Nghiên cứu hấp phụ ion kim loại nặng cu2 và zn2 trong nước bằng vật liệu sio2 tách từ vỏ trấu

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRẦN VĂN ĐỨC

NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ ION KIM LOẠI NẶNG
Cu2+ VÀ Zn2+ TRONG NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU SiO2
TÁCH TỪ VỎ TRẤU
Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ
Mã số: 60 44 27

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. LÊ TỰ HẢI

Đà Nẵng - Năm 2012


2

MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Tài nguyên nước giữ một vai trị quan trọng trong q trình hình thành
và phát triển sinh quyển. Sẽ khơng thể có sự sống nếu khơng có nước. Nước
đóng vai trị quan trọng trong sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và cũng như
trong đời sống của chúng ta.
Ngày nay, cùng với sự gia tăng các hoạt động công nghiệp là việc sản
sinh các chất thải nguy hại, tác động tiêu cực trực tiếp đến môi trường, đặc
biệt là sự ảnh hưởng nghiêm trọng của môi trường nước. Các hoạt động khai

thác mỏ, công nghiệp thuộc da, cơng nghiệp điện tử, mạ điện, lọc hóa dầu hay
công nghệ dệt nhuộm.... đã tạo ra các nguồn ô nhiễm môi trường nước chính
chứa các kim loại nặng như Cu, Zn, Pb, Ni, As... và những hợp chất hữu cơ
độc hại. Những chất này có liên quan trực tiếp đến các biến đổi gan, ung thư
cũng như ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường dù chỉ ở hàm lượng nhỏ.
Do đó, nghiên cứu tách các ion kim loại nặng và hơ ̣p chấ t hữu cơ đô ̣c
ha ̣i từ các nguồn nước bị ô nhiễm là vấn đề quan trọng nhằm bảo vệ sức khỏe
cộng đồng và thu hút sự quan tâm của nhiề u nhà khoa ho ̣c. Đã có nhiều
phương pháp được sử dụng như phương pháp sinh học, kết tủa hóa học, lọc
màng, hấp phụ, oxi hóa nâng cao,…. Mỗi phương pháp đều có ưu, nhược
điểm khác nhau. Trong đó phương pháp hấp phụ tỏ ra có nhiều ưu điểm và
được sử dụng rộng rãi hơn cả bởi các ưu điể m như xử lý nhanh, dễ chế tạo
thiế t bi ̣và đă ̣c biê ̣t là có thể tái sử du ̣ng vâ ̣t liêụ hấ p phu ̣.
Trong phương pháp hấp phụ thì các vâ ̣t liêụ khoáng sét hay vâ ̣t liêụ
biế n tính từ các phế phẩ m nông nghiêp̣ (Biomass) như tro trấ u, sơ dừa, vỏ lạc,
bã mía, vỏ sắ n,… được xem là các loại vật liệu hấp phụ có nhiều triển vọng.
Nước ta là một nước nông nghiệp với ngành nghề truyền thống là
chuyên canh cây lúa nước. Sản lượng lúa của nước ta đứng thứ năm trên thế


3

giới và xuất khẩu gạo đứng thứ hai trên thế giới (đứng sau Thái Lan). Trong
thành phầ n của ha ̣t lúa, vỏ trấ u chiế m khoảng 20% khố i lươ ̣ng. Vì vâ ̣y, hằng
năm ngành nông nghiê ̣p nước ta thải ra hàng triêụ tấ n vỏ trấ u. Lượng vỏ trấu
thải vào môi trường này chưa đươ ̣c sử du ̣ng mô ̣t cách có hiêụ quả nên đang
gây ra ô nhiễm môi trường rấ t nă ̣ng. Nhiề u dòng sông và kênh ở đồ ng bằ ng
Nam Bô ̣ bi ̣ tắ c bởi lươ ̣ng trấ u thải ra từ các nhà máy xay xát lúa ga ̣o. Vì vâ ̣y,
mô ̣t số nhà khoa ho ̣c tâ ̣p trung nghiên cứu chế biế n vỏ trấ u thành các sản
phẩ m có ích như ép vỏ trấ u thành các thanh củi đố t. Tuy nhiên, do giá thành

chế biế n còn cao nên củi đố t từ các thanh trấ u vẫn chưa đươ ̣c phát triể n ở quy
mô lớn. Ngoài ra, theo mô ̣t số tài liêụ và khảo sát sơ bô ̣ chúng tôi nhâ ̣n thấ y
trong trấ u có chứa lươ ̣ng lớn SiO2 với cấ u trúc xố p nên có thể đươ ̣c sử du ̣ng
làm vâ ̣t liê ̣u hấ p phu ̣ các ion kim loa ̣i nă ̣ng và các chấ t hữu cơ trong nước.
Như vâ ̣y, viê ̣c nghiên cứu tách SiO2 từ vỏ trấ u để ứng du ̣ng làm vâ ̣t liêụ
hấ p phu ̣ ion kim loa ̣i nă ̣ng và mô ̣t số hơ ̣p chấ t hữu cơ trong nước sẽ có ý
nghiã thực tiễn trong viêc̣ sử du ̣ng mô ̣t cách có hiê ̣u quả nguồ n vỏ trấ u khổ ng
lồ , giảm thiể u khả năng gây ô nhiễm môi trường, đồ ng thời ta ̣o ra mô ̣t loa ̣i vâ ̣t
liêụ hấ p phu ̣ rẻ tiề n từ nguồ n nguyên liêụ phế thải của cây lúa. Vì vậy, chúng
tơi chọn đề tài: “Nghiên cứu hấp phụ ion kim loại nặng Cu2+ và Zn2+ trong
nước bằng vật liệu SiO2 tách từ vỏ trấu” để nhằm tìm hiểu về một loại vật
liệu hấp phụ rẻ tiền, có nguồn gốc tự nhiên ứng dụng trong xử lý môi trường.
2. Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng trong nước
bằng vật liệu SiO2 tách từ vỏ trấu.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
+ Đối tượng nghiên cứu : Vỏ trấu lấy từ Núi Thành - Quảng Nam.


4

+ Phạm vi nghiên cứu: khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp
phụ ion kim loại của vỏ trấu sau khi biến tính, từ đó rút ra nhận xét, khả năng
hấp phụ ion kim loại của vỏ trấu.
4. Phương pháp nghiên cứu
4.1. Nghiên cứu lí thuyết
Tổng quan tài liệu về:
- Thành phần và tính chất của SiO2.
- Thành phần của vỏ trấu, tro trấu.
- Các phương pháp hấp phụ và giải hấp.

- Phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử (AAS).
- Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM).
- Phương pháp đo đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ nitơ (BET).
- Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD).
- Phổ hồng ngoại (IR).
4.2. Phương pháp thực nghiệm
Xác định thành phần và đặc tính hóa lý của vỏ trấu.
- Xác định thành phần.
- Xác định độ ẩm.
 Xác định thành phần và đặc tính hóa lý của tro trấu.
- Xác định thành phần.
- Xác định độ ẩm.
 Khảo sát một số tính chất vật lý của vỏ trấu.
- SEM.
- Đo diện tích bề mặt (BET).
 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến quá trình tách SiO 2 từ vỏ
trấu.


5



Khảo sát các yế u tố ảnh hưởng đế n quá trình hấ p phu ̣ bể một số ion
kim loại nặng (Cu2+, Zn2+) của vỏ trấu biế n tính.
- Thời gian khuấ y.
- Đường đẳng nhiệt hấp phụ.
- pH.
- Tỉ lệ rắn / lỏng.

 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ cột một số ion
kim loại nặng (Cu2+, Zn2+) của vỏ trấu biế n tính.
- Tốc độ dòng.
- Nồng độ chất bị hấp phụ.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
So sánh khả năng hấp phụ của vỏ trấu khi chưa biến tính và biến tính
nhằm tạo ra một vật liệu hấp phụ cao, hiệu quả nhưng giá thành lại rẻ đối với
các ion kim loại nặng trong nước.
6. Bố cục luận văn
Luận văn gồm 80 trang, 3 chương, 13 bảng, 36 hình, 28 tài liệu tham
khảo.
Mở đầu.
Chương 1: Tổng quan lý thuyết
Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Chương 3: Kết quả và thảo luận luận
Kết luận và kiến nghị.


6

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Sơ lược về Silic đioxit

1.1.1. Đặc điểm cấu tạo
Silic đioxit không tồn tại dưới dạng phân tử riêng lẻ mà tồn tại dưới
dạng tinh thể, nghĩa là dưới dạng một phân tử khổng lồ.
Ở điều kiện thường nó có dạng tinh thể là thạch anh, triđimit và
cristtobalit. Mỗi dạng đa hình này lại có hai dạng: dạng a bền ở nhiệt độ thấp,
dạng b bền ở nhiệt độ cao [17].
Tất cả những dạng tinh thể này đều bao gồm những nhóm tứ diện SiO4

nối với nhau qua những nguyên tử O chung. Trong tứ diện SiO4, nguyên tử Si
nằm ở trung tâm của tứ diện liên kết hóa trị với bốn nguyên tử O nằm ở các
đỉnh của tứ diện. Như vậy mỗi nguyên tử O liên kết với hai nguyên tử Si ở hai
tứ diện khác nhau và tính trung bình cứ trên mặt ngun tử Si có hai ngun
tử O và cơng thức kinh nghiệm của silic đioxit là SiO2 [1].
Ba dạng đa hình của silic đioxit có cách sắp xếp khác nhau của nhóm tứ
diện SiO4 ở trong tinh thể: Trong thạch anh, những nhóm tứ diện được sắp xếp
sao cho các nguyên tử Si nằm trên đường xoắn ốc. Tùy theo chiều của đường
xoắn ốc mà ta có thạch anh quay trái và quay phải. Trong triđimit, các nguyên tử
Si chiếm vị trí của các nguyên tử S và Zn trong mạng lưới vuazit. Trong
cristobalit, các nguyên tử Si chiếm vị trí của các nguyên tử S và Zn trong mạng
lưới sphelarit.
Ngoài ba dạng trên, trong tự nhiên cịn có một số dạng khác nữa của silic
đioxit có cấu trúc vi tinh thể. Mã não là chất rắn, trong suốt, gồm có những vùng
có màu sắc khác nhau và rất cứng. Opan là một loại đá quý khơng có cấu trúc
tinh thế. Nó gồm những hạt cầu SiO2 liên kết với nhau tạo thành những lỗ chứa
khơng khí, nước hay hơi nước. Opan có các màu sắc khác nhau như vàng, nâu,
đỏ, lục và đen do có chứa các tạp chất. Ngồi ra, gần đây các nhà khoa học còn


7

chế tạo được hai dạng tinh thể mới của silic đioxit nặng hơn thạch anh là Coesit
(được tạo nên ở áp suất 35000 atm và nhiệt độ 2500C) và Stishovit (được tạo nên
ở áp suất 120.000 atm và nhiệt độ 13000C).
Silic đioxit nóng chảy ở bất kì dạng nào khi để nguội chậm đến
nhiệt độ hóa mềm đều thu được một vật liệu vơ định hình giống như thủy
tinh. Khác với dạng tinh thể, dạng vơ định hình khơng có nhiệt độ nóng chảy
xác định. Nhiệt độ nóng chảy của dạng vơ định hình thấp hơn nhiều so với
dạng tinh thể. Bằng phương pháp Rơnghen người ta xác định được rằng ở

trạng thái vơ định hình các ngun tử sắp xếp một cách hỗn loạn hơn so với ở
trạng thái tinh thể [14].

1.1.2. Tính chất
Silic đioxit khá trơ về mặt hóa học, nó khơng tác dụng với oxi, clo,
brom và axit (HCl, H2SO4) ngay cả khi đun nóng.
Ở điều kiện thường, nó chỉ tác dụng với F2, HF :
SiO2 + 2F2  SiF4 + O2
SiO2 + 4HF  SiF4 + 2H2O
Ngồi ra, nó cịn tan trong kiềm và cacbonat của kim loại kiềm ở điều
kiện thích hợp :
SiO2 + 2NaOH  Na2SiO3 + H2O
SiO2 + Na2CO3  Na2SiO3 + CO2

1.1.3. Điều chế
Trong phịng thí nghiệm, SiO2 vơ định hình ở dạng bột trắng có thể
điều chế bằng cách nung nóng kết tủa H2SiO3.
Ta có thể điều chế SiO2 bằng cách cho Na2SiO3 tác dụng với axit HCl,
sau đó lọc rửa sản phẩm thu được rồi đem nung[28].
Na2SiO3 + 2 HCl
H2SiO3

→

2NaCl

→ H2O

+ H2SiO3
+ SiO2

8

Đồng thời có thể điều chế Silic đioxit đi từ Na 2SiF6 bằng phương pháp 2
giai đoạn như sau [7].
+ Giai đoạn 1: Loại kết tủa NaF.
Đun nóng dung dịch NaOH lên đến nhiệt độ xác định (80 0C) rồi cho từ
từ muối Na2SiF6 vào. Khi nồng độ NaF > 4% thì bắt đầu xuất hiện kết tủa,
duy trì pH từ 12 đến 14. Trong môi trường kiềm phản ứng không tạo thành
kết tủa SiO2 mà tạo muối silicat.
3 Na2SiF6 + 14NaOH → 18NaF + Na2O. 3SiO2 + 7 H2O
Mặc dù nồng độ muối silicat ở đây rất cao từ 80 đến 85%, nhưng NaF
vẫn kết tủa. Thời gian phản ứng ở giai đoạn này là từ 45 đến 60 phút, sau đó
lọc bỏ kết tủa đem rửa sạch kiềm thu được NaF sạch, phần nước lọc đem phản
ứng tiếp bước.
+ Giai đoạn 2: Kết tủa SiO2.
Cho từ từ muối Na2SiF6 dạng rắn (hoặc dung dịch) vào phần nước lọc
thu được ở trên cho tới khi mơi trường trung tính pH = 7 thì thơi. Nhiệt độ
phản ứng cịng duy trì ở 800C.
Na2SiF6 + 2 (Na2O. 3SiO2) → 6 NaF + 7SiO2
Lọc lấy kết tủa, phần nước lọc có thể dùng tiếp lần 2. Kết tủa SiO 2 có
lẫn nhiều NaF cho nên phải rửa lại nhiều lần. Kết tủa sau khi rửa sạch đem
sấy khô ở nhiệt độ 1350C và nghiền nhỏ.
Phương trình phản ứng tổng cộng cả hai giai đoạn là:
7Na2SiF6 + 28NaOH → 42NaF + 7SiO2 + 7H2O

1.1.4. Ứng dụng
Silic đioxit ở trong cát và đất sét là thành phần quan trọng trong chế tạo
bê tông, gạch, sản xuất xi măng Portland, sản xuất thủy tinh. Từ thủy tinh có

9

thể sản xuất thành nhiều chủng loại đồ vật với những thuộc tính lý học khác
nhau như cửa kính, chai, lọ…
Trong đời sống, Silic đioxit còn được chế tạo để làm chất hút ẩm hay
các thiết bị lọc nước, chất bán dẫn... Silica gel thực chất là silic đioxit, ở dạng
hạt cứng và xốp (có vơ số khoang rỗng li ti trong hạt), cơng thức hóa học đơn
giản của nó là SiO2.nH2O (n<2). Hiện nay silica gel có vai trị rất quan trọng
trong cơng nghệ hóa học từ đơn giản đến phức tạp. Silica gel được dùng rất
nhiều làm xúc tác trong tổng hợp hữu cơ hóa dầu, lọc nước,...Trong đời sống
hàng ngày, người ta thường gặp silica gel trong những gói nhỏ đặt trong lọ
thuốc tây, trong gói thực phẩm, trong sản phẩm điện tử. Ở đó, silica gel đóng
vai trị hút ẩm để giữ các sản phẩm trên không bị hơi ẩm làm hỏng. Silica gel
hút ẩm nhờ hiện tượng mao dẫn ở hàng triệu khoang rỗng li ti của nó, hơi
nước bị hút vào và bám vào chỗ rỗng bên trong các hạt. Một lượng silica gel
cỡ một thìa cà phê có diện tích tiếp xúc cỡ một sân bóng đá. Silica gel có thể
hút một lượng hơi nước bằng 40% trọng lượng của nó và có thể làm độ ẩm
tương đối trong hộp kín giảm xuống đến 40% [1].
Silic đioxit có cấu trúc xốp, diện tích bề mặt riêng và đường kính mao
quản khá lớn nên thuận lợi cho việc hấp phụ các chất hữu cơ hoặc các ion kim
loại nặng trong nước. Dùng vật liệu Silic đioxit để hấp phụ vừa đạt hiệu suất
cao mà giá thành rẻ [24], [26]. Soonwoo Chah, Jong Sung Kim, và Jongheop
Yi đã nghiên cứu biế n tính silica và ứng du ̣ng tách ion Zn2+ trong môi trường
nước [20]. Seyed Mahmoud Mehdinia và cô ̣ng sự đã tách Silica từ vỏ trấ u để
ứng du ̣ng làm vâ ̣t liêụ hấ p phu ̣ khí H2S [23]. Jong Sung Kim, Soonwoo Chah
and Jongheop Yi đã nghiên cứu biế n tính silica làm vâ ̣t liêụ hấ p phu ̣ mô ̣t số
ion kim loa ̣i nă ̣ng như Cu2+, Pb2+,… trong nước [22]. D.N.Subbukrishna và
cô ̣ng sự ở Viêṇ Khoa ho ̣c Ấn Đô ̣ đã đưa ra phương pháp mới để tách SiO2 từ

tro trấ u với hiêụ suấ t 80 – 90% . Đây là mô ̣t quy trình khép kín cho phép tâ ̣n


10

du ̣ng năng lươ ̣ng và hóa chấ t triêṭ để . SiO2 thu đươ ̣c bằ ng phương pháp này
có đô ̣ tinh khiế t cao.
Ở nước ta các nhà khoa ho ̣c cũng đã nghiên cứu tổ ng hơ ̣p các vâ ̣t liêụ
hấ p phu ̣ như zeolite, MCM-41,… trên cơ sở nguồ n SiO2 của tro trấ u vá các
nguồ n Si khác. Các vâ ̣t liêụ hấ p phu ̣ này đươ ̣c sử du ̣ng trong nghiên cứu xúc
tác và trong thử nghiê ̣m xử lý môi trường. Tác giả Đinh Quang Khiế u và cô ̣ng
sự đã nghiên cứu tổ ng hơ ̣p vâ ̣t liê ̣u SBA-15, SBA-16 từ vỏ trấ u và ứng du ̣ng
trong mô ̣t số quá trình xúc tác [11]. Vũ Quang Lơ ̣i, Bùi Duy Cam, Đỗ Quang
Trung, Nguyễn Ngo ̣c Khánh đã nghiên cứu khả năng tách ion kim loa ̣i nă ̣ng
trong dung dich
̣ nước bằ ng vâ ̣t liêụ Aluminosilicat xố p và đa ̣t tải tro ̣ng hấ p
phu ̣ cao với các ion Pb2+, Cd2+, Mn2+ [19]. Tác giả Trầ n Ngo ̣c Tuyề n đã
nghiên cứu tổ ng hơ ̣p zelite 4A từ tro trấ u và zeolite 4A đươ ̣c sử du ̣ng để xử lý
ô nhiễm Zn2+, NH4+, NH3 trong nước nuôi trồ ng thủy sản [18], [19].

1.1.5. Silic đioxit trong thành phần vỏ trấu
Trong vỏ trấu, bên cạnh thành phần chính là xenlulozơ và lignin thì
nó cịn chứa một hàm lượng đáng kể các oxit khác. Trong các oxit thì silic
đioxit có hàm lượng cao nhất so với hàm lượng của các oxit khác.

1.1.6. Quá trình tách Silic đioxit từ vỏ trấu
Mặc dù oxit silic chiếm một lượng khá lớn trong vỏ trấu nhưng vẫn chưa
tìm được tài liệu nào công bố về dạng tồn tại của oxit silic trong vỏ trấu, rất
có thể oxit silic tồn tại một dạng cơ kim nào đó như một dạng “alkoxit tự
nhiên”. Trong mơi trường kiềm nó bị thủy phân và tạo thành muối natri

silicat.
SiO2 + NaOH  Na2SiO3 + H2O
Khi axit hóa dung dịch này bằng axit HCl thu được axit H2SiO3.
Na2SiO3 + 2HCl  H2SiO3 + 2NaCl
Trong dung dịch H2SiO3 tự trùng hợp thu được (SiO2)n.


11

nH2SiO3  (SiO2)n + nH2O
Các mầm hạt (SiO2)n lớn dần lên và phát triển thành các hạt sol liên
kết với nhau tạo thành gel. Gel thu được đem rửa sạch để loại bỏ các chất
bẩn, sau đó sấy và nung thu được SiO2. Như vậy, hiệu suất tách SiO2 từ vỏ
trấu phụ thuộc chủ yếu giai đoạn “alkoxit tự nhiên” này thủy phân trong
môi trường kiềm.
Vâ ̣t liêụ hấ p phu ̣ silica có thể đươc tổ ng hơ ̣p từ tro trấ u, mô ̣t phế phẩ m
của ngành nông nghiêp̣ trồ ng lúa. U.Kalapathy, A. Proctor, J. Shultz đã
nghiên cứu điề u chế SiO2 tinh khiế t từ tro trấ u bằ ng phương pháp xử lý kiề m
và kế t tủa axit [21]. Nittaya Thuadaij and Apinon Nuntiya đã nghiên cứu ảnh
hưởng của mô ̣t yế u tố đế n quá trình điề u chế SiO2 từ vỏ trấ u với kích thước từ
5 – 10 nm và có diêṇ tích bề mă ̣t riêng 656 cm2/g [27]. Mô ̣t số tác giả như
Ana Maria de Sousa, Leila Visconte, Claudia Mansur and Cristina Furtado đã
điề u chế sol SiO2 từ vỏ trấ u với kích thước 5nm [25].
1.2. Kim loại đồng và kẽm

1.2.1. Kim loại đồng
Đồng là một kim loại có màu đỏ cam, có độ dẫn điện và độ dẫn nhiệt
cao (trong số các kim loại ngun chất ở nhiệt độ phịng chỉ có bạc có độ dẫn
điện cao hơn). Đồng có lẽ là kim loại được con người sử dụng sớm nhất do
các đồ đồng có niên đại khoảng năm 8700 trước cơng ngun (TCN) đã được

tìm thấy. Ngồi việc tìm thấy đồng trong các loại quặng khác nhau, người ta
cịn tìm thấy đồng ở dạng kim loại (đồng tự nhiên) ở một số nơi.
Các trạng thái ơxi hóa chung của đồng bao gồm trạng thái đồng (I) ít ổn
định Cu+1; và trạng thái ổn định hơn đồng(II), Cu +2, chúng tạo thành các muối
có màu lam hoặc lục-lam. Dưới các điều kiện khơng bình thường, trạng thái
Cu+3 có thể được tạo ra.
Đồng có hai đồng vị ổn định là Cu63 và Cu65, cùng với một số đồng vị


12

phóng xạ. Phần chủ yếu của các đồng vị phóng xạ có chu kỳ bán rã ở mức độ
phút hay nhỏ hơn, đồng vị phóng xạ bền nhất, Cu64, có chu kỳ bán rã 12,7 giờ,
có hai cách phân rã, tạo ra hai sản phẩm khác nhau.Mọi hợp chất của đồng là
những chất độc. Đồng kim loại ở dạng bột là một chất dễ cháy. 30g sulfat
đồng có khả năng gây chết người. Đồng trong nước với nồng độ lớn hơn 1
mg/lít có thể tạo vết bẩn trên quần áo hay các đồ vật được giật giũ trong nước
đó. Nồng độ an toàn của đồng trong nước uống đối với con người dao động
theo từng nguồn, nhưng có xu hướng nằm trong khoảng 1,5 - 2 mg/lít. Mức
cao nhất có thể chịu được về đồng theo DRI trong chế độ ăn uống đối với
người lớn theo mọi nguồn đều là 10 mg/ngày [6], [14].

1.2.2. Kim loại Kẽm
Kẽm là một nguyên tố kim loại; nó được kí hiệu là Zn và số hiệu hóa
học là 30. Nó là nguyên tố đầu tiên trong nhóm 12 của bảng tuần hồn ngun
tố. Kẽm, về một phương diện nào đó, có tính chất hóa học giống với magiê, vì
ion của chúng có kích thước giống nhau và có trạng thái oxi hóa thơng thường
duy nhất là +2. Kẽm là nguyên tố phổ biến thứ 24 trong lớp vỏ Trái Đất và có
5 đồng vị bền. Quặng kẽm được khai thác nhiều nhất là là Sphalerit, một
sulfua kẽm. Những mỏ khai thác lớn nhất nằm ở Úc, Canada, Hoa Kì. Sản

xuất kẽm bao gồm tuyển nổi quặng, nung, và cuối cùng là tác bằng dòng điện.
Kẽm là một kim loại hoạt động trung bình có thể kết hợp với ơxy và
các á kim khác, có phản ứng với axít lỗng để giải phóng hiđrơ. Trạng thái
ơxi hóa phổ biến của kẽm là +2.
Kẽm là kim loại được sử dụng phổ biến hàng thứ tư sau sắt, nhơm,
đồng tính theo lượng sản xuất hàng năm. Kẽm kim loại được sản xuất bằng
cơng nghiệp khai khống. Sulfua kẽm (khống chất sphalerit) được cơ bằng
phương pháp tách đãi bọt và sau đó được làm tinh thành kẽm bằng nhiệt luyện
kim. Xử lý ơxít kẽm có ít ứng dụng hơn, nhưng khống chất có chất lượng


13

cao được sử dụng một cách có hiệu quả để sản xuất kẽm từ ơxít kẽm hay
cacbonat kẽm bằng thủy luyện kim.
Oxít kẽm có lẽ là hợp chất được sử dụng rộng rãi nhất của kẽm, do nó
tạo ra nền trắng tốt cho chất liệu màu trắng trong sản xuất sơn. Nó cũng có
ứng dụng trong cơng nghiệp cao su, và nó được bán như là chất chống nắng
mờ. Các loại hợp chất khác cũng có ứng dụng trong cơng nghiệp, chẳng hạn
như clorua kẽm (chất khử mùi), sulfua kẽm (lân quang), methyl kẽm trong các
phịng thí nghiệm về chất hữu cơ. Khoảng một phần tư của sản lượng kẽm sản
xuất hàng năm được tiêu thụ dưới dạng các hợp chất của nó.
Mặc dù kẽm là vi chất cần thiết cho sức khỏe, tuy nhiên nếu hàm lượng
kẽm vượt quá mức cần thiết sẽ có hại cho sức khỏe. Hấp thụ quá nhiều kẽm
làm ngăn chặn sự hấp thu đồng và sắt. Ion kẽm tự do trong dung dịch là chất
có độc tính cao đối với thực vật, động vật khơng xương sống, và thậm chí là
cả động vật có xương sống. Mơ hình hoạt động của ion tự do đã được công bố
trong một số ấn phẩm, cho thấy rằng chỉ một lượng nhỏ mol ion kẽm tự do
cũng giết đi một số sinh vật. Một thí nghiệm gần đây cho thấy 6 micromol
giết 93% Daphnia trong nước [6], [10], [14].

1.3. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ

1.3.1. Các khái niệm
* Sự hấp phụ
Hấp phụ là sự tích luỹ chất trên bề mặt phân cách pha (khí/rắn, lỏng/rắn,
khí/lỏng, lỏng/lỏng).
Chất hấp phụ là chất mà phân tử ở lớp bề mặt có khả năng hút các phần
tử của pha khác nằm tiếp xúc với nó.
Chất bị hấp phụ là chất bị hút ra khỏi pha thể tích đến tập trung trên bề
mặt chất hấp phụ.
Thơng thường q trình hấp phụ là quá trình tỏa nhiệt.


14

Tùy theo bản chất của lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp
phụ, người ta phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
Hấp phụ vật lý gây ra bởi lực Vander Waals giữa phần tử chất bị hấp phụ
và bề mặt chất hấp phụ, liên kết này yếu, dễ bị phá vỡ.
Hấp phụ hóa học gây ra bởi lực liên kết hóa học giữa bề mặt chất hấp
phụ và phần tử bị hấp phụ, liên kết này bền, khó bị phá vỡ.
Trong thực tế, sự phân biệt giữa chất hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học
chỉ là tương đối vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt. Một số trường hợp tồn
tại cả quá trình hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. Ở vùng nhiệt độ thấp xảy
ra q trình hấp phụ vật lý, khi tăng nhiệt độ khả năng hấp phụ vật lý giảm và
khả năng hấp phụ hóa học tăng lên [3], [4], [9].
* Giải hấp phụ
Giải hấp phụ là quá trình chất bị hấp phụ ra khỏi lớp bề mặt chất hấp
phụ. Giải hấp phụ dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi đối với quá
trình hấp phụ. Giải hấp phụ là phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ để có

thể tiếp tục sử dụng lại nên nó mang đặc trưng về hiệu quả kinh tế.
Một số phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ.Phương pháp nhiệt: được
sử dụng cho các trường hợp chất bị hấp phụ bay hơi hoặc sản phẩm phân hủy
nhiệt của chúng có khả năng bay hơi.
+ Phương pháp hóa lý: có thể thực hiện tại chỗ, ngay trong cột hấp phụ
nên tiết kiệm được thời gian, công tháo dỡ, vận chuyển, khơng vỡ vụn chất
hấp phụ và có thể thu hồi chất bị hấp phụ ở trạng thái nguyên vẹn.
+ Phương pháp lý hóa có thể thực hiện theo cách: chiết với dung môi,
sử dụng phản ứng oxi hóa khử, áp đặt các điều kiện làm dịch chuyển cân
bằng khơng có lợi cho q trình hấp phụ.
+ Phương pháp vi sinh: là phương pháp tái tạo khả năng hấp phụ của
chất hấp phụ nhờ vi sinh vật [2].


15

* Cân bằng hấp phụ
Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch. Các phần tử chất bị hấp
phụ khi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược lại
pha mang (hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ). Theo thời gian, lượng chất bị
hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất hấp phụ càng nhiều thì tốc độ di chuyển
ngược trở lại mang pha càng lớn. Đến một thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ
bằng tốc độ phản hấp phụ thì quá trình hấp phụ đạt cân bằng [6].
* Dung lượng hấp phụ cân bằng
Dung lượng hấp phụ cân bằng là khối lượng chất bị hấp phụ trên một
đơn vị khối lượng chất hấp phụ ở trang thái cân bằng ở điều kiện xác định về
nồng độ và nhiệt độ [6], [15].
Dung lượng hấp phụ được tính theo cơng thức:
q

(Ci  C f )V
m

(1.1)

Trong đó:
q: dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g).
V: thể tích dung dịch chất bị hấp phụ (l).
m: khối lượng chất hấp phụ (g).
C0: nồng độ dung dịch ban đầu (mg/l).
Ccb: nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/l).
* Hiệu suất hấp phụ
Hiệu suất hấp phụ là tỷ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và nồng
độ dung dịch ban đầu.
H

Ci  C f
Ci

 100%

1.3.2. Các mơ hình cơ bản của q trình hấp phụ
1.3.2.1. Mơ hình động học hấp phụ
Trong trường hợp tổng quát quá trình hấp phụ gồm 3 giai đoạn:

(1.2)


16

+ Sự khuếch tán chất đến bề mặt vật liệu hấp phụ (khuếch tán ngoài).
+ Sự di chuyển chất đến mao quản của vật liệu hấp phụ (khuếch tán
trong).
+ Hình thành đơn lớp chất bị hấp phụ lên bề mặt chất hấp phụ.
Quá trình hấp phụ diễn ra rất nhanh, giai đoạn quyết định tốc độ q
trình có thể là khuếch tán ngoài hoặc khuếch tán trong. Trong vùng khuếch
tán ngoài, tốc độ hấp phụ phụ thuộc vào vận tốc dòng chất lỏng. Trong khi
vùng khuyếch tán trong, cường độ chuyển khối phụ thuộc vào loại mao quản,
kích thước mao quản của chất hấp phụ, hình dạng và kích thước của phân tử
chất bị hấp phụ, hệ số dẫn khối…[3].
Tốc độ hấp phụ v là biến thiên nồng độ chất bị hấp phụ theo thời gian:
V

dx
dt

(1.3)

1.3.2.2. Các mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ
Đường đẳng nhiệt hấp phụ biểu diễn sự phụ thuộc của dung lượng hấp
phụ tại một thời điểm vào nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung
dịch tại thời điểm đó ở một nhiệt độ xác định. Đường đẳng nhiệt hấp phụ
được thiết lập bằng cách cho một lượng xác định chất hấp phụ vào một lượng
cho trước dung dịch có nồng độ đã biết của chất bị hấp phụ.
Với chất hấp phụ là chất rắn, chất bị hấp phụ là chất lỏng thì đường đẳng
nhiệt hấp phụ được mơ tả qua các phương trình đẳng nhiệt: phương trình đẳng
nhiệt hấp phụ Henry, phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Frendlich, Phương
trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, Thuyết hấp phụ đa phân tử của BET...
 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry là phương trình đơn giản mơ tả

sự tương quan tuyến tính giữa lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt pha rắn và
nồng độ hoặc áp suất của chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng [8], [14], [15].


17

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry có dạng:
a = K.P hay q = K.Ccb

(1.4)

Trong đó:
a : Lượng chất bị hấp phụ (mol/g).
K : Hằng số hấp phụ Henry.
P : Áp suất (mmHg).
q : Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g).
Ccb: Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/l).
 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich là phương trình thực
nghiệm mơ tả sự hấp phụ khí hoặc chất tan lên vật hấp phụ rắn trong phạm vi
một lớp.
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich có dạng:
q = k.C 1cb/ n

(1.5)

Trong đó:
q : Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g).
k : Hằng số hấp phụ Freundlich.
Ccb : Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/l)

n : Hằng số, luôn lớn hơn 1
Để xác định các hằng số, đưa phương trình (1.10) về dạng đường
thẳng:
lgq = lqk + (1/n).lqCcb

(1.6)

Xây dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lg q vào lg C cb sẽ xác
định được
các giá trị k, n [14], [15].
 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir được thiết lập trên giả thiết:


18

- Tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt tại những trung tâm xác
định.
- Mỗi trung tâm chỉ có một tiểu phân.
- Bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất, nghĩa là năng lượng hấp phụ trên
các tiểu phân là như nhau và không phụ thuộc vào sự có mặt của các tiểu phân
hấp phụ trên các trung tâm bên cạnh.
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có dạng:
q = qmax.(bP/ 1 + bP)

(1.7)

Trong đó:
q: đại lượng hấp phụ tính bằng thể tích chất bị hấp phụ ở đktc.
qmax : đại lượng hấp phụ cực đại khi 100% bề mặt bị che phủ.

Đại lượng b =

k
là hằng số cân bằng hấp phụ (hệ số hấp phụ).
k'

Ở áp suất thấp, khi bP  1 ta có:

q = qmax . bP

Ở áp suất cao, khi bP  1 ta có: q = qmax (ứng với sự hấp phụ cực đại).
Quá trình hấp phụ tạo ra trên bề mặt một “phức chất hấp phụ” nằm cân
bằng với phân tử chưa bị hấp phụ. Thời gian lưu lại của tiểu phân bị hấp phụ
trên những trung tâm hấp phụ phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ càng cao thì
sự hấp phụ càng giảm, thời gian lưu càng thấp. Giữa chất hấp phụ và chất bị
hấp phụ tồn tại một cân bằng động [9], [15].
 Thuyết hấp phụ đa phân tử của BET
Trong một số trường hợp, sự hấp phụ không chỉ tạo đơn lớp phân tử mà
thành nhiều lớp phân tử chồng lên nhau.
Tác giả Brunauer- Emmett- Teller (BET) bằng con đường nhiệt động
học đưa ra phương trình hấp phụ đẳng nhiệt dựa trên quan điểm sau:
+ Hấp phụ vật lí tạo thành nhiều lớp đơn phân tử.


19

+ Lớp hấp phụ đầu tiên được hình thành do kết quả tương tác Van Der
Waals giữa chất bị hấp phụ và chất hấp phụ. Các lớp tiếp theo được hình
thành do sự ngưng tụ khí. Nhiệt hấp phụ của lớp thứ hai và tất cả các lớp tiếp
theo thì bằng nhau và bằng nhiệt hố lỏng của khí, cịn nhiệt hấp phụ của lớp

thứ nhất thì lại khác.
Các phân tử chất bị hấp phụ chỉ tương tác với các phân tử trước hoặc sau
nó mà khơng tương tác với các phân tử bên cạnh.
P
1
(C  1) P


.
V(P0  P) Vm .C Vm .C P0

(1.8)

Trong đó:
P0 : áp suất hơi bão hoà của chất bị hấp phụ ở nhiệt độ thực
nghiệm.
P : áp suất cân bằng.
V : thể tích khí bị hấp phụ ở áp suất P.
Vm : thể tích của lớp hấp phụ đơn phân tử tính cho 1g chất hấp
phụ ở đktc.
C : hằng số BET.
 Quá trình hấp phụ động trên cột
Quá trình hấp phụ động trên cột được mơ tả như sau:

Hình 1.1. Mơ hình cột hấp phụ


20

Cho một dịng khí hay dung dịch chứa chất bị hấp phụ qua cột hấp phụ.

Sau một thời gian thì cột hấp phụ chia làm ba vùng:
Vùng 1 (Đầu vào nguồn xử lý): Chất hấp phụ đã bão hòa và đạt trạng
thái cân bằng. Nồng độ chất bị hấp phụ ở đây bằng nồng độ của nó ở lối vào.
Vùng 2 (Vùng chuyển khối): Nồng độ chất bị hấp phụ thay đổi từ giá
trị nồng độ ban đầu tới không.
Vùng 3 (Vùng lối ra của cột hấp phụ): Vùng mà quá trình hấp phụ chưa
xảy ra, nồng độ chất bị hấp phụ bằng khơng.
Khi thời gian thực hiện q trình hấp phụ tăng lên thì vùng hấp phụ
dịch chuyển theo chiều dài của cột hấp phụ. Chất hấp phụ sẽ xuất hiện ở lối ra
khi vùng chuyển khối chạm tới đáy cột. Đây là thời điểm cần dừng quá trình
hấp phụ để nồng độ của chất bị hấp phụ ở lối ra không vượt quá giới hạn cho
phép. Tiếp theo cột hấp phụ được giải hấp để tiếp tục thực hiện quá trình hấp
phụ.
Chiều dài vùng chuyển khối là một yếu tố quan trọng trong nghiên cứu
sự hấp phụ động trên cột. Khi tỉ lệ giữa chiều dài cột hấp phụ với chiều dài
vùng chuyển khối giảm đi thì việc sử dụng cột cho một chu trình cũng giảm,
lúc đó lượng chất hấp phụ cần thiết tăng lên.
Vùng chuyển khối đặc biệt dài hơn trong trường hợp hấp phụ chất lỏng
so với trường hợp hấp phụ chất khí vì độ nhớt của chất lỏng cao hơn. Độ nhớt
làm chậm quá trình chuyển khối trên bề mặt chất rắn cũng như sự khuếch tán
bên trong hạt chất rắn [3].
Các yếu tố ảnh hưởng tới chiều dài vùng chuyển khối và phương pháp
hạn chế chúng được trình bày ở bảng 1.1


21

Bảng 1.1. Các yếu tố ảnh hưởng tới chiều dài vùng chuyển khối và phương
pháp hạn chế chúng
Yếu tố ảnh hưởng

Phương pháp hạn chế

Tốc độ khuếch tán hạn chế bên trong - Giảm khuếch tán bên trong hạt bằng
phần tử hấp phụ.

cách giảm kích cỡ hạt.
- Sử dụng vật liệu có mạng lưới lỗ
xốp lớn để dễ khuếch tán.

Sự giới hạn về diện tích bề mặt của - Giảm kích cỡ hạt để tăng thêm diện
chất hấp phụ.

tích bề mặt trên một đơn vị thể tích
chất hấp phụ.
- Sử dụng các hạt có diện tích bề mặt
lớn trên một đơn vị thể tích.

Tốc độ dịng phân bố khơng đều khi - Giảm thiểu các lỗ trống, đây là
chạy qua cột.

nguyên
nhân chính gây nên dịng khơng đều
khi chạy qua cột.
- Điều khiển dòng cố định ở lối vào
và ra cột.

1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ
1.3.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Quá trình hấp phụ chịu ảnh hưởng của một số yếu tố như: Bản chất của

chất bị hấp phụ, vật liệu hấp phụ, pH, nhiệt độ, áp suất, thời gian hấp phụ và
sự có mặt của các chất khác..Trong quá trình hấp phụ, năng lượng tự do bề
mặt hệ giảm (∆G < 0), đồng thời độ hỗn độn của hệ giảm do các tiểu phân của
chất bị hấp phụ lên trên bề mặt chất hấp phụ được sắp xếp một cách có trật tự
(∆S < 0). Suy ra ∆G = ∆H – T.∆S < 0  ∆H < 0. Vậy quá trình hấp phụ là


22

quá trình tỏa nhiệt (phù hợp với thực nghiệm, hấp phụ vật lý hay hấp phụ hóa
học đều tỏa nhiệt).
Vì sự hấp phụ tỏa nhiệt nên theo nguyên lý chuyển dịch cân bằng, lượng
chất hấp phụ phải giảm khi nhiệt độ tăng. Tuy nhiên, ở vùng nhiệt độ thấp,
hấp phụ hóa học thường diễn ra chậm, khi nhiệt độ tăng thì tốc độ hấp phụ
hóa học xảy ra nhanh hơn nên có thể tốc độ hấp phụ chung tăng theo.
Tốc độ quá trình hấp phụ của các chất khác nhau trên những chất hấp
phụ khác nhau thay đổi trong khoảng khá rộng. Sự hấp phụ khí và hơi có thể
xảy ra với tốc độ nhanh và có thể đo được.
Thơng thường, đối với cùng một vật chất nhưng ở khoảng nhiệt độ khác
nhau có thể quan sát được cả hai kiểu hấp phụ: ở những nhiệt độ thấp quan sát
thấy sự hấp phụ vật lý, ở nhiệt độ cao quan sát sự hấp phụ hóa học. Cả hai q
trình này thường được gắn với một quá trình trung gian, nét đặc trưng của
vùng trung gian là lượng chất bị hấp phụ tăng khi nhiệt độ tăng [1], [15].
1.3.3.2. Ảnh hưởng của pH
Quá trình hấp phụ bị ảnh hưởng rất nhiều bởi pH của môi trường. Sự
thay đổi pH của môi trường dẫn đến sự thay đổi về bản chất của chất bị hấp
phụ, các nhóm chức bề mặt, thế oxi hóa khử, dạng tồn tại của hợp chất đó
(đặc biệt đối với hợp chất có độ phân cực cao, các chất có tính lưỡng tính, axit
yếu, bazơ yếu).
Đối với chất hấp phụ rắn: hiện tượng hấp phụ xảy ra do lực tương tác

giữa các nguyên tử trên bề mặt chất rắn với các chất tan, trên cơ sở lực hút
tĩnh điện, lực định hướng và lực tán xạ.
Trong trường hợp lực tương tác đủ mạnh có thể gây ra liên kết hóa học
hoặc tạo phức trao đổi ion. Lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp
phụ càng mạnh thì khả năng hấp phụ càng lớn, khả năng giữ các chất bị hấp
phụ trên bề mặt vật rắn càng cao.


23

Nhìn chung, pH thường ảnh hưởng đến điện tích của vật liệu hấp phụ
cũng như điện tích của chất bị hấp phụ. Đối với các chất hữu cơ, khi pH giảm
xuống thơng thường q trình hấp phụ tăng lên [9], [8].
1.3.3.4. Ảnh hưởng của diện tích bề mặt chất rắn
Diện tích bề mặt chất rắn đóng vai trị quan trọng đối với khả năng hấp
phụ của một hệ: diện tích càng lớn, khả năng hấp phụ càng cao.
Diện tích bề mặt của một chất rắn được định nghĩa là tổng tồn bộ diện
tích của chất rắn đó trên một đơn vị khối lượng chất hấp phụ (m2/g).
Đối với các chất rắn có nguồn gốc khác nhau thì diện tích bề mặt đó là
khác nhau. Ví dụ: chất rắn trong mơi trường tự nhiên (đất sét,...) có diện tích
riêng thay đổi với trạng thái hóa lý của mơi trường nước.
Chất hấp phụ cơng nghiệp (chủ yếu là than hoạt tính) có thể có bề mặt
riêng rất lớn khoảng 600 - 1200 m2/g, các chất hấp phụ khác như hiđroxit kim
loại có sự phụ thuộc chặt chẽ vào pH [1], [9], [15].
1.4. Phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)

1.4.1. Giới thiệu về phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử
(AAS)
1.4.1.1. Nguyên tắc
Trong điều kiện thường nguyên tử không thu cũng không phát ra năng

lượng dưới dạng các bức xạ, lúc này nguyên tử ở trạng thái cơ bản. Nhưng khi
nguyên tử ở trạng thái hơi tự do, nếu 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 ngun tố đó thì chúng sẽ hấp phụ các tia sáng đó
và sinh ra phổ hấp thụ nguyên tử.
Trên cơ sở sự xuất hiện của phổ hấp thụ nguyên tử, chúng ta thấy phổ hấp thụ
nguyên tử được sinh ra khi nguyên tử tồn tại ở trạng thái khí tự do và ở mức
năng lượng cơ bản. Vì vậy, muốn thực hiện được phép đo AAS cần phải thực


24

hiện các cơng việc sau đây:
+ Chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn, dung dịch) thành
trạng thái hơi. Đó là các q trình hóa hơi mẫu.
+ Ngun tử hóa đám hơi đó, phân li các phân tử, tạo ra đám hơi
nguyên tử tự do của các nguyên tố cần phân tích trong mẫu để chúng có khả
năng hấp thụ bức xạ đơn sắc. Đây là giai đoạn quan trọng nhất và quyết định
đến kết quả của phép đo AAS.
+ Chọn nguồn phát tia sáng có bước sóng phù hợp với nguyên tố phân
tích và chiếu vào đám hơi nguyên tử đó. Phổ hấp thụ sẽ xuất hiện.
+ Nhờ một hệ thống máy quang phổ, người ta thu tồn bộ chùm sáng
sau khi đi qua mơi trường hấp thụ, phân li chúng thành phổ và chọn một vạch
phổ cần đo của nguyên tố phân tích hướng vào khe đo để đo cường độ của nó.
Trong một giới hạn nhất định của nồng độ, giá trị cường độ này phụ thuộc
tuyến tính vào nồng độ của nguyên tố cần phân tích theo phương trình :
A = k.C.L

(1.9)

Trong đó:
A : Cường độ vạch phổ hấp thụ.
k : Hằng số thực nghiệm.
L : chiều dài môi trường hấp thụ.
C : Nồng độ nguyên tố cần xác định trong mẫu đo phổ.
+ Thu và ghi kết quả đo cường độ vạch phổ hấp thụ [12], [16].
1.4.1.2. Điều kiện nguyên tử hóa mẫu
Nguyên tử hóa mẫu là cơng việc quan trọng nhất của phép đo phổ hấp
thụ nguyên tử, Mục đích của quá trình này là tạo ra đám hơi nguyên tử tự do
từ mẫu phân tích với hiệu suất cao và ổn định, để phép đo đạt kết quả chính
xác với độ lặp lại cao. Ở phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (F - AAS), tức
là chỉ sử dụng năng lượng nhiệt của ngọn lửa đền khí để tạo hóa hơi và


25

ngun tử hóa mẫu phân tích, nhiệt độ của ngọn lửa là yếu tố quyết định đến
hiệu suất nguyên tử hóa mẫu phân tích và mọi yếu tố khác ảnh hưởng đến
nhiệt độ của ngọn lửa đều có thể ảnh hưởng đến kết quả phân tích [12], [16].
- Thành phần hỗn hợp khí đốt tạo ra ngọn lửa.
- Chiều cao đèn nguyên tử hóa mẫu.
- Tốc độ dẫn mẫu.
1.4.1.3. Cường độ vạch phổ hấp thụ nguyên tử
Lý thuyết và thực nghiệm cho thấy rằng, trong vùng nồng độ nhỏ của
nguyên tố phân tích, mối quan hệ giữa cường độ một vạch phổ hấp thụ của
nguyên tố đó và nồng độ của nó trong đám hơi nguyên tử tự do cũng tuân
theo định luật Lambe Bear [12], [16]. Nghĩa là nếu chiếu một chùm sáng đơn
sắc có cường độ ban đầu Io qua đám hơi nguyên tử tự do của nguyên tố phân
tích có nồng độ N và bề dày L cm thì ta có:
I = Io.e-(K .N.L)

(1.10)

Trong đó:
I: Cường độ của chùm sáng ra khỏi đám hơi nguyên tử.
Io: Cường độ của chùm sáng chiếu vào đám hơi nguyên tử.
K : Hệ số hấp thụ nguyên tử của vạch phổ tần số
N: Nồng độ nguyên tử tự do của nguyên tố cần phân tích.
L: Bề dày lớp hấp thụ.
Gọi Aλ là mật độ quang hay độ tắt nguyên tử của chùm tia sáng cường
độ Io sau khi qua môi trường hấp thụ. Aλ được tính bởi cơng thức:
A  log

I0
 2,303.K v .N.L
I

(1.11)

Nếu các phép đo được thực hiện trên cùng một máy đo phổ hấp thụ
nguyên tử thì L = const, nên có thể viết:
Aλ = K.N

(1.12)