Khoá luận tốt nghiệp đại học

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

MỞ ĐẦU
Nước là nguồn gốc của sự sống, là một nguồn tài nguyên chủ chốt của
Trái Đất, đóng vai trò không thể thiếu được trong việc duy trì sự sống, giữ cân
bằng các hệ sinh thái, điều hòa khí hậu và đảm bảo sự phát triển bền vững.
Thế nhưng, nguồn tài nguyên quí giá này đang bị ô nhiễm nghiêm trọng bởi
các hiểm họa tự nhiên và nhân tạo. Đặc biệt là vấn đề ô nhiễm nước bởi các
kim loại nặng, trong đó điển hình là kim loại Cađimi đang đến mức báo
động.Cá sống trong môi trường nước như vậy sẽ bị nhiễm Cađimi. Người ăn
cá nhiễm kim loại Cađimi cũng bị nhiễm kim loại Cađimi, gây nên những
bệnh hiểm nghèo khó chữa.
Trong đề tài này, tôi chỉ đề cập tới một vấn đề rất nhỏ nhưng được mọi
người quan tâm, góp phần nhỏ bé trong việc xác định hàm lượng nguyên tố
Cađimi độc hại trong nước hồ nuôi cá và có thể đưa ra những biện pháp xử lý
phù hợp.
Chính vì vậy, việc xác định nguyên tố Cađimi trong nước hồ nuôi cá là
một việc làm cần thiết và thiết thực. Trong số nhiều phương pháp phân tích
xác định hàm lượng của chúng thì phương pháp Vôn - Ampe hòa tan là một
trong những phương pháp điện hóa hiện đại xác định các vết kim loại trong
mẫu nước có độ nhạy và độ chọn lọc cao, đáp ứng được yêu cầu phân tích
nhanh. Với lý do đó, tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu xác định hàm lượng
Cađimi (Cd2+) trong nước bằng phương pháp cực phổ (phương pháp Von Ampe)”.
Nội dung của đề tài gồm các phần sau:
- Nghiên cứu tìm ra các điều kiện tối ưu như nền, thế điện phân, thời
gian làm giàu…để xác định nguyên tố Cađimi đạt độ chính xác thỏa mãn.
- Xây dựng quy trình phân tích bằng phương pháp đường chuẩn.

Hoàng Thanh Huyền - Lớp K32A Hoá

thần kinh và tích lũy trong cơ thể gây ra sự suy giảm và mất trí nhớ. Các hợp
chất chứa Cađimi cũng là các hợp chất gây ung thư. Hàm lượng 30mg/l cũng
đủ dẫn tới tử vong. Hơi Cađimi gây ngộ độc cấp tính.
1.1.2. Đặc tính phân tích của Cađimi
Thế oxi hóa khử tiêu chuẩn của Cađimi ở 25oC là:
ECd2+/Cd = - 0,40 V
1.2. Giới thiệu chung về phƣơng pháp Von - Ampe hòa tan
1.2.1. Nguyên tắc chung của phương pháp Von - Ampe hòa tan
1.2.2. Cơ sở lý thuyết của phương pháp Von - Ampe hòa tan
1.2.2.1. Giai đoạn làm giàu và các phương pháp làm giàu
1.2.2.1.1. Giai đoạn làm giàu
Khi làm giàu cần chọn thế điện phân (Ep) thích hợp và giữ không đổi
trong suốt quá trình điện phân. Phương trình sóng cực phổ thuận nghịch:

Hoàng Thanh Huyền - Lớp K32A Hoá

Trang: 3


Khoá luận tốt nghiệp đại học

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Trong đó: i: cường độ dòng khuếch tán
id: cường độ dòng khuếch tán giới hạn
n: số electron tham gia phản ứng điện cực
E1/2+: thế bán sóng
Nếu ta lấy giá trị Eđp mà tại đó i = 0,99id thì từ (1.2) ta có thể tính được
thế điện phân (thế tích lũy) theo công thức sau:



- Phương pháp có độ nhạy cao cho phép xác định các kim loại nặng
như Zn, Cd, Pb, Cu… với nồng độ nhỏ.
- Các bước tiến hành phân tích của phương pháp Von - Ampe hòa tan
tương đối đơn giản.
- Thiết bị máy móc khi phân tích bằng phương pháp Von - Ampe hòa
tan lại phổ biến trong các phòng thí nghiệm và các trung tâm nghiên cứu, nó
nhỏ, gọn và không quá đắt.
1.2.3.2. Một số ứng dụng chủ yếu của phương pháp Von - Ampe hòa
tan.
1.2.3.2.1. Phân tích thực phẩm
1.2.3.2.2. Phân tích lâm sàng
1.2.3.2.3. Phân tích nước
1.2.4. Phương pháp Von - Ampe hòa tan trong phân tích vết kim loại
nặng
Bảng 1.2: Khoảng nồng độ xác định được của các phương pháp phân tích.
Tên phƣơng pháp
Phổ hấp thụ nguyên tử
Phổ hấp thụ phân tử
Phổ huỳnh quang phân tử
Phổ huỳnh quang nguyên tử
Phổ phát xạ nguyên tử
Phân tích kích hoạt nơtron
Điện thế dùng cực chọn lọc ion
Cực phổ cổ điển
Cực phổ sóng vuông
Cực phổ xoay chiều hòa tan bậc hai
Phương pháp Von - Ampe hòa tan dùng điện cực
thủy ngân treo.
Phương pháp Von - Ampe hòa tan dùng điện cực


Ổ đĩa

Màn hình
Máy tính
IBM

Máy in

Bàn phím
ADC - DAC
rơ le

Máy khuấy

Thiết bị cực phổ
Potentionstat

Hoàng Thanh Huyền - Lớp K32A Hoá

WE

RE

Bình khí trơ
Trang: 6

CE



2.4.3. Xây dựng đường chuẩn, đánh giá đường chuẩn, xác định giới
hạn phát hiện, giới hạn định lượng theo đường chuẩn
2.4.4. Áp dụng vào phân tích trên mẫu thực tế
2.5. Quá trình phân tích
2.6. Xử lý kết quả thực nghiệm
Tất cả các kết quả thực nghiệm thu được đều được tiến hành xử lý trên
Microsoft Excel, xử lý thống kê toán học và tính toán trên chương trình Turbo
Pascal đã được lập trình.

Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.1. Khảo sát quá trình làm giàu
3.1.1. Nền điện li
3.1.1.1. Xác định nền tối ưu
3.1.1.1.1. Đo mẫu trắng
Kết quả đo được thể hiện ở bảng sau:
Bảng 3.1: Giá trị Ip thu được khi đo mẫu trắng
Nền

Ip (nA) của Cd2+

NaCl 0,1N

Hoàng Thanh Huyền - Lớp K32A Hoá

5,6

Trang: 8


Khoá luận tốt nghiệp đại học

HCl 0,1N

399,5

CH3COONa 0,1N

194,3

Lấy giá trị Ip thu được trừ đi giá trị Ip tương ứng của mỗi chất điện hoạt
ở mỗi nền điện li khi ta đo mẫu trắng, ta được kết quả sau:
Bảng 3.3: Sự phụ thuộc Ip vào nền điện li

Nền điện li

Ip (nA)

NaCl 0,1N

568,2

KCl 0,1N

422,8

HCl 0,1N

399,23

CH3COONa 0,1N


100.7
137.6
213.2
215.5

+ Bước 2: Đo dòng hoà tan của các kim loại cần xác định trong mẫu
với hàm lượng Cađimi là 6µg/l và nồng độ HCl trong dung dịch 0,008M.
Bảng 3.5: Giá trị Ip thu được khi đo mẫu có chứa chất điện hoạt
CNaCl (M)

Ip (nA)

0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6

775,6
801
107,2
1030
1027
986

Từ các số liệu trên ta có kết quả của sự phụ thuộc dòng hoà tan vào
nồng độ nền NaCl.

Bảng 3.6: Sự phụ thuộc của Ip vào nồng độ nền NaCl


813.8

0,6

770.5

Ip

C

Hình 3.1. Sự phụ thuộc của Ip vào nồng độ nền NaCl

3.1.1.3. Sự phụ thuộc của Ip vào giá trị pH của nền điện li
Kết quả thu được được thể hiện ở bảng số kiệu sau:

Bảng 3.7: Sự phụ thuộc của Ip vào nồng độ HCl

Hoàng Thanh Huyền - Lớp K32A Hoá

Trang: 11


Khoá luận tốt nghiệp đại học

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

CHCl (M)

Ip (nA)


C

Hình 3.2. Sự phụ thuộc của Ip vào nồng độ HCl

3.1.2. Thế làm giàu
Kết quả đo được thể hiện ở bảng và hình sau:

Hoàng Thanh Huyền - Lớp K32A Hoá

Trang: 12


Khoá luận tốt nghiệp đại học

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Bảng 3.8: Sự phụ thuộc Ip vào thế điện phân
STT

Eđp (V)

Ip (nA)

1

0,6

307.467


7

1,2

830.29

8

1,3

845.721

9

1,4

855.025

10

1,5

753.16

Ip

E(v)

Hình 3.3. Sự phụ thuộc Ip vào thế điện phân



120

1780

150

2044

180

2282

210

2506

140

2920

170

3548

300

3618

Hoàng Thanh Huyền - Lớp K32A Hoá


10

1995

20

2243

Hoàng Thanh Huyền - Lớp K32A Hoá

Trang: 15


Khoá luận tốt nghiệp đại học

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

30

2546

40

2639

50

2631



2H2O (-0,8

1,1)V

(3.2)

Khi có oxy hoà tan thì một phần quá trình oxi hoá các kim loại ở anot
được thực hiện không phải bằng dòng điện mà bằng phản ứng oxi hoá kim

Hoàng Thanh Huyền - Lớp K32A Hoá

Trang: 16


Khoá luận tốt nghiệp đại học

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

loại bởi oxy hoà tan trong hỗn hống thuỷ ngân theo phương trình phản ứng
sau:

1
O2 + H2O  Hg + Cd2+ + 2OH(3.3)
2
Bảng 3.11: Ảnh hưởng của oxy hoà tan đến chiều cao pic.
Cd(Hg) +

Thời gian (s)


111.2

7

107.6

11

104.0

14

102.2

17

99.5

Ip

Hoàng Thanh Huyền - Lớp K32A Hoá

Trang: 17
LFe2+/Cd2
+


Khoá luận tốt nghiệp đại học

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

109.79

Hoàng Thanh Huyền - Lớp K32A Hoá

Trang: 18


Khoá luận tốt nghiệp đại học

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Ip

LFe3+/Cd2
+

Hình 36.b. Sự phụ thuộc pic hoà tan vào ion Fe3+

Qua kết quả thu được ta thấy cả hai dạng ion Fe2+ và Fe3+ đều ảnh
hưởng tới chiều cao pic hoà tan của Cađimi. Trong đó, ion Fe2+ ảnh hưởng
mạnh hơn đối với ion Fe3+.
3.2.4. Biến thiên nồng độ chất phân tích vào tín hiệu đo Ip
Sự phụ thuộc nồng độ chất phân tích vào chiều cao pic hoà tan của
Cađimi được thể hiện qua bảng và hình vẽ sau:
Bảng 3.13: Sự biến thiên vào nồng độ
CM.105

Ip (nA)

0,35

C(mol/l)

Hình 3.8. Sự phụ thuộc của Ip vào nồng độ chất phân tích

Dựa vào đồ thị tôi thấy trong khoảng nồng độ đã khảo sát thì Ip biến
thiên tỉ lệ thuận với nồng độ của Cađimi.
3.2.5. Giới hạn phát hiện của phép đo
Xử lý kết quả đo theo phương pháp thống kê. Các phép đo áp dụng điều
kiện tối ưu, kết quả thu được như sau:
Bảng 3.14: Giới hạn phát hiện của phép đo
Lần đo

Cd (µg/l)

1

0,776

2

0,769

3

0,770

C

0,77167


110.9

3

111.1

4

115.6

5

103.5

6

122.3

7

110

8

113.2

9

114


55
65
75

385.11
962.8
1926.03
2410
3396
4355.8
5284.3
6338
6376

Hoàng Thanh Huyền - Lớp K32A Hoá

Trang: 21


Khoá luận tốt nghiệp đại học

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Dựa vào số liệu thực nghiệm này, và biểu diễn kết quả thực nghiệm, tôi
thấy giữa Ip và CM.10-7M (mol/l) có sự phụ thuộc tuyến tính. Phương trình
đường chuẩn:
Khoảng tuyến tính (4

65).10-7M


5878.1

đối với mỗi mẫu ta tính được nồng độ của các ion theo

phương trình đường chuẩn:

CCd2 

Ip  b
a

(mol/l)

(3.5)

Sai số tương đối trong mỗi phép đo đối với mỗi nguyên tố là:
q% =

CCd2 (cho vao)  CCd2  (Tim thay)
CCd2 (cho vao)

Hoàng Thanh Huyền - Lớp K32A Hoá

. 100%

(3.6)

Trang: 22



(C2V2)

 dd1 (C2V2)
Lọc kết tủa 

Đo pH để chỉnh lại phù hợp sau đó
đem đi phân tích
Hình 3.9. Sơ đồ xử lý mẫu nước hồ nuôi cá Yên Sở

Hoàng Thanh Huyền - Lớp K32A Hoá

Trang: 23


Khoá luận tốt nghiệp đại học

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

3.5.3. Kết quả phân tích và xử lý kết quả
Lấy 8 mẫu nước ở hồ nuôi cá Yên Sở, mỗi mẫu lấy 1000ml, rồi cô cạn
còn 100ml (dung dịch C2V2) (có pH = 2) và 2,5ml dung dịch nền NaCl 3M
vào bình định mức 25ml. Định mức tới vạch bởi nước cất hai lần, sau đó đem
đi phân tích.
Mỗi mẫu đo 5 lần và sau khi xử lý thống kê kết quả được biểu diễn
trong bảng 3.19.

Bảng 3.19: Kết quả xác định hàm lượng Cađimi trong nước
hồ nuôi cá Yên Sở - Thanh Trì - Hà Nội.

Mẫu số

0,00048

0,00003

0,00059

0,00004

0,00049

0,00003

4
5
6
7
8

Hoàng Thanh Huyền - Lớp K32A Hoá

Trang: 24


Khoá luận tốt nghiệp đại học

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Từ kết quả mà chúng tôi đã xác định được như trên và theo tài liệu
TCVN (1942 - 1995) cho phép kết luận: nước hồ nuôi cá Yên Sở chưa bị ô
nhiễm bởi các kim loại nặng.