Nghiên cứu ảnh hưởng của độ pH và một số ion kim loại đến khả năng phát hiện Arsenic của cảm biến sợi nano vàng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
PTN CÔNG NGHỆ NANO

NGUYỄN THỊ MỸ THO

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ pH VÀ MỘT SỐ ION KIM LOẠI ĐẾN
KHẢ NĂNG PHÁT HIỆN ARSENIC CỦA CẢM BIẾN SỢI NANO VÀNG

Chuyên ngành:

Vật liệu và Linh kiện Nanô

(Chuyên ngành đào tạo thí điểm)

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TỐNG DUY HIỂN

Thành phố Hồ Chí Minh - 2014


1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
PTN CÔNG NGHỆ NANO

NGUYỄN THỊ MỸ THO

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ pH VÀ MỘT SỐ ION KIM LOẠI ĐẾN
KHẢ NĂNG PHÁT HIỆN ARSENIC CỦA CẢM BIẾN SỢI NANO VÀNG

Chuyên ngành:

Vật liệu và Linh kiện Nanô

(Chuyên ngành đào tạo thí điểm)

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TỐNG DUY HIỂN

Thành phố Hồ Chí Minh - 2014


2

MỤC LỤC
Lời cam đoan
Lời cảm ơn.
Danh mục các chữ viết tắt.
Danh mục các bàng biểu.
Danh mục các đồ thị.
Danh mục các hình ảnh.
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.1 Khái quát về nguyên tố Asen.
1.1.1 Tính chất vật lý của Asen.

1.1.2 Tính chất hóa học của Asen.
1.1.3 Dạng tồn tại của Asen trong nước
1.1.4 Vấn đề ô nhiễm Asen trên toàn thế giới.
1.1.5 Tình hình ô nhiễm Asen ở Việt Nam.
1.2 Ảnh hưởng của Asen đến sức khỏe của con người.
1.2.1 Độc tính của asen.
1.2.2 Phương pháp loại bỏ As khỏi nguồn nước .

iv
v
vi
vi
vii
viii
1
1
1
2
3
4
6
8
8
9

1.2.3 Tiêu chuẩn cho phép về hàm lượng của Asen.
10
CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH XÁC ĐỊNH ASEN. 11
2.1 Phân tích định tính.
11

2.1.1 Tìm As (III).
11
2.1.2 Phát hiện As(V).
11
2.1.3 Các phản ứng để phát hiện As(III) và As(V)
12
2.2 Phân tích định lượng.
12
2.2.1 Phương pháp xác định nhanh tại hiện trường.
12
2.2.2 Phương pháp Marsh.
12
2.2.3 Phổ hấp thu nguyên tử.
13
2.2.4 Khối phổ và ICP-MS
13
2.2.5 Phương pháp phổ phát xạ.
13
2.2.6 Phương pháp trắc quang.
14
2.2.7 Các phương pháp khác.
14
2.3 Phương pháp cực phổ.
14
2.3.1 Phương pháp cực phổ xung thường.
14
2.3.2 Phương pháp cực phổ xung vi phân.
15
2.3.3 Phương pháp cực phổ sóng vuông.
15

2.3.4 Ứng dụng của phương pháp cực phổ.
15
CHƯƠNG 3 : TỔNG QUAN VỀ SỢI NANO VÀNG VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN
TÍCH As(III).
16
3.1 Những ưu việt của công nghệ cảm biến nano
và cảm biến sợi nano.
16
3.1.1 Những ưu việt của công nghệ cảm biến nano
16
3.1.2 Cảm biến sợi nano.
19
3.1.3 Ứng dụng của công nghệ nano cho môi trường
20
3.2 Cảm biến sợi nano vàng.
21
3.2.1 Giới thiệu quy trình chế tạo cảm biến sợi nano vàng.
21
3.2.2 Các yêu cầu của cảm biến sợi nano vàng dùng trong phát hiện As
24
3.3 Cơ sở của phương pháp Von-ampe hòa tan trong việc khảo sát As.
25


3

3.3.1 Cơ sở lý thuyết của phương pháp Von – ampe
25
3.3.2 Các điện cực được sử dụng.
25

3.3.3 Quá trình điện phân tích góp.
26
3.3.4 Quá trình hòa tan và ghi dòng hòa tan.
27
3.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng tới phương pháp.
27
CHƯƠNG 4 : PHÂN TÍCH VÀ ĐỊNH LƯỢNG As(III) VÀ XÂY DỰNG
ĐƯỜNG CHUẨN VỀ NỒNG ĐỘ As(III) SỬ DỤNG SỢI NANO VÀNG 28
4.1 Phân tích asen Ở việtt nam hiện nay và mục tiêu đề tài.
28
4.1.1 Phân tích asen Ở việt nam hiện nay.
28
4.1.2 Mục tiêu của luận văn
28
4.2 Quy trình thực nghiệm xác định As(III).
28
4.2.1 Điện cực sợi nano vàng.
28
4.2.2 Hóa chất và thiết bị
29
4.3 Khảo sát thế tích góp As(III)
32
4.4 Xây dựng đường chuẩn về nồng độ As(III)
38
4.5 Kết quả và thảo luận.
39
CHƯƠNG 5 : KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA pH VÀ MỘT SỐ ION
(Cu2+,Pb2+,Zn2+,Fe2+,As(V)…)TRONG QUÁ TRÌNH PHÂN TÍCH As(III)
5.1 Khảo sát vùng pH làm việc.
40

5.2 Kết luận về ảnh hưởng của độ pH đến kết quả phân tích As(III).
41
2+
2+
2+
2+
5.3 Khảo sát ảnh hương một số ion (Cu ,Pb ,Zn ,Fe ,As(v)…)
trong quá trình khảo sát As(III).
42
2+
5.3.1 Ảnh hưởng của ion Cu
42
5.3.2 Ảnh hưởng của ion Fe2+
43
2+
5.3.3 Ảnh hưởng của ion Pb
44
5.3.4 Ảnh hưởng của ion Zn2+
45
5.3.5 Ảnh hưởng của các ion NO3- và SO4246
5.4 Kết luận về ảnh hưởng của các ion đến kết quả phân tích As (III).
48
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.
49
Kết luận.
49
Hướng phát triển.
50
TÀI LIỆU THAM KHẢO.
51

PHỤ LỤC
53


4

Tôi luôn khắc ghi :
 Công ơn sinh thành và dưỡng dục của Bố Mẹ, sự quan tâm và động viên của
gia đình.
 Sự tận tình hướng dẫn và truyền đạt kiến thức của Thầy TS.Tống Duy Hiển
Tôi xin chân thành cảm ơn:
 Thầy GS. Đặng Mậu Chiến- Giám đốc và các anh chị là cán bộ tại phòng thí
nghiệm công nghệ Nano đã tạo điều kiện cho tôi được thực hành tại phòng thí
nghiệm.
 Các bạn học viên khoa Hóa –Lý ứng dụng trường ĐH Khoa học tự nhiên đã
giúp đỡ tôi tận tình để hoàn thành đề tài này.
 Quý Thầy Cô giáo đã giảng dạy tôi trong suốt thời gian theo học chương
trình.
 Các bạn học viên cao học K5,K6,K7 khoa vật liệu và linh kiện Nano đã động
viên và giúp đỡ hết lòng cho tôi trong quá trình học tập.
 Ban giám hiệu và toàn thể giáo viên đồng nghiệp trong trường THPT Lê
Minh Xuân đã tạo điều kiện để tôi hoàn thành khóa học.
 Các bạn bè và người thân đã động viên đúng lúc.
 Luận văn này thực hiện một phần công việc của đề tài độc lập: Nghiên cứu
chế tạo thử nghiệm thiết bị phân tích tại hiện trường phát hiện As trong môi
trường nước sử dụng điện cực dây nano vàng, mã số ĐTĐT.2011 – G/76. Tôi
xin cảm ơn sự tài trợ về kinh phí của Bộ KHCN cho đề tài này.


5

Danh mục các chữ viết tắt
AAS : Atomic Absorption Spectrometry.
As : Asren
DPP : Differential Pulse Polarography.
Dd : dung dịch
GC – MS : Gas Chromatography – Mass Spectrometry.
KBÔ : Khoảng bất ổn
HG – AAS : Hydride Generation - Atomic Absorption Spectrometry.
HPLC : High Performance Liquid Chromatography.
NPP : Normal Pulse Polarography.
SPP : Square Pulse Polarography.
ppm : Parts per million
ppb : Parts per billion


6

Danh mục các bảng biểu
Bảng 1 : Nồng độ Asen trong nước ở một số nơi trên thế giới
Bảng 3 : So sánh các thông số phân tích Asen của các thiết bị truyền thống và
các thiết bị nano.
Bảng 4.1 : Các hóa chất được pha để dùng trong quá tình thực nghiệm.
Bảng 4.2 : Ảnh hưởng của thế tích góp lên chiều cao peaks As(III).
Bảng 4.3 : Điều kiện thực nghiệm khảo sát thế tích góp và hòa tan As(III).
Bảng 4.4 : Phụ thuộc của cường độ peak As(III) vào thế khởi điểm.
Bảng 4.5 : Điều kiện thực nghiệm khảo sát thế đỉnh As(III).
Bảng 4.6 : Thông số thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nồng độ As(V) lên
thế đỉnh As(III).
Bảng 4.7 : Thông số thực nghiệm khảo sát thế đỉnh As(III) khi tăng nồng độ

As(III)
Bảng 4.8 : Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ quay điện cực trong quá trình khảo sát
As.
Bảng 4.9 : Thông số thực nghiệm xây dựng đường chuẩn nồng độ As(III).
Bảng 5.1: Những thông số thực nghiệm trong quá trình khảo sát ảnh hưởng của
độ pH
Bảng 5.2 : Những thông số thực nghiệm quá trình khảo sát ảnh hưởng của các
ion.
Bảng 5.3 : Thông số thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của ion Cu2+
Bảng 5.4 : Thông số thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của ion Fe2+
Bảng 5.5 : Thông số thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của ion Pb2+
Bảng 5.6 : Thông số thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của ion NO-3 và SO42Bảng 5.7 : Ảnh hưởng của một số ion đến kết quả khảo sát As(III).


7

Danh mục các đồ thị
Hình 4.3 : Ảnh hưởng của thế tích góp lên cường độ peak As(III).
Hình 4.4 : Đường dòng thế của As(III) trong cực phổ tuần hoàn .
Hình 4.5 : Đường dòng thế của As(III) ứng với khởi điểm 0.0V.
Hình 4.6 : Đường dòng thế của As(III) ứng với khởi điểm ứng với các nồng độ
As(V) khác nhau.
Hình 4.7 : Ảnh hưởng của tốc độ quay điện cực lên cường độ peak As(III) thu
được Hình 4.8 : Đồ thị biểu diễn nồng độ As(III) từ 2ppb – 10ppb
Hình 4.9 : Đồ thị biểu diễn nồng độ As(III) từ 10ppb – 100ppb
Hình 4.10:Đồ thị biểu diễn peak As(III) với nồng độ tăng dần.
Hình 5.1 : Ảnh hưởng của pH (từ 1 - 5)lên cường độ peak As(III) thu được
Hình 5.2 : Ảnh hưởng của pH (từ 5 - 9)lên cường độ peak As(III) thu được
Hình 5.3 : Tỉ lệ phần trăm của sự ảnh hưởng của độ pH trong quá trình phân tích
As(III)

Hình 5.4 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của ion Cu2+ đến cường độ peak As(III)
Hình 5.5 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của ion Fe2+ đến cường độ peak As(III)
Hình 5.6 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của ion Pb2+ đến cường độ peak As(III)
Hình 5.7 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của các ion NO-3 và SO42 - đến cường độ
peak As(III)
Hình 5.8: Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng của một số ion lên quá trình khảo sát
As.


8

Danh mục các hình ảnh
Hình 1.1 : Arsen ở dạng thô trong tự nhiên[4].
Hình 1.2 : Nguồn nước bị nhiễm Asen [5]
Hình 1.3: Bệnh lý về da ở người khi bị nhiễm asen[5]
Hình 1.4: Qúa trình phát triển bệnh của người bị nhiễm asen[4]
Hình 3.1 Một số ứng dụng công nghệ nano
Hình 3.2: Cảm biến có kích thước sợi ở mức nano
Hình 3.3: Sơ đồ khối các bước công nghệ để chế tạo sợi nano Au trên đế silic
với lớp điện môi SiN.
Hình 4.1: Các Hình Ảnh của các chíp chứa các sợi nano vàng được sử dụng
trong luận văn để phát hiện As(III)
Hình 4.2 Hệ đo điện hóa phân tích As(III)


9

MỞ ĐẦU
Như chúng ta đã biết vấn đề ô nhiễm thạch tín (Asen) hiện nay đang được
toàn cầu quan tâm vì sử dụng nước nhiễm thạch tín gây nhiều bệnh nguy hiểm như các

bệnh ngoài da, đường ruột, tim mạch,… thậm chí dẫn đến ung thư ở thận, phổi và da.
Đối với thai phụ As có thể qua nhau thai và bào thai làm tổn hại thai nhi và dễ dẫn
đến sảy thai sớm… Các tác hại trực tiếp và gián tiếp do sử dụng nguồn nước nhiễm
thạch tín gây hậu quả rất nghiêm trọng tới đời sống của hàng chục triệu người và thậm
chí của cả nhân loại. Vì vậy nghiên cứu để phát hiện, tách lọc thạch tín cũng như chữa
trị các căn bệnh do nhiễm thạch tín gây ra sự quan tâm rất lớn của các quốc gia và các
tổ chức như WHO và UNICEF. Ở nước ta tình trạng nguồn nước nhiễm thạch tín ở
nhiều vùng đã được cảnh báo trong các phát hiện của công trình nghiên cứu của GS
Phạm Hùng Việt như : Tầng chứa nước nông Holocene là nguồn gây ô nhiễm As,
nhưng các tầng chứa nước sâu Pleistocene ngày càng được khai thác nhiều để cung
cấp nguồn nước an toàn, vì thế cần phải nghiên cứu rõ hàm lượng ô nhiễm As thấp đó
đã được duy trì dưới những điều kiện nào. Sự ô nhiễm asen trong tầng chứa nước
Pleistocene ở khu vực Nam và Đông nam Á dưới tác động của việc khai thác nước
ngầm có thể được làm chậm do sự lưu giữ asen trong quá trình di chuyển [22]. Mặc
dù vậy vẫn chưa thực sự có nhiều nghiên cứu được tiến hành để khẳng định được mức
độ gây hại của việc sử dụng nguồn nước nhiễm As đối với sức khỏe con người. Có
nhiều nguyên nhân để các công việc này chưa được triển khai rộng rãi như các nghiên
cứu này là nghiên cứu đa ngành(phân tích môi trường, y học, thực phẩm), cần phải
được tiến hành trên mẫu nghiên cứu rộng và trong thời gian tương đối dài…Việc
không có được các máy móc để phân tích As nhanh và chính xác tại hiện trường cũng
làm hạn chế việc triển khai các nghiên cứu nói trên.
Các nhà khoa học trong nước và trên thế giới đã và đang nghiên cứu đưa ra
nhiều phương pháp phát hiện và xử lý thạch tín trong nước sinh hoạt nhưng hiệu quả
đạt được chưa cao. Trong thời gian gần đây công nghệ nano với rất nhiều ưu việt trong
lĩnh vực phân tích cũng như xử lý chất độc hại được xem là một trong các công nghệ
có thể đưa ra được giải pháp ưu việt hơn trong vấn đề phát hiện và xử lý As trong
nước. Ví dụ việc sử dụng trộn lẫn các hạt nano vàng vào điện cực cho phép chế tạo ra
các thiết bị nano có khả năng phát hiện thạch tín nhanh, chính xác, hiệu quả và kinh
tế…. Sau đó các nhóm nghiên cứu đã tiếp tục phát triển những bộ cảm biến As khác
như: cảm biến sợi platin, bạc, vàng…trong đó cảm biến dựa trên cấu trúc sợi nano

vàng được quan tâm nhiều nhất do có độ nhạy cao nhất trong việc phát hiện thạch tín.
Trong thời gian vừa qua, Phòng thí nghiệm Công nghệ Nano (LNT), ĐHQG
Tp.HCM đã và đang tiến hành các đề tài nghiên cứu để chế tạo ra các cảm biến phân
tích As dựa trên cấu trúc sợi nano vàng (Au). Trong đề tài này chúng tôi sẽ sử dụng
cảm biến sợi nano vàng (được chế tạo bởi các đồng nghiệp làm) để định lượng nồng
độ thạch tín trong nước, đồng thời khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm


60

TÀI LIỆU THAM KHẢO.
1. Nguyễn Khắc Vinh, Đặng Trung Thuận, Mai Trọng Nhuận, Phạm Hùng
Việt (2001), Hiện trạng ô nhiễm arsen ở Việt Nam, Cục địa chất và khoáng sản
Việt Nam.
2. Phạm Ngọc Hồ (2000), Một số kết quả nghiên cứu Arsen trong môi
trường không khí đô thị, Hội thảo quốc tế về ô nhiễm asen, Hà Nội 12/2000.
3. Đặng Mai (2000), Dị thường asen trong vùng Đồi Bù, Hội thảo quốc tế
về ô nhiễm asen, Hà Nội 12/2000.
4. Từ Vọng Nghi, Trần Tứ Hiếu(1989), Cơ sở hóa phân tích tập 1, dịch từ
tiếng Nga,Nxb Đại học và trung học chuyên nghiệp Hà Nội.
5. Hien Duy Tong et al., Wafer-scale Encapsulated 2 Dimensional
Nanochannels and Its Application toward Visualization of Single Molecules,
submitted to ACS nano, 2011.
6. GS. Pham Hung Viet, Retardation of arsenic transport through a
Pleistocene aquifer, Nature, Vol. 501, p. 204-207, 9/2003..
7. />8. o/arsenic - 2002.htm.
9. Water technology (4/1999), United States, pp.43.
10. />11. />_Million_for_Netherlands_Nanotechnology_Initiative_from_2011-2014.html).
12. />13. Cui, C. M. Lieber, Functional Nanoscale Electronic Devices Assembled
Using Silicon Nanowire Building Blocks, Science, 291, 851, 2001.

14. Gengfeng Zheng et al., Multiplexed electrical detection of cancer
markers with nanowire sensor arrays, Nature Biotechnology 23, 1294 - 1301
(2005).
15. Tong Duy Hiena,b, Tran Nhan Aia, Le Dang Khoaa, Le Thanh Tuyena
Dang Mau Chiena , Fabrication of wafer-scale platinum nanowires and its
application in glucose detection .LNT.
16. F. Patolsky, B.P. Timko, G. Zheng and C.M. Lieber, "Nanowire-Based
Nanoelectronic Devices in the Life Sciences" MRS Bull. 32, 142-149, 2007.
17. Lei Xiao, Gregory G. Wildgoose, Richard G. Compton, Analytica
Chimica Acta, Sensitive electrochemical deetection of arsenic (III) using gold
nanoparticle modified carbon nanotubes via anodic stripping voltammetry, 620
(2008), 44-49.
18. Hong li, Ronald B.Smart (1995), Determination of Sub – nanomolar
concentration of asenic (III) in natural waters by square wave cathodic
stripping voltammetriy, Analytica Chimica Acta 325 (1996), 25 – 32.


61

19. Ram S.sadana (1983), Determination arsenic in the presence of copper
by differential pulse cathodic stripping voltammetriy with the hanging mercury
drop electrode, Analytica Chimistry, vol. 55, No2, 1983.
20. Application Bulletin 226/2e (2001), Determination of arsenic by
stripping voltammetriy at the rotating gold electrode, Metohm.
21. Walter Holak (1980), Determination arsenic by cathodic stripping
voltammetriy with the hanging mercury drop electrode, Analytica Chimistry,
vol. 52, No 13, 1980.
22. Environ (2006), Arsenite and Arsenate Binding to Dissolved Humic
Acids:  Influence of pH, Type of Humic Acid, and Aluminum,. Sci. Technol., , 40
(19), pp 6015–6020

23. Guo-Jun Zhang et al., Label-free direct detection of MiRNAs with silicon
nanowire biosensors, Biosensors and Bioelectronics 24 (2009) 2504–2508.
24. Tsanangurayi Tongesayi , Ronald B. Smart ( 2005), Arsenic Speciation:
Reduction
of
Arsenic(v)
to
Arsenic(iii)
by
Fulvic
Acid,
Environmental
Chemistry,
3(2)
137–141.


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
PTN CÔNG NGHỆ NANO

NGUYỄN THỊ MỸ THO

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ pH VÀ MỘT SỐ ION KIM LOẠI ĐẾN
KHẢ NĂNG PHÁT HIỆN ARSENIC CỦA CẢM BIẾN SỢI NANO VÀNG

Chuyên ngành:

Vật liệu và Linh kiện Nanô

(Chuyên ngành đào tạo thí điểm)

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TỐNG DUY HIỂN

Thành phố Hồ Chí Minh - 2014


1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
PTN CÔNG NGHỆ NANO

NGUYỄN THỊ MỸ THO

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ pH VÀ MỘT SỐ ION KIM LOẠI ĐẾN
KHẢ NĂNG PHÁT HIỆN ARSENIC CỦA CẢM BIẾN SỢI NANO VÀNG

Chuyên ngành:

Vật liệu và Linh kiện Nanô

(Chuyên ngành đào tạo thí điểm)

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TỐNG DUY HIỂN

Thành phố Hồ Chí Minh - 2014


2

MỤC LỤC
Lời cam đoan
Lời cảm ơn.
Danh mục các chữ viết tắt.
Danh mục các bàng biểu.
Danh mục các đồ thị.
Danh mục các hình ảnh.
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.1 Khái quát về nguyên tố Asen.
1.1.1 Tính chất vật lý của Asen.
1.1.2 Tính chất hóa học của Asen.
1.1.3 Dạng tồn tại của Asen trong nước
1.1.4 Vấn đề ô nhiễm Asen trên toàn thế giới.
1.1.5 Tình hình ô nhiễm Asen ở Việt Nam.
1.2 Ảnh hưởng của Asen đến sức khỏe của con người.
1.2.1 Độc tính của asen.
1.2.2 Phương pháp loại bỏ As khỏi nguồn nước .

iv
v
vi
vi

vii
viii
1
1
1
2
3
4
6
8
8
9

1.2.3 Tiêu chuẩn cho phép về hàm lượng của Asen.
10
CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH XÁC ĐỊNH ASEN. 11
2.1 Phân tích định tính.
11
2.1.1 Tìm As (III).
11
2.1.2 Phát hiện As(V).
11
2.1.3 Các phản ứng để phát hiện As(III) và As(V)
12
2.2 Phân tích định lượng.
12
2.2.1 Phương pháp xác định nhanh tại hiện trường.
12
2.2.2 Phương pháp Marsh.
12

2.2.3 Phổ hấp thu nguyên tử.
13
2.2.4 Khối phổ và ICP-MS
13
2.2.5 Phương pháp phổ phát xạ.
13
2.2.6 Phương pháp trắc quang.
14
2.2.7 Các phương pháp khác.
14
2.3 Phương pháp cực phổ.
14
2.3.1 Phương pháp cực phổ xung thường.
14
2.3.2 Phương pháp cực phổ xung vi phân.
15
2.3.3 Phương pháp cực phổ sóng vuông.
15
2.3.4 Ứng dụng của phương pháp cực phổ.
15
CHƯƠNG 3 : TỔNG QUAN VỀ SỢI NANO VÀNG VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN
TÍCH As(III).
16
3.1 Những ưu việt của công nghệ cảm biến nano
và cảm biến sợi nano.
16
3.1.1 Những ưu việt của công nghệ cảm biến nano
16
3.1.2 Cảm biến sợi nano.
19

3.1.3 Ứng dụng của công nghệ nano cho môi trường
20
3.2 Cảm biến sợi nano vàng.
21
3.2.1 Giới thiệu quy trình chế tạo cảm biến sợi nano vàng.
21
3.2.2 Các yêu cầu của cảm biến sợi nano vàng dùng trong phát hiện As
24
3.3 Cơ sở của phương pháp Von-ampe hòa tan trong việc khảo sát As.
25


3

3.3.1 Cơ sở lý thuyết của phương pháp Von – ampe
25
3.3.2 Các điện cực được sử dụng.
25
3.3.3 Quá trình điện phân tích góp.
26
3.3.4 Quá trình hòa tan và ghi dòng hòa tan.
27
3.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng tới phương pháp.
27
CHƯƠNG 4 : PHÂN TÍCH VÀ ĐỊNH LƯỢNG As(III) VÀ XÂY DỰNG
ĐƯỜNG CHUẨN VỀ NỒNG ĐỘ As(III) SỬ DỤNG SỢI NANO VÀNG 28
4.1 Phân tích asen Ở việtt nam hiện nay và mục tiêu đề tài.
28
4.1.1 Phân tích asen Ở việt nam hiện nay.
28

4.1.2 Mục tiêu của luận văn
28
4.2 Quy trình thực nghiệm xác định As(III).
28
4.2.1 Điện cực sợi nano vàng.
28
4.2.2 Hóa chất và thiết bị
29
4.3 Khảo sát thế tích góp As(III)
32
4.4 Xây dựng đường chuẩn về nồng độ As(III)
38
4.5 Kết quả và thảo luận.
39
CHƯƠNG 5 : KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA pH VÀ MỘT SỐ ION
(Cu2+,Pb2+,Zn2+,Fe2+,As(V)…)TRONG QUÁ TRÌNH PHÂN TÍCH As(III)
5.1 Khảo sát vùng pH làm việc.
40
5.2 Kết luận về ảnh hưởng của độ pH đến kết quả phân tích As(III).
41
2+
2+
2+
2+
5.3 Khảo sát ảnh hương một số ion (Cu ,Pb ,Zn ,Fe ,As(v)…)
trong quá trình khảo sát As(III).
42
2+
5.3.1 Ảnh hưởng của ion Cu
42

5.3.2 Ảnh hưởng của ion Fe2+
43
2+
5.3.3 Ảnh hưởng của ion Pb
44
5.3.4 Ảnh hưởng của ion Zn2+
45
5.3.5 Ảnh hưởng của các ion NO3- và SO4246
5.4 Kết luận về ảnh hưởng của các ion đến kết quả phân tích As (III).
48
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.
49
Kết luận.
49
Hướng phát triển.
50
TÀI LIỆU THAM KHẢO.
51
PHỤ LỤC
53


4

Tôi luôn khắc ghi :
 Công ơn sinh thành và dưỡng dục của Bố Mẹ, sự quan tâm và động viên của
gia đình.
 Sự tận tình hướng dẫn và truyền đạt kiến thức của Thầy TS.Tống Duy Hiển
Tôi xin chân thành cảm ơn:
 Thầy GS. Đặng Mậu Chiến- Giám đốc và các anh chị là cán bộ tại phòng thí

nghiệm công nghệ Nano đã tạo điều kiện cho tôi được thực hành tại phòng thí
nghiệm.
 Các bạn học viên khoa Hóa –Lý ứng dụng trường ĐH Khoa học tự nhiên đã
giúp đỡ tôi tận tình để hoàn thành đề tài này.
 Quý Thầy Cô giáo đã giảng dạy tôi trong suốt thời gian theo học chương
trình.
 Các bạn học viên cao học K5,K6,K7 khoa vật liệu và linh kiện Nano đã động
viên và giúp đỡ hết lòng cho tôi trong quá trình học tập.
 Ban giám hiệu và toàn thể giáo viên đồng nghiệp trong trường THPT Lê
Minh Xuân đã tạo điều kiện để tôi hoàn thành khóa học.
 Các bạn bè và người thân đã động viên đúng lúc.
 Luận văn này thực hiện một phần công việc của đề tài độc lập: Nghiên cứu
chế tạo thử nghiệm thiết bị phân tích tại hiện trường phát hiện As trong môi
trường nước sử dụng điện cực dây nano vàng, mã số ĐTĐT.2011 – G/76. Tôi
xin cảm ơn sự tài trợ về kinh phí của Bộ KHCN cho đề tài này.


5

Danh mục các chữ viết tắt
AAS : Atomic Absorption Spectrometry.
As : Asren
DPP : Differential Pulse Polarography.
Dd : dung dịch
GC – MS : Gas Chromatography – Mass Spectrometry.
KBÔ : Khoảng bất ổn
HG – AAS : Hydride Generation - Atomic Absorption Spectrometry.
HPLC : High Performance Liquid Chromatography.
NPP : Normal Pulse Polarography.
SPP : Square Pulse Polarography.

ppm : Parts per million
ppb : Parts per billion


6

Danh mục các bảng biểu
Bảng 1 : Nồng độ Asen trong nước ở một số nơi trên thế giới
Bảng 3 : So sánh các thông số phân tích Asen của các thiết bị truyền thống và
các thiết bị nano.
Bảng 4.1 : Các hóa chất được pha để dùng trong quá tình thực nghiệm.
Bảng 4.2 : Ảnh hưởng của thế tích góp lên chiều cao peaks As(III).
Bảng 4.3 : Điều kiện thực nghiệm khảo sát thế tích góp và hòa tan As(III).
Bảng 4.4 : Phụ thuộc của cường độ peak As(III) vào thế khởi điểm.
Bảng 4.5 : Điều kiện thực nghiệm khảo sát thế đỉnh As(III).
Bảng 4.6 : Thông số thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nồng độ As(V) lên
thế đỉnh As(III).
Bảng 4.7 : Thông số thực nghiệm khảo sát thế đỉnh As(III) khi tăng nồng độ
As(III)
Bảng 4.8 : Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ quay điện cực trong quá trình khảo sát
As.
Bảng 4.9 : Thông số thực nghiệm xây dựng đường chuẩn nồng độ As(III).
Bảng 5.1: Những thông số thực nghiệm trong quá trình khảo sát ảnh hưởng của
độ pH
Bảng 5.2 : Những thông số thực nghiệm quá trình khảo sát ảnh hưởng của các
ion.
Bảng 5.3 : Thông số thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của ion Cu2+
Bảng 5.4 : Thông số thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của ion Fe2+
Bảng 5.5 : Thông số thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của ion Pb2+
Bảng 5.6 : Thông số thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của ion NO-3 và SO42Bảng 5.7 : Ảnh hưởng của một số ion đến kết quả khảo sát As(III).

7

Danh mục các đồ thị
Hình 4.3 : Ảnh hưởng của thế tích góp lên cường độ peak As(III).
Hình 4.4 : Đường dòng thế của As(III) trong cực phổ tuần hoàn .
Hình 4.5 : Đường dòng thế của As(III) ứng với khởi điểm 0.0V.
Hình 4.6 : Đường dòng thế của As(III) ứng với khởi điểm ứng với các nồng độ
As(V) khác nhau.
Hình 4.7 : Ảnh hưởng của tốc độ quay điện cực lên cường độ peak As(III) thu
được Hình 4.8 : Đồ thị biểu diễn nồng độ As(III) từ 2ppb – 10ppb
Hình 4.9 : Đồ thị biểu diễn nồng độ As(III) từ 10ppb – 100ppb
Hình 4.10:Đồ thị biểu diễn peak As(III) với nồng độ tăng dần.
Hình 5.1 : Ảnh hưởng của pH (từ 1 - 5)lên cường độ peak As(III) thu được
Hình 5.2 : Ảnh hưởng của pH (từ 5 - 9)lên cường độ peak As(III) thu được
Hình 5.3 : Tỉ lệ phần trăm của sự ảnh hưởng của độ pH trong quá trình phân tích
As(III)
Hình 5.4 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của ion Cu2+ đến cường độ peak As(III)
Hình 5.5 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của ion Fe2+ đến cường độ peak As(III)
Hình 5.6 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của ion Pb2+ đến cường độ peak As(III)
Hình 5.7 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của các ion NO-3 và SO42 - đến cường độ
peak As(III)
Hình 5.8: Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng của một số ion lên quá trình khảo sát
As.


8

Danh mục các hình ảnh

Hình 1.1 : Arsen ở dạng thô trong tự nhiên[4].
Hình 1.2 : Nguồn nước bị nhiễm Asen [5]
Hình 1.3: Bệnh lý về da ở người khi bị nhiễm asen[5]
Hình 1.4: Qúa trình phát triển bệnh của người bị nhiễm asen[4]
Hình 3.1 Một số ứng dụng công nghệ nano
Hình 3.2: Cảm biến có kích thước sợi ở mức nano
Hình 3.3: Sơ đồ khối các bước công nghệ để chế tạo sợi nano Au trên đế silic
với lớp điện môi SiN.
Hình 4.1: Các Hình Ảnh của các chíp chứa các sợi nano vàng được sử dụng
trong luận văn để phát hiện As(III)
Hình 4.2 Hệ đo điện hóa phân tích As(III)


9

MỞ ĐẦU
Như chúng ta đã biết vấn đề ô nhiễm thạch tín (Asen) hiện nay đang được
toàn cầu quan tâm vì sử dụng nước nhiễm thạch tín gây nhiều bệnh nguy hiểm như các
bệnh ngoài da, đường ruột, tim mạch,… thậm chí dẫn đến ung thư ở thận, phổi và da.
Đối với thai phụ As có thể qua nhau thai và bào thai làm tổn hại thai nhi và dễ dẫn
đến sảy thai sớm… Các tác hại trực tiếp và gián tiếp do sử dụng nguồn nước nhiễm
thạch tín gây hậu quả rất nghiêm trọng tới đời sống của hàng chục triệu người và thậm
chí của cả nhân loại. Vì vậy nghiên cứu để phát hiện, tách lọc thạch tín cũng như chữa
trị các căn bệnh do nhiễm thạch tín gây ra sự quan tâm rất lớn của các quốc gia và các
tổ chức như WHO và UNICEF. Ở nước ta tình trạng nguồn nước nhiễm thạch tín ở
nhiều vùng đã được cảnh báo trong các phát hiện của công trình nghiên cứu của GS
Phạm Hùng Việt như : Tầng chứa nước nông Holocene là nguồn gây ô nhiễm As,
nhưng các tầng chứa nước sâu Pleistocene ngày càng được khai thác nhiều để cung
cấp nguồn nước an toàn, vì thế cần phải nghiên cứu rõ hàm lượng ô nhiễm As thấp đó
đã được duy trì dưới những điều kiện nào. Sự ô nhiễm asen trong tầng chứa nước

Pleistocene ở khu vực Nam và Đông nam Á dưới tác động của việc khai thác nước
ngầm có thể được làm chậm do sự lưu giữ asen trong quá trình di chuyển [22]. Mặc
dù vậy vẫn chưa thực sự có nhiều nghiên cứu được tiến hành để khẳng định được mức
độ gây hại của việc sử dụng nguồn nước nhiễm As đối với sức khỏe con người. Có
nhiều nguyên nhân để các công việc này chưa được triển khai rộng rãi như các nghiên
cứu này là nghiên cứu đa ngành(phân tích môi trường, y học, thực phẩm), cần phải
được tiến hành trên mẫu nghiên cứu rộng và trong thời gian tương đối dài…Việc
không có được các máy móc để phân tích As nhanh và chính xác tại hiện trường cũng
làm hạn chế việc triển khai các nghiên cứu nói trên.
Các nhà khoa học trong nước và trên thế giới đã và đang nghiên cứu đưa ra
nhiều phương pháp phát hiện và xử lý thạch tín trong nước sinh hoạt nhưng hiệu quả
đạt được chưa cao. Trong thời gian gần đây công nghệ nano với rất nhiều ưu việt trong
lĩnh vực phân tích cũng như xử lý chất độc hại được xem là một trong các công nghệ
có thể đưa ra được giải pháp ưu việt hơn trong vấn đề phát hiện và xử lý As trong
nước. Ví dụ việc sử dụng trộn lẫn các hạt nano vàng vào điện cực cho phép chế tạo ra
các thiết bị nano có khả năng phát hiện thạch tín nhanh, chính xác, hiệu quả và kinh
tế…. Sau đó các nhóm nghiên cứu đã tiếp tục phát triển những bộ cảm biến As khác
như: cảm biến sợi platin, bạc, vàng…trong đó cảm biến dựa trên cấu trúc sợi nano
vàng được quan tâm nhiều nhất do có độ nhạy cao nhất trong việc phát hiện thạch tín.
Trong thời gian vừa qua, Phòng thí nghiệm Công nghệ Nano (LNT), ĐHQG
Tp.HCM đã và đang tiến hành các đề tài nghiên cứu để chế tạo ra các cảm biến phân
tích As dựa trên cấu trúc sợi nano vàng (Au). Trong đề tài này chúng tôi sẽ sử dụng
cảm biến sợi nano vàng (được chế tạo bởi các đồng nghiệp làm) để định lượng nồng
độ thạch tín trong nước, đồng thời khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm


60

TÀI LIỆU THAM KHẢO.
1. Nguyễn Khắc Vinh, Đặng Trung Thuận, Mai Trọng Nhuận, Phạm Hùng

Việt (2001), Hiện trạng ô nhiễm arsen ở Việt Nam, Cục địa chất và khoáng sản
Việt Nam.
2. Phạm Ngọc Hồ (2000), Một số kết quả nghiên cứu Arsen trong môi
trường không khí đô thị, Hội thảo quốc tế về ô nhiễm asen, Hà Nội 12/2000.
3. Đặng Mai (2000), Dị thường asen trong vùng Đồi Bù, Hội thảo quốc tế
về ô nhiễm asen, Hà Nội 12/2000.
4. Từ Vọng Nghi, Trần Tứ Hiếu(1989), Cơ sở hóa phân tích tập 1, dịch từ
tiếng Nga,Nxb Đại học và trung học chuyên nghiệp Hà Nội.
5. Hien Duy Tong et al., Wafer-scale Encapsulated 2 Dimensional
Nanochannels and Its Application toward Visualization of Single Molecules,
submitted to ACS nano, 2011.
6. GS. Pham Hung Viet, Retardation of arsenic transport through a
Pleistocene aquifer, Nature, Vol. 501, p. 204-207, 9/2003..
7. />8. o/arsenic - 2002.htm.
9. Water technology (4/1999), United States, pp.43.
10. />11. />_Million_for_Netherlands_Nanotechnology_Initiative_from_2011-2014.html).
12. />13. Cui, C. M. Lieber, Functional Nanoscale Electronic Devices Assembled
Using Silicon Nanowire Building Blocks, Science, 291, 851, 2001.
14. Gengfeng Zheng et al., Multiplexed electrical detection of cancer
markers with nanowire sensor arrays, Nature Biotechnology 23, 1294 - 1301
(2005).
15. Tong Duy Hiena,b, Tran Nhan Aia, Le Dang Khoaa, Le Thanh Tuyena
Dang Mau Chiena , Fabrication of wafer-scale platinum nanowires and its
application in glucose detection .LNT.
16. F. Patolsky, B.P. Timko, G. Zheng and C.M. Lieber, "Nanowire-Based
Nanoelectronic Devices in the Life Sciences" MRS Bull. 32, 142-149, 2007.
17. Lei Xiao, Gregory G. Wildgoose, Richard G. Compton, Analytica
Chimica Acta, Sensitive electrochemical deetection of arsenic (III) using gold
nanoparticle modified carbon nanotubes via anodic stripping voltammetry, 620
(2008), 44-49.

18. Hong li, Ronald B.Smart (1995), Determination of Sub – nanomolar
concentration of asenic (III) in natural waters by square wave cathodic
stripping voltammetriy, Analytica Chimica Acta 325 (1996), 25 – 32.


61

19. Ram S.sadana (1983), Determination arsenic in the presence of copper
by differential pulse cathodic stripping voltammetriy with the hanging mercury
drop electrode, Analytica Chimistry, vol. 55, No2, 1983.
20. Application Bulletin 226/2e (2001), Determination of arsenic by
stripping voltammetriy at the rotating gold electrode, Metohm.
21. Walter Holak (1980), Determination arsenic by cathodic stripping
voltammetriy with the hanging mercury drop electrode, Analytica Chimistry,
vol. 52, No 13, 1980.
22. Environ (2006), Arsenite and Arsenate Binding to Dissolved Humic
Acids:  Influence of pH, Type of Humic Acid, and Aluminum,. Sci. Technol., , 40
(19), pp 6015–6020
23. Guo-Jun Zhang et al., Label-free direct detection of MiRNAs with silicon
nanowire biosensors, Biosensors and Bioelectronics 24 (2009) 2504–2508.
24. Tsanangurayi Tongesayi , Ronald B. Smart ( 2005), Arsenic Speciation:
Reduction
of
Arsenic(v)
to
Arsenic(iii)
by
Fulvic
Acid,
Environmental

Chemistry,
3(2)
137–141.