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 luanvanchat@agmail.com 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 luanvanchat@agmail.com 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 luanvanchat@agmail.com 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 luanvanchat@agmail.com 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 luanvanchat@agmail.com 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 luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sĩ HV: Nguyễn Thị Liên uống đối với ngƣời lớn theo mọi nguồn đều là 10 mg/ngày.