Luận án tiến sĩ hóa học - Ứng dụng kỹ thuật chiết pha rắn và phân tích hóa lý hiện đại

ĐẠI HỌC QUOC GIA HA NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHAM HONG QUẦN G DUNG KĨ THUAT CHIET PHA RAN VÀ PHƯƠNG PHAP PHAN TICH HOA LY HIEN DAI DE XAC DINH VA DANH GIA HAM LƯỢNG MOT SO ION KIM LOẠI NANG TRONG MAU NUOC TOM TAT LUẬN ÁN TIEN SĨ HOA HOC HA NỘI - 2011 MỤC LỤC PHAN I: MỞ ĐẦU .- 05-5222 2EttrHgreeree PHAN II: NỘI DUNG LUẬN ÁN .- 5-5-5 SE E2EEEEEeErkerkrree CHƯƠNG 1. Tổng quan về kim loại nặng và phương pháp xác định kim 8 1. Trạng thái tự nhiên và nguồn phát tán kim loại nặng. Độc tố của kim loại I0 50.

Các phương pháp xác định lượng vết kim loại nặng. Phương pháp plasma cao tan cảm ứng - khối phổ 92. Phương pháp quang phô hap thụ nguyên tử (AAS). Phương pháp phân tích điện hóa.

Phương pháp chiết pha rắn và một số phương pháp khác tach và làm giàu lượng vết kim loại nặng. Cơ sở lý thuyết chung về chiết pha răn. Khái niệm về chiết pha ran (SPE). Cơ chế lưu giữ chất phân tích trên cột chiết pha rắn 1.

Ưu điểm của chiết pha ran dé tách, làm giàu lượng vết kim lOại nặngØ. Một số phương pháp tách và làm giàu lượng vết kim i ¬ ~ 0i 0117.1 Phuong pháp cộng kẾT.--¿- - 2+ +SE+E+EE+E#EEEEEEEEEEEeEkrkererkre 1.2 Phương pháp chiết lỏng — lỏng.---- - 2 + 25s s+Ez£zEz£zzsze 1.3 Phương pháp chiết pha rắn. Phương pháp phân tích thống kê đa biến xác định nguồn gốc và phân loại đối tượng gây ô nhiễm .--- ¿2 ¿2+ ££E+Ez£E+Ez£szEere 1.1 Phân tích thành phần chính (PCA)).--- 2-5 2©s+£zs+xz£zkzEerxze 1.2 Phân tích nhóm (CA) .--------- 3S SE SE E113 313333 re, CHƯƠNG 2.1 Đối tượng và mục tiêu nghiên CỨu.2 Nội dung và phương pháp nghiên CỨu.1 Nội dung nghiÊn CỨU.2 Phương pháp nghiÊn CỨU.1 Phương pháp khối phố plasma cao tần cảm ứng ICP- MS xác định các kim loại nặng.2 Phuong pháp quang phố hap thụ nguyên tử (AAS) xác định thủy ngân, aS€n.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM.4 Phương pháp xác định diện tích bề mặt bang thuyết hấp phụ BETT.--- 2 SE SEEE2EEEE9E121E1111211111111115 11111111111 c0 2.5 Phương pháp phổ hồng ngoại .6 Phương pháp xác định cỡ hat .3 Hóa chat, thiết bị và dụng cụ thí nghiệm .2 Thiết bị thí nghiệm .3 Dụng cụ thí nghiỆm.4 Tiến hành thí nghiệm .-- ¿2 ¿2E £+E+EEEEE£EE£EEEEEEEEEEEEEEEEEEerkrrrre 2.1 Điều chế vật liệu hấp 5.2 Nghiên cứu tach và làm giàu lượng vết asen.3 Nghiên cứu tách chất và làm giàu lượng vết thủy ngân.4 Lay mẫu, bảo quản mẫu nước ngầm .1 VỊ trí lẫy mẫu.2 Lay mẫu và tiền xử lý mẫu.5 Phương pháp thống kê xử lý số liệu phân tích.1 Phương pháp đánh giá mức độ ô nhiễm.2 Phương pháp đánh giá nguồn gốc, phân bố ô nhiễm. CHƯƠNG 3 KET QUA VÀ THẢO LUẬN.

Nghiên cứu ứng dụng phương pháp ICP-MS và HVG- AAS, CV-AAS xác định lượng vết các kim loại Tặng. Xác nhận giá trị sử dung của phương pháp khối phố plasma cảm ứng (ICP-IM). Khoảng tuyến tính.--- ¿5 SE keEE+E‡EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEkrkrkrree 3. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng.

Đánh giá độ chính xác (độ đúng và độ chụm) của 3. Xác nhận giá tri sử dụng của phương pháp HVG-AAS xác định asen và phương pháp CV-AAS xác định thủy ngân. Khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của phép đo 3. Giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ) và đánh giá phương pháp phép đo thuỷ ngân trên hệ MVU-AAS và phép đo asen trên hệ HVG-AAS.

Nghiên cứu tách các dạng asen vô cơ và làm giàu asen, thủy ngân bằng phương pháp chiết pha rắn. Nghiên cứu điều kiện biến tính bề mặt y-AlaOs làm pha tĩnh trong kĩ thuật chiết pha rắn. Chế tạo vật liệu y-Al,03-SDS-APDC (M;). Chế tạo vật liệu y-AlaOs-SDS-dithizon (M¿).

Xác định tính chất vật lý của vật liệu hấp phụ. Khảo sát độ bên của vật liệu đối với axÍt. Hình dạng SEM của vật liệu. Xác định diện tích bề mặt riêng (BET) và thể tích lỗ xốp CUA Vật lIỆU.

Xác định kích thước vật liệu. Xác định các nhóm chức. Ứng dụng vật liệu hấp phụ dé tách, làm giàu và xác định lượng vết Hg. Nghiên cứu khả năng làm giàu lượng vết Hg(II) theo phurong phap tinh SH 'ẳỒẦ.

Nghiên cứu kha năng làm giàu lượng vết Hg(I1) theo phương pháp động. Xác định hệ số làm giàu, khả năng tái sử dụng cột chiết và đánh giá phương pháp SPE- CV- AAS. Ung dụng phân tích mẫu thực tẾ. Ứng dụng vật liệu M, làm giàu và xác định lượng vết asen.

Nghiên cứu khả năng hap phụ As(III), As(V) theo phurong phap tinh0007. Nghién ctru kha nang hap phu As(III) theo phuong 3. Xác định hệ số làm giàu, khả năng tái sử dụng cột chiết và đánh giá phương pháp SPE- HG- AAS. Ứng dụng phân tích mẫu thực tẾ.

Phân tích và đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong nước ngầm Nam Tân, Nam Sách, Hải Dương. Kết quả phân tích mẫu nước ngẫm. Đánh giá mức độ ô nhiễm, xác định phân bố không gian và nguồn gốc phát tán kim loại nặng trong nước ngầm. Đánh giá mức độ ô nhiễm.

Nghiên cứu ứng dụng phương pháp phân tích thống kê đa biến xác định phân bố không gian và nguồn gốc phát tán các kim loại nặng. Danh mục các công trình khoa học của tác giả đã công bố liên quan đến đề tài luận án.-- - 2E SE E‡EE+E#EE+EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrkrre TÀI LIEU THAM KHAO 137 PHAN I: MO DAU * Tinh cấp thiết của dé tài Cùng với sự phát triển nhanh chóng của xã hội hiện đại, vẫn đề ô nhiễm môi trường ngày nay đang trở thành mối quan tâm chung của nhân loại. Số lượng các độc chất phân tán trong môi trường có chiều hướng tăng lên do các hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp và tiêu thụ đa dạng của con người ngày một gia tăng. Một trong số những độc chất gây ô nhiễm mang độc tính cao phải kế đến các kim loại nặng như chì, cadimi, sắt, niken, coban, mangan, đồng, kẽm, crom, đặc biệt là asen và thủy ngân đã và đang phân tán nhanh trong môi trường theo nhiều con đường khác nhau.

Tuy nhiên, một khó khăn thường gặp là hàm lượng các ion kim loại nặng trong mẫu phân tích thường thấp hơn giới hạn định lượng của các thiết bị phân tích thông thường. Chính vì vậy việc ứng dụng các kĩ thuật tách, làm giàu là hết sức cần thiết. Với nhiều ưu điểm nổi bật của kĩ thuật chiết pha rắn so với các kĩ thuật khác là độ chọn lọc, hệ số làm giàu cao, kĩ thuật tiến hành đơn giản, thuận lợi cho việc chuẩn bị mẫu ở hiện trường, dễ bảo quản trong phòng thí nghiệm, dễ tự động hóa và tương đối rẻ tiền. Điều này cho phép ứng dụng kĩ thuật chiết pha ran một cách hiệu qua trong các phòng thí nghiệm.

Xuất phát từ những mục tiêu trên chúng tôi đã chọn đề tài: Ứng dụng kĩ thuật chiết pha rắn và phương pháp phân tích hóa lý hiện đại để xác định và đánh giá hàm lượng một số ion kim loại nặng trong mẫu nước. Những điểm mới của luận án 1. Điều chế được loại vật liệu mới y-AlaOs-SDS-APDC (Mj) và y-AlaOs-SDS-dithizon (M2) sử dụng làm pha tinh trong ki thuật chiết pha rắn làm giàu lượng vết ion kim loại nặng. Ung dung vật liệu y-AlyO3-SDS-APDC (M,;) vào làm giàu As(III) và tách loại dạng As(HI) khỏi As(V) trong các mẫu nước.

Ứng dụng vật liệu y-AlzO:-SDS-APDC (M;) và y-AlaOa- SDS-dithizon (M2) vào làm giàu Hg(1II) trong mẫu nước. Sử dụng phương pháp phân tích thống kê đa biến tìm nguồn gốc ô nhiễm, khả năng lan truyền ô nhiễm ion kim loại nặng trong môi trường nước ngầm xã Nam Tân, Nam Sách, Hải Dương. * Bỗ cục của luận án Luận án gồm 136 trang, 75 bảng biểu, 59 hình vẽ và 125 tài liệu tham khảo. Bồ cục của luận án như sau: Phan I: Mở dau Phan II: Nội dung luận án Chương 1: Tổng quan tải liệu Chương 2: Thực nghiệm Chương 3: Kết quả và thảo luận Phân III: Kết luận Tài liệu tham khảo Phụ lục PHẢN II: NỘI DUNG LUẬN ÁN Chương 1.

Tổng quan Chương I được trình bay trong 25 trang, trong đó giới thiệu chung về kim loại nặng: độc tố của kim loại nặng, trạng thái tự nhiên và nguồn phát tán kim loại nặng. Chúng tôi giới thiệu một số phương pháp xác định lượng vết kim loại nặng trong môi trường nước và tổng kết một số phương pháp tách và làm giàu lượng vết kim loại nặng. Tiếp đó, chúng tôi giới thiệu chung về lý thuyết chiết pha rắn làm giàu lượng vết ion kim loại nặng: Khái niệm về chiết pha rắn, cơ chế lưu giữ chất phân tích trên cột chiết pha rắn, ưu điểm của kỹ thuật chiết pha rắn so với chiết lỏng-lỏng. Cuối cùng, chúng tôi giới thiệu về phương pháp phân tích thống kê đa biến xác định nguồn gốc và phân loại đối tượng gây ô nhiễm.

Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu phát triển phương pháp phân tích lượng vết thủy ngân vô cơ, phân tích dạng As(III), As(V) vô cơ băng phương pháp quang pho hap thụ nguyên tử sau khi làm giàu bang kỹ thuật chiết pha rắn và phân tích lượng vết các ion đồng, chì, cadimi, kẽm, coban, niken, mangan, sắt, crom trong môi trường nước ngầm bằng phương pháp ICP-MS. Đối tượng nghiên cứu là mẫu nước ngầm có chứa lượng vết các kim loại nặng độc hại như asen, thuỷ ngân, đồng, chi, cadimi, kẽm, coban, niken, mangan, sat, crom. Mau nước được lay theo khoảng cách và độ sâu dé đánh giá nguồn gốc, sự phân bố và mức độ lan truyền ô nhiễm. Ngoai ra mẫu được lấy theo mùa mưa và mùa khô dé đánh giá sự biến đổi hàm lượng các kim loại nặng theo mua.

Nội dung và phương pháp nghiên cứu 2. Nội dung nghiên cứu Đề đạt được các mục tiêu đề ra, luận án đã thực hiện các nội dung nghiên cứu cụ thê sau: 1. Nghiên cứu chế tạo vật liệu chiết pha ran dé tách và làm giàu lượng vết các dạng As(III), As(V) vô cơ, làm giàu lượng vết Hg(II) trong môi trường nước. Nghiên cứu xây dựng quy trình tách va làm giàu As(HI), As(V) trong môi trường nước băng vật liệu chiết pha ran sau đó xác định bằng phương pháp HG-AAS.

Nghiên cứu quy trình tách, làm giau Hg(H) trong môi trường nước sử dụng vật liệu chiết pha rắn và xác định bằng phương pháp CV-AAS. Ứng dụng kết quả phân tích, kết hợp phương pháp phân tích thống kê đa biến đánh giá sự phân bố về không gian, nguồn gốc, khả năng lan truyền ô nhiễm các kim loại nặng trong môi trường nước ngầm thuộc huyện Nam Sách - Hải Dương.