Nghiên cứu điều kiện tối ưu, đánh giá hàm lượng kẽm trong nước bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử

Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2
LỜI CẢM ƠN

Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới Ban chỉ đạo
khoa hoá học, các thầy cô trong bộ môn hóa phân tích cũng như
trong khoa hoá - trường ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI II, đã nhiệt
tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho em để bản khoá luận n ày
được hoàn thành.
Và đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo
TS. TRẦN CÔNG VIỆT, người đã tận tình quan tâm và hướng dẫn
em trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu.
Em xin chân trọng cảm ơn!

Hà Nội, tháng 5 năm 2010.
Sinh viên
HOÀNG THỊ NHÀI

Hoàng Thị Nhài

Lớp K32A- Hóa


Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2
MỞ ĐẦU

Trong cơ thể con người Kẽm có vai trò vô cùng quan trọng.
Kẽm là thành phần cấu tạo nên nhiều enzym, có vai trò quan trọng

trong quá trình nhân bản AND... Hội chứng thiếu Kẽm có biểu
hiện lười ăn, chậm phát triển chiề u cao…Tuy nhiên, khi tồn tại
trong cơ thể với một lượng lớn vượt quá giới hạn cho phép thì sẽ
gây ra nhiễm độc nguy hiểm.
Vì vậy, xác định nồng độ của nguyên tố Kẽm trong môi
trường nước - một trong các nguồn gây độc cho con người thông
qua lưới thức ăn uống là một việc làm vô cùng cần thiết để đảm
bảo sức khoẻ con người.
Có rất nhiều phương pháp để xác định hàm lượng Kẽm tro ng
nước nhưng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử là một trong
những phương pháp có độ chọn lọc và độ chính xác cao. Vì thế,
tôi đã chọn phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử để xác định hàm
lượng kẽm trong nước .

Hoàng Thị Nhài

2

Lớp K32A- Hóa


Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

MỞ ĐẦU
Sự phát triển công nghiệp ở nước ta hiện nay đã đem lại
những thành tựu to lớn cho sự phát triển đất nước trên tất cả các
lĩnh vực kinh tế, văn hoá, xã hội làm cho đời sống của con người
ngày càng được nâng cao. Tuy nhiên, trong quá trình công nghiệp

hoá, hiện đại hoá cũng mang lại những hậu quả đáng lo ngại cho
môi trường sống và sức khoẻ con người. Ở nước ta việc khai thác
khoáng sản bừa bãi, xây dựng ồ ạt các nhà máy xí nghiệp, các khu
công nghiệp, khu chế xuất đã thải vào môi trường một lượng
không nhỏ các chất độc hại, đặc biệt là các kim loại nặng gây ô
nhiễm môi trường nước. Phần lớn chúng là các nguyên tố vi lượ ng
cần thiết cho sự sinh trưởng, p hát triển con người và động vật,
thực vật. Trong cơ thể con người Kẽm có vai trò vô cùng quan
trọng. Kẽm là thành phần cấu tạo nên nhiều enzym, có vai trò
quan trọng trong quá trình nhân bản AND, tham gia vào hoạt động
của hệ thần kinh trung ương và có tác dụng tăng cường miễn dịch.
Hội chứng thiếu Kẽm có biểu hiện lười ăn, chậm phát triển chiều
cao…
Tuy nhiên, khi tồn tại trong cơ thể với một lượng lớn vượt
quá giới hạn cho phép thì sẽ gây ra nhiễm độc nguy hiểm.
Vì vậy, việc điều tra, phân tích, xác định nồng độ, hàm
lượng của nguyên tố Kẽm trong môi trường nước - một trong các
nguồn gây độc cho con người thông qua lưới ăn uống, là một việc
làm vô cùng cần thiết để đảm bảo sức khoẻ con người.

Hoàng Thị Nhài

3

Lớp K32A- Hóa


Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Có rất nhiều phương pháp để xác định hàm lượng Kẽm trong
nước như phương pháp cực phổ, phương pháp Von – Ampe hoà
tan, phương pháp trắc quang, phương pháp phổ phát xạ nguyên
tử… Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử là một trong những
phương pháp có độ chọn lọc và độ chính xác cao. Vì thế, tôi đã
chọn phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử để xác định hàm lượng
kẽm trong nước .
Nhiệm vụ đặt ra:
1. Khảo sát các điều kiện thực nghiệm Kẽm bằng phương
pháp phổ hấp thụ nguyên tử d ùng ngọn lửa gồm:
1.1. Khảo sát các điều kiện của máy đo phổ gồm:


Bước sóng hấp thụ của nguyên tử Kẽm



Cường độ dòng đèn catot rỗng



Lưu lượng khí Axetilen



Độ rộng khe đo



Chiều cao đầu đốt

1.2. Chọn nền và môi trường cho hỗn hợp phân tích
1.3. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của cation khác lên phép đo
2. Khảo sát vùng tuyến tính của phép đo Kẽm
3. Xây dựng đường chuẩn của Kẽm
4. Đánh giá sai số và độ lặp lại của phương pháp
5. Phân tích mẫu thực theo phương pháp đường chuẩn:
Xác định hàm lượng Kẽm dựa vào đường chuẩn đã được xây
dựng trên các đề tài trước .
Do thời gian có hạn nên luận văn không tránh khỏi một số
khiếm khuyết mong đƣợc sự góp ý của thầy cô và các bạn .

Hoàng Thị Nhài

4

Lớp K32A- Hóa


Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Giới thiệu chung về nguyên tố Kẽm [8, 15]
Kẽm là nguyên tố kim loại nặng phổ biến trên trái đất, được
loài người biết đến từ thời Thượng Cổ. Trong bảng hệ thống tuần
hoàn Mendelep, Kẽm có số thứ tự 30, thuộc nhóm IIB, ở chu kỳ 4.
Trong vỏ quả đất, Kẽm không tồn tại ở trạng thái tự do mà

tồn tại ở dạng khoáng vật chủ yếu là Blen kẽm (ZnS), Caclamine
(ZnCO 3 ), Phranclinit hay Ferit Kẽm (Zn(FeO 2 ) 2 ). Ngoài ra còn có
Zincit (ZnO). Trong thiên nhiên các khoáng vật củ a Kẽm đều có
lẫn các khoáng vật của Pb, Ag, Cd.
Trong cơ thể của động vật hoặc thực vật có chứa hàm lượng
Kẽm bé, trong sò hến có khoảng 12%, trong cơ thể người có
khoảng 0,001% có nhiều ở răng, hệ thần kinh và tuyến sinh dục,
ngoài ra trong cơ thể người Kẽm là thành phần của một số enzym
quan trọng.
Trong nước của Đại Dương (tính trung bình 1 lit nước biển )
có 10 - 2 mg Kẽm ở dạng Zn + 2 (ZnSO 4 ).
Trong các mẫu đá ở Mặt Trăng do các tàu Apollo -11, -12 và
tàu Luna -6 đưa về cho thấy Kẽm có hàm lượng ở 3 vùng k hác
nhau:
Hàm lượng trung bình (số gam/1g mẫu đá )
Zn

Appollo -11

Hoàng Thị Nhài

Appollo -12

5

Luna -6

Lớp K32A- Hóa

Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

1,5.10 - 1 1

5,4.10 - 6

3,34.10 - 5

Theo ước tính Kẽm chiếm 0,005% khối lượng vỏ Trái Đất ,
chiếm một vị trí quan trọng đối với cơ thể sinh vật.
Kẽm có 15 đồng vị trong đó có các đồng vị thiên nhiên là
64

Zn(18,56%),

70

các đồng vị phóng xạ thì bền nhất là đồng vị

65

Zn (48,89%),

66

Zn (27,81%),

68

huỷ là 245 ngày đêm, còn đồng vị

61

Zn(0.62%). Trong
Zn có chu kỳ bán

Zn chu kỳ bán huỷ chỉ có 90

giây.
1.2. Tính chất vật lý, hoá học của Kẽm [8, 15]
1.2.1. Tính chất vật lý
Kẽm tinh khiết có dạng màu trắng bạc, có ánh kim, mềm, dễ
nóng chảy và tương đối dễ bay hơi.
Bảng 1.1: Một số đặc điểm đặc trưng của Kẽm
Đặc điểm

Kẽm (Zn)

Khối lượng nguyên tử

65,38

Số hiệu nguyên tử

30

Nhiệt độ sôi ( 0 C)

907

Nhiệt độ nóng chảy ( 0 C)

419,46

Bán kính nguyên tử ( 0 A)

1,39

Bán kính quy ước của Kẽm (Zn 2 + )

0,83

Khối lượng riêng (g/ ml)

7,14

Thế ion hoá bậc 1 (eV)

9,39

Thế ion hoá bậc 2 (eV)

17,96

Thế ion hoá bậc 3 (eV)

39,90
3d 1 0 4s 2

Lớp electron hoá trị

Hoàng Thị Nhài

6

Lớp K32A- Hóa


Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Thế điện cực

-0,76

Độ dẫn điện (so với Hg = 1 )

16

Độ âm điện

1,6

Ở điều kiện thường Zn khá giòn nên không kéo dài được,
nhưng khi đun nóng đến 100÷150 0 C lại dẻo và dai, khi đun nóng
đến 200 0 C thì lại tán thành bột được.
1.2.2. Tính chất hoá học cơ bản của Kẽm (Zn )

Kẽm là nguyên tố nhóm d. Nguyên tử Kẽm có các obitan d
đã điền đủ 10e. Tuy nhiên cấu hình electron (n -1)d 1 0 tương đối
bền nên electron hoá trị của Kẽm chỉ là electron s. Nguyên nhân là
do năng lượng ion hoá thứ 3 của Kẽm rất cao đ ã làm cho năng
lượng solvat hoá hay năng lượng tạo thành mạng lưới tinh thể
không đủ để làm bền cho trạng thái oxi hoá +3. Vì thế trạng thái
oxi hoá đặc trưng và cao nhất là +2.
Về mặt nhiệt động, Kẽm có thể đẩy hidro ra khỏi nước
nguyên chất vì thế điện cực chuẩn của Kẽm là E 0 Z n 2 + / Z n = -0,76V
âm hơn E 2 H + / H 2 (PH = 7) = -0,413V nhưng trên thực tế khả năng
này không xảy ra vì trên bề mặt Kẽm đ ã phủ một lớp màng oxit rất
bền.
Ở nhiệt độ cao, khi nung Zn trong luồng hơi nước tạo ra oxit
kẽm:
Zn + H 2 O  ZnO + H 2 
Ở nhiệt độ cao, khi đun nóng Zn có khả năng tác dụng trực
tiếp với các phi kim như S, Te, Se tạo ra Sunfua, Telenua,
Selenua:
t
Zn + S 
ZnS
o

Hoàng Thị Nhài

7

Lớp K32A- Hóa

Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

t
Zn + Te 
ZnTe
0

t
Zn + Se 
ZnSe
o

Đồng thời tác dụng trực tiếp với các hal ogen tạo ra
halogenua màu trắng:
Zn + X 2  ZnX 2 (X: F, Cl, Br, I)
Kẽm không tác dụng trực tiếp với N 2 , C, Si, B tuy nhiên C
hoà tan một ít trong Kẽm nóng chảy, khi để nguội C thoát ra ngoài
ở dạng than chì.
Với axit không có tính oxi hoá như HCl, H 2 SO 4 loãng do Zn
có thế điện cực khá âm nên dễ dàng phản ứng và giải phóng khí
H2:
Zn + 2H 3 O + + 2H 2 O  [Zn(H 2 O) 4 ] 2 + + H 2 
Tuy nhiên, Zn nguyên chất phản ứng rất chậm với 2 axit nói
trên nhưng nếu cho thêm vài giọt dung dịch CuSO 4 hoặc trong Zn
có tạp chất là những kim loại kém hoạt động thì phản ứng với axit
xảy ra nhanh hơn. Nguyên nhân là ban đầu H 2 thoát ra trên bề mặt
của Zn nguyên chất tạo ra một lớp màng mỏng cách li Kẽm với
axit. Khi có tạp chất sẽ hình thành nguyên tố Ganvani nên H 2

thoát ra từ những bề mặt tạp chất đó.
Với HNO 3 đặc, Zn tác dụng và tạo ra sản phẩm khử NO,
NO 2 , N 2 O:
3Zn + 8HNO 3 ( đ ặ c )  3Zn(NO 3 ) 2 + 2NO  + 4H 2 O
Với HNO 3 loãng sẽ tạo ra muối amoni:
4Zn

+ 10HNO 3 ( l o ã n g )



4Zn(NO 3 ) 2

+ NH 4 NO 3

+ 3H 2 O

Với H 2 SO 4 đặc nóng tạo ra SO 2 hoặc S, còn với axit đặc
nguội tạo ra H 2 S:
Zn

+ 2H 2 SO 4 ( đ ặ c ,

Hoàng Thị Nhài

nóng)



ZnSO 4 + SO 2  + 4H 2 O

8

Lớp K32A- Hóa


Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Zn

+ 4H 2 SO 4 ( đ ặ c ,

nóng)

Zn

+ 5H 2 SO 4 ( đ ặ c ,

n gu ộ i )

 3ZnSO 4 + S + 4H 2 O
 4ZnSO 4 + H 2 S  + 4H 2 O

Trong môi trường kiềm, ion NO 3 - sẽ bị Zn khử thành
amoniac:
4Zn + NO 3 - + 7OH -  4ZnO 2 2 - + NH 3  + 2H 2 O
4Zn

+ NO 3 - + 7OH - + 6H 2 O  4[Zn(OH) 4 ] 2 - + NH 3 

Kẽm tan trong dung dịch kiềm đặc nóng tạo ra Zincat và giải
phóng H 2 :
Zn + 2H 2 O + 2OH -  [Zn(OH) 4 ] 2 - + H 2 
Về khả năng tạo phức: Ion Zn 2 + tạo nên nhiều phức chất, tuy
nhiên khả năng tạo phức kém hơn Cu và Ag. Những ion thường
gặp là [ZnX 4 ] 2 - (X: Cl - , Br - , I - , CN - ), [ Zn(NH3)4 ]

2+

… Ion Zn2+ tạo

phức amin trong dung dịch NH3:
Zn + 4NH3 + 2H2O  [Zn(NH3)4](OH)2 + H2 
1.3. Một số hợp chất quan trọng của Kẽm [ 8, 15]
1.3.1. Oxit (ZnO)
ZnO được điều chế bằng cách nung muối Cacbonat, Nitrat,
Ferit kẽm hoặc nung bột Kẽm trong không khí :
t
Zn(FeO 2 ) 2 
ZnO + Fe 2 O 3
0

t
ZnCO 3 
ZnO + CO 2 
0

ZnO là chất khó nóng chảy ở nhiệt độ thường (t 0 n c =1950 0 C)

có thể thăng hoa không phân huỷ, hơi của chúng rất độc. Ở nhiệt
độ thường ZnO có màu trắng, khi đun nóng đến 250 0 C có màu
vàng chanh, khi để nguội lại trở lại màu trắng ban đầu. Nung đến
1950 0 C thì bị phân huỷ thành nguyên tố :
2ZnO

1950 C

 2Zn

Hoàng Thị Nhài

0

+ O2 

9

Lớp K32A- Hóa


Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Các màu khác nhau có liên quan tới kiểu khuyết trong mạng
lưới tinh thể của chúng.

Kẽm oxit tồn tại hai kiểu mạng tinh thể như sau:


Dạng 1: Mạng Vuarit

Các ion O 2 - sắp xếp theo kiểu lục phương, các ion Zn 2 +
chiếm một nửa số hốc tứ diện. Mạng Vuarit bao gồm hai mạng lục
phương chặt khít lồng vào nhau.

Oxi
Kẽm
ZnO



Dạng 2: Mạng tinh thể Sphaleri

Các ion O 2 - sắp xếp theo kiểu lập phương tâm mặt,các ion
Zn 2 + chiếm một nửa số hốc tứ diện.

Oxi

Hoàng Thị Nhài

10

Kẽm Lớp K32A- Hóa
ZnO


Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Kẽm oxit là chất lưỡng tính, không tan trong nước nhưng tan
trong dung dịch axit thậm chí ZnO cũng có thể tan trong dung
dịch kiềm và kiềm nóng chảy:
ZnO + H 2 SO 4  ZnSO 4 + H 2 O
ZnO + 2NaOH  Na 2 ZnO 2 + H 2 O
ZnO +

2KOH



K 2 ZnO 2 + H 2 O

(nóng chảy)

(Kalizincat)

Ở nhiệt độ cao bị H 2 khử thành Zn
ZnO +

H 2  Zn

+ H2O

Trong thiên nhiên, ZnO tồn tại dưới dạng khoáng vật Zinkit
và Monteponit tương ứng. Kẽm oxit được dùng làm bột cho sơn,
thường gọi là trắng kẽm và làm chất độn trong cao su.
1.3.2. Hidroxit (Zn(OH) 2 )

Hidroxit kẽm được tạo ra khi cho dung dịch kiềm tác dụng
với dung dịch muối kẽm lấy vừa đủ:
ZnSO 4 + 2NaOH  Zn(OH) 2  + Na 2 SO 4
Hidroxit kẽm là chất kết tủa trắng, không tan trong nước, có
tích số tan như sau:
Zn(OH) 2



Zn(OH) + + OH - , Tt = 1,8.10 - 1 3

Zn(OH) 2



Zn 2 +

+

2OH -

, Tt = 7,1.10 - 1 8

Khi nung Zn(OH) 2 đến 100 0 C thì bắt đầu bị phân huỷ thành
ZnO và H 2 O

Hoàng Thị Nhài

11

Lớp K32A- Hóa


Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

100 C


O

Zn(OH) 2

ZnO

+

H2O

Zn(OH) 2 có tính chất lưỡng tính, tan trong axit và kiềm:
Zn(OH) 2 + H 2 SO 4  ZnSO 4 + 2H 2 O
Zn(OH) 2

+ 2KOH  K 2 [ Zn(OH) 4 ]

Zn(OH) 2

+ 4NH 3  [ Zn(NH 3 ) 4 ] (OH)2

Bản chất lưỡng tính của Zn(OH)2 có thể mô tả theo sơ đồ sau:
OHn[Zn(OH2)4 ]2+



H3O+

OHn[ Zn(OH)2(OH2)2 ]




n[ Zn(OH)4 ]2-

H3O+

[ Zn(OH) 2 ] n
Zn(OH) 2 cũng tan một phần trong dung dịch muối amoni
theo cơ chế sau:
NH 4 +



NH 3 + H +

Khi có mặt Zn(OH) 2 cân bằng sẽ chuyển dịch sang phải:
Zn(OH) 2

+

4NH 3



[Zn(NH 3 ) 4 ](SO 4 )

1.3.3. Muối
Các muối Halogen (trừ Florua), Nitrat, Sunfat, Peclorat và
Axetat của Kẽm dễ tan trong nước còn các muối Sunfua,
Cacbonat, Orthophotphat và muối bazơ ít tan. Những muối tan khi kết tinh
từ dung dịch nước thường ở dạng hidrat. Ví dụ: ZnSO4.7H2O,
Zn(NO3)2.6H2O… Trong dung dịch nước muối kẽm thuỷ phân khá mạnh.
Đa số các muối đơn giản không có màu (trừ ZnSe có màu vàng, ZnTe
có màu đỏ).
Đihalogenua ZnCl2 là những chất tinh thể màu trắng, có nhiệt độ nóng
chảy và nhiệt độ sôi khá cao:

Hoàng Thị Nhài

12

Lớp K32A- Hóa


Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

ZnF2

ZnCl2

ZnBr2

ZnI2

T0nc (0C)

872

275

394

446

T0s(0C)

1502

756

697

Thăng hoa

1.4. Ứng dụng của Kẽm [8, 15]
Kẽm là kim loại có ứng dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực. Trong công
nghiệp một lượng lớn Kẽm được dùng mạ lên Sắt để bảo vệ cho Sắt khỏi gỉ,
trên bề mặt của lớp mạ có phủ lớp Cacbonat bazơ (ZnCO3.3Cu(OH)2) bảo vệ

cho kim loại. Một phần Zn được dùng để điều chế hợp kim với Cu.
Ngoài ra Zn còn dùng để sản xuất pin khô. Loại pin này gồm một vỏ
ngoài bằng kẽm đồng thời là anot, ở giữa pin là một trụ bằng than chì đóng
vai trò của catot. Ở giữa Zn và trụ than chứa hỗn hợp hồ nhão gồm MnO2,
NH4Cl và bột than.
Phản ứng trên bề mặt điện cực khi phóng điện như sau:
Ở anot: Zn - 2e

 Zn

2+

Ở catot:
2NH4+ + 2MnO2 + 2e



Mn2O3 + 2NH3 + H2O

Trong y học, Kẽm và hợp chất của nó có nhiều ứng dụng quan trọng.
Kẽm oxit dùng làm thuốc giảm đau dây thần kinh, chữa eczema, chữa một số
bệnh ngoài da… Muối Kẽm Sunfat dùng làm thuốc gây nôn, dùng làm thuốc
sát trùng, dung dịch 0,1 – 0,5% làm thuốc nhỏ mắt chữa đau kết mạc…và
nhiều ứng dụng khác.
1.5. Vai trò sinh học của Kẽm [14]

Hoàng Thị Nhài

13

Lớp K32A- Hóa


Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Kẽm chỉ đứng sau Sắt trong số những nguyên tố vi lượng cần thiết,
không thể thiếu đối với cơ thể con người. Ở một người trưởng thành tổng
lượng Kẽm có từ 2 ÷ 3 g (chiếm 0,001% khối lượng). Trong cơ thể người
Kẽm phân bố không đồng đều, có nhiều ở tóc, xương, gan, thận, cơ, da,
não…[14]
Kẽm tham gia vào việc cấu tạo nên trên 200 Enzym khác nhau và phần
lớn những Enzym này đều có vai trò quan trọng đối với các hoạt động của cơ
thể. Với vai trò điều hoà chuyển hoá Lipit, ngăn ngừa mỡ hoá gan, tham gia
vào chức phận tạo máu, Kẽm đặc biệt cần thiết cho sự ổn định màng và biệt
hoá tế bào. Ngoài ra, Kẽm còn có vai trò điều hoà hoạt tính của tuyến tiền liệt.
Điều này giải thích cho một số trường hợp vô sinh và rối loạn giới tính do
thiếu Kẽm. Kẽm còn ảnh hưởng tích cực tới việc hình thành sẹo, tới hệ thần
kinh thị giác của con người. Thiếu Kẽm quá trình tổng hợp AND và quá trình
sao chép trong tế bào bị suy yếu, tốc độ hấp thụ các Axitamin và quá trình
tổng hợp Trytophan (C11H12O2N2) giảm.
Theo những nghiên cứu mới nhất của viện nghiên cứu sức khoẻ
Naperville (Mỹ ), chúng ta có thể đánh giá được mức độ stress của cơ thể
thông qua việc xác định Kẽm trong huyết thanh.
Do không có dự trữ trong cơ thể, do nửa đời sống của Kẽm trong các cơ
quan nội tạng ngắn (12,5 ngày) nên cơ thể thường thiếu Kẽm. Vì vậy cần
cung cấp đầy đủ lượng Kẽm cho cơ thể.
Ngoài vai trò to lớn đối với cơ thể, Kẽm cũng là một trong bảy nguyên
tố vi lượng rất cần thiết đối với cơ thể động vật và thực vật.

Ở động vật do sự thiếu Kẽm dẫn tới các dị tật ở mặt, tim, xương, não,
hệ thần kinh…

Hoàng Thị Nhài

14

Lớp K32A- Hóa


Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Trong thực đơn hàng ngày Kẽm có trong thành phần các loại khoáng
chất và Vitamin. Kẽm còn được cho rằng có thuộc tính oxi hoá, do vậy nó
được sử dụng như là nguyên tố vi lượng để chống sự lão hoá của da và cơ thể.
Các nguồn thức ăn tự nhiên giàu Kẽm gồm có: sò huyết, các loại thịt
màu đỏ, các loại quả có nhân, ngũ cốc nguyên vẹn, hạt bí, hạt hướng dương…
Ngoài ra nếu lượng Kẽm quá dư thừa (ở nồng độ 1ppm) Kẽm bắt đầu
gây độc, khi nồng độ > 1ppm sẽ gây ra mất cân bằng tiêu hoá, ảnh hưởng tới
dạ dày, gan và hệ bài tiết…

1.6. Các phƣơng pháp xác định Kẽm
Dạng kết tủa

ZnNH4PO4

ZnNH4PO4

ZnS

1.6.1. Các phƣơng pháp phân tích hoá học
1.6.1.1. Phƣơng pháp phân tích trọng lƣợng [2, 7]
Nguyên tắc của phương pháp: dựa trên việc cân chính xác một lượng
mẫu cần phân tích (nếu mẫu ở trạng thái rắn) rồi chuyển nó về dạng dung
dịch. Nếu mẫu ban đầu ở trạng thái dung dịch thì chỉ cần lấy một thể tích xác
định rồi kết tủa chất cần phân tích dưới dạng hợp chất ít tan. Sau đó tiến hành
lọc rửa kết tủa, sấy khô tới khối lượng không đổi. Từ khối lượng không đổi
tính toán được hàm lượng chất cần phân tích có trong mẫu.
Ví dụ: Ta có thể xác định Kẽm bằng phương pháp phân tích trọng
lượng như sau :

Hoàng Thị Nhài

15

Lớp K32A- Hóa


Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Dạng cân

ZnNH4PO4

Zn2P2O7

ZnO

T0sấy ,nung (0C)

110

600

1000

Phương pháp phân tích trọng lượng dễ mắc sai số trong quá trình cân.
Mặt khác ta cần phải khống chế được PH của môi trường để giữ bền các kết
tủa. Ngoài ra để kết tủa được kim loại cần phân tích ta cần loại trừ các nguyên
tố cùng kết tủa với thuốc thử. Chính vì những hạn chế trên nên phương pháp
này chỉ được sử dụng khi xác định một lượng lớn kim loại cần phân tích.
1.6.1.2. Phƣơng pháp phân tích thể tích [2, 3]
Đây là một phương pháp phân tích phổ biến trong các phương pháp
phân tích hoá học để xác định nhanh, đơn giản các cation, anion. Tuy nhiên,
phương pháp có độ chọn lọc thấp và mắc nhiều sai số: do dung cụ, hay do
dung dịch chuẩn, do tay nghề… Giới hạn tin cậy của phương pháp khoảng
10-3M. Có thể xác định Zn theo phương pháp chuẩn độ tạo phức.
Đối với phương pháp chuẩn độ tạo phức bằng EDTA dùng chỉ thị
Eriocromđen T ở môi trường PH = 10. Phản ứng kết thúc khi màu dung dịch
từ đỏ nho sang màu xanh biếc.
Zn2+ + H2Y2-

2-

 ZnY

+ 2H+

ZnIn- + H2Y2-  ZnY2- + H2InVới chỉ thị này phản ứng chuẩn độ Kẽm bị ảnh hưởng bởi nhiều ion lạ.
Để loại trừ ảnh hưởng này có thể dùng chỉ thị Murexit tại PH = 8 – 8,5 (môi
trường không bazơ) hoặc trong dung dịch Etanolamin ở PH= 13.
1.6.2. Nhóm phƣơng pháp phân tích công cụ [5, 6, 9, 10]
1.6.2.1. Các phƣơng pháp điện hoá
Các phương pháp phân tích điện hoá là phương pháp dựa trên những
hiện tượng, quy luật có liên quan tới những phản ứng điện hoá xảy ra trên

Hoàng Thị Nhài

16

Lớp K32A- Hóa


Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

ranh giới tiếp xúc giữa các điện cực nhúng trong dung dịch phân tích hoặc
liên quan tới những tính chất điện hoá của dung dịch phân tích tạo nên môi
trường giữa các điện cực. Các phương pháp này được chia làm hai nhóm:


Nhóm các phương pháp ứng dụng tính chất điện hoá của dung

dịch phân tích như tính dẫn điện, độ kháng trở… Nhóm phương pháp này cổ
điển, có độ nhạy thấp, độ chọn lọc kém.



Nhóm thứ hai: bao gồm các phương pháp dựa trên những phản

ứng điện hoá: Von – Ampe hoà tan, cực phổ cổ điển được ứng dụng rộng rãi
nhất (nhóm các phương pháp phân tích quan trọng).
1.6.2.1.1. Phƣơng pháp cực phổ
Mỗi kim loại đều có một thế khử E0 xác định. Bằng một cách nào đó,
nếu biến đổi liên tục và tuyến tính điện áp ở 2 điện cực ta sẽ thu được tín hiệu
cường độ dòng điện phân. Độ lớn nhỏ của dòng có quan hệ với nồng độ chất
phản ứng ở 2 điện cực, sự phụ thuộc này sẽ cho tín hiệu phân tích định lượng.
Ngày nay các phương pháp cực phổ hiện đại như cực phổ sóng vuông,
cực phổ xung… đã đạt tới độ nhạy 10-7M.
Tác giả Trần Ngọc Phú đã sử dụng phương pháp cực phổ xung vi phân
để xác định hàm lượng Kẽm trong hợp kim đồng bằng phương pháp cực phổ
xung vi phân: nền NH3 + NH4Cl (0,8 M), ghi thế trong khoảng từ 1V ÷ 1,25V
với tốc độ quét thế 5mV/s theo chiều âm thu được kết quả: Trong 1g hợp kim
đồng (chìa khoá Việt Tiệp) hàm lượng Kẽm là 0,1365g chiếm 13,65% .
1.6.2.1.2. Phƣơng pháp Von - Ampe hoà tan [1]
Nguyên tắc của phương pháp: Dựa trên 2 kỹ thuật phân tích: điện phân
ở thế giám sát và quét Von – Ampe hoà tan ngược chiều. Ưu điểm nổi bật
của phương pháp là độ nhạy cao (10-8 ÷10-6) xác định được nhiều kim loại.
Với kĩ thuật hiện đại ngày nay phương pháp có khả năng phát hiện vết các
nguyên tố đến 10-9M với sai số 5 ÷15 %. Nhưng nhược điểm của phương

Hoàng Thị Nhài

17

Lớp K32A- Hóa

Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

pháp là ở chỗ: quy trình phân tích phức tạp đòi hỏi phải có kiến thức tương
đối sâu về phân tích điện hoá mới xử lý được đúng từng loại mẫu, đối với
từng loại nguyên tố khác nhau.
Nguyên tắc của phương pháp này gồm 3 giai đoạn:


Điện phân làm giàu chất phân tích lên bề mặt của điện cực hoạt

động (có thể là cực giọt Hg tĩnh hoặc cực rắn đĩa quay)


Ngừng khuấy hoặc ngừng quay cực 15 ÷ 20 giây để đưa hệ từ

trạng thái động đến trạng thái tĩnh.


Hoà tan kết tủa đã được làm giàu trên điện cực hoạt động bằng

cách phân cực ngược và ghi dòng Von - Ampe hoà tan. Trong những điều
kiện thích hợp, nồng độ của chất cần xác định sẽ tỷ lệ với chiều cao của pic
thu được. Dựa vào pic chuẩn và pic thu được sẽ xác định được nồng độ của
các chất.
Theo tác giả Trịnh Đức Cường [1] đã sử dụng phương pháp cực phổ
Von – Ampe hoà tan trên điện cực giọt Hg để xây dựng điều kiện định lượng

và xác định ion Zn2+ trên nền điện ly trơ NH4Ac + HAc nồng độ tổng 0,02 M,
PH =4, thế điện phân làm giàu -1,2V, biên độ xung 0,05V, thời gian đặt một
xung 0,04s tốc độ quét thế 0,05V/s, tốc độ khuấy 2000 vòng /phút, kích
thước giọt: 4.
1.6.2.2. Các phƣơng pháp quang học [9, 10, 11]
1.6.2.2.1. Phƣơng pháp trắc quang
Phương pháp này dựa vào việc đo độ hấp thụ năng lượng ánh sáng của
một chất xác định ở một vùng phổ xác định. Trong phương pháp này các chất
cần phân tích được chuyển thành các hợp chất có khả năng hấp thụ các năng
lượng ánh sáng (các phức màu).
Đây là phương pháp phân tích được sử dụng rộng rãi vì nó đơn giản,
tiện lợi, cho độ nhạy và độ chính xác cao. Giới hạn phát hiện 10-6 ÷ 10-7 M.

Hoàng Thị Nhài

18

Lớp K32A- Hóa


Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Đối với Zn, người ta có thể dùng Dithizon, 8-hydroxyl quynolin, 2-cacboxyl 2` - hidroxy - 5 – sunfo formazylbenzen… làm thuốc thử.
1.6.2.2.2. Phƣơng pháp phổ phát xạ nguyên tử [6, 10, 11]
Đây là kỹ thuật phân tích được ứng dụng rộng rãi và là một trong
những phương pháp quan trọng nhất của phép phân tích. Phương pháp cho
phép xác định định tính và định lượng hàm lượng đa lượng hoặc vi lượng của
rất nhiều nguyên tố (khoảng gần nửa số nguyên tố của bảng HTTH).

Ưu điểm của phương pháp này là phân tích nhanh, hàng loạt, tốn ít
mẫu, phân tích được nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu. Phân tích được cả
những đối tượng rất xa dựa vào ánh sáng phát xạ của chúng. Cho độ nhạy và
độ chính xác cao. Độ nhạy cỡ  0,001 %.
Cần chú ý đến các yếu tố ảnh hưởng như độ nhớt dung dịch, sự phát xạ
của nền, sự chen lấn vạch phổ, sự ion hoá các nguyên tố lạ. Để có thể hạn chế
chúng làm giảm sai số người ta thêm vào dung dịch các chất có thế kích thích
phát xạ nhỏ hơn thế phát xạ của nguyên tố phân tích hoặc thêm vào dung dịch
các phụ gia có thế ion hoá nhỏ hơn thế ion hoá của nguyên tố phân tích.
1.6.2.2.3. Phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử [6, 7] ( Atomic Absorption
Spectronphotometry – AAS)
AAS là một trong những phương pháp hiện đại, được ứng dụng phổ
biến trong các phòng thí nghiệm phân tích trên thế giới. Phương pháp này xác
định được hầu hết các kim loại trong mọi loại mẫu sau khi đã chuyển hoá
chúng về dạng dung dịch.
Mối quan hệ giữa cường độ vạch phổ hấp thụ A và nồng độ chất
phân tích Cx được thể hiện qua phương trình:

A = a.Cxb
Hoàng Thị Nhài

19

Lớp K32A- Hóa


Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khi b=1 thì sự phụ thuộc giữa A và Cx là tuyến tính. Vì thế khi mẫu
có cường độ A nằm trong đường chuẩn, người ta sẽ tìm được nồng độ Cx
của nó.
Các tác giả Phạm Luân, Đặng Quang Ngọc, Lương Thuý Quỳnh đã
phân tích hàng loạt mẫu đưa ra kết quả: Lượng Kẽm trung bình trong huyết
thanh người bình thường, người ung thư và người mắc bệnh nhồi máu cơ tim
là 1,33.10-6 g /ml; 0,76.10-6 g/ml và 0,92.10-6 g/ml. Sai số mắc phải là 12%
[12].
Như vậy, phép đo AAS có ưu điểm lớn là rất nhạy, nhanh, ổn định,
chính xác. Tuy nhiên hệ thống máy móc rất đắt tiền và sự nhiễm bẩn ảnh
hưởng tới kết quả phân tích. Nhược điểm của phương pháp này là chỉ cho biết
thành phần của nguyên tố mà không thấy được trạng thái cấu trúc của nó
trong mẫu. Thêm nữa, phương pháp này vẫn chưa thể được sử dụng để xác
định một số á kim hoặc các hợp chất còn lại trong thuốc trừ sâu.
1.6.2.3. Phƣơng pháp chiết và sắc ký [10, 11]
1.6.2.3.1. Chiết
Một trong các phương pháp làm giàu lượng vết các kim loại được sử
dụng rộng rãi nhất là phương pháp chiết bằng một dung môi hữu cơ không
trộn lẫn với nước. Phương pháp này có ưu điểm như: có thể chiết chất cần
phân tích từ những dung dịch có nồng độ rất nhỏ, tốc độ chiết lớn (đạt tới cân
bằng nhanh), sự tách giữa pha nước và pha hữu cơ nhanh, dễ dàng. Phần dịch
chiết được định lượng bằng các phương pháp khác nhau.
1.6.2.3.2. Sắc ký
Sắc ký là một trong những phương pháp tách ưu việt nhất hiện nay.
Nguyên tắc của phương pháp dựa trên việc bơm vào dòng chất mang qua cột
tách, rồi ghi nhận tín hiệu của các chất qua cột bằng detector thích hợp. Quá

Hoàng Thị Nhài

20

Lớp K32A- Hóa


Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

trình này gồm hai pha: Pha tĩnh là pha đứng yên, còn pha động là pha di
chuyển qua pha tĩnh. Dựa vào khả năng hấp phụ khác nhau của các hợp phần
có trong mẫu mà có thể ghi nhận được các tín hiệu bằng detector dưới dạng
các pic khác nhau. Các hợp phần trong mẫu phân tích được bơm vào dòng
chất mang của pha động, khi đi qua pha tĩnh thì chất nào có khả năng hấp phụ
với pha tĩnh cao thì ra sau cùng và ngược lại. Dựa vào pha động sắc ký được
chia thành hai nhóm:


Sắc ký lỏng: pha động là chất lỏng



Sắc ký khí: pha động là chất khí

Hiện nay để tách phân tích các kim loại như Pb, Cu, Zn… người ta
dùng chủ yếu là phương pháp sắc ký lỏng cao áp. Mẫu được bơm vào cột sắc
ký nhờ một van bơm mẫu có vòng chứa một thể tích mẫu nhất định. Sau đó
dùng bơm cao áp để bơm pha động vào cột với vận tốc xác định và không đổi
từ đầu tới cuối cột sắc ký. Lượng chất đi ra khỏi cột tách được phát hiện bằng
detector.
Soflaket Dogan đã tìm ra được một phương pháp tách và làm giàu rất

đơn giản và hiệu quả để xác định Zn trong nước tiểu ở nồng độ thấp cỡ ppm
bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử. Đó là sự tách và làm giàu dựa trên
sự tạo phức vòng càng của các kim loại cần xác định với NaDTDC (Natri
đietyl đithiocacbamat). Sau đó thu lại các ion kim loại trong cột amberlite
XAD – 16 bằng axit HNO3 1M trong Axeton. Sai số tương đối nhỏ 0,07%.

Hoàng Thị Nhài

21

Lớp K32A- Hóa


Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

CHƢƠNG 2
ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mục đích của đề tài
Các nguyên tố vi lượng như Kẽm, Mangan… là những nguyên tố cần
thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của cơ thể người cũng như động thực
vật. Tuy nhiên khi có mặt với hàm lượng cao chúng sẽ gây độc. Hiện nay
đồng hành với những lợi ích của sự phát triển công nghiệp đem lại, chúng ta
cũng phải đối mặt với mặt hạn chế của nó: Đó là sự ô nhiễm môi trường nước,
môi trường không khí, môi trường tự nhiên và sức khoẻ con người bị đe doạ.
Theo quy luật, khi môi trường nước bị ô nhiễm thì các động vật sinh sống
trong nước cũng có nguy cơ bị nhiễm độc và khi được sử dụng làm nguồn
thức ăn cho con người chúng cũng có nguy cơ gây độc. Chính vì vậy, mục

Hoàng Thị Nhài

22

Lớp K32A- Hóa


Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

đích của chúng tôi trong khoá luận này là xác định hàm lượng Kẽm là nguyên
tố vi lượng cần thiết cho sự sinh trưởng của cơ thể người. Bên cạnh đó, sử
dụng quy trình đã được nghiên cứu của các nguyên tố Cu, Pb, Cd chúng tôi
cũng đánh giá sự ô nhiễm các kim loại nặng đặc biệt là Kẽm trong nước bề
mặt ở các hồ ở Hà Nội bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử trong ngọn
lửa (F – AAS)
2.2. Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu
2.2.1. Sự xuất hiện của phổ hấp thụ nguyên tử
Nguyên tử là hạt cơ bản gồm hạt nhân và các electron chuyển động
xung quanh hạt nhân. Ở điều kiện bình thường, nguyên tử không thu và cũng
không phát năng lượng dưới dạng các bức xạ. Lúc này, nguyên tử tồn tại ở
trạng thái cơ bản. Đó là trạng thái bền vững nghèo năng lượng nhất của
nguyên tử.
Nhưng khi nguyên tử ở trạng thái hơi tự do, nếu ta chiếu một chùm tia
sáng có những bước sóng với tần số xác định vào đám hơi nguyên tử đó, thì
các nguyên tử tự do sẽ hấp thụ các bức xạ có bước sóng nhất định ứng đúng
với những bức xạ mà nó có thể phát ra trong quá trình phát xạ. Lúc này,
nguyên tử đã nhận năng lượng của các tia bức xạ chiếu vào nó và chuyển lên
trạng thái kích thích có năng lượng cao hơn trạng thái cơ bản. Qúa trình đó

được gọi là quá trình hấp thụ năng lượng của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi
và tạo ra phổ của nguyên tử nguyên tố đó. Phổ sinh ra trong quá trình này
được gọi là phổ hấp thụ nguyên tử (AAS).
2.2.2. Nguyên tắc của phƣơng pháp
Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử dựa trên cơ sở nguyên tử ở trạng thái
hơi có khả năng hấp thụ các bức xạ có bước sóng nhất định mà nó có thể phát
ra trong quá trình phát xạ khi chiếu một chùm tia sáng có bước sóng nhất định

Hoàng Thị Nhài

23

Lớp K32A- Hóa


Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

vào đám hơi nguyên tử đó. Muốn thực hiện các phép đo phổ ta cần thực hiện
các quá trình sau:


Chuyển mẫu phân tích thành trạng thái hơi của các nguyên tử tự

do (quá trình nguyên tử hoá mẫu). Đây là việc rất quan trọng của phép đo vì
chỉ có các nguyên tử ở trạng thái tự do (ở trạng thái hơi) mới có khả năng cho
phổ hấp thụ nguyên tử. Số nguyên tử tự do ở trạng thái hơi là yếu tố quyết
định cường độ vạch phổ. Qúa trình nguyên tử hoá mẫu tốt hay không tốt đều
ảnh hưởng tới kết quả phân tích. Có hai kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu là kỹ

thuật nguyên tử hoá mẫu trong ngọn lửa (F – AAS) và kỹ thuật nguyên tử hoá
mẫu không ngọn lửa (EST – AAS). Nguyên tắc chung là dùng nhiệt độ cao để
hoá hơi và nguyên tử hoá mẫu phân tích.


Sau đó chiếu chùm sáng phát xạ của nguyên tố cần phân tích từ

nguồn bức xạ vào đám hơi nguyên tử đó để chúng hấp thụ những bức xạ đơn
sắc nhạy hay bức xạ cộng hưởng có bước sóng nhất định ứng đúng với tia
phát xạ nhạy của chúng. Nguồn phát xạ chùm tia đơn sắc có thể là đèn catot
rỗng HCL, các đèn phóng điện không điện cực (EDL) hay nguồn phát xạ liên
tục đã được biến điệu. Ở đây, cường độ bức xạ bị hấp thụ tỷ lệ với số nguyên
tử tự do có trong môi trường hấp thụ theo công thức:
I = I0 . e-K  .N. l

(1.1)

Trong đó:
 I0 là cường độ của chùm sáng đơn sắc và đi vào môi trường hấp thụ.
 I là cường độ của chùm sáng đơn sắc và đi ra khỏi môi trường hấp
thụ.
 N là tổng số nguyên tử tự do có trong môi trường hấp thụ (trong một
đơn vị thể tích).

Hoàng Thị Nhài

24

Lớp K32A- Hóa

Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

 K  là hệ số hấp thụ đặc trưng cho từng loại nguyên tử.
 l là chiều dài của môi trường hấp thụ (const).
Tiếp đó nhờ hệ thống máy quang phổ người ta thu được toàn bộ chùm
sáng, phân ly và chọn một vạch phổ hấp thụ nguyên tử cần phân tích để đo
cường độ của nó. Cường độ đó chính là tín hiệu hấp thụ của vạch phổ hấp thụ
nguyên tử.
Nếu A là mật độ quang của chùm bức xạ có cường độ I0, sau khi đi
qua môi trường hấp thụ còn lại là I, ta có:

I0
A = lg = 2,303. K  . N. l
I
hay

A = k. N

(1.2 )

với k = 2,303. K  . l

Giữa N và nồng độ C của nguyên tố trong dung dịch phân tích có quan
hệ với nhau. Nhiều thực nghiệm cho thấy trong một giới hạn nhất định của
nồng độ C thì:

N = ka. Cb

(1.3)

Trong đó:
 ka là hằng số thực nghiệm, phụ thuộc vào tất cả các điều kiện hoá hơi
và nguyên tử hoá mẫu.
 b là hằng số bản chất phụ thuộc vào từng vạch phổ của từng nguyên
tố ( 0 < b < 1 )
Từ ( 1.2 ) và ( 1.3 ) ta có:

A = a. Cb

( 1.4 )

Trong đó:
 a = k. ka là hằng số thực nghiệm

Hoàng Thị Nhài

25

Lớp K32A- Hóa