Nghiên cứu điều kiện tối ưu, đánh giá hàm lượng pb2+ trong nước bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử

Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Trƣờng đại học sƣ phạm hà nội 2
Khoa HóA học
*************

Cao thị loan

Nghiên cứu điều kiện tối ƣu,
đánh giá hàm lƣợng Pb2+ trong nƣớc bằng phƣơng
pháp phổ hấp thụ nguyên tử
Khóa luận tốt nghiệp đại học
Chuyên ngành: Hóa phân tích

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
T.S TRẦN CÔNG VIỆT

hà nội - 2010

Cao Thị Loan K32A –Hóa

1


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Lời cảm ơn

Khóa luận này được thực hiện tại phòng thí nghiệm Bộ môn Hóa Phân
Tích Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội.
Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tiến sĩ Trần Công Việt –
người thầy đã hướng dẫn, động viên để tôi hoàn thành tốt khóa luận này.
Tôi xin chân thành cảm ơn tới các thầy giáo, cô giáo trong khoa hóa
học Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội 2 và các thầy, cô giáo trong tổ bộ
môn Hóa Phân Tích Trường Đại học Sư phạm Hà Nội cùng gia đình và bạn
bè đã động viên và tạo điều kiện tốt nhất để tôi có được kết quả như ngày
hôm nay.
Do còn hạn chế về kinh nghiệm và thời gian nên khóa luận không tránh
khỏi những thiếu sót. Tôi kính mong được sự góp ý của thầy giáo, cô giáo và
các bạn để khóa luận của tôi được hoàn chỉnh hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 5 năm 2010
Sinh viên

Cao Thị Loan

Cao Thị Loan K32A –Hóa

2


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

LỜI CAM ĐOAN
Khóa luận này được hoàn thành dưới sự cố gắng của bản thân và nhờ
sự giúp đỡ của tiến sĩ Trần Công Việt.

Tôi xin cam đoan những kết quả được trình bày trong khóa luận này
đảm bảo tính chính xác, trung thực, không trùng lặp với bất kỳ kết quả
nghiên cứu của các tác giả khác.
Nếu có gì sai sót tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Hà Nội, tháng 5 năm 2010
Sinh viên

Cao Thị Loan

Cao Thị Loan K32A –Hóa

3


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ...................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài.................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................. . 1
PHẦN 1: TỔNG QUAN .......................................................................... . 3
CHƢƠNG 1: NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..... . 3
1.1. Sự xuất hiện của phổ hấp thụ nguyên tử .............................................. . 3
1.2. Nguyên tắc của phương pháp ............................................................... . 3
1.3. Phép định lượng của phương pháp....................................................... . 5
1.4. Ưu, nhược điểm của phương pháp ....................................................... . 6
1.4.1. Ưu điểm........................................................................................ . 7
1.4.2. Nhược điểm .................................................................................. . 7

1.5. Nội dung của phương pháp .................................................................. . 8
CHƢƠNG 2: NGUYÊN TỐ CHÌ .......................................................... . 10
2.1. Giới thiệu nguyên tố chì ....................................................................... . 10
2.2. Tính chất vật lý và tính chất hóa học của nguyên tố chì ...................... . 10
2.2.1. Tính chất vật lý ............................................................................ 10
2.2.2. Tính chất hóa học ......................................................................... 10
2.3. Một số hợp chất quan trọng của chì ..................................................... 11
2.3.1. Chì oxit ......................................................................................... 11
2.3.2. Chì hiđroxit .................................................................................. 11
2.3.3. Muối chì ....................................................................................... 11
2.4. Ứng dụng của chì ................................................................................. 12
2.5. Vai trò sinh học của chì........................................................................ 12
2.5.1. Vai trò của chì .............................................................................. 12
2.5.2. Độc tính của chì ........................................................................... 12

Cao Thị Loan K32A –Hóa

4


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

2.5.3. Một số tiêu chuẩn về hàm lượng chì trong nước ......................... 13
2.6. Các phương pháp xác định chì ............................................................. 13
2.6.1. Các phương pháp phân tích hóa học ............................................ 13
2.6.1.1. Phương pháp phân tích trọng lượng .................................... 13
2.6.1.2. Phương pháp phân tích thể tích .......................................... 13
2.6.2. Các phương phân tích công cụ..................................................... 15

2.6.2.1. Các phương pháp điện hóa .................................................. 15
2.6.2.1.1. Phương pháp cực phổ .................................................. 15
2.6.2.1.2. Phương pháp von – ampe hòa tan ............................... 16
2.6.2.2. Các phương pháp quang học ............................................... 17
2.6.2.2.1. Phương pháp trắc quang .............................................. 17
2.6.2.2.2. Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử ........................... 18
2.6.2.3. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ................................... 18
2.6.3. Phương pháp chiết và sắc ký........................................................ 20
2.6.3.1. Chiết ..................................................................................... 20
2.6.3.2. Sắc ký ................................................................................... 21
2.7. Dụng cụ, thiết bị máy móc và hóa chất ................................................ 21
2.7.1. Dụng cụ ........................................................................................ 21
2.7.2. Thiết bị máy móc ......................................................................... 22
2.7.3. Hóa chất ....................................................................................... 23
PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................... 25
CHƢƠNG 1: KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN ĐO PHỔ HẤP THỤ
NGUYÊN TỬ ........................................................................................... 25
1.1. Khảo sát các thông số của máy ............................................................ 25
1.1.1. Khảo sát vạch phổ hấp thụ ........................................................... 25
1.1.2. Khảo sát cường độ dòng đèn........................................................ 26
1.1.3. Khảo sát độ rộng khe đo .............................................................. 27

Cao Thị Loan K32A –Hóa

5


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

1.1.4. Khảo sát chiều cao của đèn nguyên tử hóa mẫu .......................... 27
1.1.5. Các thông số của máy .................................................................. 28
1.1.5.1. Thế ghi ................................................................................. 28
1.1.5.2. Tốc độ giấy .......................................................................... 28
1.2. Khảo sát các điều kiện nguyên tử hóa mẫu.......................................... 28
1.2.1. Khảo sát lưu lượng khí axetilen ................................................... 29
1.2.2. Tốc độ dẫn mẫu ............................................................................ 30
1.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới phép đo ......................................... 30
1.3.1. Ảnh hưởng các loại axit và nồng độ axit ..................................... 31
1.3.2. Ảnh hưởng của các cation khác ................................................... 37
CHƢƠNG 2: ĐÁNH GIÁ CHUNG ....................................................... 40
2.1. Phạm vi tuyến tính của nồng độ chì ..................................................... 40
2.2. Tóm tắt các điều kiện của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử dùng ngọn lửa
trực tiếp xác định chì ................................................................................... 41
2.3. Xây dựng đường chuẩn xác định chì ................................................... 42
2.3.1. Chuẩn bị dung dịch xây dựng đường chuẩn ................................ 42
2.3.2. Xây dựng đường chuẩn của chì ................................................... 42
CHƢƠNG 3: ĐÁNH GIÁ SAI SỐ VÀ ĐỘ LẶP CỦA
PHƢƠNG PHÁP ...................................................................................... 44
CHƢƠNG 4: ỨNG DỤNG CỦA PHƢƠNG PHÁP F – AAS ĐỂ PHÂN
TÍCH MẪU THỰC .................................................................................. 47
4.1. Chuẩn bị dung dịch mẫu phân tích....................................................... 47
4.1.1. Chuẩn bị dung dịch mẫu thực ...................................................... 47
4.1.1.1. Nguyên tắc lấy mẫu ............................................................ 47
4.1.1.1.1. Mẫu nước bề mặt ........................................................ 47
4.1.1.1.2. Mẫu nước sinh hoạt ..................................................... 50
4.1.1.2. Xử lý mẫu ............................................................................ 52

Cao Thị Loan K32A –Hóa

6


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

4.2. Xác định hàm lượng nguyên tố chì theo phương pháp thêm
tiêu chuẩn .................................................................................................... 53
KẾT LUẬN ............................................................................................... 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................... 57

Cao Thị Loan K32A –Hóa

7


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích
MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Trong cuộc sống của con người và động thực vật, nước đóng vai trò vô
cùng quan trọng. Cùng với sự phát triển của khoa học, công nghiệp, kĩ thuật
và sự gia tăng dân số, môi trường nước ngày càng bị ô nhiễm. Khi nước sinh
hoạt và nước sông hồ bị ô nhiễm thì sự gây hại tới con người có thể là trực
tiếp cũng có thể là gián tiếp thông qua lưới thức ăn. Vì vậy việc điều tra khảo
sát hiện trạng môi trường nước là rất cần thiết để từ đó đưa ra các giải pháp

nhằm nâng cao chất lượng sử dụng, bảo vệ sức khỏe cộng đồng.
Để đánh giá chất lượng nước người ta đưa ra các chỉ tiêu như: hàm
lượng các anion, cation kim loại nặng, các nguyên tố vi lượng. Trong đó hàm
lượng kim loại nặng chì là một chỉ tiêu quan trọng vì với hàm lượng nhỏ đã
có tác dụng gây hại.
Có rất nhiều phương pháp xác định hàm lượng chì trong nước như:
phương pháp vôn – ampe, phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử, phương pháp
chuẩn độ tạo phức, phương pháp trọng lượng…Trong đó phương phổ hấp thụ
là phương pháp tối ưu nhất vì nó có độ nhạy, độ chính xác cao, thực hiện đơn
giản, nhanh. Chính vì những lí do trên mà chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên
cứu điều kiện tối ưu, đánh giá hàm lượng chì trong nước bằng phương
pháp phổ hấp thụ nguyên tử”
2. Mục đích nghiên cứu
Qua thực tế và tham khảo một số nghiên cứu có liên quan đến vấn đề
đánh giá chất lượng nước sinh hoạt và nước của một số sông hồ đã và đang
lâm vào tình trạng ô nhiễm ở các mức độ khác nhau. Theo quy luật, các động
vật và thực vật sống trong nước như: rong, tảo, rau, cua, cá… khi sống trong
môi trường ô nhiễm sẽ hấp thụ những chất độc hại và có thể trở thành nguồn
độc hại với con người khi chúng ta sử dụng chúng làm thức ăn. Để đánh giá

Cao Thị Loan K32A –Hóa

8


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

được mức độ ô nhiễm của nước, cần phải khảo sát rất nhiều yếu tố như: pH,

DO, COD, BOD5, các chỉ tiêu như nitơ, photpho, kim loại nặng, chỉ tiêu hóa
sinh…Và chỉ tiêu kim loại nặng là một chỉ tiêu quan trọng đáng lưu tâm do
có thể gây độc ở mức độ cao và lâu dài như chì, đồng…Trong khóa luận này
chúng tôi chọn chì để nghiên cứu và đánh giá. Việc khảo sát chì bằng
phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử trong ngọn lửa trực tiếp (F-AAS) sẽ góp
phần đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường nước ở Hà Nội.

Cao Thị Loan K32A –Hóa

9


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

PHẦN 1: TỔNG QUAN
CHƢƠNG 1: NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.1. Sự xuất hiện của phổ hấp thụ nguyên tử [5, 8]
Nguyên tử là hạt cơ bản gồm hạt nhân và các electron chuyển động
xung quanh hạt nhân. Ở điều kiện thường các electron chuyển động trên
những quỹ đạo có mức năng lượng thấp nhất, khi đó nguyên tử ở trạng thái
bền vững nhất vì nó không phát năng lượng dưới dạng các bức xạ. Nhưng
khi ta chiếu một chùm tia đơn sắc có năng lượng phù hợp vào đám hơi
nguyên tử ở trạng thái tự do thì nguyên tử tự do sẽ hấp thụ những bước sóng
đúng bằng bước sóng mà nó phát ra trong quá trình phát xạ. Sau khi đã nhận
năng lượng kích thích, nguyên tử chuyển lên trạng thái có mức năng lượng
cao hơn gọi là trạng thái kích thích. Quá trình đó gọi là quá trình hấp thụ
năng lượng của nguyên tử. Phổ được sinh ra trong quá trình này gọi là phổ
hấp thụ năng lượng của nguyên tử (AAS).

1.2. Nguyên tắc của phƣơng pháp [5, 6, 8]
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 khi chiếu một chùm tia có bước sóng nhất định 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 hóa 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. Quá trình nguyên tử hóa mẫu tốt hay không tốt đều ảnh
hưởng tới kết quả phân tích. Có hai kĩ thuật nguyên tử hóa mẫu là nguyên tử
hoá trong ngọn lửa (F-AAS) và kĩ thuật nguyên tử hóa mẫu không ngọn lửa

Cao Thị Loan K32A –Hóa

10


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

(EST-AAS). Nguyên tắc chung là dùng nhiệt độ cao để hóa hơi và nguyên tử
hóa mẫu phân tích.
Sau đó chiếu chùm tia phát xạ của nguyên tố cần phân tích từ nguồn
phát 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 catôt rỗng
HCL, các đèn phóng điện không điện cực EDL hay nguồn phát xạ liên tục đã
được biến điện. Ở đây cường độ bức xạ bị hấp thụ tỉ lệ với số nguyên tử tự

do có trong môi trường bị hấp thụ theo công thức:

I  I o .e K . N .l

(1.1)

Trong đó:
Io là cường độ của dòng sáng đơn sắc đi vào môi trường hấp thụ.
I là cường độ của dòng sáng đơn sắc đi ra khỏi môi trường hấp thụ.
N là tổng số nguyên tử tự do có trong môi trường hấp thụ (trong đơn vị
thể tích).
K  là hệ số hấp thụ đặc trưng cho từng loại nguyên tử.

l là chiều dài của môi trường hấp thụ (l = const).
Nhờ hệ thống máy quang phổ người ta thu được toàn bộ chùm sáng,
phân ly và chọn lọc 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 Io , sau khi đi
qua môi trường còn lại là I. Ta có:
A = lg (Io/ I) = 2,303 K  . N.l

(1.2)

Hay A = k.N trong đó k = 2,303. K  .l

Cao Thị Loan K32A –Hóa

11

Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

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 hóa hơi và
nguyên tử hóa mẫu.
b là hằng số bản chất phụ thuộc vào từng vạch phổ của từng nguyên tử
( 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
Với b = 1 thì quan hệ A, C là tuyến tính A = a.C

(1.5)

Phương trình (1.4) được coi là phương trình cơ sở của phép đo định

lượng các nguyên tố của phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử.
Nói chung phương pháp này ngoài cho độ nhạy và độ chọn lọc rất cao
còn có một số điểm mạnh khác như: khả năng phân tích với số lượng lớn các
nguyên tố hóa học khác nhau. Ngoài các nguyên tử kim loại còn có thể phân
tích được một số á kim (S, Cl…), một số hợp chất hữu cơ. Lượng mẫu tốn ít,
thời gian nhanh, đơn giản dùng hiệu quả đối với nhiều lĩnh vực như y học,
dược học, phân tích môi trường, phân tích địa chất, đặc biệt là lượng vết các
kim loại.
1.3. Phép định lƣợng của phƣơng pháp [2, 3, 5, 8]
Sự phụ thuộc của cường độ vạch phổ hấp thụ nguyên tử của một
nguyên tố vào nồng độ của nguyên tố đó trong dung dịch mẫu phân tích được

Cao Thị Loan K32A –Hóa

12


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

nghiên cứu thấy rằng: Trong một khoảng nồng độ C nhất định của nguyên tố
trong mẫu phân tích, cường độ vạch phổ hấp thụ và số nguyên tử N của
nguyên tố đó trong đám hơi nguyên tử tuân theo định luật Lambe- Bia: A =
k.N.l.
Trong đó:
A là cường độ hấp thụ của vạch phổ.
k là hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường hấp thụ và
hệ số hấp thụ nguyên tử của nguyên tố.
l là bề dày lớp hấp thụ (cm).

N là số nguyên tử của nguyên tố trong đám hơi nguyên tử.
Nếu gọi C là nồng độ của nguyên tố phân tích có trong mẫu đem đo
phổ thì mối quan hệ giữa N và C được biểu diễn:
N = ka. Cb
Trong đó:
b gọi là hằng số bản chất phụ thuộc vào nồng độ C, tính chất hấp thụ
của nguyên tử nguyên tố đó.
ka là hằng số thực nghiệm phụ thuộc vào tất cả các điều kiện hóa hơi và
nguyên tử hóa mẫu.
Nhƣ vậy: Ta có phương trình cơ sở của phép định lượng các nguyên tố
theo phổ hấp thụ nguyên tử là:
b

A = a.C

a = k . ka là hằng số thực nghiệm phụ thuộc vào tất cả các điều kiện
thực nghiệm để hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu.
Khi xác định hàm lượng các chất trong mẫu phân tích chỉ nên dùng
trong khoảng nồng độ tuyến tính tức là b = 1. Phương trình phụ thuộc trở
thành A = a.C.
1.4. Ƣu, nhƣợc điểm của phƣơng pháp

Cao Thị Loan K32A –Hóa

13


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

1.4.1. Ưu điểm
Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử có độ nhạy và độ chọn lọc tương đối
cao. Gần 60 nguyên tố có thể xác định bằng phương pháp này với độ nhạy từ
10-4 đến 10-5%. Đặc biệt nếu sử dụng kĩ thuật nguyên tử hóa mẫu không ngọn
lửa có thể đạt tới độ nhạy n.10-7. Vì vậy đây là phương pháp được dùng trong
nhiều lĩnh vực để xác định lượng vết kim loại, đặc biệt là trong phân tích các
nguyên tố vi lượng trong các đối tượng mẫu y học, sinh học, nông học, kiểm
tra hóa chất có độ tinh khiết cao.
Đồng thời cũng do có độ nhạy cao nên trong nhiều trường hợp không
phải làm giàu nguyên tố cần xác định trước khi phân tích nên tốn ít nguyên
liệu mẫu, tốn ít thời gian, không phải dùng nhiều hóa chất khi làm giàu mẫu.
Mặt khác phương pháp gồm những động tác thực hiện nhẹ nhàng, các kết
quả phân tích được có thể lưu giữ lại. Ngoài ra có thể xác định đồng thời hay
liên tiếp nhiều nguyên tố trong một mẫu. Các kết quả rất ổn định, sai số nhỏ
(không quá 15%) với vùng nồng độ cỡ 1÷2 ppm. Hơn nữa với sự ghép nối
với máy tính cá nhân và các phần mềm nên trong quá trình đo và xử lý kết
quả nhanh, dễ dàng và lưu lại được đường chuẩn cho các lần sau.
1.4.2. Nhược điểm
Một số hạn chế của phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử như:
Hệ thống máy AAS tương đối đắt tiền vì vậy nhiều cơ sở không đủ
điều kiện để xây dựng phòng thí nghiệm và mua sắm máy móc.
Cũng do phép đo có độ nhạy cao nên sự nhiễm bẩn rất có ý nghĩa đối
với kết quả phân tích hàm lượng vết do đó đòi hỏi dụng cụ phải sạch, hóa
chất có độ tinh khiết cao.
Mặt khác trang thiết bị, máy móc khá tinh vi phức tạp nên cần tới sự
am hiểu, thành thạo vận hành cũng như bảo dưỡng máy của cán bộ làm phân
tích.

Cao Thị Loan K32A –Hóa

14


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Nhược điểm nữa của phép phân tích này là chỉ cho ta biết thành phần
nguyên tố mà mà không chỉ ra trạng thái liên kết của nguyên tố đó trong mẫu
phân tích.
1.5. Nội dung của phƣơng pháp [8, 10]
Với phương pháp F-AAS đối với mỗi loại máy đo của các hãng sản
xuất khác nhau khi sử dụng để phân tích đều cho kết quả tốt nhất ở những
điều kiện thí nghiệm khác nhau.
Chúng tôi dùng máy quang phổ Shimadzu 6300 của Nhật Bản và áp
dụng nguyên tắc thay đổi một số yếu tố và cố định tất cả các yếu tố còn lại.
Chúng tôi tiến hành khảo sát từng yếu tố một để chọn ra điều kiện phù hợp
nhất cho phép phân tích (các thông số tối ưu của máy).
Sau đó tiến hành đo trên mẫu chuẩn rồi phân tích mẫu thật theo phương
pháp đường chuẩn và phương pháp thêm chuẩn. Từ đó xây dựng kế hoạch
thực nghiệm để giải quyết các nhiệm vụ sau:
1. Khảo sát các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử dùng ngọn lửa
- Khảo sát các thông số của máy
+ Khảo sát vạch phổ hấp thụ.
+ Khảo sát cường độ dòng đèn.
+ Khảo sát độ rộng của khe đo.
+ Khảo sát chiều cao của đèn nguyên tử hóa mẫu.
+ Khảo sát các điều kiện nguyên tử hóa mẫu.
+ Khảo sát lưu lượng khí axetilen.

+ Tốc độ dẫn mẫu.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới phép đo
+ Ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit.
+ Ảnh hưởng các cation khác.
2. Ứng dụng phương pháp xác định hàm lượng chì trong nước

Cao Thị Loan K32A –Hóa

15


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

- Lấy mẫu và xử lý mẫu.
- Đo và đánh giá hàm lượng chì trong nước.

Cao Thị Loan K32A –Hóa

16


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

CHƢƠNG 2: NGUYÊN TỐ CHÌ
2.1. Giới thiệu nguyên tố chì [1, 12, 15]
Cùng với đồng, cacđimi thì chì là kim loại nặng khá phổ biến trên trái

đất. Trong bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleep, chì có số thứ tự là 82, thuộc
nhóm IVA, chu kỳ 6.
Chì có mặt trong tự nhiên (trong 170 khoáng vật) chủ yếu như Galen
(PbS), Cerndute (PbCO3), Anglesite (PbSO4) và Pyromorphite [Pb5Cl(PO4)3],
chiếm khoảng 1,6.10-3% khối lượng vỏ trái đất khoảng 1,0.10-4 % tổng số
nguyên tử. Chì có 18 đồng vị trong đó có 4 đồng vị bền
206

207

Pb (22,6%),

202

Pb có T1/2 = 3,0.105 (năm)

Pb (23,6%),

204

208

Pb (52,3%),

Pb (1,48%). Đồng vị phóng xạ bền nhất là

2.2. Tính chất vật lý và tính chất hóa học của nguyên tố chì [12, 15]
2.2.1. Tính chất vật lý
Chì nguyên chất là kim loại màu xám thẫm, có khối lượng riêng là
11,34 g/cm3. Tồn tại ở dạng kim loại với cách gói ghém sít sao kiểu lập

phương của các nguyên tử.
2.2.2. Tính chất hóa học
Ở điều kiện thường, chì bền với không khí và nước do có lớp oxit bảo
vệ:
2Pb

+

O2 → 2PbO

Khi đun nóng toàn bộ chì tạo thành các oxit hóa trị II tương ứng.
Khi có mặt oxi chì có thể tương tác với nước theo phương trình:
2Pb

+

2H2O

+

O2 →

2Pb(OH)2

Khi tăng nhiệt độ, chì dễ dàng phản ứng với một số á kim:
Pb

+

X2

→

PbX2

X: Halogen

Chì chỉ tương tác trên bề mặt với dung dịch axit HCl loãng và axit
H2SO4 dưới 80% vì bị bao phủ bởi lớp muối khó tan PbCl2 và PbSO4. Nhưng

Cao Thị Loan K32A –Hóa

17


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

với dung dịch đậm đặc hơn thì chì có thể tan vì muối khó tan của lớp bảo vệ
đã chuyển thành hợp chất tan:
PbCl2
PbSO4

+ 2HCl

→

+ H2SO4

→ Pb(HSO4)2

H2PbCl4

Chì tương tác với axit HNO3 ở bất kỳ nồng độ nào:
3Pb + 8HNO3

→

3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Chì không phản ứng với HF, không phản ứng với H2SO4 đặc nguội.
Chì có khả năng tương tác với các bazơ đặc tạo plombit
Pb + 2KOH + 2H2O → K2[Pb(OH)4] + H2
Chì có khả năng tạo phức với EDTA, đithizon, điphenylcacbazit 1-(2pyridylazo) – 2 – naphto, amoni đithio cacbamat (APDC)
2.3. Một số hợp chất quan trọng của chì [12, 15]
2.3.1. Chì oxit
PbO rắn tồn tại ở hai dạng: PbO-α có màu đỏ và PbO-β màu vàng, chỉ
tan trong nước khi có oxi. Ở nhiệt độ cao sẽ chuyển thành dạng oxit bậc cao
hơn. PbO chuyển thành Pb3O4 ở 5000C.
2.3.2. Chì hiđroxit
Điều chế:

Pb2+ + 2OH- → Pb(OH)2

Pb(OH)2 là chất kết tủa rất ít tan trong nước, có màu trắng, khi đun
nóng dễ mất nước biến thành PbO.
Pb(OH)2 là chất lưỡng tính tan được trong bazơ.
Pb(OH)2 + 2KOH → K2[Pb(OH)4]
2.3.3. Muối chì

PbX2 ( X: Cl, Br, I) là những chất rắn không màu trừ PbI2 màu vàng, ít
tan trong nước lạnh, tan nhiều hơn trong nước nóng. Độ tan giảm dần từ
PbCl2 tới PbI2. Tác dụng với halogenua kim loại kiềm để tạo phức tan
M2[PbX4].

Cao Thị Loan K32A –Hóa

18


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

PbX2 được điều chế trực tiếp từ nguyên tố hoặc từ phản ứng trao đổi
ion.
Pb(NO3)2 điều chế khi cho PbO hoặc Pb tác dụng với HNO3. Pb(NO3)2
tan nhiều trong nước, không tan trong HNO3 đặc, không kết tinh hoàn toàn
trong nước.
PbSO4 ở dạng tinh thể màu trắng, khó tan trong nước và các dung dịch
axit.
PbS ở dạng tinh thể màu đen, không tan trong nước và trong các axit
loãng.
2.4. Ứng dụng của chì [12, 15]
Ứng dụng lớn nhất của chì trong công nghiệp là dùng trong sản xuất
acquy. Ngoài ra chì còn được dùng làm vật liệu hàn gắn, trang trí và pha trộn
trong nước men gốm sứ. Pb(C2H5)4 được pha vào xăng để tạo ra các gốc tự
do tránh hiện tượng kích nổ sớm. Một số muối chì được pha vào tóc để làm
tóc đen và bóng hơn.
2.5. Vai trò sinh học của chì [12, 15, 16, 18]

2.5.1. Vai trò sinh học của chì
Cũng như đồng, chì quan trọng đối với sinh trưởng và phát triển của
con người và sinh vật. Nhưng hàm lượng lớn là rất nguy hại. Chì vào cơ thể
qua nước uống, thức ăn bị nhiễm chì, sau đó tích tụ lại tới khi đủ lớn sẽ gây
hại. Nó gây độc cho hệ thần kinh trung ương lẫn ngoại biên. Nó có thể gây
tác dụng ức chế một số enzim quan trọng (nhất là enzim có nhóm hoạt động
hiđro) như enzim của quá trình tổng hợp máu. Tùy mức độ gây độc mà có
thể gây ra một số bệnh như: đau khớp, viêm thận, cao huyết áp, tai biến mạch
máu não thậm chí có thể gây tử vong.
2.5.2. Độc tính của chì

Cao Thị Loan K32A –Hóa

19


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Chì cũng là chất có độc tính cao mà đặc tính nổi bật của nó là khi thâm
nhập vào cơ thể nó ít bị đào thải mà tích tụ theo thời gian, nhiều nhất là trong
xương, chuyển hóa các mô mềm qua sự tương tác với photphat trong xương
và gây độc. Nếu hàm lượng chì trong máu khoảng 0,3ppm thì sẽ gây cản trở
quá trình sử dụng oxi để oxi hóa glucozơ tạo năng lượng sống. Ở nồng độ
cao hơn (lớn hơn 0,8ppm) có thể gây bệnh thiếu máu, còn từ 0,5÷0,8 ppm
gây rối loạn chức năng thận, có thể gây phá hủy não.
2.5.3. Một số tiêu chuẩn về hàm lượng chì trong nước
Theo WHO, trong nước uống, hàm lượng chì không được vượt quá
0,05mg/l.

2.6. Các phƣơng pháp xác định chì
2.6.1. Các phương pháp phân tích hóa học [2, 3, 14]
2.6.1.1. Phương pháp phân tích trọng lượng
Quy trình phân tích bằng phương pháp này được bắt đầu từ 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 chính xác rồi kết tủa chất cần phân tích dưới dạng hợp chất
khó tan. Sau đó lọc rửa kết tủa, sấy khô tới khối lượng không đổi. Từ khối
lượng không đổi người ta tính được hàm lượng chất cần phân tích trong mẫu.
Chúng ta có thể xác định chì dưới dạng sau:
Dạng kết tủa PbSO4 hay dạng PbCrO4
Phương pháp trọng lượng dễ mắc sai số trong quá trình cân. Mặt khác
phải khống chế được khoảng pH để giữ bền các kết tủa. Bên cạnh đó để kết
tủa được kim loại cần phân tích, người ta phải loại trừ các nguyên tố cùng kết
tủa với thuốc thử. Vì những hạn chế trên phương pháp này chính xác khi xác
định một lượng lớn các kim loại phân tích.
2.6.1.2. Phương pháp phân tích thể tích

Cao Thị Loan K32A –Hóa

20


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Đây là phương pháp phổ biến trong các phương pháp phân tích hóa học
để xác định nhanh, đơn giản các cation cũng như các anion. Tuy nhiên
phương pháp có độ chọn lọc thấp và nhiều sai số: hoặc dụng cụ (sai số cơ

bản) hoặc do dung dịch chuẩn hoặc do tay nghề… Giới hạn tin cậy của phép
đo khoảng 10-3.
Với chì ta có thể dùng phương pháp chuẩn độ tạo phức với EDTA theo
những cách sau:
Chuẩn độ trực tiếp từ Pb2+ bằng EDTA chỉ thị ET-00. Do Pb2+ tạo phức
bền với EDTA ở pH trung tính hoặc kiềm. Pb2+ rất dễ thủy phân do đó trước
khi chuẩn độ ta cho Pb2+ tạo phức kém bền với tatrac hoặc trietnolamin.
Dung dịch chuyển từ màu đỏ sang màu xanh.
Chuẩn độ ngược: Cho Pb2+ tác dụng với lượng dư chính xác H2Y2- đã
biết nồng độ, chỉ thị là ET-00. Chuẩn độ H2Y dư bằng Zn2+ đã biết nồng độ.
Phản ứng chuẩn độ kết thúc khi dung dịch chuyển từ màu đỏ nho sang màu
xanh biếc.
Các phản ứng:
Pb2+

+ H2Y2- 

H2Y2-(dư) + Zn2+



H2Ind-



+ Zn2+

PbY2- + 2H+
ZnY2- + 2H+
ZnInd- +

2H+

đỏ nho

xanh biếc

Chuẩn độ thay thế: do βPbY2-> βZnY2- trong môi trường đệm amoni nên
Pb2+ sẽ đẩy Zn2+ ra khỏi ZnY2- một cách định lượng. Chuẩn độ Zn2+ khi có
mặt chỉ thị ET -00, từ đó xác định được Pb2+.
Các phản ứng:
Pb2+ + ZnY2Zn2+

PbY2- +



H2Y2-



Zn2+ + H2Ind-



+

Cao Thị Loan K32A –Hóa

Zn2+

ZnY2- + 2H+
ZnInd- + 2H+

21


Khóa luận tốt nghiệp
ZnInd- + H2Y2-

Chuyên ngành: Hóa phân tích



ZnY2- + H2Ind-

đỏ nho

xanh biếc

2.6.2. Các phương pháp phân tích công cụ [3, 4, 8, 10, 11, 13]
2.6.2.1. Các phương pháp điện hóa
Các phương pháp phân tích điện hóa là những phương pháp dựa trên
việc ứng dụng các hiện tượng quy luật có liên quan tới các phản ứng điện hóa
xảy ra trên ranh giới tiếp xúc giữa các điện cực nhúng trong dung dịch phân
tích hoặc liên quan tới tính chất điện hóa của dung dịch phân tích tạo nên
môi trường giữa các điện cực. Các phương pháp này được chia làm hai
nhóm:
Nhóm một: Nhóm các phương pháp ứng dụng các tính chất điện hóa
của dung dịch phân tích như tính dẫn điện, độ trở kháng. Nhóm phương pháp

này cổ điển, có độ nhạy thấp, tính chọn lọc kém.
Nhóm hai: Nhóm này rất quan trọng bao gồm các phương pháp dựa
trên phản ứng điện hóa trong đó phương pháp von – ampe hòa tan và phương
pháp cực phổ cổ điển được ứng dụng rộng rãi.
2.6.2.1.1. Phương pháp cực phổ
Là phương pháp dựa trên sự khử các ion kim loại trên các điện cực ở
các thế khác nhau (catot Hg và trên catot khác). Nhờ việc theo dõi sự biến
đổi cường độ dòng điện và thế trong quá trình điện phân khi chất phân tích
chuyển đến điện cực chỉ bằng khuếch tán và khi tín hiệu thu được (cường độ
dòng điện phân) sẽ cho tín hiệu phân tích định lượng vì cường độ dòng có
quan hệ với nồng độ chất phản ứng ở điện cực.
Có thể dùng dung môi nước hoặc không nước. Khoảng tối ưu của nồng
độ cho phép đo cực phổ là 10-2 ÷ 10-4 M. Các dạng khác nhau của phép đo
cực phổ có thể cho phép xác định các nồng độ ở mức n.10-3µg/ml. Thể tích
có thể tiến hành phân tích dung dịch là 1 ÷ 2ml thậm chí trong một giọt dung

Cao Thị Loan K32A –Hóa

22


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

dịch (ứng với sự xác định lượng chất từ một vài miligam đến một vài
nanogam). Sai số tương đối từ 2÷3% (so với phương pháp khác). Nói chung,
đây là phương pháp có thể dùng rộng rãi xác định định tính và định lượng
nhiều chất với độ nhạy, độ chính xác, độ chọn lọc cao, nhanh chóng, kinh tế.
Khi tiến hành phương pháp cực phổ dùng điện cực giọt Hg ta rất cần

chú ý tới các yếu tố: nền cực phổ (chất điện ly trơ), nhiệt độ của dung dịch,
hằng số mao quản của điện cực (chiều cao và tiết diện) dùng khí trơ để đuổi
oxi, dùng chất hoạt động bề mặt (gietalin)…
Ví dụ xác định Cu bằng phương pháp này người ta có thể dùng nền
NH3, pyriđin và HCl đặc. Trong môi trường này Cu2+ bị khử về Cu+. Sự khử
Cu2+ về Cuo xảy ra trên điện cực giọt Hg treo. Mỗi bậc khử ứng với một sóng
cực phổ riêng. Để xác định Cu người ta dùng bước sóng thứ hai. Trong các
mẫu hỗn hợp, bước sóng của quá trình khử Cu sẽ bị che phủ bởi bước sóng
của quá trình khử Fe. Để loại được hiện tượng này người ta dùng chất che là
hyđroxylamin hoặc chất tạo phức florua để tránh sự khử Fe3+ về Fe2+.
Trong nền chất điện ly trơ NH3 2M - NH4Cl 2M, Cu bị khử đến Cu+ ở
E1/2= - 0,25V và đến Cuo ở E1/2 = - 0,5V.
2.6.2.1.2. Phương pháp von-ampe hòa tan
Đây là phương pháp phân tích điện hóa dựa trên hai kĩ thuật phân tích
chất điện phân ở thế giám sát và quét von - ampe hòa tan ngược chiều. Ưu
điểm nổi bật của phương pháp này là có độ nhạy cao (10-8 ÷ 10-6 M) xác định
được nhiều kim loại. Với kĩ thuật hiện đại ngày nay, phương pháp này có khả
năng phát hiện các nguyên tố đến 10-9 với sai số khoảng 5 ÷15%. Nhưng
nhược điểm của phương pháp này là quy trình phân tích phức tạp đòi hỏi
người thực hiện phải có kiến thức tương đối sâu về phân tích điện hóa mới
xử lý đúng từng loại mẫu đối với từng nguyên tố khác nhau.
Nguyên tắc của phương pháp này gồm ba giai đoạn:

Cao Thị Loan K32A –Hóa

23


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

- Điện phân làm giàu chất phân tích lên bề mặt 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.
- Hòa tan kết tủa đã được làm giàu trên điện cực hoạt động bằng cách
phân cực và ghi dòng vôn - ampe hòa tan. Trong những điều kiện thích hợp,
nồng độ của chất cần xác định sẽ tỉ lệ với chiều cao của pic thu được. Dựa
vào pic chuẩn và pic thu được xác định được nồng độ các chất.
Theo tác giả: Lê Lan Anh, Lê Quốc Anh, Từ Vọng Nghi đã điện phân
đồng thời ion Cu2+, Pb2+, Cd2+ (10-5÷10-7M) trong nước tự nhiên bằng
phương pháp ion - ampe hòa tan bằng điện cực màng Hg nền LiCl hoặc
KSCN và ghi dòng anot hòa tan bằng cực phổ thường thế bằng -1,4V.
Tóm lại Pb2+ là đối tượng phân tích đáng tin cậy trong phương pháp
von - ampe hòa tan.
2.6.2.2. Các phương pháp quang học
2.6.2.2.1. Phương 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 nhất 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, độ chính xác cao. Giới hạn phát hiện: 10-6 ÷10-7M. Với
việc xác định Cu có thể dùng thuốc thử NaDDC dung môi CCl4 cho độ nhạy
0,2 ÷ 0,4mg/ml. Có thể dùng dung môi CHCl3 cho bước sóng hấp thụ cực đại

max = 440nm.
Dùng phương pháp chiết trắc quang để xác định chì trong CCl4. Chì
đithionat có màu đỏ hấp thụ cực đại ở 520nm được chiết chọn lọc và định

Cao Thị Loan K32A –Hóa

24


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

lượng từ dung dịch nước có chứa lượng dư xianua (là chất che các kim loại
khác). Phương pháp này cho phép xác định hàm lượng chì khoảng
0,1÷1mg/l.
2.6.2.2.2. Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử.
Đây là kĩ thuật phân tích được ứng dụng rộng rãi và là một trong những
phương pháp quan trọng nhất của phân tích 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 trong 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, độ
chính xác cao. Độ nhạy cỡ ≤ 0,001%. Đặc biệt với kĩ thuật ICP-AES cho độ
nhạy trong phép xác đinh Cu cỡ 1ppm .
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 hóa các nguyên tố lạ. Để có thể hạn
chế chúng làm giảm sai số người ta thêm vào dung dịch các chất phụ gia có
thế ion hóa nhỏ hơn thế ion hóa của nguyên tố phân tích.
2.6.2.2.3. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
(Atomic Absorption Spectrophotometry - AAS)
AAS là một trong những phương pháp hiện đại được áp 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 chuyển hóa chúng
về dạng dung dịch. Mối quan hệ giữa cường độ vạch phổ hấp thụ D và nồng
độ chất phân tích Cx được thể hiện qua phương trình:

D = a. Cx

Cao Thị Loan K32A –Hóa

25