NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH DẠNG MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG TRẦM TÍCH SÔNG

NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH DẠNG MỘT SỐ KIM LOẠI
NẶNG TRONG TRẦM TÍCH SÔNG

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Dung
Lớp: Công nghệ hóa k10
Giáo viên hướng dẫn: Ths. Phạm Thị Thu Hà


MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, khi thế giới đang trên con đường phát triển ở mức
toàn cầu hóa thì vấn đề ô nhiễm môi trường được đặt ra hết sức cấp thiết. Tốc độ
ô nhiễm ngày càng nhanh, mức độ ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng và ảnh
hưởng lớn đến hệ sinh thái toàn cầu, và vấn đề ô nhiễm kim loại nặng như cadimi
(Cd), chì (Pb), crom (Cr), kẽm (Zn), đồng (Cu)...trong môi trường đất, nước,
không khí đã tác động đến sức khỏe con người và các sinh vật, gây ra sự phá vỡ
nhiều quá trình chuyển hóa và cân bằng sinh thái do độc tính và khả năng tích lũy
của chúng. Những nguyên tố này khác với hầu hết các chất gây ô nhiễm khác,
không phân hủy sinh học và không trải qua một chu kỳ sinh thái sinh học chung
mà trong đó nước là con đường chính [16].
Kim loại trong đất và trầm tích có thể bị hòa tan và đi vào môi trường nước tùy
thuộc vào các điều kiện lý hóa của nước như: hàm lượng tổng các muối tan, trạng
thái oxi hóa khử, các chất hữu cơ tham gia tạo phức với kim loại...[19], [21].


Tùy thuộc vào thành phần cấu tạo và các điều kiện địa chất, kim loại có thể phân chia thành các dạng hóa học khác
nhau có liên quan với một loại các pha hữu cơ và vô cơ. Nhiều công bố đã tập trung vào việc nghiên cứu hàm lượng tổng
kim loại trong đất và trầm tích [5], [18], [19], [20]. Tuy nhiên, nó chỉ đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá mức độ ô
nhiễm mà không thể cung cấp đủ các thông tin về sự biến đổi, khả năng tích lũy sinh học và khả năng di động của kim loại
trong những điều kiện môi trường khác nhau. Độc tính và mức độ ảnh hưởng sinh học của chúng không chỉ phụ thuộc vào
hàm lượng tổng của chúng mà còn phụ thuộc vào các dạng hóa học mà chúng tồn tại, gọi là các dạng kim loại [2]. Khi kim

loại tồn tại ở dạng trao đổi hoặc cacbonat thì khả năng đáp ứng sinh học tốt hơn so với kim loại được lưu giữ trong cấu
trúc

tinh

thể

của

trầm

tích

[19].


Chính vì vậy, việc phân tích hàm lượng tổng số các kim loại nặng chưa đủ để đánh giá mức độ gây ra ô nhiễm môi trường
mà vấn đề là ở việc phân tích dạng hóa học (trạng thái tồn tại) của các kim loại nặng để thấy các dạng đó có liên quan tới mức
độ độc như thế nào.
Trong những năm qua, với việc sử dụng các kĩ thuật và dụng cụ phân tích hiện đại, trên thế giới đã có nhiều công trình
nghiên cứu về mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong đất và trầm tích [22], [23], [26].
Ở nước ta cũng có một số công trình bước đầu phân tích dạng tồn tại của các kim loại nặng trong các môi trường và thu
hút sự quan tâm của nhiều nhà phân tích [5], [6], [7], [29], [30].
Có nhiều phương pháp đã được lựa chọn nhưng xét về độ nhạy, độ chọn lọc, khả năng phân tích một loạt mẫu ở các đối
tượng khác nhau và về mặt kinh tế thì phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử được đánh giá cao hơn cả.


Do vậy, đứng trước thực trạng ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng và sự cần thiết của việc phân tích dạng các
kim loại đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường mà chúng tôi chọn nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu phân tích dạng một số
kim loại nặng trong trầm tích sông’’. Với địa bàn nghiên cứu chính là lưu vực sông Cầu thuộc tỉnh Thái Nguyên theo các

mục tiêu cụ thể là:

1.Nghiên cứu quy trình chiết chọn lọc để tách các dạng liên kết của kim loại Cu trong một số cột trầm tích thuộc
lưu vực sông cầu khu vực đi qua thành phố Thái Nguyên

2.Xác định hàm lượng của các dạng kim loại Cu trong các mẫu trầm tích trên.
3.Đánh giá sự tích lũy các dạng kim loại Cu theo chiều sâu của cột trầm tích và theo vị trí của cột trầm tích.


1. Đối tượng nghiên cứu
Kí hiệu cột mẫu

Tọa độ

Vị trí

o
N: 21 35’56,4”

SC07

E:

0

SC03

Độ sâu

A1

0-10

A2

10-20

A3

20-30

A4

30-40

A5

40-50

A6

50-60

A7

60-70

A8

70-80

B1

0-10

B2

10-20

B3

20-30

B4

30-40

B5

40-50

B6

50-60

B7

60-70

Phía sau cầu Gia Bẩy

o
105 50’20,7”

N: 21 34’10,2’’
0
E: 105 51’56,9’’

Kí hiệu mẫu

Gần ngòi Trại Bầu


2. Nội dung nghiên cứu

- Xây dựng đường chuẩn định lượng Cu.
- Bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử với kĩ thuật nguyên tử hóa ngọn lửa (F-AAS) phân tích định
lượng các dạng trao đổi, dạng liên kết với cacbonat (F1,2), dạng liên kết với Fe-Mn oxi hiđroxit (F3), dạng liên kết
với hữu cơ (F4) của Cu theo quy trình chiết chọn lọc
- Xử lý và đánh giá kết quả thực nghiệm


3. Trang thiết bị và hóa chất phục vụ nghiên cứu
Trang thiết bị

Hóa chất

-4
- Cân phân tích chính xác đến 10 g

1. Axit HNO3 65%

- Máy lắc, máy đo pH

2. CH3COOH 99%

- Hệ thống máy quang phổ F-AAS (Model AAS Solar M5)
- Bếp điện, tủ hốt, máy sấy
- Ống đong 100ml, các loại pipet, cốc, bình định mức, phễu,
giấy lọc, lam kính
Dụng cụ trước khi sử dụng đều được rửa trước bằng xà phòng,
sau đó ngâm bằng HNO3 20% trong 24h rồi tráng lại 3 lần
bằng nước cất.

3. Axit HCl 37%
4. CH3COONH4 tinh thể
5. CH3COONa.3H2O tinh thể
6. H2O2 30%
7. NaHCO3 tinh thể
8. Axit ascorbic tinh thể
9. Natri citras tinh thể
10. Dung dịch chuẩn Cu

2+

1000 ppm

Các hóa chất đều là loại tinh khiết phân tích của Merck

4. Quy trình phân tích dạng kim loạ i
Dạng kim loại

Điều kiện chiết

Dạng trao đổi, dạng liên kết

Cân chính xác 2g mẫu vào cốc thủy tinh chịu nhiệt 50 ml, thêm 20ml CH 3COONa 1M và 3ml CH3CHOOH 5M, đậy miệng

với cacbonat (F1,2)

cốc bằng tấm bóng thủy tinh và lắc liên tục trong 6 giờ bằng máy lắc ở nhiệt độ phòng. Sau lọc bằng giấy lọc để thu dịch chiết
chứa Đồng ở dạng F1,2

Dạng liên kết với Fe- Mn

Cân chính xác 2g mẫu vào cốc thủy tinh chịu nhiệt 50ml, thêm 25ml dung dịch (20g ascorbic, 50g natri citras, 50g NaHCO 3

oxit (F3)

trong 1 lít), đậy miệng cốc bằng tấm bóng thủy tinh và lắc liên tục trong 24 giờ bằng máy lắc ở nhiệt độ phòng. Sau lọc bằng
giấy lọc để thu dịch chiết chứa Đồng ở dạng F3

Dạng liên kết với hữu cơ

Cân chính xác 1g mẫu vào cốc thủy tinh chịu nhiệt 50ml, thêm 11ml dung dịch H 2O2 30% ( PH=5) đậy miệng cốc bằng tấm

(F4)

0

bóng thủy tinh và đun trên bếp ở 85 C có thỉnh thoảng lắc trong 5 giờ. Sau đó để nguội tới nhiệt độ phòng, thêm 25ml
CH3COONH4 1M (PH=2) và lắc liên tục trong 10 giờ bằng máy lắc ở nhiệt độ phòng. Sau lọc bằng giấy lọc để thu dịch chiết
chứa Đồng ở cả 4 dạng (F1,2; F3 và F4), kí hiệu là dạng F1÷4


5. KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
5.1 Điều kiện đo phổ F-AAS của Cu
STT

Các thông số máy

Các điều kiện được lựa chọn

1

Nguồn sáng

HCL

2

Cường độ dòng đèn (mA)

3

Bước sóng (nm)

4

Độ rộng khe đo (mm)

5

Khí sử dụng

6

Tốc độ khí C2H2 (lít/phút)

2

7

Tốc độ không khí (lít/phút)

10

10

324,8
0,7
C2H2/KK


5.2. Xây dựng đường chuẩn của Cu
Do các dung dịch chiết chọn lọc có ảnh hưởng đến phép đo phổ hấp thụ nguyên tử của các kim loại nên chúng
tôi xây dựng đường chuẩn của Cu ở các nền riêng biệt theo các dạng chiết của chúng, nhằm đảm bảo độ chính xác của
phép phân tích.
Việc xây dựng đường chuẩn được tiến hành như sau:
1. Pha một dãy các dung dịch Cu2+ ở các nồng độ khác nhau từ dung dịch chuẩn gốc 1000 mg/l và trong 3 nền

khác nhau.
+ Nồng độ của các dung dịch được pha là:
Cu2+: 0,05 mg/l; 0,1 mg/l; 0,2 mg/l; 0,4 mg/l; 1 mg/l


+ Thành phần của 5 dung dịch nền là:
Nền 1 là dung dịch CH COOH 5M và dung dịch CH COONa 1M
3
3
Nền 2 là dung dịch (20g axit ascorbic, 50g natri citras, 50g NaHCO tinh thể trong 1 lít)
3
Nền 3 là dung dịch H O 30% (PH=5) và dung dịch CH COONH 1M (PH=2)
2 2
3
4
2. Tiến hành đo phổ hấp thụ nguyên tử của Cu theo các điều kiện tối ưu đã chọn được kết quả như sau :


a. Dạng trao đổi, dạng liên kết với cacbonat (F1,2)
Bảng 1: kết quả đo đường chuẩn của Cu trong nền F1,2

STT

Nồng độ
(ppm)

Độ hấp thụ quang (A)

1

0.0000

0.0002

2

0.0500

0.0042

3

0.1000

0.0052

4

0.2000

0.0076

5

0.4000

0.0126

6

1.0000

0.0346


Hình 1: Đường chuẩn của Cu trên nền F1,2

Độ hấp thụ quang (A)

0.04

f(x) = 0.03x + 0
0.04 R² = 0.99
0.03
0.03
0.02
0.02
0.01
0.01
0

0

0.2

0.4

0.6

0.8

Nồng độ (ppm)

1

1.2


b. Dạng liên kết với Fe-Mn oxit (F3)

Bảng 2: kết quả đo dường chuẩn của cu trong nền F3

STT

Nồng độ
(ppm)

Độ hấp thụ quang (A)

1

0.0000

0.0000

2

0.0500

0.0043

3

0.1000

0.0054

4

0.2000

0.0077

5

0.4000

0.0129

6

1.0000

0.0348


Hình 2: Đường chuẩn của Cu trên nền F3

Độ hấp thụ quang (A)

0.04

f(x) = 0.03x + 0
0.04 R² = 0.99
0.03
0.03
0.02
0.02
0.01
0.01
0

0

0.2

0.4

0.6

Nồng độ (ppm)

0.8

1

1.2


c. Dạng liên kết F1÷4

Bảng 3: kết quả đo đường chuẩn của Cu trong nền F 1÷4

STT

Nồng độ
(ppm)

Độ hấp thụ quang (A)

1

0.0000

0.0000

2

0.0500

0.0043

3

0.1000

0.0054

4

0.2000

0.0077

5

0.4000

0.0129

6

1.0000

0.0348


Hình 3: Đường chuẩn của Cu trên nền F1÷4
0.04

Độ hấp thụ quang (A)

f(x) = 0.03x + 0
0.04 R² = 0.99
0.03
0.03
0.02
0.02
0.01
0.01
0

0

0.2

0.4

0.6

Nồng độ (ppm)

0.8

1

1.2


5.3. Kết quả thực nghiệm
5.3.1 Kết quả của phép đo F-AAS đối với Đồng
Sau khi chuẩn bị và xử lý mẫu phân tích, tiến hành đo phổ bằng phương pháp F-AAS theo thứ tự:
- Blank
- Các dung dịch của dãy chuẩn
- Mẫu trắng (mẫu F5)
- Mẫu phân tích


Bảng 4: Kết quả của phép đo F-AAS của các dung dịch sau khi chiết
Hàm lượng các dạng của Đồng (ppm)
Cột

SC07

SC03

Mẫu
F1,2

F3

F1÷4

A1

0.34

0.12

0.86

A2

0.31

0.07

0.77

A3

0.25

0.08

0.62

A4

0.32

0.1

0.79

A5

0.34

0.1

0.73

A6

0.28

0.07

0.73

A7

0.15

0.08

0.41

A8

0.21

0.15

0.63

B1

0.24

0.05

0.55

B2

0.18

0.01

0.5

B3

0.12

0.02

0.4

B4

0.14

0.06

0.46

B5

0.16

0.04

0.41

B6

0.17

0.03

0.37

B7

0.15

0.01

0.56


5.3.2. Kết quả tính toán hàm lương kim loại Cu trong trầm tích
Dựa vào công thức tính hàm lượng kim loại:
mtb =Vx.Cx/mx
Trong đó:
mtb : là hàm lượng kim loại trong 1g mẫu trầm tích khô (µg/g)
Vx: thể tích dung dịch dùng để chiết (ml)
(F1,2: V1= 23ml; F3: V2= 25 ml; F1÷4: V3= 36ml)
Cx: nồng độ đo được của dạng chiết (µg/ml)
mx: khối lượng trầm tích khô đem chiết (g)
(F1,2: m1= 2g; F3: m2= 2g; F1÷4: m3= 1g)


Bảng 5: Hàm lượng các dạng kim loại Cu trong trầm tích khô (µg/g)
Cột

SC07

SC03

Mẫu

F1,2

F3

F1÷4

A1

3.910

1.500

30.960

A2

3.565

0.875

27.720

A3

2.875

1.000

22.320

A4

3.680

1.250

28.440

A5

3.910

1.250

26.280

A6

3.220

0.875

26.280

A7

1.725

1.000

14.760

A8

2.415

1.875

22.680

B1

2.760

0.625

19.800

B2

2.070

0.125

18.000

B3

1.380

0.250

14.400

B4

1.610

0.750

16.560

B5

1.840

0.500

14.760

B6

1.955

0.375

13.320

B7

1.725

0.125

20.160


5.3.3. Kết quả tính toán hàm lượng các dạng của kim loại Cu
Dựa vào công thức:
mF4= mF1÷4 – mF3 – mF1,2
Trong đó:
mF4: là khối lượng Cu ở dạng F4 (µg/g)
mF3: là khối lượng Cu ở dạng F3(µg/g)
mF1,2: là khối lượng Cu ở dạng F2 (µg/g)
MF1÷4: là tổng khối lượng Cu ở các dạng F1,2; F3; F4 (µg/g)

 


Bảng 12: Hàm lượng các dạng của kim loại Cu (µg/g)
Cột

SC07

SC03

Mẫu

F1,2

F3

F4

A1

3.910

1.500

25.550

A2

3.565

0.875

23.280

A3

2.875

1.000

18.445

A4

3.680

1.250

23.510

A5

3.910

1.250

21.120

A6

3.220

0.875

22.185

A7

1.725

1.000

12.035

A8

2.415

1.875

18.390

B1

2.760

0.625

16.415

B2

2.070

0.125

15.805

B3

1.380

0.250

12.770

B4

1.610

0.750

14.200

B5

1.840

0.500

12.420

B6

1.955

0.375

10.990

B7

1.725

0.125

18.310


5.4. Nhận xét kết quả
5.4.1. Sự phân bố hàm lượng của kim loại Cu theo độ sâu của từng dạng

4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0

3
2.5
2
1.5
1

Hình 4: Dạng trao đổi, liên kết với cacbonat (F1,2)

0.5

A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8
SC07

0

B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7
SC03