Sử dụng phương pháp cộng kết và kỹ thuật quang phổ hấp thụ nguyên tử để tách,làm giàu cadimi góp phần xác định cadimi trong đối tượng môi trường

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Chu Thị Thu

SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP CỘNG KẾT
VÀ KỸ THUẬT QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ ĐỂ
TÁCH, LÀM GIÀU CADIMI GÓP PHẦN XÁC ĐỊNH
CADIMI TRONG ĐỐI TƢỢNG MÔI TRƢỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI - 2014


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Chu Thị Thu

SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP CỘNG KẾT
VÀ KỸ THUẬT QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ ĐỂ
TÁCH, LÀM GIÀU CADIMI GÓP PHẦN XÁC ĐỊNH
CADIMI TRONG ĐỐI TƢỢNG MÔI TRƢỜNG

Chuyên ngành: Hoá vô cơ
Mã số: 60440113
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS LÊ NHƢ THANH

HÀ NỘI - 2014

Lời cảm ơn
Bằng tấm lòng trân trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn thầy
PGS.TS. LÊ NHƯ THANH đã giao đề tài, hướng dẫn em tận tình, chu đáo đầy tâm
huyết trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo bộ môn Hoá vô cơ, cùng các
thầy, cô giáo khoa Hoá học Trường ĐHKHTN- ĐHQGHN đã tận tình giúp đỡ,
động viên và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn này.

Dù đã có nhiều cố gắng, song do năng lực còn hạn chế nên trong luận
văn của em chắc chắn không thể tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong nhận
được ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn để luận văn này được hoàn
chỉnh hơn.

Hà nội ngày 14 tháng 11 năm 2014

Học viên: Chu Thị Thu


MỤC LỤC

TRANG
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ........................................................................... 56
1.1. Tài nguyên nước ở Việt Nam ....................................................................56
1.2. Sự ô nhiễm nguồn nước .............................................................................56
1.3. Giới thiệu chung về Cadimi .....................................................................56

1.3.1. Tính chất lý, hóa của Cadimi ....... Error! Bookmark not defined.
1.3.2. Các hợp chất chính của Cadimi ..... Error! Bookmark not defined.
1.3.3. Vai trò,ứng dụng của cadimi ........ Error! Bookmark not defined.
1.3.4. Độc tính của Cd .......................... Error! Bookmark not defined.
1.3.5. Các nguồn gây ô nhiễm cadimi .... Error! Bookmark not defined.
1.4. Các phương pháp xác định Cadimi ......... Error! Bookmark not defined.
1.4.1. Các phương pháp hoá học . ........... Error! Bookmark not defined.
1.4.2. Các phương pháp phân tích công cụError!
Bookmark
not
defined.
1.5. Một số phương pháp tách và làm giàu lượng vết ion kim loại nặng
.......................................................................... Error! Bookmark not defined.
1.5.1. Phương pháp chiết lỏng- lỏng ....... Error! Bookmark not defined.
1.5.2. Phương pháp chiết pha rắn (SPE) . Error! Bookmark not defined.
1.5.3. Phương pháp tách và làm giàu bằng điện hoá ............................. 20
1.5.4. Phương pháp cộng kết .................. Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...... ERROR!
BOOKMARK NOT DEFINED .
2.1. Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu ............ Error! Bookmark not defined.
2.1.1. Đối tượng và mục tiêu .................. Error! Bookmark not defined.
2.1.2. Phương pháp ứng dụng để nghiên cứuError!
Bookmark
not
defined.
2.1.3. Các nội dung nghiên cứu .............. Error! Bookmark not defined.


2.2. Dụng cụ và máy móc ............................... Error! Bookmark not defined.
2.3. Hóa chất sử dụng. ..................................... Error! Bookmark not defined.

2.4. Giới thiệu phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (F-AAS) .....................26
2.4.1. Nguyên tắc của phương pháp ........ Error! Bookmark not defined.
2.4.2. Hệ trang bị của phép đo ................ Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN ............. ERROR!
BOOKMARK NOT DEFINED .
3.1. Khảo sát các điều kiện tối ưu của phép đo phổ F-AAS ................. Error!
Bookmark not defined.
3.1.1. Khảo sát các điều kiện đo phổ: ..... Error! Bookmark not defined.
3.1.2. Khảo sát các điều kiện nguyên tử hóa mẫu.Error! Bookmark not
defined.
3.1.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng khácError!

Bookmark

not

defined.
3.1.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ axit và loại axit trong dung dịch mẫu Error!
Bookmark not defined.
3.1.3.2. Ảnh hưởng của nền muối ....... Error! Bookmark not defined.
3.1.4.Phương pháp đường chuẩn đối với phép đo F – AAS............ Error!
Bookmark not defined.
3.1.4.1. Khảo sát xác định khoảng tuyến tínhError! Bookmark not
defined.
3.1.4.2. Xây dựng đường chuẩn cadimiError!

Bookmark

not

defined.
3.2. Khảo sát các điều kiện tách,làm giàu cadimi bằng thuốc thử Ni-DDTC
.......................................................................... Error! Bookmark not defined.
3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH .......... Error! Bookmark not defined.
3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của thể tích thuốc thử DDTC 2% ......... Error!
Bookmark not defined.
3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng thể tích Niken đồng kết tủaError! Bookmark
not defined.


3.2.4. Khảo sát khả năng hòa tan kết tủa . Error! Bookmark not defined.
3.2.5. Ảnh hưởng của một số ion kim loại đến hiệu suất thu hồi của Cd

2+

............................................................... Error! Bookmark not defined.
3.2.6. Ảnh hưởng của một số anion đến hiệu suất thu hồi của Cd 2+
........................................................... Error! Bookmark not defined.
3.3. Phân tích mẫu giả ..................................... Error! Bookmark not defined.
3.4. Phân tích mẫu thực ................................... Error! Bookmark not defined.
KẾT LUẬN ..................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
TÀI LIỆU THAM KHẢO. ............................................................................ 58
PHỤ LỤC ....................................................................................................... 61


DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1: Một số hằng số vật lí quan trọng của cadimi …………………………..3
Bảng 3.1: Độ nhạy ứng với bước song của Cd…………………… …………....27
Bảng 3.2: Ảnh hưởng chiều cao đèn NTH (HCL) đến phép đo phổ F-AAS.... ....29

Bảng 3.3: Ảnh hưởng của tốc độ khí cháy đến phép đo phổ F-AAS........... . ........30
Bảng 3.4: Ảnh hưởng của một số loại axit đến tín hiệu phổ F-AAS……… …...31
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của nền CH3COONa đến tín hiệu phổ F-AAS…………...32
Bảng 3.6: Ảnh hưởng của nền CH3COONH4 đến tín hiệu phổ F-AAS……… …32
Bảng 3.7: Tổng kết các điều kiện đo phổ xác định cadimi……………… ……...33
Bảng 3.8: Khoảng tuyến tính cadimi……………………………… …………….34
Bảng 3.9: Ảnh hưởng của pH tới hiệu suất thu hồi cadimi ………… .. ……….....36
Bảng 3.10 : Ảnh hưởng của thể tích thuốc thử DDTC 2%… .......………………37
Bảng 3.11 : Ảnh hưởng của thể tích Niken… ...... ……………….......................38
Bảng 3.12: Ảnh hưởng của nồng đô HNO 3 trong dung môi hòa tan kết tủa … ....40
Bảng 3.13: Ảnh hưởng của thể tích dung dịch axit đến hiệu suất thu hồi Cd… . .40
Bảng 3.14:Ảnh hưởng của kim loại kiềm, kiềm thổ tới hiệu suất thu hồi cadimi41
Bảng 3.15: Ảnh hưởng của Zn2+ tới hiệu suất thu hồi cadim ........ …………….42
Bảng 3.16: Ảnh hưởng của Mn2+ tới hiệu suất thu hồi cadimi……… …………43
Bảng 3.17: Ảnh hưởng của Cu 2+ tới hiệu suất thu hồi cadimi……… ....... …… .43
Bảng 3.18: Ảnh hưởng của Co 2+ tới hiệu suất thu hồi cadimi ……… .…………..44
Bảng 3.19: Ảnh hưởng của Fe3+ tới hiệu suất thu hồi cadimi………… ………..45
Bảng 3.20: Ảnh hưởng của Cr3+ tới hiệu suất thu hồi cadimi ………… ………...46
Bảng 3.21: Ảnh hưởng của ion Cl - tới hiệu suất thu hồi cadimi …… …………..48
Bảng 3.22: Ảnh hưởng của PO43- tới hiệu suất thu hồi cadimi

………….48

Bảng 3.23: Nồng độ các cation kim loại trong mẫu giả ..................................... 49
Bảng 3.24: Hiệu suất thu hồi mẫu giả ............................................................... 49
Bảng 3.25: Các địa điểm lấy mẫu nước tại Hà Nội ...............................................51
Bảng 3.26: Kết quả xác định hàm lượng cadimi trong mẫu phân tích .................52


DANH MỤC HÌNH

Trang
Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo máy quang phổ hấp thụ nguyên tử ................................ 26
Hình 3.1: Đường chuẩn của Cd ........................................................................ 36
Hình 3.2: Ảnh hưởng của pH tới hiệu suất thu hồi Cd ....................................... 37
Hình 3.3: Ảnh hưởng của thể tích thuốc thử DDTC 2% đến hiệu suất thu hồi Cd
......................................................................................................................... 37
Hình 3.4: Ảnh hưởng của thể tích Ni tới hiệu suất thu hồi Cd ........................... 38
Hình 3.5: Ảnh hưởng của Zn2+ đến hiệu suất thu hồi của Cd ............................. 42
Hình 3.6: Ảnh hưởng của Mn2+ đến hiệu suất thu hồi của Cd ........................... 43
Hình 3.7: Ảnh hưởng của Cu2+ đến hiệu suất thu hồi của Cd ........................... 44
Hình 3.8: Ảnh hưởng của Co2+ đến hiệu suất thu hồi của Cd ........................... 45
Hình 3.9: Ảnh hưởng của Fe3+ đến hiệu suất thu hồi của Cd ............................. 46
Hình 3.10: Ảnh hưởng của Cr3+ đến hiệu suất thu hồi của Cd .......................... 47
Hình 3.11: Đồ thị biểu diễn kết quả phân tích Cd có trong mẫu nước sông ....... 52
Hình 3.12: Đồ thị biểu diễn kết quả phân tích Cd có trong mẫu nước hồ .......... 53


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

Abs

Absorbance

Độ hấp thụ

AAS

Atomic Absorption

Phép đo quang phổ hấp

Spectrometry

thụ nguyên tử

DDTC

Diethyldithiocacbomatate

diethyldithiocacbomat

SPE

Solid Phase Extraction

Chiết pha rắn

F- AAS

Flame-Atomic Absorption

Phép đo quang phổ hấp

Spectrometry

thụ nguyên tử ngọn lửa

Graphite furnace Atomic

Quang Phổ hấp thụ

Absorption spectromety

nguyên tử lò đốt Graphit

HCL

Hollow Cathod Lamps

Đèn catôt rỗng

Ppm

Part per million

Một phần triệu

GF-AAS


MỞ ĐẦU
Ngày nay, người ta đã khẳng định được rằng nhiều nguyên tố kim loại có vai
trò cực kỳ quan trọng đối với cơ thể sống và con người. Tuy nhiên nếu hàm lượng
lớn chúng sẽ gây độc hại cho cơ thể. Sự thiếu hụt hay mất cân bằng của nhiều kim

loại vi lượng trong các bộ phận của cơ thể như gan, tóc, máu, huyết thanh ... là
những nguyên nhân hay dấu hiệu của bệnh tật, ốm đau hay suy dinh dưỡng và có
thể gây tử vong. Thậm chí, đối với một số kim loại người ta mới chỉ biết đến tác
động độc hại của chúng đến cơ thể.
Kim loại nặng có thể xâm nhập vào cơ thể con người chủ yếu thông qua
đường tiêu hóa và hô hấp. Tuy nhiên, cùng với mức độ phát triển của công nghiệp
và sự đô thị hoá, hiện nay môi trường sống của chúng ta bị ô nhiễm trầm trọng. Các
nguồn thải kim loại nặng từ các khu công nghiệp vào không khí, vào nước, vào đất,
vào thực phẩm rồi xâm nhập vào cơ thể con người qua đường ăn uống, hít thở dẫn
đến sự nhiễm độc. Do đó việc nghiên cứu và phân tích các kim loại nặng trong môi
trường sống, trong thực phẩm và tác động của chúng tới cơ thể con người nhằm đề
ra các biện pháp tối ưu bảo vệ và chăm sóc sức khoẻ cộng đồng là một việc vô cùng
cần thiết.
Trong đó phải kể đến nguồn nước, là yếu tố không thể thiếu cho sự sống, ở
đâu có nước ở đó có sự sống. Tuy nhiên nhiều nơi, các nguồn nước bề mặt, thậm
chí cả nguồn nước ngầm đã bị ô nhiễm nghiêm trọng, gây ảnh hưởng xấu tới chất
lượng của nước, ảnh hưởng đến sức khỏe của con người và động vật, làm giảm
năng suất và chất lượng cây trồng. Một trong những chất có tác dụng gây ô
nhiễm là các kim loại nặng trong đó có cadimi.
Hàm lượng cadimi trong nước là rất nhỏ để phân tích được thì trước hết
cần phải làm giàu.
Vì vậy, mục đích chính của đề tài này là “Sử dụng phương pháp cộng kết
và kỹ thuật quang phổ hấp thụ nguyên tử để tách, làm giàu cadimi góp phần xác
định cadimi trong đối tượng môi trường’’.

1


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tài nguyên nƣớc ở Việt Nam

Việt Nam là nước nhiệt đới gió mùa nên có tài nguyên nước dồi dào so với
các nước trên thế giới, lượng mưa trung bình tương đối cao, khoảng 2000 mm/năm
gấp 2,6 lần lượng mưa trung bình của các vùng lục địa trên Thế giới.
Hàng năm, lãnh thổ Việt Nam nhận thêm lưu lượng nước từ nam Trung
Quốc và Lào với số lượng khoảng 550 km3. Dòng chảy trung bình Việt Nam gấp 3
lần dòng chảy trung bình trên Thế giới .
Nguồn tài nguyên nước của Việt Nam tương đối phong phú, nhưng phân bổ
không đều và trải rộng rất phức tạp theo thời gian, nhất là các mạch nước ngầm. Từ
lâu, các mạch nước ngầm đã được khai thác bằng các phương pháp khác nhau. Theo
đánh giá của tác giả tổng trữ lượng nước mạch thiên nhiên trên toàn lãnh thổ
khoảng xấp xỉ 15% tổng trữ lượng nước mặt.

1.2. Sự ô nhiễm nguồn nƣớc [13]
Sự ô nhiễm môi trường nước là sự thay đổi thành phần và tính chất của nước
gây ảnh hưởng tới hoạt động sống bình thường của con người, sinh vật, đến sản
xuất công nghiệp, nông nghiệp, thuỷ sản.
Nguồn gốc gây ô nhiễm nguồn nước là do tự nhiên và nhân tạo:
- Sự ô nhiễm có nguồn gốc tự nhiên là do mưa, tuyết tan, lũ lụt, gió bão,…
hoặc do các sản phẩm hoạt động sống của sinh vật, kể cả xác chết của chúng.
- Sự ô nhiễm nhân tạo chủ yếu do nguồn nước thải từ các vùng dân cư, khu
công nghiệp, hoạt động giao thông vận tải, do sử dụng thuốc trừ sâu, diệt cỏ và phân
bón trong nông nghiệp.

1.3. Giới thiệu chung về cadimi
Trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học, nguyên tố cadimi
(Cd) nằm ở ô số 48, thuộc nhóm IIB, chu kỳ V. Nguyên tử Cd có các obitan d đã
10

2

điền đủ 10 electron. Cấu hình electron của cadimi (Z=48): [Kr]4d 5s .

56


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu Tiếng Việt
1. A.P Kreskow (1976), Cơ sở hóa học phân tích-Tập 2, NXBT ĐH và THCN Hà
Nội, (Từ Vọng Nghi, Trần Tứ Hiếu dịch).
2. Nguyễn Tinh Dung, Hồ Viết Qúy (1991), Các phương pháp phân tích hóa lý,
Đại học Sư phạm Hà Nội.
3. Nguyễn Tinh Dung (2000), Hóa học phân tích phần III-Các phương pháp phân
tích định lượng hóa học, NXB Giáo dục.
4. Trần Tứ Hiếu, Từ Vọng Nghi, Nguyễn Văn Ri, Nguyên Xuân Trung (1999),
Các phương pháp phân tích công cụ-Phần 2, Đại học Khoa học Tự Nhiên-Đại
học Quốc Gia Hà Nội.
5. Phạm Thị Thu Hà (2006), Luận án thạc sĩ khoa học, Trường Đại học Khoa học
Tự Nhiên-Đại học Quốc Gia Hà Nội.
6. Trần Tứ Hiếu, Từ Vọng Nghi, Nguyễn Văn Ri, Nguyên Xuân Trung (2003)-Các
phương pháp phân tích công cụ-Phần hai-Đại học khoa học Tự Nhiên- Đại học
Quốc Gia Hà Nội.
7. Phạm Luận (1998), Cơ sở lý thuyết phương pháp phân tích phổ phát xạ và hấp
thụ nguyên tử phần II- Đại học Khoa học Tự Nhiên-Đại học Quốc Gia Hà Nội.
8. Phạm Luận (2003), Phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử-NXB Đại
học Quốc Gia Hà Nội.
9. Phạm Luận (1999), Tài liệu xử lí mẫu, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên-Đại
học Quốc Gia Hà Nội.
10. Từ Vọng Nghi (2001), Hóa học phân tích-Cơ sở lý thuyết các phương pháp hóa
học phân tích, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội.
11. Từ Vọng Nghi, Trần Chương Huyến, Phạm Luận, Một số phương pháp hiện

điện hóa hiện đại, Trường Đại học Tổng Hợp Hà Nội.
12. Hoàng Nhâm (2003), Hóa học vô cơ tập hai-NXB Giáo Dục.
13. Lê Văn Khoa(1995), Môi trường và ô nhiễm- NXB Giáo dục

57


14. Tạ Thị Thảo (2008), Giáo trình môn học thống kê trong hóa học phân tích
(statistics for Analytical chemistry), Đại học Tự Nhiên-Đại học Quốc Gia Hà
Nội.
15. Lê Ngọc Tú (2006), Độc tố và an toàn thực phẩm, NXB Khoa học và kỹ thuật
16. Tiêu chuẩn Việt Nam về lượng chất lượng môi trường, TCVN 5937-1995.
17. GS.TS.Lâm Minh Triết-TS Diệp Ngọc Sương, Các phương pháp phân tích kim
loại trong nước và nước thải, Nhà xuất bản khoa học kỹ Thuật.
18. Đặng Kim Chi, Hóa học môi trường, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật 2001
Tài liệu tiếng Anh
19. Ballantyne.E.E (1984), Heavy metals in natural waters, Springer- Verlag

20.Goku M.Z.L, Akar M, Cevik F, Findik O. (2003), Bioacumulation of some
heavy metal (Cd, Fe, Zn, Cu) in two Bivalvia Species, Faculy of Fisheries,
Cukurova University, Adana, Turkey, 89 – 93
21. H. Tel, Y. Altas, M. S. Taner (2004), “ Adsorption characteristics and separation
of Cr(III) and Cr(VI) on hydros titanium (IV) oxide”, Journal of Hazardous
Materials, 112, pp. 225-231
22. Tomoharu Minami, Kousuke Atsumi and Ioichi UEDA (2003), “Determination
of cobalt and nickel by Graphite-Funace atomic absorption spectrometry after
coprecipitation with Scandium hydroxide”, Analytical Sciences, 19, pp. 313-315.
23. V. Hudnik, S. Gomiscek, and B. Gorenc, Anal. Chim. Acta, 1978, 98, 39.
24. J. Ueda and N. Yamazaki, Bull. Chem. Soc. Jpn., 1986, 59, 1845.
25. M. Hiraide, T. Usami, and H. Kawaguchi, Anal. Sci., 1992, 8, 31.

26. Z. S. Chen, M. Hiraide, and H. Kawaguchi, Bunseki Kagaku, 1993, 42, 759.
27. M. Hiraide, Z. S. Chen, and H. Kawaguchi, Anal. Sci.,1995, 11, 333.
28. M. Hiraide, Z. S. Chen, and H. Kawaguchi, Mikrochim. Acta, 1997, 127, 119.

58