Luận Văn Thạc Sĩ: Nghiên Cứu Phương Pháp Vonampe Để Xác Định Kim Loại

Nghiên cứu luận văn Thạc sĩ Hóa học: Xác định kim loại bằng phương pháp von-ampe hoà tan hấp phụ, điện cực màng Bismut. Ứng dụng, phân tích hiệu quả.

• Đề tài: Nghiên Cứu Xác Định Kim Loại Bằng Phương Pháp Vonampe Với Điện Cực Bismut

Tóm tắt

I. Giới thiệu về phương pháp vonampe

Phương pháp vonampe là một kỹ thuật phân tích hóa học hiện đại, được sử dụng để xác định nồng độ của các kim loại nặng trong mẫu. Kỹ thuật này dựa trên nguyên lý dòng điện được tạo ra khi một điện cực được đưa vào dung dịch chứa ion kim loại. Sự thay đổi dòng điện tương ứng với nồng độ của kim loại trong dung dịch. Việc sử dụng điện cực bismut (BiFE) trong phương pháp này đã mở ra nhiều khả năng mới trong việc phát hiện và định lượng các kim loại nặng như Cd và Zn. Bismut có tính chất hóa học đặc biệt, giúp tăng độ nhạy và độ chính xác của phương pháp phân tích. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng điện cực bismut có thể cải thiện đáng kể khả năng phát hiện các ion kim loại, đặc biệt trong các mẫu nước ô nhiễm.

1.1. Tính chất của bismut

Bismut là một kim loại có tính chất độc hại thấp hơn so với nhiều kim loại nặng khác, đồng thời có khả năng hình thành các phức hợp với các ion kim loại. Tính chất này khiến bismut trở thành một lựa chọn lý tưởng cho việc chế tạo điện cực trong phương pháp phân tích kim loại. Đặc biệt, bismut có thể tạo ra các phức chất ổn định với các ion kim loại, giúp tăng cường khả năng phát hiện và định lượng. Nghiên cứu cho thấy rằng sử dụng điện cực bismut không chỉ giúp tăng độ nhạy mà còn giảm thiểu sự can thiệp từ các ion không mong muốn trong dung dịch. Điều này là rất quan trọng trong việc phân tích các mẫu nước, nơi mà nồng độ kim loại nặng thường ở mức rất thấp.

II. Phương pháp xác định kim loại bằng điện cực bismut

Nghiên cứu đã áp dụng phương pháp vonampe với điện cực bismut để xác định nồng độ của các kim loại nặng như Cd và Zn trong mẫu nước. Phương pháp này bao gồm các bước chuẩn bị mẫu, chuẩn bị điện cực và tiến hành phân tích. Đầu tiên, mẫu nước được lấy và xử lý để loại bỏ các tạp chất có thể ảnh hưởng đến kết quả phân tích. Tiếp theo, điện cực bismut được chuẩn bị và đưa vào dung dịch mẫu. Dòng điện được ghi lại và phân tích để xác định nồng độ của các ion kim loại trong mẫu. Kết quả cho thấy phương pháp này có độ nhạy cao và có thể phát hiện nồng độ kim loại ở mức ppb.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhạy của phương pháp

Độ nhạy của phương pháp phân tích kim loại bằng vonampe phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm pH, nồng độ ion nền và thời gian hấp phụ. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa các điều kiện này có thể cải thiện đáng kể độ nhạy của phương pháp. Ví dụ, pH của dung dịch có thể ảnh hưởng đến sự hình thành phức chất giữa bismut và ion kim loại, từ đó ảnh hưởng đến dòng điện được ghi nhận. Ngoài ra, thời gian hấp phụ cũng là một yếu tố quan trọng, vì nó quyết định mức độ mà các ion kim loại có thể bám vào bề mặt của điện cực. Việc điều chỉnh các yếu tố này trong quá trình phân tích là rất cần thiết để đạt được kết quả chính xác nhất.

III. Ứng dụng thực tiễn của phương pháp

Phương pháp xác định kim loại bằng vonampe với điện cực bismut có nhiều ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực môi trường và y tế. Trong lĩnh vực môi trường, phương pháp này được sử dụng để giám sát nồng độ kim loại nặng trong nước, giúp phát hiện sớm ô nhiễm và đưa ra các biện pháp xử lý kịp thời. Đặc biệt, việc phát hiện các kim loại như Cd và Zn là rất quan trọng, vì chúng có thể gây hại cho sức khỏe con người và động vật. Trong lĩnh vực y tế, phương pháp này cũng có thể được áp dụng để kiểm tra nồng độ kim loại trong các mẫu sinh học, từ đó giúp chẩn đoán và điều trị các bệnh liên quan đến nhiễm độc kim loại.

3.1. Lợi ích của việc sử dụng điện cực bismut

Sử dụng điện cực bismut trong phương pháp phân tích kim loại mang lại nhiều lợi ích. Đầu tiên, bismut là một vật liệu an toàn hơn so với các kim loại khác như thủy ngân, do đó giảm thiểu rủi ro đối với người sử dụng và môi trường. Thứ hai, bismut có khả năng tạo ra các phức hợp ổn định với ion kim loại, giúp tăng cường độ nhạy và độ chính xác của phương pháp phân tích. Cuối cùng, với tính chất không độc hại, bismut có thể được sử dụng trong các nghiên cứu liên quan đến sức khỏe mà không gây ra nguy hiểm cho người tham gia nghiên cứu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

DAI HOC HUE TRUONG DAI HOC SU PHAM -----@e Dna --— PHAM THI THU HIEN NGHIEN CUU XAC DINH MOT SO KIM LOAI BANG PHUONG PHAP VON-AMPE HOA TAN HAP PHU DUNG DIEN CUC MANG BISMUT LUAN VAN THAC SI HOA PHAN TICH THUA THIEN HUE, NAM 2018 DAI HOC HUE TRUONG DAI HOC SU PHAM —>.— PHAM THI THU HIEN NGHIEN CUU XAC DINH MOT SO KIM LOAI BANG PHUONG PHAP VON-AMPE HOA TAN HAP PHU DUNG DIEN CUC MANG BISMUT CHUYEN NGANH: HOA PHAN TICH MA SO: 60440118 LUAN VAN THAC SI HOA PHAN TICH NGƯỜI HƯỚNG ĐÁN KHOA HỌC: PGS. TS Nguyễn Văn Hợp THỪA THIÊN HUẾ. NĂM 2018 LOI CAM DOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả nghiên cứu ghi trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bồ trong bất kỳ một công trình nào khác.

Phạm Thị Thu Hiền Để hoàn thành luận văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy PGS. TS Nguyễn Văn Hợp đã tận tình, hướng dẫn chu đáo đề tôi hoàn thành đề tài nay. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã tận tình hướng dẫn, giảng dạy trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và rèn luyện tại Khoa Hóa, trường Đại học Sư phạm Huế và trường Đại học Khoa học Huế. Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn ủng hộ và động viên tỉnh thần đề tôi hoàn thành tốt bài luận văn này.

Mặc dù đã có nhiều có gắng đề thực hiện đề tài một cách tốt nhất, nhưng bản thân còn hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên không thê tránh khỏi những sai sót. Rất mong được sự góp ý của quý Thầy, Cô giáo và những ai quan tâm đến đề tài này dé luận văn được hoàn chỉnh hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Huế, ngày 31 tháng 08 năm 2018 Cao học viên thực hiện MUC LUC TRANG PHU BIA LOL CAM DOAN LOL CAM ON MỤC LỤC I DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHU VIET TAT 3 DANH MỤC CÁC BẢNG. 4 DANH MỤC CÁC ĐÔ THỊ, HÌNH VỀ 5 MO DAU 6 CHUONG 1.

TONG QUAN TAI LIEU 8 1. GIGL THIEU VE Pb, Cd VA Zn. Nguon phat sinh va dang ton tại trong nước tự nhiên. Độc tính của Pb, Cd và Zn.

CAC PHUONG PHAP XAC DINH LUONG VET Pb, Cd VA Zn. Phuong phap quang pho hap thu nguyén tir. Phương pháp von-ampe hoa tan. TONG QUAN CAC NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP VON- AMPE HÒA TAN XÁC ĐỊNH LƯỢNG VÉT Pb, Cd VÀ Zn.

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. NỘI DƯNG NGHIÊN CỨU. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Chuẩn bị điện cực làm việc BiFE in situ.

Tiến trình thí nghiệm theo phương pháp AdSV. Phương pháp khảo sát ảnh hưởng của các yếu tô đến tín hiệu hỏa tan tn PR vàn: eee esata 32 2. Phương pháp đánh giá giới hạn phát hiện, độ lặp lại, độ nhạy, khoảng tuyến tính và độ đúng của phương pháp SqW-AdSV. Phương pháp xử lý số liệu thí nghiệm.

Thiết b4, đụng cụ và Bến chất.2272 Ÿ c2 Z-Ÿ-Ze 33 CHƯƠNG 3 KẾT QUÁ VÀ THẢO LUẬN 35 3. KHAO SAT ANH HUONG CUA CAC YEU TO DEN TIN HIEU HOA TAN CUA .CAC KIM TOAI cic ees se ee 36 3. Anh hung ctia néng 46 Bie 222 23 222C 3ZSC2ZcSzZCZzvzzccvzz re 36 3.2: Anh hutne cba pHi ee see 38 3. Ảnh hưởng của nông độ oxine (tác nhân tạo phức).

Anh hướng của thế điện phân làm giàu và thời gian điện phân làm da. Ảnh hướng của thế hấp phụ làm giàu và thời gian hấp phụ làm giàu. Ảnh hưởng của tốc độ quay điện cực. Anh huong cua tan s6 song vudng (f).

Ảnh hưởng của các chất cam tro. oo cco ececeeeceeeeeeeeveeeeeeeveeeeeee 48 3. ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA PHƯƠNG PHÁP. Giới hạn phát hiện, độ nhạy và khoảng tuyến TÊN s2 ae geet s2 3.

SO SÁNH PHƯƠNG PHÁP DP-AdSV VÀ SqW-AdSV. s4 KÉẾT LUẬN 57 TAL LIEU THAM KHẢO 58 PHU LUC PI DANH MUC CAC Ki HIEU, CAC CHU VIET TAT STT Tiếng Việt Tiếng Anh Viết tắt l Dòng đỉnh hòa tan Stripping peak current I, 2 Điện cực giọt thủy ngân treo | Hanging Mecury Drop Electrode HMDE 3 Điện cực làm việc Working Electrode WE 4 Điện cực màng bismut Bismuth Film Electrode BIFE 5 Điện cực mang thủy ngân Mercury Film Electrode MFE 6 | Dé léch chudn tuong déi Relative Standard Deviation RSD 7 Giới hạn phát hiện Limit of Detection LOD 8 Thể điện phân lam giau Deposition Potential Eaep (Esp) 9 | Thé hap phu lam giau Adsorption Potential Ex (Eng) 10 { Thời gian điện phân làm giảu | Deposition Time táep (tap) II | Thời gian hấp phụ làm giàu | Adsorption Time tad (thp) I2 | Tốc độ quay điện cực The rotating speed of electrode © I3 | Von-ampe hòa tan Stripping Voltammetry SV 14 | Von-ampe hỏa tan anot Anodic Stripping Voltammetry ASV 15 | Von-ampe hỏa tan hấp phụ Adsorptive Stripping Voltammetry AdSV lẻ ea hòa tan hap phụ — ns Adsorptive Stripping SqW-AdSV mes Oe ee, lane DANH MUC CAC BANG Bang l. Các phương pháp AAS xác định Pb, Cd vả Zn. À2 555 se xe 13 Bang 1.

Một số nghiên cứu xác định Pb và Cd sử dụng điện cực BiFE (2000 - KŨ }ca an 6cnn0xy16022xot6020000-92565321655356533603024004660480/9600559/5g514998006800:c8e% 26 Bảng 1. Một số nghiên cứu xác định Pb, Cd bằng phương pháp AdSV dùng điện lì 20/19/0061 2)0 8. Cac điều kiện thí nghiệm có định ban đầu trong phương pháp SqW- RUT Ee ae ee ea 35 Bảng 3. Kết qua xác định I„ của Me ở các néng d6 Bi'" khac nhau.

Kết quả xác định I, cua Me ở các pH khác nhau. Kết quả xác định I, của Me ớ các nông độ oxine khác nhau. Kết quả xác định I„ của Me ở các Ea; khác nhau. Kết quả xác định I, cla Me ở các tạ„ khác nhau.

Kết quả xác định L, của Me ở các Eạu khác nhau. Kết quả xác định I; của Mc ở tạ„ khác nhau.-- 5-7 se se 45 Bảng 3. Kết quả xác định I„ của Me ở các œ khác nhau. Kết quả xác định I, cla Me 6 các f khác nhau.

Kết quả xác định l„ của Me ở các nòng độ Ni” khác nhau. Kết quá xác định l; của Me ớ các nông độ Co” khác nhau. Kết quả xác định đo độ lặp lại của phương pháp SqW-AdSV dùng điển cực ĐH SBE 51 Bảng 3. Các kết quả xác định LOD, LOQ, độ nhạy và khoảng tuyến tính của phương pháp SqW-AdSV/BiFE (đối Pb, Cd và Zn).

Kết quả hỏi quy tuyến tính, xác định LOD, độ nhạy của phương pháp DP-AdSV/BIFE và SqW-AdSV/BIFE (đối với Pb, Cd và Zn). 35 DANH MUC CAC DO THI, HINH VE Hình 1. Sự biến thiên thế theo thời gian (a) và đường von-ampe hoa tan trong phương pháp DP-AdSV (b).-- À2 212222 ng re, 23 Hình 12. Sự biến thiên thế theo thời gian (a) và đường von-ampe hòa tan trong phương pháp SqW-AdSV (DĐ) on oán02c2 ca 24 Hình 2.

Sơ đồ tiến trinh thí nghiệm theo phương pháp SqW-AdSV hoặc DP- AASV. Ảnh hướng của nòng độ Bi” đến I„ của Me. 222 2222zz2sccez 37 Hình 3. Ảnh hưởng của pH đến l„ của Me.

Ảnh hưởng của nông độ oxine đến LÊN NẾP. Ảnh hưởng của Ea, đến l„ của Mc.---2-+ce~vcvzzcrrzerrrezcrrcee 4I Hình 3. Ảnh hưởng của tạ; đến l„ của Me.-z+zzz+£rrzrzrrrrrvrrrd 43 Hình 3. Ảnh hưởng của E;„ đến Ï, của Me.

Ảnh hưởng của tụẹ đến Ï„ của Me. -22c2zCZzz+vzzZvzz-vzcce 46 Hình 3. Ảnh hưởng của œ đến 1, của Mc. -2-©22©22zz+EZ+EEZZEZzvzzzcrzrree 47 Hình 3.

Ảnh hưởng của f đến I„ của Me. Các đường von-ampe hòa tan thu được tử 7 lần đo lặp lại (n = 7). Các đường von-ampe hỏa tan khi xác định LOD, độ nhạy và khoảng tuyến tính của phương pháp SqW-AdSV/BIFE (đối với các Me). Các đường hồi quy tuyến tính đối với Pb, Cd và Zn theo phương pháp hhÀ v08.

54 MO DAU Sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa va bao vệ môi trường trong giai đoạn hiện nay đòi hỏi ngành khoa học phân tích phải phát triển và hoàn thiện các phương pháp phân tích có độ nhạy và độ chọn lọc cao để xác đinh chính xác những lượng vết kim loại (cỡ < ppm, ppm ~ mg/L) và siêu vết (cỡ < ppb = ug/L) trong các đôi tượng phức tạp. Đê giải quyết nhiệm vụ đó, một loạt phương pháp phân tích có tính đa năng đã ra đời như: Quang phô hấp thụ nguyên tử, quang phô phát xạ plasma, sắc ký khí cột mao quản, sắc ký lỏng hiệu năng cao,. và các phương pháp phân tích điện hóa hiện đại, mà đại diện điển hình là cực phô xung ví phân vả các phương pháp von-ampe hòa tan (SV). Ý tưởng vẻ phương pháp SV ra đời từ năm 1931 do Zbinden đề xuất và bắt đầu phát triển từ những năm 60 khi W.

Kemula chế tạo thành công điện cực giọt thủy ngân treo (HMDE) [3]. Các phương pháp SV có nhiều ưu điểm nôi bật như độ nhạy và độ chọn lọc cao, giới hạn phát hiện thấp, điện hình 1a 5.10” M, va dac biệt la chi phi thấp, nên chúng được ứng dụng rộng rãi trong phân tích vết. Phương pháp von-ampe hòa tan anot (ASV) có thê phân tích được khoảng 20 kim loại, nhưng chỉ thông dụng là những kim loại dễ tạo hỗn hồng với thủy ngân như: Cu, Pb, Cd, Zn, ŠSn, TÌI,. còn phương pháp von-ampe hòa tan catot (CSV) thường được dùng đê xác định Se, As,.

và các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh. Tuy vậy, số các chất phân tích được theo ASV và CSV van bi han chế. Đề khắc phục những hạn chế trên và đồng thời đê mở rộng danh sách các chất có thê phân tích được theo các phương pháp SV, từ giữa những năm 70, phương pháp von-ampe hòa tan hấp phụ (AdSV) đã phát triên và ngày càng được quan tâm nghiên cứu. Theo phương pháp này, kim loại cần phân tích được làm giảu bằng cách hắp phụ điện hóa phức của nó với phối tử hữu cơ lên bề mặt điện cực làm việc.

Sau đó quét thế catot để hòa tan phức của kim loại khỏi bề mặt điện cực và đồng thời ghi đường von-ampe hòa tan theo một kỹ thuật nào đó. Như vậy, bằng cách lựa chọn các phối tử thích hợp, có thê xác định được rất nhiều kim loại theo phương pháp AdSV và nếu phối tử tạo phức rất bèn với ion kim loại, thì có thê xác định được tông kim loại hòa tan trong nước tự nhiên. Phương pháp AdSV có thê phân tích được trên 60 kim loại, trong đó có những kim loại rất khó phân tích theo ASV 6 va CSV nhu: Hg, Pt, Ni, Co, Cr, Se, Ti, Mo, W, V, Nb, Sn, U, Th, La, Ce,.va hang trăm chất hữu cơ [3].