Luận văn thạc sĩ hus nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chiết điểm mù cloud point extraction và phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử aas xác định lượng vết một số ion kim loại

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu hus nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chiết điểm mù cloud point extraction và phương pháp quang phổ hấp, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên

• Tác giả: Lê Thị Hạnh
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Xuân Trung
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Hóa phân tích
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Kỹ Thuật Chiết Điểm Mù (Cloud Point Extraction) Và Phương Pháp Quang Phổ Hấp Thụ Nguyên Tử (AAS) Xác Định Lượng Vết Một Số Ion Kim Loại
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• 1.1. Danh mục chữ cái viết tắt
• 1.2. Danh mục hình
• 1.3. Danh mục bảng
• 1.4. PHẦN MỞ ĐẦU
• 1.4.1. Vấn đề ô nhiễm nguồn nước
• 1.4.2. Tài nguyên nước
• 1.4.3. Nguyên nhân và tác hại của ô nhiễm nguồn nước
• 1.4.4. Tác hại của kim loại nặng
• 1.4.5. Các phương pháp xác định chì, cadimi
• 1.4.5.1. Phương pháp điện hoá
• 1.4.5.2. Phương pháp quang phổ
• 1.4.5.3. Các phương pháp tách và làm giàu
• 1.4.5.3.1. Phương pháp chiết lỏng – lỏng
• 1.4.5.3.2. Phương pháp chiết pha rắn
• 1.4.5.3.3. Phương pháp chiết điểm mù (CPE)
• 1.4.6. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
• 1.4.6.1. Nội dung nghiên cứu
• 1.4.6.2. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4.7. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị
• 1.4.7.1. Dụng cụ và thiết bị
• 1.4.7.2. Thiết bị thí nghiệm
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Tối ưu hóa các điều kiện của phép đo phổ F-AAS xác định các nguyên tố chì, cadimi
• 3.1.1. Khảo sát các điều kiện đo phổ
• 3.1.2. Khảo sát chọn vạch đo phổ
• 3.1.3. Khảo sát cường độ dòng đèn catot rỗng (HCL)
• 3.1.4. Khảo sát độ rộng khe đo
• 3.1.5. Khảo sát các điều kiện nguyên tử hóa mẫu
• 3.1.5.1. Khảo sát chiều cao của đèn nguyên tử hóa mẫu (chiều cao Burner)
• 3.1.6. Khảo sát tốc độ dẫn khí
• 3.1.7. Khảo sát ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit
• 3.1.8. Phương pháp đường chuẩn đối với kỹ thuật F-AAS
• 3.1.8.1. Xây dựng đường chuẩn định lượng nguyên tố chì
• 3.1.8.2. Xây dựng đường chuẩn định lượng nguyên tố cadimi
• 3.1.9. Khảo sát giới hạn phát hiện (GHPH) của phép đo trong ngọn lửa
• 3.1.9.1. Giới hạn phát hiện nguyên tố chì
• 3.1.9.2. Giới hạn phát hiện nguyên tố cadimi
• 3.1.10. Đánh giá sai số và độ lặp lại của phương pháp
• 3.2. Khảo sát các điều kiện tách và làm giàu bằng kỹ thuật chiết điểm mù
• 3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH
• 3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Dithizone
• 3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất hoạt động bề mặt Triton X-100
• 3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ
• 3.2.5. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian
• 3.2.6. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ quay ly tâm
• 3.2.7. Khảo sát ảnh hưởng của các cation cản trở
• 3.2.8. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đệm phôtphat
• 3.2.9. Khảo sát ảnh hưởng của độ nhớt đến tín hiệu phân tích
• 3.2.10. Ứng dụng phương pháp CPE- FAAS xác định Pb, Cd trong mẫu nước
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu kỹ thuật chiết điểm mù và AAS

Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chiết điểm mù (Cloud Point Extraction - CPE) và phương pháp AAS (Atomic Absorption Spectrometry) trong xác định ion kim loại đang trở thành một lĩnh vực quan trọng trong hóa phân tích. Kỹ thuật này không chỉ giúp tách chiết các ion kim loại một cách hiệu quả mà còn nâng cao độ nhạy và tính chọn lọc của phương pháp phân tích. Việc áp dụng CPE trong phân tích ion kim loại giúp giảm thiểu việc sử dụng dung môi hữu cơ độc hại, đồng thời cải thiện chất lượng và độ chính xác của kết quả phân tích.

1.1. Khái niệm về kỹ thuật chiết điểm mù

Kỹ thuật chiết điểm mù là một phương pháp tách chiết dựa trên sự hình thành micelle trong dung dịch. Khi nhiệt độ tăng, các chất hoạt động bề mặt sẽ tạo thành micelle, giúp tách các ion kim loại ra khỏi dung dịch. Phương pháp này có nhiều ưu điểm như đơn giản, hiệu quả và tiết kiệm chi phí.

1.2. Phương pháp AAS trong xác định ion kim loại

Phương pháp AAS là một kỹ thuật phân tích phổ biến dùng để xác định nồng độ của các ion kim loại trong mẫu. Phương pháp này dựa trên nguyên lý hấp thụ ánh sáng của các nguyên tử kim loại trong trạng thái khí. AAS có độ nhạy cao và có thể phát hiện nồng độ ion kim loại ở mức rất thấp.

II. Vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường

Ô nhiễm kim loại nặng là một trong những vấn đề nghiêm trọng hiện nay, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Các kim loại như chì, cadimi, và thủy ngân có thể gây ra nhiều bệnh tật và tác động xấu đến môi trường. Việc xác định và kiểm soát hàm lượng các ion kim loại nặng trong nước là rất cần thiết để bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

2.1. Nguyên nhân gây ô nhiễm kim loại nặng

Nguyên nhân chính gây ô nhiễm kim loại nặng bao gồm hoạt động công nghiệp, nông nghiệp và đô thị hóa. Nước thải từ các nhà máy, sử dụng thuốc trừ sâu và phân bón có chứa kim loại nặng là những nguồn chính gây ô nhiễm.

2.2. Tác hại của ô nhiễm kim loại nặng

Ô nhiễm kim loại nặng có thể dẫn đến nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng như ung thư, bệnh về thận, và các rối loạn thần kinh. Các ion kim loại nặng tích tụ trong cơ thể qua thực phẩm và nước uống, gây ra những tác động lâu dài đến sức khỏe.

III. Phương pháp chiết điểm mù trong phân tích ion kim loại

Phương pháp chiết điểm mù đã được áp dụng rộng rãi trong việc tách chiết và xác định các ion kim loại. Kỹ thuật này cho phép tách chiết hiệu quả các ion kim loại từ mẫu nước, đất và các mẫu khác. Việc tối ưu hóa các điều kiện chiết là rất quan trọng để đạt được kết quả phân tích chính xác.

3.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất chiết

Các yếu tố như pH, nồng độ chất hoạt động bề mặt, và nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất chiết. Việc điều chỉnh các yếu tố này giúp tối ưu hóa quá trình chiết và nâng cao độ nhạy của phương pháp.

3.2. Quy trình thực hiện phương pháp chiết điểm mù

Quy trình thực hiện phương pháp chiết điểm mù bao gồm các bước chuẩn bị mẫu, thêm chất hoạt động bề mặt, và thực hiện quá trình chiết. Sau khi chiết, mẫu sẽ được phân tích bằng phương pháp AAS để xác định nồng độ ion kim loại.

IV. Kết quả nghiên cứu ứng dụng CPE và AAS

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc kết hợp kỹ thuật chiết điểm mù và phương pháp AAS mang lại kết quả phân tích chính xác và đáng tin cậy. Các mẫu nước và đất đã được phân tích cho thấy nồng độ ion kim loại nặng ở mức thấp, cho thấy hiệu quả của phương pháp trong việc kiểm soát ô nhiễm.

4.1. Kết quả phân tích mẫu thực tế

Kết quả phân tích cho thấy nồng độ của các ion kim loại như chì và cadimi trong mẫu nước vượt quá giới hạn cho phép. Điều này cho thấy sự cần thiết phải áp dụng các phương pháp phân tích hiện đại để kiểm soát ô nhiễm.

4.2. Đánh giá độ chính xác và độ lặp lại của phương pháp

Đánh giá độ chính xác và độ lặp lại của phương pháp cho thấy kết quả phân tích có độ tin cậy cao. Các thử nghiệm lặp lại cho thấy sai số thấp, chứng tỏ tính khả thi của phương pháp trong thực tế.

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

Nghiên cứu về kỹ thuật chiết điểm mù và phương pháp AAS đã mở ra hướng đi mới trong phân tích ion kim loại. Việc áp dụng các phương pháp này không chỉ giúp nâng cao độ nhạy và tính chọn lọc mà còn góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp mới để cải thiện hiệu quả phân tích.

5.1. Tương lai của nghiên cứu trong lĩnh vực phân tích

Nghiên cứu trong lĩnh vực phân tích ion kim loại sẽ tiếp tục phát triển với sự ra đời của các công nghệ mới. Việc áp dụng các phương pháp hiện đại sẽ giúp nâng cao khả năng phát hiện và kiểm soát ô nhiễm.

5.2. Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo

Đề xuất nghiên cứu tiếp theo bao gồm việc tối ưu hóa quy trình chiết và phát triển các chất hoạt động bề mặt mới để nâng cao hiệu quả tách chiết. Cần nghiên cứu thêm về ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến quá trình phân tích.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nguồn nước ngọt dễ tiếp cận trên Trái Đất chỉ chiếm chưa đầy 1% tổng trữ lượng nước toàn cầu, trong khi hơn 97,5% là nước mặn. Quá trình đô thị hóa và công nghiệp hóa mạnh mẽ tại Việt Nam đang tạo áp lực lớn lên chất lượng các nguồn nước mặt và nước ngầm. Nước thải chưa qua xử lý triệt để từ các ngành dệt may, luyện kim và hóa chất thường chứa nồng độ kim loại nặng vượt quy chuẩn cho phép nhiều lần, với chỉ số oxy hóa học COD lên tới 2500 mg/L và hàm lượng amoniac vượt tiêu chuẩn tới 84 lần.

Trong số các độc chất nguy hại, chì và cadimi là hai nguyên tố có độc tính sinh học cao và khả năng tích lũy sinh học lâu dài. Chì xâm nhập vào cơ thể sẽ tác động tiêu cực đến tủy xương, ức chế enzyme tổng hợp máu và làm suy giảm chức năng thần kinh, với chu kỳ bán rã trong mô xương kéo dài từ 20 đến 30 năm. Cadimi tích tụ chủ yếu ở thận và gan, đẩy kẽm ra khỏi hệ thống enzyme thiết yếu, gây rối loạn chức năng bài tiết và dẫn đến các biến chứng thoái hóa xương nghiêm trọng như bệnh Itai-itai, làm gia tăng nguy cơ gãy xương ở người trên 50 tuổi.

Theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 6-1:2010/BYT và QCVN 09:2008/BTNMT, nồng độ tối đa cho phép của chì trong nước uống đóng chai và nước ngầm là 10 µg/L, trong khi giới hạn của cadimi dao động từ 3 đến 5 µg/L. Nhằm kiểm soát chặt chẽ các chỉ tiêu vi lượng này, luận văn thạc sĩ Hóa phân tích thực hiện tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội vào năm 2014 đã tập trung nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chiết điểm mù kết hợp phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa. Công trình mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc, cung cấp một quy trình phân tích xanh, độ nhạy cao và chi phí thấp phục vụ công tác quan trắc môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng đồng thời hai nền tảng lý thuyết phân tích hiện đại: định luật quang phổ hấp thụ nguyên tử Lambert - Beer và lý thuyết tách pha micen của các chất hoạt động bề mặt. Quá trình định lượng bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa dựa trên sự hấp thụ chọn lọc bức xạ cộng hưởng của các nguyên tử kim loại ở trạng thái tự do khi bị kích thích, trong đó cường độ hấp thụ quang tỷ lệ thuận với nồng độ chất phân tích trong một khoảng tuyến tính xác định.

Hệ thống khái niệm và mô hình nghiên cứu tập trung vào 4 trọng tâm:

• Hiện tượng điểm mù: Nhiệt độ tới hạn mà tại đó dung dịch chất hoạt động bề mặt bị vẫn đục và tách thành hai pha lỏng không đồng nhất gồm pha giàu chất hoạt động bề mặt lắng xuống đáy và pha nước phía trên.
• Nồng độ micen tới hạn: Ngưỡng nồng độ tối thiểu để các phân tử chất hoạt động bề mặt tự tập hợp thành các cấu trúc hạt mixen có khả năng hòa tan các hợp chất hữu cơ kỵ nước.
• Phức chelate Dithizone: Hợp chất phức vòng càng trung hòa điện tích được tạo thành giữa ion kim loại chì, cadimi với phối tử 1,5-Diphenylthiocarbazone, có tính kỵ nước cao và dễ dàng đi vào pha mixen.
• Chiết xuất xanh với Triton X-100: Kỹ thuật phân tách chất hoạt động bề mặt không ion thay thế hoàn toàn các dung môi hữu cơ bay hơi độc hại trong phân tích lượng vết.

Phương pháp nghiên cứu

Thực nghiệm phân tích được triển khai trên hệ thống thiết bị đo quang phổ hấp thụ nguyên tử Shimadzu AA-6800 sử dụng ngọn lửa không khí nén và khí đốt acetylen, kết hợp máy đo pH Hanna HI 2215 và cân phân tích Scientech có độ chính xác ± 0,0001 gam. Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ quá trình khảo sát các mẫu chuẩn kim loại của hãng Merck pha chế trong nền nước cất hai lần.

Quy trình phân tích gồm 3 giai đoạn chính:

• Giai đoạn tạo phức và hình thành mixen: Bổ sung thuốc thử Dithizone nồng độ 0,001 M hòa tan trong tetrahydrofuran cùng chất hoạt động bề mặt Triton X-100 nồng độ 3% vào dung dịch chứa ion kim loại chì và cadimi trong môi trường đệm phosphat 0,06 M ở pH kiểm soát.
• Giai đoạn tách pha nhiệt và ly tâm: Đưa hỗn hợp vào bể điều nhiệt ở nhiệt độ cân bằng thích hợp để kích hoạt quá trình tạo đám mixen, sau đó quay ly tâm từ 10 đến 15 phút nhằm thu hồi triệt để pha kết tụ lắng xuống đáy ống nghiệm.
• Giai đoạn hòa tan và đo phổ: Làm lạnh pha kết tụ trong hỗn hợp đá muối 10 phút, hòa tan lại bằng dung dịch axit nitric nồng độ 1 M pha trong dung môi metanol và dẫn mẫu vào máy đo quang phổ ngọn lửa.

Cỡ mẫu khảo sát được thiết kế đo lặp từ 3 đến 7 lần cho mỗi điểm thực nghiệm nhằm triệt tiêu sai số ngẫu nhiên. Phương pháp quét đơn biến từng thông số được lựa chọn nhằm xác định chính xác giá trị cực đại của tín hiệu độ hấp thụ quang. Việc kết hợp kỹ thuật chiết điểm mù với đầu dò ngọn lửa giúp nâng cao độ nhạy lên hàng chục lần, giải quyết hạn chế về giới hạn phát hiện của ngọn lửa mà không đòi hỏi chi phí đầu tư thiết bị lò graphit đắt tiền.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình khảo sát đã thiết lập được bộ thông số tối ưu cho phép đo quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa của hai nguyên tố. Vạch phổ hấp thụ nhạy nhất của chì là bước sóng 217,0 nm với độ hấp thụ quang đạt 0,0483 (vượt trội so với giá trị 0,0256 tại bước sóng 283,3 nm), trong khi vạch đo của cadimi là 228,8 nm với độ hấp thụ quang đạt 0,03507 (cao hơn 91,6% so với vạch 326,1 nm). Cường độ dòng đèn catot rỗng tối ưu đạt 12 mA cho chì và 7 mA cho cadimi trên giới hạn vận hành 20 mA của đèn. Độ rộng khe đo chuẩn hóa ở mức 0,5 nm cho cả hai nguyên tố. Chiều cao đèn nguyên tử hóa burner đạt 5,0 mm đối với chì và 7,0 mm đối với cadimi. Tốc độ dẫn khí cháy acetylen tối ưu lần lượt là 1,4 lít/phút cho chì và 1,6 lít/phút cho cadimi trong môi trường nền axit nitric 2%.

Đường chuẩn định lượng quang phổ F-AAS thể hiện mối tương quan tuyến tính chặt chẽ. Khoảng tuyến tính của chì đạt từ 1 ppm đến 10 ppm với hệ số tương quan R2 đạt 0,9975. Khoảng tuyến tính của cadimi đạt từ 0,5 ppm đến 5 ppm với hệ số tương quan R2 đạt 0,9974.

Đánh giá độ đúng và độ lặp lại qua 7 lần đo lặp trên mẫu chuẩn nồng độ 1 ppm chì cho giá trị hàm lượng trung bình đo được là 0,90 ppm, tương ứng độ thu hồi trung bình đạt 90,0% (dao động từ 88% đến 94%) với độ lệch chuẩn S = 0,021. Đối với mẫu chuẩn nồng độ 0,5 ppm cadimi, giá trị hàm lượng trung bình đạt 0,45 ppm, tương ứng độ thu hồi 90,0% (dao động từ 86% đến 94%) với độ lệch chuẩn S = 0,013.

Khảo sát sai số và độ lặp lại tại ba mức nồng độ 1 ppm, 3 ppm và 5 ppm chì cho thấy hệ số biến động CV giảm mạnh từ 1,1079% xuống 0,2527%, đồng thời sai số phần trăm tương đối giảm từ 3,7914% xuống còn 0,7273%, khẳng định độ ổn định của phép đo tăng cao ở các dải nồng độ lớn hơn.

Thảo luận kết quả

Tín hiệu hấp thụ quang đạt cực đại và ổn định nhất trong môi trường axit nitric 2% do axit nitric là axit dễ bay hơi trong ngọn lửa, không tạo ra các hợp chất muối bền nhiệt cản trở quá trình nguyên tử hóa như axit sunfuric hay axit clohidric, đồng thời ngăn chặn hiện tượng thủy phân ion kim loại trong dung dịch. Thuốc thử Dithizone phản ứng tạo phức chelate trung hòa kỵ nước với chì và cadimi trong môi trường đệm phosphat pH 8,0, tạo điều kiện để các hạt mixen Triton X-100 thu gom và làm giàu chất phân tích vào pha đáy khi nâng nhiệt độ vượt điểm mù 65 độ C.

So với phương pháp chiết lỏng - lỏng truyền thống sử dụng clorofom hay cacbon tetraclorua, kỹ thuật chiết điểm mù giúp loại bỏ 100% việc tiếp xúc với dung môi hữu cơ độc hại, giảm chi phí hóa chất và rút ngắn thời gian xử lý mẫu. So sánh với phương pháp Von - Ampe hòa tan anot hay kỹ thuật chiết pha rắn bằng vật liệu chitosan biến tính, quy trình chiết điểm mù kết hợp đầu dò quang phổ F-AAS mang lại độ lặp lại cao với hệ số biến động luôn duy trì dưới 1,2%, đồng thời triệt tiêu hiệu quả ảnh hưởng cản trở của các ion lạ trong nền mẫu nước tự nhiên. Các kết quả thực nghiệm được biểu diễn mạch lạc qua các đồ thị đường chuẩn tuyến tính và bảng đối sánh tín hiệu quang học, cung cấp cơ sở tin cậy cho việc thẩm định quy trình kiểm nghiệm.

Đề xuất và khuyến nghị

• Chuẩn hóa và ban hành quy trình phân tích CPE-FAAS cấp cơ sở: Các trung tâm quan trắc môi trường và phòng kiểm nghiệm cần nhanh chóng áp dụng bộ thông số tối ưu gồm hệ thuốc thử Dithizone, chất hoạt động bề mặt Triton X-100 nồng độ 3% và đệm pH 8,0 để phân tích định lượng vết chì và cadimi trong nguồn nước, hoàn thành việc xây dựng quy trình nội bộ trong vòng 6 đến 12 tháng nhằm kiểm soát nồng độ kim loại dưới ngưỡng 10 µg/L theo QCVN 6-1:2010/BYT.
• Chuyển đổi công nghệ xử lý mẫu xanh trong phòng thí nghiệm: Các viện nghiên cứu và trường đại học cần thay thế triệt để các kỹ thuật chiết lỏng - lỏng dùng dung môi clo hóa bằng kỹ thuật chiết điểm mù, đặt mục tiêu giảm 85% lượng dung môi hữu cơ độc hại phát thải ra môi trường trong giai đoạn 2024 đến 2026.
• Mở rộng phạm vi ứng dụng trên các nền mẫu sinh học và thực phẩm: Các cơ quan kiểm nghiệm an toàn vệ sinh thực phẩm nên nghiên cứu ứng dụng hệ chiết điểm mù để xác định hàm lượng chì và cadimi trong mẫu thủy hải sản, rau quả và nước giải khát, đặt mục tiêu đạt độ thu hồi từ 85% đến 105% trong lộ trình thử nghiệm 18 tháng.
• Nâng cao năng lực kỹ thuật và trang thiết bị cho kiểm nghiệm viên: Sở Tài nguyên và Môi trường cùng các cơ sở đào tạo cần tổ chức các khóa tập huấn chuyên sâu về kỹ thuật chiết micen và vận hành máy quang phổ hấp thụ nguyên tử, đảm bảo 100% nhân viên phân tích làm chủ quy trình làm giàu lượng vết kim loại trong thời hạn 6 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Hóa phân tích, Hóa môi trường: Tiếp cận khung lý thuyết chuẩn tắc về hóa học chất hoạt động bề mặt, cơ chế tạo phức chelate Dithizone và phương pháp tối ưu hóa thực nghiệm đơn biến trên thiết bị quang phổ nguyên tử.
• Kỹ thuật viên và chuyên viên phân tích tại các trung tâm quan trắc môi trường: Vận dụng trực tiếp các thông số kỹ thuật tối ưu như bước sóng 217,0 nm cho chì, 228,8 nm cho cadimi và nền axit nitric 2% để xây dựng phương pháp thử nghiệm đạt chuẩn ISO/IEC 17025.
• Kỹ sư công nghệ môi trường và quản lý chất lượng nguồn nước: Nắm bắt giải pháp phân tích vi lượng ở cấp độ phần triệu và phần tỷ nhằm giám sát định kỳ chất lượng nước sinh hoạt, nước đóng chai và nước ngầm theo các tiêu chuẩn y tế nghiêm ngặt.
• Giảng viên đại học và các nhà nghiên cứu Hóa học xanh: Sử dụng tài liệu làm bài giảng thực hành phân tích quang phổ và phát triển các đề tài nghiên cứu thay thế dung môi độc hại, giảm trên 90% lượng hóa chất nguy hại trong thực tập sinh viên.

Câu hỏi thường gặp

• Kỹ thuật chiết điểm mù có ưu thế vượt trội gì so với phương pháp chiết lỏng - lỏng truyền thống? Kỹ thuật chiết điểm mù sử dụng chất hoạt động bề mặt không ion Triton X-100 nồng độ 3% thay thế cho dung môi hữu cơ độc hại như clorofom hay ete. Phương pháp này an toàn cho người vận hành, giảm trên 80% chi phí hóa chất và mang lại hệ số làm giàu kim loại cao.

• Tại sao cần cố định cường độ dòng đèn catot rỗng ở mức 12 mA cho chì và 7 mA cho cadimi? Cường độ dòng đèn được chọn trong khoảng 60% đến 80% giới hạn tối đa 20 mA giúp đèn HCL hoạt động ổn định và kéo dài tuổi thọ. Mức 12 mA cho chì và 7 mA cho cadimi cho tín hiệu độ hấp thụ quang cao nhất với độ lệch chuẩn tương đối RSD luôn dưới 0,38%.

• Môi trường đệm phosphat pH 8,0 có vai trò như thế nào trong hệ chiết điểm mù? Tại giá trị pH 8,0, thuốc thử Dithizone phân ly tạo ion dithizonat có khả năng tạo phức chelate bền vững và kỵ nước nhất với chì và cadimi. Môi trường này giúp các hạt mixen bao bọc trọn vẹn phức kim loại, nâng cao hiệu suất chiết lên trên 90%.

• Giới hạn cho phép của chì và cadimi trong nước uống đóng chai theo quy chuẩn Việt Nam là bao nhiêu? Quy chuẩn QCVN 6-1:2010/BYT quy định hàm lượng chì tối đa trong nước uống đóng chai là 10 µg/L và cadimi là 3 µg/L. Trong nước ngầm theo QCVN 09:2008/BTNMT, giới hạn tối đa của chì là 10 µg/L và cadimi là 5 µg/L.

• Vì sao axit nitric 2% được lựa chọn làm nền mẫu tối ưu cho phép đo F-AAS? Axit nitric dễ bay hơi hoàn toàn trong ngọn lửa nguyên tử hóa mà không tạo ra các gốc muối bền nhiệt gây cản trở quang học. Môi trường axit nitric 2% giúp ổn định các ion kim loại trong dung dịch, đạt tín hiệu độ hấp thụ quang cao nhất với RSD dưới 0,54%.

Kết luận

• Tối ưu hóa thành công toàn bộ thông số đo phổ F-AAS với bước sóng 217,0 nm, dòng đèn 12 mA cho chì và bước sóng 228,8 nm, dòng đèn 7 mA cho cadimi trên nền axit nitric 2%.
• Xây dựng hoàn chỉnh quy trình chiết điểm mù xanh sử dụng hệ thuốc thử Dithizone và chất hoạt động bề mặt Triton X-100 nồng độ 3% ở môi trường đệm pH 8,0.
• Khẳng định độ tin cậy vượt trội của phương pháp với hệ số tương quan tuyến tính R2 trên 0,997, độ thu hồi trung bình đạt 90,0% và hệ số biến động CV duy trì dưới 1,11%.
• Cung cấp giải pháp phân tích thân thiện với môi trường, loại bỏ hoàn toàn việc sử dụng dung môi hữu cơ độc hại và tiết kiệm đáng kể chi phí kiểm nghiệm.
• Định hướng triển khai mở rộng phương pháp trên hệ thống phân tích dòng chảy tự động và ứng dụng kiểm soát độc chất trên các mẫu thực phẩm phức tạp trong thời gian 12 đến 24 tháng tới.

Hãy áp dụng ngay quy trình chiết điểm mù kết hợp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa vào phòng thí nghiệm của bạn để tối ưu hóa chi phí vận hành và nâng cao độ chính xác trong kiểm soát ô nhiễm kim loại nặng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

PHẦN MỞ ĐẦU Xã hội càng phát triển, vấn đề ô nhiễm môi trường càng đặt lên hàng đầu. Ô nhiễm môi trường từ nhiều nguồn khác nhau, vì vậy, đây là mối nguy cơ đe dọa sự sống của muôn loài. Quá trình đô thị hóa nhanh, công nghiệp hóa, hiện đại hóa ở các nước phát triển là nguy cơ gây ô nhiễm kim loại nặng cho môi trường nước, đất và không khí. Sự nhiễm độc bởi các kim loại nặng như Zn, Cd, Pb, Cu… gây ra những bệnh âm ỉ và nguy hại đối với con người và động vật.

Trong số các kim loại nặng thì đồng và kẽm là những nguyên tố cần thiết cho cơ thể ở nồng độ thấp, ở nồng độ cao chúng gây ra các vấn đề về tim mạch, tiêu hóa và thận có thể dẫn đến tử vong. Chì và cadimi là các kim loại có độc tính cao với động vật và con người có thể gây ra bệnh ung thư, bệnh về xương. Khi hàm lượng chì trong máu cao sẽ làm giảm hấp thụ vi chất. Gây thiếu máu, kém ăn và suy dinh dưỡng, từ đó làm giảm trí tuệ của trẻ em [9], [12],[14].

Vì vậy, việc xác định và kiểm soát được hàm lượng các kim loại nặng là việc làm cần thiết và cấp bách. Trong trường hợp này, tách và làm giàu các chất phân tích là rất cần thiết. Nhiều năm trước, các ứng dụng của hệ thống micellar đã được công nhận và khai thác trong các lĩnh vực khác nhau của hóa phân tích, chủ yếu là tập trung cải thiện, đổi mới phương pháp phân tích đã có, đồng thời, phát triển các phương pháp mới và trong đó có phương pháp chiết điểm mù (CPE). Với nhiều ưu điểm như: đơn giản, giá rẻ, chất lượng cao, hiệu quả và ít độc hại so với việc sử dụng dung môi hữu cơ.

Cho đến nay, CPE đã được sử dụng để tách chiết, làm giàu các ion kim loại sau khi hình thành tạo phức. Sau đó phức được xác định bằng các phương pháp phổ. Phương pháp (CPE) đã cải thiện và khắc phục được độ nhạy và tính chọn lọc trước khi dùng quang phổ nguyên tử. Vì vậy, CPE đang trở thành một ứng dụng quan trọng và thiết thực trong hóa phân tích.

Lê Thị Hạnh 12 Cao học K22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Hóa phân tích Từ những yêu cầu thực tiễn trên, chúng tôi đã chọn nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chiết điểm mù (cloud point extraction) và phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) xác định lượng vết một số ion kim loại”. * Với mục tiêu nghiên cứu các nội dung sau: 1. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tách chiết lượng vết ion kim loại bằng phương pháp chiết điểm mù như : - Ảnh hưởng chất hoạt động bề mặt - Ảnh hưởng pH - Ảnh hưởng nhiệt độ, thời gian, tốc độ ly tâm tách pha - Ảnh hưởng nồng độ thuốc thử - Ảnh hưởng nồng độ dung dịch đệm - Ảnh hưởng của độ nhớt - Ảnh hưởng của các ion lạ có mặt trong mẫu phân tích 2. Thẩm định phương pháp phân tích độ lặp lại, độ đúng , hiệu suất thu hồi, khoảng tuyến tính, LOD, LOQ và phân tích mẫu chuẩn.

Ứng dụng phân tích các mẫu thực tế * Ý nghĩa khoa học của đề tài: - Xây dựng quy trình phân tích lượng vết một số ion kim loại có trong các đối tượng khác nhau bằng kỹ thuật chiết điểm mù và phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử. - Góp phần nghiên cứu phát triển, hoàn thiện và mở rộng phạm vi ứng dụng của các phương pháp chiết hiện đại trong việc phân tích dạng tồn tại của các nguyên tố kim loại. - Tạo cơ sở cho việc xây dựng các tiêu chuẩn môi trường dựa trên sự tồn tại các dạng có độc tính và mức độ đáp ứng sinh học khác nhau của các nguyên tố kim loại trong môi trường. Lê Thị Hạnh 13 Cao học K22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Hóa phân tích CHƢƠNG 1.

Vấn đề ô nhiễm nguồn nƣớc 1. Tài nguyên nƣớc Theo các tài liệu thống kê gần đây của một số tổ chức quốc tế (UNDP, FAO, WB.) nước chiếm 3/4 bề mặt Trái Đất (khoảng 1,44. Trong đó ,chỉ có 2,5% là nước ngọt, còn 97,5% là nước mặn. Trong 2,5% nước ngọt trên Trái Đất thì có 97% nước ở thể băng, 20% ở dạng nước ngầm khó khai thác, chỉ còn 1% trên bề mặt.

Thực tế, nước có thể sử dụng chiếm khoảng 0,31%. Mặc dù lượng nước của cả thế giới là 1,44.109 tỉ m3, nhưng nước phân bố không đều trên Trái Đất. Chẳng hạn, ở sa mạc lượng mưa trung bình là dưới 100mm/năm, trong khi ở vùng nhiệt đới lượng mưa có thể đạt 5. Nước ngọt dùng cho sinh hoạ t chiếm 8%, cho công nghiệp chiếm 23% và cho hoạt động nông nghiệp là 63%.

Nước ngọt được sử dụng trên phạm vi toàn cầu đã tăng gấp 6 lần trong giai đoạn 1990-1995, lớn hơn gấp 2 lần tỉ lệ tăng dân số. Việt Nam là quốc gia nằm trong vành đai khí hậu nhiệt đới gió mùa nên có tài nguyên nước dồi dào so với các nước trên thế giới, lượng mưa trung bình khoảng 2000mm/năm, gấp 2,6 lần lượng mưa trung bình của các vùng lục địa trên thế giới. Nguồn tài nguyên nước của Việt Nam tương đối phong phú nhưng phân bố không đều và dao động rất phức tạp theo thời gian, nhất là các mạch nước ngầm. Nguyên nhân và tác hại của ô nhiễm nguồn nƣớc a) Nguyên nhân ô nhiễm nguồn nƣớc Tốc độ công nghiệp hoá, đô thị hoá khá nhanh và sự gia tăng dân số đã gây áp lực nặng nề đối với tài nguyên nước trong vùng lãnh thổ.

Môi trường nước ở nhiều khu đô thị, khu công nghiệp và làng nghề ngày càng bị ô nhiễm. Ô nhiễm nước do sản xuất công nghiệp là rất nặng. Ví dụ, ở các ngành công nghiệp dệt may, ngành công nghiệp giấy và bột giấy, nước thải thường có độ pH trung bình từ 9-11, chỉ số Lê Thị Hạnh 14 Cao học K22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Hóa phân tích nhu cầu ôxy sinh hoá (BOD) lên đến 700mg/1, nhu cầu ôxy hoá học (COD) là 2.500mg/1, hàm lượng chất rắn lơ lửng. cao gấp nhiều lần giới hạn cho phép.

Hàm lượng nước thải của các ngành này có chứa xyanua (CN-) vượt đến 84 lần, H2S vượt 4,2 lần, hàm lượng NH3 vượt 84 lần tiêu chuẩn cho phép nên đã gây ô nhiễm nặng nề các nguồn nước bề mặt trong vùng dân cư. Tình trạng ô nhiễm nước ở các đô thị, không có hệ thống xử lý tập trung mà tự do thải nước và rác sinh hoạt ra nguồn tiếp nhận (sông, hồ, kênh, mương). Mặt khác, còn rất nhiều cơ sở sản xuất không xử lý nước thải, phần lớn các bệnh viện và cơ sở y tế lớn chưa có hệ thống xử lý nước thải, một lượng rác thải rắn lớn trong thành phố không thu gom hết được…là những nguồn quan trọng gây ra ô nhiễm nguồn nước. Ở nước ta hiện nay, khu vực nông thôn và sản xuất nông nghiệp có gần 76% dân số đang sinh sống với cơ sở hạ tầng còn lạc hậu, phần lớn các chất thải của con người và gia súc không được xử lý thấm xuống đất hoặc bị rửa trôi, gây ra tình trạng ô nhiễm nguồn nước về mặt hữu cơ và vi sinh vật ngày càng cao.

b) Tác hại ô nhiễm nguồn nƣớc Các hợp chất hữu cơ, thuốc trừ sâu, thuốc diệt côn trùng, diệt cỏ, thuốc kích thích tăng trưởng, thuốc bảo quản thực phẩm, phốt pho. gây ngộ độc, viêm gan, nôn mửa. Tiếp xúc lâu dài sẽ gây ung thư nghiêm trọng các cơ quan nội tạng. Các kim loại nặng như: titan, sắt, chì, cadimi, asen, thuỷ ngân, kẽm,… gây đau thần kinh, thận, hệ bài tiết, viêm xương, thiếu máu, ung thư,… Khi nước bị nhiễm kim loại nặng và các hợp chất độc hại thì các loài động vật, thực vật sống trong nước đó sẽ nhiễm độc.

Con người bị nhiễm độc qua thức ăn, gây ra các bệnh về hệ thống tiêu hóa, bệnh đường ruột, kiết, thương hàn, tả,. Mặt khác, ô nhiễm nguồn nước gây tổn thất lớn cho các ngành sản xuất công nghiệp, du lịch - dịch vụ, sản xuất nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản. Theo thống kê, có khoảng 1/3 dân số trên thế giới đang sống ở những vùng thiếu nước, nơi mà nhu cầu sử dụng nước cao hơn 10% nguồn nước có thể tái tạo được, khoảng 20% dân số thế giới sẽ không có nước sạch để uống và khoảng 50% dân số không đủ điều kiện vệ sinh. Lê Thị Hạnh 15 Cao học K22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành Hóa phân tích Tình trạng ô nhiễm nguồn nước nói chung và ô nhiễm kim loại nặng nói riêng đã và đang là vấn đề cấp bách mang tính toàn cầu, nó không là vấn đề của riêng quốc gia nào trên thế giới.

Tác hại của kim loại nặng Kim loại nặng (KLN): là những kim loại có khối lượng riêng > 5g/cm3, ví dụ: crôm (7,15g/cm3), chì (11,34 g/cm3), thủy ngân (15,534 g/cm3), cadimi (8,65 g/cm3), asen (5,73 g/cm3), mangan (7,21 g/cm3),. Việc nhận biết nước bị ô nhiễm có thể căn cứ vào trạng thái hoá học,vật lý, sinh học của nước. Ví dụ: khi nước bị ô nhiễm sẽ có mùi khó chịu, vị không bình thường, màu không trong suốt, số lượng cá và các thuỷ sinh vật khác giảm, nhiều bùn, có váng dầu mỡ trên mặt nước… Kim loại nặng không độc khi ở dạng nguyên tố tự do nhưng độc ở dạng ion vì nó có thể gắn kết các chuỗi cacbon ngắn khó đào thải và gây ngộ độc. Hậu quả chung của ô nhiễm kim loại nặng là tỉ lệ người mắc các bệnh cấp và mãn tính như: tác động lên hệ thống enzim trong cơ thể gây rối loạn sinh hóa, gây ung thư, bệnh gan, các bệnh về da, thận, đột biến trên tất cả bộ phận của cơ thể, bệnh về thần kinh, kém phát triển tư duy, các bệnh ung thư, bệnh phổi, giảm khả năng miễn dịch.…và nặng có thể dẫn đến tử vong.

+ Crôm (Cr) gây ra các bệnh ngoài da, các bệnh hô hấp như: viêm phế quản, viêm thanh quản, ngứa mũi, hắt hơi, chảy nước mũi, niêm mạc mũi bị sưng đỏ và có tia máu, tiêu hóa kém, gây mụn cơm ở da. Và nếu mức độ nhiễm độc nặng thì crôm gây ra viêm thận, ung thư gan, ung thư phổi,… Hàm lượng crôm cho phép trong nước uống đóng chai là 50µg/L (QCVN 6-1:2010/BYT), trong nước ngầm là 50µg/L (QCVN 09:2008/BTNMT).