Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu quy trình phân tích kim loại bằng phương pháp vonampe hoà tan anot

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hóa học nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích một số kim loại bằng phương pháp vonampe hoà tan, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Phan Thị Ngân
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Đình Luyện
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Huế
• Chuyên ngành: Chuyên Hóa
• Đề tài: Nghiên Cứu Quy Trình Phân Tích Kim Loại Bằng Phương Pháp Vonampe Hòa Tan Anot
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Thừa Thiên Huế

Tóm tắt

I. Giới thiệu về phương pháp vonampe hòa tan anot

Phương pháp vonampe hòa tan anot (ASV) là một kỹ thuật phân tích hóa học được sử dụng để xác định nồng độ của các kim loại nặng trong mẫu. Phương pháp này dựa trên nguyên lý dòng điện được tạo ra khi một kim loại được hòa tan từ điện cực. Phân tích kim loại bằng phương pháp này có nhiều ưu điểm, bao gồm độ nhạy cao và khả năng phát hiện các nồng độ rất thấp của kim loại. Đặc biệt, phương pháp ASV cho phép phân tích đồng thời nhiều kim loại trong một mẫu, điều này rất hữu ích trong các nghiên cứu môi trường và an toàn thực phẩm. Theo nghiên cứu, phương pháp này có thể đạt được độ nhạy (LOD) khoảng 5.10^-9 M, cho phép phát hiện các kim loại nặng như Cd, Pb, và Cu ở nồng độ rất thấp. Việc sử dụng điện cực màng bismut (BiFE) trong phương pháp này đã mở ra nhiều khả năng mới trong việc phân tích các kim loại nặng, giúp cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của kết quả phân tích.

II. Quy trình phân tích kim loại

Quy trình phân tích kim loại bằng phương pháp ASV bao gồm các bước chính như chuẩn bị mẫu, chuẩn bị điện cực, và thực hiện phân tích. Đầu tiên, mẫu cần được chuẩn bị bằng cách hòa tan trong dung dịch thích hợp. Sau đó, điện cực màng bismut được chuẩn bị và làm sạch để đảm bảo độ chính xác trong quá trình phân tích. Trong quá trình phân tích, mẫu được khuấy đều và dòng điện được ghi lại trong suốt quá trình hòa tan. Kết quả thu được sẽ được phân tích để xác định nồng độ của các kim loại trong mẫu. Việc kiểm soát các yếu tố như pH, nồng độ điện ly, và tốc độ khuấy là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác của kết quả. Nghiên cứu cho thấy rằng các yếu tố này có thể ảnh hưởng đáng kể đến tín hiệu điện thu được, do đó cần được tối ưu hóa trong từng thí nghiệm.

III. Ảnh hưởng của các yếu tố đến tín hiệu hòa tan

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu hòa tan trong quá trình phân tích hóa học bằng phương pháp ASV. Các yếu tố này bao gồm nồng độ của kim loại trong mẫu, pH của dung dịch, và điện thế áp dụng. Cụ thể, nồng độ kim loại càng cao thì tín hiệu điện thu được càng lớn. Tuy nhiên, nếu nồng độ quá cao, có thể xảy ra hiện tượng bão hòa, dẫn đến giảm độ chính xác của kết quả. Bên cạnh đó, pH của dung dịch cũng có ảnh hưởng lớn đến quá trình hòa tan. Nghiên cứu cho thấy rằng pH tối ưu cho việc phân tích Cu là khoảng 4-6, trong khi đó pH cao hơn có thể làm giảm độ nhạy của phương pháp. Cuối cùng, điện thế áp dụng cũng cần được điều chỉnh để tối ưu hóa tín hiệu thu được, giúp cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của kết quả phân tích.

IV. Đánh giá độ tin cậy của phương pháp

Độ tin cậy của phương pháp phân tích kim loại bằng ASV được đánh giá thông qua các chỉ số như độ chính xác, độ nhạy, và khả năng lặp lại. Nghiên cứu cho thấy rằng phương pháp này có độ chính xác cao với tỷ lệ phục hồi (recovery) đạt trên 95% cho các mẫu thử nghiệm. Độ nhạy của phương pháp cũng được chứng minh qua khả năng phát hiện các kim loại nặng ở nồng độ rất thấp, cho thấy tính ưu việt của phương pháp này so với các phương pháp phân tích khác như quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) hay quang phổ plasma. Hơn nữa, khả năng lặp lại của phương pháp cũng được kiểm chứng qua nhiều lần thử nghiệm, cho thấy rằng kết quả thu được là nhất quán và đáng tin cậy. Điều này làm cho phương pháp ASV trở thành một công cụ hữu ích trong việc phân tích các kim loại nặng trong môi trường và thực phẩm.

V. Ứng dụng thực tiễn của phương pháp

Phương pháp vonampe hòa tan anot (ASV) có nhiều ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực như môi trường, thực phẩm, và y tế. Trong lĩnh vực môi trường, phương pháp này được sử dụng để phát hiện và xác định nồng độ của các kim loại nặng trong nước, đất, và không khí, giúp đánh giá mức độ ô nhiễm và tác động đến sức khỏe con người. Trong ngành thực phẩm, ASV có thể được áp dụng để kiểm tra hàm lượng kim loại nặng trong thực phẩm, đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng. Ngoài ra, phương pháp này cũng có thể được sử dụng trong y tế để phát hiện các kim loại nặng trong mẫu sinh học, hỗ trợ trong việc chẩn đoán và điều trị các bệnh liên quan đến nhiễm độc kim loại. Tóm lại, phương pháp ASV không chỉ có giá trị trong nghiên cứu khoa học mà còn có ý nghĩa thực tiễn quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. GIOI THIEU VỀ PHƯƠNG PHÁP VON-AMPE HOA TAN ANOT 1. Nguyên tắc của phương pháp von-ampe hòa tan anot (ASV ) Quá trình phân tích theo phương pháp ASV gồm hai giai đoạn: giai đoạn làm giàu và giai đoạn hòa tan [6], [9] Giai đoạn làm giàu: Chất phân tích trong dung dịch được làm giàu bằng cách. tập trung lên bề mặt điện cực làm việc (WE) ở một thể và thời gian xác định.

Trong quá trình làm giàu, dung dịch (dd) được khuấy trộn đều bằng cách dùng khuấy từ hoặc cho điện cực quay. Trong giai đoạn này xảy ra phản ứng điện hóa (1.1): Me,,," +ne =" Me/ WE 0) (hoặc MeL} „ +ne —#*#**È##—; Me/ WE+ xL,„„ ; L là phối tử tạo phức) Trong giai đoạn này, có thể phải đuổi oxy hòa tan khỏi dung dịch phân tích trước khi điện phân và dung dịch được khuấy trôn (hoặc cho điện cực WE quay) Chất phân tích được chuyên mặt diện cực WE theo cách đối lưu và khi tán. Thế điện phân (E„,) được chọn tùy thuộc vào bản chất điện hóa của chất phân tích, thành phần dung dịch phân tích và thường dựa vào giá trị thể bán sóng (E;,) trên sóng cực phô của chất phân tích. Eạ; thường được chọn âm hơn thế bán sóng E¡; của cặp Me""/ Me trên sóng cực phổ.

Kết thúc giai đoạn này, ngừng khuấy dung dịch (hoặc ngừng quay điện eve WE) và dé dung địch nghỉ trong khoảng 15 + 30 s. Giai đoạn hòa tan: Giai đoạn tiếp theo là hòa tan chất phân tích khỏi bễ mặt điện cực WE bằng cách quét thế tuyến tính theo chiều anot với tốc độ quét thế không đổi và đồng thời ghi tín hiệu hòa tan bằng kỹ thuật von-ampe như: von-ampe. xung vi phân, von-ampe sóng vuông. Nếu sử dụng kỹ thuật von-ampe xung vỉ phân, thì phương pháp được gọi là von-ampe hòa tan anot xung vi phân (DP-ASV).

Ở giai đoạn này trong dung dịch (dung dịch được nghỉ yên tĩnh) xảy ra phản ứng điện hóa (1.2): Mc/WE - ne —9#3##„ Mc”! (1. Thể đỉnh (E,) và độ lớn của dòng đỉnh hòa tan (I,) phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: thành phần nên (chat điện ly nền, pH, chất tạo phức,.), bản chat của điện cực làm việc, thé và thời gian điện phân làm giàu, điều kiện thủy đông học (sự khuấy trộn hoặc quay điện cực,.), tốc độ quét thể trong giai đoạn hòa tan, kỹ thuật ghi đường von-ampe hỏa tan,. Trong những điều kiện xác định, E; đặc trưng cho bản chất điện hóa của chất phân tích, và do đó, dựa vio E, có thể phân tích định tính. I, tỉ lệ thuận với nồng độ chất phân tích trên bề mặt điện cực làm việc (C"), nhung C” lệ với nồng độ chất phân tích trong dung dich phân tích (C), nén I, tỉ lệ thuận với C theo phương trình 1, =KC ; trong dé k là hệ số tỉ lệ.

Phương pháp thêm chuân thường được dùng đề định lượng chất phân tích (tức là xác định C) 1. Các điện cực làm việc dàng trong phương pháp von-ampe hòa tan Trong phương pháp von-ampe (SV) nói chung và phương pháp ASV nói riêng, tế bảo điện phân gồm 3 điện cực: - Điện cực so sánh: Thường dùng điện cực bạc-bạc clorua bảo hòa (Ag/AgCUKCI bão hòa, viết tắt SAgE); ~ Điện cực phụ trợ (hay điện cực đối): Thường dùng điện cực dây Pt; ~ Điện cực làm việc: Thường dùng các loại điện cực dưới đây. Điện cực giọt thủy ngân treo [6] Điện cực giọt thủy ngân treo (HMDE) là loại điện cực được dùng phỏ biến nhất trong phương pháp SV. Nó là một giọt thủy ngân hình cầu có kích thước nhỏ.

được treo trên đầu cuỗi của một mao quản có đường kính trong khoảng 0,15 + 0,50. Sau mỗi phép đo, giọt thủy ngân bị cưỡng bức rơi ra khỏi mao quản và nó được thay thế bằng một giọt mới tương tự. Một kiểu điện cực giống với HDME. cũng thường được dùng là điện cực giọt thủy ngân tĩnh (SMDE), điện cực HMDE.

có ưu điểm là có quá thế hidro lớn (khoảng -1500 mV trong môi trường, kiềm và trung tính, -1200 mV trong môi trường axit) nên khoảng thế điện hoạt rộng. va do dé cho phép phân tích được nhiều chất. Mặt khác, điện cực HMDE và SMDE cho kết quả do có độ chính xác và độ lặp lại cao, nên chúng được sử dụng rộng rãi để xác định nhiều kim loại và hợp chất hữu cơ. Điểm hạn chế của điện cực HMDE.

và SMDE là khó chế tao vi rit khó tạo ra các giọt thủy ngân có kích thước lặp lại một cách hoàn hảo và trong quá trình sử dụng hay gặp rắc rối do tắc mao quản hoặc. thủy ngân bị nhiễm bản. Ngoài ra, điện cực HMDE và SMDE không cho phép xác định các kim loại có thé hòa tan dương hơn thủy ngân như Au, Ag,. và giá thành của chúng thường khá đắt 1.

Điện cực màng thúy ngân Điện cực mảng thủy ngân (MFE) là một mảng thủy ngân mỏng phủ trên bề mặt điện cực rắn đĩa có đường kính 2 + 4 mm và làm bằng các vật liệu trơ như than thủy tỉnh (glassy carbon), graphit (graphite), than nhão (paste carbon),. Điện cực MFE được chuẩn bị bằng cách điện phân dung dịch Hg” có ndng dé cd 10° + 10° Mở thế thích hợp (thường là -800 + -1300 mV so với SAgE) và trong một khoảng thời gian thích hợp (1 + 2 phút) để tập trung Hg lên bề mặt điện cực rắn đĩa. cách như vay, điện cực MFE có thể chế tạo theo hai kiểu in situ va ex situ [6], [11] ~ Theo kiểu im sửw: Hg”" được thêm vào dung dịch phân tích và như vậy, khi điện phân làm giảu, điện cực MFE được hình thành ig thời với quá trình tập trung chất phân tích lên bề mặt điện cực làm việc; ~ Theo kiểu ex situ: Điện cực MEE được tạo ra trước bằng cách điện phân dung dịch Hạ” như trên, sau đó tia rửa điện cue cn than bằng nước sạch, rồi nhúng. điện cực vào dung dịch phân tích để tiến hành nghiên cứu.

Điện cực MFE et sử thường có bề dày màng thủy ngân lớn hơn so với điện cực in si. Ngoài những ưu điểm giống như đối với điện cực HMDE và SMDE, điện cực. MEE còn có một số ưu điểm khác: Do nồng độ của kim loại trong hỗn hồng của điện cực MFE cao hơn (trong trường hợp kim loại cần phân tích tan được trong thủy. ngân tạo hỗn hồng), nên tốc độ khuếch tán của kim loại ra khoải điện cực MFE.

nhanh hơn và có đặc điểm của quá trình điện hóa lớp mỏng. Mặt khác, có thể cho. điện cực MFE quay, nên điều kiện đối lưu và đi kèm là sự chuyển khối sẽ tốt hơn, 10 đo đó điện cực MFE có độ nhạy và độ phân giải cao hơn so với điện cực HMDE và SMDE, đặc biệt khi phân tích các kim loại tan được trong thủy ngân tạo thành hỗn hồng. Tuy vậy, điện cực MFE cũng có nhược điêm là các hợp chất “gian kim loại” dễ hình thành trên bề mặt điện cực khi phân tích các kim loại theo phương pháp ASV va do đó, có thể làm biến dạng tín hiệu von-ampe hỏa tan va gây sai số, trong, khi đó điện cực HMDE và SMDE lại khắc phục được điều này.

Mặt khác, độ hồi phục của các phép đo khi đi từ điện cực MFE này đến điện cực MFE khác thường kém hơn so với điện cực HMDE và SMDE [6], [32] 1. Điện cực rắn đĩa Điện cực rắn đĩa thường được dùng để xác định các kim loại có thế hòa tan dương hơn Hạ như Ag, Au, PL,.theo phương pháp ASV [8]. Điện cực là một mặt phẳng hình tròn (đường kính 2 +4 mm) làm bằng các vật liệu trơ như Pt, Au, graphit, graphit ngâm tầm (wax-impregnated graphite), than nhão. thường làm bằng than thủy tỉnh, vì các điện cực rắn than thủy tinh có độ bền hóa.

học cao, đễ đánh bóng bề mặt, và có khoảng thế làm việc rộng (+1,0 + -1,0 V trong. môi trường axit và +1,0 + 1,8 V trong môi trường trung tính hoặc kiểm). Điện cực rắn đĩa có nhược điểm là hợp chất “gian kim loại” dễ hình thành trên nó, nên gây ra sai số phân tích và điện cực đễ bị biến đôi do các kim loại, các oxit kim loai,.két tủa trên điện cực, ảnh hưởng đến các phép đo sau, làm giảm độ lặp lại và gây sai số i6]. Các điện cực làm việc khác Hướng nghiên cứu mới trong thời gian gần đây là nghiên cứu phát triển các.

điện cực làm việc phi thủy ngân để ứng dụng trong phương pháp SV như vi điện cực mảng (micro-electrode array), điện cực biến tính (modified electrode), điện cực màng vàng, điện cực màng bạc, điện cực kim cương. Các điện cực đó có ưu điểm là không gây lo lắng về môi trường. Gần đây, nhiều công trình đã nghiên cứu phát triển điện cực BiFE để xác định các kim loại nặng và một số hợp chất hữu cơ bằng phương pháp ASV hoặc AdSV. " Điện cực BiFE có ưu điểm là có độc tính không đáng kể, thân thiện với môi trường và dễ tạo ra theo kiéu in situ hode ex situ (5), [8], 32].

[33] Dién cuc BiFE in situ: Dugc tao ra bing cach dién phin dung dich Bi!" trên nên đĩa rắn trơ (thường dùng điện cực đĩa than thủy tỉnh; Bi” m được thêm trực tiếp. vào dung dịch phân tích); điện cực BiFE im si được tạo thành ngay trong quá trình. điện phân làm giàu chất phân tích. Điện cực BiFE ey sử: Quá trình hình thành màng bismut xảy ra trước mỗi lần phan tích, tức là tạo điện cực trong một bình điện phân riêng với nồng độ Bỉ” tạo.

màng và chất điện ly nền thích hợp. Sau quá trình điện phân tạo màng bismut, điện. cực được rửa cẩn thận bằng nước cắt 2 lần, sau đó được nhúng vào dung dịch phân tích. Gần đây, theo kết quả của nhiều nghiên cứu, khi chế tạo điện cực BiFE theo.

kiểu này, kết quả thu được thường cho độ lặp lại và độ nhạy kém hơn so với điện cực BiFE in situ. Digu này được giải thích là do quá trình oxy hóa kim loại xây ra khi chuyển điện cực từ bình điện phân tạo màng vào bình điện phân chứa chất phân tích, điều này sẽ làm suy giảm độ bền của màng. Đề khắc phục nhược điểm này của. màng BiFE, khi tiến hành tạo màng sẽ thêm vào dung dịch tạo màng dung dịch chứa muối NaBr hoặc LiBr, khi đó sự tạo phức chất giữa Bỉ`" với ion Br sẽ làm.

cho màng tạo lên trên bề mặt điện cực bền hơn [7].