Xác định hàm lượng Cacdimi Cd và chì Pb trong một số đồ uống bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử F AAS

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

NGUYỄN THU HƢƠNG

XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG CACDIMI (Cd)VÀ CHÌ (Pb)
TRONG MỘT SỐ ĐỒ UỐNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP QUANG
PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ (F - AAS)

LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÁ HỌC

Thái Nguyên - năm 2010
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

NGUYỄN THU HƢƠNG

XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG CACDIMI (Cd)VÀ CHÌ (Pb)
TRONG MỘT SỐ ĐỒ UỐNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP QUANG
PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ (F - AAS)

Chun ngành: Hố phân tích
Mã số: 60.44.29

LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÁ HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN VĂN RI

Thái Nguyên - năm 2010
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS
Nguyễn Văn Ri - người đã giao đề tài, tận tình hướng dẫn và tạo mọi
điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cơ giáo cùng các anh chị
trong phịng thí nghiệm phân tích – Khoa Hố – ĐHKHTN đã tạo điều
kiện giúp đỡ em hồn thành khố luận này.
Em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới các thầy cơ đã giảng dạy và
truyền thụ cho em những kiến thức quí báu trong suốt những năm qua.
Cuối cùng em xin cảm ơn gia đình, đồng nghiệp, bạn bè - những
người đã luôn động viên, quan tâm giúp đỡ và tạo mọi điều kiện cho em
hồn thành khố luận này.
Học viên

Nguyễn Thu Hương

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AAS

Atomic absorption spectrophotometry

CV

Coefficient variation

EDTA

Ethylene diamine tetra acetic acid

ETA-AAS

Electro-thermal atomiation atomic absorption
spectrophotometry

F-AAS

Flame atomic absorption spectrophotometry

H (%)

Hiệu suất thu hồi

LOD

Limit of detection

LOQ

Limit of quantity

MeOH

Metanol

MIBK

Metyl isobutyl xeton

NH4Ac

Amoni Axetat

ppm

parts per million

RSD

Relative standard deviation

SD

Standard deviation

SPE

Solid phase extraction

UV – VIS

Ultra violet visible

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................ 3
1.1. Tæng quan về nguyên tố cadimi (Cd) [12] ............................................. 3
1.1.1. Tính chất vật lí ................................................................................ 3
1.1.2. Tính chất hố học của ngun tố cadimi (Cd) ................................. 3
1.1.3. Tính chất hoá học của hợp chất ....................................................... 4
1.1.4. Trạng thái tự nhiên của cadimi ........................................................ 5
1.1.5. Một số ứng dụng của cadimi ........................................................... 5
1.1.6. Độc tính của cadimi [17]................................................................. 7
1.2. Tổng quan về ngun tố chì (Pb). .......................................................... 7
1.2.1. Tính chất vật lí ................................................................................ 7
1.2.2. Tính chất hố học của ngun tố chì (Pb) ....................................... 8
1.2.3. Tính chất hố học của hợp chất chì (Pb) ......................................... 9
1.2.4. Trạng thái tự nhiên........................................................................ 10
1.2.5. Một số ứng dụng của chì ............................................................... 10
1.2.6. Độc tính của chì và hợp chất [17] ................................................. 11
1.3. Các phương pháp xác định cadimi và chì ............................................. 12

1.3.1. Các phương pháp hoá học [1] ....................................................... 12
1.3.2. Phương pháp phân tích cơng cụ .................................................... 14
1.4. Các phương pháp tách và làm giàu hàm lượng vết các kim loại ........... 17
1.4.1. Phương pháp kết tủa, cộng kết [1]................................................. 17
1.4.2. Phương pháp chiết lỏng - lỏng [1,21] ............................................ 18
1.4.3. Phương pháp tách và làm giàu bằng điện hoá ............................... 19
1.4.4. Phương pháp chiết pha rắn (SPE) [18] .......................................... 19
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......... 19
2.1. Đối tượng, mục tiêu và nội dung nghiên cứu ...................................... 20
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




2.1.1. Đối tượng ..................................................................................... 20
2.1.2. Mục tiêu nghiên cứu ..................................................................... 20
2.1.3. Nội dung nghiên cứu..................................................................... 20
2.2. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử F-AAS [7] .................................. 20
2.2.1. Giới thiệu chung về phương pháp ................................................. 20
2.2.2. Nguyên tắc của phép đo ................................................................ 21
2.3. Giới thiệu chiết pha rắn SPE [18] ........................................................ 23
2.3.1. Chiết pha rắn ................................................................................ 23
2.3.2. Quy trình chung của chiết pha rắn................................................ 24
2.3.3. Các cơ chế chiết pha rắn .............................................................. 25
2.4. Dụng cụ và hoá chất ............................................................................ 26
2.4.1. Dụng cụ ........................................................................................ 26
2.4.2. Hoá chất ....................................................................................... 26
CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ THẢO LUẬN ................. 27
3.1. Khảo sát các điều kiện thực nghiệm để đo phổ của cadimi và chì. ....... 27
3.1.1. Chọn vạch đo ................................................................................ 27

3.1.2. Chọn khe đo.................................................................................. 28
3.1.3. Khảo sát cường độ đèn catot rỗng (HCL)...................................... 29
3.1.4. Khảo sát điều kiện tối ưu hoá ngọn lửa (chiều cao Burner và
thành phần hỗn hợp khí cháy) ................................................................. 30
3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo ........................................ 31
3.2.1. Ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit ................................. 32
3.2.2. Khảo sát chọn nền. ........................................................................ 33
3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của các ion khác. .......................................... 35
3.3. Đánh giá chung về phép đo F – AAS xác định Cd và Pb ..................... 41
3.3.1. Khảo sát xác định khoảng tuyến tính của Cd và Pb (LOI) ............. 41

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




3.3.2. Xây dựng đường chuẩn, xác định giới hạn phát hiện (LOD) và
giới hạn định lượng (LOQ) của Cd và Pb. .............................................. 43
3.3.3. Đánh giá sai số và độ lặp của phép đo :......................................... 45
3.4. Khảo sát các điều kiện làm giàu và tách chiết pha rắn với nhựa
Chelex-100 ................................................................................................. 48
3.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH .......................................................... 50
3.4.2. Ảnh hưởng của tốc độ nạp mẫu vào cột: ....................................... 51
3.4.3. Khảo sát khả năng rửa giải : .......................................................... 52
3.4.4. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ rửa giải : ..................................... 54
3.4.5. Tổng kết điều kiện chiết pha rắn : ................................................ 55
3.5. Xác định hàm lượng Cd và Pb trong một số đồ uống ........................... 55
KẾT LUẬN ................................................................................................... 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................ 60

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




DANH MỤC BẢNG
Trang
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của bước sóng đến cường độ vạch phổ nguyên tố Cd .... 27
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của bước sóng đến cường độ vạch phổ nguyên tố Pb .... 27
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của khe đo đến cường độ vạch phổ ............................... 28
Bảng 3.4. Khảo sát cường độ đèn đến cường độ vạch phổ ............................... 29
Bảng 3.5. Điều kiện tối ưu hoá ngọn lửa ......................................................... 30
Bảng 3.6. Tổng hợp các điều kiện tối ưu của phép đo ..................................... 31
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của nồng độ HNO3 đến cường độ vạch phổ .................. 32
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của nồng độ HCl đến cường độ vạch phổ...................... 33
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ NH4Cl đến cường độ vạch phổ ................. 34
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của nồng độ NH4Ac đến cường độ vạch phổ ............... 34
Bảng 3.11. Ảnh hưởng của nồng độ NaAc đến cường độ vạch phổ ................. 35
Bảng 3.12. Ảnh hưởng của nhóm kim loại kiềm.............................................. 36
Bảng 3.13. Ảnh hưởng của nhóm kim loại kiềm thổ ........................................ 36
Bảng 3.14. Ảnh hưởng của nhóm cation kim loại nặng hóa trị II ..................... 37
Bảng 3.15. Ảnh hưởng của nhóm cation hóa trị III .......................................... 37
Bảng 3.16. Ảnh hưởng của tổng cation ............................................................ 38
Bảng 3.17. Ảnh hưởng của anion SO42-, H2PO4-, F-. ........................................ 39
Bảng 3.18. Ảnh hưởng của tổng các ion .......................................................... 40
Bảng 3.19. Dãy đường chuẩn .......................................................................... 41
Bảng 3.20. Kết quả sai số và độ lặp lại của phép đo Cd ................................... 46
Bảng 3.21. Kết quả sai số và độ lăp lại của phép đo Pb ................................... 47
Bảng 3.22. Hiệu suất thu hồi phụ thuộc vào pH ............................................... 50
Bảng 3.23. Hiệu suất thu hồi phụ thuộc vào tốc độ nạp mẫu ........................... 52

Bảng 3.24. Khảo sát nồng độ HNO3 trong dung dịch rửa giải.......................... 53
Bảng 3.25. Ảnh hưởng của tốc độ rửa giải tới hiệu suất thu hồi....................... 54
Bảng 3.26. Hàm lượng Cd và Pb trong một số đồ uống ................................... 56
Bảng 3.27. Bảng so sánh kết quả phân tích mẫu bằng phương pháp F-AAS
và ICP –MS .................................................................................. 57
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




DANH MỤC BẢNG
Trang
Hình 1. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ Cd2+ ... 42
Hình 2. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ Pb2+.... 42
Hình 3. Đường chuẩn của Cd ......................................................................... 43
Hình 4. Đường chuẩn của Pb .......................................................................... 44
Hình 5. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc H (%) vào pH .................................... 51
Hình 6. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc H(%) vào tốc độ nạp mẫu ................. 52
Hình 7. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc H(%) vào nồng độ HNO3 .................... 53
Hình 8. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc H(%) vào tốc độ rửa giải .................... 55

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




1

MỞ ĐẦU
Cadimi (Cd) và chì (Pb) được biết là những kim loại nặng có độc tính

cao đối với con người và động thực vật. Khi hàm lượng Cd và Pb trong cơ thể
cao có thể gây rối loạn chức năng thận, phá huỷ các mô, hồng cầu, não và gây
ung thư. Vì vậy việc xác định Cd và Pb trong các mẫu thực phẩm, đồ uống trở
nên rất quan trọng.
Cd và Pb được xác định bằng các phương pháp như: quang phổ hấp thụ
nguyên tử không ngọn lửa (ETA-AAS), khối phổ cặp cảm ứng plasma (ICPMS), von-ampe hoà tan anot (ASV), quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa
(F-AAS)... Trong đó phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (FAAS) có nhiều ưu điểm như: có độ nhạy và độ chọn lọc cao, giới hạn phát
hiện thấp, quy trình phân tích đơn giản và đặc biệt là có chi phí rẻ nên ngày
càng được ứng dụng rộng rãi trong phân tích lượng vết.
Song hàm lượng Cd, Pb trong đồ uống thường tồn tại dưới dạng vết và
siêu vết nên việc xác định trực tiếp Cd, Pb bằng các phương pháp phân tích
cơng cụ hiện đại vẫn gặp nhiều khó khăn. Do đó việc tách và làm giàu Cd,
Pb là rất cần thiết và đáng được quan tâm. Chiết lỏng - lỏng, chiết pha rắn,
điện hoá, cộng kết và kết tủa là các kỹ thuật được sử dụng chủ yếu hiện nay
để tách và làm giàu lượng vết và siêu vết Cd, Pb. Trong đó chiết pha rắn
(solid phase extraction - SPE) là một trong những kỹ thuật được dùng rộng
rãi để tách và làm giàu cả các hợp chất hữu cơ lẫn vô cơ, đặc biệt là các kim
loại nặng. SPE có nhiều ưu điểm so với các kỹ thuật khác như có độ chọn
lọc và hệ số làm giàu cao, sử dụng ít dung mơi, thao tác đơn giản, dễ tự động
hố và rẻ tiền. Nhựa có khả năng tạo phức vịng càng (chelating resin) có tên
thương mại là Chelex-100 và Muroac - A1 chứa nhóm chức iminodiacetate
(IDA) được sử dụng phổ biến trong SPE để tách và làm giàu trực tiếp các
kim loại nặng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




2
Xuất phát từ thực tế trên chúng tôi chọn đề tài “ Xác định hàm lượng

cadimi (Cd) và chì (Pb) trong một số đồ uống bằng phương pháp quang
phổ hấp thụ nguyên tử (F – AAS)”.
Trong luận văn này chúng tôi thực hiện các mục tiêu sau:
- Khảo sát các điều kiện tối ưu để xác định Cd và Pb bằng phương
pháp F - AAS
- Nghiên cứu các điều kiện để tách và làm giàu Cd và Pb bằng phương
pháp chiết pha rắn (SPE).
- Xác định hàm lượng Cd, Pb trong một số đồ uống bằng phương
pháp F - AAS.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




3

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tæng quan về nguyên tố cadimi (Cd) [12]
1.1.1. Tính chất vật lí
Cadimi là kim loại màu trắng bạc nhưng ở trong khơng khí ẩm, nó dần bị
bao phủ bởi lớp màng oxit nên mất ánh kim. Là kim loại mềm, dễ nóng chảy.
Dưới đây là một số hằng số vật lý quan trọng của Cd:
Khối lượng nguyên tử

: 112,411 (đvC)

Nhiệt độ nóng chảy

: 321oC.

Nhiệt độ sôi

: 767oC.

Tỉ khối

: 8,36 g/cm3

Độ dẫn điện

: 13 Ω-1cm-1

Bán kính ngun tử

: 1,56 A0

1.1.2. Tính chất hố học của nguyên tố cadimi (Cd)
Trong bảng Hệ thống tuần hoàn các ngun tố hố học, Cd có số thứ tự
ngun tử là 48, thuộc phân nhóm phụ nhóm II, chu kỳ 5. Nguyên tử Cd có
các obitan d đã điền đủ 10 electron. Cấu hình electron của cadimi (z = 48)
[Kr]4d105s2
Cadimi là ngun tố tương đối hoạt động.
- Trong khơng khí ẩm, Cd bền ở nhiệt độ thường nhờ có màng oxit bảo
vệ. Nhưng ở nhiệt độ cao, nó cháy mãnh liệt với ngọn lửa màu sẫm:
2Cd + O2  2CdO
- Tác dụng với halogen tạo thành đihalogenua, tác dụng với lưu huỳnh
và các nguyên tố không kim loại khác như photpho, selen…
Cd + S  CdS
- Ở nhiệt độ thường cadimi bền với nước vì có màng oxit bảo vệ,

nhưng ở nhiệt độ cao cadimi khử hơi nước biến thành oxit
Cd + H2O  CdO + H2 ↑
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




4
- Cd tác dụng dễ dàng với axit không phải là chất oxi hố, giải phóng
khí hiđro. Ví dụ: HCl
Cd + 2HCl  CdCl2 + H2 ↑
Trong dung dịch thì:
Cd + H3O+ + H2O  [Cd(H2O)2]2+ +

1
H2 ↑
2

1.1.3. Tính chất hố học của hợp chất
1.1.3.1 Cadimi oxit: CdO
- CdO có màu từ vàng đến nâu gần như đen tuỳ thuộc vào q trình chế
hố nhiệt, nóng chảy ở 1813oC, có thể thăng hoa, khơng phân huỷ khi đun
nóng, hơi độc.
- CdO khơng tan trong nước chỉ tan trong kiềm nóng chảy:
CdO + 2KOH(nóng chảy)  K2CdO2

+ H2O

(Kali cadmiat)
- CdO có thể điều chế bằng cách đốt cháy kim loại trong khơng khí hoặc

nhiệt phân hiđroxit hay các muối cacbonat, nitrat:
2Cd + O2
Cd(OH)2

 2CdO
 CdO + H2O

1.1.3.2. Hiđroxit của cadimi
- Cd(OH)2 là kết tủa nhầy ít tan trong nước và có màu trắng.
- Cd(OH)2 khơng thể hiện rõ tính lưỡng tính, tan trong dung dịch axit,
không tan trong dung dịch kiềm mà chỉ tan trong kiềm nóng chảy.
- Tan trong dung dịch NH3 tạo thành hợp chất phức
Cd(OH)2 + 4NH3  [Cd(NH3)4](OH)2
- Điều chế bằng cách cho dung dịch muối của nó tác dụng với kiềm
1.1.3.3. Muối của cadimi
- Các muối halogenua (trừ florua), nitrat, sunfat, peclorat và axetat của
Cd(II) đều dễ tan trong nước còn các muối sunfua, cacbonat, hay ortho
photphat và muối bazơ ít tan.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




5
- Trong dung dịch nước các muối Cd2+ bị thuỷ phân:
Cd2+ + 2H2O → Cd(OH)2 + 2H+
Tích số tan của Cd(OH)2 là T = 10-14.
- Cd2+ có khả năng tạo phức [CdX4]2- (X = Cl-, Br-, I- và CN-),
[Cd(NH3)4]2+, [Cd(NH3)6]2+,…
- Các đihalogenua của cadmi là chất ở dạng tinh thể màu trắng, có nhiệt

độ nóng chảy và nhiệt độ sơi khá cao.
1.1.3.4. Hợp chất cơ kim của cadimi
- Các muối halogenua (trừ florua), nitrat, sunfat, peclorat và axetat của
Cd(II) đều dễ tan trong nước còn các muối sunfua, cacbonat, hay ortho
photphat và muối bazơ ít tan.
- Trong dung dịch nước các muối Cd2+ bị thuỷ phân:
Cd2+ + 2H2O → Cd(OH)2 +2H+
Tích số tan của Cd(OH)2 là T = 10-14.
- Cd2+ có khả năng tạo phức [CdX4]2- (X = Cl-, Br-, I- và CN-), [Cd(NH3)4]2+,
[Cd(NH3)6]2+,…
- Các đihalogenua của cadimi là chất ở dạng tinh thể màu trắng, có nhiệt
độ nóng chảy và nhiệt độ sôi khá cao.
1.1.4. Trạng thái tự nhiên của cadimi
Cd là nguyên tố tương đối không phổ biến trong thiên nhiên. Nó là
nguyên tố thứ hai trong nhóm ba nguyên tố Zn - Cd - Hg. Trong thiên nhiên
Cd tồn tại ở dạng bền vững là Cd(II). Trữ lượng của cadmi trong vỏ Trái Đất
là 7,6.10-6% tổng số ngun tử (tương ứng). Khống vật chính của cadimi là
grenokit (CdS), khoáng vật này hiếm khi ở riêng mà thường ở lẫn với khoáng
vật của kẽm, và của thuỷ ngân là xinaba hay thần sa (HgS).
1.1.5. Một số ứng dụng của cadimi
 Mạ điện (chiếm 7%): Cadimi được mạ lên bề mặt chất điện phân hoặc
máy móc để tạo ra bề mặt sáng bóng và chống ăn mịn. Các sản phẩm chính
bao gồm: các bộ phận và phần cuối trong cơng nghiệp ơtơ, máy bay, phần
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




6
cứng trong công nghiệp và xây dựng, đồ ngũ kim từ biển, các bộ phận trong

đài, tivi và các thiết bị trong gia đình. Cadimi cũng được sử dụng trong cơng
nghiệp bao gói trừ bao gói thực phẩm.
 Các chất màu (chiếm 15%): Cadimi sunfua (CdS) cho màu từ vàng tới
cam và cadimisunfoselenit cho màu từ hồng tới đỏ và nâu sẫm. Tất cả các
chất màu này đều được dùng trong công nghiệp nhựa, gốm sứ, sơn và các chất
phủ ngoài. Các chất màu cadimi được dùng trong sơn giao thơng, các sản
phẩm cơng nghiệp hồn thiện chất lượng cao, và men thuỷ tinh có màu đỏ
trong các chai Coca-cola.
 Các phụ gia ổn định nhựa (chiếm 10%): Cadimi stearat được sử dụng
như một chất ổn định trong quá trình sản xuất nhựa polyvinyl clorua (PVC).
Chúng ổn định các liên kết đơi trong polime bằng cách thế chỗ các nhóm allyl
được đánh dấu trên nguyên tử clorua không bền. Thêm các muối bari (hoặc
các muối kẽm), các hợp chất epoxy, các este photphat hữu cơ để bảo vệ
polime khỏi clo thừa hoặc các lớp clorua. PVC dẻo được sử dụng rộng rãi
trong sản xuất lịch và các màng nhựa mỏng. Tuy nhiên, các chất ổn định dựa
trên nền Cd không được sử dụng trong sản xuất PVC dẻo để chứa thực phẩm.
 Sản xuất pin (chiếm 67%): Để đảo ngược hồn tồn các phản ứng điện
hố trong một khoảng rộng nhiệt độ, tốc độ thải hồi thấp, và dễ thu hồi từ các
pin chết, Cd được ứng dụng rộng rãi trong các pin. Người tiêu dùng sử dụng
các pin này trong các hoạt động như: máy đánh răng, cạo râu, khoan và cưa
tay, các thiết bị y học, thiết bị điều khiển thông tin, các dụng cụ chiếu sáng
khẩn cấp, máy bay, vệ tinh nhân tạo và tên lửa, và các trang bị cơ bản cho các
vùng địa cực.
 Các ứng dụng khác (chiếm 1%): Các ứng dụng khác của cadimi là:
- Các photphua của cadimi được sử dụng trong đèn hình tivi, đèn phát
huỳnh quang, màn hình tia X, các ống tia catot, và các dải lân quang.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

7
- Các hợp kim của cadimi như Cd-Ag, hệ thống phun tưới tự động, các
thiết bị báo cháy, các van an tồn cho các bình chứa khí áp suất cao, xe đẩy,
dây điện thoại, trong bộ tản nhiệt của ôtô.
- Các ứng dụng điện và điện tử như các bộ phận rơle lớn, các công tắc
của bộ phận phân phối tiếp xúc trong ơtơ và ống quang điện.
1.1.6. Độc tính của cadimi [17]
 Cadimi là nguyên tố rất độc. Giới hạn tối đa cho phép của cadmi:
Trong nước

: 0,01 mg/l (hay 10ppb),

Trong khơng khí

: 0,001 mg/m3,

Trong thực phẩm

: 0,001- 0,5 àg/g.

 Trong tự nhiên cadimi thường được tìm thấy trong các khống vật có
chứa kẽm. Nhiễm độc cadimi gây nên chứng bệnh giòn xương. ở nồng độ cao,
cadimi gây đau thận, thiếu máu và phá huỷ tuỷ xương.
 Phần lớn cadimi thâm nhập vào cơ thể con người được giữ lại ở thận và
được đào thải, cịn một phần ít (khoảng 1%) được giữ lại trong thận, do
cadimi liên kết với protein tạo thành metallotionein có ở thận. Phần cịn lại
được giữ lại trong cơ thể và dần dần được tích luỹ cùng với tuổi tác. Khi
lượng cadimi được tích trữ lớn, nó có thể thế chỗ ion Zn2+ trong các enzim

quan trọng và gây ra rối loạn tiêu hoá và các chứng bệnh rối loạn chức năng
thận, thiếu máu, tăng huyết áp, phá huỷ tuỷ sống, gây ung thư.
1.2. Tổng quan về ngun tố chì (Pb).
1.2.1. Tính chất vật lí
Về mặt lý học, chì thể hiện rõ rệt tính chất kim loại. Nó chỉ tồn tại ở
dạng kim loại với cách liên kết kiểu lập phương của các nguyên tử.
Chì là kim loại màu xám thẫm, rất mềm và dễ dát mỏng.
Một số hằng số vật lý quan trọng của chì:
• Khối lượng ngun tử (đvC)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

207,21



8
• Nhiệt độ nóng chảy (Tnc)

327o C

• Nhiệt độ sơi (Ts)

1737o C

• Tỉ khối (d)

11,34 g/cm3

• Bán kính ngun tử

1,75 A0

1.2.2. Tính chất hố học của ngun tố chì (Pb)
Nhìn chung, chì là kim loại tương đối hoạt động về mặt hố học. ở điều
kiện thường, chì bị oxi hố tạo thành lớp oxit màu xám xanh bao bọc bên trên
mặt bảo vệ cho chì khơng tiếp xúc bị oxi hoá nữa:
2Pb + O2  2PbO
Nhưng khi gặp nước, nước sẽ tách dần màng oxit bao bọc ngoài và tiếp
tục bị tác dụng.
Chì tương tác với halogen và nhiều nguyên tố khơng kim loại khác:
Pb + X2  PbX2
Chì có thế điện cực âm nên về nguyên tắc nó tan được trong các axit.
Nhưng thực tế chì chỉ tương tác ở trên bề mặt với dung dịch axit
clohiđric loãng và axit sunfuric dưới 80% vì bị bao bọc bởi lớp muối khó tan
(PbCl2 và PbSO4). 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  H2PbCl4
PbSO4 + H2SO4  Pb(HSO4)2
Với axit nitric ở bất kỳ nồng độ nào, chì tương tác như một kim loại:
3Pb + 8HNO3 loãng  3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Khi có mặt oxi, chì có thể tương tác với nước, có thể tan trong axit
axetic và các axit hữu cơ khác:
2Pb + 2H2O + O2  2Pb(OH)2
2Pb + 4CH3COOH + O2  2Pb(CH3COO)2 + 2H2O

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

9
Với dung dịch kiềm, chì có tương tác khi đun nóng, giải phóng hiđrơ:
Pb + 2KOH + 2H2O  K2[Pb(OH)4] + H2
1.2.3. Tính chất hố học của hợp chất chì (Pb)
1.2.3.1. Oxit chì:
Chì tạo thành 2 oxit đơn giản là PbO, PbO2 và 2 oxit hỗn hợp là chì
metaplombat Pb2O3 (hay PbO.PbO2), chì orthoplombat Pb3O4 (hay
2PbO.PbO2).
Monooxit PbO là chất rắn, có hai dạng: PbO - α màu đỏ và PbO – β
màu vàng. PbO tan chút ít trong nước nên Pb có thể tương tác với nước khi có
mặt oxi. PbO tan trong axit và tan trong kiềm mạnh.
Đioxit PbO2 là chất rắn màu nâu đen, có tính lưỡng tính nhưng tan
trong kiềm dễ dàng hơn trong axit. Khi đun nóng PbO2 mất dần oxi biến
thành các oxit, trong đó chì có số oxi hố thấp hơn:
320 C
420 C
550 C

 Pb2O3 390

 Pb3O4 530


PbO2 290
0

(nâu đen)

0

(vàng đỏ)

0

(đỏ)

PbO
(vàng)

Lợi dụng khả năng oxi hoá mạnh của PbO2 người ta chế ra acquy chì.
Chì orthoplombat (Pb3O4) hay cịn gọi là minium là hợp chất của Pb có các số
oxi hố +2, +4. Nó là chất bột màu đỏ da cam, được dùng chủ yếu là để sản
xuất thuỷ tinh pha lê, men đồ sứ và đồ sắt, làm chất màu cho sơn (sơn trang trí
và sơn bảo vệ cho kim loại khơng bị rỉ).
1.2.3.2. Chì (II) hiđroxit
Pb(OH)2 là chất kết tủa màu trắng. Khi đun nóng, chúng dễ mất nước
biến thành oxit PbO.
Pb(OH)2 cũng là chất lưỡng tính.
Khi tan trong axit, nó tạo thành muối của cation Pb2+:
Pb(OH)2 + 2HCl  PbCl2 + 2H2O
Khi tan trong dung dịch kiềm mạnh, nó tạo thành muối hiđroxoplombit:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




10
Pb(OH)2 + 2KOH  K2[Pb(OH)4]
Muối hiđroxoplombit dễ tan trong nước và bị thuỷ phân mạnh nên chỉ bền
trong dung dịch kiềm dư.

1.2.3.3. Đihalogenua của chì PbX2
Pb tạo nên đihalogenua với tất cả các halogen. Hầu hết các đihalogenua
đều là chất rắn không màu, trừ PbI2 màu vàng.
Các đihalogenua của Pb tương đối bền. Dưới đây là nhiệt độ sôi và
nhiệt độ nóng chảy của chúng:
Hợp chất

PbF2

PbCl2

PbBr2

PbI2

Tnc (oC)

822

501

370

412

Ts (oC)

1290

954

914

872

Chì đihalogenua tan ít trong nước lạnh nhưng tan nhiều hơn trong
nước nóng.
Tất cả các đihalogenua có thể kết hợp với halogenua kim loại kiềm MX
tạo thành hợp chất phức kiểu M2[PbX4]. Sự tạo phức này giải thích khả năng
dễ hồ tan của chì đihalogenua trong dung dịch đậm đặc của axit
halogenhiđric và muối của chúng.
PbI2 + 2KI  K2[PbI4]
PbCl2 + 2HCl  H2[PbCl4]
1.2.4. Trạng thái tự nhiên
Trữ lượng trong thiên nhiên của chì là 1,6.10-4% tổng số nguyên tử
trong vỏ Trái Đất, nghĩa là rất ít phổ biến. Khống vật chính của chì là galen
(PbS). Ngồi ra Pb cịn có trong một số quặng của nguyên tố khác như
NTĐH, Cu, Zn,…
1.2.5. Một số ứng dụng của chì
Chì được dùng để làm các tấm điện cực trong ăcquy, dây cáp điện, đầu
đạn và các ống dẫn trong cơng nghiệp hố học. Một lượng rất lớn chì được
dùng để điều chế nhiều hợp kim quan trọng: thiếc hàn chứa 10 - 80% Pb, hợp
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




11
kim chữ in chứa 81% Pb, hợp kim ổ trục chứa 2% Pb. Chì hấp thụ tốt tia

phóng xạ và tia Rơnghen nên được dùng để làm những tấm bảo vệ khi làm
việc với những tia đó. Tường của phịng thí nghiệm phóng xạ được lót bằng
gạch chì.
1.2.6. Độc tính của chì và hợp chất [17]
Trong sản xuất cơng nghiệp thì Pb có vai trị quan trọng, nhưng đối
với cơ thể con người thì chưa chứng minh được Pb có vai trị tích cực gì.
Song tính độc của Pb và các hợp chất của nó đối với cơ thể con người và
động vật thì đã q rõ. Khơng khí, nước và thực phẩm bị ô nhiễm Pb đều rất
nguy hiểm cho mọi người, nhất là trẻ em đang phát triển và động vật. Pb có
tác dụng âm tính lên sự phát triển của bộ não trẻ em, Pb ức chế mọi hoạt
động của các enzym, không chỉ ở não mà cịn ở các bộ phận tạo máu, nó là
tác nhân phá huỷ hồng cầu.
Khi hàm lượng chì trong máu khoảng 0,3 ppm thì nó ngăn cản q
trình sử dụng oxi để oxi hoá glucoza tạo ra năng lượng cho quá trình sống,
do đó làm cho cơ thể mệt mỏi. ở nồng độ cao hơn (> 0,8 ppm) có thể gây
nên thiếu máu do thiếu hemoglobin. Hàm lượng chì trong máu nằm trong
khoảng (> 0,5 - 0,8 ppm) gây ra sự rối loạn chức năng của thận và phá huỷ
não. Xương là nơi tàng trữ tích tụ chì trong cơ thể, ở đó chì tương tác với
photphat trong xương rồi truyền vào các mô mềm của cơ thể và thể hiện độc
tính của nó.
Vì thế tốt nhất là tránh những nơi có Pb ở bất kỳ dạng nào, đồng thời
trong dinh dưỡng chú ý dùng các loại thực phẩm có hàm lượng Pb dưới quy
định cho phép, như có đủ Ca và Mg để hạn chế tác động của Pb. Vì dù
chúng ta khơng muốn thì cũng ln có một lượng Pb rất nhỏ nhất định vẫn
thâm nhập vào cơ thể của chúng ta qua đường ăn uống và hít thở. Vì thế nên
uống sữa, ăn nhiều rau xanh, các loại thực phẩm và đồ uống giàu vitamin B1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

12
và vitamin C thì có lợi cho việc chống lại và hạn chế ảnh hưởng của Pb đối
với cơ thể.
Các chất được dùng để giải độc chì là EDTA, 2,3-dimercaptopropanol,
penicillamin…, do chúng tạo với chì các phức chelat bền và được đào thải ra
ngồi qua nước tiểu.

H2C
H2C

N

CH2

COO

H2C

CH2

COO

S

CH2
CH2

Complexonat chì

COO
COO

CH 2OH

S

O
O
HC

NH

S

Pb

N

CH 2

S
H2C

Pb
S
CH 2 CH 2OH

H3C

S
CH3

Phức chelat chì với

Phức chelat chì với

2, 3-dimercaptopropanol

d-penicillamin

1.3. Các phƣơng pháp xác định cadimi và chì
Hiện nay có rất nhiều phương pháp khác nhau để xác định cadimi và
chì như phương pháp phân tích khối lượng, phân tích thể tích, điện hố, phổ
hấp thụ phân tử UV-VIS, phổ phát xạ nguyên tử (AES), phổ hấp thụ nguyên
tử ngọn lửa (F-AAS) và không ngọn lửa (ETA-AAS)… Sau đây là một số
phương pháp xác định cadimi và chì.
1.3.1. Các phương pháp hố học [1]
1.3.1.1. Phương pháp phân tích khối lượng
Phương pháp phân tích khối lượng là phương pháp cổ điển, độ chính
xác có thể đạt tới 0,1%. Cơ sở của phương pháp là sự kết tủa định lượng của
chất phân tích với một thuốc thử thích hợp.
Cadimi thường được kết tủa dưới dạng CdS, CdSO4, CdNH4PO4 sau đó
kết tủa được lọc, rửa, sấy (hoặc nung) đem cân.
Chì được kết tủa dưới dạng PbSO4, PbCrO4 hay PbMoO4 sau đó kết tủa
được lọc, rửa, sấy hoặc nung rồi cân và từ đó xác định được hàm lượng chất
phân tích.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

13
Phương pháp này khơng địi hỏi dụng cụ đắt tiền nhưng q trình phân
tích lâu, nhiều giai đoạn phức tạp đặc biệt khi phân tích lượng vết các chất. Vì
vậy phương pháp này không được dùng phổ biến trong thực tế để xác định
lượng vết các chất mà chỉ dùng trong phân tích hàm lượng lớn.
1.3.1.2. Phương pháp phân tích thể tích
Phương pháp phân tích thể tích dựa trên sự đo thể tích dung dịch thuốc
thử đã biết nồng độ chính xác (dung dịch chuẩn) được thêm vào dung dịch
chất định phân để tác dụng đủ toàn bộ lượng chất định phân đó. Thời điểm
thêm lượng thuốc thử tác dụng với toàn bộ chất định phân gọi là điểm tương
đương. Để nhận biết điểm tương đương, người ta dùng các chất gây ra hiện
tượng có thể quan sát bằng mắt gọi là các chất chỉ thị. Với cadimi và chì, ta có
thể dùng các phép chuẩn độ như chuẩn độ phức chất, chuẩn độ ơxi hố-khử
với các chất chỉ thị khác nhau.
Ta có thể xác định cadimi bằng EDTA ở môi trường pH = 9 - 10 với
chỉ thị ETOO hoặc môi trường pH = 6 với chỉ thị xylendacam. Khi đó chất
chỉ thị chuyển từ màu đỏ sang màu vàng :
H6F + Cd2+  H4FCd + 2H+
H4FCd + H2Y2-  CdY2- + H6F
(đỏ)

(vàng)

Đối với chì ta có thể chuẩn độ trực tiếp bằng EDTA hay chuẩn độ
ngược bằng Zn2+ hoặc chuẩn độ thay thế với ZnY2- với chất chỉ thị ETOO.
- Cách 1: Chuẩn độ trực tiếp Pb2+ bằng EDTA ở pH trung tính hoặc
kiềm (pH khoảng 8 - 12), với chỉ thị ETOO.

Pb2+ + H2Y2-  PbY2- + 2H+
Tuy nhiên, chì rất dễ thuỷ phân nên trước khi tăng pH phải cho Pb2+ tạo
phức kém bền với tactrat hoặc trietanolamin.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




14
- Cách 2: Chuẩn độ ngược Pb2+ bằng Zn2+: cho Pb2+ tác dụng với một
lượng dư chính xác EDTA đã biết nồng độ ở pH = 10. Sau đó chuẩn độ
EDTA dư bằng Zn2+ với chỉ thị là ETOO.
Pb2+ + H2Y2-  PbY2- + 2H+
H2Y2- (dư) + Zn2+  ZnY2- + 2H+
ZnInd + H2Y2-  ZnY2- + HInd
(đỏ nho)

(xanh)

- Cách 3: Chuẩn độ thay thế dùng ZnY2-, chỉ thị ET-OO.
Do phức PbY2- bền hơn ZnY2- ở pH = 10 nên Pb2+ sẽ đẩy Zn2+ ra khỏi
phức ZnY2-. Sau đó, chuẩn Zn2+ sẽ xác định được Pb2+:
Pb2- + ZnY2-  Zn2+ + PbY2ZnInd + H2Y2-  ZnY2- + HInd
(đỏ nho)

(xanh)

1.3.2. Phương pháp phân tích cơng cụ
1.3.2.1. Các phương pháp quang phổ
1.3.2.1.1. Phương pháp trắc quang [4]

Phương pháp này chính là phương pháp phổ hấp thụ phân tử trong
vùng UV-VIS. ở điều kiện thường, các phân tử, nhóm phân tử của chất bền
vững và nghèo năng lượng. Đây là trạng thái cơ bản. Nhưng khi có một chùm
sáng với năng lượng thích hợp chiếu vào thì các điện tử hố trị trong các liên
kết (d, p, n) sẽ hấp thụ năng lượng chùm sáng, chuyển lên trạng thái kích thích
với năng lượng cao hơn. Hiệu số giữa hai mức năng lượng (cơ bản E0 và kích
thích Em) chính là năng lượng mà phân tử hấp thụ từ nguồn sáng để tạo ra
phổ hấp thụ phân tử của chất.
* Nguyên tắc: Phương pháp xác định dựa trên việc đo độ hấp thụ ánh
sáng của một dung dịch phức tạo thành giữa ion cần xác định với một thuốc
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




15
thử vơ cơ hay hữu cơ trong mơi trường thích hợp khi được chiếu bởi chùm
sáng. Phương pháp định lượng phép đo:
A = K.C
Trong đó:

A: độ hấp thụ quang
K: hằng số thực nghiệm
C: nồng độ nguyên tố phân tích

Phương pháp này cho phép xác định nồng độ chất ở khoảng 10-5 - 107

M và là một trong các phương pháp được sử dụng khá phổ biến.
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 với việc xác
định Cd, Pb thì lại gặp rất nhiều khó khăn do ảnh hưởng của một số ion kim
loại tương tự. Khi đó phải thực hiện các cơng đoạn che, tách phức tạp.
1.3.2.1.2. Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử (AES) [7]
Khi ở điều kiện thường, nguyên tử khơng thu hay phát ra năng lượng
nhưng nếu bị kích thích thì các điện tử hố trị sẽ nhận năng lượng chuyển lên
trạng thái có năng lượng cao hơn (trạng thái kích thích). Trạng thái này khơng
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.
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. Hiện nay, người ta dùng một số nguồn năng lượng để
kích thích phổ AES như ngọn lửa đèn khí, hồ quang điện, tia lửa điện, plasma
cao tần cảm ứng (ICP)…
Nhìn chung, phương pháp AES đạt độ nhạy rất cao (từ n.10-3 đến n.10-4%),
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 hố chất, ngun
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




16
liệu tinh khiết, phân tích lượng vết ion kim loại độc trong nước, lương thực,
thực phẩm. Tuy nhiên, phương pháp này lại chỉ cho biết thành phần nguyên tố
trong mẫu mà không chỉ ra được trạng thái liên kết của nó trong mẫu.
1.3.2.1.3. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) [7]
Khi nguyên tử tồn tại tự do ở thể khí và ở trạng thái năng lượng cơ bản,
thì ngun tử không thu hay không phát ra năng lượng. Tức là nguyên tử ở

trạng thái cơ bản. Song nếu nguyên tử đang tồn tại ở trạng thái này mà chúng
ta kích thích nó bằng một chùm tia sáng đơn sắc có năng lượng phù hợp, có
độ dài sóng trùng với các vạch phổ phát xạ đặc trưng của nguyên tố đó, thì
chúng sẽ hấp thụ các tia sáng đó sinh ra một loại phổ của nguyên tử. Phổ này
được gọi là phổ hấp thụ của nguyên tử.
Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử dựa trên sự xuất hiện của phổ hấp
thụ nguyên tử khi nguyên tử tồn tại ở trạng thái khí tự do và trong mức năng
lượng cơ bản.
Phương pháp này có thể phân tích được lượng vết của hầu hết các kim
loại và cả những hợp chất hữu cơ hay anion khơng có phổ hấp thụ ngun tử.
Do đó nó được sử dụng rộng rãi trong các nghành: địa chất, cơng nghiệp hố
học, hố dầu, y học, sinh hố, cơng nghiệp dược phẩm, nơng nghiệp và thực
phẩm …
1.3.2.2 Phương pháp điện hoá
1.3.2.2.1. Phương pháp cực phổ [10]
Phương pháp này sử dụng điện cực giọt thuỷ ngân rơi làm cực làm
việc, trong đó thế được qt tuyến tính rất chậm theo thời gian (thường 1 - 5
mV/s) đồng thời ghi dòng là hàm của thế trên cực giọt thuỷ ngân rơi. Sóng
cực phổ thu được có dạng bậc thang, dựa vào chiều cao có thể định lượng
được chất phân tích. Tuy nhiên phương pháp cực phổ bị ảnh hưởng rất lớn
của dòng tụ điện, dòng cực đại, lượng oxi hoà tan hay bề mặt điện cực nên
giới hạn phát hiện kém khoảng 10-5- 10-6 M.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên