Tải bản đầy đủ

Phân tích hàm lượng ion cr trong mẫu nước thải công nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ Y TẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC HẢI PHÒNG

NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH HÀM
LƯỢNG ION CROM(VI) TRONG MẪU
NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP BẰNG
PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ UV - VIS
TIỂU LUẬN NGHIÊN CỨU ĐỘC CHẤT HỌC

HẢI PHÒNG, NĂM 2017

1


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ Y TẾ


TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC HẢI PHÒNG

NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH HÀM
LƯỢNG ION CROM(VI) TRONG MẪU
NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP BẰNG
PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ UV - VIS

TIỂU LUẬN NGHIÊN CỨU ĐỘC CHẤT HỌC
Bộ môn: ĐỘC CHẤT HỌC

Nhóm thực hiện: Nhóm 2 Tổ 3

HẢI PHÒNG, NĂM 2017

2


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, chúng tôi xin đặc biệt cảm ơn sâu sắc tới thầy cô Bộ môn Độc
Chất Học đã chỉ hướng nghiên cứu, hướng dẫn, động viên, giúp đỡ và tạo mọi
điều kiện tốt nhất cho chúng tôi trong suốt quá trình nghiên cứu thực hiện tiểu
luận.
Chúng tôi xin trân trọng cảm ơn tới Thạc sĩ Bùi Hải Ninh, Giảng viên Vũ
Thị Dung đã giúp đỡ chúng tôi học tập và hoàn thiện tiểu luận này.
Cuối cùng, chúng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến những người không thể
thiếu bên chúng tôi là gia đình, bạn bè đã cổ vũ, động viên, thông cảm, giúp đỡ
chúng tôi về vật chất, tinh thần để chúng tôi có thể hoàn thành tiểu luận một
cách hiệu quả nhất.
Hải Phòng, ngày 10 tháng 04 năm 2017
Nhóm thực hiện: Nhóm 2 Tổ 3
1. Lương Thảo Nhi
2. Phạm Thị Oanh
3. Nguyễn Kiều Trang
4. Hoàng Thị Thanh
5. Doãn Thị Thúy Quỳnh
6. Đào Thị Hương
7. Phan Thị Thủy
8. Nguyễn Bá Thắng

3




MỤC LỤC

4


ĐẶT VẤN ĐỀ
Nước chiếm đến 70% diện tích bề mặt Trái Đất, là nguồn tài nguyên vô tận
để duy trì mọi hoạt động của sự sống.
Tuy nhiên hiện nay, tình hình đô thị hóó́a ngày càng gia tăng cùng với sự
xuất hiện của rất nhiều nhà máy, xí nghiệp không đảm bảo xử lý nước thải hợp
lý gây ra sự ô nhiễm nguồn nước nghiêm trọng. Mặt khác, một trong những
thành phần gây độc mạnh trong nước thải là các kim loại nặng, điển hình là
Crom.
Việc phơi nhiễm dù chỉ với một lượng nhỏ Crom cũng ảnh hưởng trực tiếp
đến con người và động, thực vật xung quanh. Vì vậy việc phân tích crom trong
nước thải công nghiệp là rất cần thiết với con người.
Do vậy, chúng tôi thực hiện nghiên cứu này với đề tài:
“NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG ION CROM (VI)
TRONG MẪU NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP BẰNG PHƯƠNG PHÁP
QUANG PHỔ UV - VIS”

Đề tài được thực hiện với hai mục tiêu chính:
1. Phân tích hàm lượng Crom(VI) trong nước thải công nghiệp bằng phương
pháp quang phổ UV - VIS
2. Đề xuất phương án hạn chế sự ô nhiễm nguồn nước.

5


Chương 1: TỔNG QUAN
1.1: Giới thiệu chung về nguyên tố Crom [1].
Crom là một nguyên tố thuộc phân nhóm VIB, chu kỳ 4 trong bảng hệ
thống tuần hoàn, có cấu hình lớp electron ngoài cùng: 3d5 4s1.
Crom được ký hiệu là Cr, số thứ tự nguyên tử là
24, nguyên tử lượng Crom là 51,996 đvC.
Crom có số oxi hoá đặc trưng nhất là +3 và
kém đặc trưng hơn là +6. Ngoài ra, trong hợp chất
Crom còn có các số oxi hoá: +1; +2; +4; +5.
Trữ lượng trong thiên nhiên của Crom là 6.10-3 % tổng số nguyên tử trong
vỏ trái đất, nghĩa là tương đối phổ biến. Khoáng vật chính của Crom là sắt
cromit Fe(CrO2)2.
Crom được sử dụng trong luyện kim, trong mạ điện hoặc trong nhuộm
màu, thuộc da… Các hợp chất cromat thường thêm vào nước mặn để ức chế sự
ăn mòn kim loại.
Trong nước tự nhiên, Cr3+ tồn tại ở dạng Cr(OH)2+, Cr(OH)-, còn Cr(IV) tồn
tại ở dạng và Người ta cho rằng Cr3+ tạo phức bền với các amin và nó được bám
vào các khoáng sét. Crom được coi là không cần thiết cho cây trồng nhưng lại là
nguyên tố cần thiết cho động vật.
Crom kim loại được điều chế bằng các phương pháp nhiệt nhôm, dùng bột
nhôm khử Crom(III) oxit.
Cr2O3 + 2Al = 2Cr + Al2O3
Crom thu được chứa 97,99% Cr và tạp chất sắt.
6


1.2: Tính chất [1]
1.2.1. Tính chất vật lý
Crom thể hiện rõ rệt tính chất kim loại. Nó là kim loại màu trắng bạc có
ánh kim, dẫn điện và nhiệt tốt. Crom tinh khiết dễ chế hoá cơ học nhưng khi lẫn
tạp chất thì trở nên cứng và giòn. Vì vậy, kim loại Crom kỹ thuật rất cứng. Việc
đưa crom vào thép làm tăng độ cứng, độ bền nhiệt, độ bền ăn mòn, và độ bền
hoá chất của các loại thép đặc biệt. Thép dụng cụ chứa 3% ÷ 4% Cr, thép không
rỉ chứa 18% ÷ 25% Cr.
Một số hằng số vật lý quan trọng của Cr:


Nhiệt độ nóng chảy (Tnc): 1890oC



Nhiệt độ sôi

(Ts): 3390oC



Thế điện cực

(Eo): -0,91V



Độ âm điện theo paoling: 1,6



Bán kính nguyên tử

: 1,27 Ao



Năng lượng iôn hoá

: 6,77 eV

1.2.2. Tính chất hoá học:
Crom là chất khử giống như Al, trên bề mặt được bao phủ màng oxit mỏng,
bền với không khí. Crom không phản ứng trực tiếp với H 2, ở điều kiện thường
không phản ứng với O2 nhưng khi đốt cháy trong không khí tạo thành Cr2O3
4Cr(rắn) + 3O2 = 2Cr2O3

ΔH = - 1141 KJ/mol

7


Tuy nhiên ở nhiệt độ cao, Crom phản ứng với nhóm Halogen. Thế điện cực

tiêu chuẩn của Crom

E oCr 2+ / Cr

= - 0,91 (V). Crôm khử được H + trong các dung

dịch HCl, H2SO4 loãng, nóng giải phóng H2.
Cr + 2H+ = Cr2+ + H2
Crom bị thụ động trong axit HNO3 và H2SO4 đặc nguội. Crom không tác
dụng với nước do có lớp oxit bảo vệ. Crom tan được trong dung dịch kiềm.
Cr + NaOH + H2O = NaCrO2 + 3/2 H2
Crom tác dụng với muối của những kim loại có thế tiêu chuẩn cao hơn tạo
thành muối Cr(II)
Cr + Cu2+ = Cr2+ + Cu

8


1.3. Các hợp chất quan trọng của Crom [1]
1.3.1. Hợp chất Crom(II)
Các hợp chất của Cr(II) đều có tính khử như CrO ở 1000 oC bị khí H2 khử
thành crom kim loại.
Còn Crom(II) hiđroxit thể hiện tính khử mạnh hơn
2Cr(OH)2 + O2 (kk) = 2Cr(OH)3
Và dễ bị oxi hoá thành Cr (III). Ví dụ:
4CrCl2 + 4HCl + O2 = 4CrCl3 + 2H2O

Muối Cr(II) ít bị thuỷ phân

E Cr 3+ / Cr 2+

= - 0,41 (V), các muối tan được

trong nước cho iôn hiđrat hoá [Cr(H2O)6]2+ có màu xanh lam.
1.3.2. Hợp chất Crom(III)
Cr(III) oxit:
Là hợp chất bền nhất của crom, nó nóng chảy ở 2265 oC và sôi ở 3027oC.
Cr2O3 trơ về mặt hoá học, nhất là sau khi đã nung nóng, nó không tan trong
nước, dung dịch axit và dung dịch kiềm. Tính lưỡng tính của Cr 2O3 chỉ thể hiện
khi nấu chảy với kiềm hay Kali hydro sunfat.
Cr2O3 + 2KOH = 2KCrO2 + H2O
Cr2O3 + 6KHSO4 = Cr2(SO4)3 + 3K2SO4 + 3H2O
Cr(III) hiđroxit:

9


Cr(OH)3 có tính chất giống với nhôm hiđrôxit, nó là kết tủa nhầy, màu lục
nhạt, không tan trong nước và là chất lưỡng tính. Khi mới điều chế Cr(III)
hiđroxit tan dễ dàng trong axit và dung dịch kiềm.
Cr(OH)3 + 3H3O+ = [Cr(H2O)6]3+

Cr(OH)3 +

OH −

+ nH2O =

[ Cr(OH) 4 (H 2O) 2 ] −

Tất cả những ion này được gọi chung là hiđroxo Cromit, nó luôn kém bền,
khi đun nóng trong dung dịch đã phân huỷ tạo thành kết tủa Cr(OH) 3. Sở dĩ như
vậy là vì Cr(OH)3 có tính axit yếu hơn Al(OH)3.
Cr(III) hiđrôxit tan không đáng kể trong dung dịch NH 3 nhưng tan dễ dàng
trong amoniac lỏng tạo thành phức hecxanano.
Cr(OH)3 + 6NH3 = [Cr(NH3)6](OH)3
Muối Crom(III):
Người ta đã biết được nhiều muối Crom(III) nhưng muối này độc với
người. Nhiều muối Crom(II) cũng có cấu tạo và tính chất giống với muối
nhôm(III). Bởi vì các ion
Cr3+(0,57Ao) và Al3+(0,61Ao) có kích thước gần nhau. Dung dịch muối
Crom(III) có màu tím ở nhiệt độ thường, nhưng có màu lục khi đun nóng, màu
tía đỏ là màu đặc trưng của ion [Cr(H2O)6]3+
Muối Crom (III) có tính thuận từ, rất bền trong không khí khô và bị thuỷ
phân mạnh hơn muối Cr(II). Trong môi trường axit, ion Cr 3+ có thể bị khử đến
Cr2+ bởi kẽm, nhưng trong môi trường kiềm nó có thể bị H 2O2, PbO2, nước clo,
nước brôm oxi hoá đến Cromat.
2CrCl3 + 10KOH + 3H2O2 = 2K2CrO4 + 6KCl + 8H2O
10


Do có bán kính bé và điện tích lớn, ion Cr 3+ là một trong những chất tạo
phức mạnh nhất, nó có thể tạo nên phức bền với hầu hết phối tử đã biết. Tuy
nhiên, độ bền của các phức chất Cr(III) còn tuỳ thuộc vào bản chất của phối tử
và cấu hình của phức chất.
Trong dung dịch, Cr(III) clorua có thể kết hợp với clorua kim loại kiềm tạo
nên phức chất màu đỏ hồng.
CrCl3 + 3KCl = K3[CrCl6]
Vì trạng thái oxi hoá trung gian, ion Cr3+ vừa có tính chất oxi hoá (trong
môi trường axit), vừa có tính khử (trong môi trường bazơ).
Người ta đã biết nhiều các phức số phối tử hai, ba, bốn nhân của Cr(III),
trong đó có thể có các phân tử trung hòa NH 3, - NH2, − CH2 – CH2 – NH2, hoặc
SO 24 − C 2 O 24 − SeO 24 − CH 3COO−
gốc axit
,
,
,
...

1.3.3. Hợp chất Cr(VI)
Các hợp chất Cr(VI) có tính oxi hoá mạnh, là nguyên nhân và tác hại của
Crom đối với cơ thể.
Crom(VI) oxit (CrO3) là chất oxi hoá mạnh, nó oxi hoá được I 2, S, P, CO,
C, HBr… và nhiều chất hữu cơ khác, phản ứng thường gây nổ.
Là anhiđrit axit, CrO3 dễ tan trong nước và dễ kết hợp với nước tạo thành
axit, là axit cromic (H2CrO4) và axit poli cromic (H2Cr2O7, H2Cr2O10, H2Cr4O13).
Axit cromic và axit policromic là những axit rất độc với người, không bền,
chỉ tồn tại trong dung dịch nước. Dung dịch axit cromic (H 2CrO4) có màu vàng,
dung dịch axit dicromic (H2Cr2O7) có màu da cam, màu của axit đậm dần tới
màu đỏ khi số nguyên tử Cr trong phân tử tăng.
11


Do vậy khi các dung dịch axit trên tác dụng với dung dịch kiềm, nó có thể
tạo nên các muối cromat, dicromat, tricromat…
Muối cromat có màu vàng còn muối đicromat có màu da cam, các chất này
là những chất oxi hoá mạnh, tính chất này thể hiện rõ trong môi trường axit:
2CrO 24 −

+ 16H+ + 6e = 2Cr3+ + 8H2O

Muối cromat và đicromat thường gặp là: Na2CrO4, K2CrO4, PbCrO4,
NiCrO4, ZnCrO4, K2Cr2O7, Na2Cr2O7, và (NH4)Cr2O7. Trong đó các muối
PbCrO4, NiCrO4 và ZnCrO4 được dùng nhiều trong công nghiệp, chất màu,
sơn, mạ…
Trong nước thải mạ điện, Cr(VI) có mặt ở dạng anion như Cromat (),
đicromat ) và tricromat (HCr). Tuỳ thuộc vào pH và nồng độ crom mà Cr(VI)
tồn tại với hằng số cân bằng sau:
H2CrO4 = H+ + HCrO4-

K1 = 0,18

(pK1 = 6,15)

HCrO4- = H+ + CrO42-

K2 = 3,2.10-7

(pK2 = 5,65)

2HCrO4- = Cr2O72- + H2O

K3 = 33,3

(pK3 = 14,56)

12


1.4. Độc tính của Crom [1]
Với đặc tính lý hóa của Crom (bền ở nhiệt độ cao, khó oxi hóa, cứng và tạo
màu tốt) nên nó ngày càng được sử dụng rộng rãi. Crom là kim loại được xếp
vào nhóm có khả năng gây bệnh ung thư. Crom tồn tại ở hai dạng số oxi hóa
chính là +3 và +6, trong đó Cr(VI) độc hơn nhiều so với Cr(III). Kết quả nghiên
cứu cho thấy Cr(VI) chỉ một liều lượng nhỏ cũng là nguyên nhân gây tác hại
nghề nghiệp. Nồng độ Crom trong nước sinh hoạt thường phải thấp hơn
0,05mg/l theo tiêu chuẩn của tổ chức y tế thế giới
Đối với cơ thể người
Crom(VI) hấp thu qua dạ dày, ruột nhiều hơn Crom (III) và có thể thấm qua
màng tế bào, Cr(VI) dễ gây viêm loét da, xuất hiện mụn cơm, viêm gan, thủng
vách ngăn giữa hai lá mía, ung thu phổi...
Crom xâm nhập vào cơ thể theo ba con đường : hô hấp, tiêu hóa và tiếp xúc
trực tiếp. Qua nghiên cứu người ta thấy Crom có vai trò sinh học như chuyển
hóa glucozơ, nhưng với hàm lượng lớn có thể làm kết tủa Protein, các axit
nucleic và ức chế hệ thống men. Dù xâm nhập vào cơ thể theo bất kỳ đường nào
Crom cũng hòa tan vào máu ở nồng độ 0,001mg/l sau đó chuyển vào hồng cầu
và hòa tan vào hồng cầu nhanh 10-20 lần, từ hồng cầu Crom chuyển vào các tổ
chức phủ tạng, được giữ lại ở phổi, xương, thận, gan, phần còn lại chuyển qua
nước tiểu.
Crom chủ yếu gây ra các bệnh ngoài da như loét da, loét thủng vách ngăn
mũi, viêm da tiếp xúc... khi con người làm các công việc phải tiếp xúc,hít thở
với Crom hoặc các hợp chất của Crom. Crom còn kích thích niêm mạc sinh
ngứa mũi, hắt hơi, chảy nước mũi, nước mắt, niêm mạc mũi bị sưng đỏ và có tia

13


máu, về sau có thể thủng vành mũi. Nhiễm độc Crom có thể gây mụn, mụn cơm,
viêm gan, viên thận, ung thư phổi, đau răng, tiêu hoá kém.
Khi Crom xâm nhập qua đường hô hấp dễ dẫn đến bệnh viêm yết hầu, viêm
phế quản do niêm mạc bị kích thích. Khi da tiếp xúc trực tiếp với dung dịch
Crom (VI) dễ bị nổi phồng và loét sâu, có thể bị loét đến xương, nhiễm độc
Crom lâu năm có thể bị ung thư phổi, ung thư gan.
Crom (VI) là tác nhân oxi hoá mạnh gây độc cao đối với con người và động
vật. Những công việc có thể gây nhiễm độc Crom như: luyện kim, sản xuất nến
sáp, thuốc nhuộm, chất tẩy rửa, thuốc nổ, pháo, diêm, xi măng, đồ gốm, bột
màu, thuỷ tinh, chế tạo ắc quy, mạ kẽm, mạ điện và mạ Crom.
Tóm lại, hàm lượng lớn các kim loại nặng nói chung và Crom nói riêng nếu
bị phơi nhiễm đều ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người. Chính vì vậy
việc xác định hàm lượng Crom trong thực phẩm là cần thiết đối với con người.
Từ đó có biện pháp xử lý thích hợp đảm bảo có thực phẩm sạch cho con người.

14


Đối với động, thực vật
Người ta khảo sát sự sống của cá chép bằng cách ngâm trứng cá sau khi thụ
tinh vào trong nước có chứa ion Cr6+ ở nồng độ 3,9 - 9,6 mmol/l :
Bảng 1.1. Bảng khảo sát sự sống của cá chép

Như vậy tại pH= 7,8 tỷ lệ tử vong và mắc bệnh tuỷ sống là không đáng kể
so với tại pH=6,3
Thực hiện các thí nghiệm trên thực vật cũng nhận thấy Crom gây ảnh
hưởng đối với quá trình phát triển như gây bệnh vàng lá đối với lúa.

15


1.5. Giới hạn cho phép của Crom [2].
Theo tiêu chuẩn Việt Nam giới hạn cho phép của Crom trong nước thải
công nghiệp được thể hiện trong bảng dưới đây:
Bảng 1.2: Chỉ tiêu Crom trong nước thải công nghiệp

ppm

A
0,05

Giá trị giới hạn
B
0,1

C
0,5

ppm

0,2

1

2

Thông số

Đơn vị

Crom (VI)
Crom (III)

Ghi chú: Nước thải công nghiệp có nồng độ Crom:
• ≤ Giá trị cột A có thể đổ vào các khu vực nước dùng làm nguồn cung cấp
nước sinh hoạt
• ≤ giá trị cột B chỉ được đổ vào khu vực nước dùng trong các mục đích
giao thông, thủy lợi, tưới tiêu, nuôi tròng thủy sản
• B< [Cr(VI)] ≤ C chỉ được pháp đổ vào nơi quy định
• > giá trị trong cột C không được phép thải ra môi trường

16


1.6. Các phương pháp xác định Crom [1], [4].
Hiện nay, có rất nhiều phương pháp khác nhau để có thể xác định crom,
tùy thuộc vào đối tượng phân tích, tùy thuộc vào hàm lượng của crom trong các
đối tượng khác nhau mà có thể lựa chọn phương pháp phân tích phù hợp. Sau
đây là một số phương pháp xác định crom:
Bảng 1.3. Bảng các phương pháp xác định Crom

17


Bảng

Phương

Phương

Phương pháp phân tích

Phương

1.4.

Bảng

pháp

pháp hóa

công cụ

pháp sắc

so

ký

các

học

sánh
Đặc điểm
So sánh

Phương

Phương

pháp phân

pháp phân

tích điện

tích quang

hóa

học

Độ nhạy

10-2

10-5 – 10-8

10-5 – 10-7

10-9

Ưu điểm

Trang

Độ chính

Độ chính

Độ chính

thiết bị

xác cao, ít

xác cao,

xác cao

đơn giản,

tiêu tốn

dễ thực

chi phí

mẫu

hiện

không
cao. Dễ
thực hiện
Nhược

Sai số

Trang

Không

Khó thực

điêm

dụng cụ;

thiết bị đắt

chọn lọc,

hiện; Chi

không áp

tiền

một thuốc

phí cao

dụng cho

thử có thể

phân tích

tạo phức

lượng vết

với nhiều

ion
phương pháp xác định ion Crom (VI)

18


1.6.1. Phương pháp phân tích hóa học
1.6.1.1. Phương pháp phân tích trọng lượng
- Có độ chính xác tới 0,1%.
- Dựa trên cơ sở hòa tan mẫu chứa nguyên tố cần xác định trong dung môi
thích hợp, thêm lượng thuốc thử gấp 1,5 lần để kết tủa nguyên tố cần xác
định, sau đó rửa rồi sấy, nung đến khối lượng không đổi. Từ lượng cân kết
tủa thu được sẽ tính được hàm lượng của chất phân tích.
- Crom được xác định dưới dạng kết tủa cromat chì, cromat thủy ngân,
cromat bari, và Cr2O3, nhưng thực tế thường dùng là kết tủa baricromat
(BaCrO4).
1.6.1.2. Phương pháp phân tích thể tích
- Phương pháp này được sử dụng rộng rãi để xác định crom khi hàm lượng
lớn.
- Nguyên tắc: Dựa trên sự đo thể tích dung dịch thuốc thử đã biết nồng độ
chính xác (dung dịch chuẩn) được thêm vào dung dịch chất định phân để
tác dụng đủ toàn bộ lượng chất định phân đó. Thời điểm thêm lượng
thuốc thử tác dụng với toàn bộ chất định phân gọi là điểm tương đương.
Để nhận biết điểm tương đương, người ta dùng các chất gây ra hiện tượng
có thể quan sát bằng mắt gọi là chất chỉ thị.
- Crom (VI) có thể xác định bằng cách chuẩn độ bằng dung dịch Fe(II)
(được sử dụng rộng rãi nhất) với chất chỉ thị điphenylamin, trong phản
ứng chuẩn độ này người ta dùng H3PO4 để che Fe(III). Phản ứng chuẩn độ
là:
+ 6Fe2+ + 14H+ = 2Cr3+ + 6Fe3+ + 7H2O
- Ngoài ra Crom (VI) có thể xác định bằng phương pháp chuẩn độ Iôt, dựa
vào phương trình phản ứng:
+ 6I- + 14H+ = 2Cr3+ + 3I2 + 7H2O
- Sau đó chuẩn lượng I2 tạo thành bằng dung dịch Na2S2O3 với chỉ thị hồ
tinh bột. Phản ứng chuẩn độ như sau:
19


I2 + 2Na2S2O3 = 2NaI + Na2S4O6
- Ưu điểm : đơn giản , dễ làm
- Nhược điểm :
• Sai số do dụng cụ đo
- Không phù hợp với phân tích lượng vết.
1.6.2. Phương pháp phân tích công cụ
1.6.2.1. Phương pháp phân tích điện hóa
1.6.2.1.1. Phương pháp cực phổ:
- Nguyên tắc: Người ta thay đổi liên tục và tuyến tính điện áp vào 2 cực để
khử các kim loại, do mỗi kim loại có thế khử khác nhau. Thông qua chiều
cao của đường cong Von - Ampe có thể định lượng được ion kim loại
trong dung dịch ghi cực phổ. Vì dòng giới hạn I gh ở các điều kiện xác định
tỉ lệ thuận với nồng độ ion trong dung dịch ghi cực phổ theo phương trình
I = k.C
- Trong phương pháp phân tích này, người ta dùng điện cực giọt thuỷ ngân
rơi là điện cực làm việc. Để định lượng các chất có hoạt tính cực phổ,
người ta thường dùng hai phương pháp : phương pháp đường chuẩn và
phương pháp thêm chuẩn.
- Phương pháp này có khá nhiều ưu điểm : cho phép xác định cả chất vô cơ
và hữu cơ với nồng độ 10-5 - 10-6 M. Sai số của phương pháp thường là 2 3% với nồng độ 10-3 - 10-4 M, là 5% với nồng độ 10 -5M (ở điều kiện nhiệt
độ không đổi ).
- Tuy nhiên, phương pháp này cũng có những hạn chế như ảnh hưởng của
dòng tụ điện, dòng cực đại ...
1.6.2.1.2. Phương pháp Von – Ampe hòa tan:

20


 Về bản chất, phương pháp Von - Ampe hoà tan cũng giống như phương
pháp cực phổ là dựa trên việc đo cường độ dòng để xác định nồng độ các
chất trong dung dịch. Nguyên tắc gồm hai bước :
Bước 1 : Điện phân làm giàu chất cần phân tích trên bề mặt điện cực làm
việc trong khoảng thời gian xác định, tại thế điện cực xác định.
Bước 2 : Hoà tan kết tủa đã được làm giàu bằng cách phân cực ngược
điện cực làm việc, đo và ghi dòng hoà tan. Trên đường Von - Ampe hoà
tan xuất hiện pic của nguyên tố cần phân tích. Chiều cao pic là một hàm
của nồng độ.
- Dương Thị Tú Anh và các cộng sự đã nghiên cứu xác định một số dạng
tồn tại của crom trong nước thải công nghiệp bằng phương pháp von ampe hòa tan với hàm lượng crom(μg/l) = 1,751 ± 0,038.
- Ưu điểm:
• Có khả năng phân biệt giữa Cr(tổng) và Cr(VI). Phương pháp
này có giới hạn phát hiện là 5,2 µg/l, cho phép xác định
Cr(VI) trong khoảng nồng độ từ 35μg/l đến 2mg/l.
• Có khả năng định lượng chính xác một số kim loại nặng là
độc tố có độ nhạy, độ chính xác và tính chọn lọc cao.
• Có thể xác định được cả những chất không bị khử (hoặc oxi
hoá) trên điện cực với độ nhạy khá cao 10-6 - 10-8 M.
- Nhược điểm: độ nhạy bị hạn chế bởi dòng dư...

21


1.6.2.2. Phương pháp phân tích quang học
1.6.2.2.1. Phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ phân tử (UV - Vis) :
- Phương pháp phân tích phổ hấp thụ phân tử ( phổ electron hay phổ UV Vis) dựa trên việc đo phổ UV- Vis của những chất có khả năng hấp thụ
năng lượng chùm sáng để tạo ra phổ hấp thụ phân tử, với những chất
không có phổ UV - Vis thì cho tác dụng với thuốc thử thích hợp tạo ra hợp
chất phức bền có khả năng hấp thụ tia bức xạ và cho phổ UV- Vis nhạy.
- Phương trình định lượng của phép đo tuân theo định luật Lamber-Beer:
D = ɛ.l.C
Với:

D: độ hấp thụ quang
ɛ: Độ hấp thụ phân tử
l: chiều dài cuvet
C: Nồng độ nguyên tố phân tích

- Để xác định Cr(VI) bằng phương pháp phổ hấp thụ phân tử, người ta cho
Cr (VI) tác dụng với thuốc thử Diphenyl cacbazit (DPC) để tạo phức màu
đỏ tím trong môi trường axit H2SO4
2 + H4L + 8H+ →
(đỏ da cam)

+ Cr3+ + H2O + 8H2O
(đỏ tím)

- Các tác giả cho rằng phức tạo thành của Cr6+ với thuốc thử DPC trong
môi trường axit có độ hấp thụ cực đại ở bước sóng λmax = 540 nm (ε =
34200).
- Giới hạn phát hiện của phép đo là 0,04ppm.
- Ưu điểm:
- Cho phép xác định nồng độ chất ở khoảng 10-5M đến 10-7M,
là một phương pháp được sử dụng khá phổ biến.
22


- Đơn giản, tiện lợi, độ nhạy tương đối cao nên được sử dụng
phổ biến để xác định các kim loại lượng nhỏ.
- Nhược điểm: không chọn lọc, một thuốc thử có thể tạo phức với nhiều
ion.
1.6.2.2.2. Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử (AES)
- Trong điều kiện bình thường, nguyên tử không thu và cũng không phát ra
năng lượng, nhưng nếu cung cấp năng lượng cho nguyên tử thì các
nguyên tử sẽ chuyển lên trạng thái kích thích. Trạng thái này không bền,
nguyên tử chỉ tồn tại trong một thời gian cực ngắn 10-8s, chúng có xu
hướng trở về trạng thái ban đầu bền vững và giải phóng ra năng lượng mà
nó đã hấp thu dưới dạng bức xạ quang học. Bức xạ này chính là phổ phát
xạ của nguyên tử. Các nguồn kích thích phổ phát xạ là ngọn lửa đèn khí,
hồ quang điện dòng xoay chiều và một chiều, tia lửa điện, plasma cao tần
cảm ứng(ICP)
- Để phân tích một chất bằng phương pháp phổ phát xạ nguyên tử ta phải
thực hiện các bước sau:
- Trước hết phải dùng một nguồn năng lượng phù hợp để chuyển chất cần
xác định X thành hơi nguyên tử ( quá trình nguyên tử hóa mẫu).
- Tiếp theo dùng năng lượng kích thích nguyên tử để tạo ra bức xạ nguyên
tử.
- Dùng một hệ thống máy quang học (lăng kính hay cách tử) để phân ly
chùm sáng bức xạ thành các tia đơn sắc, ứng với mỗi tia đơn sắc là một
vạch phổ, vì thế mà phổ này được gọi là phổ phát xạ (phổ vạch của
nguyên tử).
- Dựa vào vị trí các vạch phổ ta có thể phân tích định tính được các nguyên
tố có trong mẫu phân tích. Nếu đo cường độ vạch phổ thì ta có thể xác
định được hàm lượng nguyên tố cần phân tích.
- Phương pháp bay hơi nhiệt - phát xạ nguyên tử cảm ứng cao tần plasma
(ETA-ICP-AES) xác định Cr(III) và Cr(VI) dựa vào sự khác nhau giữa 2
23


phản ứng tạo phức vòng càng của Cr(III) và Cr(VI) với Acetylacetone.
Cr(III) tạo phức vòng càng với Acetylacetone được tách ra và sau đó xác
định bằng phương pháp bay hơi nhiệt- phát xạ nguyên tử cảm ứng cao tần
plasma (ETV-ICP-AES). Cr(VI) phản ứng tạo phức vòng càng với
polytetra-fluoroethylene (PTFE), sau đó được xác định bằng phương pháp
trên. Giới hạn phát hiện của Cr(III) và Cr(VI) lần lượt 0,56 ng/ml và 1,4
ng/ml, độ lệch chuẩn tương đối là 2,5% và 4,8%.
- Ngày nay, phổ phát xạ ICP là một công cụ phân tích phục vụ đắc lực cho
nghiên cứu và sản xuất với độ ổn định và độ nhạy cao.
1.6.2.2.3 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
- Khi chiếu một chùm tia sáng có bước sóng xác định ứng đúng với tia phát
xạ nhạy của nguyên tố cần nghiên cứu vào đám hơi nguyên tử tự do thì
các nguyên tử tự do sẽ hấp thụ năng lượng của các tia chiếu vào và tạo ra
phổ hấp thụ nguyên tử của nó. Đo phổ này sẽ xác định được nguyên tố
cần phân tích.
- Tùy thuộc vào kỹ thuật nguyên tử hóa mà ta có các phương pháp phân
tích quang phổ hấp thụ nguyên tử với độ nhạy khác nhau.
- Với kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu phân tích bằng kĩ thuật ngọn lửa, ta có
phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS)
có độ nhạy cỡ 0,1ppm
- Với kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu phân tích trong cuvet graphit nhờ năng
lượng nhiệt của dòng điện có công suất lớn, ta có phương pháp phân tích
quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS) có độ nhạy cao
hơn kĩ thuật ngọn lửa 50 - 1000 lần; cỡ 0,1 - 1ppb và sai số không vượt
quá 15%.

24


- Trong phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử thì quá trình
chuyển hóa chất cần xác định thành hơi nguyên tử (quá trình nguyên tử
hóa mẫu) là quan trọng nhất.
- Thực tế cho thấy phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử có nhiều ưu việt
như: độ nhạy, độ chính xác cao, lượng mẫu tiêu thụ ít, tốc độ phân tích
nhanh. Với ưu điểm này, AAS được thế giới dùng làm phương pháp tiêu
chuẩn để xác định lượng nhỏ và lượng vết các kim loại trong nhiều đối
tượng khác nhau như mẫu y học, sinh học và kiểm tra các hóa chất có độ
tinh khiết cao.
- Đã có nhiều công trình nghiên cứu và ứng dụng phương pháp GF-AAS
xác định các kim loại nặng trong nhiều đối tượng khác nhau.
1.6.2.2.4 Phương pháp phổ khối plasma cao tần cảm ứng ICP-MS
- Khi dẫn mẫu phân tích vào ngọn lửa plasma, trong điều kiện nhiệt độ cao
của plasma, các chất có trong mẫu khi đó sẽ bị hóa hơi, nguyên tử hóa và
ion hóa tạo thành ion dương có điện tích +1 và các electron tự do. Thu và
dẫn dòng ion đó vào thiết bị phân giải phổ để phân chia chúng theo số
khối (m/z) sẽ tạo ra phổ khối của nguyên tử chất cần phân tích. Sau đó,
đánh giá định tính và định lượng phổ thu được.
- Kỹ thuật phân tích ICP-MS là một trong những kỹ thuật phân tích hiện
đại. Kỹ thuật này được nghiên cứu và phát triển rất mạnh trong những
năm gần đây. Với nhiều ưu điểm vượt trội, kỹ thuật ICP-MS được ứng
dụng rất rộng rãi trong phân tích rất nhiều đối tượng khác nhau đặc biệt là
trong các lĩnh vực phân tích vết và siêu vết phục vụ nghiên cứu sản xuất
vật liệu bán dẫn, vật liệu hạt nhân, nghiên cứu địa chất và môi trường...

25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×