Nghiên cứu khả năng hấp phụ niken trong nước của oxit sắt từ bằng phương pháp trắc quang phân tử UV VIS với thuốc thử đimetylglioxim

1

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HÓA HỌC
----------

PHAN THỊ THU HIỀN

Nghiên cứu khả năng hấp phụ Niken trong nước
của oxit sắt từ bằng phương pháp trắc quang
phân tử UV-VIS với thuốc thử Đimetylglioxim

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN HÓA PHẨM


2

Nghiên cứu khả năng hấp phụ Niken trong nước của oxit sắt từ bằng phương
pháp trắc quang phân tử UV-VIS với thuốc thử Đimetylglioxim
GVHD : ThS. Nguyễn Thị Hường
SVTH : Phan Thị Thu Hiền
Lớp: 08CHP


3

LỜI MỞ ĐẦU

1.Tính cấp thiết của đề tài

Nước rất cần thiết cho hoạt động sống của con người cũng như các sinh vật.
Nước chiếm 74% trọng lượng trẻ sơ sinh, 55% đến 60% cơ thể nam trưởng thành,
50% cơ thể nữ trưởng thành. Nước cần thiết cho sự tăng trưởng và duy trì cơ thể
bởi nó liên quan đến nhiều q trình sinh hoạt quan trọng. Muốn tiêu hóa, hấp thu
sử dụng tốt lương thực thực phẩm đều cần có nước.
Hiện nay, vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong nước đang là một trong
những vấn đề rất được quan tâm do độc tính của chúng và sự tích lũy theo thời
gian dài trong môi trường. Sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp như
khai thác dầu mỏ, công nghiệp mạ luyện kim, giao thông vận tải, hoạt động sản
xuất và tái chế kim loại tại các làng nghề… là các nguồn gây ô nhiễm kim loại
nặng cho nguồn nước. Trong đó, niken (Ni) là một kim loại điển hình với đặc tính
bền vững trong mơi trường, khả năng gây độc ở liều lượng thấp tích lũy lâu dài
trong chuỗi thức ăn, nó được xem như là một chất thải nguy hại và cần được xử lý
triệt để. Vì vậy, để đánh giá khả năng hấp phụ niken của oxit sắt từ trong môi
trường nước chúng tôi đã chọn đề tài:
“Nghiên cứu khả năng hấp phụ niken trong nước của oxit sắt từ bằng
phương pháp trắc quang phân tử UV-VIS với thuốc thử đimetylglioxim”
2.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Kết quả của đề tài nhằm góp phần xây dựng một phương pháp thích hợp
cho việc xác định khả năng hấp phụ niken của oxit sắt trong nước phù hợp với
điều kiện của phịng thí nghiệm ở Việt Nam.


4

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Kim loại nặng và dư lượng của nó trong mơi trường [1, 4, 12]
1.1.1. Giới thiệu về kim loại nặng niken [4, 12]
Niken là một ngun tố hóa học trong bảng HTTH. Kí hiệu là Ni , có số

hiệu nguyên tử là 28, thuộc chu kì 4, nhóm VIIIB. Khối lượng ngun tử là 58.69
đvC.
Các hợp kim của niken được sử dụng trong các tuabin và động cơ phản lực
hiện đại, công nghiệp mạ, kỹ thuật điện, vô tuyến và trong chế tạo máy…
Trong tự nhiên Niken thường gặp dưới dạng hợp chất với Asen và lưu
huỳnh: Cufeniken(NiAs), gecdofit(NiAsS).
*Tính chất vật lí của Niken:
Niken nằm ở ơ thứ 28 trong BTH, cấu hình [Ar]3d84s2, thuộc nhóm VIIIB
(họ sắt), chu kì 4, khối lượng ngun tử 58,69 đvC. Trong tự nhiên, Niken có 5
đồng vị bền

58

Ni,

60

Ni,

61

Ni,

62

Ni,

64

Ni, trong đó phổ biến nhất là

58

Ni chiếm

60,077%. Niken là kim loại có ánh kim, màu trắng bạc dễ rèn dễ dát mỏng, nhiệt
độ nóng chảy 1453 oK, nhiệt độ sơi 3185 oC, tỉ khối 8,908 (g/cm3) có độ cứng là 5
theo thang Moxo. Niken là một trong bốn nguyên tố có tính chất từ ngay ở nhiệt
độ phịng, khơng bị ăn mòn, do vậy Niken được sử dụng nhiều trong các ngành
công nghiệp luyện kim, mạ, sản xuất tiền xu, nam châm và các vật dụng phổ biến
trong gia đình. Niken là chất xúc tác cho phản ứng hidro hóa trong công nghiệp
sơn, muối Niken được sử dụng làm bột màu. Ngoài ra Niken là nguyên tố vi lượng
cần thiết cho cơ thể sống vì nó là trung tâm hoạt động của enzyme của một số cơ
thể sống. Trong các hợp chất số oxi hóa đặc trưng của Niken là +2. Niken có khả
năng xúc tác cho nhiều phản ứng hóa học, ion của nó dễ tạo phức bền.
*Tính chất hóa học của niken:


5

Niken là kim loại có hoạt tính hóa học trung bình. Ở điều kiện thường nếu
khơng có hơi ẩm, Niken không tác dụng rõ rệt với các nguyên tố phi kim điển hình
như O2, Cl2, Br2, S vì có màng oxit bảo vệ. Khi đun nóng phản ứng diễn ra mảnh
liệt.
Ở trạng thái chia nhỏ Niken là chất tự cháy . Ở trên 500oC Niken tác dụng
với oxi tạo NiO. Niken khơng phá vỡ Flo ở nhiệt độ cao vì vậy những thiết bị làm
việc trong khí Flo được làm bằng Niken.
Niken tác dụng trực tiếp với khí CO tạo Ni(CO)4
Ni

+

4CO

→

Ni(CO)4

Ni(CO)4 là chất lỏng có khả năng bay hơi ngay ở nhiệt độ phịng. Khi đun
nóng, Ni(CO)4 lại bị phân hủy trở về Ni và CO.
1.1.2. Nguồn gốc xuất hiện kim loại nặng trong nước
Kim loại nặng tồn tại trong môi trường nước từ nhiều nguồn khác nhau
như: nước thải từ các khu công nghiệp, nước thải sinh hoạt, từ giao thơng y tế,
hoạt động khai thác khống, sản xuất nơng nghiệp (phân bón, thuốc trừ sâu), cơng
nghệ mạ kim loại,…Ngay cả nguyên nhân tự nhiên như: núi lửa, động đất, bão
lũ...
Nguồn nước mặt bị ô nhiễm kim loại nặng sẽ kéo theo ô nhiễm môi trường
đất, ô nhiễm nước ngầm, ơ nhiễm khơng khí….
1.1.3. Tác hại của kim loại nặng
Kim loại nặng xâm nhập vào cơ thể một phần bị đào thải, một phần được
giữ lại trong cơ thể. Các kim loại nặng là nguồn chất độc nguy hiểm đối với hệ
sinh thái, đất, chuỗi thức ăn và con người. Những kim loại có độc tính cao nguy
hiểm là: Thủy ngân (Hg), Chì (Pb), Niken (Ni). Các kim loại có tính độc mạnh là:
Asen (As), Crom (Cr), Kẽm (Zn), Thiếc (Sn), Đồng (Cu).
Trong thực tế, các kim loại nặng nếu ở hàm lượng thích hợp rất cần cho sự
sinh trưởng và phát triển của thực vật, động vật và con người. Tuy nhiên, chúng
tích lũy nhiều sẽ gây hại đối với động thực vật và con người.
Đối với con người:

6

Gây độc hại cấp tính, ví dụ thủy ngân hay asen với liều lượng cao có thể
gây chết người ngay.
Gây độc hại mãn tính hoặc tích lũy với liều lượng nhỏ hằng ngày, liên tục,
sau một thời gian sẽ gây nhiễm độc rất khó chữa
Đối với thực phẩm
Làm hư hỏng thực phẩm, giảm giá trị dinh dưỡng của thực phẩm, ví dụ chỉ
cần vết kim loại nặng cũng đủ để kích thích sự phân hủy vitamin C, vitamin B1,
vv…..
1.1.4. Tính chất độc hại của niken (Ni)[1]
Niken là một trong những chất gây ô nhiễm được xếp thứ tự độc hại là129,
và được coi là một trong 14 kim loại nặng độc hại nhất. Niken cũng được liệt kê
trong số 25 hóa chất độc hại có nguy cơ đe dọa lớn đối với sức khỏe con người.
Niken là chất gây ung thư cho người, làm kìm hãm sự phát triển của cây và ảnh
hưởng đến mơi trường khơng khí, đất, nước. Tiêu chuẩn cho phép hàm lượng
niken nhỏ hơn 0,02mg/l(0,02ppm)
Con người nhiễm độc niken thơng qua hít thở khơng khí hoặc hút thuốc lá
có chứa niken (đây là nguồn niken chính gây phơi nhiễm cho hầu hết mọi người),
sử dụng nguồn nước có chứa niken, tiếp xúc với tiền xu và các vật liệu kim loại
khác có chứa niken. Cho đến nay, mặc dù chưa tìm thấy ảnh hưởng của việc thiếu
niken đến sức khỏe và hoạt động tế bào trong cơ thể người. Tuy nhiên, một lượng
nhỏ niken có lẽ là cần thiết. Đối với những người bị dị ứng niken, khi tiếp xúc với
niken sẽ gây một số hiện tượng dị ứng của cơ thể như ngứa, mẫn đỏ, nổi da gà
hoặc phát ban. Một số người đặc biệt nhạy cảm với niken có thể lên cơn suyễn
ngay sau khi tiếp xúc với niken. Các triệu chứng liên quan đến phổi, viêm phế
quản mãn tính, giảm chức năng hoạt động của phổi đã được phát hiện đối với các
công nhân đã hít phải một lượng lớn niken. Khi bị phơi nhiễm ở nồng độ cao,
bệnh nhân có thể ho, khó thở ngay lập tức, nhưng đơi khi hiện tượng này xảy ra
sau 1-2 ngày tiếp xúc và có thể gây phù phổi khi bị nhiễm một lượng lớn niken.

7

Niken và các hợp chất niken được dự đoán là một trong những tác nhân
gây ung thư. Khi hít nhiều bụi có chứa hợp chất của niken có thể gây bệnh viêm
xoang hoặc nhẹ hơn là viêm vọng. Trong thời gian dài, có thể gây ra ung thư phổi,
niken có thể gây hại đến sự phát triển của thai nhi khi thai phụ tiếp xúc với mơi
trường khơng khí hoặc nguồn nước bị ô nhiễm niken
1.1.5. Giới hạn cho phép của Niken trong các loại nước
Theo tiêu chuẩn Việt Nam giới hạn cho phép của Niken trong nước bề mặt
và nước thải được đưa ra ở bảng 1.1 và bảng 1.2.
Bảng 1.1. Giá trị nồng độ giới hạn cho phép của niken trong nước bề mặt
(QCVN 08:2008/BTNMT
Đơn vị

A1

A2

B1

B2

mg/l

0,1

0,1

0,1

0,1

Trong đó:
- Cột A1 sử dụng tốt cho mục đích cấp nước sinh hoạt và các mục đích
khác như loại A2, B1 và B2
- Cột A2 dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng phải áp dụng cơng
nghệ xử lí phù hợp, bảo tồn động thực vật thủy sinh hoặc các mục đích sử dụng
như loại B1 và B2
- Cột B1 dùng cho mục đích tưới tiêu thủy lợi hoặc các mục đích sử dụng
khác có u cầu chất lượng nước tương tự hoặc các mục đích sử dụng như loại B2.
- Cột B2 giao thơng thủy và các mục đích khác yêu cầu chất lượng nước
thấp.
Bảng 1.2. Giá trị nồng độ giới hạn cho phép của Niken trong nước thải
(QCVN 24:2009/BTNMT)
Đơn vị

A

B

mg/l

0,2

0,5

Trong đó:

8

- Cột A quy định giá trị nồng độ các thông số ô nhiễm trong nước thải công
nghiệp khi xả thải vào các nguồn tiếp nhận là nguốn nước được dùng cho mục
đích cấp sinh hoạt.
- Cột B quy định giá trị nồng độ các thông số ô nhiễm trong nước thải công
nghiệp khi xả thải vào các nguồn tiếp nhận là nguồn nước khơng dùng cho mục
đích cấp sinh hoạt.
1.2. Các phương pháp xác định niken [ 3, 5, 9]
1.2.1. Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử (AES)
Khi ở điều kiện thường, nguyên tử không thu hay phát ra năng lượng nhưng
nếu bị kích thích thì các điện tử hoá trị sẽ nhận năng lượng chuyển lên trạng thái
có năng lượng cao hơn (trạng thái kích thích). Trạng thái này 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 ( thường từ n.10-3 đến
n.10-4%), tốn ít mẫu, có thể phân tích đồng thời nhiều ngun tố trong cùng một
mẫu. Vì vậy, đây là phương pháp dùng để kiểm tra đánh giá hố chất, ngun 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.
a. Nguyên tắc:
Trên cơ sở của sự xuất hiện phổ phát xạ nguyên tử, để ứng dụng phổ phát
xạ để phân tích các nguyên tố cần thực hiện các nguyên tắc sau:

1. Tìm điều kiện phù hợp để hóa hơi mẫu phân tích hồn tồn và tốt nhất,
đưa mẫu về trạng thái hơi.


9

2. Nguyên tử hóa đám hơi của mẫu để tạo ra đám hơi của các nguyên tử tự
do của các nguyên tố cần nghiên cứu hoàn toàn và ổn định.
3. Kích thích các nguyên tử của nguyên tố cần phân tích để chúng phát ra
phổ phát xạ sao cho có hiệu suất cao, ổn định và lặp lại được.
4. Thu toàn bộ chùm sáng phát xạ của mẫu, phân li và ghi phổ thu được.
Như vậy ta có phổ phát xạ của mẫu phân tích.
5. Đánh giá định tính và định lượng phổ thu được.
b) Ưu điểm của phương pháp
Phương pháp này có các đặc điểm: Có thể phân tích hàng loạt mẫu cùng
lúc, cho độ nhạy cao, tốn ít mẫu, độ nhạy lên tới 10-5%.
1.2.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử dựa vào khả năng hấp thụ chọn
lọc các bức xạ cộng hưởng của các nguyên tử ở trạng thái tự do. Đối với mỗi
nguyên tố vạch cộng hưởng thường là vạch quang phổ nhạy nhất của phổ phát xạ
ngun tử của chính ngun tử đó. Thơng thường thì khi hấp thụ bức xạ cộng
hưởng nguyên tử sẽ chuyển từ trạng thái ứng với mức năng lượng cơ bản sang
mức năng lượng cao hơn gần với mức năng lượng cơ bản nhất, người ta gọi đó là
bước chuyển cộng hưởng.
Trong phương pháp này q trình ngun tử hóa mẫu có thể thực hiện bằng
phương pháp khơng ngọn lửa và phương pháp sử dụng ngọn lửa. Trong điều kiện
nhiệt độ không quá cao (1500 – 3000oC) đa số các nguyên tử tạo thành ở trạng thái
cơ bản.
Khi chiếu vào đám hơi nguyên tử tự do một chùm bức xạ điện từ có tần số
bằng tần số cộng hưởng thì các nguyên tử tự do sẽ hấp thụ các bức xạ cộng hưởng

này và làm cho cường độ của chùm bức xạ điện từ giảm. Sự bức xạ của đám hơi
tuân theo định luật Lambert – Beer:
I = Io.e-(Kv.N.L)


10

Với: Kv: hệ số tỷ lệ, phụ thuộc vào bản chất, bước sóng của bức xạ đơn sắc; N: số
nguyên tử tự do ở trong môi trường hấp thụ (đám hơi nguyên tử tự do); L: bề dày
môi trường hấp thụ (phụ thuộc vào máy).
Cường độ vạch phổ = mật độ quang = độ hấp thụ:
D = A = 2,303.Kv.N.L = K.N
Trong khoảng giá trị nồng độ C đủ nhỏ thì: N = K.C ; D = k.Cb
b = 1 nếu C  Co; b < 1 nếu C > Co.
Co: ngưỡng của sự tuyến tính của định luật Lambert – Beer cho phương
pháp AAS.
k: hệ số tỷ lệ, phụ thuộc vào điều kiện phân tích.
Thơng thường số ngun tử kích thích trong đám hơi khơng q 1 – 2% nên
phương pháp này có độ nhạy, độ chính xác cao, thực hiện nhanh và khá đơn giản.
Khi xác định sắt người ta thường nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn lửa đèn khí
axetylen + khơng khí rồi dùng nguồn sáng đơn sắc có bước sóng mà đám hơi hấp
thụ cộng hưởng chiếu vào đám hơi nguyên tử rồi thu phân ly và ghi phổ hấp thụ.
Ưu điểm và một số ứng dụng
Phương pháp này có các đặc điểm: độ nhạy, độ chọn lọc, độ lặp lại cao,
tốn ít mẫu, đơn giản, rất thuận lợi cho việc phân tích nhanh hàng loạt mẫu, phục
vụ yêu cầu sản xuất và nghiên cứu.
Hiện nay căn cứ vào kĩ thuật nguyên tử hóa mẫu, người ta chia phương
pháp phổ hấp thụ nguyên tử thành 2 loại:
Phương pháp phân tích dựa trên phép đo phổ hấp thụ nguyên tử kĩ thuật
ngọn lửa (F-AAS) có độ nhạy tới 0,1ppm.

Phương pháp phân tích dựa trên phép đo phổ hấp thụ ngun tử kĩ thuật
khơng ngọn lửa (F-AAS) có độ nhạy tới ppb.
1.2.3. Phương pháp trắc quang phân tử UV-VIS
Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử hay còn gọi là phương pháp đo
quang. 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


11

năng lượng thích hợp chiếu vào thì các điện tử hoá trị trong các liên kết (л, ∂ , 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 EO 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 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 - 10-7M 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. Phương pháp quang phổ hấp phụ phân tử UV-VIS
1.3.1. Giới thiệu phương pháp quang phổ hấp phụ phân tử UV-VIS
1.3.1.1. Sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch màu:
Dung dịch có màu là do bản thân dung dịch đã hấp thụ một phần quang phổ
của ánh sáng trắng, phần cịn lại ló ra cho ta màu của dung dịch.
Dung dịch có màu xác định thì hấp thụ bước sóng đơn sắc tương ứng và thể
hiện qua:


12

TIA SÁNG ĐƠN SẮC BỊ HẤP THỤ

MÀU CỦA DUNG DỊCH

400nm ÷ 450nm : vùng tím

Lục ánh vàng

450nm ÷ 480nm : vùng chàm

Vàng

480nm ÷ 490nm : vùng chàm lục

Da cam

490nm ÷ 510nm : vùng lục chàm

Đỏ

510nm ÷ 560nm : vùng lục

Đỏ tía

560nm ÷ 575nm :vùng lục ánh vàng

Tím

575nm ÷ 590nm : vùng vàng

Chàm

590nm ÷ 640nm : vùng da cam

Chàm lục

640nm ÷ 720nm : vùng đỏ

Lục chàm

720nm ÷ 800nm : vùng đỏ tía

Lục

Sự hấp thụ màu của dung dịch màu
Sự hấp thụ bức xạ đơn sắc càng mạnh (màu càng đậm) khi dung dịch có
nồng độ càng lớn.

Sự hấp thụ của dung dịch theo màu và sự phụ thuộc của nó vào nồng độ của
chất hấp thụ chính là cơ sở của phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS.
1.3.1.2. Các định luật cơ bản về sự hấp thụ ánh sáng:
*Định luật Bourguear-Lambert (Định luật 1 của hấp thụ ánh sáng):


13

Lượng tương đối của chùm ánh sáng bị hấp thụ bởi mơi trường mà nó đi qua
khơng phụ thuộc vào nồng độ của tia tới. Mỗi một lớp bề dày như nhau hấp thụ
một phần dòng sáng đơn sắc đi qua dung dịch như nhau.
Biểu thức:
I=I0.e-kl
Với

k: hệ số hấp thụ
l : bề dày của lớp vật chất

* Định luật Lambert-Beer:
Nội dung: Với bề dày của lớp dung dịch, hệ số hấp thụ K tỉ lệ với nồng độ
của chất hấp thụ của dung dịch.
Biểu thức:
I=I0.e-ɛ*cl
Với

C: Nồng độ dung dịch (mol/l)
l: Bề dày của cuvet đựng dung dịch (cm)

 : Hệ số hấp thụ phân tử
1.3.1.3. Các đại lượng hay sử dụng:

*Độ truyền quang T(%): là tỉ lệ giữa cường độ chùm sáng đơn sắc I sau khi
đi qua dung dịch với cường độ chùm sáng đơn sắc I0 chiếu vào
* Mật độ quang D hay độ hấp thụ A hay độ tắt E

T

I
 10 .l .c
I0

I 
D  A  E   lg T  lg 0 
I 
Khi  và l không đổi: D = A = K.C
Nguyên tắc chung của phương pháp đo quang để xác định một chất X:
- Chuyển X thành một chất có khả năng hấp thụ ánh sáng.
- Đo sự hấp thụ ánh sáng của X.
- Suy ra hàm lượng chất cần xác định.


14

1.3.1.4. Tính chất của mật độ quang và ứng dụng trong hóa phân tích:
Mật độ quang có tính cộng tính:
Trong dung dịch có nhiều chất tan hấp thụ bức xạ ánh sáng thì mật độ quang
đo được chính là tổng các mật độ quang của các chất có trong dung dịch.
Ứng dụng trong hóa phân tích: Đo được mật độ quang của chất cần phân
tích X
D0: Mật độ quang của dung dịch trống (dung dịch so sánh)

Với : Dx = K.Cx
Dung dịch trống (dung dịch so sánh) là dung dịch chứa tất cả các thành phần
trong dung dịch phân tích trừ chất phân tích.
Đo mật độ quang của 1 dãy dung dịch có nồng độ khác nhau bằng một cuvet
tại một bước sóng ‫ ג‬nhất định.
(l, λ = const) thì đường biểu diễn D = f(C) sẽ là một đường thẳng:
Mật độ quang

D6

D5
D4
D3
D2
D1

C1

C2

C3 C4

C5

C6

Nồng độ

1.3.2.Các điều kiện tối ưu của một phép đo quang:
1.3.2.1. Sự đơn sắc của bức xạ điện từ

Định luật Lambert – Beer càng chính xác hay là sự phụ thuộc D = f (C)
càng tuyến tính nếu bức xạ đơn sắc chiếu vào dung dịch càng đơn sắc.
1.3.2.2. Bước sóng tối ưu – bước sóng cực đại λ max
Mỗi một chất chỉ hấp thụ ánh sáng cực đại tại một bước sóng nhất định gọi
là λmax. Do đó, định luật Lambert – Beer càng chính xác cho chất phân tích tại giá
trị λmax.
1.4.2.3. Khoảng tuyến tính của định luật Lambert – Beer


15

Định luật Lambert – Beer cho sự phụ thuộc D = f (C) chỉ tuyến tính trong
một khoảng giá trị nồng độ nhất định, gọi là khoảng tuyến tính C min - Cmax (hình
1.3).
D

Cmin

Cmax

C

Hình 1.1. Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ
1.3.2.4. Các yếu tố khác
Khả năng hấp thụ ánh sáng của dung dịch màu ngoài sự phụ thuộc vào
nồng độ còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: sự ổn định của dung dịch màu phụ
thuộc vào mơi trường pH sự có mặt của ion lạ, thời gian ổn định màu, nhiệt độ…
1.3.2.5. Sơ đồ khối máy đo quang
Sơ đồ khối tổng quát của 1 thiết bị đo quang như sau:

1

2

1. Nguồn bức xạ liên tục
2. Bộ phận tạo tia đơn sắc
3. Cuvet đựng dung dịch
4. Đêtectơ
5. Chỉ thị kết quả

3

4

5


16

1.3.3. Các phương pháp phân tích định lượng
1.3.3.1. Phương pháp đường chuẩn
Xây dựng đường chuẩn D = f (C)
Nguyên tắc: chuẩn bị một dãy dung dịch chất chuẩn cần phân tích có nồng
độ chính xác khác nhau, tăng dần: C1, C2, C3, C4, C5,…
Thêm thuốc thử phân tích, tạo mơi trường phù hợp. Đo mật độ quang cho
các dung dịch chuẩn ta được các giá trị D1, D2, D3, D4, D5,…
Xây dựng đồ thị D = f (C) theo dạng tuyến tính bậc một: y = a.x + b.
D
D5
D4

Dx
D3
D2
D1
C1

C2

C3

Cx C4

C5

C

Hình 1.2. Đường chuẩn của phương pháp đo quang


17

Chuẩn bị dung dịch phân tích trong điều kiện tương tự như dung dịch
chuẩn, đưa vào máy đo mật độ quang Dx, dựa vào phương trình của đồ thị để xác
định Cx.
Đặc điểm của phương pháp:
Ưu điểm: dễ làm, rất thuận tiện khi phân tích hàng loạt nhiều mẫu, có độ
chính xác cao, thường có thể loại bỏ được sai số hệ thống.
Nhược điểm: dung dịch chuẩn thường có thành phần khơng giống như dung
dịch mẫu phân tích nên có thể có những ảnh hưởng mà ta khơng xác định được,
nhiều thao tác nên tốn thời gian.

1.3.3.2. Phương pháp thêm chuẩn
Đo mật độ quang Dx cho dung dịch phân tích có nồng độ Cx: Dx = K.Cx.
Thêm vào dung dịch phân tích một lượng chính xác chất chuẩn phân tích
Cch, đưa vào máy đo mật độ quang, được giá trị D: D = K.(Cx + Cch).
Dx
Cx

D Cx  Cch



Cx =

Dx.Cch
D  Dx

Ưu điểm của phương pháp là loại bỏ được ảnh hưởng của các thành phần
khác có trong dung dịch phân tích, dễ viết chương trình cho máy. Tuy nhiên,
phương pháp này cũng có hạn chế là tốn thời gian, yêu cầu phải rất tuyến tính (K
như nhau trong hai phép đo).
1.3.3.3. Phương pháp vi sai
Để mở rộng khoảng nồng độ có thể xác định được bằng phương pháp trắc
quang người ta dùng phương pháp đo trắc quang vi sai. Phương pháp này thường
áp dụng để xác định các nồng độ lớn, giảm sai số của thuốc thử thừa, của phép đo
nói chung. Nội dung của phương pháp trắc quang như sau:
Đo mật độ quang Dx cho dung dịch phân tích so với dung mơi.
Đo mật độ quang của dung dịch chuẩn C1 và C2 (C2 > C1) so với dung môi
được các giá trị D1, D2.

18

Nếu ta dùng dung dịch có nồng độ C1 làm dung dịch so sánh để đo mật độ
quang của dung dịch có nồng độ C2 và Cx thì ta có:
Dtđ = D2 - D1 = K.(C2 - C1)
Dtđ (X) = Dx - D1 = K.(Cx - C1)

 Cx 

Dtđ
C 2  C1

Dtđ ( X ) Cx  C1

Dtđ ( X ).(C2  C1)
 C1
Dtđ

1.3.3.3.Ưu điểm của phương pháp UV – VIS:
- Độ nhạy cao, thường có thể xác định lượng các nồng độ nhỏ hơn 10-7M .
Ưu điểm này có ý nghĩa trong 2 lĩnh vực:
+ Trong lĩnh vực phân tích vết: cho phép tiến hành phép đo định lượng các
vi cấu tử của mẫu có hàm lượng cỡ 1 ppm về khối lượng.
+ Trong lĩnh vực vi phân tích: có thể xác định lượng các cấu tử chính trong
mẫu có kích thước rất nhỏ.
- Thực hiện được nhanh hơn, thuận lợi hơn (so với phương pháp chuẩn độ
và trọng lượng truyền thống).
- Có thể tiến hành phép phân tích từ 5 đến 10 mẫu trong 1 phút.
- Cung cấp các số liệu phân tích cho thơng báo cơ bản về cấu trúc phân tử
và về bản chất liên kết hóa học .

1.4. Một số phương pháp tách và làm giàu lượng vết ion kim loại nặng
Trong thực tế phân tích, hàm lượng các chất có trong mẫu đặc biệt là hàm
lượng các ion kim loại nặng trong nước thường rất nhỏ, nằm dưới giới hạn phát
hiện của các công cụ phân tích. Vì vậy, trước khi xác định chúng thì cần thơng qua
q trình tách và làm giàu.
Để tách, làm giàu kim loại nặng trong nước thường dùng một số phương
pháp thông dụng như phương pháp kết tủa và cộng kết, phương pháp chiết pha rắn
SPE, phương pháp chiết lỏng – lỏng, phương pháp tách và làm giàu bằng điện
hoá…


19

1.4.1. Phương pháp cộng kết
Cộng kết là phương pháp kết tủa chất cần phân tích bằng cách đưa thêm
những chất kết tủa đồng hành thường gọi là chất góp, vào đối tượng phân tích để
cộng kết các nguyên tố khi hàm lượng của chúng nhỏ rất nhỏ. Nhờ vậy mà chất
phân tích sẽ được thu góp lại. Khi đó hàm lượng của nó đó tăng lên rất nhiều lần.
Người ta có thể chọn một số hyđroxyt khó tan như: Fe(OH)3, Al(OH)3......hoặc
một số sunfua hay một số chất hữu cơ làm chất góp.
Khi sử dụng chất hữu cơ để cộng kết có thể kết tủa được những hàm lượng
vết tới 10-3 – 10-5 M. Việc dùng chất hữu cơ kết tủa có ưu điểm hơn so với chất vơ
cơ vì kết tủa dễ lọc rửa. Bằng cách thay đổi pH của dung dịch có thể tiến hành kết
tủa lần lượt và tách được nhiều cation kim loại khác nhau với cùng một chất kết
tủa hữu cơ. Hơn nữa phân tử hữu cơ dễ dàng bị phân huỷ khi nung kết tủa từ đó
thu được nguyên tố cần xác định ở trạng thái đó làm giàu, tinh khiết. Mặt khác,
chất góp hữu cơ cũng có khả năng cộng kết được hàm lượng vết nguyên tố khi có
mặt lượng lớn nguyên tố khác.
Phương pháp cộng kết có ưu điểm: Đơn giản, hiệu quả cao nền mẫu phân
tích được chuyển từ phức tạp sang đơn giản hơn. Tuy nhiên nhược điểm chính của

phương pháp là mất nhiều thời gian nên phương pháp này ít được sử dụng.
1.4.2. Phương pháp chiết lỏng - lỏng
* Nguyên tắc: Phương pháp dựa trên sự phân bố chất tan khi được tạo
thành ở dạng phức liên hợp hay ion phức vịng càng khơng mang điện tích giữa
hai pha khơng trộn lẫn, thường là các dung môi hữu cơ và nước.
Tách và làm giàu chất bằng phương pháp chiết lỏng - lỏng có nhiều ưu điểm hơn
so với một số phương pháp làm giàu khác và sự kết hợp giữa phương pháp chiết
với các phương pháp xác định tiếp theo (trắc quang, cực phổ...) có ý nghĩa rất lớn
trong phân tích.


20

Để xác định riêng từng dạng As nhất thiết phải chiết, ví dụ: As(III) và
As(V) trong đất có thể xác định riêng biệt sau khi chiết bằng CCl4 và HCl (theo
Chappell et al. 1995).
Một số hệ chiết thường dùng trong tách, làm giàu Pb, Cd.
Hệ chiết Pb, Cd – dithizonat trong CCl4 hoặc CHCl3 sau đó xác định chúng
bằng phương pháp phổ hấp thụ phân tử (UV – VIS).
- Có thể chiết phức halogenua hoặc thioxianat cacdimi bằng các dung môi
hữu cơ; xiclohexano, metyl isobutyl xeton (MIBK), dietyl ete…
- Tạo phức chelat với NaDDC (natridietyldithiocacbamat) từ dung dịch
đệm amoni xitrat ở pH=9,5 dung môi chiết là MIBK( Metyl isobutyl xenton)
1.5. Tình hình nghiên cứu và kiểm sốt hàm lượng kim loại nặng trong nước
ở Việt Nam và trên thế giới [15, 16]
1.4.1. Tình hình nghiên cứu và kiểm sốt hàm lượng kim loại nặng trong nước ở
Việt Nam
Tại Suối Cái-Xuân Trường –TP.Hồ Chí Minh: Đây là nơi đã và đang phải
hứng chịu trực tiếp chất thải gây ô nhiễm từ khu vực tỉnh Bình Dương đổ vào. Cụ
thể, nồng độ chất các giá trị TSS, COD, BOD5, DO đều không đạt quy chuẩn cho

phép. So với năm 2008, nồng độ COD, TSS, BOD5 tăng, đặc biệt hàm lượng các
kim loại Fe, Pb và Cd năm 2009 tăng đáng kể.
TP.Hồ Chí Minh: Nước tưới rau đều có hiện diện Thủy ngân (Hg), As, Cd,
Pb nhưng hàm lượng Pb đã vượt ngưỡng cho phép (phường Thới An). Nguyên
nhân gây ô nhiễm là do nguồn nước bị ô nhiễm bởi nước thải khu dân cư và khu
công nghiệp đổ vào kênh Tham Lương.
Tại Vịnh Mân Quang-Sơn Trà-Đà Nẵng: Kết quả 4 mẫu nước lấy tại bè cá
của các hộ nuôi thuỷ hải sản tại đây đều vượt Quy chuẩn QCVN.Thơng số oxy hố
tan trong nước (DO) thấp hơn 2 lần so với mức cho phép; hàm lượng chất hữu cơ
COD vượt 2-3,5 lần; Amoni (NH4+) vượt 1-3 lần. Đặc biệt chỉ số dầu mỡ khoáng
đo được từ 0,3-0,4mg/l (trong khi theo quy định phải bằng 0); hàm lượng kim loại
nặng trong nước (Fe, Cd, Cu, Pb) vượt từ 1-33 lần so với quy định cho phép.


21

Hiện nay, nước ở ngoại thành thành phố Hà Nội, Huế, Nha Trang, Cần
Thơ,…, cũng bị ơ nhiễm bởi hóa chất bảo vệ thực vật và phân bón. Hàm lượng
kim loại nặng trong nước nhiều vùng cũng vượt tiêu chuẩn cho phép hàng chục
thậm chí hàng trăm lần.
1.4.1. Tình hình nghiên cứu và kiểm soát hàm lượng kim loại nặng trong nước trên
thế giới
Tại Nga, hàm lượng kim loại nặng (Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb và Zn) đã được
nghiên cứu tại một số vùng nước trong thành phố và ngoại ơ có phát triển cơng
nghiệp. Các mẫu nước mặt được lấy tại một số vị trí ở Nizhny Novgorod và
Dzerzhinsk. Cả hai thành phố công nghiệp luyện kim này đều tập trung một lượng
lớn các kim loại nặng trong nước. Sự tập trung này đã gây ảnh hưởng nghiêm
trọng đến sức khỏe của con người.
Tại Ba Lan, người ta đã nghiên cứu hàm lượng của một số muối kim loại
nặng trong nước như muối của chì (II), đồng (II), mangan (II), coban (II),

molypden (IV) và sắt (III). Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tăng nồng độ chì
trong nước đã ảnh hưởng tiêu cực đến đời sống của hệ động thực vật tại đây. Nước
cũng bị ô nhiễm bởi các nguồn cung cấp đồng như khai thác khoáng sản, sử dụng
phân bón hữu cơ, nước thải.
Xu hướng ơ nhiễm nước ở Châu Á: tại Đài Loan, nước bị ô nhiễm bởi các
nguồn nước thải của các Ở miền trung Đài Loan nước bị ô nhiễm bởi các nguyên
tố phức tạp (Cu, Cr, Ni, Pb và Zn) được thải ra từ các dự án xả thải bất hợp pháp
trong khu vực. Tại Nhật Bản, một cuộc điều tra về các kim loại nặng trong nước
của cơ quan môi trường đã được tiến hành trên các đối tượng Cu, Zn, Cd, Pb, Cr,
Mn, Ni và As . Tại Hàn Quốc, một dự án giám sát rộng rãi về các kim loại nặng
trong nước đã được tiến hành trong vài năm qua.
1.6. Tài nguyên nước ở Việt Nam
1.6.1. Sơ lược về tài nguyên nước
Nước theo thuật ngữ chung bao gồm nước ở ao hồ, sông suối, biển, đại
dương,…Nước rất cần thiết cho hoạt động sống của con người cũng như các sinh


22

vật. Nước chiếm 74% trọng lượng trẻ sơ sinh, 55% đến 60% cơ thể nam trưởng
thành, 50% cơ thể nữ trưởng thành. Nước cần thiết cho sự tăng trưởng và duy trì
cơ thể bởi nó liên quan đến nhiều q trình sinh hoạt quan trọng. Muốn tiêu hóa,
hấp thu sử dụng tốt lương thực thực phẩm đều cần có nước.
+ Cũng như khơng khí và ánh sáng, nước khơng thể thiếu được trong đời
sống con người.
+ Nước tham gia vào vai trò tái sinh thế giới hữu cơ ( tham gia q trình
quang hợp)
+ Nước là dung mơi của nhiều chất và đóng vai trị dẫn đường cho các
muối đi vào cơ thể.
+ Trong khu dân cư, nước phục vụ cho mục đích sinh hoạt, nâng cao đời

sống tinh thần cho dân.
+ Nước đóng vai trị cực kỳ quan trọng trong sản xuất công nghiệp.
+ Đối với cây trồng nước là nhu cầu thiết yếu, đồng thời cịn có vai trò điều
tiết các chế độ nhiệt, ánh sáng, chất dinh dưỡng, vi sinh vật, độ thống khí trong
đất…
Vịng tuần hồn tự nhiên của nước:
Khoảng 1/3 năng lượng Mặt Trời đưa đến bề mặt Trái Đất được sử dụng để
vận chuyển vịng tuần hồn nước, bắt đầu là sự bốc hơi một lượng khổng lồ nước
bề mặt từ các đại dương, sơng hồ, kể cả q trình thốt hơi nước từ các loài thực
vật…tạo thành mây. Khi gặp lạnh, hơi nước ngưng tụ rơi xuống thành mưa, tuyết
và tỏa ra lượng nhiệt đã hấp thụ trong quá trình bay hơi. Một phần nước mưa thấm
qua các lớp đất thành nước ngầm. Nước ngầm và nước bề mặt đều hướng ra biển
để tuần hồn trở lại. Đó là vịng tuần hồn tự nhiên của nước. Ngoài ra, con người
sử dụng nước ngầm và nước bề mặt cho nhu cầu sinh hoạt và phát triển, sau đó
nước thải được tập trung lại để xử lý rồi thải lại vào nguồn nước, vì vậy phần nước
này coi như không mất đi.


23

Hình 1.3. Vịng tuần hồn của nước
1.6.2. Sự ơ nhiễm nguồn nước
1.6.2.1. Khái niệm ơ nhiễm
Ơ nhiễm nước là sự thay đổi thành phần tính chất của mơi trường, vi phạm
tiêu chuẩn mơi trường, có hại cho hoạt động sống của sinh vật và con người.
Sự ô nhiễm đất, nước, khơng khí có mối liên hệ chặt chẽ với nhau, khi một
thành phần bị ô nhiễm sẽ ảnh hưởng đến các thành phần khác.
Ơ nhiễm mơi trường là vấn đề nan giải và rộng khắp, nó có tác động trực
tiếp hay gián tiếp đến con người. Kiểm soát và hạn chế sự ô nhiễm là một vấn đề
cần đề cập cấp bách và thiết thực. Vấn đề này có liên quan đến các yếu tố chính

trị, kinh tế, xã hội, khoa học và cơng nghệ, nó khơng cịn là vấn đề của một quốc
gia mà đó là vấn đề của tồn nhân loại.
1.6.2.2. Nguồn gốc của sự ơ nhiễm nước
Sự ô nhiễm nước có nguồn gốc tự nhiên và nhân tạo. Nguồn nước tự nhiên
là do mưa, tuyết tan, giá, bão, lũ lụt....các yếu tố dựa vào môi trường nước, các
chất thải rắn, các sinh vật và vi sinh vật có hại kể cả xác động thực vật.


24

Ơ nhiễm có nguồn gốc nhân tạo là q trình thải các chất độc hại chủ yếu
dưới dạng lỏng, rắn vào môi trường. Nguyên nhân gây ra sự ô nhiễm này có thể do
chiến tranh gây ra, nhưng nguyên nhân chủ yếu ngày nay là tình trạng ơ nhiễm từ
q trình sản xuất cơng nghiệp, nơng nghiệp mà chưa có sự xử lý đầy đủ và khoa
học.
1.6.2.3. Tác hại của sự ô nhiễm nguồn nước
- Với con người: Những năm gần đây tình trạng các chất thải này đã giảm
đi nhưng sự lắng đọng, tồn dư của chúng trong môi trường đang gây nên những
hậu quả nghiêm trọng cả những vùng đã bị ô nhiễm cũng như tác động lan rộng
qua các chuỗi thức ăn.
Khi tiếp xúc với kim loại nặng thường dẫn tới sự kém phát triển, các bệnh
ung thư và phổi. Tiếp xúc với hàm lượng cao thủy ngân và chì có khả năng mắc
bệnh suy giảm khả năng miễn dịch, ở đó hệ thống miễn dịch bắt đầu bị tấn cơng
chính các tế bào của vật chủ làm nhầm lẫn chúng với các vật lạ từ bên ngồi có
thể. Vài nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng dư lượng chì có thể giảm đáng kể chỉ số
thơng minh của trẻ em...
- Với môi trường: Nguồn chất thải là ngun nhân chính gây ơ nhiễm mơi
trường. Chúng trực tiếp hay gián tiếp gây ra các hiện tượng như hiệu ứng nhà kính
, hiện tượng Enino, lỗ thủng tầng ozon, hiện tượng sa mạc hóa, hiên tượng băng
tan ở Bắc cực...đều do ô nhiễm môi trường gây nên, mà nguyên nhân chính bắt

nguồn từ con người. Do vậy thế giới đã phải lên tiếng cảnh báo tình trạng ơ nhiễm
mơi trường hiện nay và từ đó đưa ra các biện pháp khắc phục nhằm bảo vệ mơi
trường.
-Ơ nhiễm niken trong nước gây hậu quả nghiêm trọng đối với sinh vật sống
trong mơi trường đó. Con người khi tiếp xúc với nước có hàm lượng niken >
0,02mg/l gây ngộ độc cấp tính. Hàm lượng cao hơn sẽ dẫn đến tử vong.
1.7.Giới thiệu về thuốc thử Đimetylglioxim
Đimetylglioxim có CTPT: C4H8O2N2 (M=116,11). Công thức cấu tạo như
sau:


25
H3C

C

HO N

C

CH3

N OH

1.8. Xác định Ni2+ bằng thuốc thử Đimetylglioxim
Phản ứng tạo phức của Niken với đimetylglioxim trong môi trường kiềm
(NH3 ) là một trong những phản ứng hóa học chọn lọc nhất của hóa phân tích,
phản ứng này có độ nhạy rất cao. Để tăng độ chọn lọc nhất của phản ứng, người ta
dùng dung dịch Br2 để oxi hóa Ni2+ lên Ni4+, sau đó xác định Niken trong pha
nước dưới dạng nội phức của đimetylglioxim với Ni4+ [Ni(H2DM)2].

Một mẫu của [Ni+4(H2DM)]