(Luận văn thạc sĩ) Phân tích và đánh giá mức độ ô nhiễm đồng, chì trong bụi đường tại thành phố Bắc Ninh
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.66 MB, 75 trang )
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
NGUYỄN THỊ NHUNG
PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ
Ô NHIỄM ĐỒNG, CHÌ TRONG BỤI ĐƯỜNG
TẠI THÀNH PHỐ BẮC NINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
THÁI NGUYÊN-2019
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
NGUYỄN THỊ NHUNG
PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ
Ô NHIỄM ĐỒNG, CHÌ TRONG BỤI ĐƯỜNG
TẠI THÀNH PHỐ BẮC NINH
Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 8.44.01.18
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
Người hướng dẫn khoa học: TS. PHẠM THỊ THU HÀ
THÁI NGUYÊN-2019
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
LỜI CẢM ƠN
Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc của mình tới
TS. Phạm Thị Thu Hà, người đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn, dìu dắt tôi
trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo trường Đại học Khoa Học ĐHTN, Ban chủ nhiệm Khoa Hóa học, các thầy cô giáo và các cán bộ nhân
viên phòng thí nghiệm đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi thực hiện luận
văn này.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, bạn bè đã luôn động viên,
ủng hộ và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại trường
Đại học Khoa Học – Đại Học Thái Nguyên.
Mặc dù đã cố gắng nhưng trong bản luận văn này không tránh khỏi
những sai sót và khiếm khuyết. Tôi rất mong nhận được các ý kiến đóng góp
của quý thầy cô và các bạn để bản luận văn được đầy đủ và hoàn chỉnh hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Tác giả luận văn
Nguyễn Thị Nhung
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................. a
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................... b
DANH MỤC HÌNH .......................................................................................... c
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ........................................................................... 3
1.1. Tổng quan về đồng, chì .............................................................................. 3
1.1.1. Tính chất và tác dụng sinh học của đồng, chì ......................................... 3
1.1.2. Các nguồn gây ô nhiễm đồng, chì ........................................................... 6
1.2. Bụi đường và tác hại của bụi đường đến sức khỏe con người ................... 8
1.3. Các phương pháp xử lý mẫu bụi đường để xác định kim loại ................... 9
1.3.1. Kỹ thuật vô cơ hóa ướt (Xử lý ướt) ...................................................... 10
1.3.2. Kỹ thuật vô cơ hóa khô (Xử lý khô) ..................................................... 13
1.3.3. Phương pháp vô cơ hóa khô - ướt kết hợp. ........................................... 14
1.4. Một số phương pháp hiện đại xác định hàm lượng kim loại nặng .......... 14
1.4.1. Phương pháp quang phổ ........................................................................ 14
1.4.2. Phương pháp phổ khối plasma cảm ứng( ICP-MS) .............................. 20
1.4.3. Phương pháp điện hóa ........................................................................... 22
1.5 Khu vực nghiên cứu .................................................................................. 24
1.5.1 Điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội Thành phố Bắc Ninh ................. 24
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM ................................................................... 27
2.1. Hóa chất, thiết bị sử dụng ........................................................................ 27
2.1.1. Hóa chất................................................................................................. 27
2.1.2. Trang thiết bị ......................................................................................... 27
2.2. Các phương pháp thực nghiệm ................................................................ 27
2.2.1. Vị trí lấy mẫu, phương pháp lấy mẫu và bảo quản ............................... 27
2.2.2. Phương pháp xử lý mẫu để xác định kim loại ...................................... 30
2.2.3 Các phương pháp xác định hàm lượng kim loại .................................... 31
2.3. Xử lý số liệu thực nghiệm ........................................................................ 32
2.4. Một số tiêu chí đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại trong bụi đường. ..... 34
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
2.4.1. Chỉ số tích lũy địa chất (Geoaccumulation Index: Igeo) ...................... 34
2.4.2. Chỉ số ô nhiễm (CF) .............................................................................. 35
2.4.3. Chỉ số rủi ro tiềm năng đối với hệ sinh thái (ER) ................................ 35
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................... 37
3.1. Xây dựng đường chuẩn, xác định LOD và LOQ của Cu, Pb trong
phép đo AAS. ................................................................................. 37
3.1.1. Đường chuẩn, LOD và LOQ của phép đo xác định hàm lượng Cu ..... 37
3.1.2. Đường chuẩn, LOD và LOQ của phép đo xác định hàm lượng Pb ...... 38
3.2. Khảo sát và tối ưu hóa các điều kiện xử lý mẫu bụi trong lò vi sóng ...... 41
3.2.1. Khảo sát tỷ lệ thành phần axit trong quá trình vô cơ hóa mẫu trong lò
vi sóng .............................................................................................. 41
3.2.2. Khảo sát thể tích hỗn hợp axit vô cơ hóa mẫu trong lò vi sóng ........... 43
3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình vô cơ hóa mẫu trong lò
vi sóng ..................................................................................................... 45
3.2.4. Khảo sát tổng thời gian của quá trình xử lý mẫu trong lò vi sóng ........ 46
3.2.5. Đánh giá hiệu suất thu hồi của phương pháp ........................................ 48
3.3. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại trong các mẫu bụi đường............ 49
3.3.1. Kết quả phân tích hàm lượng Cu trong mẫu bụi đường ....................... 49
3.3.2. Kết quả phân tích hàm lượng Pb trong bụi đường ................................ 51
3.4. Đánh giá mức độ ô nhiễm của các kim loại nặng trong bụi đường ......... 53
3.4.1. Chỉ số tích lũy địa chất (Geoaccumulation Index : Igeo) ..................... 53
3.4.2. Chỉ số ô nhiễm (CF) .............................................................................. 56
3.4.3. Chỉ số rủi ro tiềm năng đối với hệ sinh thái (ER) ................................. 57
KẾT LUẬN .................................................................................................... 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 62
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu viết tắt
Tiếng Anh
Tiếng Việt
AAS
Atomic Absorption
Spectroscopy
Phổ hấp thụ nguyên tử
AES
Atomic Emission
Spectroscopy
Phổ phát xạ nguyên tử
F-AAS
Flame Atomic
Absorption
Spectroscopy
Phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa đèn khí
GF-AAS
Graphite furnace
Atomic Absorption
Spectroscopy
Phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa
HCL
Hollow Cathode
Lamp
Đèn catot rỗng
ICP -AES
Inductively coupled
plasma Atomic
Emission
Spectroscopy
Phổ phát xạ nguyên tử
với nguồn cảm ứng cao
tần
ICP – MS
Inductively coupled
plasma mass
spectrometry
Phổ khối plasma cảm
ứng
KCN
Khu công nghiệp
KLN
Kim loại nặng
LOD
Limit of detection
Giới hạn phát hiện
LOQ
Limit of
quantification
Giới hạn định lượng
SPSS
Statistical Product and
Services Solutions
Tên của phần mềm xử lý
thống kê
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Hằng số vật lý của đồng ................................................................... 3
Bảng 1.2: Nguồn thải một số kim loại của một số ngành công nghiệp phổ biến . 8
Bảng 1.3: Nhiệt độ sôi của các dung dịch axit đặc ......................................... 11
Bảng 2.1: Vị trí và kí hiệu mẫu ....................................................................... 28
Bảng 2.2: Các điều kiện đo phổ F-AAS của Cu và Pb ................................... 31
Bảng 2.4: Chương trình hóa nhiệt độ cho lò graphit ...................................... 32
Bảng 2.5: Phân loại mức độ ô nhiễm dựa vào Igeo ............................................ 35
Bảng 2.6: Phân loại mức độ ô nhiễm theo CF [35]............................................ 35
Bảng 2.7: Phân loại các mức độ rủi ro theo ER ................................................ 36
Bảng 3.1. Kết quả đo đường chuẩn của Cu..................................................... 37
Bảng 3.2: Kết quả đo đường chuẩn của Pb trong phép đo F-AAS ................. 39
Bảng 3.3: Kết quả đo đường chuẩn của Pb trong phép đo GF-AAS .............. 40
Bảng 3.4: Hiện tượng quan sát được khi khảo sát tỷ lệ thành phần axit ........ 41
Bảng 3.5: Kết quả khảo sát tỷ lệ thành phần axit............................................ 42
Bảng 3.6: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thể tích hỗn hợp axit đến quá trình
vô cơ hóa mẫu ................................................................................. 44
Bảng 3.7: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình vô cơ hóa mẫu. 45
Bảng 3.8: Kết quả khảo sát thời gian của quá trình vô cơ hóa mẫu trong lò vi sóng. 47
Bảng 3.9: Kết quả khảo sát đối với mẫu thêm chuẩn. .................................... 48
Bảng 3.10: Kết quả phân tích hàm lượng Cu trong các mẫu bụi đường ........ 49
Bảng 3.11: Kết quả phân tích hàm lượng Pb trong các mẫu bụi đường ......... 51
Bảng 3.13: Bảng kết quả giá trị Igeo của Cu .................................................. 54
Bảng 3.14: Bảng kết quả giá trị Igeo của Pb................................................... 55
Bảng 3.16: Bảng kết quả giá trị CF của Cu .................................................... 56
Bảng 3.17: Bảng kết quả giá trị CF của Pb ..................................................... 57
Bảng 3.18: Bảng kết quả giá trị ER của Cu .................................................... 58
Bảng 3.19: Bảng kết quả giá trị ER của Pb..................................................... 59
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Sơ đồ đo phổ hấp thụ phân tử (phổ UV-VIS) ................................. 15
Hình 1.2: Sơ đồ đo phổ AAS .......................................................................... 18
Hình 1.3: Sơ đồ biến đổi mẫu để có phổ MS .................................................. 21
Hình 1.4: Sơ đồ thiết bị cho phép đo ICP-MS ................................................ 21
Hình 1.5. Bản đồ hành chính tỉnh Bắc Ninh ................................................... 24
Hình 2.1: Bản đồ vị trí lấy mẫu ....................................................................... 29
Hình 3.1: Đồ thị đường chuẩn của Cu ............................................................ 38
Hình 3.2: Đồ thị đường chuẩn của Pb trong phép đo F-AAS ......................... 39
Hình 3.3: Đồ thị đường chuẩn của Pb trong phép đo GF-AAS ...................... 40
Hình 3.4: Đồ thị mối quan hệ giữa hàm lượng kim loại (mg/kg) thu được
theo thể tích HF phá mẫu (trong đó VHF +VCường thủy=10ml) .. 42
Hình 3.5: Mối quan hệ giữa hàm lượng kim loại (mg/kg) thu được theo thể
tích hỗn hợp axit dùng để phá mẫu ................................................. 43
Hình 3.6. Mối quan hệ giữa hàm lượng kim loại (mg/kg) thu được theo
nhiệt độ phá mẫu ............................................................................. 46
Hình 3.7: Mối quan hệ giữa hàm lượng kim loại (mg/kg) thu được theo thời
gian phá mẫu ................................................................................... 47
Hình 3.8: Đồ thị phân bố hàm lượng Cu theo các vị trí lấy mẫu .................... 50
Hình 3.9: Đồ thị phân bố hàm lượng Pb theo các vị trí lấy mẫu .................... 52
Hình 3.10: Đồ thị phân bố Chỉ số Igeo của Cu ............................................... 54
Hình 3.11: Đồ thị phân bố Chỉ số Igeo của Pb ............................................... 55
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
MỞ ĐẦU
Ô nhiễm môi trường đang là vấn đề bức xúc đối với xã hội hiện nay, có
tác động xấu đến sức khỏe con người, ảnh hưởng đến các hệ sinh thái và gây
biến đổi khí hậu.
Bắc Ninh là một tỉnh thuộc vùng Đồng bằng sông Hồng và là một trong
8 tỉnh thuộc vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ, đây khu vực có mức độ tăng
trưởng kinh tế cao. Hiện nay Bắc Ninh có 16 KCN trong đó có các KCN lớn
như KCN Sam Sung, KCN Tiên Sơn, KCN Quế Võ….Sự phát triển của các
KCN dẫn tới một lượng lớn khí thải, bụi thải, nước thải…phát tán ra môi
trường, nguy cơ gây ô nhiễm môi trường là rất lớn. Bên cạnh sự phát triển các
KCN, các khu dân cư, đô thị ngày một đông đúc, cùng với đó là mật độ giao
thông ngày một tăng. Khói xe cơ giới và khói xây dựng là nguồn chính gây ô
nhiễm kim loại nặng trong bụi đô thị [1]. Sự phân bố kim loại nặng trong bụi
đô thị ở nhiều nước đã được nghiên cứu, bao gồm Trung Quốc [2, 3], Hồng
Kông [4], Ấn Độ [5], Hàn Quốc [6, 7], Tây Ban Nha [8], Jordan [9] và
Mexico [10]. Ở Trung Quốc, đất đô thị và bụi đường bị ô nhiễm crôm (Cr),
niken (Ni), đồng (Cu), chì (Pb), kẽm (Zn) và cadmium (Cd). Các nhà khoa
học đã nhận thấy giao thông và khí thải công nghiệp là những nguồn chính
gây ô nhiễm kim loại nặng trong bụi [11] và bụi ô nhiễm này ảnh hưởng
nghiêm trọng đến sức khỏe con người [12].
Tại Việt Nam trong đó có tỉnh Bắc Ninh, đặc biệt là khu vực thành phố,
nơi có mật độ dân cư cao cũng như giao thông đông đúc cùng với sự phát
triển mạnh về kinh tế, thì việc nghiên cứu ô nhiễm các kim loại trong bụi
đường còn chưa được quan tâm. Đồng, chì là hai kim loại nặng phổ biến, có
nhiều ứng dụng trong thực tế nên khả năng phát tán ra môi trường là rất cao.
Do đó, tôi lựa chọn đề tài: “Phân tích và đánh giá mức độ ô nhiễm đồng, chì
trong bụi đường tại Thành phố Bắc Ninh”.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
Mục tiêu nghiên cứu:
+ Nghiên cứu quy trình xử lý mẫu bụi đường xác định các kim loại
nặng ( Cu, Pb).
+ Xác định hàm lượng các kim loại Cu, Pb trong mẫu bụi đường bằng
phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử.
+ Đánh giá sự phân bố và mức độ ô nhiễm kim loại Cu, Pb trong mẫu
bụi đường tại khu vực Thành Phố Bắc Ninh.
Nội dung nghiên cứu:
+ Lựa chọn các điều kiện đo phổ AAS của Cu, Pb phù hợp. Xây
dựng đường chuẩn, xác định LOD, LOQ của phép đo Cu, Pb bằng
phương pháp AAS.
+ Khảo sát phương pháp xử lý ướt bằng hỗn hợp axit trong điều kiện lò
vi sóng để tìm ra quy trình xử lý mẫu bụi đường phù hợp nhằm xác định hàm
lượng Cu, Pb trong các mẫu thu được.
+ Áp dụng xác định lượng vết Cu, Pb trong các mẫu bụi nghiên cứu.
+ Đánh giá sự phân bố hàm lượng các kim loại Cu, Pb trong mẫu bụi tại
khu vực thành phố Bắc Ninh và mức độ ô nhiễm của chúng thông qua các
phần mềm xử lý số liệu, và các tiêu chuẩn đánh giá như: Chỉ số tích lũy địa
chất I(geo); chỉ số ô nhiễm (CF), chỉ số rủi ro tiềm năng đối với hệ sinh thái (ER).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về đồng, chì
1.1.1. Tính chất và tác dụng sinh học của đồng, chì
1.1.1.1 Đồng
Đồng là nguyên tố hóa học trong bảng hệ thống tuần hoàn có ký hiệu Cu
và số nguyên tử bằng 29, thuộc nhóm IB.
Bảng 1.1: Hằng số vật lý của đồng
Số thứ tự
29
Khối lượng nguyên tử
63,56
Cấu hình electron
[Ar] 3d104s1
Bán kính nguyên tử (Ao)
1,28
Độ âm điện
1,9
Khối lượng riêng (g/cm3)
8,94
Năng lượng ion hoá (eV)
I1
I2
I3
7,72
20,29
36,20
Đồng là một kim loại có màu vàng ánh đỏ, có độ dẫn điện và độ dẫn
nhiệt cao (trong số các kim loại nguyên chất ở nhiệt độ phòng chỉ có bạc có
độ dẫn điện cao hơn), là kim loại mềm, dễ dát mỏng, dễ kéo sợi. Đồng có lẽ là
kim loại được con người sử dụng sớm nhất do các đồ đồng có niên đại khoảng
năm 8700 trước công nguyên (TCN) đã được tìm thấy. Ngoài việc tìm thấy
đồng trong các loại quặng khác nhau, người ta còn tìm thấy đồng ở dạng kim
loại (đồng tự nhiên) ở một nơi. Đồng đã được ghi chép trong các tư liệu của
một số nền văn minh cổ đại, và nó có lịch sử sử dụng ít nhất là 10.000 năm.
Trong tự nhiên Đồng có thể tìm thấy như là đồng tự nhiên hoặc
trong dạng khoáng chất. Các khoáng chất chẳng hạn như cacbonat
azurite (2CuCO3Cu(OH)2 là các nguồn để sản xuất đồng, cũng như là cát
sunfua như chlcopyrite (CuFeS2), bornit (CuFeS2), bornit (Cu5FeS4),
Covellit (CuS), chalcocit (Cu2S) và các oxit như cuprit (Cu2O). Đồng có
hai đồng vị ổn định là Cu63 và Cu65, cùng với một số đồng vị phóng xạ.
Phần chủ yếu của các đồng vị phóng xạ có chu kỳ bán rã ở mức độ phút
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
hay nhỏ hơn, đồng vị phóng xạ bền nhất Cu64 có chu kỳ bán rã 12,7 giờ, có
hai cách phân rã tạo ra hai sản phẩm khác nhau.
Nguồn tích lũy của kim loại đồng trong tự nhiên đến từ 2 nguồn tự
nhiên và nhân tạo. Đồng được tìm thấy tự nhiên trong các khoáng như
cuprite (Cu2O), malachite (CuCO3.Cu(OH)2, azurite (2CuCO3.Cu(OH)2,
chalcopyrite (CuFeS2), chalcocite (Cu2S), và bornite (Cu5FeS4) và trong
nhiều hợp chất hữu cơ và trong nhiều hợp chất hữu cơ. Ion đồng (II) gắn
kết qua ôxy đối với các tác nhân vô cơ như H2O, OH- , CO32-, SO42-,...đối
với các tác nhân hữu cơ qua các nhóm như phenolic và carboxylic. Vì
vậy hầu hết đồng trong tự nhiên phức hợp với các hợp chất hữu cơ.
Trong đá nham thạch đồng biến động từ 4-200 mg/kg, trong đá trầm tích
2-90 mg/kg. Sự khuếch tán đồng từ các nguồn tự nhiên trung bình trên
khắp thế giới hàng năm từ bụi được mang từ gió 0,9-15 × 103 tấn, cháy
rừng 0,1-7,5 × 103 tấn, hoạt động núi lửa 0,9-18 × 103 tấn [13]. Nguồn
tích lũy nhân tạo đồng xuất phát chủ yếu từ các hoạt động sản xuất đặc
biệt là từ các ngành công nghiệp luyện kim và mạ điện. Theo một số
nghiên cứu, hàm lượng kim loại đồng trong nước thải của các nhà máy
mạ điện
Đồngcócũng
thể lên
là một
đến 200
trongmg/L.
số kim loại có rất nhiều ứng dụng trong các
lĩnh vực công nghiệp khác nhau như: chế tạo dây dẫn điện, các hợp kim
có độ chống mài mòn cao, chế tạo sơn, thuốc trừ sâu…
1.1.1.2. Chì.
Chì (Pb) thuộc phân nhóm chính nhóm IV, chu kỳ 6 trong bảng hệ
thống tuần hoàn. Chì có số thứ tự: Z=82
Khối lượng nguyên tử: 207,2
Cấu tạo electron
: [Xe]4f145d106s26p2
Nhiệt độ nóng chảy : 327,46oC
Nhiệt độ sôi
: 1737oC
Khối lượng riêng
: 11,34 g/cm3
Độ âm điện
: 2,33
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
Trữ lượng trong thiên nhiên của chì là 1.10-4 % tổng số nguyên tử của vỏ
trái đất, tức là nguyên tố ít phổ biến. Chì là kim loại màu xám thẫm, rất mềm.
Ở điều kiện thường chì bị oxy hoá tạo thành lớp oxit màu xám xanh bao
bọc trên mặt bảo vệ chì không tiếp tục bị oxy hoá nữa. Pb tan được trong các
axít. Chì chỉ tương tác ở trên bề mặt với dung dịch axit clohidric loãng và axit
sunfuric dưới 80% vì bị bao bởi lớp muối khó tan (PbCl2 và PbSO4) nhưng
với dung dịch đậm đặc hơn của các axit đó chì có thể tan vì muối khó tan của
lớp bảo vệ đã chuyển thành hợp chất tan:
PbCl2 + 2HCl = H2PbCl2
PbSO4 + H2SO4 = Pb(HSO4)2
Pb dễ dàng tác dụng với axit HNO3 ở bất kỳ nồng độ nào, có thể tan
trong axit axetic và các axit hữu cơ khác.
Hàm lượng chì trung bình trong thạch quyển ước khoảng 1,6x10-3 phần
trăm trọng lượng, trong khi đó trong đất trung bình là 10-3 phần trăm và
khoảng biến động thông thường là từ 0,2x10-3 đến 20x10-3 phần trăm. Chì
hiện diện tự nhiên trong đất với hàm lượng trung bình 10-84 ppm. Chì thường
được tìm thấy ở dạng quặng cùng với kẽm, bạc, và (phổ biến nhất) đồng, và
được thu hồi cùng với các kim loại này. Trong tự nhiên, khoáng chì chủ yếu
là galena (PbS) ngoài ra còn có một số dạng khoáng chứa chì khác như
cerussite (PbCO3) và anglesite (PbSO4).
Trong công nghiệp, kim loại chì được sử dụng vào nhiều lĩnh vực khác
nhau như: công nghiệp chế tạo ắc quy, nhựa, luyện kim... Vì vậy nguồn phát
thải chì nhân tạo chủ yếu từ các hoạt động sản xuất công nghiệp và tiểu thủ
công nghiệp như: công nghiệp luyện kim, ắc quy, sơn, nhựa và các làng nghề
tái chế chì, tái chế nhựa...
Chì được dùng để làm tấm điện cực trong ăc quy, dây cáp điện, đầu đạn
và các ống dẫn trong công nghiệp hoá học. Chì hấp thụ tốt tia phóng xạ và tia
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
Rơnghen nên được dùng làm những tấm bảo vệ khi làm việc với những tia đó.
Chì và các hợp chất của chì đều rất độc, nên khi tiếp xúc cần phải cẩn thận.
Chì là nguyên tố có độc tính cao đối với con người và động vật. Nó xâm nhập
vào cơ thể sống chủ yếu qua con đường tiêu hóa, hô hấp,… Tác động đến tủy
xương và quá trình hình thành huyết cầu tố, nó thay thế canxi trong xương.
Đặc tính nổi bật của chì là sau khi xâm nhập vào cơ thể sống nó ít bị
đào thải mà tích tụ theo thời gian. Khả năng loại bỏ chì ra khỏi cơ thể rất
chậm, chủ yếu qua nước tiểu. Chu kì bán rã của chì trong máu khoảng một
tháng, trong xương từ 20-30 năm 2003.
Sau khi chì xâm nhập vào cơ thể người qua đường nước uống nó tích tụ
lại rồi đến một mức độ nào đó mới gây độc. Khi nồng độ chì trong nước uống
là 0,042 - 1,000 mg/L sẽ xuất hiện triệu chứng bị ngộ độc kinh niên ở người.
Các hợp chất hữu cơ chứa chì có độc tính cao gấp hàng trăm lần so với các
hợp chất vô cơ. Khi bị nhiễm độc chì, nó sẽ gây ra nhiều bệnh như: Giảm trí
thông minh; Các bệnh về máu, thận, tiêu hóa, ung thư,… Sự nhiễm độc chì có
thể dẫn đến tử vong.
Những biểu hiện của ngộ độc chì cấp tính như nhức đầu, tính dễ cáu, dễ
bị kích thích, và nhiều biểu hiện khác nhau liên quan đến hệ thần kinh.
Con người bị nhiễm độc lâu dài đối với chì có thể bị giảm trí nhớ, giảm
khả năng hiểu, giảm chỉ số IQ, xáo trộn khả năng tổng hợp hemoglobin có thể
dẫn đến bệnh thiếu máu.
Chì cũng được biết là tác nhân gây ung thư phổi, dạ dày và u thần kinh
đệm. Nhiễm độc chì có thể gây tác hại đối với khả năng sinh sản, gây sẩy thai,
làm suy thoái nòi giống.
1.1.2. Các nguồn gây ô nhiễm đồng, chì
Trong số tất cả các chất gây ô nhiễm, kim loại nặng là một trong những
tác nhân nguy hiểm nhất trong đó có đồng và chì vì đây là những chất không
phân hủy sinh học và tồn tại lâu trong môi trường. Chúng xâm nhập vào trong
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
môi trường thông qua cả hai nguồn: tự nhiên và con người. Kim loại nặng là
những thành phần tự nhiên của vỏ trái đất, hàm lượng của chúng thường tăng
cao do tác động của con người, đây chính là nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng
chủ yếu khi chúng đi vào môi trường đất và nước. Các kim loại do hoạt động
của con người như As, Cd, Cu, Ni và Zn thải ra ước tính là nhiều hơn so với
nguồn kim loại có trong tự nhiên, đặc biệt đối với chì 17 lần [14]. Kim loại
nặng rất nguy hiểm do có xu hướng tích lũy sinh học. Tích lũy sinh học có
nghĩa là tăng nồng độ của một chất hóa học trong cơ thể sinh vật theo thời
gian so với nồng độ của nó trong môi trường. Các hợp chất tích tụ trong hệ
thống sống khi chúng được đưa vào và được tích lũy nhanh hơn so với bị phá
vỡ (chuyển hóa) hoặc bài tiết.
Các kim loại nặng có thể đi vào nguồn đất, nước và không khí thông qua các
chất thải công nghiệp hay người tiêu dùng giải phóng các kim loại nặng vào
sông suối, hồ, sông, và nước ngầm. Không giống như các chất gây ô nhiễm hữu
cơ, kim loại nặng không phân hủy tạo ra một thách thức rất lớn đối với các biện
pháp khắc phục ô nhiễm. Một thảm họa môi trường nổi tiếng gắn liền với các
kim loại nặng là bệnh Minamata do ô nhiễm thủy ngân ở Nhật Bản. Một số đơn
vị công nghiệp thường thải ra các kim loại nặng độc hại vào môi trường được
liệt kê trong (Bảng 1.1). Một số nước thải ra từ các nhà máy giấy, nhà máy phân
bón có thêm kiềm, amoni, xianua và các kim loại nặng vào các nguồn nước.
Nước thải từ các ngành công nghiệp thuốc nhuộm và bột màu, phim và nhiếp
ảnh, làm sạch kim loại, mạ điện, khai thác mỏ và da có chứa một lượng đáng kể
của các ion kim loại nặng. Ngoài ra thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu và các chất độc
hại khác qua quá trình phân hủy từ từ, các kim loại nặng không bị loại bỏ và vẫn
tồn tại trong đất, trầm tích tại nơi nó được thải ra.
Ngoài các nguyên nhân gây ô nhiễm kim loại nặng ở trên thì bụi cũng là
nguyên nhân gây nên ô nhiễm kim loại nặng phổ biến nhất và ảnh hưởng đến
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
sức khỏe con người. Trong các khu vực đô thị, ô nhiễm kim loại nặng trong
bụi đường phố phát sinh từ vô số nguồn như khí thải của các phương tiện giao
thông, mòn xe ( lốp xe, thân xe, lót phanh,…)
Bảng 1.2: Nguồn thải một số kim loại của một số ngành công nghiệp phổ biến
STT
1
Kim loại
Nguồn phổ biến
Crom (cả hai
Mạ crom, lọc dầu, các ngành công nghiệp mạ điện,
hóa trị III và
da, thuộc da, sản xuất dệt may và chế biến bột giấy
VI)
2
Niken
3
Chì
4
Đồng
5
Kẽm
đơn vị.
Mạ điện, sơn và bột, sản xuất pin, luyện kim và phân
bón supe lân.
Các nguyên liệu từ xăng, xăng pha chì, thuốc trừ sâu,
và pin điện thoại di động.
Ngành công nghiệp mạ điện, công nghiệp nhựa, luyện
kim và công nghiệp khí thải.
Công nghiệp cao su, sơn, thuốc nhuộm, chất bảo quản
gỗ và thuốc mỡ.
Pin niken-cadimi, các ngành công nghiệp mạ điện,
6
Cadmi
phân bón phosphate, chất tẩy rửa, sản phẩm tinh chế
dầu mỏ, bột sơn màu, thuốc trừ sâu, ống mạ kẽm,
nhựa, polyvinyl và nhà máy lọc dầu.
1.2. Bụi đường và tác hại của bụi đường đến sức khỏe con người
Bụi đường là tên chung cho các hạt chất rắn có đường kính nhỏ cỡ vài
micromet đến nửa milimet, tự lắng xuống theo trọng lượng của chúng nhưng
vẫn có thể lơ lửng trong không khí một thời gian sau. Các hạt to hơn có thể
gọi là cát, sỏi. Khi bụi phân tán mạnh trong không khí hay các chất khí nói
chung, hỗn hợp khí và bụi được goi là aerosol rắn. Bụi đường xuất phát từ
đất, từ ma sát trong hoạt động của con người và động vật. Đặc biệt hiện nay ở
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
những nơi dân cư đông đúc, xe cô qua lại nhiều, làm cho lượng bụi trong
không khí tăng cao, ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng cuộc sống.
Ô nhiễm bụi gây ra nhiều tác động ảnh hưởng sức khỏe con người,
không những vậy ảnh hưởng của hạt bụi còn phụ thuộc vào thành phần hóa
học của nó. Bụi chứa các kim loại Pb, Hg gây ra các bệnh nhiễm độc rất nguy
hiểm, bụi quặng và các hợp chất phóng xạ, chất hợp chứa Cr(VI), As,
Cd…gây ra các bệnh ung thư; bụi thạch anh, bụi amiang…gây xơ hóa phổi
[15]. Hơn nữa, ô nhiễm bụi gây ra những ảnh hưởng nhất định đối với môi
trường đất và nước và không khí.
Ở nước ta, lượng bụi chì trung bình trong không khí đô thị và nông thôn
khoảng 1mg/m3 và 0,1-0,2 mg/m3, và con người phải hít vào tương ứng là
1,5-20 mg/ngày và 1,5-4,0 mg/ngày. Theo quy định của tổ chức sức khỏe thế
giới (WHO) giới hạn bụi chì nơi làm việc phải nhỏ hơn 0,005mg/m3. Tuy
nhiên, bụi chì trong khu vực sản xuất công nghiệp cao hơn nhiều lần cho
phép. Dọc các trục lộ giao thông, dù giờ đây không dùng xăng pha chì nữa
nhưng lượng bụi chì cũng không giảm đáng kể.
Con người có thể tiếp xúc với kim loại nặng thông qua hấp thụ da và ăn
các hạt bụi kim loại nặng có thể gây tổn thương DNA, do đó gây ra các tác
động gây đột biến, gây quái thai và gây ung thư ảnh hưởng đến sức khỏe con
người. Cd, As và Cr có thể gây ung thư và Pb ảnh hưởng đến hệ thần kinh và
não. Các triệu chứng phơi nhiễm Pb lâu dài là suy giảm trí nhớ, thời gian
phản ứng kéo dài và giảm khả năng trí tuệ. Hơn nữa, đánh giá có hệ thống về
ảnh hưởng của ô nhiễm không khí ngoài trời lâu dài đến các chức năng tâm lý
cho thấy ô nhiễm không khí xung quanh có liên quan đến rối loạn tâm trạng,
chức năng thần kinh và bệnh thoái hóa thần kinh ở người tiếp xúc lâu dài.
1.3. Các phương pháp xử lý mẫu bụi đường để xác định kim loại
Xử lý mẫu phân tích là một quá trình phức tạp để chuyển các chất, hay
các nguyên tố, các ion cần xác định có trong mẫu đưa về dạng tan trong dung
môi thích hợp, như nước hay dung môi hữu cơ, … để sau đó có thể xác định
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
chúng theo một phương pháp phân tích thích hợp. Tuy vậy, việc xử lý mẫu
được thực hiện theo rất nhiều kỹ thuật có nguyên lý, bản chất, cơ chế vật lý và
hóa học có khi rất khác nhau, tùy theo mỗi loại mẫu và yêu cầu phân tích.
Song một cách khái quát ta có thể phân loại theo một số nguyên tắc, cơ chế về
hóa học, hóa lý và vật lý trong quá trình xử lý mẫu. Vì thế để xác định kim
loại trong bụi đường có các phương pháp xử lý mẫu sau. Đó là các kỹ thuật:
1. Kỹ thuật vô cơ hóa ướt (xử lý ướt)
2. Kỹ thuật vô cơ hóa khô
3. Kỹ thuật vô cơ hóa khô và ướt kết hợp
1.3.1. Kỹ thuật vô cơ hóa ướt (Xử lý ướt)
1.3.1.1. Bằng axit mạnh đặc và có tính ôxy hóa
a. Nguyên tắc và bản chất
Dung dịch axit mạnh và đặc (HCl, H2SO4) hay axit mạnh đặc có tính oxy
hóa mạnh (HNO3,HClO4), hay hỗn hợp 2 axit (HNO3 + H2SO4) hay 3 axit
(HNO3 + H2SO4 + HClO4) để phân hủy mẫu trong điều kiện đun nóng trong
bình Kendan hay trong ống nghiệm chịu nhiệt. Lượng axit thường dùng gấp
10 – 15 lần mẫu, tùy từng loại mẫu. Thời gian xử lý mẫu trong hệ hở, bình
Kendan thường từ vài giờ đến vài chục giờ tùy từng loại mẫu. Còn nếu trong
lò vi sóng hệ kín (có áp xuất) thì chỉ cần khoảng 30 – 60 phút tùy loại mẫu.
Trong quá trình này, các chất hữu cơ đều bị ô xy hóa hết, để giải phóng
các ion kim loại tạo thành các muối vô cơ tan trong dung dịch axit.
Trong xử lý ướt người ta thường dùng các loại dung dịch axit đặc, còn
chọn axit nào là tùy thuộc vào bản chất mẫu và chất cần phân tích có trong
mẫu. Những loại dung dịch axit có thể đưa ra sau đây:
- Các đơn axit đặc: HCl, HNO3, H2SO4, HClO4, …
- Các hỗn hợp 2 axit: cường thủy (HCl+ HNO3), (HNO3+ H2SO4), (HF+
H2SO4)
- Các hỗn hợp 3 axit (HCl+ HNO3+ H2SO4), (HNO3+ H2SO4 + HClO4), …
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
- Các hỗn hợp 1 axit và 1 chất ôxy hóa (H2SO4 + KMnO4), (HNO3+
H2O2), …
- Hỗn hợp 2 axit và 1 muối (HNO3+ H2SO4 + KMnO4)
Nhiệt độ sôi khi xử lý mẫu là phụ thuộc vào nhiệt độ của axit dùng để phân
hủy mẫu. Có thể tham khảo nhiệt độ sôi của các axit trong bảng dưới đây:
Tất nhiên khi dùng hỗn hợp, thì nhiệt độ sôi của dung dịch tùy thuộc vào
các axit thành phần và nhiệt độ sôi của dung dịch sẽ vào khoảng giữa nhiệt độ
của 2 axit trộn với nhau. Vì thế các mẫu khó phân hủy ta phải dùng các axit
có nhiệt độ sôi cao và tính ôxy hóa mạnh.
Bảng 1.3: Nhiệt độ sôi của các dung dịch axit đặc
Với axit đơn
Axit
Nồng độ (%)
o
Nhiệt độ sôi C
HCl
HNO3
H2SO4
H3PO4
HClO4
HF
36
65
98
78
72
40
110
121
280
213
203
120
Với hỗn hợp axit
Loại hỗn hợp
Thành phần (V/V)
Nhiệt độ sôi C
Cường thuỷ (HCl/HNO3)
3/1
116-118
(HNO3+ H2SO4)
4/1
130-135
(HNO3+ H2SO4 )
3/2
150-155
4/2/2
137-140
2/1
130-50
2/1/1
120-130
(HNO3+ H2SO4 + HClO4 )
(HF+ H2SO4 )
(HNO3+ H2SO4 + HF )
o
b. Các kiểu xử lý ướt:
Việc xử lý theo phương pháp ướt, có thể được thực hiện trong các thiết
bị khác nhau tùy thuộc từng phòng thí nghiệm được trang bị loại nào, ví dụ:
+ Trong điều kiện thường, có thể xử lý mẫu:
- Trong cốc thủy tinh, đun nóng trên bếp điện hoặc nồi cách thủy
- Trong bình Kendan thường, khi đun ta có thể dùng phễu thủy tinh úp ngược
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
- Trong bình Kendan và có ống hồi lưu, v.v
+ Trong nồi áp xuất cao. Mẫu để trong hộp kín, thêm dung dịch axit để
phân hủy mẫu, đậy kín sau đó đặt trong:
- Sấy trong tủ sấy, trên bếp cát, trong lò nung
- Luộc trong nồi nước sôi, hay trong dầu đun sôi
+ Xử lý mẫu trong lò vi sóng:
* Trong các hệ lò đơn giản:
- Hệ bình mẫu hở
- Hệ bình mẫu đóng kín (có áp suất cao)
* Trong các hệ nhiều bình và tự động hoàn toàn:
- Hệ bình cầu hở, có khống chế nhiệt độ
- Hệ bình mẫu đóng kín (áp suất cao), có khống chế nhiệt độ, áp suất.
Trong các kiểu xử lý ướt này, hiện nay kỹ thuật ướt với axit đặc có tính ô
xy hóa mạnh trong bình Kendan và trong lò vi sóng hệ kín (áp suất cao) đang
được dùng nhiều. Với các nước phát triển, phổ biến hiện nay là cách xử lý
trong lò vi sóng. Vì nó triệt để, nhanh, không mất chất phân tích.
Ứng dụng chủ yếu của kỹ thuật này là để xử lý mẫu phân tích các kim
loại và một số anion vô cơ, như Cl-, Br-, I-, SO42-, PO43-, v..v trong các loại
mẫu sinh học, mẫu hữu cơ, mẫu vô cơ, mẫu môi trường, đất, nước, bụi không
khí, kim loại, hợp kim, … Kỹ thuật này không áp dụng cho việc phân tích các
chất hữu cơ.
Để đánh giá ô nhiễm kim loại nặng trong mẫu bụi đường tại Jeongeup –
Nam Hàn Quốc, tác giả Jin Ah Kim và cộng sự [6] đã tiến hành xử lý mẫu
như sau: Cân 0,2g mẫu đã được nghiền mịn cho vào bình Teflon. Thêm HCl
đậm đặc (3mL), HNO3 (2mL), HClO4 (1mL) và HF (2mL) làm nóng đến
1100C sau đó cô cạn ở nhiệt độ 1600C. Để nguội, làm lạnh bằng 1mL HNO3
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
đậm đặc và 19mL HNO3 1% được thêm tuần tự vào các bình đậy nắp và làm
nóng trong tủ sấy ở 1000C trong 30 phút.
Tác giả Christoforidis A. và các cộng sự [16] cũng tiến hành xử lý mẫu
để xác định hàm lượng kim loại nặng trong bụi đường và đất ven đường dọc
theo quốc lộ lớn ở vùng Kavala, Hy Lạp bằng cách: Cân 0,5g mẫu vào bình
phá mẫu thêm 10Ml HNO3 đậm đặc sau đó tiến hành vô cơ hóa mẫu trong lò
vi sóng với chương trình như sau: 700 W, thời gian giữ 10 phút 1000 W, thời
gian giữ 10 phút (thời lượng của chương trình: 35 phút, tối đa T= 260 °C, tối
đa P= 30 bar).
1.3.2. Kỹ thuật vô cơ hóa khô (Xử lý khô)
Kỹ thuật vô cơ hóa khô là kỹ thuật nung để xử lý mẫu, song thực chất
chỉ là bước đầu tiên của quá trình xử lý. Vì sau khi nung, mẫu bã (tro) còn lại
phải được hòa tan (xử lý tiếp) bằng dung dịch muối, hay dung dịch axit phù
hợp, để chuyển các chất phân tích vào dung dịch và sau đó xác định nó theo
một phương pháp lựa chọn. Quá trình nung mẫu có thể không thêm chất phụ
gia, chất bảo vệ, hay có thêm các chất này vào mẫu, để trợ giúp cho việc nung
chảy xẩy ra tốt hơn, nhanh hơn, bảo vệ được chất cần phân tích không bị mất.
* Ưu điểm chính của phương pháp xử lý mẫu này là:
+ Thao tác và cách làm đơn giản
+ Không phải dùng nhiều axit đặc tinh khiết cao đắt tiền
+ Xử lý được triệt để, nhất là các mẫu nền hữu cơ
+ Đốt cháy hết các chất hữu cơ, vì thế làm dung dịch mẫu thu được sạch.
* Nhược điểm: Có thể mất một số chất dễ bay hơi, ví dụ như Cd, Pb, Zn,
Sn, Sb… nếu không có chất phụ gia và chất bảo vệ.
* Phạm vi áp dụng: phương pháp xử lý khô này được dùng chủ yếu để
xử lý mẫu xác định các kim loại và một số phi kim trong các đối tượng mẫu
vô cơ và hữu cơ. Cách này cũng không dùng được cho phân tích các chất hữu
cơ và một số phi kim và anion, vì khi phân hủy các chất này bị phân hủy hay
bị loại hết.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
1.3.3. Phương pháp vô cơ hóa khô - ướt kết hợp.
Nguyên tắc của phương pháp này là mẫu được phân huỷ trong chén hay
cốc nung. Trước tiên người ta thực hiện xử lý ướt sơ bộ bằng một lượng nhỏ
axit và chất phụ gia, để phá vỡ sơ bộ cấu trúc ban đầu của các hợp chất mẫu
và tạo điều kiện giữ một số nguyên tố có thể bay hơi khi nung. Sau đó mới
nung ở nhiệt độ thích hợp. Vì thế lượng axit dùng để xử lý thường chỉ bằng
1/4 hay 1/5 lượng cần dùng cho xử lý ướt. Sau đó nung sẽ nhanh hơn và quá
trình xử lý sẽ triệt để hơn xử lý ướt, đồng thời lại hạn chế được sự mất của một
số kim loại khi nung. Do đó đã tận dụng được ưu điểm của cả hai phương pháp
xử lý ướt và xử lý khô, nhất là giảm bớt được các hoá chất (axit hay kiềm tinh
khiết cao) so với khi xử lý ướt, sau đó hoà tan tro mẫu sẽ thu được dung dịch
mẫu trong suốt, vì không còn chất hữu cơ và sạch hơn tro hoá ướt bình thường.
Các quá trình vật lý và hoá học xẩy ra khi xử lý là tương tự như trong xử
lý ướt và khô đã nêu ở trên, song ở đây là sự kết hợp cả hai kế tiếp nhau.
Trong đó xử lý ướt ban đầu là để bảo vệ một số nguyên tố cho xử lý khô tiếp
theo không bị mất. Cách này thích hợp cho các mẫu có nền (matrix) là chất
hữu cơ như rau quả, thực phẩm… thường dùng để xử lý xác định các kim loại
-
-
2-
3-
và một số anion vô cơ như Cl , Br , SO4 , PO4 …. Những phòng thí nghiệm
không có thiết bị lò vi sóng, thì đây là một cách tốt cho việc xử lý mẫu xác
định các kim loại nặng trong các đối tượng mẫu sinh học, mẫu môi trường và
quặng đất đá.
1.4. Một số phương pháp hiện đại xác định hàm lượng kim loại nặng
1.4.1. Phương pháp quang phổ
1.4.1.1. Phổ hấp thụ phân tử (UV-VIS)
Nguyên tắc xác định của phương pháp phổ hấp thụ phân tử là dựa trên việc đo
độ hấp thụ ánh sáng (hay độ truyền qua T) của một dung dịch phức tạo thành
giữa ion cần xác định với một thuốc thử vô cơ hay hữu cơ trong môi trường.í
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
ch hợp khi được chiế
Hình 1.1: Sơ đồ đo phổ hấp thụ phân tử (phổ UV-VIS)
(1) - Nguồn sáng ; (2) - Hệ tán sắc ; (3) – Khe hẹp ; (4) cuvet chứa mẫu ;
(5) Detector ; (6) – Bộ phận hiển thị kết quả
Độ truyền qua T được tính: T=I/Io hay %T=(I/Io)*100
Độ hấp thụ A : A= - logT
Phương pháp định lượng theo phương trình cơ bản:
A = K.C hoặc T=K.C
Trong đó:
A: độ hấp thụ quang của chất (T : độ truyền qua của chất)
K: hằng số thực nghiệm
C: nồng độ của chất phân tích
Phương pháp này có độ nhạy không cao, cho phép xác định nồng độ chất
ở khoảng 10-5M - 10-7M và là một trong các phương pháp được sử dụng khá
phổ biến. Tuy nhiên phương pháp này chịu nhiều yếu tố ảnh hưởng như : pH,
thuốc thử, các ion có mặt trong dung dịch…
Để tăng độ nhạy và giảm bớt các khâu chuẩn bị, làm giàu nồng độ các
kim loại [17] sử dụng phương pháp phổ đạo hàm để xác định đồng ở mức vi
lượng. Phương pháp này cũng để xác định một số kim loại trong các hỗn hợp.
Ví dụ để xác định đồng và sắt trong hỗn hợp, Alula và các cộng sự dùng
thuốc thử 8-hydroxyquinoline đo phổ đạo hàm bậc 1 của sắt ở 367nm và của
đồng ở 414 nm, khoảng tuyến tính của cả hai nguyên tố đều từ 2-12 μg/mL,
áp dụng cho các mẫu tổng hợp và các mẫu dược phẩm [18].
Tương tự Li và Han và cộng sự [19] đã phát triển phương pháp quang
phổ đạo hàm mới cho việc xác định Cu2+, Zn2+, Cd2+, Hg2+ và Pb+ sử dụng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
thuốc thử meotetra (3-methoxy-4-hydroxylphenyl) porphyrin. Việc xác định
đồng thời hỗn hợp ion kim loại gặp một vấn đề lớn do sự chồng chéo của các
phổ. Tuy nhiên, các tác giả đã giải quyết vấn đề này bằng cách xử lý phổ ban
đầu thông qua các công cụ chemometric.
Tóm lại, phương pháp trắc quang có độ nhạy, độ ổn định và độ chính xác
khá cao, được sử dụng nhiều trong phân tích vi lượng. Tuy nhiên, nhược điểm
của phương pháp này là không chọn lọc, một thuốc thử có thể tạo phức với
nhiều ion. Chính vì vậy đối với việc phân tích các kim loại nặng trong mẫu
bụi đường, do thành phần mẫu phức tạp và đặc biệt nhiều kim loại ở cỡ nồng
độ ppb nên phương pháp này không đủ độ nhạy và độ chọn lọc nên rất ít được
sử dụng.
1.4.1.2. Phổ phát xạ nguyên tử (AES)
Về mặt nguyên tắc, ở điều kiện thường nguyên tử không thu hay phát ra
năng lượng, nhưng nếu bị kích thích thì các điện tử hoá trị sẽ nhận năng lượng
chuyển lên trạng thái có năng lượng cao hơn (trạng thái kích thích). Trạng
thái này không bền, chúng có xu hướng giải phóng năng lượng để trở về trạng
thái ban đầu bền vững dưới dạng các bức xạ. Các bức xạ này được gọi là phổ
phát xạ của nguyên tử. Như vậy, phương pháp AES dựa trên sự xuất hiện phổ
phát xạ của nguyên tử tự do của nguyên tố phân tích ở trạng thái khí khi có sự
tương tác với nguồn năng lượng phù hợp, các bước để đo phổ AES của mẫu
phân tích như sau [20].
Bước 1 : Thực hiện quá trình hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu phân tích
bằng một nguồn năng lượng phù hợp.
Bước 2 : Kích thích tiếp cho đám hơi nguyên tử phát xạ
Bước 3 : Thu, phân ly và ghi phổ của mẫu nhờ hệ thống máy quang phổ
Ban đầu phương pháp quang phổ phát xạ được sử dụng trong hóa phân
tích với hai nguồn là hồ quang điện và tia lửa điện, đến năm 1928 Lunegardh
đã chứng minh có phổ AES bằng nguồn ngọn lửa của không khí- axetylen với
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
hệ phun khí mao dẫn, và áp dụng cho phân tích nông nghiệp. Tuy nhiên kỹ
thuật này đã bị lãng quên cho đến khi Greenfield ở Anh và Fasselin - Mỹ phát
triển sử dụng nguốn plasma cảm ứng cao tần (ICP), kỹ thuật này đã loại bỏ
được những vấn đề liên quan đến nguồn ngọn lửa, hồ quang và tia điện [21].
Cơ sở của phân tích định lượng theo AES là dựa vào mối quan hệ giữa
cường độ vạch phổ phát xạ và nồng độ nguyên tố cần phân tích theo phương
trình Lômaskin – Schraibơ là:
I = a.Cx
Nhìn chung, phương pháp AES đạt độ nhạy rất cao (thường từ n.10 -3 đến
n.10-4 %, đặc biệt nếu dùng nguồn kích thích là ICP thì độ nhạy có thể lên đến
n.10-5 đến n.10-6% ), lại tốn ít mẫu, có thể phân tích đồng thời nhiều nguyên tố
trong cùng một mẫu. Vì vậy, đây là phương pháp dùng để kiểm tra đánh giá
hoá chất, nguyên liệu tinh khiết, phân tích lượng vết ion kim loại độc trong
nước, lương thực, thực phẩm .
Với sự ưu việt của nguồn plasma cao tần cảm ứng (có năng lượng lớn
nhiệt độ từ 5000-10000oC nên hiệu suất nguyên tử hóa cao, hóa hơi được hầu
hết mọi trạng thái của vật liệu do đó có độ nhạy cao và ổn định tốt, ít bị ảnh
hưởng của chất nền) nên phương pháp ICP-AES được sử dụng rất phổ biến để
xác định hàm lượng vết các kim loại.
1.4.1.3. Phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
Phổ hấp thụ nguyên tử là thuật ngữ được sử dụng cho việc đo các bức xạ
hấp thụ bởi các nguyên tử. Phổ này lần đầu tiên được sử dụng bởi Guystav
Kirchhoff và Robert Bunsen năm 1859 và 1860, tuy nhiên việc ứng dụng
phương pháp này trong phân tích bị trì hoãn gần một thế kỷ bởi vấn đề cần độ
phân giải cao để định lượng một cách chính xác [22]. Đến năm 1953, Walsh
xuất sắc vượt qua vấn đề này bằng cách sử dụng một nguồn sáng có bước
sóng xác định (nguồn đơn sắc), đây cũng là ý tưởng mà Alkemade theo đuổi
một cách độc lập, nghiên cứu của ông được xuất bản vào năm 1955 [23].
Về nguyên tắc: Khi nguyên tử tồn tại tự do ở thể khí và ở trạng thái năng
lượng cơ bản, thì nguyên tử không thu hay không phát ra năng lượng. Tức là
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
