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 luanvanchat@agmail.com 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 luanvanchat@agmail.com 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 luanvanchat@agmail.com 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 luanvanchat@agmail.com 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).