Phân tích đánh giá hàm lượng các kim loại sắt đồng mangan trong nước mặt sông cầu chảy qua thành phố thái nguyên bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa f aas

..

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
--------------------------

TRỊNH THẾ DŨNG

PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HÀM LƢỢNG CÁC KIM LOẠI SẮT,
ĐỒNG VÀ MANGAN TRONG NƢỚC MẶT SÔNG CẦU
CHẢY QUA THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN
BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ
NGỌN LỬA (F – AAS)

Chun ngành : HĨA PHÂN TÍCH
Mã số: 60.44.29

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN THỊ HỒNG VÂN

THÁI NGUYÊN - 2012
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




i

LỜI CẢM ƠN
Luận văn này được hoàn thành dưới sự hướng dẫn và giúp đỡ chân tình của PGS.

TS. Trần Thị Hồng Vân (Khoa Hóa Học - Trường Đại Học Sư phạm Hà Nội). Tơi xin
bày tỏ lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến Cơ đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ tơi rất
nhiều trong suốt q trình nghiên cứu và hồn thành luận văn này.
Tơi xin trân trọng cảm ơn Ban Chủ nhiệm Khoa Hoá học, Khoa sau Đại học trường
Đại học Sư phạm – Đại học Thái Nguyên, Khoa xét nghiệm - Trung tâm Y tế dự phòng
tỉnh Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tơi trong suốt q trình thực hiện luận
văn.
Xin chân thành cảm ơn các bạn bè đồng nghiệp và gia đình đã quan tâm, động
viên, giúp đỡ tạo mọi điều kiện để tơi hồn thiện luận văn này.
Tác giả luận văn

TRỊNH THẾ DŨNG

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




ii

LỜI CAM ĐOAN
Luận văn “ Phân tích, đánh giá hàm lượng các kim loại sắt, đồng, mangan trong
nước mặt sông Cầu chảy qua thành phố Thái Nguyên bằng phương pháp phổ hấp
thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) ” được thực hiện từ tháng 5/2011. Luận văn sử dụng
những thông tin từ nhiều nguồn và nhiều tài liệu khác nhau, các thông tin đã được ghi
rõ nguồn gốc, các số liệu đã được tổng hợp và sử lí.
Tơi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong Luận văn này hoàn toàn trung
thực và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Thái Nguyên, tháng 5 năm 2012
Tác giả

Trịnh Thế Dũng

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




iiii

MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Mục lục………………………………………………………………….….……..…...i
Danh mục các chữ viết tắt……………………………………………….….….….…..v
Danh mục các bảng………………………………………………………..….………vi
Danh mục các hình vẽ……………………………………………………...….…..…vii
MỞ ĐẦU……………..………………………………………………….….…….…..1
Chương I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ……………........................................................4
1.1.

Giới thiệu về sắt, đồng, mangan….……………………………….…………..4

1.1.1.

Sắt…………………………………………………………………..….……...4

1.1.1.1. Trạng thái tự nhiên……………………………………………….…..……….4
1.1.1.3. Tác dụng sinh hóa của sắt đối với cơ thể người……………….….….……….4
1.1.1.2. Tính chất của sắt……………………………………………………..….…....6
1.1.2.

Đồng………………………………………………………………..………...7

1.1.2.1. Trạng thái tự nhiên của đồng………………………………………...………..7
1.1.2.2. Tính chất của đồng………………………………………………….…..…….7
1.1.2.3. Vai trị sinh hóa của đồng dối với cơ thể người, động vật và thực vật…...…..8
1.1.3.

Mangan……………………………………………………………..…....….10

1.1.3.1. Tính chất của mangan………………….……………………………..……..10
1.1.3.2. Khả năng gây ô nhiễm của mangan trong nước và tác dụng sinh hóa…..…..11
1.2.

Các phương pháp xác định sắt, đồng và mangan…………………….….…..12

1.2. 1. Phân tích khối lượng…………………………………………….……….….12
1.2.1.1. Xác định sắt……………………………………………………….………....12
1.2.1.2. Xác định đồng…………………………………………………………….…12
1.2.1.3. Xác định mangan………………………………………………….…………13

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




iv
ii

1.2.2.

Phân tích thể tích……………………………………………………….……13

1.2.2.1. Xác định sắt…………………………………………………….…….……...14
1.2.2.2. Xác định đồng………………………………………………….……….…...14
1.2.2.3. Xác định mangan……………………………………………….……..…….14
1.2.3.

Các phương pháp điện hóa……………………………………….……..…...15

1.2.3.1. Phương pháp cực phổ……………………………………………..….……...15
1.2.3.2. Phương pháp vơn-ampe hịa tan……………………………………..………15
1.2.4.

Phương pháp trắc quang……………………………………………..……...16

1.2.4.1. Xác định sắt……………………………….…………………………….......16
1.2.4.2. Xác định đồng………………………………………………….……..…......17
1.2.4.3. Xác định mangan……………………………………………….…….…......18
1.2.5.

Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử………………………….….…………19

1.3.

Giới thiệu phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử………………..……. …….19

1.3.1.

Nguyên tắc của phép đo AAS……………………………………...………..20

1.3.2. Trang thiết bị của phép đo AAS…………………………………….....……20
1.3.3.

Ưu, nhược điểm của phép đo AAS……………………………….…..……..21

Chƣơng II. THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU…….….….23
2.1.

Trang thiết bị, hóa chất, dụng cụ nghiên cứu…………………….…..….….23

2.1.1.

Trang thiết bị………………………………………………………….….…23

2.1.2.

Dụng cụ…………………………………………………………….….….…23

2.1.3.

Hố chất…………………………………………………………….….…....23

2.2.

Phương pháp nghiên cứu……………………………………………..….….23

2.2.1.

Phương pháp đường chuẩn………………………………………….…..…..24

2.2.2.

Phương pháp thêm chuẩn…………………………………………….….….25

2.3.

Nội dung nghiên cứu………………………………………………….…….27

2.3.1.

Khảo sát các điều kiện thực nghiệm xác định sắt, đồng, mangan bằng phương
pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa……………………………..……....27

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




v
iii

2.3.2.

Khảo sát vùng tuyến tính của sắt, đồng, mangan…………………..……….27

2.3.3.

Đánh giá sai số, độ lặp, khoảng tin cậy của phép đo………………….….....27

2.3.4.

Phân tích mẫu thực theo phương pháp đường chuẩn và phương pháp thêm
chuẩn……………………………………………………………….….……27

Chương III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN…………………….….…28
3.1.

Khảo sát các điều kiện thực nghiệm xác định các kim loại sắt, đồng, mangan
bằng phương pháp quang phổ hấp thụ ngọn lửa (F-AAS)……………….…28

3.1.1.

Khảo sát các thông số của máy…………………………………….…….….28

3.1.1.1. Khảo sát vạch phổ hấp thụ………………………………………….…...…..28
3.1.1.2. Khảo sát cường độ dòng đèn………………………………….…..….…..….29
3.1.1.3. Khảo sát lưu lượng khí axetylen…………………………………….…..…..30
3.1.1.4. Khảo sát khe đo của máy phổ hấp thụ nguyên tử…………………….…......31
3.1.1.5. Khảo sát chiều cao của đèn nguyên tử hóa mẫu………………….……..…..32
3.1.2.

Khảo sát ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit…………….….…......32

3.1.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của axit đối với sắt…………………………….............33
3.1.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của axit đối với đồng…………………………..……...35
3.1.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của axit đối với mangan…………………….….……...37
3.2.

Khảo sát ảnh hưởng của các cation trong mẫu……………………….....…..39

3.3.

Khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của sắt, đồng, mangan………..……....41

3.3. 1. Khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của sắt………………………..…….…41
3.3. 2. Khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của đồng……………………..…….…43
3.3. 3. Khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của mangan………………….…….…44
3.4.

Xây dựng đường chuẩn, xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định
lượng……………………………………………………………….…..……45

3.4.1.

Xây dựng đường chuẩn xác định sắt…………………………….….……….46

3.4.2.

Xây dựng đường chuẩn xác định đồng ………………………….……….....48

3.4.3.

Xây dựng đường chuẩn xác định mangan…………………………………...49

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

vi
iv

3.5.

Tổng kết các điều kiện đo phổ F-AAS của sắt, đồng, mangan………..….....50

3.6.

Đánh giá sai số và độ lặp lại của phép đo………………………………..…51

3.6.1.

Đánh giá sai số và độ lặp lại của phép đo sắt……….………..…………..…52

3.6.2.

Đánh giá sai số và độ lặp lại của phép đo đồng…….……………….……....53

3.6.3.

Đánh giá sai số và độ lặp lại của phép đo mangan….………………..….….54

3.7.

Phân tích mẫu thực bằng phương pháp đường chuẩn.………….….……..…55

3.7.1.

Lấy mẫu và bảo quản mẫu…………………………….………….………....55

3.7.2.

Xử lý mẫu……………………………………………….……..………..…..57

3.7.3. Kết quả xác định hàm lượng các kim loại sắt, đồng, mangan trong nước
mặt sông Cầu bằng phép đo F-AAS…………………….………………......58
3.8.

Phân tích mẫu thực tế bằng phương pháp thêm chuẩn….………………..…61

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………………….…………………65
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………….………………..67

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




vii
v

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

Abs

Absorbance

Độ hấp thụ

AAS

Atomic AbsorptionSpectrometry

F- AAS

Flame - AtomicAbsorption Spectrometry

HCL

Hollow Cathoe Lamp

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

Phép đo quang phổ hấp thụ
nguyên tử ngọn lửa
Phép đo quang phổ hấp thụ
nguyên tử ngọn lửa
Đèn catôt rỗng




vi
viii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1. Kết quả khảo sát các bước sóng hấp thụ khác nhau của đồng...................29
Bảng 3.2. Khảo sát cường độ dòng đèn đối với đồng................................................30
Bảng 3.3. Khảo sát tốc độ dẫn khí axetylen của đồng................................................31
Bảng 3.4 Kết quả khảo sát khe đo đối với đồng........................................................31
Bảng 3.5. Khảo sát chiều cao đèn nguyên tử hoá đối với đồng..................................32
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit tới phép đo sắt.....................33
Bảng 3.7. Độ hấp thụ của sắt trong các axit tối ưu.....................................................34
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit tới phép đo đồng................35
Bảng 3.9. Độ hấp thụ của đồng trong các axit tối ưu................................................36
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit tới phép đo Mn..................37
Bảng 3.11. Độ hấp thụ của mangan trong các axit tối ưu...........................................38
Bảng 3.12. Ảnh hưởng của nhóm cation kim loại kiềm..............................................39
Bảng 3.13. Ảnh hưởng của nhóm cation kim loại kiềm thổ........................................40
Bảng 3.14. Ảnh hưởng của nhóm cation kim loại nặng hố trị II...............................40
Bảng 3.15. Ảnh hưởng của nhóm cation kim loại hố trị III......................................40
Bảng 3.16. Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của sắt................................42
Bảng 3.17. Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của đồng………………….43
Bảng 3.18. Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của mangan………………44
Bảng 3.19. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ sắt…………………………...47
Bảng 3.20. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ đồng………………………...48
Bảng 3.21. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ mangan……………………..49
Bảng 3.22. Tổng kết các điều kiện đo phổ F-AAS của sắt, đồng và mangan……….51
Bảng 3.23. Kết quả xác định sai số của phương pháp với phép đo sắt……………...52
Bảng 3.24. Kết quả xác định sai số của phương pháp với phép đo đồng…………....53
Bảng 3.25. Kết quả xác định sai số của phương pháp với phép đo mangan………...54
Bảng 3.26. Đặc điểm mực nước sơng cầu…………………………………………...55
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

ix
vii

Bảng 3.27. Địa điểm, thời gian, kí hiệu và pH của mẫu phân tích…………………..56
Bảng 3.28. Nồng độ kim loại Fe, Cu, Mn trong nước mặt sông Cầu………………..58
Bảng 3.29. Kết quả nồng độ trung bình của các kim loại (mg/l) trong mẫu nước…..60
Bảng 3.30. Giới hạn tối đa nồng độ kim loại trong các loại mẫu nước……………...61
Bảng 3.31. Kết quả phân tích hàm lượng một số mẫu Fe theo pp thêm chuẩn……...62
Bảng 3.32. Kết quả phân tích hàm lượng một số mẫu Cu theo pp thêm chuẩn……..63
Bảng 3.33. Kết quả phân tích hàm lượng một số mẫu Mn theo pp thêm chuẩn…….64

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




x
viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 2.1. Đồ thị của phương pháp đường chuẩn………………………….…………25
Hình 2.2. Đồ thị của phương pháp thêm chuẩn……………………………………...26
Hình 3.1. Độ hấp thụ của Fe trong các axit tối ưu…………………………………...34
Hình 3.2. Độ hấp thụ của Cu trong các axit tối ưu…………………………………..36
Hình 3.3. Độ hấp thụ của Mn trong các axit tối ưu…………………………….…….38
Hình 3.4. Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của sắt……………….……….42

Hình 3.5. Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của đồng…………….……….43
Hình 3.6. Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của mangan……….…………45
Hình 3.7. Đường chuẩn của sắt………………………………………….…………...47
Hình 3.8. Đường chuẩn của đồng……………………………………………………48
Hình 3.9. Đường chuẩn của mangan………………………………………………...50

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




1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ơ nhiễm mơi trường đang là vấn đề cấp bách và là thách thức lớn nhất của nhân
loại trong gần hai thập kỷ gần đây. Hiện nay, sự phát triển kinh tế - xã hội của các nước
trên thế giới hiện đều được hoạch định dựa trên sự phát triển bền vững của môi trường.
Lưu vực sông Cầu là một trong những lưu vực sơng lớn ở nước ta , có vị trí địa lý
đặc biệt quan trọng; đa dạng sinh học và phong phú về tài ngun ; có truyền thống văn
hố, lịch sử lâu đời; cùng với những vẻ đẹp tự nhiên, sơng Cầu đã làm nên những nét
văn hố đặc trưng của vùng trung du miền núi và đồng bằng Bắc Bộ, có nhiều đóng
góp quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội của đất nước, đặc biệt là đối với các tỉnh
thuộc lưu vực sông Cầu . Tuy nhiên, cùng với quá trình phát triển, nhất là trong thời kỳ
cơng nghiệp hố - hiện đại hố, các tác động đã làm suy giảm chất lượng nguồn nước,
biến đổi cảnh quan và cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên trên tồn lưu vực Sơng.
Lưu vực sơng Cầu đã trở thành một trong ba lưu vực sông bị ô nhiễm nặng nhất trong
cả nước và đang dần bị mai một đi những nét đẹp tự nhiên và truyền thống.
Một trong các nguyên nhân chủ yếu làm cho nguồn nước sông Cầu bị ô nhiễm là do
nước thải từ các nhà máy và khu cơng nghiệp có hàm lượng cao các kim loại nặng như:

Fe, Cd, Pb, Cr, Cu, Zn, Mn, v.v..., chúng có tác động tiêu cực tới mơi trường sống của
sinh vật và con người.
Trong những năm gần đây, được sự quan tâm, đầu tư của nhiều tỉnh, cơ quan, tổ
chức, cá nhân ở lưu vực sông Cầu, vấn đề ô nhiễm dòng sông Cầu đã được khắc phục
rất nhiều. Tuy nhiên vấn đề ô nhiễm môi trường là một quá trình lâu dài, chịu sự tác
động của nhiều yếu tố đặc biệt đối với các vùng kinh tế phát triển.
Vì những lý do trên chúng tơi chọn đề tài:
“ Phân tích, đánh giá hàm lượng các kim loại sắt, đồng, mangan trong nước mặt
sông Cầu chảy qua thành phố Thái Nguyên bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên
tử ngọn lửa (F-AAS) ”.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




2

2. Mục tiêu nghiên cứu
Đề tài thực hiện nhằm xác định hàm lượng của các kim loại sắt, đồng, mangan trong
nước mặt sông Cầu chảy qua thành phố Thái Nguyên từ tháng 07 năm 2011 đến tháng
01 năm 2012 và từ kết quả phân tích đánh giá mức độ ơ nhiễm của nước mặt sông Cầu
bởi các kim loại sắt, đồng, mangan theo chu kì thời gian.
3. Phạm vi nghiên cứu
- Khảo sát các điều kiện thực nghiệm của máy quang phổ hấp thụ nguyên tử để chọn
điều kiện tối ưu xác định hàm lượng các kim loại sắt, đồng, mangan bằng phương pháp
quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS).
- Xác định hàm lượng của các kim loại sắt, đồng, mangan trong nước mặt sông Cầu
chảy qua thành phố Thái Nguyên trong từ tháng 07 năm 2011 đến tháng 01 năm 2012 và
từ kết quả phân tích đánh giá mức độ ô nhiễm của nước sông Cầu bởi các kim loại sắt,
đồng, mangan theo chu kì thời gian.

4. Nội dung nghiên cứu
- Khảo sát các điều kiện thực nghiệm xác định sắt, đồng, mangan bằng phương pháp
phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa.
- Khảo sát vùng tuyến tính của sắt, đồng, mangan và xây dựng đường chuẩn xác định
sắt, đồng, mangan bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa.
- Đánh giá sai số, độ lặp, khoảng tin cậy của phép đo.
- Phân tích mẫu thực tế theo phương pháp đường chuẩn và thêm chuẩn.
- Đánh giá mức độ ô nhiễm của nước sông Cầu bởi các kim loại sắt, đồng, mangan
theo chu kì thời gian.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu:
Chúng tôi sử dụng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử là một trong những
phương pháp phân tích có độ nhạy, độ chọn lọc và độ chính xác cao, phù hợp với việc
xác định hàm lượng vết các kim loại nặng trong nước và các đối tượng khác để xác định
hàm lượng các kim loại sắt, đồng, mangan.

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




3

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
Đề tài được thực hiện sẽ giúp xác định:
- Các điều kiện thực nghiệm tối ưu xác định hàm lượng các kim loại sắt, đồng,
mangan bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa.
- Đánh giá mức độ ô nhiễm các kim loại sắt, đồng, mangan trong nước sông Cầu từ
tháng 07 năm 2011 đến tháng 01 năm 2012.
- Là cơ sở khoa học để các tổ chức, ban ngành tham khảo để có định hướng trong
cơng tác kiểm tra, cải thiện ô nhiễm môi trường nước ở thành phố Thái Nguyên.

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




4

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. GIỚI THIỆU VỀ SẮT, ĐỒNG, MANGAN
1.1.1. Sắt [13, 23]
1.1.1.1. Trạng thái tự nhiên của sắt
Sắt là nguyên tố phổ biến đứng hàng thứ 4 về hàm lượng trong vỏ trái đất sau O, Si,
Al. Trong thiên nhiên sắt có 4 đồng vị bền:

54

Fe ,

56

Fe (91.68%),

57

Fe và

58

Fe . Những

khoáng vật quan trọng của sắt là manhetit (Fe3O4), hematit (Fe2O3), pirit (FeS2) và
xiderit . Có rất nhiều mỏ quặng sắt và sắt nằm dưới dạng khoáng chất với nhơm, titan,
mangan,... Sắt cịn có trong nước thiên nhiên và thiên thạch sắt.
1.1.1.2. Tính chất của nguyên tử sắt
Tên, kí hiệu, số thứ tự:
Phân loại:
Cấu hình electron

Sắt, Fe, 26
Kim loại chuyển tiếp
[Ar] 3d64s2

Khối lượng riêng

7,874 kg/m3

Bề ngoài

Kim loại màu xám, nhẹ có ánh kim

Khối lượng ngun tử
Bán kính ngun tử (Ao)
Năng lượng ion hóa (eV)

55,845 đvc
1,35
I1=7.9 ; I2 = 16.18; I3 = 30.63

Thế điện cực chuẩn (V), Eo

E 0 Fe2 / Fe = -0.44V ; E 0 Fe3 / Fe2 = 0.77V

Trạng thái oxi hóa

0, +2, +3

Hóa trị

II, III

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




5

Một số hằng số vật lí quan trọng của sắt:
Nhiệt độ nóng chảy : 15360C

Nhiệt thăng hoa :

418kJ/mol

Nhiệt độ sơi:

28800C

Độ cứng: 4-5

Khối lượng riêng:

7.91g/cm3

Độ dẫn điện (Hg =1) : 10

Sắt là một kim loại có hoạt tính hóa học trung bình. Ở điều kiện thường, khơng có
hơi ẩm, sắt là kim loại thụ động. Sắt không tác dụng rõ rệt với những phi kim điển hình
như oxi, lưu huỳnh, clo, brơm vì có màng oxit bảo vệ.
Khi đun nóng (đặc biệt ở dạng bột nhỏ) sắt tác dụng với hầu hết các phi kim. Khi
đun nóng trong khơng khí khơ, sắt tạo nên Fe2O3 và ở nhiệt độ cao hơn tạo nên Fe3O4.
Sắt phản ứng mạnh với các halogen. Khi đun nóng sắt với các halogen thu được
Fe(III) halogenua khan FeX3. Khí clo dễ dàng phản ứng với Fe tạo thành FeCl3 .
Tuy nhiên khi nghiền bột I2 với Fe sản phẩm tạo thành có thành phần là Fe3I8 ( hay
2FeI3.FeI2):
3Fe + 4I2 
 Fe3I8
Nung Fe với S cũng có phản ứng tạo ra sắt sunfua:
Fe + S 
 FeS
Sắt tác dụng trực tiếp với CO tạo thành hợp chất cacbonyl khi nung nóng Fe trong
ống chứa CO ở 150 – 2000C và áp suất khoảng 100atm:
Fe + 5CO 
 Fe(CO)5
Sắt tinh khiết bền trong khơng khí và nước. Ngược lại sắt có chứa tạp chất bị ăn
mịn dần do tác dụng của hơi ẩm, khí cacbonic và oxi ở trong khơng khí tạo nên gỉ sắt.
Do lớp gỉ sắt xốp và dịn nên khơng bảo vệ được sắt khỏi bị oxi hóa tiếp.

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




6

Sắt tan được trong các axit loãng. Sắt bị thụ động khi tác dụng với axit H2SO4 đặc
nguội và axit HNO3 đặc nguội. Khi tác dụng với các axit có tính oxi hóa mạnh như axit
H2SO4 và HNO3 thì sắt bị oxi hóa thành Fe(III) và giải phóng sản phẩm phụ.
Trong dung dịch kiềm khi đun nóng Fe khử được ion H+ của nước tạo thành H2 và
các sản phẩm chính là Fe3O4 hoặc Fe(FeO2)2 màu đen.
1.1.1.3. Tác dụng sinh hoá của sắt đối với cơ thể con người [4]
Sắt là một nguyên tố vi lượng dinh dưỡng rất quan trọng cho cơ thể con người và động
vật. Hầu hết lượng sắt có trong cơ thể đều tồn tại trong các tế bào máu, chúng kết hợp với
prôtêin để tạo thành hêmôglobin. Sắt tham gia vào cấu tạo Hêmôglôbin (là một muối phức
của prophirin với ion sắt). Hêmôglobin làm nhiệm vụ tải oxi từ phổi đến các mao quản của
các cơ quan trong cơ thể, ở đây năng lượng được giải phóng ra. Khi con người bị thiếu sắt,
hàm lượng hêmôglobin bị giảm xuống và làm cho lượng oxi tới các tế bào cũng giảm theo.
Từ đó khi cơ thể bị thiếu máu do thiếu hụt sắt, con người thường bị mệt mỏi, đau đầu, mất
ngủ... hoặc làm giảm độ phát triển và thơng minh của trẻ em.
Chính vì quan niệm như vậy nên một số người cho rằng nếu cơ thể thừa sắt thì
khơng sao. Tuy nhiên gần đây một số nhà khoa học đã khám phá ra rằng khi cơ thể
người bị thừa sắt cũng có những tác hại như thiếu sắt. Nếu trong cơ thể chứa nhiều sắt,
chúng gây ảnh hưởng đến tim gan, khớp và các cơ quan khác, nếu lượng sắt quá nhiều
có thể gây ra bệnh ung thư gan... Những triệu chứng biểu hiện việc thừa sắt là:
- Tư tưởng phân tán, mệt mỏi và mất khả năng điều khiển sinh lý.
- Bệnh về tim mạch và chứng viêm khớp hoặc đau các cơ.
- Bệnh thiếu máu không phải do thiếu sắt.
Hơn nữa, việc thừa sắt có thể gây ra những tác động trực quan tới sinh hoạt của con

người như gây ra mùi khó chịu, những vết ố trên vải, quần áo...

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




7

1.1.2. Đồng [12, 13, 23]
1.1.2.1 Trạng thái tự nhiên của đồng
Trong tự nhiên, đồng là nguyên tố tương đối phổ biến. Trữ lượng đồng trong vỏ trái
đất khá lớn là 0,003%.
Người ta gặp đồng chủ yếu ở dạng các hơp chất sufua và luôn ở lẫn với những
quặng sufua của các kim loại khác. Trong số những khoáng chất riêng của đồng, quan
trọng nhất là cancopirit (CuFeS2) và cancozin (Cu2S). Những khống chất có chứa
oxi và tương đối ít gặp – cuprit Cu2O, malachite [(CuOH)2CO3 ] – có giá trị kỹ
nghệ kém hơn, v.v…
1.1.2.2. Tính chất của đồng
Tên, kí hiệu, số thứ tự:
Phân loại:

Đồng, Cu, 29
Kim loại chuyển tiếp

Cấu hình electron

[Ar] 3d104s1

Khối lượng nguyên tử

63,54 đvc

Bán kính nguyên tử (Ao)

1,28

Năng lượng ion hóa (eV)

I1=7.72 ; I2 = 20,29;
0
0
0
ECu
 0,521 : ECu
2  0,337 : E
2  0,153
Cu 

Thế điện cực chuẩn (V), Eo

Cu 0

Trạng thái oxi hóa

+1, +2.

Hóa trị

I, II

Cu 0

Cu1

Đồng là kim loại màu đỏ, mềm, dẻo. Đồng không biến đổi ở trong khơng khí khi
khơng có hơi ẩm và CO2, bị mờ đục (tạo nên màng oxit) khi đun nóng. Ở nhiệt độ
thường và trong khơng khí ẩm, đồng bị bao phủ một lớp màng màu đỏ gồm đồng kim

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




8

loại và đồng oxit. Oxit này được tạo thành bởi các phản ứng:
2Cu + O2 + 2H2O → Cu(OH)2
Cu(OH)2 + Cu → Cu2O + H2O
Nếu trong khơng khí có mặt CO2, đồng bị bao phủ một lớp màu lục gồm cacbonat
bazo Cu(OH)2CO3 (rỉ đồng này thường được gọi là tanh đồng). Khi đun nóng trong
khơng khí ở nhiệt độ 130°C, đồng tạo nên lớp gồm hỗn hợp oxit Cu2O và CuO và ở
nhiệt độ nóng đỏ, đồng cháy tạo nên CuO và cho ngon lửa màu lục.
Đối với các halogen, đồng phản ứng rất dễ dàng tạo thành các halogenua.
Ở nhiệt độ thường đồng không tác dụng với flo bởi vì màng CuF2 được tạo nên rất
bền sẽ bảo vệ đồng.
Trong dãy điện hoá, đồng đứng ngay sát hidrro H2, vì vậy nó khơng tan trong HCl,
H2SO4 nhưng nếu có mặt của O2 khơng khí hay là những chất oxi hố thì Cu có thể
tan được trong HCl và khi đun nóng H2SO4 đặc cũng có thể oxi hố được đồng.
2Cu + 4HCl + O2 → 2CuCl2 + 2H2O

Cu + 2H2SO4 đặc → CuSO4 + SO2 + H2O
Đồng có thể tan trong dung dịch amoniac khi có mặt của O2 khơng khí.
2Cu + 8NH3 +O2 +H2O → 2[Cu(NH3)4](OH)2
Ngồi ra, đồng dễ tạo nên hợp kim với các kim loại khác, dễ tạo nên hỗn hống
với thuỷ ngân và khả năng dễ tạo nên nhiều phức chất là một tính chất rất đặc trưng
của đồng. Những hợp chất của đồng đều độc.
1.1.2.3. Vai trò sinh học của đồng đối với người, động vật và thực vật
Đồng là một nguyên tố rất đặc biệt về mặt sinh vật học. Có lẽ nó là chất xúc tác của
những q trình oxi hố nội bào. Người ta đã nhận xét rằng, rất nhiều cây muốn phát triển
bình thường, đều cần phải có một ít đồng và nếu dùng những hợp chất của đồng để bón
cho đất (đặc biệt là đất bùn lầy) thì thu hoạch thường tăng lên rất cao. Các cơ thể thực vật

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




9

có độ bền rất khác nhau đối với lượng đồng dư.
Đối với thực vật thì đồng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sinh trưởng và phát triển
sản lượng của cây. Đồng có tác dụng kích thích các loại men, tạo điều kiện cho cây sử
dụng protein và hình thành clorofin. Thiếu đồng thì cây khơng phát triển được. Đồng có
tác dụng giúp cây chống hạn, chịu rét, làm tăng khả năng giữ nước của mô, bảo vệ diệp
lục khỏi bị phá huỷ đồng thời cịn có tác dụng làm tăng quang hợp.
Các nguyên tố vi lượng ảnh hưởng không những đến q trình phát triển của thực vật
mà cịn có tầm quan trọng với hoạt động sống của động vật và con người.
Trong các động vật thì một số lồi nhuyễn thể (bạch tuộc) có chứa đồng nhiều nhất.
Trong các động vật cao đẳng, đồng tập trung chủ yếu ở gan và ở các hạch tế bào của những
mô khác. Ngược lại các tế bào tại các chỗ sưng chứa rất ít đồng. Nếu sinh vật bị thiếu đồng

(mỗi ngày cần đến 5mg) thì việc tái tạo hemoglobin sẽ giảm dần và sinh ra bệnh thiếu máu.
Nguồn các nguyên tố vi lượng trong cơ thể con người thường xuyên được bổ sung từ
rau, quả, các loại lương thực thực phẩm có trong thức ăn hàng ngày. Thiếu hoặc mất cân
bằng nguyên tố kim loại vi lượng trong các bộ phận cơ thể như máu, huyết thanh, tóc,
gan, mật… là nguyên nhân hay triệu chứng của ốm đau, bệnh tật hoặc suy dinh dưỡng.
Hàm lượng đồng trong toàn bộ cơ thể xấp xỉ 0,1g và nhu cầu hàng ngày của một người
đàn ơng có sức khỏe trung bình là 2mg. Ở trẻ sơ sinh và đang bú mẹ, thiếu đồng dẫn đến
thiếu máu nặng và thiếu bạch cầu trung tính. Ở trẻ em mắc bệnh suy nhược nhiệt đới gọi
là Kawashiskor thì biểu hiện thiếu đồng là mất sắc tố ở lơng tóc. Qua phân tích người ta
thấy ở những trẻ mất khả năng đọc và đánh vần hoặc đọc và đánh vần khó nhọc thì hàm
lượng đồng và magie trong tóc cao hơn nhiều so với các trẻ đối chứng (bình thường).
Nếu hàm lượng đồng trong tóc tăng nhiều (quá giới hạn) thì bệnh kéo theo bao gồm cả
thiếu máu, viêm gan, viêm tuyến giáp trạng và suy thận. Nếu ở mô não, nồng độ Cu tăng
và nồng độ Zn giảm thì sẽ xuất hiện chứng sớm mất trí. Một bệnh gọi là bệnh Wilson sinh
ra bởi các cơ thể mà đồng bị giữ lại, mà không tiết ra bởi gan vào trong mật. Căn bệnh
này nếu không được điều trị có thể dẫn tới các tổn thương não và gan.

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




10

Trong các đồ ăn thì sữa và men có chứa nhiều đồng nhất, trong máu nguời mẹ có thai
lượng đồng tăng gấp đơi so với lúc bình thường. Vì vậy xác định chính xác hàm lượng
nguyên tố đồng trong các thực phẩm và trong cơ thể người bình thường để xây dựng các
chỉ tiêu sinh học và dinh dưỡng là vơ cùng cần thiết để chăm sóc và bảo vệ cộng đồng.
1.1.3. Mangan [14]
1.1.3.1. Tính chất của Mangan

Mangan là nguyên tố thuộc nhóm VIIB trong bảng HTTH của Menđeleep:
- Khối lượng nguyên tử:

54,938

- Tỷ khối:

7,44

- Nhiệt độ nóng chảy:

12440C

- Nhiệt độ sơi:

21200C

- Cấu hình electron: 1s22s22p63s23p63d54s2
- Mangan có các trạng thái oxi hóa từ +2 đến +7
Trong thiên nhiên Mn là nguyên tố tương đối phổ biến, đứng hàng thứ 3 trong số
các kim loại chuyển tiếp sau Fe và Ti. Trữ lượng của Mn trong vỏ trái đất là 0,032%.
Mangan không tồn tại ở trạng thái tự do mà tồn tại chủ yếu trong các khống vật.
Khống vật chính của Mn là hausmanit( Mn3O4 ) chứa khoảng 72% Mn,
pirolusit(MnO2) chứa khoảng 63% Mn, braunit (Mn2O3) và manganit MnO2.Mn(OH)2.
Những nước có nhiều mỏ quặng mangan là Nga, Nam Phi, Ấn Độ, Gabon, Brazin và
Australia. Nước ta có mỏ pirolusit lẫn hemantit ở Yên Cư và Thanh Tứ ( Nghệ An), mỏ
pirolusit lẫn hêmantit ở Tốc Tác và Bản Khuôn (Cao Bằng).
Lượng chứa Mn tính theo thành phần phần trăm trong thạch quyển là 0,09%; trong
đất là 0,085%; trong chất sống là 0,01%.
Trong cơ thể con người Mn có khoảng 4.10 -10 % nằm trong tim, gan và tuyến

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




11

thượng thận, ảnh hưởng đến sự trưởng thành của cơ thể và sự tạo máu.
Mangan có nhiều đồng vị từ 49Mn đến 55Mn trong đó chỉ có 55Mn là đồng vị thiên
nhiên chiếm 100%. Đồng vị phóng xạ bền nhất là 53Mn có chu kì bán hủy là 140 năm,
và kém bền nhất là 49Mn có chu kì bán hủy là 0,4s .
1.1.3.2. Khả năng gây ô nhiễm của mangan trong nước và tác dụng sinh hóa
Trước khi xét đến sự ô nhiễm của Mn trong nước ngầm ta cũng cần điểm qua sự
xuất hiện của Mn trong tự nhiên và trong nước thải.
Trong tự nhiên ở sơng ngịi Mn chứa từ 0,001-0,16mg/l. Trong nước đường ống thì
Mn ở ngưỡng 0,05mg/l.
Trong cơng nghiệp luyện kim chế tạo máy, hóa chất làm giàu quặng Mn, chế biến
quặng...thì nồng độ Mn trong nước thải là 1-1,2mg/l. Trong công nghiệp sản xuất hàng
tiêu dùng, nước thải chứa 0,05- 0,47mg/l Mn. Thông thường Mn được thải ra dưới
dạng muối tan như muối sunfat, clorua, nitrat của Mn(II).
Trong nước ngầm Mn thường tồn tại ở dạng hóa trị II( Mn2+) vì khơng có mặt ơxi
hịa tan hàm lượng Mn có thể là 1mg/l.
Khi nghiên cứu tác động của hợp chất Mn và độc tính của chúng đối với cơ thể
sống, người ta thấy rằng:
- Ở nồng độ 0,1mg/l Mn làm cho nước đục.
- Ở nồng độ 0,25mg/l Mn nhuộm màu nước thành tối.
- Ở nồng độ 0,2- 0,4 mg/l Mn làm kém chất lượng nước.
- Ở nồng độ 0,5mg/l Mn làm cho nước có mùi kim loại.
- Mangan làm giảm COD của nước. Nồng độ Mn 0,001mg/l làm giảm 2% COD.
Nồng độ Mn 0,01mg/l làm giảm 10% COD.

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




12

- Ở nồng độ 2mg/l, Mn gây độc tính đối với cây trồng.
Mangan có hàm lượng nhỏ trong sinh vật và là nguyên tố vi lượng quan trọng đối
với sự sống. Thiếu Mn làm ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của xương động vật. Ion
Mn là chất hoạt hóa một số enzim xúc tiến một số quá trình tạo thành chất clorofin
(chất diệp lục), tạo máu và sản xuất những kháng thể nâng cao sức đề kháng của cơ
thể. Mangan cần cho q trình đồng hóa nitơ của thực vật và quá trình tổng hợp
protein. Nhu cầu Mn của người lớn là 8 mg mỗi ngày. Thực phẩm chứa nhiều Mn là củ
cải đỏ, cà chua, đậu tương, khoai tây. Mn làm giảm lượng đường trong máu nên tránh
được bệnh tiểu đường.
1.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SẮT, ĐỒNG VÀ MANGAN
1.2.1. Phân tích khối lƣợng [5, 6]
Phương pháp này dựa trên sự kết tủa của nguyên tố cần phân tích với một thuốc thử
thích hợp. Phương pháp này có độ chính xác cao nhưng thao tác phức tạp, tốn thời gian
và chỉ xác định ở nguyên tố trong mẫu có hàm lượng lớn.
1.2.1.1. Xác định Sắt
Tiến hành xác định sắt dựa vào kết tủa Fe(III) hidroxit để tách sắt ra khỏi một số
kim loại kiềm, kiềm thổ, Zn, Pb, Cd và một số kim loại khác. Các hidroxit của các kim
loại này kết tủa ở pH cao hơn so với hidroxit Fe(III) hoặc nó bị giữ lại khi có mặt NH3
trong dung dịch. Các ion tactrat, xitrat, oxalat, pyrophotphat có thể ảnh hưởng đến kết
tủa sắt hồn tồn. Khi có mặt các ion đó, người ta cho kết tủa với ion S 2- trong đó có
lượng nhỏ cacđimi. Nhưng phương pháp này khơng được đánh giá cao vì sunfua các
kim loại ít tan trong (NH4)2S dư. Khi kết tủa sắt bằng (NH4)2S có mặt tactrat ta có thể

tách sắt ra khỏi titan, uran, valađi và một số các nguyên tố khác.
1.2.1.2. Xác định Đồng
Có thể dùng phương pháp phân tích khối lượng xác định Cu bằng cách dùng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




13

hydrosunfua (H2S) để kết tủa Cu dưới dạng sunfua (CuS) và nung thành oxit ở nhiệt
độ 700 đến 900°C. Sau đó cân kết quả thu được ở dạng CuO
Cu2+ + H2S → CuS↓ + 2H+
CuS + O2 → CuO + SO2
Đồng (II) cũng có thể được xác định bằng phương pháp phân tích trọng lượng.
Người ta tiến hành khử Cu2+ trong mơi trường axit thành Cu+ bằng K2SnCl4
theo phương trình:
2CuCl2 + K2SnCl4 → Cu2Cl2 + 2KCl + SnCl4
Đồng(I) tạo thành cho kết tủa dạng muối Reinit (tetra thioxianat diamin cromat).
Muối này khơng tan trong axit lỗng.
Cu2Cl2 + 2NH4 [Cr(NH3)2(SCN)4 ] → 2Cu[Cr(NH3)2(SCN)4 ]↓ + 2NH4Cl
Xác định đồng theo phương pháp này khi trong mẫu có mặt Hg2+, Ag+, Ta2+
thì chúng sẽ tạo kết tủa với muối Reinit và cản trở việc xác định Cu2+.
1.2.1.3. Xác định Mangan
Việc xác định Mangan dựa trên sự kết tủa Mn dưới dạng Mangan hidroxit theo
phản ứng sau:
Mn2+ + 2OH- 
 Mn(OH)2↓
Sau đó đem nung kết tủa, đem cân và xác định chính xác hàm lượng của Mn
t

 MnO + H2O
Mn(OH)2↓ 
0

Tuy nhiên trong nước thì lượng Mangan rất nhỏ, do vậy ta khơng thể sử dụng
phương pháp này được.
1.2.2. Phân tích thể tích [5, 8]
Trong phương pháp này người ta đo lượng thuốc thử cần dùng để phản ứng với một
lượng đã cho của một chất cần xác định. Định lượng bằng phương pháp thể tích cho
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




14

kết quả nhanh chóng, đơn giản. Xong chỉ phù hợp với xác định các nguyên tố trong
mẫu có hàm lượng lớn (≥0,1%). Tùy thuộc vào loại phản ứng chính thường dùng mà
người ta chia phương pháp phân tích thể tích thành các nhóm: Phương pháp trung hịa,
phương pháp oxi hóa khử, phương pháp kết tủa và phương pháp Complexon.
1.2.2.1. Xác định Sắt
Việc xác định sắt tiến hành như sau: Dung dịch chứa ion sắt cần xác định được điều
chỉnh pH về 2,0; thêm vài giọt chỉ thị axit sunfosalixylic 0,1M, lúc này dung dịch có màu
tím, đun nóng đến 700C, và chuẩn độ bằng dung dịch EDTA 0,02M đến khi mất màu tím.
Sau đó từ lượng EDTA đã tác dụng khi chuẩn độ sẽ tính được hàm lượng Fe trong mẫu.
Phương pháp này tiến hành đơn giản nhưng cho sai số lớn, nồng độ Fe trong dung
dịch nhỏ thì khó chuẩn độ do phải quan sát sự chuyển màu bằng mắt thường, thiếu
chính xác. Mặt khác, nếu dung dịch mẫu có lẫn các ion khác gây ảnh hưởng đến kết
quả của phép phân tích.
1.2.2.2. Xác định Đồng

Phổ biến nhất là phương pháp dùng chỉ thị màu murexit và PAN. Phương pháp
dùng chỉ thị murexit tiến hành dựa trên sự tạo phức của Cu2+ với EDTA trong môi
trường đệm amoni. Tại điểm tương đương dung dịch chuyển từ màu đỏ sang màu
tím hoa cà. Dựa vào phản ứng:
2+

Cu

2-

+ H2 Y
2-

CuInd + H2Y

→ CuY
→ CuY

2-

+

+ 2H

2-

+ HInd

Trong phương pháp này nếu dung chỉ thị màu PAN, dung dịch định lượng có
nồng độ từ 0,001 đến 0,1M, pH = 5÷6 được điều chỉnh bằng dung dịch đệm axetat

– axit axetic. Chuẩn độ bằng dung dịch EDTA cho đến khi dung dịch chuyển từ
màu tím đậm sang màu vàng tươi.
1.2.2.3. Xác định Mangan
Khi xác định hàm lượng vết nguyên tố Mn cần phải làm giàu nhiều lần, rất phức
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên