ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
–––––––––––––––––––––––

SENGALOUN KHAMSING

XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI HÀM LƯỢNG VẾT ANTIMON VÀ ĐỒNG
TRONG MẪU NƯỚC XUNG QUANH KHU VỰC NÚI PHÁO - ĐẠI TỪ
- THÁI NGUYÊN BẰNG PHƯƠNG PHÁP
VON - AMPE HÒA TAN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

THÁI NGUYÊN 2017


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
–––––––––––––––––––

SENGALOUN KHAMSING

XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI HÀM LƯỢNG VẾT ANTIMON VÀ ĐỒNG
TRONG MẪU NƯỚC XUNG QUANH KHU VỰC NÚI PHÁO - ĐẠI TỪ
- THÁI NGUYÊN BẰNG PHƯƠNG PHÁP
VON - AMPE HÒA TAN

Chuyên ngành: Hóa phân
tích
Mã số:
60.44.01.18

dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện luận văn “Xác định
đồng thời hàm lượng vết antimon và đồng trong mẫu nước xung
quanh khu vực Núi Pháo - Đại Từ - Thái Nguyên bằng phương
pháp Von-ampe hòa tan”.
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, tạo điều kiện của các Thầy
Cô giáo trong khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái
Nguyên; sự ủng hộ và giúp đỡ nhiệt tình của các anh chị và các bạn
trong quá trình thực hiện luận văn.
Do thời gian có hạn và các yếu tố khách quan khác, bản luận văn
của em sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự
góp ý của các Thầy Cô và các bạn để luận văn được hoàn thiện hơn.

Thái Nguyên, tháng 4 năm
2017
Học viên

SengaLoun KHAMSING

ii


MỤC LỤC
Trang
Lời

cam

đoan

........................................................................................................ i Lời cảm

v

Danh

mục các hình ............................................................................................. vi
MỞ ĐẦU
............................................................................................................. 1
Chương 1: TỔNG
QUAN.................................................................................. 3
1.1. Giới thiệu nguyên tố đồng
............................................................................ 3
1.1.1. Vị trí và một số đặc điểm của nguyên tố đồng
.......................................... 3
1.1.2. Đồng trong tự
nhiên................................................................................... 3
1.1.3. Công dụng và độc tính của đồng
............................................................... 4
1.2. Giới thiệu về nguyên tố antimon
.................................................................. 4
1.2.1. Vị trí và một số đặc điểm của
antimon...................................................... 4
1.2.2. Độc tính của
antimon................................................................................. 5
1.3. Giới thiệu phương pháp Von - Ampe hoà tan
.............................................. 6
1.3.1. Nguyên tắc phương pháp von - Ampe hòa tan
.......................................... 6
1.3.2. Ưu điểm của phương pháp Von-Ampe hòa

iii

2.2.2. Đánh giá độ đúng, độ chụm của phép đo và giới hạn phát hiện,
giới
hạn định lượng của phương pháp
...................................................................... 21
2.3. Phân tích mẫu thực
..................................................................................... 24
2.3.1. Lấy, bảo quản và xử lý mẫu
.................................................................... 24
2.4. Xử lý kết quả thực nghiệm
......................................................................... 25
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................
26
3.1. Nghiên cứu điều kiện tối ưu xác định đồng thời Sb(III) và Cu(II) bằng
phương pháp Von-Ampe hòa tan anot (ASV)
................................................... 26
3.1.1. Nghiên cứu lựa chọn chất điện li nền
...................................................... 26
3.1.2. Thí nghiệm trắng
..................................................................................... 27
3.1.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH
................................................................ 28
3.1.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của thế điện phân
............................................... 30
3.1.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian điện
phân...................................... 32
3.1.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian sục khí
.......................................... 34
3.1.7. Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ khuấy dung dịch
............................... 36


TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................
54

v


MỘT SỐ KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

1

Ký
hiệ
u
Ip

2

CSV

Von-ampe hòa tan catot

3

ASV

Von-ampe hòa tan anot

Catthodic stripping
voltammetry
Anodic stripping voltametry


Differential pulse

8

LOQ

Giới hạn định lượng

Limit of quantity

9

ĐKTN

Điều kiện thí nghiệm

Experimental contitions

Thời gian điện phân

Diposition time

11

tđ
p
ppb

Nồng độ phần tỷ

Bảng 1.2. Một số hằng số vật lí của antimon
...................................................... 5
Bảng 3.1. Các giá trị Ip của Sb(III) và Cu(II) tương ứng với pH khác nhau ....
29
Bảng 3.2. Giá trị Ip của Sb(III) và Cu(II) ở các giá trị thế điện phân (Eđp)
khác
nhau........................................................................................... 31
Bảng 3.3. Các giá trị Ip của Sb(III) và Cu(II) ở các thời gian điện phân làm
giàu khác nhau
................................................................................... 33
Bảng 3.4. Các giá trị Ip của Sb(III) và Cu(II) tương ứng với thời gian sục
khí (tsk) khác
nhau.............................................................................. 35
Bảng 3.5. Các giá trị Ip của Sb(III) và Cu(II) ở các giá trị tốc độ khuấy dung
dịch khác nhau
................................................................................... 37
Bảng 3.6. Các giá trị Ip của Sb(III) và Cu(II) ở các giá trị tốc độ quét thế
khác
nhau........................................................................................... 39
Bảng 3.7. Các điều kiện thí nghiệm thích hợp cho phép ghi đo xác định
đồng thời Sb (III) và Cu(II) ...............................................................
40
Bảng 3.8. Kết quả phân tích xác định đồng thời Sb(III) và Cu(II) trong mẫu
dung dịch
chuẩn................................................................................. 41
Bảng 3.9. Các giá trị Ip của Sb(III) và Cu(II) trong 10 lần đo lặp
lại................ 43
Bảng 3.10. Địa điểm, thời gian lấy mẫu và ký hiệu mẫu
................................. 45
Bảng 3.11. Hàm lượng đồng và antimon trong một số mẫu nước khu vực

............................................................................ 32
Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn Sự phụ thuộc Ip của Sb(III) và Cu(II) vào thời
gian điện phân
................................................................................... 33
Hình 3.9. Các đường ASV của Sb(III) và Cu(II) ở các thời gian sục khí
khác
nhau........................................................................................... 34
Hình 3.10. Sự phụ thuộc Ip của Sb(III) và Cu(II) vào thời gian sục khí
........... 35
Hình 3.11. Các đường ASV khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy dung dịch
đến dòng đỉnh hòa tan Ip của Sb(III) và Cu(II)
................................. 36
Hình 3.12. Sự phụ thuộc Ip của Sb(III) và Cu(II) vào tốc độ khuấy dung dịch
....... 37
Hình 3.13. Các đường ASV khảo sát ảnh hưởng tốc độ quét thế đến dòng

vi
i


đỉnh hòa tan Ip của Sb(III) và Cu(II)
................................................. 38
Hình 3.14. Sự phụ thuộc Ip của Sb(III) và Cu(II) vào tốc độ quét thế
.............. 39
Hình 3.15. Các đường Von-Ampe hòa tan của Sb(III) và Cu(II) trong mẫu
dung dịch
chuẩn................................................................................. 41
Hình 3.16. Các đường ASV của Sb(III) và Cu(II) trong 10 lần đo lặp lại ........
42


và đồng Cu là nguyên tố cần thiết cho cơ thể ở nồng độ thấp, tuy nhiên ở
nồng độ cao chúng gây ra các vấn đề về tim mạch, tiêu hóa, thận,… và có
thể dẫn đến tử vong; Sb và Cu là những nguyên tố có tính độc cao với con
người và động vật, chúng là mầm mống có thể gây ra các bệnh ung thư,
bệnh về xương…
Trong những năm gần đây Thái Nguyên thực hiện dự án khai thác
khoáng sản khu Núi Pháo thuộc huyện Đại Từ. Trải qua hơn 10 năm tồn
tại và hoạt động, dự án đã góp phần rất lớn vào sự phát triển của nhà
máy khai thác chế biến khoáng sản Núi Pháo nói riêng và sự phát triển
kinh tế xã hội của tỉnh Thái Nguyên nói chung.
Bên cạnh những hiệu quả tích cực thì đồng thời nó cũng làm phát
sinh rất nhiều tác động đến môi trường. Trong đó ô nhiễm do hoạt
động khai thác và chế biến khoáng sản là một trong những vấn đề
nóng hổi nhất. Sự hoạt động của nhà máy khai thác và chế biến
quặng đa kim Núi Pháo có ảnh hưởng như thế nào đến môi trường, đặc
biệt là môi trường nước đã và đang là vấn đề cần được quan tâm.
Chính vì vậy, việc xác định và kiểm soát được hàm lượng vết các
kim loại nặng nói chung, Sb và Cu nói riêng là việc làm rất cần thiết
và cấp bách.

1


Trên thực tế để có thể định lượng Sb và Cu bằng các phương pháp
phân tích khác nhau, như: quang phổ hấp thụ ngyên tử (AAS), quang phổ
phát xạ nguyên tử (AES), khối phổ - plasma cảm ứng cao tần (ICP-MS),
Von - Ampe hòa tan... Trong đó phương pháp Von - Ampe hòa tan là
phương pháp có độ chính xác, độ nhạy, độ chọn lọc cao, giới hạn phát
hiện và giới hạn định lượng thấp, đặc biệt có thể xác định đồng thời hàm
lượng vết các kim loại khác nhau trong cùng mẫu phân tích.

Cu và số hiêu nguyên tử bằng 29, thuộc nhóm IB.
Đồng là kim loại nặng, mềm, có ánh kim, có độ dẫn điện và dẫn
nhiệt
cao, có màu đỏ, dễ dát mỏng và dễ kéo sợi [9].
Bảng 1.1. Một số hằng số vật lí của
đồng
Số thứ tự

29

Khối lượng nguyên tử (đvC)

63,56

Bán kính nguyên tử (nm)

0,128

Độ âm điện

1,9

Khối lượng riêng (g/cm3)

8,94

Năng lượng ion hóa (KJ.mol-1 )

I1


Đối với thực vật, đồng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sinh trưởng
và phát triển của cây, thiếu đồng thì cây không phát triển được.
Đồng là kim loại màu quan trọng đối với công nghiệp và kĩ
thuật, khoảng trên 50% lượng đồng khai thác hàng năm được dùng sản
xuất dây dẫn điện, trên 30% được dùng chế tạo hợp kim. Ngoài ra, do có
khả năng dẫn nhiệt tốt và chịu ăn mòn, đồng kim loại còn được dùng chế
tạo thiết bị trao đổi nhiệt, sinh hàn và chân không, chế tạo nồi hơi, ống
dẫn dầu và dẫn nhiên liệu. Một số hợp chất của đồng được sử dụng làm
chất màu trang trí mỹ thuật, chất liệu trừ nấm mốc và cả thuốc trừ sâu
trong nông nghiệp. Đồng là nguyên tố vi lượng cần thiết trong cơ thể
người, có nhiều vai trò sinh lí, nó tham gia vào quá trình tạo hồng cầu,
bạch cầu và là thành phần của nhiều enzyme [1].
Đồng tham gia tạo sắc tố hô hấp hemoglobin. Các nghiên cứu y học
cho thấy khi nồng độ đồng cao hơn mức cho phép một số người có dấu
hiệu mắc bệnh do đồng lắng đọng trong gan, thâṇ , não như bệnh
về thần kinh schizophrenia. Ngược lại khi nồng độ đồng quá thấp, cơ thể
phát triển không bình thường đặc biết với trẻ em. Mọi hợp chất của đồng
đều là những chất độc, khoảng 30g CuSO4 có khả năng gây chết người.
Nồng độ an toàn của Cu trong nước uống với con người dao động theo
từng nguồn, khoảng 1,5-2 mg/L. Lượng Cu đi vào cơ thể con người theo
đường thức ăn khoảng 2-4 mg/L [1].
1.2. Giới thiệu về nguyên tố antimon
1.2.1. Vị trí và một số đặc điểm của antimon
Antimon có số hiệu nguyên tử là 51, là một á kim, nằm ở nhóm VA,
chu kì 5 trong hệ thống tuần hoàn.

4


Trong tự nhiên antimon không tồn tại ở dạng đơn chất mà tồn tại ở


834

1594,9

2440

Trong hầu hết các khoáng chất antimon kết hợp với lưu huỳnh để
tạo ra sunfua antimon (Sb2S3). Dạng ổn định nhất của antimon là dạng á
kim màu trắng-lam. Antimon có khoảng 20 đồng vị phóng xạ được biết
đến và 4 dạng thù hình bền: Sb vàng, Sb đen, Sb kim loại, Sb nổ.
Antimon ở dạng nguyên tố là một chất rắn kết tinh dễ nóng chảy, cứng
màu trắng bạc dẫn điện, dẫn nhiệt kém và bay hơi ở nhiệt độ thấp [11].
Antimon là một nguyên tố á kim khá hoạt động vừa có tính kim loại
vừa có tính phi kim. Antimon không phản ứng với oxi trong không khí ở
nhiệt độ phòng, không phản ứng với nước lạnh hay hầu hết các axit
lạnh và tan trong một số axit nóng và nước cường toan. Antimon không
phản ứng với axit clohidric, axit flohidric, axit sunfuric loãng, kiềm, dung
dịch ammoniac, nitơ, cacbon. Có phản ứng với axit có tính oxi hóa mạnh,
nước cường thủy, chất oxi hóa điển hình halogen, canogen…Ở nhiệt
độ cao có sự chuyển hóa giữa antimon ở thể rắn, lỏng và hơi [11].
1.2.2. Độc tính của antimon
Trong tự nhiên, antimon thường được tìm thấy ở hai dạng là Sb(III)
và Sb(V) trong các mẫu môi trường, sinh học và địa hoá, trong đó Sb (III)
có độc tính cao hơn Sb (V) 10 lần. Nếu tiếp xúc quá nhiều với Sb qua
đường ăn uống

5



Nếu dùng điện cực rắn tĩnh điện hoặc điện cực thủy ngân tĩnh thì
dùng
máy khuấy từ và cũng giữ tốc độ không đổi trong suốt quá trình điện
phân.

6


Thời gian điện phân được chọn tùy thuộc vào nồng độ chất cần xác
định trong dung dịch phân tích và kích thước của điện cực làm việc. Sau
khi điện phân thường ngừng khuấy dung dịch (hoặc ngừng quay điện
cực).
Nếu dùng điện cực giọt thủy ngân tĩnh hoặc điện cực màng thủy
ngân điều chế tại chỗ trên bề mặt điện cực đĩa thì cần có “thời gian
nghỉ” tức là để yên hệ thống trong một khoảng thời gian ngắn để lượng
kim loại phân bố đều trong hỗn hợp trên toàn điện cực.
* Giai đoạn dừng
Giai đoạn này ngắn thường từ 10s tới 60s. Dung dịch được ngừng
khuấy hoặc nếu dùng điện cực quay thì ngừng quay. Thế điện phân vẫn
được giữ nguyên, giai đoạn này cần thiết để kết tủa phân bố đều trên bề
mặt điện cực.
* Giai đoạn hòa tan
Sau khi điện phân làm giàu ta tiến hành hòa tan kết tủa làm
giàu trên
điện cực bằng cách phân cực ngược và ghi đường Von-Ampe hòa tan.
Nếu điện phân là quá trình khử chất phân tích ở thế điện phân
(Eđp) không đổi thì khi hòa tan cho thế quét với tốc độ không đổi và đủ
lớn từ gíá trị Eđp về phía các giá trị dương hơn. Khi đó, quá trình hòa tan
là quá trình anot và phương pháp phân tích được gọi là Von - Ampe hòa
tan anot (Anodic Stripping Voltammetry - ASV). Trường hợp ngược lại, nếu

n+

 Hg + ne

Quá trình
catot

Mn+ + ne

Như vậy trong trường hợp này áp dụng phương pháp Von-Ampe
hòa tan anot.
Trong phương pháp Von-Ampe hòa tan anot để chọn thế điện phân
làm
giàu (Eđp) người ta dựa vào phương trình
Nenrst:
Ở 25ºC: E

= E0
Oxh
Oxh K
K

+

0,0592
[Oxh]
lg
n
[K]


Quá trình
catot

Mn+

 (nm) R

(R có thể là chất hữu cơ hoặc OH- )
Phương pháp Von - Ampe hòa tan catot còn cho phép xác định
các chất hữu cơ hoặc anion tạo được kết tủa với Hg22+ hoặc Hg2+
khi sử dụng điện cực làm việc là điện cực giọt thủy ngân treo
(HMDE). Các phản ứng xảy ra như sau:
+ Giai đoạn làm giàu: Eđp = const
Quá trình
anot
pHg (HMDE)  qX
pHg (HMDE) + ne
+ Giai đoạn hòa tan: Quét thế catot
Quá trình
catot
Hgp Xq (HMDE)  ne
pHg (HMDE)  qX
(X có thể là hợp chất hữu cơ hoặc ion vô cơ như S2-, PO43-).
Trong phương pháp Von-Ampe hòa tan đường Von-Ampe hòa tan có
dạng pic. Thế đỉnh pic Ep và dòng đỉnh hòa tan Ip phụ thuộc vào các yếu
tố như: Nền điện li, pH, chất tạo phức, bản chất điện cực làm việc, kỹ
thuật ghi đường Von-Ampe hòa tan...
Trong những điều kiện xác định, có thể dựa vào thế đỉnh pic Ep để
phân tích định tính và dòng đỉnh hòa tan để định lượng các chất vì Ip tỉ lệ
thuận với nồng độ chất phân tích trong dung dịch theo phương trình: Ip =