ĐỊNH LƯỢNG NHỎ THỦY NGÂN TRONG MỘT SỐ MẪU ĐỊA CHẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ

Tiểu luận hóa phân tích môi trường
Đề tài:XÁC ĐỊNH LƯỢNG NHỎ THỦY NGÂN TRONG MỘT SỐ MẪU ĐỊA CHẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ
HẤP THỤ NGUYÊN TỬ

 


I.TỔNG QUAN
Thủy ngân là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn có ký
hiệu Hg (hay nước bạc)) và số nguyên tử 80. Là một kim loại lưỡng tính nặng
có ánh bạc, thủy ngân là một nguyên tố kim loại được biết có dạng lỏng ở
nhiệt độ thường.


-

Lịch sử :Người Trung Quốc và Hindu cổ đại đã biết tới thủy ngân và nó

được tìm thấy trong các ngôi mộ cổ Ai Cập có niên đại vào khoảng
năm 1500 TCN .


-Hợp chất:

•Clorua thủy ngân (I) (calomen và đôi khi vẫn được sử dụng trong y học).
•Clorua thủy ngân (II) (là một chất có tính ăn mòn mạnh, thăng hoa và là chất độc cực
mạnh)

•Fulminat thủy ngân, (ngòi nổ sử dụng rộng rãi trong thuốc nổ)
•Sulfua thủy ngân (II) (màu đỏ thần sa là chất màu chất lượng cao),
•Selenua thủy ngân (II) chất bán dẫn,

•Telurua thủy ngân (II) chất bán dẫn và
•Telurua cadmi thủy ngân là những vật liệu dùng làm đầu dò tia hồng ngoại


Đồng vị:Có 7 đồng vị ổn định của thủy ngân với

-

(29,86%). Các đồng vị phóng xạ bền nhất là
và

203

194

202

Hg là phổ biến nhất

Hg với chu kỳ bán rã 444 năm,

Hg với chu kỳ bán rã 46,612 ngày. Phần lớn các đồng vị phóng xạ còn

lại có chu kỳ bán rã nhỏ hơn 1 ngày.


Thuộc tính:Thủy ngân có tính dẫn nhiệt kém nhưng dẫn điện tốt.Thủy ngân

-

tạo ra hợp kim với phần lớn các kim loại, bao gồm vàng, nhôm và bạc, đồng
nhưng không tạo với sắt. Do đó, người ta có thể chứa thủy ngân trong bình
bằng sắt. Telua cũng tạo ra hợp kim, nhưng nó phản ứng rất chậm để tạo ra
telurua thủy ngân. Hợp kim của thủy ngân được gọi là hỗn hống.


I.1Các hiệu ứng sức khỏe & môi trường
Thủy ngân nguyên tố lỏng là ít độc, nhưng hơi, các hợp chất và muối của nó là rất độc và
là nguyên nhân gây ra các tổn thương não và gan khi con người tiếp xúc, hít thở hay ăn
phải. Nguy hiểm chính liên quan đến thủy ngân nguyên tố là ở STP, thủy ngân có xu
hướng bị ôxi hóa tạo ra Ôxít thủy ngân - khi bị rớt xuống hay bị làm nhiễu loạn, thủy ngân
sẽ tạo thành các hạt rất nhỏ, làm tăng diện tích tiếp xúc bề mặt một cách khủng khiếp.


I.2Nguồn gốc phát thải của thủy ngân.
-Nguồn gốc tự nhiên hoạt động của núi lửa,sự phong hóa các loại đã có thủy ngân
-Nguồn gốc nhân tạo
+Phát hành từ huy động các tạp chất thủy ngân

•Nhà máy nhiệt điện dùng nguyên liệu hóa thạch,đặc biệt là than(là nguồn phát hành lớn nhất của thủy ngân vào không khí)
•Sản xuất xi măng (thủy ngân trong vôi)
•Khai thác khoáng sản và các hoạt động luyện kim liên quan đến việc khai thác,chế biến và tái chế các loại khoáng sản sắt thép,kẽm,vàng
+phát hành từ khai thác có chủ yếu và sử dụng thủy ngân

•Khai thác thủy ngân, Khai thác vàng và bạc
•Sản xuất clo
•Sử dụng đèn huỳnh quang,chất hàn răng hỗn hợp
•Sản xuất các sản phẩm có chứa thủy ngân nhiệt kế,áp kế,các thiết bị chuyển mạch điện và điện tử
+phát hành từ xử lý chất thải,hỏa tang

•Tiêu hủy chất thải,Các bãi chon lấp,Nghĩa trang


I.3 Nồng độ tối đa cho phép (NĐTĐCP):
-Việt Nam quy định (NĐTĐCP) đối với:
Hg kim loại: 0,00001 mg/l.
Muối Hg vô cơ: 0,0001 mg/l.
-Theo tiêu chuẩn của Mỹ, TLV (ACGIH, 1998) của Hg như sau:
Hợp chất ankyl: 0,01 mg/m3, hợp chất aryl: 0,1mg/m3, Hg và hợp chất vô cơ Hg: 0,025
mg/m3.
-Liên Xô cũ quy định NĐTĐCP của Hg hữu cơ là: etyl thủy ngân clorua 0.005mg/m3;
Dietyl thủy ngân 0.005 mg/m3; etyl thủy ngân phốt phát – 0.005 mg/m3.


II.các phương pháp phân tích thủy ngân
II.1 Các phương pháp phân tích điện hóa
II.1.1 Phương pháp đo điện thế dựa trên điện cực chọn lọc ion (ISE)
Đối với phân tích thuỷ ngân bằng điện cực chọn lọc ion đã có nhiều công
trình được công bố. Nhưng tập chung chính theo hai hướng sau đây:


a. Chế tạo các điện cực chọn lọc ion dựa trên các dạng màng lỏng có chứa
các chất vận chuyển ion
b. Chế tạo điện cực chọn lọc ion thông qua hiệu ứng kìm hãm của thuỷ ngân
tới các phản ứng enzym (biosensor).


II.1.2. Phương pháp vôn – ampe hòa tan catôt
Metyl thủy ngân được xác định trong môi trường không tạo phức bằng Von
- Ampe hoà tan anot xung vi phân, sử dụng điện cực vàng, thời gian kết tủa 5

giây cho giới hạn phát hiện lên tới 2. 10

-8

mol/l.


II.2. Phương pháp sắc ký
II.2.1. Phương pháp sắc ký khí.
Phương pháp sắc ký khí với detector bắt giữ điện tử (GC/ECD) là phương pháp thường được sử
dụng để xác định dạng tồn tại của thủy ngân đặc biệt là các loại thủy ngân hữu cơ trong mẫu như metyl
thủy ngân, dimetyl thủy ngân...
II.2.2. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)
Nhờ khả năng tách và làm giầu đồng thời trên hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao Qiufen Hu và
cộng sự [19] đã tách và xác định đồng thời lượng vết Pb, Hg và Cd sau khi làm giầu trên cột các ion
kim loại trên với thuốc thử là tetra(4-bromophenyl)-porphyrrin (T BPP) trên cột chiết pha rắn
4
TM
Xterra
RP18 (cột 5µm,


II.3. Các phương pháp phân tích quang phổ
II.3.1. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
Thủy ngân cũng như nhiều vết kim loại khác như As,Cd, Co, Cu, Fe, Pb, Ni, Mn và
Zn… trong nước cũng được định lượng bằng phương pháp này khi dùng kỹ thuật nguyên
tử hóa trong lò graphit hoặc tách sơ bộ các nguyên tố cần định lượng bằng kỹ thuật chiết
hoặc trao đổi ion trước khi định lượng chúng trên thiết bị quang phổ hấp thụ nguyên tử với
kỹ thuật nguyên tử hóa trong ngọn lửa hoặc không ngọn lửa.

II.3.2 Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV – VIS
Phân tích trắc quang là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất trong các phương pháp phân tích hoá lý.
Bằng phương pháp này có thể định lượng nhanh chóng với độ nhạy và độ chính xác khá cao, đồng thời đây là phương
pháp đơn giản, đáng tin cậy.
Phương pháp trắc quang đã được ứng dụng để xác định Hg

2+

bằng phép đo quang với thuốc thử PAR khi có

2+
mặt SCN và dung dịch đệm borac (pH = 9) ở bước sóng 505 nm và thu được kết quả là hàm lượng Hg trong mẫu
nước thải chưa qua xử lý là 15,7 µg/l .
II.3.3. Phương pháp phổ plasma cao tần cảm ứng (ICP)
Thế mạnh của phương pháp này là có thể phân tích đồng thời một lượng lớn các nguyên tố, với thời gian phân tích
nhanh, nhờ vào plasma là nguồn kích thích có nhiệt độ rất cao đối với nguyên tử. Khi kết hợp với phổ khối (ICP - MS),
phương pháp này có thể xác định và định lượng cả các đồng vị nguyên tố .


II.4. Phương pháp động học xúc tác
Tác giả Đỗ Quang Trung [26] đã sử dụng phương pháp động học xúc tác trắc quang
-4
-4
với hệ phản ứng chỉ thị là K Fe(CN) 2,10 M; o,phenantroline 6,10 M; thioure 4,10
4
6
4
0
M; pH = 3; nhiệt độ 50 C; λ = 510 nm để xác định hàm lượng thủy ngân trong nước thải

của nhà máy pin, kết quả thu được cho thấy phép đo có độ lệch chuẩn tương đối là 3%.


II.5. Phương pháp kích hoạt notron
Phương pháp kích hoạt notron là phương pháp phân tích hiện đại, có độ nhạy cao, độ
chính xác cao với thời gian phân tích ngắn, thường được sử dụng để xác định tổng thủy
ngân và một số dạng thủy ngân nhất định.
Nguyên tắc của phương pháp là đo sự phát xạ tia gamma do

197
Hg tạo thành khi sự

chiếu xạ notron trong lò phản ứng hạt nhân. Giới hạn phát hiện của phương pháp có thể
tới 1 ng/g hoặc nhỏ hơn.


III. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử xác định hàm lượng thủy ngân trong đất.
III.1 .Đặc điểm của đối tượng nghiên cứu
Thủy ngân trong tự nhiên tồn tại chủ yếu dưới các dạng khoáng vật sau: Thần sa
(HgS), Timanit (HgSe), Côlôđôit (HgTe), Livingtonit (HgSb O ), Môntrôyđit (HgO),
4 7
Calômen (HgCl), vv…,


III.2. Quy trình phân tích.

•Bản chất của phương pháp: mẫu sau khi trộn đều với canxi oxit và bột sắt kim loại đem
đốt,hơi thủy ngân bay lên ngưng tụ trên thành ống thủy tinh được hòa tan bằng axit
nitric 1:1 nóng,dùng dung dịch thiếc(II) clo để khử Hg

+2

trong dung dịch về Hg kim

loại trong hệ thống kín và dẫn hơi thủy ngân tới buồng đo cường độ vạch hấp thụ
nguyên tử. hàm lượng thủy ngân được xác định theo phương pháp đồ thị chuẩn.


2.2.Giới thiệu về phép đo AAS
2.2.1 Nguyên tắc của phép đo
Cơ sở lý thuyết của phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) là dựa trên sự hấp
thụ năng lượng ( bức xạ đơn sắc ) của nguyên tử tự do của một nguyên tố ở trạng thái hơi
(khí) khi chiếu chùm tia bức xạ đơn sắc qua đám mây hơi nguyên tử tự do của nguyên tố
ấy trong môi trường hấp thụ .Môi trường hấp thụ chính là đám hơi nguyên tử tự do của
mẫu phân tích.


Các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử của thủy ngân

Các thông số

Các điều kiện được lựa chọn

Nguồn sáng

Đèn catot rỗng Hg (HCL)

Bước sóng

253,7nm

Độ rộng khe đo

0,5nm

Cường độ dòng đèn catot rỗng

6 mA(80% Imax)

Thời gian đo

60 giây

Thể tích mẫu đo (ml)

50 ml


III.2.Quy trình phân tích.

•Bản chất của phương pháp: mẫu sau khi trộn đều với canxi oxit và bột sắt kim loại đem
đốt,hơi thủy ngân bay lên ngưng tụ trên thành ống thủy tinh được hòa tan bằng axit nitric
1:1 nóng,dùng dung dịch thiếc(II) clo để khử Hg

+2

trong dung dịch về Hg kim loại trong

hệ thống kín và dẫn hơi thủy ngân tới buồng đo cường độ vạch hấp thụ nguyên tử. hàm
lượng thủy ngân được xác định theo phương pháp đồ thị chuẩn.

Cách tính kết quả.

C X × VT
Q × V X × 10 7

% Hg =

Trong đó:
Cx : hàm lượng Hg xác định được theo đồ thị chuẩn (n.g.)
Q : lượng mẫu cân phân tích (g)
Vx : thể tích dung dịch phân tích lấy để đo phổ hấp thụ nguyên tử của Hg (ml)
V

T

; tổng thể tích định mức của dung dịch mẫu phân tích (ml).


• Ứng dụng phân tích một số mẫu địa chất thực tế.
Mẫu quặng barit.

Stt

Số phiếu

Kí hiệu mẫu

Hàm lượng Hg(mg/kg)

1

III-15BA7

M1-Tứ Quận

0,19

2

III-15BA7

M2-Ao Cạn

0,08

3

III-15BA7

M3-Thượng Ấm

0,10

4

III-15BA7

M4-Oắc

0,35

5

III-15BA7

M5-Đồi Mỡ

2,35

6

II-15BA56

SN.02.15.2

1,39

7

II-15BA56

SN.02.15.1

1,70

8

I-15BA86

SN.01.15

1,11

9

I-15BA86

TN.01.15

0,88

10

I-15BA117

M.01

0,06


Cảm ơn thầy và các bạn đã theo dõi