MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ô nhiễm môi trường đang là vấn đề cấp bách và là thách thức lớn nhất của nhân loại trong gần hai thập kỷ gần đây. Hiện nay, sự phát triển kinh tế - xã hội của các nước trên thế giới hiện đều được hoạch định dựa trên sự phát triển bền vững của môi trường. Lưu vực sông Cầu là một trong những lưu vực sông lớn ở nước ta , có vị trí địa lý đặc biệt quan trọng; đa dạng sinh học và phong phú về tài nguyên ; có truyền thống văn hoá, lịch sử lâu đời; cùng với những vẻ đẹp tự nhiên, sông Cầu đã làm nên những nét văn hoá đặc trưng của vùng trung du miền núi và đồng bằng Bắc Bộ, có nhiều đóng góp quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội của đất nước, đặc biệt là đối với các tỉnh thuộc lưu vực sông Cầu.
Tuy nhiên, cùng với quá trình phát triển, nhất là trong thời kỳ công nghiệp hoá - hiện đại hoá, các tác động đã làm suy giảm chất lượng nguồn nước, biến đổi cảnh quan và cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên trên toàn lưu vực Sông. Lưu vực sông Cầu đã trở thành một trong ba lưu vực sông bị ô nhiễm nặng nhất trong cả nước và đang dần bị mai một đi những nét đẹp tự nhiên và truyền thống. Một trong các nguyên nhân chủ yếu làm cho nguồn nước sông Cầu bị ô nhiễm là do nước thải từ các nhà máy và khu công nghiệp có hàm lượng cao các kim loại nặng như: Fe, Cd, Pb, Cr, Cu, Zn, Mn, v., chúng có tác động tiêu cực tới môi trường sống của sinh vật và con người. Trong những năm gần đây, được sự quan tâm, đầu tư của nhiều tỉnh, cơ quan, tổ chức, cá nhân ở lưu vực sông Cầu, vấn đề ô nhiễm dòng sông Cầu đã được khắc phục rất nhiều.
Tuy nhiên vấn đề ô nhiễm môi trường là một quá trình lâu dài, chịu sự tác động của nhiều yếu tố đặc biệt đối với các vùng kinh tế phát triển. Vì những lý do trên chúng tôi chọn đề tài: “ Phân tích, đánh giá hàm lượng các kim loại sắt, đồng, mangan trong nước mặt sông Cầu chảy qua thành phố Thái Nguyên bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) ”. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www. Mục tiêu nghiên cứu Đề tài thực hiện nhằm xác định hàm lượng của các kim loại sắt, đồng, mangan trong nước mặt sông Cầu chảy qua thành phố Thái Nguyên từ tháng 07 năm 2011 đến tháng 01 năm 2012 và từ kết quả phân tích đánh giá mức độ ô nhiễm của nước mặt sông Cầu bởi các kim loại sắt, đồng, mangan theo chu kì thời gian.
Phạm vi nghiên cứu - Khảo sát các điều kiện thực nghiệm của máy quang phổ hấp thụ nguyên tử để chọn điều kiện tối ưu xác định hàm lượng các kim loại sắt, đồng, mangan bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS). - Xác định hàm lượng của các kim loại sắt, đồng, mangan trong nước mặt sông Cầu chảy qua thành phố Thái Nguyên trong từ tháng 07 năm 2011 đến tháng 01 năm 2012 và từ kết quả phân tích đánh giá mức độ ô nhiễm của nước sông Cầu bởi các kim loại sắt, đồng, mangan theo chu kì thời gian. Nội dung nghiên cứu - Khảo sát các điều kiện thực nghiệm xác định sắt, đồng, mangan bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa. - Khảo sát vùng tuyến tính của sắt, đồng, mangan và xây dựng đường chuẩn xác định sắt, đồng, mangan bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa.
- Đánh giá sai số, độ lặp, khoảng tin cậy của phép đo. - Phân tích mẫu thực tế theo phương pháp đường chuẩn và thêm chuẩn. - Đánh giá mức độ ô nhiễm của nước sông Cầu bởi các kim loại sắt, đồng, mangan theo chu kì thời gian. Phƣơng pháp nghiên cứu: Chúng tôi sử dụng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử là một trong những phương pháp phân tích có độ nhạy, độ chọn lọc và độ chính xác cao, phù hợp với việc xác định hàm lượng vết các kim loại nặng trong nước và các đối tượng khác để xác định hàm lượng các kim loại sắt, đồng, mangan.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: Đề tài được thực hiện sẽ giúp xác định: - Các điều kiện thực nghiệm tối ưu xác định hàm lượng các kim loại sắt, đồng, mangan bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa. - Đánh giá mức độ ô nhiễm các kim loại sắt, đồng, mangan trong nước sông Cầu từ tháng 07 năm 2011 đến tháng 01 năm 2012. - Là cơ sở khoa học để các tổ chức, ban ngành tham khảo để có định hướng trong công tác kiểm tra, cải thiện ô nhiễm môi trường nước ở thành phố Thái Nguyên.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn 4 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. GIỚI THIỆU VỀ SẮT, ĐỒNG, MANGAN 1. Trạng thái tự nhiên của sắt Sắt là nguyên tố phổ biến đứng hàng thứ 4 về hàm lượng trong vỏ trái đất sau O, Si, Al. Trong thiên nhiên sắt có 4 đồng vị bền: 54 Fe , 56 Fe (91.68%), 57 Fe và 58 Fe.
Những khoáng vật quan trọng của sắt là manhetit (Fe3O4), hematit (Fe2O3), pirit (FeS2) và xiderit. Có rất nhiều mỏ quặng sắt và sắt nằm dưới dạng khoáng chất với nhôm, titan, mangan,. Sắt còn có trong nước thiên nhiên và thiên thạch sắt. Tính chất của nguyên tử sắt Tên, kí hiệu, số thứ tự: Sắt, Fe, 26 Phân loại: Kim loại chuyển tiếp Cấu hình electron [Ar] 3d64s2 Khối lượng riêng 7,874 kg/m3 Bề ngoài Kim loại màu xám, nhẹ có ánh kim Khối lượng nguyên tử 55,845 đvc Bán kính nguyên tử (Ao) 1,35 Năng lượng ion hóa (eV) I1=7.63 Thế điện cực chuẩn (V), Eo E 0 Fe2 / Fe = -0.77V Trạng thái oxi hóa 0, +2, +3 Hóa trị II, III Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn 5 Một số hằng số vật lí quan trọng của sắt: Nhiệt độ nóng chảy : 15360C Nhiệt thăng hoa : 418kJ/mol Nhiệt độ sôi: 28800C Độ cứng: 4-5 Khối lượng riêng: 7.91g/cm3 Độ dẫn điện (Hg =1) : 10 Sắt là một kim loại có hoạt tính hóa học trung bình.
Ở điều kiện thường, không có hơi ẩm, sắt là kim loại thụ động. Sắt không tác dụng rõ rệt với những phi kim điển hình như oxi, lưu huỳnh, clo, brôm vì có màng oxit bảo vệ. Khi đun nóng (đặc biệt ở dạng bột nhỏ) sắt tác dụng với hầu hết các phi kim. Khi đun nóng trong không khí khô, sắt tạo nên Fe2O3 và ở nhiệt độ cao hơn tạo nên Fe3O4.
Sắt phản ứng mạnh với các halogen. Khi đun nóng sắt với các halogen thu được Fe(III) halogenua khan FeX3. Khí clo dễ dàng phản ứng với Fe tạo thành FeCl3. Tuy nhiên khi nghiền bột I2 với Fe sản phẩm tạo thành có thành phần là Fe3I8 ( hay 2FeI3.FeI2): 3Fe + 4I2 Fe3I8 Nung Fe với S cũng có phản ứng tạo ra sắt sunfua: Fe + S FeS Sắt tác dụng trực tiếp với CO tạo thành hợp chất cacbonyl khi nung nóng Fe trong ống chứa CO ở 150 – 2000C và áp suất khoảng 100atm: Fe + 5CO Fe(CO)5 Sắt tinh khiết bền trong không khí và nước.
Ngược lại sắt có chứa tạp chất bị ăn mòn dần do tác dụng của hơi ẩm, khí cacbonic và oxi ở trong không khí tạo nên gỉ sắt. Do lớp gỉ sắt xốp và dòn nên không bảo vệ được sắt khỏi bị oxi hóa tiếp. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn 6 Sắt tan được trong các axit loãng. Sắt bị thụ động khi tác dụng với axit H2SO4 đặc nguội và axit HNO3 đặc nguội.
Khi tác dụng với các axit có tính oxi hóa mạnh như axit H2SO4 và HNO3 thì sắt bị oxi hóa thành Fe(III) và giải phóng sản phẩm phụ. Trong dung dịch kiềm khi đun nóng Fe khử được ion H+ của nước tạo thành H2 và các sản phẩm chính là Fe3O4 hoặc Fe(FeO2)2 màu đen. Tác dụng sinh hoá của sắt đối với cơ thể con người [4] Sắt là một nguyên tố vi lượng dinh dưỡng rất quan trọng cho cơ thể con người và động vật. Hầu hết lượng sắt có trong cơ thể đều tồn tại trong các tế bào máu, chúng kết hợp với prôtêin để tạo thành hêmôglobin.
Sắt tham gia vào cấu tạo Hêmôglôbin (là một muối phức của prophirin với ion sắt). Hêmôglobin làm nhiệm vụ tải oxi từ phổi đến các mao quản của các cơ quan trong cơ thể, ở đây năng lượng được giải phóng ra. Khi con người bị thiếu sắt, hàm lượng hêmôglobin bị giảm xuống và làm cho lượng oxi tới các tế bào cũng giảm theo. Từ đó khi cơ thể bị thiếu máu do thiếu hụt sắt, con người thường bị mệt mỏi, đau đầu, mất ngủ.
hoặc làm giảm độ phát triển và thông minh của trẻ em. Chính vì quan niệm như vậy nên một số người cho rằng nếu cơ thể thừa sắt thì không sao. Tuy nhiên gần đây một số nhà khoa học đã khám phá ra rằng khi cơ thể người bị thừa sắt cũng có những tác hại như thiếu sắt. Nếu trong cơ thể chứa nhiều sắt, chúng gây ảnh hưởng đến tim gan, khớp và các cơ quan khác, nếu lượng sắt quá nhiều có thể gây ra bệnh ung thư gan.
Những triệu chứng biểu hiện việc thừa sắt là: - Tư tưởng phân tán, mệt mỏi và mất khả năng điều khiển sinh lý. - Bệnh về tim mạch và chứng viêm khớp hoặc đau các cơ. - Bệnh thiếu máu không phải do thiếu sắt. Hơn nữa, việc thừa sắt có thể gây ra những tác động trực quan tới sinh hoạt của con người như gây ra mùi khó chịu, những vết ố trên vải, quần áo.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.1 Trạng thái tự nhiên của đồng Trong tự nhiên, đồng là nguyên tố tương đối phổ biến. Trữ lượng đồng trong vỏ trái đất khá lớn là 0,003%. Người ta gặp đồng chủ yếu ở dạng các hơp chất sufua và luôn ở lẫn với những quặng sufua của các kim loại khác. Trong số những khoáng chất riêng của đồng, quan trọng nhất là cancopirit (CuFeS2) và cancozin (Cu2S).
Những khoáng chất có chứa oxi và tương đối ít gặp – cuprit Cu2O, malachite [(CuOH)2CO3 ] – có giá trị kỹ nghệ kém hơn, v. Tính chất của đồng Tên, kí hiệu, số thứ tự: Đồng, Cu, 29 Phân loại: Kim loại chuyển tiếp Cấu hình electron [Ar] 3d104s1 Khối lượng nguyên tử 63,54 đvc Bán kính nguyên tử (Ao) 1,28 Năng lượng ion hóa (eV) I1=7.