Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Trƣờng đại học sƣ phạm hà nội 2
Khoa HóA học
*************

Cao thị loan

Nghiên cứu điều kiện tối ƣu,
đánh giá hàm lƣợng Pb2+ trong nƣớc bằng phƣơng
pháp phổ hấp thụ nguyên tử
Khóa luận tốt nghiệp đại học
Chuyên ngành: Hóa phân tích

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
T.S TRẦN CÔNG VIỆT

hà nội - 2010

Cao Thị Loan K32A –Hóa

1


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Lời cảm ơn

Tôi xin cam đoan những kết quả được trình bày trong khóa luận này
đảm bảo tính chính xác, trung thực, không trùng lặp với bất kỳ kết quả
nghiên cứu của các tác giả khác.
Nếu có gì sai sót tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Hà Nội, tháng 5 năm 2010
Sinh viên

Cao Thị Loan

Cao Thị Loan K32A –Hóa

3


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ...................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài.................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................. . 1
PHẦN 1: TỔNG QUAN .......................................................................... . 3
CHƢƠNG 1: NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..... . 3
1.1. Sự xuất hiện của phổ hấp thụ nguyên tử .............................................. . 3
1.2. Nguyên tắc của phương pháp ............................................................... . 3
1.3. Phép định lượng của phương pháp....................................................... . 5
1.4. Ưu, nhược điểm của phương pháp ....................................................... . 6
1.4.1. Ưu điểm........................................................................................ . 7
1.4.2. Nhược điểm .................................................................................. . 7

2.6.2.1. Các phương pháp điện hóa .................................................. 15
2.6.2.1.1. Phương pháp cực phổ .................................................. 15
2.6.2.1.2. Phương pháp von – ampe hòa tan ............................... 16
2.6.2.2. Các phương pháp quang học ............................................... 17
2.6.2.2.1. Phương pháp trắc quang .............................................. 17
2.6.2.2.2. Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử ........................... 18
2.6.2.3. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ................................... 18
2.6.3. Phương pháp chiết và sắc ký........................................................ 20
2.6.3.1. Chiết ..................................................................................... 20
2.6.3.2. Sắc ký ................................................................................... 21
2.7. Dụng cụ, thiết bị máy móc và hóa chất ................................................ 21
2.7.1. Dụng cụ ........................................................................................ 21
2.7.2. Thiết bị máy móc ......................................................................... 22
2.7.3. Hóa chất ....................................................................................... 23
PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................... 25
CHƢƠNG 1: KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN ĐO PHỔ HẤP THỤ
NGUYÊN TỬ ........................................................................................... 25
1.1. Khảo sát các thông số của máy ............................................................ 25
1.1.1. Khảo sát vạch phổ hấp thụ ........................................................... 25
1.1.2. Khảo sát cường độ dòng đèn........................................................ 26
1.1.3. Khảo sát độ rộng khe đo .............................................................. 27

Cao Thị Loan K32A –Hóa

5


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích


6


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

4.2. Xác định hàm lượng nguyên tố chì theo phương pháp thêm
tiêu chuẩn .................................................................................................... 53
KẾT LUẬN ............................................................................................... 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................... 57

Cao Thị Loan K32A –Hóa

7


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích
MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Trong cuộc sống của con người và động thực vật, nước đóng vai trò vô
cùng quan trọng. Cùng với sự phát triển của khoa học, công nghiệp, kĩ thuật
và sự gia tăng dân số, môi trường nước ngày càng bị ô nhiễm. Khi nước sinh
hoạt và nước sông hồ bị ô nhiễm thì sự gây hại tới con người có thể là trực
tiếp cũng có thể là gián tiếp thông qua lưới thức ăn. Vì vậy việc điều tra khảo
sát hiện trạng môi trường nước là rất cần thiết để từ đó đưa ra các giải pháp

DO, COD, BOD5, các chỉ tiêu như nitơ, photpho, kim loại nặng, chỉ tiêu hóa
sinh…Và chỉ tiêu kim loại nặng là một chỉ tiêu quan trọng đáng lưu tâm do
có thể gây độc ở mức độ cao và lâu dài như chì, đồng…Trong khóa luận này
chúng tôi chọn chì để nghiên cứu và đánh giá. Việc khảo sát chì bằng
phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử trong ngọn lửa trực tiếp (F-AAS) sẽ góp
phần đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường nước ở Hà Nội.

Cao Thị Loan K32A –Hóa

9


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

PHẦN 1: TỔNG QUAN
CHƢƠNG 1: NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.1. Sự xuất hiện của phổ hấp thụ nguyên tử [5, 8]
Nguyên tử là hạt cơ bản gồm hạt nhân và các electron chuyển động
xung quanh hạt nhân. Ở điều kiện thường các electron chuyển động trên
những quỹ đạo có mức năng lượng thấp nhất, khi đó nguyên tử ở trạng thái
bền vững nhất vì nó không phát năng lượng dưới dạng các bức xạ. Nhưng
khi ta chiếu một chùm tia đơn sắc có năng lượng phù hợp vào đám hơi
nguyên tử ở trạng thái tự do thì nguyên tử tự do sẽ hấp thụ những bước sóng
đúng bằng bước sóng mà nó phát ra trong quá trình phát xạ. Sau khi đã nhận
năng lượng kích thích, nguyên tử chuyển lên trạng thái có mức năng lượng
cao hơn gọi là trạng thái kích thích. Quá trình đó gọi là quá trình hấp thụ
năng lượng của nguyên tử. Phổ được sinh ra trong quá trình này gọi là phổ
hấp thụ năng lượng của nguyên tử (AAS).

do có trong môi trường bị hấp thụ theo công thức:

I  I o .e K . N .l

(1.1)

Trong đó:
Io là cường độ của dòng sáng đơn sắc đi vào môi trường hấp thụ.
I là cường độ của dòng sáng đơn sắc đi ra khỏi môi trường hấp thụ.
N là tổng số nguyên tử tự do có trong môi trường hấp thụ (trong đơn vị
thể tích).
K  là hệ số hấp thụ đặc trưng cho từng loại nguyên tử.

l là chiều dài của môi trường hấp thụ (l = const).
Nhờ hệ thống máy quang phổ người ta thu được toàn bộ chùm sáng,
phân ly và chọn lọc một vạch phổ hấp thụ nguyên tử cần phân tích để đo
cường độ của nó. Cường độ đó chính là tín hiệu hấp thụ của vạch phổ hấp
thụ nguyên tử.
Nếu A là mật độ quang của chùm bức xạ có cường độ Io , sau khi đi
qua môi trường còn lại là I. Ta có:
A = lg (Io/ I) = 2,303 K  . N.l

(1.2)

Hay A = k.N trong đó k = 2,303. K  .l

Cao Thị Loan K32A –Hóa

11


lượng các nguyên tố của phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử.
Nói chung phương pháp này ngoài cho độ nhạy và độ chọn lọc rất cao
còn có một số điểm mạnh khác như: khả năng phân tích với số lượng lớn các
nguyên tố hóa học khác nhau. Ngoài các nguyên tử kim loại còn có thể phân
tích được một số á kim (S, Cl…), một số hợp chất hữu cơ. Lượng mẫu tốn ít,
thời gian nhanh, đơn giản dùng hiệu quả đối với nhiều lĩnh vực như y học,
dược học, phân tích môi trường, phân tích địa chất, đặc biệt là lượng vết các
kim loại.
1.3. Phép định lƣợng của phƣơng pháp [2, 3, 5, 8]
Sự phụ thuộc của cường độ vạch phổ hấp thụ nguyên tử của một
nguyên tố vào nồng độ của nguyên tố đó trong dung dịch mẫu phân tích được

Cao Thị Loan K32A –Hóa

12


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

nghiên cứu thấy rằng: Trong một khoảng nồng độ C nhất định của nguyên tố
trong mẫu phân tích, cường độ vạch phổ hấp thụ và số nguyên tử N của
nguyên tố đó trong đám hơi nguyên tử tuân theo định luật Lambe- Bia: A =
k.N.l.
Trong đó:
A là cường độ hấp thụ của vạch phổ.
k là hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường hấp thụ và
hệ số hấp thụ nguyên tử của nguyên tố.
l là bề dày lớp hấp thụ (cm).


1.4.1. Ưu điểm
Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử có độ nhạy và độ chọn lọc tương đối
cao. Gần 60 nguyên tố có thể xác định bằng phương pháp này với độ nhạy từ
10-4 đến 10-5%. Đặc biệt nếu sử dụng kĩ thuật nguyên tử hóa mẫu không ngọn
lửa có thể đạt tới độ nhạy n.10-7. Vì vậy đây là phương pháp được dùng trong
nhiều lĩnh vực để xác định lượng vết kim loại, đặc biệt là trong phân tích các
nguyên tố vi lượng trong các đối tượng mẫu y học, sinh học, nông học, kiểm
tra hóa chất có độ tinh khiết cao.
Đồng thời cũng do có độ nhạy cao nên trong nhiều trường hợp không
phải làm giàu nguyên tố cần xác định trước khi phân tích nên tốn ít nguyên
liệu mẫu, tốn ít thời gian, không phải dùng nhiều hóa chất khi làm giàu mẫu.
Mặt khác phương pháp gồm những động tác thực hiện nhẹ nhàng, các kết
quả phân tích được có thể lưu giữ lại. Ngoài ra có thể xác định đồng thời hay
liên tiếp nhiều nguyên tố trong một mẫu. Các kết quả rất ổn định, sai số nhỏ
(không quá 15%) với vùng nồng độ cỡ 1÷2 ppm. Hơn nữa với sự ghép nối
với máy tính cá nhân và các phần mềm nên trong quá trình đo và xử lý kết
quả nhanh, dễ dàng và lưu lại được đường chuẩn cho các lần sau.
1.4.2. Nhược điểm
Một số hạn chế của phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử như:
Hệ thống máy AAS tương đối đắt tiền vì vậy nhiều cơ sở không đủ
điều kiện để xây dựng phòng thí nghiệm và mua sắm máy móc.
Cũng do phép đo có độ nhạy cao nên sự nhiễm bẩn rất có ý nghĩa đối
với kết quả phân tích hàm lượng vết do đó đòi hỏi dụng cụ phải sạch, hóa
chất có độ tinh khiết cao.
Mặt khác trang thiết bị, máy móc khá tinh vi phức tạp nên cần tới sự
am hiểu, thành thạo vận hành cũng như bảo dưỡng máy của cán bộ làm phân
tích.

Cao Thị Loan K32A –Hóa

+ Tốc độ dẫn mẫu.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới phép đo
+ Ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit.
+ Ảnh hưởng các cation khác.
2. Ứng dụng phương pháp xác định hàm lượng chì trong nước

Cao Thị Loan K32A –Hóa

15


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

- Lấy mẫu và xử lý mẫu.
- Đo và đánh giá hàm lượng chì trong nước.

Cao Thị Loan K32A –Hóa

16


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

CHƢƠNG 2: NGUYÊN TỐ CHÌ
2.1. Giới thiệu nguyên tố chì [1, 12, 15]
Cùng với đồng, cacđimi thì chì là kim loại nặng khá phổ biến trên trái

phương của các nguyên tử.
2.2.2. Tính chất hóa học
Ở điều kiện thường, chì bền với không khí và nước do có lớp oxit bảo
vệ:
2Pb

+

O2 → 2PbO

Khi đun nóng toàn bộ chì tạo thành các oxit hóa trị II tương ứng.
Khi có mặt oxi chì có thể tương tác với nước theo phương trình:
2Pb

+

2H2O

+

O2 →

2Pb(OH)2

Khi tăng nhiệt độ, chì dễ dàng phản ứng với một số á kim:
Pb

+

X2

→ Pb(HSO4)2

H2PbCl4

Chì tương tác với axit HNO3 ở bất kỳ nồng độ nào:
3Pb + 8HNO3

→

3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Chì không phản ứng với HF, không phản ứng với H2SO4 đặc nguội.
Chì có khả năng tương tác với các bazơ đặc tạo plombit
Pb + 2KOH + 2H2O → K2[Pb(OH)4] + H2
Chì có khả năng tạo phức với EDTA, đithizon, điphenylcacbazit 1-(2pyridylazo) – 2 – naphto, amoni đithio cacbamat (APDC)
2.3. Một số hợp chất quan trọng của chì [12, 15]
2.3.1. Chì oxit
PbO rắn tồn tại ở hai dạng: PbO-α có màu đỏ và PbO-β màu vàng, chỉ
tan trong nước khi có oxi. Ở nhiệt độ cao sẽ chuyển thành dạng oxit bậc cao
hơn. PbO chuyển thành Pb3O4 ở 5000C.
2.3.2. Chì hiđroxit
Điều chế:

Pb2+ + 2OH- → Pb(OH)2

Pb(OH)2 là chất kết tủa rất ít tan trong nước, có màu trắng, khi đun
nóng dễ mất nước biến thành PbO.
Pb(OH)2 là chất lưỡng tính tan được trong bazơ.
Pb(OH)2 + 2KOH → K2[Pb(OH)4]
2.3.3. Muối chì

2.5.1. Vai trò sinh học của chì
Cũng như đồng, chì quan trọng đối với sinh trưởng và phát triển của
con người và sinh vật. Nhưng hàm lượng lớn là rất nguy hại. Chì vào cơ thể
qua nước uống, thức ăn bị nhiễm chì, sau đó tích tụ lại tới khi đủ lớn sẽ gây
hại. Nó gây độc cho hệ thần kinh trung ương lẫn ngoại biên. Nó có thể gây
tác dụng ức chế một số enzim quan trọng (nhất là enzim có nhóm hoạt động
hiđro) như enzim của quá trình tổng hợp máu. Tùy mức độ gây độc mà có
thể gây ra một số bệnh như: đau khớp, viêm thận, cao huyết áp, tai biến mạch
máu não thậm chí có thể gây tử vong.
2.5.2. Độc tính của chì

Cao Thị Loan K32A –Hóa

19


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Chì cũng là chất có độc tính cao mà đặc tính nổi bật của nó là khi thâm
nhập vào cơ thể nó ít bị đào thải mà tích tụ theo thời gian, nhiều nhất là trong
xương, chuyển hóa các mô mềm qua sự tương tác với photphat trong xương
và gây độc. Nếu hàm lượng chì trong máu khoảng 0,3ppm thì sẽ gây cản trở
quá trình sử dụng oxi để oxi hóa glucozơ tạo năng lượng sống. Ở nồng độ
cao hơn (lớn hơn 0,8ppm) có thể gây bệnh thiếu máu, còn từ 0,5÷0,8 ppm
gây rối loạn chức năng thận, có thể gây phá hủy não.
2.5.3. Một số tiêu chuẩn về hàm lượng chì trong nước
Theo WHO, trong nước uống, hàm lượng chì không được vượt quá
0,05mg/l.

bản) hoặc do dung dịch chuẩn hoặc do tay nghề… Giới hạn tin cậy của phép
đo khoảng 10-3.
Với chì ta có thể dùng phương pháp chuẩn độ tạo phức với EDTA theo
những cách sau:
Chuẩn độ trực tiếp từ Pb2+ bằng EDTA chỉ thị ET-00. Do Pb2+ tạo phức
bền với EDTA ở pH trung tính hoặc kiềm. Pb2+ rất dễ thủy phân do đó trước
khi chuẩn độ ta cho Pb2+ tạo phức kém bền với tatrac hoặc trietnolamin.
Dung dịch chuyển từ màu đỏ sang màu xanh.
Chuẩn độ ngược: Cho Pb2+ tác dụng với lượng dư chính xác H2Y2- đã
biết nồng độ, chỉ thị là ET-00. Chuẩn độ H2Y dư bằng Zn2+ đã biết nồng độ.
Phản ứng chuẩn độ kết thúc khi dung dịch chuyển từ màu đỏ nho sang màu
xanh biếc.
Các phản ứng:
Pb2+

+ H2Y2- 

H2Y2-(dư) + Zn2+



H2Ind-



+ Zn2+

PbY2- + 2H+
ZnY2- + 2H+
ZnInd- +


ZnY2- + 2H+
ZnInd- + 2H+

21


Khóa luận tốt nghiệp
ZnInd- + H2Y2-

Chuyên ngành: Hóa phân tích



ZnY2- + H2Ind-

đỏ nho

xanh biếc

2.6.2. Các phương pháp phân tích công cụ [3, 4, 8, 10, 11, 13]
2.6.2.1. Các phương pháp điện hóa
Các phương pháp phân tích điện hóa là những phương pháp dựa trên
việc ứng dụng các hiện tượng quy luật có liên quan tới các phản ứng điện hóa
xảy ra trên ranh giới tiếp xúc giữa các điện cực nhúng trong dung dịch phân
tích hoặc liên quan tới tính chất điện hóa của dung dịch phân tích tạo nên
môi trường giữa các điện cực. Các phương pháp này được chia làm hai
nhóm:
Nhóm một: Nhóm các phương pháp ứng dụng các tính chất điện hóa
của dung dịch phân tích như tính dẫn điện, độ trở kháng. Nhóm phương pháp

chú ý tới các yếu tố: nền cực phổ (chất điện ly trơ), nhiệt độ của dung dịch,
hằng số mao quản của điện cực (chiều cao và tiết diện) dùng khí trơ để đuổi
oxi, dùng chất hoạt động bề mặt (gietalin)…
Ví dụ xác định Cu bằng phương pháp này người ta có thể dùng nền
NH3, pyriđin và HCl đặc. Trong môi trường này Cu2+ bị khử về Cu+. Sự khử
Cu2+ về Cuo xảy ra trên điện cực giọt Hg treo. Mỗi bậc khử ứng với một sóng
cực phổ riêng. Để xác định Cu người ta dùng bước sóng thứ hai. Trong các
mẫu hỗn hợp, bước sóng của quá trình khử Cu sẽ bị che phủ bởi bước sóng
của quá trình khử Fe. Để loại được hiện tượng này người ta dùng chất che là
hyđroxylamin hoặc chất tạo phức florua để tránh sự khử Fe3+ về Fe2+.
Trong nền chất điện ly trơ NH3 2M - NH4Cl 2M, Cu bị khử đến Cu+ ở
E1/2= - 0,25V và đến Cuo ở E1/2 = - 0,5V.
2.6.2.1.2. Phương pháp von-ampe hòa tan
Đây là phương pháp phân tích điện hóa dựa trên hai kĩ thuật phân tích
chất điện phân ở thế giám sát và quét von - ampe hòa tan ngược chiều. Ưu
điểm nổi bật của phương pháp này là có độ nhạy cao (10-8 ÷ 10-6 M) xác định
được nhiều kim loại. Với kĩ thuật hiện đại ngày nay, phương pháp này có khả
năng phát hiện các nguyên tố đến 10-9 với sai số khoảng 5 ÷15%. Nhưng
nhược điểm của phương pháp này là quy trình phân tích phức tạp đòi hỏi
người thực hiện phải có kiến thức tương đối sâu về phân tích điện hóa mới
xử lý đúng từng loại mẫu đối với từng nguyên tố khác nhau.
Nguyên tắc của phương pháp này gồm ba giai đoạn:

Cao Thị Loan K32A –Hóa

23


Khóa luận tốt nghiệp



Cao Thị Loan K32A –Hóa

24


Khóa luận tốt nghiệp

Chuyên ngành: Hóa phân tích

lượng từ dung dịch nước có chứa lượng dư xianua (là chất che các kim loại
khác). Phương pháp này cho phép xác định hàm lượng chì khoảng
0,1÷1mg/l.
2.6.2.2.2. Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử.
Đây là kĩ thuật phân tích được ứng dụng rộng rãi và là một trong những
phương pháp quan trọng nhất của phân tích cho phép xác định định tính và
định lượng hàm lượng đa lượng hoặc vi lượng của rất nhiều nguyên tố
(khoảng gần nửa số nguyên tố trong bảng HTTH).
Ưu điểm của phương pháp này là phân tích nhanh hàng loạt, tốn ít mẫu,
phân tích được nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu, phân tích được cả
những đối tượng rất xa dựa vào ánh sáng phát xạ của chúng, cho độ nhạy, độ
chính xác cao. Độ nhạy cỡ ≤ 0,001%. Đặc biệt với kĩ thuật ICP-AES cho độ
nhạy trong phép xác đinh Cu cỡ 1ppm .
Cần chú ý đến các yếu tố ảnh hưởng như độ nhớt dung dịch, sự phát xạ
của nền, sự chen lấn vạch phổ, sự ion hóa các nguyên tố lạ. Để có thể hạn
chế chúng làm giảm sai số người ta thêm vào dung dịch các chất phụ gia có
thế ion hóa nhỏ hơn thế ion hóa của nguyên tố phân tích.
2.6.2.2.3. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử
(Atomic Absorption Spectrophotometry - AAS)
AAS là một trong những phương pháp hiện đại được áp dụng phổ biến