Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
ĐẶNG QUỐC TRUNG
XÁC ĐỊNH ASEN TRONG CHÈ XANH
Ở THÁI NGUYÊN BẰNG PHƯƠNG PHÁP
PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS NGUYỄN ĐĂNG ĐỨC Thái Nguyên – Năm 2011
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu
của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
Chƣơng 1 2
TỔNG QUAN 2
1.1. Giới thiệu chung về cây chè 2
1.1.1. Đặc điểm và thành phần 2
1.1.2. Công dụng của cây chè 2
1.2. Giới thiệu về nguyên tố Asen 3
1.2.1.Vị trí, cấu hình electron và trạng thái tự nhiên 3
1.2.2.Tính chất vật lí, tính chất hoá học 4
1.2.3. Hợp chất của asen và tính chất của chúng 6
1.2.4. Các phản ứng đặc trưng của hợp chất asen 8
1.3. Sự ô nhiễn Asen và độc tính của nó 9
1.3.1. Nguồn gốc sự ô nhiễm Asen 9
1.3.2. Ô nhiễm asen trên thế giới 10
1.3.3. Ô nhiễm asen ở Việt Nam 12
1.3.4. Độc tính của asen 13
1.4. Phương pháp điện phân 15
1.5. Các phương pháp xác định Asen 15
1.5.1. Các phương pháp khối lượng 16
1.5.2. Các phương pháp phân tích thể tích 18
1.5.3.Các phương pháp đo quang 19
3.2. Khảo sát các điều kiện nguyên tử hoá mẫu 36
3.2.1. Nhiệt độ sấy khô mẫu 37
3.2.2. Khảo sát nhiệt độ tro hoá luyện mẫu 37
3.2.3. Khảo sát nhiệt độ nguyên tử hoá mẫu 38
3.2.4.Các điều kiện khác 39
3.3.Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo GF - AAS 39
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
3
3.3.1.Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit và loại axit 39
3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của chất cải biến nền (chất cải biến hóa học) 40
3.3.3. Khảo sát thành phần mẫu 42
3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của các cation và anion 43
3.5 Phương pháp đường chuẩn đối với phép đo GF – AAS 48
3.5.1 Khảo sát khoảng tuyến tính 48
3.7.2. Xây dựng đường chuẩn 49
3.4.2. Đánh giá sai số, giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng và độ lặp
lại của phép đo 52
3.4.3. Tóm tắt các điều kiện đo phổ của Asen 54
3.5. Xác định Asen trong chè xanh 54
3.5.1 Địa điểm thời gian lấy mẫu và ký hiệu mẫu 54
3.5.2. Chuẩn bị mẫu phân tích 56
3.5.3. Kết quả phân tích các mẫu chè xanh 56
3.5.4: Kiểm tra quá trình sử lý mẫu 57
KẾT LUẬN 61
TÀI LIỆU THAM KHẢ0 62
PHỤ LỤC 65
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
5
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Các thông số vật lí của Asen 5
Bảng 1.2: Một số thông số vật lí của các hợp chất của Asen 6
Bảng 1.3: Tình hình ô nhiễm asen tại một số vùng quốc gia trên thế giới 11
Bảng 1.4: Tiêu chuẩn Việt Nam về hàm lượng As trong nước (Tiêu chuẩn
Việt Nam 2007) 15
Bảng 3.1: Khảo sát vạch đo của Asen 34
Bảng 3.2: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào cường độ dòng đèn 36
Bảng 3.3: Kết quả khảo sát nhiệt độ tro hoá của Asen 38
Bảng 3.4: Kết quả khảo sát nhiệt độ nguyên tử hoá mẫu 39
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của nồng độ axit và loại axit 40
Bảng 3.6. Khảo sát ảnh hưởng của chất cải biến hóa học 41
Bảng 3.7: Khảo sát nồng độ Mg(NO
3
)
2
42
Bảng 3.8: Kết quả khảo sát sơ bộ thành phần mẫu 43
Bảng 3.9: Ảnh hưởng của kim loại kiềm đến phổ hấp thụ của Asen 44
Bảng 3.10: Ảnh hưởng kim loại kiềm thổ đến phổ hấp thụ của Asen 44
Bảng 3.11: Ảnh hưởng của kim loại nhóm III, IV đến phổ hấp thụ của Asen 44
Bảng 3.12: Ảnh hưởng của nhóm kim loại nặng đến phổ hấp thụ của Asen 45
Bảng 3.13: Ảnh hưởng của nhóm kim loại màu đến phổ hấp thụ của Asen 45
Bảng 3.14: Ảnh hưởng của tổng cation 45
Bảng 3.15: Ảnh hưởng của nhóm anion đến phép đo phổ hấp thụ của Asen . 46
Hình 2.4: Cuvet Graphite 30
Hình 2.5: Hệ lò Graphite nguyên tử hoá mẫu 31
Hình 2.6: Hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AA-6300 31
Hình 3.1: Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính của Asen 49
Hình 3.2: Phổ hấp thụ của Asen 50
Hình 3.3: Đồ thị và phương trình đường chuẩn của Asen 51 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1
MỞ ĐẦU
Hiện nay môi trường nông nghiệp nói riêng đang chịu ảnh hưởng
nghiêm trọng bởi sự gia tăng phế thải. Phần lớn nguồn phế thải chưa được xử
lí đều đổ vào môi trường đất, nước, làm cho môi trường ngày càng bị ô
nhiễm. Phế thải công nghiệp, phế thải sinh hoạt, phế thải các mỏ khai thác
khoáng sản, hoá chất nông nghiệp tồn dư đi vào nước, vào không khí rồi tích
tụ trong đất, làm cho đất bị thoái hoá, làm giảm năng suất, chất lượng sản
phẩm, đặc biệt là sản phẩm nông nghiệp sản xuất trên khu vực đất bị ô nhiễm
có thể trở thành độc hại cho người sử dụng.
Thái Nguyên là khu vực có nhiều mỏ khoáng sản đang khai thác, các
khu công nghiệp đồng thời cũng là vùng sản xuất chè đặc sản. Đất, nước sản
xuất nông nghiệp ở khu vực khai thác khoáng sản, công nghiệp thường bị ô
nhiễm trong đó có kim loại nặng. Chè có thể bị nhiễm một số kim loại nặng từ
đất, nước, và không khí. Vì vậy, cần phải quan tâm nghiên cứu và kiểm tra
khống chế các chất có hại, đặc biệt là các kim loại nặng ảnh hưởng trực tiếp
đến sức khoẻ con người. [17]
“Xác định Asen trong chè xanh ở Thái Nguyên bằng phƣơng pháp
phổ hấp thụ nguyên tử ” là một trong các nghiên cứu phục vụ mục tiêu nói trên.
polyphenolic (flavonoid, catechol, tanin) các alcaloid cafein, theophyllin,
theobromin, xanthin. Còn có các vitamin C, B
1
, B
2
, B
3
và các men.
Cây chè được sử dụng cành lá nấu nước uống gọi là chè tươi. Chè hái
búp và lá non, vò rồi sao để làm chè hương pha nước uống gọi là trà. Hoặc để
cho chè lên men sau đó phơi sấy khô làm chè mạn hay chế thành chè đen.
1.1.2. Công dụng của cây chè
Chè đã được sử dụng hơn 2000 năm trước Công nguyên. Do có cafein
và theophyllin, chè là một chất kích thích não, tim và hô hấp. Nó tăng cường
sức làm việc trí óc và của cơ, làm tăng hô hấp, tăng cường và điều hoà nhịp
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
3
đập của tim. Nó cũng lợi tiểu, làm dễ tiêu hoá. Sự có mặt của các dẫn xuất
polyphenolic làm cho tác dụng của chè đỡ hại hơn và kéo dài hơn cafein. Các
flavonol và polyphenol làm cho chè có tính chất của vitamin P. Tuy vậy, nếu
sử dụng kéo dài với liều cao, chè có thể gây nhiễm độc mãn tính, biểu hiện
bởi sự mất ngủ, sự gầy yếu, mất cảm giác ngon miệng, có rối loạn thần kinh.
Tác dụng của cây chè: Thanh nhiệt, giải khát, tiêu cơm, lợi tiểu, định
thần, làm cho đầu não được thư thái, da mát mẻ, khỏi chóng mặt, bớt mụn
nhọt, và cầm tả lị. Chè thường được dùng trong các trường hợp: Tâm thần mệt
mỏi, ngủ nhiều, đau đầu, mắt mờ, sốt khát nước, tiểu tiện không lợi, ngộ độc
rượu. Hoặc nấu nước rửa vết bỏng, lở loét sẽ nhanh ra da và lên da non.
1.2. Giới thiệu về nguyên tố Asen
% tổng số nguyên tử trong vỏ trái đất là
nguyên tố giàu thứ 20 sau các nguyên tố khác. Trong vỏ trái đất, Asen nguyên
chất là kim loại màu xám, nhưng dạng này ít tồn tại trong tự nhiên. Người ta
tìm thấy As tồn tại ở dạng hợp chất với một hay một số nguyên tố khác như
Oxi, Clo, Lưu huỳnh,… Asen kết hợp với các nguyên tố trên tạo thành các
hợp chất asen vô cơ như các khoáng vật, đá thiên thạch: Reagal (AsS),
orpiment (As
2
S
3
), Arsenolite (As
2
O
3
), Arsenopyrite (FeAs
2
, FeAsS,
AsSb)…Hợp chất của Asen với cacbon và hidro gọi là hợp chất asen hữu cơ.
Thường các dạng hợp chất hữu cơ của asen ít độc hơn hợp chất asen vô cơ.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
4
Trong thuỷ quyển Asen tồn tại dưới dạng muối asenat hoặc asenic.
Trong sinh quyển asen tồn tại ở dạng asenmetyl do chuyển hoá sinh học.
Nồng độ asen trong nước tự nhiên ít khi vượt quá 10
g/l . Trong nước mưa
asen có từ 0,04 - 0,1
(3-x)
H
x
AsO
3
(3-
CH
3
As(O)(OH)
2
(CH
3
)
2
As(O)OH
Asenat Asenic Metylamin Dimetylamin
Vi khuẩn khử Vi khuẩn metyl hoá
Hình 1.1. Vòng tuần hoàn của Asen trong môi trƣờng
1.2.2.Tính chất vật lí, tính chất hoá học [9], [14],[15]
Asen có một vài dạng thù hình, dạng kim loại và dạng không kim loại.
Ở dạng không kim loại asen được tạo nên khi làm ngưng tụ hơi của nó. Đó là
chất rắn màu vàng gọi là Asen vàng, có mạng lưới phân tử giống Phốt pho
trắng, tại các mắt của mạng lưới là phân tử As
4
. So với phốt pho trắng, asen
vàng kém bền hơn nhiều, ở nhiệt độ thường dưới tác dụng của ánh sáng nó
8
Asen là nguyên tố vừa có tính kim loại vừa có tính phi kim. Về lý tính
nó có tính chất giống kim loại, còn hoá tính lại giống các phi kim.
Khi đun nóng trong không khí nó cháy tạo thành As
2
O
3
màu trắng.
4As + 3O
2
= 2As
2
O
3
Ở dạng bột nhỏ As có thể bốc cháy trong khí Clo tạo thành triclorua
2As + 3Cl
2
= 2AsCl
3
Khi đun nóng As tương tác với Br, S, kim loại kiềm, kiềm thổ và một
số kim loại khác tạo nên asenua.
2As + 3M = M
3
As
2
(M = Mg, Ca, Cu)
2As + M = MAs
2As + 6NaOH = 2Na
3
AsO
3
+ 3H
2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
6
1.2.3. Hợp chất của asen và tính chất của chúng
Bảng1.2. Một số thông số vật lí của các hợp chất của Asen
Hợp chất
Khối
lượng
nguyên
tử(g/mol)
Trạng
thái
Nhiệt độ
sôi (
0
C)
Nhiệt độ
đông
đặc(
0
C)
Khối
)
229,84
Rắn
315
4,32
Asen(III)clorua
(AsCl
3
)
181,28
Lỏng
131,4
-16,2
2,16
Asen(III)florua
(AsF
3
)
131.92
Lỏng
57,8
-5,94
2,73
Asen(V)florua
(AsF
5
)
169,91
Khí
Rắn
723
310
3,43
Asen(V)sulfua
(As
2
S
5
)
310,17
Rắn
Asensulfua
(As
4
S
4
)
427,92
Tinh thể
rắn
534
321
3,5
1.2.3.1. Asin
AsH
tẩm trên giấy lọc tạo thành hợp chất có màu
biến đổi từ vàng đến nâu: AsH
2
(HgCl), AsH(HgCl)
2
, As(HgCl)
3
, As
2
Hg
3
.
Asin tương đối bền phân huỷ ở nhiệt độ cao (1500
0
C) tạo nên trên thành
bình kết tủa đen lấp lánh như gương.
1.2.3.2. Asen(III) oxit
Ở trạng thái rắn As
2
O
3
có màu trắng, rất độc, liều lượng gây chết người
là 0,1g. As
2
O
3
tan ít trong nước (khoảng 2% ở 25
0
C) cho dung dịch có tính
axit yếu gọi là axit Asenơ.
, FeCl
3
, K
2
Cr
2
O
7
,
HNO
3
và nó bị oxi hoá đến AsO
4
3-
3As
2
O
3
+ 4HNO
3
+ 7H
2
O = 6H
3
AsO
4
+ 4NO
5
+ 3H
2
O = 2H
3
AsO
4
As(V)oxit có tính oxi hoá mạnh nó giải phóng khí clo khi tương tác với HCl. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
8
1.2.3.4. Asen halogenua(AsX
3
)
AsX
3
là những hợp chất cộng hoá trị, dễ tan trong các dung môi hữu cơ,
trong nước và thuỷ phân mạnh.
AsCl
3
+ 3H
2
O = As(OH)
3
+ 3 HCl
AsX
3
3
+ 6 H
2
O
Tan trong sunfua kim loại hay amoni tạo thành muối tio
As
4
S
6
+ 6(NH
4
)
2
S = 4(NH
4
)
3
AsS
3
( amonitioasenit)
Tất cả các muối asensunfua đều tan trong axit HNO
3
đặc, không tan
trong HCl đặc.
3As
2
S
3
+ 28HNO
3
2
NCSSH + [(C
2
H
5
)
2
NCSS]
3
As
AsCl
3
tác dụng với H
2
S trong môi trường axit cho ta kết tủa vàng tươi.
2H
3
AsO
3
+ 6HCl = 2AsCl
3
+ 6H
2
O
2AsCl
3
+ 3H
2
S = As
2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
9
H
3
AsO
3
+ 3AgNO
3
= Ag
3
AsO
3
+ 3HNO
3
Trong môi trường pH= 8, As(III) tác dụng với lượng I
2
, phản ứng này
được dùng để xác định AsO
3
3-
.
AsO
3
3-
+ I
2
+ H
cho kết tủa NH
4
MgAsO
4
màu trắng.
H
3
AsO
4
+ MgCl
2
+ 3NH
4
OH = NH
4
MgAsO
4
+ 2NH
4
Cl + 3 H
2
O
Khi tác dụng với amoniphotphat trong môi trường HNO
3
, As (V) tạo kết
tủa tinh thể màu vàng tương tự PO
4
3-
.
Còn khi tác dụng với AgNO
3
, As(V) tạo kết tủa màu đỏ nâu Ag
3
AsO
4
,
trong môi trường axit dựa trên phản ứng tạo với I
-
ra I
2
chuẩn độ theo phương
pháp Iot – Thiosunfat có thể định lượng As(V).
AsO
3
3-
+ I
2
+ H
2
O = AsO
4
3-
+2I
-
+ 2H
+
1.3. Sự ô nhiễn Asen và độc tính của nó
1.3.1. Nguồn gốc sự ô nhiễm Asen
so với giới hạn quy định của các tổ chức sức khoẻ thế giới. Bình thường hàm
lượng asen trong không khí chỉ khoảng 1 đến vài mg/m
3
, trong môi trường
nước khoảng một vài
g/l và trong đất khoảng 0,2 - 40 mg/kg. Nhưng ở một
số vùng trên thế giới mức asen trong môi trường tự nhiên tăng đáng kể. [8]
Ô nhiễm asen được phát hiện trong nước ở nhiều nơi trên thế giới như
Achentina, Mỹ, Trung Quốc, Ấn Độ, Bangladesh, Chile, Việt Nam, Rumani,
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
11
Myanma… với nồng độ từ vài trăm đến 1000
g/l. ở một số bang phía Tây
của nước Mỹ như New Mexico, Arizona, Nevada, Nam Califonia, người dân
phải sử dụng nước có nồng độ > 50
g/l. Một số nghiên cứu tại Thái Lan gần
đây cho thấy 21% trong số 83563 giếng khoan có hàm lượng asen vượt quá
50
g/l và 5,2% vượt quá 350
g/l , với ngưỡng cao nhất là 2500
g/l . Báo
cáo tổng kết tình hình nhiễm độc do asen tại Trung Quốc năm 2004 cho thấy,
10-1820
Chile
0,437
900-1040
Vùng nội Mông, Trung Quốc
0,6
1-2400
tỉnh Xinjiang, Trung Quốc
0,1
1-8000
Hungary
0,22
10-176
Mêxico
0,4
10-4100
Peru
0,25
500
Ponpinbun, Thái Lan
0,001
1-500
Mỹ
Chưa biết
10-4800
Việt Nam
Hàng triệu
1-3050
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Theo đánh giá của UNICEF, khu vực phía Nam Hà Nội ô nhiễm As nặng
nhất, thậm chí đứng đầu danh sách các địa chỉ ô nhiễm asen trong toàn quốc
và Việt Nam đã được đánh dấu trên bản đồ ô nhiễm asen của thế giới.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
13
Ở lưu vực Sông Mê Kông, các mẫu nước giếng khoan ở tỉnh An Giang
có dấu hiệu bị ô nhiễm, tỉnh Đồng Tháp bị ô nhiễm ở mức độ trầm trọng.
Thậm chí, có mẫu nước giếng ở Cao Lãnh, Thanh Bình có nồng độ asen cao
hơn 1000 ppb.
Cục quản lí tài nguyên nước đã điều tra ở một số tỉnh Đồng Tháp, An
Giang, Bạc Liêu, Kiên Giang, Sóc Trăng. Kết quả là trong tổng số 14119 mẫu
nước phân tích ở 484 xã được điều tra có 7,1% mẫu có hàm lượng As 0,1
mg/l trở lên, số mẫu có hàm lượng từ 0,05 mg/l trở lên chiếm 5,7%.
Tại An Giang, sau khi lấy 2966 mẫu nước từ các giếng khoan trên toàn
tỉnh đã có 40% số giếng chứa As dưới 50 ppb, 10% trên 50 ppb. Tại huyện
Thanh Bình 855 số mẫu thử có hàm lượng As trên 50ppb.
Ngoài ra, nước thải của các nhà máy, khu công nghiệp, việc khai thác
bừa bãi khoáng sản, sử dụng quá nhiều thuốc trừ sâu,… đã làm cho nguồn
nước mặt ở nhiều tỉnh nước ta có hàm lượng asen cao vượt quá giới hạn cho phép.
1.3.4. Độc tính của asen
Asen được quy định là chất độc hại bảng A, tổ chức nghiên cứu ung thư
thế giới IARC đã xếp As vào nhóm các chất gây ung thư cho người. Nhiễm
độc asen gây ung thư da, làm tổn thương gan, gây bệnh dạ dầy,bệnh ngoài da,
bệnh tim mạch,…[3], [18]
Asen xâm nhập vào cơ thể người qua 2 con đường:
• Đường tiêu hoá: Nhận được chủ yếu thông qua thực phẩm mà nhiều
nhất là lượng Asen tích luỹ cao trong đồ ăn biển, đặc biệt là các động vật có
vỏ (thường < 0,2 mg/ngày, trong đó asen vô cơ khoảng 50
As(III) còn gây đông tụ protein.
Ảnh hưởng độc hại đáng lo ngại nhất của As là nó gây đột biến gen, ung
thư, thiếu máu, các bệnh tim mạch,… sau 15 - 20 năm kể từ khi phát hiện
người nhiễm độc thạch tín sẽ chuyển sang ung thư và chết.
Theo điều tra của tổ chức Y tế thế giới WHO cứ 10000 người thì có 6
người bị ung thư do sử dụng nước ăn và thức ăn có nồng độ As > 0,01 mg/l.
Hình 1.2. Các con đƣờng xâm nhập của Asen vào cơ thể ngƣời
Copyright: Tài liệu đại học ©