lòng chất lỏng với nồng độ chất điện hoạt ở lớp
dung dịch sát bề mặt điện cực. Khi biến thiên điện thế đến một giá trị đủ lớn
thì vận tốc quá trình khử ion kim loại sẽ bằng vận tốc khuếch tán và nồng độ
chất điện hoạt ở lớp dung dịch sát bề mặt điện cực bằng khơng. Q trình điện
phân thường xảy ra với cường độ dòng điện bé, nên nồng độ ion kim loại ở
sâu bên trong khối dung dịch thực tế là khơng đổi. Và cường độ dịng điện
chạy qua bình điện phân khi đó đạt tới giá trị khơng đổi cho dù có tiếp tục
tăng điện thế đặt vào bình điện phân, dịng điện khi đó được gọi là dòng
khuếch tán giới hạn với nồng độ các chất điện hoạt trong dung dịch được biểu
diễn bằng phương trình Ilkovich:
Id = 605.n.D1/2.m2/3.t1/6.C

(1.2)

Id: Cường độ dòng khuếch tán giới hạn.
n: Số electron tham gia phản ứng điện cực.
D: Hệ số khếch tán (cm2/s).
m: Tốc độ chảy của Hg (mg/s).

t : Chu kỳ rơi của giọt Hg (s).
C: Nồng độ chất điện hoạt.
Trong thực tế D,m,t được duy trì khơng thay đổi trong điều kiện thực
nghiệm nên (1.2) có thể viết dưới dạng:
Id = K.C
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

(1.3)



12

Từ (I.3) ta thấy cường độ dòng giới hạn Id phụ thuộc tuyến tính vào nồng
độ chất điện hoạt trong dung dịch và phương trình (I.3) là cơ sở của phương
pháp phân tích cực phổ định lượng.
Điện thế mà ở đó cường độ dịng điện bằng một nửa giá trị của dòng giới
hạn khuếch tán được gọi là thế bán sóng (E1/2). Thế bán sóng có mối quan hệ
với thế tiêu chuẩn (E0) của chất điện hoạt qua phương trình:
E1 / 2  E 0 

R..T
log(DR / D0 )1 / 2
n..F

(1.4)

Trong đó DR, D0 lần lượt là hệ số khuếch tán của dạng khử và dạng oxi
hóa của chất điện hoạt. Do đó thế bán sóng của mỗi chất điện hoạt trong một
dung dịch điện li cho trước không phụ thuộc vào nồng độ của chất điện hoạt.

Như vậy vị trí thế bán sóng có thể cho ta biết sự tồn tại của chất điện
hoạt trong dung dịch khi xem xét một sóng cực phổ. Đây chính là cơ sở của
phép phân tích định tính trong phân tích cực phổ.
Trong q trình điện phân xảy ra trong bình phân tích cực phổ thì cường
độ dịng điện đo được ngồi thành phần là dịng khuếch tán liên quan đến q
trình oxi hóa – khử của chất điện hoạt, cịn có các thành phần khác khơng liên
quan đến q trình điện cực được gọi là dịng khơng Faraday. Dịng khơng
Faraday có thể sinh ra bởi các nguyên nhân:
Khi nhúng điện cực vào dung dịch, trên bề mặt điện cực sẽ suất hiện lớp
điện kép. Lớp điện kép có thể coi như một tụ điện, khi tăng điện thế đặt vào
hai cực, điện dung của tụ này sẽ tăng lên, sự phóng điện của tụ điện này tạo
nên một thành phần của dòng khơng Faraday gọi là dịng tụ điện.
Dưới tác dụng của lực điện trường làm phát sinh dòng dịch chuyển của
các ion về các điện cực trái dấu cho dù các ion này có thể khơng tham gia vào
phản ứng điện cực. Dòng điện chuyển gây cản trở cho việc đo dịng khuếch
tán giới hạn, tuy nhiên dịng điện chuyển có thể được loại bỏ bằng cách thêm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




13

vào dung dịch phân tích một chất điện li trơ (khơng tham gia phản ứng điện
cực) có nồng độ lớn hơn nồng độ ion nghiên cứu nhiều lần. Người ta gọi đây
là chất điện li nền. Cation của chất điện li nền sẽ chắn tác dụng của điện
trường với các ion làm giảm sự dịch chuyển của các ion bởi điện trường và
dịng điện chuyển.
Khi nồng độ chất phân tích ở khoảng 10-4 M ÷ 10-2 M thì cường độ dịng

điện đo được chủ yếu là dịng Faraday, sóng cực phổ khi đó đảm bảo tốt cho
kết quả phân tích. Tuy nhiên khi chất phân tích có nồng độ thấp thì tín hiệu
dịng Faraday và dịng tụ điện có giá trị chênh lệch không đủ lớn nên gây sự
ảnh hưởng tới kết quả phân tích. Dịng tụ điện làm cho giới hạn phát hiện của
cực phổ cổ điển khơng có khả năng vượt qua giới hạn nồng độ 10-5 M. Mặt
khác trong phương pháp cực phổ cổ điển thì độ chọn lọc không cao do các
đường cong cực phổ của các chất điện hoạt có mặt trong dung dịch cộng lên
nhau làm cho phổ đồ có dạng bậc thang, do đó khó có thể xác định được hai
sóng cực phổ khi thế bán sóng của chúng cách nhau ít hơn 200 mA. Vì hạn
chế này nên trong nhiều năm gần đây người ta đã đề ra nhiều con đường khác
nhau để tăng độ nhạy và độ chọn lọc của phương pháp, chủ yếu là các hướng
sau.
Tận dụng tối đa kỹ thuật điện tử, tin học và tự động hóa để loại trừ giá trị
của dòng tụ điện trong phép đo. Như vậy sẽ nâng cao được tỉ số giữa tín hiệu
đo và tín hiệu nhiễu. Bằng cách này có thể tăng được độ nhạy và độ chọn lọc
của phương pháp.
Làm tăng nồng độ chất điện hoạt trong lớp phản ứng điện cực bằng các
phản ứng xúc tác hoặc hấp phụ.
Làm giàu chất phân tích trên bề mặt điện cực bằng phản ứng khử hoặc
oxi hóa kết tủa chất, sau đó hịa tan sản phẩm và ghi tín hiệu hịa tan đó.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên