Phân tích, đánh giá hàm lượng đồng, chì, cadimi trong nước mặt ở khu công nghiệp Quang Minh thuộc thành phố Hà Nội bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử với kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa (GFAAS)

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Nước là thành phần quan trọng tạo nên và duy trì sự sống trên trái đất.
Nước tham gia vào hầu hết các ngành, các lĩnh vực của đời sống con người.
Chính vì vai trò quan trọng của nước nên con người đã xếp nước vào một
trong những tài nguyên vô cùng quý giá. Với tốc độ công nghiệp hoá, hiện đại
hoá cùng với sự tăng dân số khá nhanh, con người ngày càng tác động mạnh
tới nguồn tài nguyên nước. Điều này đã làm cho tài nguyên nước ngày càng
cạn kiệt và nguy cơ ô nhiễm nước ngày càng cao. Có rất nhiều nguyên nhân
gây ô nhiễm, có thể xếp thành 2 nhóm chính: Nguồn gốc gây ô nhiễm trong tự
nhiên (do mưa tuyết, bão lụt… đưa vào nguồn nước những chất thải) và
nguồn gốc gây ô nhiễm do con người (quá trình thải các chất độc hại vào môi
trường nước). Ô nhiễm môi trường nước rất đa dạng và phong phú như: Ô
nhiễm bởi chất thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước thải sinh hoạt, chất
thải khu đô thị…

Hình ảnh ô nhiễm nước ở KCN Quang Minh- Hà Nội
Hiện nay ở Việt Nam vấn đề ô nhiễm môi trường nước trên các sông hồ
gần các khu công ngiệp đã trở nên đáng báo động do nước thải của các nhà
máy, xí nghiệp không được xử lý mà đổ trực tiếp ra hồ ao, sông suối như khu

1


công nghiệp (KCN) Long Thành, KCN Biên Hòa Đồng Nai, KCN Quang
Minh Hà Nội... Từ nhiều năm nay, ô nhiễm môi trường ở khu công nghiệp
Quang Minh (Mê Linh, Hà Nội), luôn là vấn đề nóng hổi. Tình trạng ô nhiễm
không khí, nước thải do KCN này gây ra ảnh hưởng không nhỏ tới cuộc sống
của những người dân nơi đây. Theo quy luật các động thực vật khi sống trong
môi trường ô nhiễm sẽ hấp thụ những chất độc hại và chúng có thể trở thành
nguồn gây độc hại đối với vật nuôi và con người khi chúng ta sử dụng chúng

làm nguồn thức ăn. Để đánh giá được mức độ ô nhiễm của nước cần phải
khảo sát rất nhiều yếu tố như pH, DO, COD, BOD 5, các chỉ tiêu Nito,
Photpho, kim loại nặng, chỉ tiêu vi sinh... Chỉ tiêu kim loại nặng là một trong
những chỉ tiêu quan trọng, đáng lưu tâm do chúng có thể gây tác hại ở mức độ
cao và lâu dài như đồng, chì, cadimi, thuỷ ngân, asen... Vì vậy việc xác định
hàm lượng các kim loại nặng trong nước để từ đó tìm ra biện pháp hạn chế sự
ô nhiễm các kim loại này là rất cần thiết. Có nhiều phương pháp xác định hàm
lượng các kim loại nặng như: Phương pháp trắc quang, chiết chắc quang, cực
phổ, Von-Ampe hòa tan, phổ hấp thụ nguyên tử, … Trong đó phương pháp
phổ hấp thụ nguyên tử là phương pháp đơn giản, dễ làm, có độ nhạy và độ
chọn lọc cao, rất phù hợp để xác định hàm lượng kim loại nặng trong môi
trường nước.
Xuất phát từ những lý do trên chúng tôi chọn đề tài:
“Phân tích, đánh giá hàm lượng đồng, chì, cadimi trong nước mặt ở khu
công nghiệp Quang Minh thuộc thành phố Hà Nội bằng phương pháp phổ hấp
thụ nguyên tử với kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa (GF-AAS)”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Đề tài được thực hiện nhằm xác định hàm lượng các kim loại đồng,
chì, cadimi trong nước bề mặt ở khu công nghiệp Quang Minh thuộc thành
phố Hà Nội (đoạn từ gần cổng khu công nghiệp Quang Minh đi vào khoảng
2


5km) trong thời gian từ tháng 01 năm 2013 đến tháng 06 năm 2013 và từ đó
phân tích đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường nước bởi các kim loại đó.
3. Phạm vi nghiên cứu
- Khảo sát các điều kiện thực nghiệm của máy quang phổ hấp thụ
nguyên tử để chọn điều kiện tối ưu xác định hàm lượng các kim loại đồng,
chì, cadimi bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GFAAS).
- Xác định hàm lượng các kim loại nặng đồng, chì, cadimi trong nước

mặt khu công nghiệp Quang Minh thuộc thành phố Hà Nội trong thời gian từ
tháng 01 năm 2013 đến tháng 06 năm 2013, nơi khu công nghiệp xả thải trực
tiếp ra môi trường và đánh giá mức độ ô nhiễm nước bởi các kim loại đó.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Khảo sát các điều kiện thực nghiệm xác định hàm lượng các kim loại
nặng đồng, chì, cadimi bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn
lửa (GF-AAS).
- Xây dựng đường chuẩn xác định hàm lượng các kim loại đồng, chì,
cadimi bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS).
- Đánh giá sai số và độ lặp của phép đo.
- Sử dụng các đường chuẩn để xác định hàm lượng các kim loại đồng,
chì, cadimi trong mẫu phân tích.
- Từ kết quả phân tích đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường nước ở khu
công nghiệp Quang Minh thuộc thành phố Hà Nội bởi các kim loại đó.
5. Phương pháp nghiên cứu
Chúng tôi sử dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa
là một trong những phương pháp hiện đại, có độ nhạy, độ chính xác cao, phù
hợp với việc xác định vi lượng các nguyên tố kim loại nặng trong nước và các
đối tượng khác. Khi sử dụng phương pháp này trong nhiều trường hợp không

3


cần phải làm giàu nguyên tố cần xác định trước khi phân tích nên tốn ít mẫu
và thời gian. Phương pháp này còn cho phép xác định đồng thời nhiều nguyên
tố, phù hợp cho việc xác định hàm lượng các kim loại nặng trong các đối
tượng khác nhau.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đề tài thực hiện được sẽ giúp xác định:
- Các điều kiện thực nghiệm tối ưu xác định hàm lượng các kim loại

đồng, chì, cadimi bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa
(GF-AAS).
- Đánh giá mức độ ô nhiễm các kim loại đồng, chì, cadimi trong môi
trường nước ở khu công nghiệp Quang Minh thuộc thành phố Hà Nội.
- Là cơ sở khoa học để các tổ chức, ban ngành tham khảo để có định
hướng trong công tác kiểm tra, cải thiện ô nhiễm môi trường nước ở thành
phố Hà Nội.

4


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC NGUYÊN TỐ ĐỒNG, CHÌ, CADIMI [15,16,29]

Đồng, chì, cadimi đều là các kim loại nặng khá phổ biến trên trái đất.
Trong bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleep chúng có số thứ tự lần lượt là 29,
82, 48, là các nguyên tố thuộc nhóm I B, IVA , IIB của các chu kỳ 4, 6, 5.
Quặng đồng thường ở dạng sunfua (chủ yếu) và không sunfua như :
Cancopirit (CuFeS2), Cancozin (CuS2), Bozit (Cu5FeS4), Crozocola
(CuS2O3.nH2O), Malachit [Cu(OH)2CO3], Cuprit (Cu2O), Fenozit (CuO),
Tetrahedrit (Cu8Sb2O7), đồng chiếm khoảng 10 -2 (%) khối lượng vỏ trái đất,
vào khoảng 3,6.10-3(%) tổng số nguyên tử. Đồng có 11 đồng vị
68

Cu chủ yếu là đồng vị thiên nhiên :

63

58

Cu đến

Cu(69,1%), 65Cu(30,9%) còn lại là

các đồng vị phóng xạ, trong đó ít bền nhất là 58Cu (t1/2=3s), bền nhất là 67Cu
(t1/2=2,21 ngày).
Chì trong tự nhiên có mặt trong 170 khoáng vật chủ yếu: 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:

208

Pb (52,3%), 207Pb (22,6%),

206

Pb

(23,6%), 204Pb (1,48%). Đồng vị phóng xạ bền nhất là 202Pb (t1/2=3,0.105 năm).
Cadimi do Friedrich Stromeyer (1778-1838) người Đức phát hiện ra
năm 1817 khi điều chế ZnO từ ZnCO 3. Khoáng vật chứa cadimi là
Grenokit (CdS), thường tồn tại lượng nhỏ trong quặng kẽm Sphalerit
(ZnS) hoặc trong quặng thủy ngân xinaba thần sa (HgS), tồn tại trong
quặng đa kim với chì và đồng. Cadimi chiếm khoảng 10 -5(%) khối lượng
vỏ trái đất ứng với 7,6.10 -6(%) tổng số nguyên tử. Cadimi có 19 đồng vị, 8
trong số đó là bền như:

114

Cd (28,86%),

ngày) là đồng vị phóng xạ bền nhất.
5

112

Cd (24,07%) và

110

Cd (t1/2= 470


1.2. TÍNH CHẤT VẬT LÝ, HÓA HỌC CỦA ĐỒNG, CHÌ, CADIMI

1.2.1. Tính chất vật lý [2, 15 ,16, 29]
Ở dạng nguyên chất đồng là kim loại có màu đỏ đặc trưng (dạng tấm),
màu đỏ gạch (dạng vụn), sáng, dẻo dai, dễ dát mỏng và dễ kéo sợi, dẫn nhiệt,
dẫn điện tốt (chỉ sau bạc). Dễ tạo hợp kim với bạc, vàng và các kim loại khác,
tạo được hỗn hống với thủy ngân.
Chì nguyên chất là kim loại có màu xám thẫm, khối lượng riêng lớn
(11,34 g/cm3) do có cấu trúc tinh thể mạng lập phương.
Cadimi là kim loại màu trắng bạc, mềm, dễ nóng chảy, dễ rèn, dễ dát
mỏng, dễ cán sợi, dễ tạo hợp kim với kẽm và các kim loại khác, tạo được hỗn
hống với thủy ngân.
Bảng 1.1. Tóm tắt một số đặc điểm đặc trưng của đồng, chì, cadimi.
Đặc điểm
Số thứ tự

Cu
29

Pb
82

Cd
48

Khối lượng nguyên tử

63,546

207,200

112,411

Lớp vỏ electron

3d104s1

6s26p2

4d105s2

Bán kính nguyên tử(A0)

1,28

1,75

1,56

Khối lượng riêng (g/cm3)

8,94

11,34

8,63

Nhiệt độ nóng chảy ( C)

1083

327

321

Nhiệt độ sôi (0C)

2543

1737

767

5,7

4,6

1,3

I1

7,44

7,42

8,99

I2

19,56

15,03

16,90

I3

35,48

31,93

37,47

0

Độ dẫn điện (Hg=1)

Năng lượng ion hóa (eV)

1.2.2. Tính chất hóa học cơ bản của đồng, chì, cadimi [15, 16, 29]
Ở điều kiện thường, các kim loại này đều bền với không khí và nước do
có lớp oxit bảo vệ:

6


2Cu + O2 + 2H2O → 2Cu(OH)2
Cu(OH)2 + Cu → Cu2O + H2O
2Pb + O2 → 2PbO
2Cd + O2 → 2 CdO
Khi đun nóng toàn bộ chì và cadimi tạo thành các oxit hóa trị II tương ứng. Ở
130 → 2000C, đồng cháy tạo ra đồng (I) oxit (Cu 2O màu đỏ gạch). Ở nhiệt độ
cao hơn, đồng cháy tạo ra đồng II oxit (CuO màu đen), phản ứng cho ngọn
lửa màu xanh lục.
Khi có mặt oxi, chì có thể tương tác với nước:
2Pb + O2 + 2H2O → 2Pb(OH)2
Tuy cadimi bền với nước ở nhiệt độ thường nhưng ở nhiệt độ cao nó khử
được nước:
Cd + H2O → CdO +H2
Các kim loại này không dễ dàng phản ứng với các axit loãng, đặc biệt là
đồng, đồng tan tốt trong HNO3, H2SO4 đặc nóng nhưng phản ứng rất chậm với
HCl đặc do
2Cu + 4HCl → 2H[CuCl2] + H2↑
Cadimi có thể phản ứng với các axit HCl, H2SO4 loãng:
Cd + 2HCl → CdCl2 + H2
Chì tan trong HCl, H2SO4 đặc do:
PbCl2 + 2HCl → H2PbCl4

PbSO4 + H2SO4→ Pb(HSO4)2
Chì không phản ứng với HF, H 2SO4 đặc nguội, nó chỉ tương tác ở bề mặt với
HCl loãng và H 2SO4 (C<80%) do bề mặt bị bao phủ bởi lớp muối khó tan
PbCl2, PbSO4 nhưng lại tan tốt trong HNO3, H2SO4 đặc nóng.
Chì còn có khả năng phản ứng với các bazo tạo plombit:
Pb + 2KOH + 2H2O → K2[Pb(OH)4] + H2↑

7


Đồng phản ứng với xianua của kim loại kiềm:
Cu + 4KCN + 2H2O → K2[Cu(CN)4] + 2KOH + H2
Về khả năng tạo phức:
+ Đồng: Cu2+ có thể tạo phức với các ion halogen, amoniac, xianua tạo các
dạng phức [CuX3] -, [CuX4] 2-, [Cu(NH3)4]

2+

, phản ứng với feroxianua

Cu2[Fe(CN)6], EDTA, dithizon, dimetylglioxim, 1-(2-pyridylazo)-2-naphtol
+ Chì: Pb2+ tạo được các phức tương đối bền với axetat, tatrat, xitrat, thiosunfat,
xianua, EDTA, dithizon, dimetylgloxim, 1-(2-pyridylazo)-2-naphtol.
+ Cadimi: Cd2+ có thể tạo phức với ion halogen, amoniac (chủ yếu ở dạng
[Cd(NH3)4]2+), với SCN-,CN- ([Cd(SCN)4]2-, [Cd(CN)4]2-), EDTA, dithizon,
dimetylgloxim, 1-(2-pyridylazo)-2-naphtol.
1.2.3. Một số hợp chất quan trọng của đồng, chì, cadimi [15, 16, 29]
1.2.3.1. Oxit
- Đồng có các mức oxi hóa +1, +2, +3 được thể hiện trong các oxit
Cu2O, CuO, Cu2O3 trong đó Cu 2O rất bền với nhiệt, ít tan trong nước nhưng

tan trong các dung dịch kiềm đặc. CuO bột màu đen, khó bị phân hủy ở
nhiệt độ thường, khó nóng chảy, không tan trong nước nhưng tan dễ trong
dung dịch axit, dung dịch amoniac do tạo muối và phức amoniacat bền.
Cu2O3 rất kém bền.
- Chì oxit (PbO) là chất rắn tồn tại ở hai dạng α-PbO màu đỏ và β-PbO
màu vàng. Ở nhiệt độ cao hơn (500oC) sẽ chuyển thành oxit bậc cao hơn
Pb3O4 tan trong dung dịch axit và dung dịch kiềm đặc.
- Cadimi oxit (CdO) là chất rắn có nhiệt độ nóng chảy cao (1813 oC), có
thể thăng hoa, không phân hủy khi đun nóng, có màu biến đổi từ vàng đến
nâu tùy thuộc vào nhiệt độ. CdO không tan trong nước và dung dịch kiềm, tan
trong axit và kiềm nóng chảy.

8


1.2.3.2. Hidroxit
Các hidroxit của các kim loại này được điều chế qua phản ứng
M2+ + 2OH- → M(OH)2
-Đồng hidroxit (Cu(OH)2) là chất kết tủa màu xanh, không tan trong
nước nhưng tan trong axit, dung dịch NH3, dung dịch kiềm đặc 40% đun nóng.
Cu(OH)2 + 2HCl → CuCl2 + 2H2O
Cu(OH)2 + 2NaOH → Na2[Cu(OH)4]
Cu(OH)2 + 4NH3 → [Cu(NH3)4](OH)2
-Chì hidroxit (Pb(OH)2) là chất kết tủa màu trắng, không tan trong
nước, khi đun nóng bị phân hủy tạo PbO, có tính lưỡng tính:
Pb(OH)2 + 2HNO3 → Pb(NO3)2 + 2H2O
Pb(OH)2 + 2NaOH → Na2[Pb(OH)4]
-Cadimi hidroxit (Cd(OH)2) là chất kết tủa màu trắng, không thể hiện
rõ tính lưỡng tính, dễ tan trong axit, dung dịch NH 3 còn trong kiềm đặc khi
đun sôi lâu mới tạo cadimat:

Cd(OH)2 + 2NaOH → Na2CdO2 +2H2O
1.2.3.3. Muối
- Muối của đồng: Phần lớn các muối của đồng (II) được kết tinh từ
dung dịch thường ở dạng hidrat dễ tan trong nước, có màu xanh lam, dễ bị
thủy phân. CuCl2 dễ tan trong nước, rượu, ete, axeton, tạo phức với các ion
halogen của kim loại kiềm. CuSO4 khan màu trắng, hút ẩm mạnh tạo
CuSO4.5H2O màu xanh lục. Dung dịch CuSO4 tác dụng với muối sunfat kim
loại kiềm hoặc amoni tạo muối kép M2SO4.CuSO4.6H2O.
- Muối của chì: PbX2 (X: Cl, Br, I) là những chất rắn không màu (trừ PbI2
màu vàng) ít tan trong nước lạnh nhưng tan nhiều trong nước nóng, độ tan giảm
dần từ PbCl2 đến PbI2. Các muối halogen của chì tác dụng trực tiếp với
halogenua kim loại kiềm tạo phức bền M2PbX4. Pb(NO3)2 tinh thể màu trắng, tan

9


nhiều trong nước, khi đun nóng bị phân hủy tạo PbO. PbSO 4 màu trắng, ít tan
trong nước, tan trong dung dịch kiềm tao plombit va trong dung dịch ammoniac
của amoniaxetat. PbS màu đen, không tan trong nước và các axit loãng.
- Muối của cadimi: CdX2 (X: halogen) dễ tan trong nước. CdSO4,
CdCO3 là các chất kết tủa màu trắng, ít tan trong nước. CdCO 3 thường bị bẩn
bởi CdCO3.Cd(OH)2. CdS có màu vàng chanh (môi trường kiềm) và màu
vàng đỏ (môi trường axit).
1.2.4. Ứng dụng
- Đồng là kim loại quan trọng trong công nghiệp và kỹ thuật. Hơn 50%
lượng đồng khai thác hàng năm được dùng làm dây dẫn điện, 30% chế tạo
hợp kim. Các hợp kim của đồng có ứng dụng rộng rãi. Hợp kim với Cd làm
tăng độ bền, không làm giảm độ dẫn điện nên làm dây dẫn điện tốt. Hợp kim
với Sn, Al, Pb, Be (bronzo) có độ bền cơ học cao, tính đàn hồi tốt dùng chế
tạo các chi tiết động cơ máy bay, tàu thủy, tuocbin, lò xo cao cấp…

- Chì: ứng dụng lớn nhất của chì là dùng trong công nghiệp sản xuất
acquy, ngoài ra chì được dùng chế tạo que hàn, trang trí và pha trộn trong nước
men gốm sứ, muối của chì dùng tạo chất nhuộm trắng trong sơn, chì dùng làm
chất ổn định trong nhựa PVC, làm tấm ngăn chống phóng xạ hạt nhân…
- Cadimi: gần một nửa lượng cadimi hàng năm trên thế giới được dùng
để mạ thép vì độ bền đẹp hơn mạ kẽm, tạo chất màu trong sơn.

113

Cd có khả

năng bắt notron tốt nên dùng làm thanh điều chỉnh notron trong lò phản ứng
nguyên tử. Cd dùng chế tạo các tế bào quang điện nhạy với tia tử ngoại, vì thế
nó được dùng trong các thiết bị đo điện (pin chuẩn Weston). Cd còn làm xúc
tác cho các phản ứng hữu cơ. CdSO4 dùng làm thuốc diệt nấm….
1.2.5. Hoạt tính sinh hóa của đồng, chì, cadimi [33, 36, 15, 16, 24]
- Đồng: là một trong những thành phần cấu tạo nên enzim, protein quan
trọng của cơ thể, đồng tham gia vào nhiều chức năng sinh trưởng. Hợp chất

10


của đồng tham gia vào quá trình tổng hợp hemoglobin, photpholipit và
hoocmon. Trong cơ thể người tổng hàm lượng đồng khoảng 8-120 mg, tích
lũy chủ yếu ở gan và não. Trong hồng cầu chứa khoảng 100µg Cu/100ml.
Đồng liên kết với suproxit dismutat bảo vệ các tế bào trước sự tấn công của
của các gốc tự do. Chế độ cung cấp đồng phù hợp và an toàn là
2mg/người/ngày. Nếu cơ thể thiếu đồng sẽ ảnh hưởng tới sức khỏe (thiếu
máu). Với trẻ em ở độ tuổi bú sữa có thể gây thiếu máu nặng và thiếu bạch
cầu. Trẻ em mắc bệnh suy nhược nhiệt đới thiếu đồng sẽ làm mất sắc tố ở

lông và tóc. Hàm lượng đồng trong huyết thanh có liên quan tới bệnh dạ dày,
sơ hóa túi mật, thận hư. Thừa đồng gây mất khả năng đọc, đánh vần khó ở trẻ
em và các bệnh di truyền về cơ chế chuyển hóa, bệnh Wilson. Thực vật nhiễm
độc đồng gây bệnh xoăn lá, cằn cỗi, giảm sự sinh trưởng. Động vật thân mềm
vỏ cứng sống trong nước, sự nhiễm bẩn nước với hàm lượng CuSO 4 10-8-107

g/l làm giảm hoạt động đóng mở của vỏ từ 10-15%, khi hàm lượng lên đến

10-3g/l chúng bị tê liệt hoặc chết. Hàm lượng đồng trong nước sinh hoạt cho
phép là ≤1 mg/l (TCVN 5002-2003)
- Chì: cũng như đồng, chì quan trọng đối với sự sinh trưởng và phát
triển của người và sinh vật. Tác dụng hóa sinh của chì là gây ức chế một số
enzym quan trọng của quá trình tổng hợp máu dẫn đến không tạo được hồng
cầu. Ví dụ chì ức chế một sản phẩm trung gian trong quá trình tạo hồng cầu là
axit delta amino levulinic - nó là chất quan trọng để tổng hợp
photphobilinogen. Khi hàm lượng chì trong máu khoảng 0,3ppm thì nó ngăn
cản quá trình sử dụng oxi để oxi hóa glucozo cung cấp năng lượng cho
hoạt động sống, do đó cơ thể mệt mỏi. Ở nồng độ cao hơn (>0,8 ppm) có
thể gây nên thiếu máu do thiếu hemoglobin. Hàm lượng chì trong máu
khoảng 0,5-0,8 ppm gây ra sự rối loạn chức năng của thận và phá hủy não.
Xương là nơi tàng trữ, tích tụ chì trong cơ thể, ở đó chì tương tác với

11


photpho trong xương rồi truyền vào các mô mềm của cơ thể và thể hiện
độc tính của nó. Theo WHO trong nước uống hàm lượng chì cho phép là
≤0,01 mg/l (theo TCVN 6096-2004).
Các chất chống độc tính của chì là các hóa chất có khả năng tạo phức
vòng tan với chì (II). Ví dụ dung dịch phức vòng của canxi có thể dùng để

giải bớt chì vì phức vòng của chì bền hơn phức vòng của canxi, chì (II) sẽ thế
chỗ của canxi trong phức vòng. Kết quả là phức vòng của chì (II) được tạo
thành và đào thải ra ngoài qua nước tiểu. Các hóa chất dùng giải độc chì là:
EDTA, 2,3 dimercapt, propanol, penicillamin…chúng tạo với chì các phức
vòng tan được trong nước.
- Cadimi: có mặt trong cơ thể người ở dạng vết. Cadimi rất cần cho sự
sinh trưởng và phát triển của con người, sinh vật. Tuy nhiên lượng lớn ảnh
hưởng tới sức khỏe con người, sinh vật và chất lượng thực phẩm. Cadimi
thâm nhập vào cơ thể con người chủ yếu từ hô hấp và thức ăn bị nhiễm
cadimi, tích lũy ở thận, phá hủy tủy xương. Cadimi gây rối loạn sự hoạt động
của một số enzim, tăng huyết áp, ung thư phổi, thủng vách ngăn mũi… Cơ
chế gây hại của nó là liên kết với protein tạo ra metallotionein trong thận, khi
hàm lượng đủ lớn có thể thế chỗ Zn2+ trong các enzim quan trọng và gây
bệnh. Theo tiêu chuẩn WHO hàm lượng cadimi cho phép trong nước uống ≤
0,005 mg/l. Ở nước ta là ≤ 0,01 mg/l (TCVN 5942-1995).
1.3. Ô NHIỄM NƯỚC Ở KHU CÔNG NGHIỆP QUANG MINH - HÀ NỘI

1.3.1. Vai trò quan trọng của nước [4, 9, 26]
Nước là tài nguyên hết sức quan trọng đối với sự sống của con người và
thiên nhiên, chúng duy trì cân bằng của bầu khí quyển đem lại cho con người
bầu không khí trong lành và tham gia thường xuyên vào các quá trình sinh
hóa trong cơ thể sống. Phần lớn của các phản ứng hóa học liên quan đến sự
trao đổi chất trong cơ thể đều có dung môi là nước. Nước còn là môi trường

12


sống của nhiều loại sinh vật từ thực vật, động vật đến vi sinh vật. Nhờ có tính
chất này mà nước đã trở thành tác nhân mang sự sống đến cho trái đất.
Nước rất cần cho cơ thể sống, nhu cầu sinh lý của con người 1 ngày cần

ít nhất 1,83 lít nước vào cơ thể và có thể nhiều hơn tùy theo cường độ lao
động và tính chất của môi trường xung quanh. Uống nhiều nước để tăng quá
trình phân giải, khả năng trao đổi chất và đào thải chất độc có thể chữa được
một số bệnh. Tắm nước khoáng nóng ở các suối nước nóng tự nhiên để chữa
các bệnh thấp khớp, bệnh ngoài da, bệnh tim mạch, bệnh thần kinh…
Thiếu nước sẽ ảnh hưởng xấu đến chất lượng cuộc sống và phát sinh
nhiều căn bệnh nguy hiểm. Nước cho nhu cầu sản xuất công nghiệp rất lớn.
Nước dùng để làm nguội các động cơ, làm quay các tubin, là dung môi làm
tan các hóa chất màu và các phản ứng hóa học. Mỗi ngành công nghiêp, mỗi
loại hình sản xuất và mỗi công nghệ yêu cầu một lượng nước, loại nước khác
nhau. Nước góp phần làm động lực thúc đẩy sự phát triển kinh tế. Nếu không
có nước thì chắc chắn toàn bộ các hệ thống sản xuất công nghiệp, nông
nghiệp…trên hành tinh này đều ngừng hoạt động và không tồn tại.
Trong phát triển nông nghiệp, nước đóng vai trò quan trọng nhất, quyết
định đến năng suất cây trồng và vật nuôi. Đặc biệt đối với các quốc gia nghèo,
nơi sản xuất nông nghiệp đóng vai trò chủ đạo trong nền kinh tế quốc dân thì
nước lại càng có ý nghĩa sống còn. Thiếu nước đất đai sẽ khô cằn cây cối,
động vật và muôn loài đều không thể tồn tại.
Hoạt động du lịch cũng gắn liền với nguồn nước. Nước không những
được dùng để cung cấp cho sinh hoạt du lịch ăn, uống, tắm, giặt… mà còn là
môi trường tốt để phát triển các loại hình du lịch.
1.3.2. Hiện trạng ô nhiễm nước khu công nghiệp Quang Minh [5, 6, 7, 26]
Khu công nghiệp Quang Minh nằm giáp đường cao tốc Bắc Thăng
Long − Nội Bài và đường sắt Hà Nội – Lào Cai, liền kề cảng Hàng không

13


Quốc tế Nội Bài, thuộc thị trấn Quang Minh và thị trấn Chi Đông, huyện Mê
Linh, Thành phố Hà Nội có diện tích 344,4 ha với phạm vi, ranh giới được

xác định như sau:
- Phía Bắc: Giáp khu dân cư ven sông Cà Lồ thuộc xã Quang Minh
- Phía Nam: Giáp đường cao tốc Bắc Thăng Long − Nội Bài
- Phía Đông: Giáp xã Kim Hoa, huyện Mê Linh, Thành phố Hà Nội
- Phía Tây: Giáp tuyến đường sắt Hà Nội – Lào Cai

Vị trí Khu công nghiệp Quang Minh nhìn từ vệ tinh
Là khu công nghiệp đa ngành, bao gồm các ngành nghề chính: Công
nghiệp lắp ráp cơ khí điện tử, chế biến thực phẩm, công nghiệp nhẹ, hàng tiêu
dùng, chế biến đồ trang sức, sản xuất linh kiện điện tử chính xác, xe máy, ôtô,
đồ điện gia dụng, cơ khí...
Trong phát triển công nghiệp và đô thị, nước cần cho hoạt động sinh
hoạt, sản xuất. Nước còn được xem là nguồn khoáng sản và năng lượng to
lớn của nhân loại. Đây là một tiềm năng cần được con người khai thác và
sử dụng hợp lý. Công nghiệp hóa, hiện đại hóa là xu hướng tất yếu trong
phát triển kinh tế, xã hội của mỗi quốc gia. Cùng với đó nhu cầu sử dụng
nước cũng tăng lên, nguy cơ ô nhiễm nguồn nước ngày càng lớn, đã kéo
theo các nguồn nước sạch ngày càng bị đe dọa. Vấn đề ô nhiễm môi trường
nước đang là một trong những thực trạng đáng ngại nhất của sự hủy hoại môi
trường tự nhiên hiện nay.
14


Ô nhiễm môi trường nước do nước thải từ KCN trong những năm gần
đây là rất lớn, đang trở thành một vấn đề môi trường cấp bách của đất nước,
làm suy thoái môi trường đe dọa trực tiếp đến các thành quả về phát triển kinh
tế − xã hội, cũng như tác động trực tiếp đến sức khỏe của người dân, tốc độ
gia tăng này cao hơn rất nhiều so với tổng nước thải từ các lĩnh vực khác.
Tình trạng xả thẳng nước thải công nghiệp ra môi trường đang khiến
người dân ở nhiều vùng nơi đây đối mặt với tình trạng bệnh tật gia tăng, nông

nghiệp giảm sút.

Hậu quả chung của tình trạng ô nhiễm nước là tỉ lệ người mắc các
bệnh cấp và mạn tính liên quan đến ô nhiễm nước như viêm màng kết,
tiêu chảy, ung thư… ngày càng tăng. Ngoài ra, tỷ lệ trẻ em tử vong tại
những khu vực bị ô nhiễm nguồn nước cũng tương đối cao. Ô nhiễm
nguồn nước còn gây tổn thất lớn cho các ngành sản xuất kinh doanh, nông
nghiệp và các hộ nuôi trồng thủy sản.
1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG ĐỒNG, CHÌ, CADIMI

Ngày nay để xác định hàm lượng Cu, Pb, Cd người ta có thể sử dụng
nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp khối lượng, thể tích, điện

15


hoá và phương pháp phổ phân tử UV - VIS, phương pháp sắc ký lỏng cao áp,
phương pháp phổ phát xạ và phổ hấp thụ nguyên tử. Sau đây là một số
phương pháp xác định chúng:
1.4.1. Các phương pháp phân tích hóa học [10, 25]
1.4.1.1. Phương pháp phân tích khối 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 mẫu 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, tiến hành 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 Cu, Pb, Cd dưới dạng sau:
- Cu xác định dưới dạng kết tủa CuS

- Pb xác định dưới dạng kết tủa PbSO4 hoặc PbCrO4
- Cd xác định dưới dạng kết tủa CdS, CdSO4 hoặc CdNH4PO4.
Phương pháp này dễ mắc sai số trong quá trình cân và thời gian phân
tích kéo dài. Mặt khác phải khống chế được khoảng pH để giữ bền các kết
tủa, để kết tủa được kim loại cần phân tích phải loại trừ các nguyên tố cùng
kết tủa với thuốc thử. Vì những hạn chế trên, phương pháp này chỉ
được sử dụng khi xác định một lượng lớn chất phân tích.
1.4.1.2. Phương pháp phân tích thể 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 kỹ năng…Giới hạn tin cậy
của phương pháp khoảng 10 -3 M.

16


Phương pháp này có độ chính xác cao nhưng không cho phép xác định
lượng vết các nguyên tố.
 Với đồng:
Có thể xác định theo 2 cách là chuẩn độ tạo phức và chuẩn độ oxi hóa khử.
- Chuẩn độ tạo phức: chuẩn độ bằng dung dịch EDTA đã biết nồng độ,
đệm amoni, pH = 8, chỉ thị murenxit. Phản ứng chuẩn độ kết thúc khi dung
dịch chuyển từ màu vàng (cỏ úa) sang màu tím hoa cà.
Trước chuẩn độ:
Cu2+ + 4NH3

Cu(NH3)42+ (xanh thẫm)

Cu(NH3)42+ + H4In-

Cu(H2In)- (vàng) + 2NH4+ + 2NH3

Trong quá trình chuẩn độ:
Cu(NH3)42+ + H2Y2-

CuY2- + 2NH4+ + 2NH3

Cu(H2In)- (vàng) + H2Y2-

CuY2- + H3In2- (tím) + H+

-Chuẩn độ oxi hóa-khử khử Cu2+ về Cu+ bằng dung dịch iotua trong
môi trường pH = 4−5, chuẩn độ iot sinh ra bằng dung dịch natrithiosunfat chỉ
thị hồ tinh bột:
2Cu2+ + 5I-

2CuI + I3-

I3- + 2S2O32-

S4O62- + 3I-

Các nguyên tố Fe, Sb, Nb, V, Mo… ảnh hưởng đến phép xác định này.
Để che Fe, Mo dùng lượng nhỏ NaF, NH 4F. Khi mẫu chứa nhiều Fe, V thì
phải tách đồng dưới dạng sunfua. Khi mẫu có mặt Mn hàm lượng lớn thêm 12 ml H2SO4 đặc trước khi trung hòa mẫu bằng NH 3. Chỉ thị hồ tinh bột cho
vào gần cuối quá trình chuẩn độ tránh hiện tượng hấp phụ I2 trên hồ tinh bột.
 Với chì:

17

Dùng chuẩn độ tạo phức với EDTA theo những cách sau
- Chuẩn độ trực tiếp Pb2+ bằng EDTA chỉ thị eriocrom đen T, môi
trường trung tính hoặc kiềm yếu. Pb2+ dễ bị thủy phân, do đó trước khi chuẩn
độ cho Pb2+ tạo phức kém bền với tactrat hoặc trietnolamin. Dung dịch
chuyển từ đỏ sang xanh.
- Chuẩn độ thay thế: do βPbY2- > βZnY2- trong môi trường đệm amoni nên
Pb2+ sẽ đẩy Zn2+ ra khỏi ZnY2-. Chuẩn độ Zn2+ bằng EDTA dùng chỉ thị
eriocrom đen T:
Pb2+ + ZnY2Zn2+ + H2In

PbY2- + Zn2+
ZnIn + 2H+

Phản ứng chuẩn độ:
Zn2+ + H2Y2-

ZnY2- + 2H+

ZnIn (đỏ nho) + H2Y2-

ZnY2- + H2In (xanh)

 Với cadimi:
Dùng chuẩn độ tạo phức với EDTA ở pH=5, chỉ thị xylen da cam
(H6F), dung dịch đệm urotrophin. Phản ứng chuẩn độ kết thúc khi dung dịch
chuyển từ màu đỏ sang màu vàng.
Trước chuẩn độ:
H4F2- (vàng) + Cd2+

H4FCd (đỏ)

Phản ứng chuẩn độ:
Cd2+ + H2Y2-

CdY2- + 2H+

H4FCd (đỏ) + H2Y2-

Cd2+ + H6F (vàng)

Giới hạn phát hiện của phương pháp này là 10 -3-10-5 mol/l, sai số nhỏ, nhưng
độ chọn lọc thấp.
1.4.2. Nhóm phương pháp phân tích công cụ
18


1.4.2.1. Các phương pháp điện hóa [17, 19]
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 các 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 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 thứ hai rất quan trọng bao gồm các phương pháp dựa trên phản
ứng điện hóa, trong đó phương pháp von-ampe hòa tan và cực phổ cổ điển
được ứng dụng rộng rãi nhất.

1.4.2.1.1. Phương pháp cực phổ [17]
Là phương pháp dựa trên sự khử các ion kim loại xảy ra trên điện cực ở
các thế khác nhau (catôt Hg và trên catôt khác). Nhờ việc theo dõi sự biến đổi
giữa cường độ dòng điện và thế trong quá trình điện phân khi chất phân tích
chuyển đến điện cực chỉ bằng khuyếch tán. Và 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 khác nước. Khoảng tối ưu của nồng
độ cho phép đo cực phổ là 10-2 ÷10-4 M. Thể tích có thể tiến hành phân tích
dung dịch là 1÷2ml, thậm chí trong một giọt dung dịch (ứng với sự xác định
lượng chất từ một vài miligam tới vài nanogam). Sai số tương đối từ 2 ÷ 3%
(so với các 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 một cách nhanh chóng, kinh tế.

19


Khi tiến hành phương pháp cực phổ định lượng dùng điện cực giọt Hg
ta cần rất 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 (gielatin)...
1.4.2.1.2. Phương pháp von-ampe hòa tan [17]
Đây là phương pháp phân tích điện hoá dựa trên hai kỹ thuật phân tích
chất điện phân ở thế giám sát và quét von-ampe hoà tan ngược chiều.
Ưu điểm nổi bật nhất của phương pháp này là có độ nhạy cao (10 -8 ÷106

M ), xác định được nhiều kim loại. Với kỹ thuật hiện đại ngày nay, phương

pháp này có khả năng phát hiện các nguyên tố đến 10-9 M 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
hoá mới xử lý được đúng từng loại mẫu, đối với từng 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 tỉ lệ với chiều cao của pic thu được.
Dựa vào pic chuẩn và pic thu được sẽ xác định được nồng độ các chất.
1.4.2.2. Các phương pháp sắc kí [18, 25, 38]
Sắc kí là quá trình tách dựa trên sự phân bố liên tục các cấu tử chất
phân tích lên hai pha: một pha thường đứng yên, có khả năng hấp phụ các
chất phân tích gọi là pha tĩnh, một pha di chuyển qua pha tĩnh gọi là pha

20


động. Do các cấu tử chất phân tích có ái lực khác nhau với pha tĩnh và pha
động nên chúng di chuyển với tốc độ khác nhau và tách khỏi nhau.
Các phương pháp sắc kí được sử dụng rộng rãi trong phân tích định
lượng để tách và làm giàu các cấu tử riêng biệt từ những hỗn hợp phức tạp
của các chất vô cơ và hữu cơ.
1.4.2.2.1. Phương pháp sắc kí lỏng hiệu năng cao [18, 25, 38]
Sắc kí lỏng có lịch sử phát triển sớm, ban đầu phương pháp thực hiện ở
áp suất thường vì chất nhồi có kích thước lớn. Cơ chế tách là sắc kí hấp phụ,
sắc kí phân bố nhưng do tốc độ phát triển nhanh của phương pháp, các chất
nhồi khác nhau ngày càng được cải tiến, hiệu quả tách của cột cũng ngày càng

được nâng cao. Sắc kí lỏng hiệu năng cao bao gồm nhiều phương pháp có đặc
thù riêng, đó là sắc kí lỏng pha liên kết, sắc kí phân bố lỏng - lỏng, sắc kí trao
đổi ion lỏng - rắn, ...
Các tác giả Joseph J.Topping và Wiliam A.Mac Crehan đã làm giàu và
xác định cadimi trong nước bằng cột sắc kí pha đảo và phổ hấp thụ nguyên tử.
Nhờ khả năng tách và xác định đồng thời trên hệ thống sắc kí lỏng hiệu
năng cao, có thể tách và xác định đồng thời lượng vết Pb, Hg, Cd sau khi làm
giàu trên cột các ion kim loại trên với thuốc thử tetra (4-bromophenyl)porphyrin (T4BPP) trên cột chiết pha rắn Xterra

TM

RP18 (cột 5 µm,

3,9x20mm). Sau đó phân tích lượng vết các phức chất tạo thành trên cột phân
tích TMRP18 (cột 5 µm, 3,9x150mm).
1.4.2.2.2. Phương pháp sắc kí điện di mao quản [18, 25, 38]
Dưới tác dụng của lực điện trường từ nguồn thế cao được đặt vào hai
đầu cột tách (ống mao quản) trong môi trường chất điện li và chất đệm thích
hợp, các phần tử chất tan ion khác nhau sẽ di chuyển khác nhau và tách ra
khỏi nhau. Cơ chế chính của sự di chuyển các ion trong ống mao quản là do
tác dụng nhất định của lực điện trường và tính chất của dòng điện di thẩm

21


thấu. Cột tách được nhồi hay tẩm các loại pha tĩnh loại pha thường hay pha
ngược nhưng có đường kính nhỏ trong vùng 30-150 µm, vì thế lượng mẫu
nạp vào ống mao quản rất nhỏ, chỉ khoảng 5-20 nL cho một lần tách. Sau khi
tách các chất phân tích được phát hiện bằng các loại detector: UV, UV-VIS,
huỳnh quang, đo độ dẫn điện. Ví dụ: xác định chì trong nước bọt sử dụng

phương pháp điện di mao quản động học mixen. Đo độ hấp thụ quang của
phức ở bước sóng 205 nm trong dung môi acetonitrin. Phép đo tuyến tính đến
400 ppb và có giới hạn phát hiện là 11,4 ppb.
1.4.2.3. Phương pháp quang học
1.4.2.3.1. Phương pháp trắc quang [37]
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).
1.4.2.3.2. Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử AES [11, 12, 37]
Đối tượng của phương pháp này là phân tích lượng nhỏ và vết các kim
loại trong các mẫu khác nhau. Ngày nay người ta có thể phân tích hàng trăm
chất vô cơ, hữu cơ bằng phổ phát xạ. Ngày nay kỹ thuật phổ phát xạ hiện đại
ra đời với những trang thiết bị hiện đại và những nguồn kích thích phổ mới
(ICP) người ta có thể đạt độ nhạy từ 10 -5 đến 10 – 6 % đối với nhiều nguyên tố
mà không phải làm giàu mẫu phân tích. 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 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 hóa nhỏ hơn thế
ion hóa của nguyên tố phân tích.

22


1.4.2.3.3. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (Atomic Absorption
Spectrophotometry - AAS ) [11, 12, 37]
Cơ sở lý thuyết của phép đo AAS là sự hấp thụ năng lượng (bức xạ
đơn sắc) của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi khi chiếu chùm tia bức xạ
của nguyên tố ấy trong môi trường hấp thụ. Tùy thuộc vào kỹ thuật

nguyên tử hóa, người ta phân biệt phép đo phổ hấp thụ nguyên tử ngọn
lửa (F-AAS) có độ nhạy 0,1mg/l (ppm) và phép đo phổ hấp thụ nguyên tử
không ngọn lửa (ETA-AAS) có độ nhạy cao hơn kỹ thuật ngọn lửa 50 đến
1000 lần (0,1- 1ppb).
Thực tế cho thấy phép đo phổ hấp thụ nguyên tử có nhiều ưu việt: Độ
nhạy, độ chọn lọc, độ chính xác cao, tốn ít mẫu, tốc độ phân tích nhanh. Gần
60 nguyên tố hóa học có thể được xác định bằng phương pháp này với độ
nhạy từ 10-4 -10-5 %. Đặc biệt nếu sử dụng kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu không
ngọn lửa có thể đạt tới độ nhạy n10 -7. Vì vậy, đây là phương pháp được dùng
trong nhiều lĩnh vực để xác định lượng vết kim loại.
1.5. GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ [11, 12, 37]

1.5.1. 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 thường, các electron chuyển động trên
những quỹ đạo có năng lượng thấp nhất, khi đó nguyên tử tồn tại ở trạng thái
cơ bản, đó là trạng thái bền vững nhất vì nó không thu hay phát năng lượng
dưới dạng 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 bức xạ có 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. Đó là tính
chất đặc trưng của nguyên tử ở trạng thái hơi. Quá trình đó gọi là quá trình

23


hấp thụ năng lượng của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi và tạo ra phổ của
nguyên tử của nguyên tố đó. Phổ được sinh ra trong quá trình này gọi là phổ
hấp thụ nguyên tử (AAS).

1.5.2. Nguyên tắc của phương pháp
Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử dựa trên cở 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
vào đám hơi nguyên tử đó. Muốn thực hiện các phép đo phổ ta cần thực hiện
các quá trình sau:
- Quá trình hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu: Chuyển mẫu phân tích từ
trạng thái ban đầu (rắn hoặc lỏng) thành trạng thái hơi của các nguyên tử tự
do của nguyên tố cần phân tích, có khả năng hấp thụ bức xạ đơn sắc. 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. Nguyên tắc chung là
dùng nhiệt độ cao để hoá hơi và nguyên tử hoá mẫu phân tích.
- 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 và tạo ra phổ hấp thụ của nó.
- 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 của nguyên tố cần
phân tích để đo cường độ của nó. Cường độ đó chính là tín hiệu của vạch phổ
hấp thụ nguyên tử.
Trong một giới hạn nồng độ nhất định, tín hiệu này phụ thuộc tuyến
tính, nồng độ nguyên tố cần nghiên cứu theo phương trình :
Aλ = K .Cb (1.4)

24


Trong đó : Aλ là độ hấp thụ quang của vạch phổ
K là hằng số thực nghiệm

C là nồng độ nguyên tố cần xác định
b gọi là hằng số bản chất, phụ thuộc vào nồng độ (0 ≤ b ≤ 1)
Với b = 1 thì quan hệ Aλ, C là tuyến tính: Aλ = K.C được coi là phương
trình cơ sở của phép đo định lượng các nguyên tố theo 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 hoá 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, sinh học, phân tích môi trường, phân tích địa chất… đặc biệt là
lượng vết các kim loại.
1.5.3. Phép định lượng của phương pháp
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
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:
Aλ = k.N.l
Trong đó:

Aλ 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 .

25