(Luận văn thạc sĩ) xác định lượng vết thủy ngân bằng phương pháp chiết pha rắn quang học

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

PHÙNG THỊ THU HUYỀN

XÁC ĐỊNH LƢỢNG VẾT THỦY NGÂN BẰNG PHƢƠNG PHÁP
CHIẾT PHA RẮN – QUANG HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2012


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

PHÙNG THỊ THU HUYỀN

XÁC ĐỊNH LƢỢNG VẾT THỦY NGÂN BẰNG PHƢƠNG PHÁP
CHIẾT PHA RẮN – QUANG HỌC

Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số
: 60 44 29

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS. Nguyễn Xuân Trung

Hà Nội - 2012


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CỦA LUẬN VĂN
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................................................2
1.1. Giới thiệu chung về nguyên tố thủy ngân ........................................................2
1.2. Độc tính của thủy ngân .....................................................................................2
1.3. Các phƣơng pháp xác định thủy ngân ..............................................................4
1.3.1. Các phƣơng pháp phân tích hóa học ..........................................................4
1.3.2. Các phƣơng pháp phân tích điện hóa.........................................................5
1.3.3. Phƣơng pháp quang học ............................................................................7
1.3.4. Phƣơng pháp sắc ký .................................................................................12
1.3.5. Các phƣơng pháp khác ............................................................................14
1.4. Các phƣơng pháp tách và làm giàu lƣợng vết thủy ngân ...............................16
1.4.1. Kỹ thuật chiết lỏng – lỏng .......................................................................16
1.4.2. Kỹ thuật làm sử dụng bẫy vàng ...............................................................16
1.4.3. Kỹ thuật chiết pha rắn ..............................................................................17
CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM ................................................................................23
2.1. Nội dung, đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu ..........................................23
2.2. Hóa chất, thiết bị và dụng cụ thí nghiệm ........................................................23
2.2.1. Hóa chất ...................................................................................................23
2.2.2. Thiết bị .....................................................................................................25

2.2.3. Dụng cụ ....................................................................................................25
2.3. Chuẩn bị vật liệu hấp phụ ...............................................................................26
2.3.1. Giới thiệu thành phần, tính chất của vật liệu vỏ trấu dùng chế tạo pha tĩnh
...............................................................................................................................26
2.3.2. Chuẩn bị nguyên vật liệu .........................................................................26
2.3.3. Biến tính vỏ trấu bằng EDTAD ...............................................................27
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................28
3.1. Khảo sát các điều kiện đo quang xác định Hg(II) ..........................................28
3.1.1. Khảo sát phổ hấp thụ của phức Hg(II)-đithizon trong môi trƣờng các chất
hoạt động bề mặt khác nhau ..............................................................................28
3.1.2. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến sự tạo phức .................................30
3.1.3. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ chất hoạt động bề mặt ........................30
3.1.4. Khảo sát ảnh hƣởng của loại axit và nồng độ axit ...................................31
3.1.5. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ thuốc thử đithizon ..............................33
3.1.6. Khảo sát sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang A vào nồng độ Hg(II) ......35
3.1.7. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lƣợng ..............................................37


3.1.8. Độ lặp lại của phép đo .............................................................................39
3.2. Nghiên cứu ảnh hƣởng của các ion kim loại đến sự tạo phức........................39
3.2.1. Ảnh hƣởng của các ion kim loại đến phép xác định Hg(II) ....................39
3.2.2. Ảnh hƣởng của EDTA ............................................................................41
3.2.3. Loại trừ ảnh hƣởng của ion kim loại .......................................................42
3.3. Nghiên cứu khả năng làm giàu Hg(II) ............................................................44
3.3.1. Xác định hình dạng và nhóm chức của vật liệu .......................................44
3.3.2. Ứng dụng vật liệu hấp phụ để tách, làm giàu và xác định lƣợng vết
Hg(II) .................................................................................................................47
3.4. Phân tích mẫu thực .........................................................................................65
KẾT LUẬN ...............................................................................................................69
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................71

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: 4 giai đoạn q trình chiết pha rắn ............................................................18
Hình 1.2: Bộ dụng cụ chiết pha rắn...........................................................................18
Hình 1.3: Cơ chế chiết pha rắn dạng pha ngƣợc .......................................................19
Hình 1.4: Cơ chế chiết pha rắn dạng pha thƣờng......................................................20
Hình 1.5: Cơ chế hấp thu dạng trao đổi anion ..........................................................20
Hình 1.6: Cơ chế chiết theo dạng hỗn hợp (trao đổi ion và pha ngƣợc) ...................21
Hình 3.1: Phổ hấp thụ của phức màu Hg(II)- đithizon trong mơi trƣờng SDS.........28
Hình 3.2: Phổ hấp thụ của phức Hg2+- đithizon trong môi trƣờng chất hoạt động bề
mặt Tween-80 và CTAB ...........................................................................................29
Hình 3.3: Khảo sát độ bền của phức theo thời gian .................................................30
Hình 3.4: ảnh hƣởng của nồng độ SDS đến độ hấp thụ quang ................................31
Hình 3.5: Ảnh hƣởng của nồng độ axit đến độ hấp thụ quang .................................33
Hình 3.6: Ảnh hƣởng của nồng độ đithizon đến độ hấp thụ quang của phức...........34
Hình 3.7: Ảnh hƣởng của nồng độ thủy ngân đến độ hấp thụ quang .......................35
Hình 3.8: Đƣờng chuẩn xác định Hg2+......................................................................36
Hình 3.9: Phổ hồng ngoại của vỏ trấu chƣa biến tính ...............................................44
Hình 3.10: Phổ hồng ngoại của vỏ trấu đã biến tính ................................................45
Hình 3.11: Ảnh chụp bề mặt vỏ trấu trƣớc khi biến tính ..........................................46
Hình 3.12: Bề mặt vật liệu sau khi biến tính .............................................................47
Hình 3.13: Ảnh hƣởng giá trị pH trong dung dịch đến sự hấp phụ của Hg(II) lên vật
liệu .............................................................................................................................49
Hình 3.14: Ảnh hƣởng của thời gian đến khả năng hấp phụ ....................................50
Hình 3.15: Ảnh hƣởng nồng độ Hg(II) ban đầu đến dung lƣợng hấp phụ................52
Hình 3.16: Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir đối với vật liệu ERH ...................53
Hình 3.17: Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir đối với vật liệu NRH ..................53
Hình 3.18: Ảnh hƣởng tốc độ giải hấp đến hiệu suất thu hồi của vật liệu ................56
Hình 3.19: Ảnh hƣởng tốc độ nạp mẫu đến hiệu suất thu hồi của vật liệu ...............58

Hình 3.20: Ảnh hƣởng thể tích axit rửa giải đến hiệu suất thu hồi vật liệu ..............59
Hình 3.21: Sự phụ thuộc hiệu suất thu hồi vào thể tích mẫu phân tích ....................63


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Điều kiện làm việc bằng phƣơng pháp sắc ký khí khi phân tích thủy ngân
...................................................................................................................................12
Bảng 1.2: Điều kiện làm việc theo phƣơng pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao ...........13
Bảng 3.1: Ảnh hƣởng của nồng độ SDS đến độ hấp thụ quang................................31
Bảng 3.2: Ảnh hƣởng của loại axit tới độ hấp thụ quang .........................................32
Bảng 3.3: Ảnh hƣởng của nồng độ axit đến độ hấp thụ quang .................................32
Bảng 3.4: Ảnh hƣởng của nồng độ thuốc thử đến độ hấp thụ quang ........................34
Bảng 3.5: Ảnh hƣởng của nồng độ thủy ngân đến độ hấp thụ quang .......................35
Bảng 3.6: Giá trị hệ số b’i ..........................................................................................37
Bảng 3.7: Các đại lƣợng thống kê .............................................................................37
Bảng 3.8: Kết quả đo độ hấp thụ quang của 20 mẫu trắng .......................................38
Bảng 3.9: Kết quả đo độ hấp thụ quang của các mẫu ...............................................39
Bảng 3.10: Nồng độ thủy ngân nội suy từ đƣờng chuẩn...........................................39
Bảng 3.11: Ảnh hƣởng của các ion kim loại đến phép xác định Hg(II) ...................39
Bảng 3.12: Ảnh hƣởng của EDTA đến độ hấp thụ quang ........................................42
Bảng 3.13: Kết quả loại trừ ảnh hƣởng của các ion kim loại bằng EDTA ...............43
Bảng 3.14: Ảnh hƣởng của pH đến sự hấp phụ của ion Hg(II) lên vật liệu .............48
Bảng 3.15: Ảnh hƣởng thời gian đến khả năng hấp phụ Hg(II) ...............................50
Bảng 3.16: Ảnh hƣởng nồng độ Hg(II) ban đầu đến khả năng hấp phụ ...................51
Bảng 3.17: Dung lƣợng hấp phụ Hg(II) ở điều kiện động ........................................55
Bảng 3.18: Khảo sát nồng độ dung dịch rửa giải đến hiệu suất thu hồi của vật liệu 55
Bảng 3.19: Ảnh hƣởng tốc độ giải hấp đến hiệu suất thu hồi của vật liệu ...............56
Bảng 3.20: Ảnh hƣởng tốc độ nạp mẫu đến hiệu suất thu hồi của vật liệu ..............57
Bảng 3.21: Ảnh hƣởng thể tích axit rửa giải đến hiệu suất thu hồi của vật liệu .......59
Bảng 3.22: Ảnh hƣởng của các ion kim loại kiềm, kiềm thổ đến hiệu suất thu hồi .60

Bảng 3.23: Ảnh hƣởng của các ion kim nặng đến hiệu suất thu hồi ........................61
Bảng 3.24: Thành phần mẫu giả ...............................................................................62
Bảng 3.25: Sự phụ thuộc hiệu suất thu hồi vào thể tích mẫu ....................................62
Bảng 3.26: Ảnh hƣởng số lần sử dụng đến khả năng hấp phụ Hg(II) ......................63
Bảng 3.27: Kết quả phân tích mẫu giả tự tạo ............................................................64
Bảng 3.28: Kết quả phân tích bằng UV-VIS ............................................................65
Bảng 3.29: Kết quả phân tích bằng CV-AAS ...........................................................66
Bảng 3.30: So sánh hai phƣơng pháp phân tích ........................................................67
Bảng 3.31: Kết quả phân tích mẫu thực ....................................................................68
Bảng 3.32: Giá trị giới hạn hàm lƣợng thủy ngân trong nƣớc mặt theo TCVN .......68


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CỦA LUẬN VĂN
Viết tắt
AAS
CTAB
CV-AAS
EDTA
EDTAD

HPLC

ICP-MS

Tiếng Anh

Tiếng Việt

Atomic Absorption

Phƣơng pháp quang phổ hấp

Spectrophotometry

thụ nguyên tử

Cetyl trimetylammonium bromua

Cetyl trimêtylamôni brômua

Cold Vapour - Atomic Absorption

Phƣơng pháp quang phổ hấp

Spectrometry

thụ nguyên tử hóa hơi lạnh

Ethylenediaminetetraacetic

Etylenđiamin tetraaxetic axit

Ethylenediaminetetraacetic

Etylenđiamin tetraaxetic

dianhydride

đianhiđrit

High performance liquid
chromatography

Sắc ký lỏng hiệu năng cao

Inductively Coupled Plasma-Mass Phƣơng pháp khối phổ plasma
Spectrometry

cảm ứng

LOD

Limit of detection

Giới hạn phát hiện

LOQ

Limit of quantitation

Giới hạn định lƣợng

ppb

Part per billion

Nồng độ phần tỉ (µg/l)

ppm

Part per million

Nồng độ phần triệu (mg/l)

SDS

Sodium dodecyl sulfate

Natri dodecyl sunfat

SPE

Solid Phase Extraction

Phƣơng pháp chiết pha rắn

T(4)BPP

Tetra-(4-bromophenyl)-porphyrin

THF

Tetrahydrofuran

UV-VIS

Ultraviolet-Visible
Spectrophotometry

Tetra-(4-brômophenyl)porphyrin

Tetra hiđrô furan
Phƣơng pháp trắc quang


MỞ ĐẦU
Nƣớc là nguồn tài nguyên thiên nhiên quý giá, là yếu tố không thể thiếu cho
sự sống, ở đâu có nƣớc ở đó có sự sống. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của xã
hội, q trình đơ thị hóa, cơng nghiệp hóa, và thâm canh nơng nghiệp ngày càng
phát triển đã có nhiều ảnh hƣởng xấu đến nguồn tài nguyên này. Nhiều nơi, các
nguồn nƣớc bề mặt, thậm chí cả nguồn nƣớc ngầm đã bị ơ nhiễm nghiêm trọng, gây
ảnh hƣởng xấu tới chất lƣợng của nƣớc, và ảnh hƣởng đến sức khỏe của con ngƣời
và động vật, làm giảm năng suất và chất lƣợng cây trồng. Một trong những chất gây
ô nhiễm là các kim loại nặng (Hg, Pb, Cd, As…) khi ở nồng độ cao chúng là những
chất độc mạnh gây ra tác hại xấu đối với con ngƣời đặc biệt là Hg. Khi bị nhiễm
độc thủy ngân sẽ gây ra các tổn thƣơng cho não bộ và gây tử vong. Ngồi ra, nó có
thể gây ra rủi cho và khuyết tật đối với thai nhi.
Do vậy, xác định lƣợng vết thủy ngân trong nƣớc là một trong những vấn đề
thời sự của hóa học phân tích, nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế, khoa học kỹ
thuật và bảo vệ môi trƣờng. Tuy nhiên, hàm lƣợng thủy ngân trong nƣớc là rất nhỏ,
vì vậy để phân tích đƣợc thì trƣớc hết ta cần phải làm giàu.
Xuất phát từ những mục tiêu trên chúng tôi đã chọn đề tài: “Xác định lƣợng
vết thủy ngân bằng phƣơng pháp chiết pha rắn – quang học’’.

1


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về nguyên tố thủy ngân
Thủy ngân đƣợc ký hiệu là Hg, có tên La tinh là Hydragyrum, và tên Hy Lạp
Hydrargyros là tổ hợp của 2 từ “nƣớc” và “bạc” – vì nó lỏng giống nƣớc, và có ánh

kim giống nhƣ bạc. Trong ngôn ngữ Châu Âu, nguyên tố này đƣợc đặt tên là
Mercury, lấy theo tên của thần Mercury của ngƣời La Mã.
Thủy ngân là nguyên tố thuộc nhóm IIB, có số thứ tự nguyên tử là 80 trong
bảng hệ thống tuần hồn. Cấu hình electron ngun tử:
Hg: [Xe]4f145d106s2
Thủy ngân là một nguyên tố hiếm trong vỏ trái đất, thủy ngân trong thiên
nhiên chỉ chiếm 7.10-7% tổng số nguyên tử trong vỏ trái đất. Khống vật chính chứa
thủy ngân là quặng cinnabarit (HgS), ngồi ra cịn có trong các khống chất khác.
Thủy ngân đƣợc sử dụng chủ yếu trong sản xuất các hóa chất, trong kỹ thuật
điện và điện tử. Nó cũng đƣợc sử dụng trong một số nhiệt kế.
Thủy ngân đƣợc điều chế bằng cách đun nóng tinh quặng cinnabarit trong
dịng khơng khí ở 700-800oC hoặc đun nóng tinh quặng với vôi sống hay mạt sắt ở
600-700oC.
HgS + O2 → Hg + SO2
4HgS + 4CaO → Hg + CaSO4 + 3CaS
HgS + Fe

→ Hg + FeS

Hơi thủy ngân đƣợc ngƣng tụ trong thiết bị sinh hàn làm bằng thép không rỉ.
Ngƣời ta tinh chế thủy ngân kim loại bằng cách rửa với dung dịch HNO3 10% rồi
chƣng cất phân đoạn ở trong chân khơng [5].
1.2. Độc tính của thủy ngân
Khi xâm nhập vào cơ thể thuỷ ngân có thể liên kết với những phân tử tạo nên
tế bào sống (axít nucleic, protein.... ) làm biến đổi cấu trúc của chúng và làm ức chế
hoạt tính sinh học của chúng. Sự nhiễm độc thuỷ ngân gây nên những thƣơng tổn
trung tâm thần kinh tạo nên sự run rẩy, sự khó khăn trong cách diễn đạt và nặng hơn
nữa có thể gây chết ngƣời.

2

Sự biến đổi độc tính của thuỷ ngân theo dạng tồn tại
- Thuỷ ngân dƣới dạng lỏng (Hgo): Dạng này ít độc vì nó đƣợc hấp phụ rất ít.
Dạng này nếu có vào trong cơ thể qua đƣờng ăn uống chẳng hạn sẽ đƣợc thải ra gần
nhƣ hoàn toàn (hơn 99%) qua đƣờng tiêu hoá (muối, nƣớc tiểu). Để chứng minh
cho điều này, một nhà nghiên cứu của trung tâm phịng và điều trị nhiễm độc ở
Vienne đã làm thí nghiệm với chính cơ thể của mình bằng cách nuốt 100g thuỷ
ngân kim loại, kết quả là thuỷ ngân vào trong dạ dày, rồi ruột, sau đó đƣợc thải ra
ngồi. Hàm lƣợng thuỷ ngân trong nƣớc tiểu đã lên tới 80mg/lít sau hai tháng sau
đó giảm dần đến hết.
- Thuỷ ngân kim loại dƣới dạng hơi (Hgo): Dƣới tác dụng của nhiệt thuỷ
ngân chuyển thành dạng hơi. Nó có thể xâm nhập vào phổi qua đƣờng hô hấp rồi
vào máu. Thủy ngân vì vậy sẽ đƣợc chuyển đến các phần khác của cơ thể, đặc biệt
là đến não. Khi hơi thuỷ ngân có nguồn gốc hỗn hống, một phần sẽ đƣợc hoà tan
bởi nƣớc bọt và vào trong dạ dày.
- Thuỷ ngân dƣới dạng ion có thể xâm nhập vào cơ thể qua đƣờng nƣớc bọt
hoặc da. Dạng này vào cơ thể sẽ tập trung chủ yếu trong gan và thận.
- Thuỷ ngân hữu cơ đã đƣợc hấp thụ và đƣợc đồng hoá bởi cơ thể sống sẽ tồn
tại trong đó và có thể xâm nhập tiếp vào những cá thể khác (Ví dụ thuỷ ngân đƣợc
hấp thụ bởi cá, tơm và cua có thể xâm nhập tiếp vào cơ thể ngƣời khi chúng ta ăn
các loại trên). Dạng thủy ngân này rất độc. Thảm kịch xảy ra cho ngƣời dân ở
Minamata là do metyl thuỷ ngân có trong cá, sị và ốc.
Độc tính này sẽ càng tăng nếu có hiện tƣợng “tích luỹ sinh học” hay
“khuyếch đại sinh học”. Sự “tích luỹ sinh học” là q trình đồng hố và “cô đọng”
những kim loại nặng trong cơ thể. Quá trình này diễn ra gồm hai giai đoạn : Sự
“tích luỹ sinh học” bắt đầu bởi cá thể (thuỷ ngân hồ tan có đƣợc bài tiết ra rất ít và
đƣợc đồng hố bởi động vật, cá, ...) sau đó đƣợc tiếp tục nhờ sự truyền giữa các cá
thể, do sự “cô lại” liên tục (động vật ăn cỏ, động vật ăn cá, ....). Do đó nồng độ dần
dần tăng lên. Hiện tƣợng “tích luỹ sinh học” này rất nguy hiểm, nhất là với metyl

3


thuỷ ngân vì xuất phát từ mơi trƣờng lúc đầu ít ô nhiễm (nồng độ metyl thuỷ ngân
thấp), nồng độ đó có thể tăng lên đến hàng nghìn lần và trở thành rất độc.
1.3. Các phƣơng pháp xác định thủy ngân
Để xác định thủy ngân với hàm lƣợng khác nhau có rất nhiều phƣơng pháp,
trong các đối tƣợng mẫu khác nhau nhƣ: phƣơng pháp phân tích trọng lƣợng và
phân tích thể tích dùng để xác định thủy ngân với hàm lƣợng lớn, các phƣơng pháp
điện hóa và các phƣơng pháp quang đƣợc dùng để xác định lƣợng vết thủy ngân.
Ngoài ra cịn có các phƣơng pháp nhƣ sắc ký khí, sắc ký lỏng… cũng đƣợc sử dụng
nhằm làm tăng độ nhạy của phép phân tích. Chúng tơi xin giới thiệu một số phƣơng
pháp xác định thủy ngân nhƣ sau:
1.3.1. Các phƣơng pháp phân tích hóa học
* Phƣơng pháp chuẩn độ:
Phƣơng pháp này dùng để xác định hàm lƣợng lớn, thƣờng lớn hơn 0,05%,
tức là mức độ miligam. Trang thiết bị và dụng cụ cho phƣơng pháp này đơn giản và
không đắt tiền. Phƣơng pháp thể tích thơng dụng nhất để xác định thủy ngân là
phƣơng pháp chuẩn độ complexon. Tuy nhiên chỉ có thể xác định complexon thủy
ngân hóa trị II vì những ion Hg22+ bị lƣỡng phân khi có mặt EDTA đến Hg(II) và
Hg(0). Những phƣơng pháp đầu tiên đƣợc công bố là những phƣơng pháp gián tiếp
đƣợc thực hiện bằng cách chuẩn độ ngƣợc hoặc bằng phƣơng pháp thế MgY2- ở pH
=10, khi đó thủy ngân (II) sẽ đẩy Mg2+ ra khỏi phức chất MgY2- một cách định
lƣợng, sau đó chuẩn độ Mg2+ bằng EDTA với chỉ thị ETOO ta sẽ xác định đƣợc
thủy ngân [6].
Ngồi ra có thể sử dụng hệ CuY-PAN trong môi trƣờng axit axetic để chuẩn
độ trực tiếp thủy ngân. Trƣớc tiên ta phải điều chế hệ CuY-PAN để làm chỉ thị cho
quá trình chuẩn độ. Sau đó khi có mặt thủy ngân sẽ hình thành HgY2- một cách định
lƣợng, dung dịch có màu xanh tím của CuY-PAN, dùng EDTA để chuẩn độ lƣợng

Cu2+ bị Hg2+ đẩy ra, từ đó xác định đƣợc hàm lƣợng thủy ngân (II) [8].

4


Một cách đơn giản để xác định thủy ngân là ta chuẩn độ trực tiếp trong môi
trƣờng pH = 5 (đệm urotropin), với chỉ thị xylenol da cam, tại điểm tƣơng đƣơng
dung dịch sẽ chuyển từ màu đỏ nho sang vàng sáng:
Hg2+ + H2Y2- → HgY2- + 2 H+
HgInd + H2Y2- → HgY2- + HInd
1.3.2. Các phƣơng pháp phân tích điện hóa
1.3.2.1. Phƣơng pháp chuẩn độ điện thế
Xác định thủy ngân bằng phƣơng pháp chuẩn độ điện thế ngƣời ta thƣờng
dùng hai loại điện cực chọn lọc ion đối với thủy ngân nhƣ sau:
Loại 1: Gồm Clophan-dithizone-bột graphit với tỉ lệ 0,3:0,2:0,35
Loại 2: Gồm Clophan-HgDz-bột graphit với tỉ lệ 0,24:0,5:0,3
Điện cực loại 1 thƣờng đo ở môi trƣờng axit, khi dùng điện cực này vẫn có
một số ion gây ảnh hƣởng nhƣ Pb2+, Au+ nhƣng trong môi trƣờng axit cao các ion
này đều trơ với dithizone do đó điện cực này vẫn cịn tính chọn lọc đối với Hg2+.
Bằng phƣơng pháp chuẩn độ điện thế ngƣời ta dùng chất chuẩn là I- và điện cực
chọn lọc I- để xác định điểm tƣơng đƣơng. Trong phƣơng pháp này ngƣời ta đã
nghiên cứu độ thủy phân ở ba mức: 185; 5→1000; 2,5→100µg Hg trong 25ml,
dung dịch phân tích ở mức 2 dùng dung dịch KI 0,002M. Ở mức 3 dùng dung dịch
KI 0,0001M, thời gian chuẩn là 10 phút, giới hạn phát hiện là 0,04 µg/ml Hg2+ [4].
Tác giả Rakesh Kumar Mahaja và cộng sự [25] đã chế tạo thành công điện
cực chọn lọc ion Hg2+ dựa trên sự phân tán chất mang ion (ionophore) là p-tertButyl Calix crown có chứa các phần imine trong màng PVC. Điện cức này có độ
đáp ứng nhanh (khoảng 20s) với nồng độ Hg2+ trong khoảng [5.10-5 M; 10-1 M] với
độ dốc Nerst tƣơng ứng là 27,3 mV/10 đơn vị nồng độ. Giới hạn phát hiện của điện
cực là 2,24.10-5 M trong khoảng pH làm việc từ 1,3 ÷ 4,0. Độ chọn lọc của điện cực
đƣợc kiểm tra cho thấy các ion kim loại kiềm và ion kim loại kiềm thổ ít gây ảnh

hƣởng đến phép đo. Các ion kim loại nặng có tƣơng tác ảnh hƣởng đáng kể nhất là
ion Ag+. Điện cực này đã đƣợc ứng dụng để xác định điểm cuối của quá trình chuẩn
độ Hg2+ bằng iotdua và đicromat cho kết quả tốt.

5


1.3.2.2. Phƣơng pháp von-ampe hòa tan
* Nguyên tắc của phƣơng pháp von-ampe hịa tan [3] :
Để tiến hành phân tích bằng phƣơng pháp von-ampe hòa tan, ngƣời ta dùng
bộ thiết bị gồm một máy cực phổ tự ghi và một bình điện phân cho hệ 3 điện cực.
- Khi điện phân làm giàu chọn thế điện phân thích hợp và giữ khơng đổi
trong suốt q trình điện phân. Dung dịch phân tích đƣợc khuấy trong suốt q trình
điện phân. Thời gian điện phân đƣợc chọn tùy thuộc vào nồng độ chất cần xác định
trong dung dịch phân tích và kích thƣớc của cực làm việc.
- Sau khi điện phân thƣờng ngừng khuấy dung dịch hoặc ngừng quay cực.
Nếu dùng cực giọt thủy ngân tĩnh hoặc cực màng thủy ngân điều chế tại chỗ trên bề
mặt cực đĩa thì cần có “thời gian nghỉ” tức là để yên hệ thống trong một khoảng
thời gian ngắn để lƣợng kim loại phân bố đều trong hỗn hống trên tồn cực.
- Sau đó tiến hành hòa tan kết tủa làm giàu trên cực bằng cách phân cực
ngƣợc và ghi đƣờng von-ampe hòa tan.
Tác giả Trịnh Xuân Giản cùng cộng sự [2] đã nghiên cứu và đƣa ra quy trình
xác định lƣợng vết thủy ngân trong mẫu nƣớc ( nƣớc tự nhiên và nƣớc thải) bằng
phƣơng pháp von-ampe hòa tan dƣới dạng phức với SCN- trên điện cực làm việc
than thủy tinh ở điều kiện: pH dung dịch 6-7, nồng độ SCN- 0,5M, điện phân làm
giàu thủy ngân trên điện cực ở -0,6V (SCE), trong thời gian điện phân dung dịch
luôn đƣợc khuấy ở tốc độ khơng đổi. Ghi đƣờng cong von-ampe hịa tan trong
khoảng -0,6V đến +0,2V. Thế ghi Ep của đƣờng cong von-ampe hòa tan là -0,1V.
Các tác giả Fausun Okc, Hasan Ertasa, F.Nil Erta [12] đã đề xuất phƣơng
pháp mới để xác định hàm lƣợng vết của thủy ngân bằng cách sử dụng điện cực

vàng. Mẫu muối đóng vai trị nền có lƣợng rất nhỏ thủy ngân cũng nhƣ một lƣợng
lớn ion Cl- gây ra sự nhiễu trong q trình hịa tan khi vàng đƣợc sử dụng là điện
cực trong phƣơng pháp von-ampe. Hàm lƣợng cao của Cl- gây ra sự nhiễu có thể
đƣợc loại trừ bằng cách giảm nồng độ của nó xuống 3.10-3M. Các ion Hg2+ trong
dung dịch muối đƣợc làm giàu ở thế 0,2V trong 60s, các chất điện giải là dung dịch
HClO4 0,1M, đạt giới hạn phát hiện là 0,17ng/ml với RSD = 1,2%. Hiệu suất thu

6


hồi là 94%. Độ đúng của phƣơng pháp có thể so với phƣơng pháp phổ huỳnh quang
nguyên tử (AFS).
1.3.3. Phƣơng pháp quang học
Có rất nhiều phƣơng pháp quang để xác định hàm lƣợng thủy ngân nhƣ:
phƣơng pháp sắc ký khối phổ cảm ứng cao tần (ICP-MS), phƣơng pháp phổ hấp thụ
nguyên tử (AAS), phƣơng pháp huỳnh quang nguyên tử, phƣơng pháp phổ hấp thụ
phân tử,… Các phƣơng pháp này đều có độ chính xác cao. Tuy nhiên trong phạm vi
khóa luận này, chúng tôi chỉ đề cập đến hai phƣơng pháp là CV - AAS và UV-Vis.
1.3.3.1. Phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử
Để xác định thủy ngân ngƣời ta thƣờng dùng phƣơng pháp đo phổ hấp thụ
nguyên tử với kỹ thuật hóa hơi lạnh (CV-AAS). Đây là phƣơng pháp thông dụng
nhất trong việc xác định hàm lƣợng của thủy ngân. Phƣơng pháp này dựa trên sự
xác định phổ hấp thụ của đám hơi Hg (vì Hg là kim loại có áp suất hơi cao tại nhiệt
độ thấp và có thể định lƣợng dễ dàng không phải gặp bất cứ khó khăn nào). Để đƣa
các ion Hg2+ về dạng Hgo, các chất khử có thể sử dụng là Sn2+, NaBH4 hay Cr(II).
Cách loại trừ ảnh hƣởng của các chất hữu cơ là rất quan trọng vì việc phân hủy
khơng thể hồn tồn cho dù có sử dụng các axit mạnh. Có hai cách để loại bỏ sự
ảnh hƣởng này: hoặc là dùng hỗn hống Au để làm sạch Hg hoặc có thể sử dụng các
phƣơng pháp quang học.
Các tác giả trong [14] đã xác định hàm lƣợng thủy ngân trong máu của

những sinh viên nha khoa và các cán bộ y tế có và khơng tiếp xúc với hỗn hống
thủy ngân. Sử dụng HNO3, HClO4 làm chất oxi hóa mẫu, tác nhân khử là SnCl2, các
tác giả đã đƣa ra khoảng tuyến tính từ 5-40 μg/l, hệ số tƣơng quan luôn lớn hơn
0,99. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lƣợng tƣơng ứng là 1,74 và 4,03 μg/l.
Để xác định hàm lƣợng thủy ngân trong mẫu nƣớc, ngƣời ta thƣờng kết hợp
với các phƣơng pháp làm giàu, do hàm lƣợng thủy ngân nhỏ hơn so với giới hạn
định lƣợng. Phƣơng pháp chiết pha rắn là phƣơng pháp làm giàu đƣợc đánh giá cao
và sử dụng rộng rãi hiện nay. Các tác giả Ali Mohammad, Haji Shabani, Navid

7


Nasirizdel [10] đã sử dụng cột chiết pha rắn với vật liệu nhồi là tinh thể naphthalene
đƣợc tẩm Dithizone làm giàu lƣợng vết thủy ngân sau đó xác định bằng phép đo
CV-AAS. Kết quả có thể định lƣợng thủy ngân cỡ hàm lƣợng 0,014 ppb với hệ số
làm giàu 200.
Bằng phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử hệ CV-AAS, tác giả L.
Aduna de Paz và cộng sự [16] đã sử dụng SnCl2 2% trong HCl 3% làm chất khử để
phân tích tổng thủy ngân trong thịt cá nhám sau khi phá mẫu trong lị vi sóng, với
giới hạn phát hiện là 7,7ng/g.
1.3.3.2. Phƣơng pháp phổ hấp thụ phân tử UV-VIS (phƣơng pháp trắc quang)
Phân tích trắc quang là phƣơng pháp đƣợc sử dụng phổ biến nhất trong các
phƣơng pháp phân tích hóa lý. Phƣơng pháp này giúp định lƣợng nhanh chóng với
độ nhạy và độ chính xác khá cao, đồng thời là một phƣơng pháp đơn giản, thông
dụng.
Phƣơng pháp trắc quang đã đƣợc ứng dụng để xác định Hg2+ bằng phép đo
quang với thuốc thử PAR khi có mặt SCN- và dung dịch đệm borac (pH = 9) ở bƣớc
sóng 505 nm và thu đƣợc kết quả là hàm lƣợng thủy ngân trong mẫu nƣớc thải chƣa
qua xử lý là 15,7 μg/l [7].
Các tác giả Weizhu Yang, Qun Hu, Jing Ma, Liming Wang, Guangyu Yang

và Gang Xie [34] đã dùng thuốc thử 5-(p-aminobenzyllidene)-thiorhodanine
(ABTR) tạo phức với thủy ngân sau đó đem làm giàu bằng phƣơng pháp chiết pha
rắn với sự hấp phụ của phức trên cột C18. Rửa giải với dimetyl formamide (DNF).
Đo độ hấp thụ quang của dung dịch rửa giải bằng phƣơng pháp phổ hấp thụ phân tử
tại bƣớc sóng 545nm. Kết quả cho thấy phƣơng pháp trên có độ nhạy cao:
0,02ng/ml, giới hạn phát hiện tới 3μg/l.
Tác giả Surkumar Chatterjee và cộng sự [31] đã đƣa ra quy trình phân tích thủy
ngân trong khơng khí, đất, nƣớc và thuốc diệt nấm bằng phƣơng pháp phổ hấp thụ
phân tử UV-Vis khi cho thủy ngân tạo phức với thuốc thử o-carboxyphenyl
diazoamino p-azobenzen. Trong quy trình này, phản ứng của thủy ngân với thuốc
thử trên xảy ra tốt ở pH 11,3 ÷ 11,8 và phức tạo thành có màu tím sẫm, bền mầu ở

8


nhiệt độ phịng trong 24h, đo ở bƣớc sóng 540 nm. Hệ số hấp thụ mol là 2,22.105
mol-1.l.cm-1. Phép đo tuyến tính trong khoảng 0,08 ÷ 0,8 ppm. Độ lệch chuẩn và độ
lệch chuẩn tƣơng đối của phép đo tƣơng ứng là 0,0097 và 2,23%.
1.3.3.3. Phƣơng pháp trắc quang trong môi trƣờng chất hoạt động bề mặt
(Mixen)
Một trong các phƣơng pháp làm tăng độ nhạy của phép đo quang là chiết trắc
quang sử dụng các dung môi hữu cơ. Phƣơng pháp này cho phép xác định các ion
kim loại mà phức chất của nó với các phối tử hữu cơ kém tan trong nƣớc. Tuy nhiên
việc sử dụng dung môi tốn kém, gây độc hại cho ngƣời tiến hành thí nghiệm và môi
trƣờng, thao tác phức tạp. Để khắc phục những nhƣợc điểm đó, ngƣời ta đã đƣa ra
hƣớng nghiên cứu mới là sử dụng phƣơng pháp trắc quang trong môi trƣờng mixen.
Mixen là chất hoạt động bề mặt , là tập hợp các phân tử (cỡ 100 – 1000 phân
tử) đƣợc sắp xếp trật tự. Nó có cấu tạo gồm hai phần: phần phân cực thƣờng là các
nhóm chức có momen lƣỡng cực lớn nhƣ nhóm -COOH, -OH, -NH2, -SH, -CN, NO2, -NCS, -CHO, -HSO3 và phần không phân cực là gốc hidrocacbon mạch thẳng
hoặc vòng. Chất hoạt động bề mặt đƣợc dùng làm giảm sức căng bề mặt của một

chất lỏng bằng cách làm giảm sức căng bề mặt tại bề mặt tiếp xúc của hai chất
lỏng. Nếu có nhiều hơn hai chất lỏng khơng hịa tan thì chất hoạt động bề mặt làm
tăng diện tích tiếp xúc giữa hai chất lỏng đó. Khi hịa tan chất hoạt động bề mặt vào
trong một chất lỏng thì các phân tử của chất hoạt động bề mặt có xu hƣớng tạo đám
(mixen), nồng độ mà tại đó các phân tử bắt đầu tạo đám đƣợc gọi là nồng độ tạo
đám tới hạn. Nếu chất lỏng là nƣớc thì các phân tử sẽ chụm phần không phân cực
lại với nhau, quay đầu phân cực ra ngoài tạo mixen ƣa nƣớc. Nếu chất lỏng là dung
mơi khơng phân cực thì các phân tử sẽ chụm phần phân cực lại với nhau và quay
đầu không phân cực ra tạo mixen kị nƣớc.
Chất hoạt động bề mặt có thể đƣợc phân làm 3 loại xét theo tính chất điện
của đầu phân cực của phân tử chất hoạt động bề mặt:

9


- Chất hoạt động bề mặt anion: mang điện tích âm, thƣờng là muối của các
axit béo. Ví dụ: natri dodecyl sunfat (SDS).
- Chất hoạt động bề mặt cation: mang điện tích dƣơng, ví dụ: cetyltrimetyl
ammonium bromua (CTAB).
- Chất hoạt động bề mặt trung tính, ví dụ: Tween 80.
Trong nhiều nghiên cứu đo quang có sử dụng chất hoạt động bề mặt, cho
thấy rằng kim loại hình thành phức anion với thuốc thử hữu cơ thì việc sử dụng chất
hoạt động bề mặt cation sẽ làm tăng hệ số hấp thụ mol (tăng ε), nếu hình thành phức
cation thì sử dụng chất hoạt động bề mặt anion sẽ làm tăng hệ số hấp thụ mol (tăng
ε). Còn chất hoạt động bề mặt trung tính sẽ làm tăng ε của cả phức âm và phức
dƣơng tùy từng trƣờng hợp cụ thể.
Tác giả T.V.Ramakrisna và các cộng sự đã sử dụng thuốc thử Rhodamine 6G
để xác định thủy ngân trong môi trƣờng Triton-X100. Phức tạo thành gồm 3 cấu tử
Hg2+-Rhodamine 6G-Iot có màu hồng, λmax = 575 nm. Phƣơng pháp tiến hành trong
môi trƣờng axit cho hệ số hấp thụ mol trung bình ε = 7.104 l.mol-1.cm-1 [33].

Tác giả Moon-Sook Jeoung và Hee-Seon Choi đã dùng thuốc thử 2mercaptobenzothiazole (MBT) tạo phức với thủy ngân ở pH = 10 trong môi trƣờng
chất hoạt động bề mặt CTAB (cetyltrimethylammonium bromide) với CTAB
0,001%. Xác định đƣợc khoảng tuyến tính thủy ngân là từ 10-7 ÷ 10-5 M, hệ số
tƣơng quan của đƣờng chuẩn là R2 = 0,9985, giới hạn phát hiện là 3,1.10-8 M [20].
Tác giả M.Narsiruddin Khan và các cộng sự đã đƣa ra một thuốc thử mới để
xác định thủy ngân (II), đó là thuốc thử đỏ trung tính (NR) ở pH = 6,6 trong môi
trƣờng SDS. Đo độ hấp thụ quang của phức ở λmax = 272 nm, các tác giả đã dựng
đƣợc hai khoảng tuyến tính của thủy ngân là [0,1;1] (ppm) và [1;10] (ppm), đƣờng
chuẩn có hệ số tƣơng quan R2 = 0,9959, hệ số hấp thụ mol trung bình là ε = 2,2.104
l.mol-1.cm-1 [19].
Các tác giả Humaira Khan, M. Jamaluddin Ahmed, and M. Iqbal Bhanger đã
dùng thuốc thử 1,5- Diphenylthiocabazone tạo phức với thủy ngân ở pH = 1, trong
môi trƣờng chất hoạt động bề mặt SDS. Phức có λmax = 490 nm, hệ số hấp thụ mol

10


trung bình ε = 5,02.104 l.mol-1.cm-1. Khoảng tuyến tính của nồng độ thủy ngân từ
0,05-10 mg/l, hệ số tƣơng quan đƣờng chuẩn là R2 = 0,99 [13].
1.3.3.4. Phƣơng pháp plasma cao tần cảm ứng – khối phổ [ICP-MS]
Kỹ thuật phân tích ICP-MS là một trong những kỹ thuật phân tích hiện đại.
Kỹ thuật này đƣợc nghiên cứu và phát triển rất mạnh trong những năm gần đây. Với
nhiều ƣu điểm vƣợt trội của nó, kỹ thuật này đƣợc ứng dụng rất rộng rãi trong phân
tích rất nhiều đối tƣợng khác nhau đặc biệt là trong các lĩnh vực phân tích lƣợng vết
và siêu vết phục vụ nghiên cứu sản xuất vật liệu bán dẫn, vật liệu hạt nhân, nghiên
cứu địa chất và môi trƣờng…
Thế mạnh của phƣơng pháp này là có thể phân tích đồng thời nhiều ngun
tố, với thời gian phân tích nhanh, nhờ vào plasma là nguồn kích thích có nhiệt độ rất
cao.
Có thể nói, đối với thủy ngân, ICP-MS là phƣơng pháp phân tích có giới hạn

phát hiện rất nhỏ (<0,01 µg/l). Tuy nhiên, do tính bám dính mạnh của thủy ngân mà
thời gian làm sạch hệ thống sau mỗi lần phân tích rất lâu, kể cả đối với nồng độ cỡ
nhỏ 1-5 µg/l, thƣờng mất từ 10-20 phút [2].
Các tác giả A.Krata, E.Bulska [9] đã phân tích mẫu bùn thải và đất bằng
phƣơng pháp ICP-MS sau khi phá mẫu trong lị vi sóng, với giới hạn phát hiện là
0,003µg/g, hệ số tƣơng quan của đƣờng chuẩn R=0,9990 trong dóy nng t 5 ữ
20àg/l.
Cỏc tỏc gi David E. Nixon, Mary F. Burritt, Thomas P. Moyer [11] đã sử
dụng phƣơng pháp ICP-MS để xác định thủy ngân trong mẫu tóc và nƣớc tiểu. Sử
dụng vàng và đicromat trong môi trƣờng axit HCl là các tác nhân làm sạch thủy
ngân. Chế độ bơm nhanh (2,5 ml/phút) đƣợc vận hành trong 20 s trƣớc và sau mỗi
chu trình phân tích –rửa. Giới hạn phát hiện thủy ngân là 0,15 µg/L trong mẫu ban
đầu trƣớc khi pha loãng.
Các tác giả Kalameqham R, Ash KO [15] đã sử dụng phƣơng pháp ICP-MS
để phân tích tổng lƣợng Hg trong mẫu máu và nƣớc tiểu, phƣơng pháp có độ nhạy
tốt, quy trình đơn giản. Các mẫu đƣợc chuẩn bị bằng cách tạo kết tủa-chiết với 50%

11


về thể tích HCl chứa EDTA và cystein, đƣợc quay li tâm và lọc qua cột, dịch lọc
đƣợc phân tích trực tiếp bằng máy ICP-MS. Phƣơng pháp này cho tín hiệu tuyến
tính trong khoảng 2-200 µg/L với độ nhạy 0,2 µg/L. Độ thu hồi của thủy ngân hữu
cơ và vô cơ trong mẫu máu từ 91,6 đến 110,2%. Phƣơng pháp này phù hợp để phân
tích tổng lƣợng thủy ngân cả dạng vô cơ và hữu cơ trong máu và nƣớc tiểu.
Tác giả Ralph G.Smith [24] đã phân tích thủy ngân trong mẫu trầm tích và
mẫu nƣớc dựa trên ứng dụng của đồng vị và phƣơng pháp ICP-MS. Mẫu trầm tích
đƣợc xác định trực tiếp bằng cách thêm chuẩn và phá mẫu 1 giờ trong axit. Giới hạn
phát hiện của quy trình là 2 ng/g khi phân tích 0,5 g mẫu. Để xác định nồng độ thủy
ngân trong mẫu nƣớc tự nhiên đòi hỏi phải làm giàu mẫu. Giới hạn phát hiện của

quy trình là 0,2 ng/L khi phân tích mẫu 200 ml. Độ chính xác của phƣơng pháp
đƣợc đánh giá sử dụng mẫu chuẩn nƣớc sông (ORMS-1) của Hội đồng nghiên cứu
quốc gia Canada với nồng độ chứng nhận 6,8±1,2 ng/L. Các kết quả sử dụng kỹ
thuật này cho giá trị 6,3±0,4 ng/L.
1.3.4. Phƣơng pháp sắc ký
1.3.4.1. Phƣơng pháp sắc ký khí.
Phƣơng pháp sắc ký khí với detector bắt giữ điện tử (GC/ECD) là phƣơng
pháp thƣờng đƣợc sử dụng để xác định dạng tồn tại của thủy ngân đặc biệt là các
loại thủy ngân hữu cơ trong mẫu nhƣ metyl thủy ngân, dimetyl thủy ngân…
Các tác giả trong tài liệu [17] đã xác định hàm lƣợng metyl thủy ngân trong
một số mẫu cá nƣớc ngọt và nƣớc biển bằng phƣơng pháp sắc ký khí, với các điều
kiện làm việc nhƣ sau:
Bảng 1.1: Điều kiện làm việc bằng phƣơng pháp sắc ký khí khi phân tích thủy ngân

- Cột mao quản: DB – 5, chiều dài 30cm, đƣờng kính trong
Cột tách

0,25mm, lớp phim mỏng 0,25cm (metyl phenyl cycloxan, tỷ
lệ 95% metyl-5% phenyl)
- Cột nhồi 5% DEGS-PS trên Supelcoport 100-200 mesh

Nhiệt độ bơm mẫu

200oC

Nhiệt độ cột

155 oC

12

Nhiệt độ detector

300 oC

Tốc độ dòng

300ml/phút

Detector

Bắt giữ điện tử (ECD)

Cũng với mục tiêu là xác định hàm lƣợng metyl thủy ngân trong nƣớc tự
nhiên, các tác giả trong [28] đã sử dụng phƣơng pháp chƣng cất lôi cuốn hơi nƣớc
và đo tín hiệu bằng phép đo GC-AFS. Trong đó, các tác giả đã sử dụng KCl, H2SO4,
HCl làm chất cải biến nền, đồng thời thêm khoảng 1ml amoni pyrolidin
dithiocarbamat (APDC) và khoảng 50ml mẫu nƣớc, qua đó tăng hiệu suất thu hồi
của phƣơng pháp. Với kỹ thuật này, thời gian phân tích mẫu nhanh hơn nhiều, có
thể phân tích đƣợc 25 mẫu trong 8 giờ, khi so sánh với 5 mẫu/ngày bằng phƣơng
pháp chƣng cất lôi cuốn nitơ. Giới hạn phát hiện của phƣơng pháp là 0,024 ng/l.
Để làm giàu và xác định đồng thời hàm lƣợng etyl thủy ngân và metyl thủy
ngân trong mẫu đất và trầm tích, Yong Cal và cộng [35] đã đƣa ra quy trình chiết
dung môi đối với hai hợp chất thủy ngân hữu cơ trên, sau đó mẫu đƣợc chuyển
thành dẫn xuất bromua bằng cách thêm vào giai đoạn chiết cuối cùng một lƣợng
KBr xác định, kết quả đo trên GC-AFS với cột tách DB-1, hiệu suất thu hồi đối với
cả hai chất là 75%. Đây là một phƣơng pháp có độ nhạy cao với giới hạn phát hiện
của phép đo thủy ngân là 0,01ng/g mẫu khô.
1.3.4.2. Phƣơng pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)

Nhờ khả năng tách và làm giàu đồng thời trên hệ thống sắc ký lỏng hiệu
năng cao Qiufen Hu và cộng sự [23] đã tách và xác định đồng thời lƣợng vết Pb, Hg
và Cd sau khi làm giàu trên cột các ion kim loại trên với thuốc thử là tetra (43,9×20mm). Sau đó phân tích lƣợng vết các phức chất tạo thành trên cột phân tích
Xterra TM RP18 (ct 5àm, 3,9ì150mm) vi iu kin sau:
Bng 1.2: iu kin làm việc theo phƣơng pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao
A: Dung dịch đệm pH = 10,0 pyrolidin – axit photphoric
Thành phần pha động

có tổng nồng độ 0,05M (có chứa 10% THF)
B: THF (có chứa dung dịch đệm pH= 10,0 axit

13


photphoric có tổng nồng độ 0,05M
Chƣơng trình pha

0 phút: 60%A, 40%B

động

15 phút: 20%A, 80%B tăng tuyến tính

Tốc độ pha động

1,0ml/phút

Detector

PAD 350-600nm

Bƣớc sóng định lƣợng

Hg-T(4)BPP: 499nm, Pb-T(4)BPP: 462nm, Cd-T(4)BPP:
436nm

Bằng phƣơng pháp này các tác giả đã xác định thủy ngân, chì và cadimi
trong nƣớc sinh hoạt cho kết quả rất đáng tin cậy.
Thủy ngân có thể xác định bằng phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử
cho độ nhạy rất cao nhƣng không thể nhận dạng đƣợc các trạng thái tồn tại của thủy
ngân. Nhờ sự ghép nối một bộ phận tách với máy quang phổ hấp thụ nguyên tử hóa
hơi lạnh (HPLC-CV-AAS) cho phép xác định đồng thời metyl-, etyl-, phenyl- và
tổng lƣợng thủy ngân có trong mẫu cá [26].
Các tác giả Susan C.Hight và John Cheng [32] đã xác định hàm lƣợng thủy
ngân trong một số mẫu hải sản sử dụng phƣơng pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao và
phổ plasma cao tần cảm ứng-khối phổ:
Hợp chất thủy ngân đƣợc chiết từ 0,5g hải sản hoặc 0,2g hải sản đã qua đông
khô bằng cách thêm vào 50ml dung dịch L-cysteine.HCl.H2O 1% và L- L-cysteine
0,1%. Đồng vị

202

Hg đƣợc sử dụng để xác định hàm lƣợng tổng thủy ngân trong

ICP-MS.
1.3.5. Các phƣơng pháp khác
1.3.5.1. Phƣơng pháp động học xúc tác
Tác giả Đỗ Quang Trung [7] đã sử dụng phƣơng pháp động học xúc tác trắc
quang với hệ phản ứng chỉ thị là K4Fe(CN)6 2.10-4M ; o-phenantroline 6.10-4 M ;
thioure 4.10-4 M ; pH=3 ; nhiệt độ 50oC ; λ=510nm để xác định hàm lƣợng thủy

ngân trong nƣớc thải của nhà máy pin, kết quả thu đƣợc cho thấy phép đo có độ
lệch chuẩn tƣơng đối là 3%.

14


Tác giả Rita Giovannetti và các cộng sự trong tài liệu [27] đã nghiên cứu về
động học phản ứng thủy ngân và coproporphyrin-I (CPI).
Hg(II) +CPI ↔ Hg(II) (CPI)
Phản ứng này diễn ra trong môi trƣờng kiềm, nhiệt độ phản ứng là 20oC, xảy
ra hồn tồn trong vịng 100 giây, với hằng số cân bằng :
K= (2,64 ±0,01)×10-3 l.mol-1
Qua nghiên cứu trên, các tác giả xem xét quy trình xác định thủy ngân thông
qua phản ứng:
Co(II) +Hg(II)(CPI) ↔ Co(II)(CPI) +Hg(II)
Đây là các phản ứng xác định thủy ngân thông qua tác dụng xúc tác của nó,
độ hấp thụ của phức Co(II)(CPI) đƣợc đo ở bƣớc sóng 412nm chỉ phụ thuộc vào
nồng độ thủy ngân. Phƣơng pháp này có thể xác định lƣợng vết thủy ngân ở mức
10-9M. Độ thu hồi với thủy ngân đạt 98-102%.
1.3.5.2. Phƣơng pháp kích hoạt notron
Phƣơng pháp kích hoạt notron là phƣơng pháp phân tích hiện đại, có độ nhạy
cao với thời gian phân tích ngắn, thƣờng đƣợc sử dụng để xác định tổng thủy ngân
và một số dạng thủy ngân.
Nguyên tắc của phƣơng pháp là do sự phát xạ tia gamma do

197

Hg tạo thành

khi chiếu dòng notron trong lò phản ứng hạt nhân. Giới hạn phát hiện của phƣơng

pháp có thể tới 1ng/g hoặc nhỏ hơn.
Tác giả Nguyen Trong Ngo và cộng sự trong [21] đã sử dụng phƣơng pháp
này khi xác định tổng thủy ngân trong các mẫu sinh học nhƣ cá, sò, rong… tại biển
Nha Trang. Mẫu sau khi chiếu xạ trong lò phản ứng hạt nhân với thơng lƣợng 34.1012n.cm-2.s-1, đƣợc hịa tan trong hỗn hợp axit HClO4 :HCl (1:5) và vài giọt H2O2
30% trong hệ thống sinh hàn hồi lƣu. Mẫu sau đó đƣợc đƣa về mơi trƣờng axit 1N
bằng HCl, dội qua cột trao đổi anion, sau đó giải chiết bằng HNO3 5N để loại các
ảnh hƣởng. Thủy ngân đƣợc xác định theo phƣơng pháp này có hiệu suất tách là
92% và độ nhạy 0,02ppm.

15


Để xác định các mẫu sinh học và mẫu môi trƣờng, các tác giả P.Shetty,
A.A.Moosavy- Movahedi, K. Regan [22] đã sử dụng phƣơng pháp kích hoạt notron
với nguồn phát xạ là γ , chất chỉ thị phóng xạ là thủy ngân (II) clorua. Để so sánh
phƣơng pháp thực hiện, các tác giả đã áp dụng quy trình phân tích khi xác định hàm
lƣợng thủy ngân trong các mẫu chuẩn (ppm), kết quả cho thấy đây là một phƣơng
pháp phân tích có độ chính xác rất cao.
1.4. Các phƣơng pháp tách và làm giàu lƣợng vết thủy ngân
Trong tiêu chuẩn của Việt Nam, hàm lƣợng thủy ngân cho phép tồn tại trong
môi trƣờng chỉ ở hàm lƣợng ppb, nhỏ hơn giới hạn phát hiện của rất nhiều phƣơng
pháp hiện đang đƣợc áp dụng để xác định thủy ngân. Chính vì vậy, việc tách và làm
giàu để đƣa nồng độ thủy ngân vào trong khoảng tuyến tính của phép đo là một điều
kiện hết sức cần thiết. Trong các phƣơng pháp tách và làm giàu thủy ngân phổ biến
là các phƣơng pháp sau:
1.4.1. Kỹ thuật chiết lỏng – lỏng
Nguyên tắc của kỹ thuật này là dựa trên sự phân bố của chất phân tích vào
hai pha lỏng (2 dung mơi) khơng trộn lẫn vào nhau. Có nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến
hiệu quả của sự chiết trong đó yếu tố đầu tiên là hệ số phân bố nhiệt động của cân
bằng chiết, tiếp theo là sự ảnh hƣởng của nhiệt độ, pH...

Với thủy ngân, phƣơng pháp chiết lỏng – lỏng thông dụng nhất là sử dụng
dithizon. Dithizon trong CHCl3 có thể chiết thủy ngân trong môi trƣờng nƣớc rất
hiệu quả vừa làm giàu vừa loại đƣợc ảnh hƣởng của các nguyên tố khác có mặt
trong mẫu. Sau khi chiết mẫu thủy ngân đƣợc xác định bằng phƣơng pháp trắc
quang đo trực tiếp (đo phức của thủy ngân) hoặc gián tiếp (đo lƣợng dƣ dithizon).
Để loại trừ ảnh hƣởng của các nguyên tố nhƣ đồng, bạc, vàng, paladi, platin, chì,
kẽm, niken, coban... do có thể tạo phức với dithizon trong mơi trƣờng axit, ngƣời ta
sử dụng EDTA và KSCN làm chất tạo phức trong môi trƣờng đệm acetat [1].
1.4.2. Kỹ thuật làm sử dụng bẫy vàng
Khi xác định thủy ngân trong nền hữu cơ, việc loại bỏ các yếu tố ảnh hƣởng
từ nền là vấn đề rất quan trọng, đặc biệt là đối tƣợng với những mẫu khó phân hủy

16


hoàn toàn ngay cả trong axit đặc. Một giải pháp hữu hiệu khi giải quyết vấn đề này
là sử dụng với vàng ngay ở nhiệt độ phòng. Sau khi hơi mẫu đi qua bẫy vàng lấy ra
rồi đốt nóng bẫy vàng, thủy ngân đƣợc giải phóng và đƣợc dẫn tới cuvet đo phổ hấp
thụ nguyên tử. Có thể nói, bẫy vàng là một phƣơng pháp hiệu quả trong việc tách và
làm giàu lƣợng vết thủy ngân [4].
Các tác giả M. Horvat, V. LupSina [18] đã sử dụng kỹ thuật này trong làm
giàu thủy ngân và loại bỏ các yếu tố ảnh hƣởng của nền mẫu. Bẫy vàng là ống thủy
tinh thạch anh có kích thƣớc 150nm × 8mm × 6mm, bên trong nhồi khoảng 0,3g bột
silic đã phủ vàng. Khi hơi thủy ngân đƣợc giải phóng khỏi mẫu bị giữ lại trên bẫy
vàng, lúc này bẫy vàng đƣợc giữ ở nhiệt độ thƣờng, khi q trình kết thúc, bẫy vàng
có thể đƣợc tháo ra, bịt kín bằng màng parafin và cất giữ cho tới khi phân tích, sau
đó để giải phóng thủy ngân khỏi bẫy vàng, ngƣời ta đốt nóng ở nhiệt độ khoảng
500-600oC.
1.4.3. Kỹ thuật chiết pha rắn
1.4.3.1. Nguyên tắc chung của phƣơng pháp chiết pha rắn

Chiết pha rắn là q trình chuyển chất tan (chất cần phân tích ) từ pha lỏng
sang pha rắn. Đây là phƣơng pháp chuẩn bị mẫu, làm giàu và làm sạch mẫu phân
tích. Quá trình chiết pha rắn thƣờng đƣợc tiến hành qua 4 giai đoạn [3]:
Giai đoạn 1: Hoạt hoá chất hấp thu (pha rắn): Ngƣời ta cho dung môi chảy
qua cột chiết để thấm ƣớt các hạt pha rắn, hoạt hoá các nhóm chức, đuổi bọt khí, lấp
đầy dung mơi vào các khoảng trống. Sau khi hoạt hoá, pha rắn cần đƣợc ngâm trong
dung mơi.
Giai đoạn 2: Cho mẫu phân tích chảy qua cột chiết. Các chất phân tích bị
hấp thu thành dải ở phần đầu của cột chiết nhờ lực tƣơng tác van-de-van (Van der
waals), cũng có thể liên kết hidro; lực lƣỡng cực - lƣỡng cực hoặc theo cơ chế trao
đổi ion. Một số chất lạ khác cũng bị hấp thu cùng với chất phân tích.

17


Hình 1.1: 4 giai đoạn quá trình chiết pha rắn
1. Hoạt hoá cột

3. Rửa cột chiết

2. Hấp thu

4. Rửa giải chất phân tích

Giai đoạn 3: Giai đoạn làm sạch mẫu phân tích. Ngƣời ta tiến hành rửa cột chiết
bằng dung môi để loại bỏ các chất lạ bị hấp thu cùng với chất phân tích.
Giai đoạn 4: Rửa giải tồn bộ chất phân tích bằng lƣợng nhỏ dung mơi. Hệ số làm
giầu càng cao khi lƣợng dung môi rửa càng ít.

Hình 1.2: Bộ dụng cụ chiết pha rắn

18