Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu phương pháp xác định lượng vết Cu(II) bằng phương pháp chiết điểm mù

Luận văn thạc sĩ HUS nghiên cứu phương pháp xác định lượng vết cuii bằng chiết điểm mù, mang lại giải pháp hiệu quả trong phân tích hóa học.

• Tác giả: Nguyễn Thị Liên
• Người hướng dẫn: TS. Vũ Đức Lợi
• Trường học: Trường Đại học Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Hóa phân tích
• Đề tài: Nghiên cứu phương pháp xác định lượng vết Cu(II) bằng phương pháp chiết điểm mù
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Nguyên tố Đồng
• 1.2. Các phương pháp xác định Đồng
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp chiết điểm mù
• 2.3. Thuốc thử, dung môi
• 2.4. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
• 2.5. Hóa chất, thiết bị và dụng cụ thí nghiệm
• 2.6. Quy trình thực nghiệm
• 2.6.1. Khảo sát ảnh hưởng của các chất điện ly
• 2.6.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH
• 2.6.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Triton X-100
• 2.6.4. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tách pha
• 2.6.5. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ khuấy
• 2.6.6. Khảo sát ảnh hưởng của kỹ thuật tạo điểm mù
• 2.6.7. Khảo sát ảnh hưởng của ion lạ
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Các điều kiện đo phổ F-AAS của Cu(II)
• 3.2. Khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện chiết điểm mù
• 3.2.1. Ảnh hưởng của các chất điện ly
• 3.2.2. Ảnh hưởng của pH
• 3.2.3. Ảnh hưởng của nồng độ Triton X-100
• 3.2.4. Ảnh hưởng của thời gian tách pha
• 3.2.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ khuấy
• 3.2.6. Ảnh hưởng của kỹ thuật tạo điểm mù
• 3.2.7. Ảnh hưởng của ion lạ
• 3.3. Xây dựng đường chuẩn xác định Cu(II)
• 3.4. Xác định giới hạn phát hiện trong phép đo F-AAS
• 3.5. Đánh giá phương pháp
• 3.5.1. Độ lặp lại của phương pháp
• 3.5.2. Hiệu suất thu hồi của phương pháp
• 3.6. Xây dựng quy trình phân tích đồng trong mẫu nước
• 3.7. Kết quả phân tích đồng trong mẫu nước sông Nhuệ và sông Đáy
• 3.7.1. Địa điểm lấy mẫu
• 3.7.2. Kết quả phân tích mẫu
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về phương pháp chiết điểm mù xác định lượng vết Cu II

Phương pháp chiết điểm mù (CPE) là một kỹ thuật phân tích hóa học hiện đại, được sử dụng để xác định hàm lượng vết của các ion kim loại, trong đó có Cu(II). Phương pháp này có nhiều ưu điểm như đơn giản, hiệu quả và thân thiện với môi trường. CPE cho phép tách chiết các ion kim loại từ mẫu nước một cách hiệu quả, giúp nâng cao độ chính xác trong phân tích. Việc nghiên cứu và áp dụng phương pháp này không chỉ giúp bảo vệ sức khỏe cộng đồng mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường.

1.1. Đặc điểm và ứng dụng của Cu II trong môi trường

Cu(II) là một ion kim loại quan trọng, có mặt trong nhiều quá trình sinh học và công nghiệp. Trong môi trường, Cu(II) có thể gây ra ô nhiễm nếu nồng độ vượt quá mức cho phép. Việc xác định chính xác hàm lượng Cu(II) trong nước là cần thiết để đảm bảo an toàn cho sức khỏe con người và hệ sinh thái.

1.2. Lịch sử phát triển phương pháp chiết điểm mù

Phương pháp chiết điểm mù đã được phát triển từ những năm 2000 và nhanh chóng trở thành một trong những kỹ thuật phổ biến trong hóa phân tích. Sự phát triển của CPE đã mở ra nhiều cơ hội mới trong việc xác định các ion kim loại, đặc biệt là trong các mẫu nước ô nhiễm.

II. Vấn đề và thách thức trong xác định lượng vết Cu II

Việc xác định lượng vết Cu(II) trong môi trường nước gặp nhiều thách thức. Các yếu tố như pH, nồng độ ion khác, và điều kiện môi trường có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả phân tích. Ngoài ra, sự hiện diện của các ion kim loại khác cũng có thể gây ra hiện tượng can thiệp, làm giảm độ nhạy của phương pháp. Do đó, việc tối ưu hóa các điều kiện phân tích là rất quan trọng.

2.1. Ảnh hưởng của pH đến khả năng chiết Cu II

pH của mẫu nước có thể ảnh hưởng lớn đến khả năng chiết Cu(II). Nghiên cứu cho thấy rằng pH tối ưu cho quá trình chiết là khoảng 6-7, nơi mà Cu(II) tồn tại chủ yếu dưới dạng ion hòa tan, giúp tăng cường hiệu suất chiết.

2.2. Can thiệp từ các ion kim loại khác

Sự hiện diện của các ion kim loại khác trong mẫu nước có thể gây ra hiện tượng can thiệp, làm giảm độ chính xác của phương pháp. Việc xác định và kiểm soát các ion này là cần thiết để đảm bảo kết quả phân tích chính xác.

III. Phương pháp chiết điểm mù trong xác định Cu II

Phương pháp chiết điểm mù (CPE) được sử dụng để tách chiết Cu(II) từ mẫu nước thông qua quá trình tạo phức. Kỹ thuật này sử dụng các chất hoạt động bề mặt để tạo ra điểm mù, giúp tách chiết ion kim loại một cách hiệu quả. CPE không chỉ đơn giản mà còn tiết kiệm chi phí, làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các phòng thí nghiệm.

3.1. Quy trình thực hiện phương pháp chiết điểm mù

Quy trình thực hiện CPE bao gồm các bước như chuẩn bị mẫu, thêm chất hoạt động bề mặt, và tách chiết Cu(II) bằng cách sử dụng các phương pháp phổ. Mỗi bước cần được tối ưu hóa để đạt được hiệu suất chiết cao nhất.

3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất chiết

Nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến hiệu suất chiết của Cu(II) như nồng độ chất hoạt động bề mặt, thời gian tách pha, và nhiệt độ. Việc nghiên cứu và tối ưu hóa các yếu tố này là rất quan trọng để đạt được kết quả phân tích chính xác.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp chiết điểm mù có thể xác định chính xác hàm lượng Cu(II) trong mẫu nước với độ nhạy cao. Các mẫu nước từ sông Nhuệ và sông Đáy đã được phân tích, cho thấy nồng độ Cu(II) vượt mức cho phép, điều này cho thấy sự cần thiết phải kiểm soát ô nhiễm môi trường.

4.1. Kết quả phân tích mẫu nước sông Nhuệ

Mẫu nước từ sông Nhuệ cho thấy nồng độ Cu(II) cao hơn mức cho phép, điều này cảnh báo về tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trong khu vực. Kết quả này cần được theo dõi thường xuyên để bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

4.2. Ứng dụng của phương pháp trong thực tiễn

Phương pháp chiết điểm mù không chỉ có thể áp dụng trong phân tích môi trường mà còn có thể được sử dụng trong các lĩnh vực khác như thực phẩm và dược phẩm, nơi mà việc xác định chính xác hàm lượng kim loại là rất quan trọng.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về phương pháp chiết điểm mù xác định lượng vết Cu(II) đã mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực hóa phân tích. Phương pháp này không chỉ hiệu quả mà còn thân thiện với môi trường, giúp nâng cao độ chính xác trong phân tích. Tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện và phát triển các ứng dụng mới cho phương pháp này.

5.1. Tương lai của phương pháp chiết điểm mù

Phương pháp chiết điểm mù có tiềm năng lớn trong việc phát triển các kỹ thuật phân tích mới, đặc biệt trong việc xác định các ion kim loại khác. Nghiên cứu thêm về các chất hoạt động bề mặt mới có thể giúp cải thiện hiệu suất chiết.

5.2. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Cần thực hiện các nghiên cứu tiếp theo để tối ưu hóa quy trình chiết và mở rộng ứng dụng của phương pháp trong các lĩnh vực khác nhau. Việc phát triển các thiết bị phân tích mới cũng sẽ giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả của phương pháp.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Đồng là nguyên tố vi lượng thiết yếu đối với sinh vật và con người, tham gia vào quá trình tổng hợp hemoglobin, enzym hô hấp và chuyển hóa lipid với nhu cầu tiêu chuẩn khuyến nghị khoảng 0,9 mg/ngày đối với người trưởng thành và giới hạn dung nạp tối đa là 10 mg/ngày. Trong nông nghiệp, thực vật sinh trưởng bình thường khi nồng độ đồng đạt từ 5 đến 20 ppm; tuy nhiên, vượt quá ngưỡng này sẽ dẫn đến ngộ độc tế bào và ức chế quang hợp. Quá trình công nghiệp hóa và đô thị hóa gia tăng đã khiến nguồn nước mặt tại các lưu vực sông lớn, đặc biệt là sông Nhuệ và sông Đáy, đối mặt với nguy cơ ô nhiễm lượng vết ion kim loại nặng Cu(II). Việc định lượng chính xác hàm lượng đồng ở mức vi lượng (dưới 0,1 mg/L) trong các mẫu nước tự nhiên là yêu cầu cấp thiết nhằm bảo vệ sức khỏe cộng đồng và quản lý chất lượng môi trường.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm là các phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) thông thường khó xác định trực tiếp lượng vết Cu(II) do giới hạn phát hiện chưa đủ thấp và ảnh hưởng của nền mẫu phức tạp. Trong khi đó, các kỹ thuật hiện đại như khối phổ plasma cảm ứng (ICP-MS) hay quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS) lại đòi hỏi chi phí đầu tư thiết bị rất cao và hóa chất đắt đỏ. Nghiên cứu này được thực hiện tại Viện Hóa học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam cùng Khoa Hóa học - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội vào năm 2015, nhằm xây dựng quy trình phân tích lượng vết Cu(II) bằng phương pháp chiết điểm mù (CPE) sử dụng chất hoạt động bề mặt không ion Triton X-100 kết hợp thuốc thử Dithizon trước khi đo trên thiết bị F-AAS. Phương pháp mang lại ý nghĩa thực tiễn lớn khi thay thế hoàn toàn các dung môi hữu cơ độc hại, giảm thiểu hơn 90% lượng chất thải độc hại ra môi trường, đạt hệ số làm giàu thể tích từ 25 đến 50 lần và duy trì hiệu suất thu hồi trên 95%.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng ba hệ thống lý thuyết cốt lõi của hóa học phân tích hiện đại:

1. Lý thuyết hệ micelle và tách pha chiết điểm mù (Cloud Point Extraction - CPE): Các phân tử chất hoạt động bề mặt không ion như Triton X-100 khi đạt nồng độ micelle tới hạn (CMC) sẽ tự tập hợp thành các cấu trúc micelle trong dung dịch nước. Khi thay đổi các thông số nhiệt động lực học hoặc thêm chất điện ly, liên kết hydro giữa chuỗi polyoxyetylen và nước bị phá vỡ, dẫn đến hiện tượng tách pha ở nhiệt độ điểm mù (Cloud Point - CP, khoảng 65°C với dung dịch Triton X-100 tinh khiết). Hệ phân tách thành hai pha rõ rệt: pha giàu chất hoạt động bề mặt có thể tích rất nhỏ (từ 0,5 đến 2,0 mL) chứa phức chất kỵ nước và pha nước lớn được loại bỏ.
2. Lý thuyết phối trí và tạo phức màu Dithizonat: Thuốc thử Dithizon (1,5-diphenylthiocarbazone) đóng vai trò là phối tử tạo phức kỵ nước có tính chọn lọc cao với các ion kim loại chuyển tiếp qua các nguyên tử cho lưu huỳnh và nitơ (S, N). Trong môi trường axit thích hợp, Cu(II) phản ứng tạo thành phức chelate trung hòa điện $Cu(HDz)_2$ dễ dàng hòa tan và bị bắt giữ vào nhân kỵ nước của micelle Triton X-100.
3. Lý thuyết quang phổ hấp thụ nguyên tử (F-AAS): Dựa trên định luật Beer-Lambert ($A = k \cdot l \cdot C$), dung dịch sau tách pha được nguyên tử hóa bằng ngọn lửa axetilen - không khí để đo độ hấp thụ quang tại vạch phổ đặc trưng 324,8 nm của nguyên tố đồng.

Các khái niệm chính bao gồm: Nồng độ micelle tới hạn (CMC), Điểm mù (CP), Hệ số làm giàu (Enrichment Factor), và Giới hạn phát hiện (LOD).

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu và cỡ mẫu: Nghiên cứu khảo sát trên hệ mẫu chuẩn nhân tạo Cu(II) nồng độ từ 0,05 đến 1,0 mg/L và tập hợp 12 mẫu nước mặt thực tế thu thập tại các vị trí trọng điểm dọc theo lưu vực sông Nhuệ và sông Đáy thuộc khu vực Hà Nội và các vùng lân cận.
• Phương pháp chọn mẫu: Thu mẫu đại diện theo tiêu chuẩn môi trường quốc gia TCVN, lấy mẫu ở tầng mặt cách bờ từ 1,0 đến 2,0 mét, lọc bỏ cặn lơ lửng qua màng lọc 0,45 µm, bảo quản trong bình polyetylen và axit hóa bằng axit nitric tinh khiết đến pH dưới 2 nhằm tránh hiện tượng hấp phụ ion lên thành bình.
• Lý do lựa chọn phương pháp phân tích: Thiết bị F-AAS (Perkin Elmer AAS-3300) được chọn vì tính phổ biến, chi phí vận hành thấp hơn 60% so với ICP-MS, độ lặp lại cao và khả năng vận hành ổn định. Kỹ thuật chiết điểm mù muối hóa được chọn nhằm khắc phục nhược điểm giới hạn phát hiện của F-AAS mà không cần dùng dung môi hữu cơ bay hơi độc hại như cloroform hay benzen.
• Timeline nghiên cứu: Quá trình thực nghiệm được triển khai liên tục trong 12 tháng năm 2015, bao gồm các giai đoạn tối ưu hóa thiết bị F-AAS, khảo sát 7 yếu tố hóa lý ảnh hưởng đến quá trình CPE, đánh giá độ đúng, độ lặp lại và phân tích mẫu thực địa.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Xác lập điều kiện hóa lý tối ưu cho hệ chiết điểm mù Cu(II): Độ pH tối ưu của môi trường phản ứng được xác định chính xác tại pH 2,0; nồng độ thuốc thử Dithizon thích hợp là $2,0 \times 10^{-4}\text{ M}$; nồng độ chất hoạt động bề mặt Triton X-100 tối ưu nằm trong khoảng 0,10% đến 0,20% (w/v). Lượng chất điện ly $Na_2SO_4$ được cố định ở mức 12 gam cho 100 mL dung dịch phân tích.
2. Tối ưu hóa quy trình động học và kỹ thuật tách pha: Thời gian khuấy trộn tạo phức là 15 phút ở 25°C, tiếp tục khuấy 30 phút sau khi thêm muối và để lắng tĩnh trong 60 phút ở nhiệt độ phòng. Pha giàu chất hoạt động bề mặt thu được được hòa tan nhanh chóng bằng 2,0 mL dung dịch $HNO_3\text{ 1M}$ trong metanol ($CH_3OH$) để giảm độ nhớt trước khi đưa vào đầu đốt ngọn lửa F-AAS.
3. Độ chọn lọc cao trước sự hiện diện của các ion cản trở: Phép phân tích duy trì độ chính xác cao khi có mặt các ion kim loại lạ với nồng độ lớn: $Al^{3+}$ (50 đến 100 ppm), $Fe^{3+}$ (20 đến 100 ppm), $Zn^{2+}$ (300 đến 500 mg/L), $Cd^{2+}$ (50 đến 250 mg/L) và $Pb^{2+}$ (50 đến 250 mg/L) mà sai số phép đo không vượt quá 5,0%.
4. Hiệu năng phân tích vượt trội trên mẫu nước thực tế: Đường chuẩn tuyến tính xây dựng trong khoảng nồng độ Cu(II) từ 0,05 đến 1,0 mg/L đạt hệ số tương quan $R^2 > 0,999$. Hiệu suất thu hồi của phương pháp đạt từ 95,0% đến 102,5%, độ lệch chuẩn tương đối (RSD) nhỏ hơn 4,0%, khẳng định độ tin cậy tuyệt đối khi định lượng lượng vết đồng trong nước sông Nhuệ và sông Đáy.

Thảo luận kết quả

Cơ chế tách pha ở nhiệt độ phòng đạt được là nhờ hiện tượng "muối kết" (salting-out) khi bổ sung 12 gam muối $Na_2SO_4$. Các ion $Na^+$ và $SO_4^{2-}$ cạnh tranh hydrat hóa mạnh mẽ với nước, làm mất lớp vỏ solvat xung quanh các đầu ưa nước polyoxyetylen của Triton X-100, từ đó hạ nhiệt độ điểm mù từ 65°C xuống thẳng 25°C mà không cần gia nhiệt ở 95°C. Điều này giúp tiết kiệm năng lượng và loại bỏ nguy cơ phân hủy nhiệt của phức Cu-Dithizonat.

Dữ liệu nghiên cứu được biểu diễn trực quan qua đồ thị đường chuẩn tuyến tính giữa độ hấp thụ quang và nồng độ Cu(II), biểu đồ hình cột so sánh hiệu quả tách pha của các muối điện ly ($Na_2SO_4 > NaCl > K_2SO_4 > KCl$), và đồ thị biểu diễn biến thiên độ hấp thụ theo giá trị pH từ 1 đến 6. So sánh với phương pháp chiết pha rắn (SPE) trên cột $C_{18}$ hay phương pháp chiết lỏng - lỏng truyền thống, quy trình CPE cải tiến này rút ngắn 30% thời gian xử lý mẫu, không tiêu tốn dung môi clo hóa độc hại và có chi phí hóa chất rẻ hơn khoảng 40%.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tiêu chuẩn hóa quy trình phân tích CPE-F-AAS tại các phòng kiểm nghiệm: Đề nghị Tổng cục Môi trường và Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành hướng dẫn kỹ thuật áp dụng phương pháp chiết điểm mù muối hóa kết hợp F-AAS, đặt mục tiêu thay thế 90% quy trình chiết dung môi độc hại trong vòng 6 tháng tới.
2. Thiết lập mạng lưới quan trắc kim loại nặng định kỳ tại sông Nhuệ - sông Đáy: Giao Chi cục Bảo vệ Môi trường Hà Nội và Hà Nam triển khai lấy mẫu nước mặt với tần suất 4 đợt/năm tại 15 điểm xả thải chính, kiểm soát nồng độ Cu(II) không vượt quá quy chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT trong lộ trình 12 tháng.
3. Mở rộng nghiên cứu đa nguyên tố trên hệ dung môi micelle: Khuyến nghị các trường đại học và viện nghiên cứu hóa học tiếp tục tối ưu hóa hệ phối tử hỗn hợp nhằm chiết tách đồng thời các ion độc hại khác như $Cd^{2+}$, $Pb^{2+}$, $Ni^{2+}$, nâng hiệu suất thu hồi đồng thời lên trên 95% trong thời gian nghiên cứu 18 tháng.
4. Hiện đại hóa thiết bị và đào tạo nhân lực phân tích cơ sở: Đề xuất Sở Khoa học và Công nghệ cấp kinh phí trang bị hệ thống F-AAS đồng bộ cho các trung tâm quan trắc cấp huyện và tổ chức các khóa tập huấn kỹ thuật chuẩn bị mẫu xanh, giúp tiết kiệm 40% chi phí phân tích so với việc gửi mẫu đo ICP-MS trong vòng 9 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Chuyên viên phân tích tại các phòng thí nghiệm quan trắc môi trường: Ứng dụng trực tiếp quy trình chiết điểm mù để làm giàu và định lượng Cu(II) ở nồng độ vết dưới 0,1 mg/L trên máy F-AAS có sẵn, tối ưu hóa chi phí vận hành và đảm bảo an toàn lao động.
• Học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Hóa học, Môi trường: Sử dụng làm tài liệu học tập chuyên sâu về cơ chế tách pha micelle, hóa học phức chất Dithizonat và phương pháp xử lý dữ liệu thực nghiệm trong quang phổ nguyên tử.
• Giảng viên và nghiên cứu viên hóa phân tích: Tham khảo phương pháp luận tối ưu hóa hóa lý đa biến, kỹ thuật hạ điểm mù bằng chất điện ly để phát triển các đề tài nghiên cứu về hóa học xanh (Green Chemistry).
• Cán bộ quản lý môi trường và doanh nghiệp xử lý nước thải công nghiệp: Tham khảo số liệu nồng độ đồng thực tế tại lưu vực sông Nhuệ - Đáy để đánh giá tải lượng ô nhiễm và xây dựng các trạm xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn trước khi xả ra nguồn tiếp nhận.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp chiết điểm mù (CPE) có ưu thế gì so với chiết lỏng - lỏng truyền thống?
Phương pháp CPE sử dụng chất hoạt động bề mặt không ion Triton X-100 tan trong nước, không bay hơi và không cháy nổ, thay thế hoàn toàn các dung môi hữu cơ độc hại như cloroform hay benzen. Kỹ thuật này đạt hệ số làm giàu từ 25 đến 50 lần từ 100 mL mẫu nước chỉ với chi phí hóa chất rất thấp.

2. Tại sao việc thêm muối $Na_2SO_4$ lại giúp hệ tách pha ngay ở nhiệt độ phòng (25°C)?
Muối $Na_2SO_4$ với lượng 12 gam tạo ra hiệu ứng muối kết mạnh mẽ. Các ion muối hydrat hóa với các phân tử nước tự do, làm suy yếu liên kết hydro giữa nước và chuỗi polyoxyetylen của Triton X-100, khiến nhiệt độ điểm mù giảm từ 65°C xuống 25°C, giúp tách pha hoàn chỉnh mà không cần gia nhiệt.

3. Vì sao môi trường pH = 2,0 lại tối ưu nhất cho quá trình chiết Cu(II) với Dithizon?
Ở pH 2,0, thuốc thử Dithizon tồn tại ở dạng phân tử hoạt động mạnh nhất để tạo phức chelate $Cu(HDz)_2$ bền vững và kỵ nước cao. Ở pH thấp hơn 1, phức bị phân hủy bởi axit mạnh; trong khi ở pH lớn hơn 3, nhiều ion kim loại khác cùng tạo phức gây cạnh tranh và làm giảm độ chọn lọc.

4. Giới hạn phát hiện (LOD) và độ thu hồi của phương pháp đạt được ở mức nào?
Quy trình phân tích đạt hiệu suất thu hồi thực nghiệm từ 95,0% đến 102,5% với độ lệch chuẩn tương đối (RSD) dưới 4,0% trên dải nồng độ chuẩn 0,05 đến 1,0 mg/L, đáp ứng hoàn hảo yêu cầu phân tích lượng vết theo tiêu chuẩn phân tích quốc tế AOAC.

5. Các ion kim loại nặng khác trong nước tự nhiên có gây cản trở phép đo Cu(II) không?
Thực nghiệm chứng minh phương pháp có độ chọn lọc rất cao. Sự có mặt của các ion lạ như $Al^{3+}$ (100 ppm), $Fe^{3+}$ (100 ppm), $Zn^{2+}$ (500 mg/L), $Cd^{2+}$ (250 mg/L) và $Pb^{2+}$ (250 mg/L) không làm biến đổi tín hiệu hấp thụ của Cu(II), với sai số tương đối luôn nằm dưới ngưỡng 5,0%.

Kết luận

• Xây dựng thành công quy trình phân tích lượng vết Cu(II) bằng kỹ thuật chiết điểm mù muối hóa (CPE) kết hợp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS).
• Tìm ra bộ thông số tối ưu gồm: pH 2,0; nồng độ Dithizon $2,0 \times 10^{-4}\text{ M}$; Triton X-100 nồng độ 0,1% đến 0,2%; 12 gam $Na_2SO_4$ cho 100 mL dung dịch; hòa tan pha giàu hoạt động bề mặt bằng 2,0 mL $HNO_3\text{ 1M}$ trong metanol.
• Đạt hiệu suất thu hồi cao từ 95,0% đến 102,5% và độ lệch chuẩn tương đối (RSD) dưới 4,0%, loại trừ hoàn toàn ảnh hưởng của các ion kim loại cản trở.
• Định lượng chính xác hàm lượng vết Cu(II) trong 12 mẫu nước mặt thực tế tại lưu vực sông Nhuệ và sông Đáy, khẳng định khả năng ứng dụng thực tiễn cao trong quan trắc môi trường.
• Kế hoạch tiếp theo trong 6 đến 12 tháng tới là mở rộng quy trình phân tích đa kim loại và chuyển giao công nghệ cho các trung tâm kiểm nghiệm môi trường địa phương nhằm nâng cao năng lực giám sát nguồn nước quốc gia.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Đồng là nguyên tố vi lƣợng cần thiết cho các loài động vật, thực vật bậc cao và có vai trò rất quan trọng đối với cơ thể sống và con ngƣời. Sự có mặt hay mất cân bằng của nguyên tố đồng trong các bộ phận của cơ thể nhƣ gan, tóc, huyết thanh…là những nguyên nhân hay dấu hiệu của bệnh tật. Tuy nhiên cùng với sự phát triển của công nghiệp và đô thị hóa, hiện nay môi trƣờng sống của chúng ta bị ô nhiễm trầm trọng. Các nguồn thải kim loại trong đó có đồng từ các khu công nghiệp vào không khí, vào nƣớc, vào đất, vào thực phẩm rồi xâm nhập vào cơ thể con ngƣời qua đƣờng ăn uống, hít thở dẫn đến sự nhiễm độc.

Do vậy, việc nghiên cứu và xây dựng quy trình phân tích hàm lƣợng đồng trong môi trƣờng sống, trong nƣớc nhằm đề ra các biện pháp tối ƣu bảo vệ và chăm sóc sức khỏe cộng đồng là một việc vô cùng cần thiết và cấp bách. Hiện nay, có nhiều kĩ thuật ứng dụng để xác định hàm lƣợng đồng (Cu) trong nƣớc với hàm lƣợng vết nhƣ phƣơng pháp trắc quang, phƣơng pháp điện hóa, phƣơng pháp kích hoạt nơtron (NAA), Phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), Phổ khối lƣợng cảm ứng cao tần plasma(ICP-MS), Phổ phát xạ nguyên tử…Các hệ đo này cho phép định lƣợng đồng một cách hiệu quả trên nhiều đối tƣợng, đặc biệt là đối tƣợng sinh học. Nhƣng chi phí cho quá trình phân tích khá lớn do đòi hỏi trang thiết bị, hóa chất đắt tiền nên không phải phòng thí nghiệm nào cũng có thể trang bị đƣợc.Vấn đề đặt ra trong thực tế thí nghiệm tại nƣớc ta hiện nay là cần nghiên cứu một phƣơng pháp có thể sử dụng các thiết bị phổ biến hơn, giá thành hợp lý, hiệu quả chiết cao, thân thiện với môi trƣờng mà vẫn đảm bảo độ chọn lọc, độ chính xác và tin cậy cao để định lƣợng đồng. Nhiều năm trƣớc, các ứng dụng của hệ thống Mixen đã đƣợc công nhận và khai thác trong các lĩnh vực khác nhau của hóa phân tích; chủ yếu là tập trung cải thiện, đổi mới các phƣơng pháp phân tích đã có; đồng thời, phát triển các phƣơng pháp mới và trong đó có phƣơng pháp chiết điểm mù (CPE).

Với nhiều ƣu điểm nhƣ: đơn giản, giá rẻ, chất lƣợng cao, hiệu quả và ít độc hại so với việc sử dụng dung môi hữu cơ. Cho đến nay, CPE Khoa Hóa Học – Trường ĐH KHTN 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn Thạc sĩ HV: Nguyễn Thị Liên đã đƣợc sử dụng để tách chiết, làm giàu các ion kim loại sau khi hình thành tạo phức, sau đó phức đƣợc xác định bằng các phƣơng pháp phổ. Vì vậy, CPE đang trở thành một ứng dụng quan trọng và thiết thựctrong hóa phân tích. Do đó, chúng tôi đã lựa chọn và thực hiện đề tài “Nghiên cứu phương phápxác định lượng vết Cu(II) bằng phương pháp chiết điểm mù” với các mục tiêu cụ thể nhƣ sau: - Nghiên cứu, khảo sát và thiết lập các điều kiện tối ƣu để xây dựng phƣơng pháp định lƣợng hàm lƣợng vết nguyên tố đồng trong mẫu nƣớc bằng phƣơng pháp chiết điểm mù kết hợp với phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử.

Khoa Hóa Học – Trường ĐH KHTN 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn Thạc sĩ HV: Nguyễn Thị Liên CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Nguyên tố Đồng 1.1 Vị trí, cấu hình electron, trạng thái tự nhiên và phương pháp điều chế nguyên tố đồng (Cu) [11,17] Đồng là một kim loại nặng thuộc nhóm IB, chu kỳ 4, ô thứ 29 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Đồng có tên Latinh là Cuprum. Cấu hình electron của Cu là: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1 Đồng có ba mức oxi hóa: 0, +1 và +2. Trong thiên nhiên, đồng là nguyên tố tƣơng đối phổ biến, trữ lƣợng ở trong vỏ Trái Đất của đồng là 0.

Đồng có thể tồn tại ở dạng tự do, những hạt kim loại tự do đó đƣợc gọi là kim loại tự sinh. Đồng đƣợc sản xuất chủ yếu từ quặng Cancoprit CuFeS2 bằng phƣơng pháp nhiệt luyện: 2(Cu 2 .FeS )  3O2  2SiO2 t 0 4Cu  2FeSiO 3  2SO2 Nếu luyện Cu từ quặng oxit hay quặng Cacbonat ngƣời ta dùng phƣơng pháp khử bằng than. Ngoài phƣơng pháp luyện Cu ở nhiệt độ cao, ngƣời ta còn dùng phƣơng pháp thủy luyện.2 Tính chất vật lý, tính chất hoá học của nguyên tố đồng [11,17] a) Tính chất vật lý Đồng là kim loại nặng, có ánh kim, đồng tấm có màu đỏ, đồng vụn có màu đỏ gạch. Trong thiên nhiên, Đồng có 2 đồng vị bền 63Cu (70.

Khối lƣợng riêng lớn (8.93 g/cm3), nhiệt độ sôi (26000C), nhiệt độ nóng chảy (10830C) cao do tham gia liên kết không chỉ có những electron s mà còn có cả Khoa Hóa Học – Trường ĐH KHTN 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn Thạc sĩ HV: Nguyễn Thị Liên những electron d. Độ dẫn điện (57/1), dẫn nhiệt cao (46/1); dẻo dai, dễ dát mỏng, dễ kéo sợi. Tất cả các hợp chất tan của đồng đều độc. b) Tính chất hoá học  Về mặt hóa học, Đồng là kim loại kém hoạt động.

 Không phản ứng với H2 ngay cả ở nhiệt độ cao, tuy nhiên khí H2 có khả năng hòa tan trong Cu nóng chảy ở áp suất cao.  Không phản ứng với Nito nhƣng phản ứng trực tiếp với Photpho: 3Cu + P = Cu3P  Không phản ứng trực tiếp với Cacbon nhƣng khi nung phản ứng với Silic ở nhiệt độ cao tạo ra nhiều sản phẩm nhƣ Cu6Si, Cu5Si, Cu4Si, Cu3Si……  Không bị H2O và hơi H2O ăn mòn, nhƣng phản ứng với hơi nƣớc ở nhiệt độ nung nóng trắng.  Không phản ứng với kiềm ngay cả kiềm nóng chảy.  Không phản ứng với axit không có tính oxi hóa.

Đồng dễ tan trong HNO3, H2SO4 đặc nóng: Cu + 2H2SO4đặc,nóng = CuSO4+ SO2  + 2H2O Cu + 4HNO3đặc,nóng = Cu(NO3)2 + 2NO2  + 2H2O  Ở nhiệt độ thƣờng và trong không khí, đồng bị bao phủ một màng màu đỏ gồm đồng kim loại và đồng (I) oxit. Oxit này đã đƣợc tạo nên bởi những phản ứng: 2Cu + O2 + 2H2O = 2Cu(OH)2 Cu(OH)2 + Cu = Cu2O + H2O  Khả năng tạo phức: Cu+ dễ tan trong dung dịch đậm đặc của NH3, HCl, NH4Cl và clorua kim loại kiềm nhờ tạo thành phức chất. Ví dụ: CuCl + 2HCl = [Cu(NH3)2]Cl Khoa Hóa Học – Trường ĐH KHTN 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn Thạc sĩ HV: Nguyễn Thị Liên CuCl + HCl =H[CuCl2] Dung dịch của những phức chất này dễ biến đổi màu vì bị oxi không khí oxi hóa. Ví dụ: 4[Cu(NH3)2]+ + O2 + 2H2O +8NH3 = 4[Cu(NH3)4]2+ +4OH- Đa số muối đồng (II) dễ tan trong nƣớc, bị thủy phân và khi kết tinh từ dung dịch thƣờng ở dạng hidrat.

Dung dịch loãng của muối tan có màu lam, màu của ion [Cu(H2O)6]2+, trong khi ở trạng thái rắn các muối có màu khác. Ion Cu2+ là chất tạo phức mạnh. Những ion quen thuộc của Cu2+ là [CuX3]-, [CuX3]2-, trong đó (X = F, Cl và Br), [Cu(NH3)4]2+ , [Cu(C2O4)4]2+, [Cu(en)2]2+, (trong đó en là etylenđiamin H2N – CH2 – CH2 – H2N).3 Khoáng vật và trữ lượng đồng[11,17] Những khoáng vật chính của đồng là: Cancosin (Cu2S) chứa 79.8% Cu, Cuprit (Cu2S) chứa 88.8% Cu, Covelin (CuS) chứa 66.5% Cu, Cancoprit (CuFeS2) chứa 34.57% Cu và Malachit (CuCO3. Trên thế giới, những nƣớc chủ yếu sản xuất đồng là Chi Lê, Mỹ, Nga, Australia và Trung Quốc.

Nƣớc ta có có các mỏ Đồng lớn ở Bản Phúc (Sơn La) và Sinh Quyền (Lào Cai) có thành phần chủ khoáng vật chủ yếu là Cancoprit, Manhetit, Pirotin… 1.4 Ứng dụng của đồng[11,17] Đồng là kim loại màu quan trọng nhất đối với công nghiệp và kĩ thuật. Đồng đƣợc dùng trong hai ngành chủ yếu là kĩ thuật điện và luyện kim. Hơn 50% lƣợng đồng khai thác hàng năm đƣợc dùng để làm dây điện(loại đồng này phải có độ tinh khiết cao), trên 30% đƣợc dùng để chế tạo hợp kimvới ứng dụng khác nhau. Dẫn nhiệt tốt và chịu ăn mòn, đồng kim loại đƣợc dùng để chế các thiết bị trao đổi nhiệt, sinh hàn và chân không, chế nồi hơi, ống dẫn dầu và dẫn nhiên liệu.

Khoa Hóa Học – Trường ĐH KHTN 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn Thạc sĩ HV: Nguyễn Thị Liên Đồng thau dùng trong ngành chế tạo động cơ, vì có độ dẻo cao, bền hơn đồng.Hợp kim thanh – đồng bền hơn Cu nguyên chất và đồng thau lại dễ ăn khuôn nên dùng để đúc trong công nghệ chế tạo máy. Hợp kim Devarda dùng làm chất khử có thể giải phóng hidro ra khỏi nƣớc ngay khi nguội. Hợp kim Constantan có điện trở cao, đƣợc dùng để chế tạo các thiết bị đốt nóng.5Vai trò sinh học của đồng[11,17] Trong chất sống gồm động vật và thực vật (tính theo phần trăm khối lƣợng) thì có khoảng 2. Đồng là một trong những nguyên tố rất đặc biệt về mặt sinh học:  Đối với thực vật thì đồng (hàm lƣợng 5 – 20 ppm) - nguyên tố rất đặc biệt về mặt sinh vật học ảnh hƣởng trực tiếp đến quá trình sinh trƣởng và phát triển sản lƣợng của cây.

Nó là chất xúc tác của những quá trình oxi hoá nội bào; thành phần của men cytochrome oxydase và thành phần của nhiều enzim – ascorbic, axit axidase, phenolase, lactase; xúc tiến quá trình hình thành vitamin A; cần thiết cho sự hình thành diệp lục và làm xúc tác cho một số phản ứng khác trong cây. Đồng có tác dụng giúp cây chống hạn, chịu rét, làm tăngkhả năng giữ nƣớc của mô, bảo vệ diệp lục khỏi bị phá huỷ đồng thời còn có tácdụng làm tăng quang hợp. Cây hấp thụ đồng dƣới dạng Cu(II), nhiều loại cây rau biểu hiện thiếu đồng với lá thiếu sức trƣơng, rủ xuống và có màu xanh, chuyển sang quầng màu da trời tối trƣớc khi trở nên bạc lá, biến cong và cây không ra hoa đƣợc.  Trong cơ thể con ngƣời (và các động vật khác), đồng có trong thành phần của một số protein, enzym và tập trung chủ yếu ở gan.

Nó tham gia vào các hoạt động nhƣ sản xuất hồng cầu, sinh tổng hợp elastin và myelin, tổng hợp nhiều hoormon (catecholamin, tuyến giáp, corticoid.), tổng hợp nhiều sắc tố, chuyển hóa sắt và lipit. Hợp chất của đồng là cần thiết đối với quá trình tổng hợp hemoglobin và photpholipit… Tiêu chuẩn RDA của Mỹ về đồng đối với ngƣời lớn khỏe mạnh là 0.9mg/ngày, mức cao nhất có thể chịu đƣợc về đồng theo DRI trong chế độ ăn Khoa Hóa Học – Trường ĐH KHTN 16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn Thạc sĩ HV: Nguyễn Thị Liên uống đối với ngƣời lớn theo mọi nguồn đều là 10 mg/ngày.