TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ
KHOA KỸ THUẬT PHÂN TÍCH

------------------- * *-------------------

BÁO CÁO NIÊN LUẬN
CHUYÊN ĐỀ: “NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG ASEN TRONG
NƯỚC THEO PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ SỬ DỤNG
KĨ THUẬT HYDRUA HÓA”

Giáo viên hướng dẫn : T. S Nguyễn Minh Quý
Sinh viên
: Ngô Thị An
Nguyễn Thị Kiều Anh
Lớp
: PT1Đ15
Chuyên ngành : Hóa Phân Tích
Khóa học
: 2015 – 2019
Phú Thọ, năm 2019

1


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành niên luận này, chúng em đã nhận
được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô và các bạn. Với lòng kính
trọng và biết ơn sâu sắc chúng em xin được bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới:
Ban giám hiệu, phòng đào tạo trường Đại học Công nghiệp Việt Trì, cùng các
thầy cô trong khoa Kỹ Thuật Phân Tích là những người đã trực tiếp giảng dạy, đã
truyền đạt cho em những kiến thức bổ ích. Và tạo điều kiện cho em trong suốt quá

Hình 3. 3: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào bước sóng
Hình 3. 4: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào độ rộng khe đo
Hình 3. 5 :Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào cường độ đèn (A-I)
Hình 3. 6: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào chiều cao đèn nguyên
tử hóa
Hình 3. 7: Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính của đường chuẩn
Hình 3. 8: Đ ường chuẩn As theo phương pháp HVG-AAS

4


MỞ ĐẦU
Nước có vai trò quan trọng trong việc phục vụ cho sinh hoạt, nâng cao chất
lượng đời sống cho người dân. Nước là nhân tố quyết định sự sống trên trái đất, là
hợp phần chiếm tới 70% trọng lượng cơ thể con người và tới 90% ở một số thực
vật. Nước đóng vai trò quan trọng trong sản xuất công nghiệp. Đối với cây trồng
nước là nhu cầu thiết yếu có vai trò điều tiết các chế độ nhiệt ánh sáng, chất dinh
dưỡng. . .
Trong những năm gần đây của nước ta, do phát triển kinh tế và gia tăng dân số
nên môi trường nước ngày càng bị ô nhiễm bởi kim loại nặng mà nguồn gốc chủ
yếu từ công nghiệp và giao thông vận tải.
Các kim loại nặng nói chung hay asen nói riêng lại rất khó loại bỏ bằng các
biện pháp xử lý nước thải thông thường và nếu chúng xâm nhập vào các nguồn
nước sinh hoạt ở mức cao hơn mức cho phép sẽ là nguồn gốc của nhiều bệnh hiểm
nghèo, đe dọa sức khỏe và tính mạng của con người.
As cũng là nguyên tố cần chú ý vì cũng có độc tính cao. Asen là nguyên tố
khó định lượng vì độ nhạy các phản ứng dùng để xác định nó không cao. Đa số khi
phân tích asen cần phải loại bỏ nhiều nguyên tố gây cản trở. Hàm lượng asen trong
mẫu thường là ở nồng độ rất nhỏ nhất là ở trong nước.
Việc xác định chính xác hàm lượng Asen trong nước là vô cùng quan trọng.

- Nước ngọt, nước mặn, nước lợ.
- Nước giàu hoặc nghèo dinh dưỡng.
- Nước bị ô nhiễm nặng hoặc nhẹ.
Về mặt lý tính: nước là chất có khả năng tồn tại ở cả ba dạng: rắn, lỏng và khí.
Nước là một dung môi tốt nhờ vào tính lưỡng cực. Các hợp chất phân cực hoặc có
tính ion như axit, rượu và muối đều dễ tan trong nước. Tính hòa tan của nước đóng
vai trò rất quan trọng trong sinh học vì nhiều phản ứng hóa sinh chỉ xảy ra trong
dung dịch nước.
Nước tinh khiết không dẫn điện. Mặc dù vậy, do có tính hòa tan tốt, nước hay
có tạp chất pha lẫn, thường là các muối, tạo ra các ion tự do trong dung dịch nước
cho phép dòng điện chạy qua.
Về mặt hóa học: nước là một chất lưỡng tính, có thể phản ứng như một axit
hay bazo. Ở pH=7 (trung tính) hàm lượng các ion OH - cân bằng hàm lượng của
H2O+ khi phản ứng với một axit mạnh hơn, ví dụ như HCl nước phản ứng như một
bazo.
HCl + H2O = H3O+ + ClVới amoniac nước lại phản ứng mạnh như một axit:
NH3 + H2O = NH4 + OH6


1.1.2. Vai trò của nước đối với đời sống con người [3]
Nước là một tài nguyên vô cùng quan trọng đối với mỗi quốc gia, là thành
phần không thể thiếu đối với mỗi sinh vật.
Nước đồng nghĩa với cuộc sống của sinh vật, cần thiết không những đối với
con người, động vật mà cả đối với cây cỏ, chiếm một tỷ lệ lớn trong cơ thể sống.
Trong cơ thể con người, nước là chất lỏng chiếm 60% đến 70% thể trọng của
cơ thể, nước phân bố khắp nơi trong cơ thể như máu, cơ bắp, não bộ, phổi,xương
khớp. . . con người có thể không ăn trong vài tháng, nhưng thiếu nước trong hai ba
ngày là có nguy cơ tử vong, việc thường xuyên thiếu nước làm giảm sút tinh thần,
khả năng tập trung kém.
Nước tham gia vào việc hình thành các dịch tiêu hóa, giúp con người hấp thụ

đường thủy.
Như vậy, nước có vai trò rất lớn trong đời sống của con người cũng như các loại
sinh vật trên Trái Đất. Tuy nhiên hiện nay thì do nhu cầu sử dụng và ý thức của con
người đã và đang làm cho môi trường nước bị ô nhiễm nghiêm trọng gây ra những
hình ảnh không tốt cho con người và sinh vật trong khí quyển.
1.1.3. Vấn đề ô nhiễm nguồn nước [4]
Ngày nay nhu cầu của con người sử dụng nước ngày càng nhiều về số lượng
với nhiều mục đích khác nhau.
Nguồn nước mà con người sử dụng được thì hầu hết là nước ngọt từ nguồn
nước bề mặt và nước ngầm. Ngày nay nguồn nước này bị ô nhiễm bẩn và cạn kiệt
do việc xả thải và sử dụng thiếu ý thức của con người, áp lực của việc gia tăng dân
số cùng với tốc độ đô thị hóa.

8


1.2. Giới thiệu về Asen
1.2.1. Trạng thái tự nhiên [5]
Asen hay còn gọi là thạch tín, một nguyên tố hóa học có kí hiệu As. Asen
trong tự nhiên tồn tại ở nhiều dạng và có cấu trúc tinh thể khác nhau, nhưng nói
chung nó hay tồn tại dưới dạng các hợp chất Asenua và Asenat. Vài trăm loại
khoáng vật như thế đã được biết tới. Asen và các hợp chất của nó được sử dụng như
là thuốc trừ dịch hại, thuốc trừ cỏ, thuốc trừ sâu và trong một loạt các hợp kim.
Asennopyrit còn gọi là mispickel (FeAsS) là khoáng vật chứa Asen phổ biến
nhất. Khi bị nung nóng trong không khí, Asen thăng hoa ở dạng oxit asen (III) để
loại các oxit sắt.
Các hợp chất quan trọng nhất của Asen là oxit Asen (III) As 2O3 (Asen trắng)
opimentsulfua vàng (hay thư hoàng) As2S3 và hùng hoàng đỏ As4S4, lục paris,
asenat canxi, asenat hidro chì. Ba hợp chất cuối cùng từng được sử dụng trong
nông nghiệp làm thuốc trừ sâu và thuốc độc. Thư hoàng và hùng hoàng trước đây

Hình 1. 1: Mô hình cấu tạo nguyên tử
Asen

1.2.3. Tính chất của Asen
1.2.3.1. Tính chất vật lí [5]
Về tính chất lý học, Asen có tính chất gần giống với các kim loại, nó có bốn
dạng thù hình: dạng kim loại, dạng alpha có màu vàng, dạng beta có màu đen, dạng
gamma có màu xám. Asen kim loại thường gặp có màu xám bạc. Asen kim loại có
ánh kim có cấu trúc tinh thể gần giống photpho đen.
Một số thông số vật lý của Asen:
Tỷ trọng
: 5,7 g. cm3 (ở 14oC)
Độ dẫn điện : 30. cm
Nhiệt độ nóng chảy : 817
Nhiệt độ sôi : 615
Khi Asen bay hơi gặp lạnh nó sẽ ngưng lại thành tinh thể tà phương, hơi Asen
có mùi tỏi rất độc.
Asen là chất bán dẫn, dễ nghiền thành bột, người ta có thể tạo hợp chất bán dẫn
của asen như GaAs, có tính chất bán dẫn như silic và Gecmani.
1.2.3.2. Tính chất hóa học [8,5]
Asen là nguyên tố bán kim loại, cấu hình lớp vỏ điện tử hóa trị của asen là
4s24p3. Trong cấu hình lớp vỏ điện tử của asen có sự tham gia của các obital d nên
có thể mở rộng vỏ hóa trị, số oxi hóa -3 là đặc trưng cho asen. Trong không khí ở
nhiệt độ thường Asen bị oxy hóa rất chậm, còn khi bị đốt nóng mạnh nó bị cháy tạo
thành oxit As2O3 có mùi tỏi đặc trưng:
4As + 3O2 " 2As2O3
10


Ở nhiệt độ cao Asen có khả năng tác dụng với nhiều nguyên tố khác như Fe,

thay đổi của môi trường, của pH và thế oxi hóa khử. Đa số các hợp chất hữu cơ của
As xuất hiện trong tự nhiên là kết quả hoạt động sinh học của các loại nấm và vi
khuẩn. Một số hợp chất của asin như monometylasin (CH 3AsH2), dimetylasin
(CH3)2AsH, trimetylasin (CH3)3As,. . .
Ví dụ: trimetylasin được tạo thành do sự phát triển của nấm mốc trên giấy dán
tường với chất màu As. Sự metyl hóa được coi như là một quá trình giải độc As của
các vi sinh vật.

12


1.2.4. Vai trò của asen
Như chúng ta đã biết asen là nguyên tố vi lượng rất cần thiết cho sự sinh
trưởng và phát triển của con người và sinh vật. Asen có vai trò quan trọng trong
trao đổi chất nuclein, tổng hợp protit và hemoglobin.
Asen là nguyên tố có mặt trong nhiều loại hóa chất sử dụng trong nhiều ngành
công nghiệp khác nhau như: hóa chất, phân bón, thuốc bảo vệ thực phẩm…
1.2.5. Độc tính của Asen [6,7]
Asen là nguyên tố vi lượng, rất cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của
con người và sinh vật. Ở hàm lượng nhất định, Asen có vai trò quan trọng trong
trao đổi chất nuclein, tổng hợp protit và hemoglobin. Tuy nhiên ở hàm lượng cao
hơn, Asen và các hợp chất của nó là tác nhân gây 19 bệnh ung thư, đột biến và dị
thai trong tự nhiên.
Asen đi vào cơ thể bằng tất cả các con đường như: hít thở, ăn uống, thẩm thấu
qua da.
Asen(III) tấn công lên nhóm –SH của enzim, làm cản trở hoạt động của enzim
sẽ ngăn cản sự sản sinh ra của ATP.
Asen(III) ở nồng độ cao làm đông tụ các protein.
Asen(V) và Asen hữu cơ được đào thải qua thận rất nhanh và hầu như toàn bộ.
Asen vô cơ thì được tích lũy ở da, xương, cơ bắp.



Hình 1. 3: Ảnh hưởng của Asen tới môi trường đất

• Ảnh hưởng của Asen đến môi trường không khí
Lớp Asen tồn tại trong địa khí quyển ở dạng thể rắn nhưng các quá trình
phong hóa núi lửa phun trào hoặc các hoạt động khai thác, luyện kim, đốt nhiên
liệu hóa thạch, …đã bán dẫn Asen ra môi trường không khí. Trong không khí tồn
tại cả 2 dạng Asen hữu cơ và vô cơ.
1.2.7. Ảnh hưởng của Asen đối với sức khỏe con người [2]
Thống kê của Cục Y tế dự phòng - Bộ Y tế cho thấy, trong số 10 trên 26 bệnh
truyền nhiễm gây dịch được giám sát có tỷ lệ mắc trên 100. 000 dân, cao nhất là
cúm, tiêu chảy, sốt rét, sốt xuất huyết, ly trực khuẩn, quoai bị, viêm gan virut, thủy
đậu. . . có liên quan đến nguồn nước bị nhiễm asen và nhiều chất hữu cơ khác.
Các nghiên cứu khoa học cũng cho thấy, khi sử dụng nước nhiễm asen để ăn
uống, con người có thể bị mắc bệnh ung thư, trong đó thường gặp là ung thư da.
Ngoài ra, asen còn đầu độc hệ tuần hoàn khi uống phải nguồn nước có hàm lượng
asen 0,1mg/l. Vì vậy, cần phải xử lý nước nhiễm asen trước khi dùng cho sinh hoạt
và ăn uống.
15


Tại Hà Nam, nghiên cứu của Viện YHLĐ&VSMT (Bộ Y tế) đã phát hiện 8 ca
bị nhiễm độc asen ở giai đoạn sớm sau 5 - 10 năm sử dụng nước nhiễm độc ở các
xã Hòa Hậu, Bồ Đề và Vĩnh Trụ. Cũng tại đây, 94,4% giếng khoan được nghiên
cứu có hàm lượng asen trong nước cao hơn tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống. Năm
2003, khi tiến hành kiểm tra sức khỏe cho 400 người sống trong khu vực ô nhiễm
asen nặng, Viện đã phát hiện có ít nhất 7 trường hợp mắc các chứng bệnh do ăn
uống với nguồn nước nhiễm asen và 50 trường hợp có hàm lượng asen cao hơn
bình thường.

màu, phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử, phương pháp điện hóa hòa tan…
2.1. Phương pháp khối lượng [11]
2.1.1. Phương pháp kết tủa bạc Asen Ag3AsO4
Mẫu được hòa tan chuyển vào dung dịch dưới dạng Asenit rồi oxi hóa thành
Asenat, dùng AgNO3 kết tủa hoàn toàn thành Asenat dưới dạng kết tủa Ag3AsO4.
17


Na3AsO3 + H2O = Na3AsO4 + H2O
Na3AsO4 + 3 AgNO3 = Ag3AsO4 + 3NaNO3
Lọc,rửa ,sấy,nung kết tủa ở 5000 C rồi cặn kết tủa nung ở dạng Ag 3AsO4 kết
quả được tính:
% As = . 100
f : là hệ số chuyển đổi
a : là khối lượng Ag3AsO4 sau nung
G : là khối lượng của mẫu
f=
2.1.2. Phương pháp kết rủa Asen (III) sunfua
Mẫu được chuyển vào dung dịch, được axit hóa bằng HCl, ở điều kiện dung
dịch nóng (800 C) sục khí H2S qua dung dịch làm kết tủa hoàn toàn Asenit.
2Na3AsO3 + H2S + 6HCl = As2S3+ 6 NaCl + 6 H2O
Lọc, rửa sạch kết tủa bằng nước bằng rượu, sấy 100-1100C rồi cân.
%As = . 100
f=
2.2. Phương pháp thể tích [11]
2.2.1. Phương pháp chuẩn độ Iot
Hòa tan 1,000g mẫu có thêm 1g K2CO3 trong ít nước, ra nhiệt và thêm vài giọt
H2SO4, Axit nhẹ thêm nước cất, định mước thành 100,00ml. Lấy 10,00ml dung
dịch mẫu thêm nước cất tới thể tích chung 150ml thêm 2g NaHCO 3 chuẩn độ bằng
dung dịch I2 tiêu chuẩn 0,1N với chỉ thị hồ tinh bột tới khi dung dịch xuất hiện màu

As3+ + 3e Aso (Hg)
Sau đó ghi đường hòa tan dưới dạng pic với tốc độ quét thế 20 – 50 mV/s,
khoảng thế quét -0,4 V đến -0,9V. Xác định hàm lượng As theo phương pháp thêm
chuẩn hoặc đường chuẩn.
mg/l As =
trong đó a: số µg As xác định được theo đường chuẩn
V: thể tích mẫu đem phân tích ( ml)
Theo tài liệu [16] đã khảo sát ở điều kiện HCl 2M, sục khí đuổi oxi trong thời
gian là 120s, điện phân làm giàu ở -0,30 trong thời gian 120s, tốc đọ quay điện cực
2000 vòng/phút, quét thế theo chiều dương -0. 30V ÷ +0. 65V, biên độ xung
19


+50mV, bề rộng xung 40ms, thời gian đo dòng 20s. thời gian nhảy thế 0. 1s, bước
nhảy thế 6mV, tốc độ quét thế 29,8 mV/s.
2.3.3. Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử ICP – AES [13]
• Nguyên tắc của phương pháp
Hóa hơi nguyên tử hóa mẫu để phân tử mẫu chuyển thành trạng thái hơi và
nguyên tử tự do, dùng nguồn năng lượng phù hợp kích thích nguyên tử ở trạng thái
đó để nguyên tử phát ra các vạch phổ đặc trưng cho từng nguyên tố. Thu toàn bộ
phổ, phân li thành các vạch riêng biệt và ghi toàn bộ phổ phát xạ nhờ máy quang
phổ. Có thể ghi lên kính ảnh hoặc phim ảnh hoặc ghi trực tiếp các tín hiệu cường
độ vạch phổ phát xạ dưới dạng các píc.
Từ bước sóng và cường độ vạch phổ phát xạ, đánh giá về mặt định tính và
định lượng tùy theo yêu cầu phân tích.
Dung dịch mẫu được phun ở dạng sol khí tới vùng plasma argon có nhiệt độ
từ 60000K đến 80000K, tại đó asen được nguyên tử hóa và phát xạ bước sóng đặc
trưng. Nồng độ asen trong mẫu được xác định dựa trên cường độ vạch phát xạ. Giới
hạn phát hiện của phương pháp là 35 – 50 ppb. Phương pháp này có thể xác định
nhiều nguyên tố cùng một lúc và được áp dụng đối với tất cả các loại nền màu khác

hấp thụ nguyên tử để xác định Asen trong nước.

CHƯƠNG III: XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG ASEN TRONG NƯỚC
BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ KĨ THUẬT
HIDRUA HÓA
3.1. Nguyên tắc xác định
Dựa vào tính chất dễ tạo hợp chất hidrua cộng hóa trị của As, hidrua này đều
dễ bay hơi, dễ bị phân hủy người ta chế tạo khí hidrua kết hợp phương pháp hấp
thụ nguyên tử, khí này được dẫn vào bộ phận nguyên tử hóa mẫu đo quang độ hấp
thụ của chúng. As tạo hợp chất hidrua cộng hóa trị có công thức AsH 3 trong hợp
21


chất này As có số oxi hóa +3. Trong các hợp chất As thường thể hiện số oxi hóa +3
và +5 vì vậy người ta phải tiến hành phản ứng khử về As -3, dùng chất khử là
NaBH4, trong môi trường axit NaBH4 có phản ứng:
NaBH4 + 3H2O + HCl → H3BO3 + 8H* + NaCl
H* là hidro mới sinh có tính khử mạnh nên khi có mặt các hợp chất của As,
Se nó thực hiện ngay quá trình khử.
As3+ + 6 H*
→
AsH3 + 3H+
Khí Asin giải phóng được mang vào buồng nguyên tử hóa bằng dòng khí trơ
(Ar) liên tục. Sau đó dùng năng lượng ngọn lửa C2H2-KK làm nguồn duy trì đám
hơi nguyên tử As chiếu chùm tia đơn sắc từ đèn catot rỗng của As vào đám hơi
nguyên tử, khi đó As sẽ hấp thụ những tia nhất định (193,7 nm là nhậy nhất). Sau
đó nhờ bộ phận thu và phân ly phổ hấp thụ ta chọn và đo cường độ vạch phổ phân
tích để phục vụ cho việc định lượng nó dựa theo định luật
Lambert – Beer.
A = K. N. L

Ax

C1 C2 Cx C3 C4

C5

C6

C (mg/l)

Hình 3. 1: Đồ thị của phương pháp đường chuẩn

3.2.2. Cách xác định nồng độ (Cx) theo phương pháp đường thêm chuẩn
Nguyên tắc của phương pháp này là người ta dùng ngay mẫu phân tích làm
nền để chuẩn bị một dãy mẫu dung dịch chuẩn, bằng cách lấy một lượng mẫu phân
tích nhất định và cho thêm vào đó những lượng xác định của nguyên tố cần xác
định theo từng bậc nồng độ.
Ví dụ: Lượng thêm vào là ΔC1, ΔC2, ΔC3,…. như thế chúng ta sẽ có một dãy
mẫu chuẩn là:
Co = Cx
C1= Cx + C1
C2 = Cx + C2
23


C3 = Cx + C3
Trong đó CX là nồng độ của nguyên tố cần xác định trong mẫu phân tích. Tiếp
đó chọn các điều kiện thí nghiệm phù hợp và một vạch phổ của nguyên tố phân
tích, tiến hành ghi cường độ hấp thụ của vạch phổ đó theo tất cả dãy mẫu đầu,
chúng ta thu được các giá trị tương ứng là D0, D1, D2…

thị ta xác định được giá trị

λ

max

mà tại độ hấp thụ đạt giá trị cực đại.

24


S
Hình 3. 3: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào bước sóng

Tham khảo tài liệu [14] tại vạch phổ 193,7 nm thì độ hấp thụ của asen đạt giá
trị Absmax khi đó nguyên tố asen đạt được độ chính xác và độ lặp cao nhất.
3.3.2. Tìm hiểu khảo sát độ rộng khe đo
Độ rộng của khe sáng ảnh hưởng đến tín hiệu phổ hấp thụ. Trước hệ chuẩn
trực là khe vào của chùm sáng đa sắc, chùm sáng đa sắc này sau khi qua hệ chuẩn
trực sẽ vào bộ phận tán sắc. Để vạch phổ đo không bị quấy rối, chen lẫn bởi vạch
phổ khác nằm ở hai bên khe sáng phải không được quá rộng, mặt khác nếu độ rộng
khe sáng quá hẹp tín hiệu phổ không ổn định, độ lặp lại kém. Tiến hành khảo sát ở
các độ rộng như sau: 0,1 nm; 0,2 nm; 0,5 nm; 1,0 nm và 2,0 nm cố định các điều
kiện khảo sát chỉ thay đổi độ rộng khe, mỗi giá trị tiến hành đo lặp lại 3 lần, lấy
giá trị trung bình.
Bảng 3. 2:Khảo sát ảnh hưởng độ rộng khe đo tới độ hấp thụ

Độ rộng khe đo

0,1