Phân tích dạng kim loại chì (pb) và cadimi (cd) trong đất và trầm tích bằng phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ chiết phân tích dạng kim loại nặng trong trầm tích của Tessier và các cộng sự 6

Hình 1.2 Sơ đồ chiết phân tích dạng kim loại nặng trong trầm tích của Tessier sau khi đă cải tiến [51] 7

Hình 1.3 Nguyên tắc của phương pháp cực phổ (a) và Von-Ampe hòa tan (b) 17

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên tắc cấu tạo của mỏy quang phổ hấp thụ nguyên tử 22

Hình 2.1 Bản đồ vị trí lấy mẫu đất 28

Hình 2.2 Bản đồ vị trí lấy mẫu trầm tích 30

Hình 3.1 Ảnh hưởng của các nền ở từng nồng độ 41

Hình 3.2 Đường chuẩn định lượng chì 47

Hình 3.3 Đường chuẩn định lượng cadimi 48

Hình 3.4 Đường chuẩn định lượng chì 48

Hình 3.5 Đường chuẩn định lượng cadimi 49

Hình 3.6: Sự phân bố các dạng kim loại trong trầm tích 56

Hình 3.7 Tổng hàm lượng các kim loại trong trầm tích dọc lưu vực sông Nhuệ và Đáy 56

Hình 3.8 Sự phân bố các dạng kim loại trong đất 61

Hình 3.9 Hàm lượng tổng các kim loại trong đất 62

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, khi thế giới đang đang trên con đường phát triển ở mức toàn cầu hóa thì vấn đề ô nhiễm môi trường được đặt ra hết sức cấp thiết. Tốc độ ô nhiễm ngày càng nhanh, mức độ ngày càng trầm trọng đã ảnh hưởng lớn đến hệ sinh thái toàn cầu, và vấn đề ô nhiễm kim loại nặng như cadimi (Cd), chì (Pb) trong các môi trường đất, nước, không khí đã tác động đến sức khỏe con người và các sinh vật, gây ra sự phá vỡ nhiều quá trình chuyển hóa và cân bằng sinh thái do độc tính và khả năng tích luỹ của chúng. Những nguyên tố này, khác với hầu hết các chất gây ô nhiễm khác, không phân hủy sinh học và không trải qua một chu kỳ sinh thái sinh học chung mà trong đó nước tự nhiên là những con đường chính [43].

Kim loại trong đất và trầm tích có thể bị hòa tan và đi vào môi trường nước tùy thuộc vào các điều kiện hóa lý của nước như: Hàm lượng tổng các muối tan, trạng thái oxi hóa khử, các chất hữu cơ tham gia tạo phức với kim loại... [31], [42], [43], [48].

Tùy thuộc vào thành phần cấu tạo và các điều kiện địa chất, kim loại nặng có thể được phân chia thành các dạng hóa học khác nhau có liên quan với một loạt các pha hữu cơ và vô cơ. Nhiều công bố đã tập trung vào việc nghiên cứu hàm lượng tổng kim loại trong đất và trầm tích [2], [27], [35], [37], [38], [46]. Tuy nhiên, nó không thể cung cấp đủ thông tin về sự biến đổi, khả năng đáp ứng sinh học và độc tính của kim loại. Độc tính và mức độ ảnh hưởng sinh học của chúng không chỉ phụ thuộc vào hàm lượng tổng của chúng mà còn phụ thuộc vào các dạng hóa học mà chúng tồn tại, gọi là các dạng của kim loại [23], [47], [48]. Khi kim loại tồn tại ở dạng trao đổi hoặc cacbonat thì khả năng đáp ứng sinh học tốt hơn so với kim loại được lưu giữ trong cấu trúc tinh thể của trầm tích [23], [24], [25], [26], [28], [47],

[51].

Chính vì vậy, việc phân tích hàm lượng tổng số các kim loại nặng chưa đủ để đánh giá mức độ gây ra ô nhiễm môi trường mà vấn đề là ở việc phân tích dạng hóa học (trạng thái tồn tại) của các kim loại nặng để thấy các dạng đó có liên quan tới mức độ độc như thế nào.

Trong những năm qua, với việc sử dụng các kĩ thuật và công cụ phân tích hiện đại, trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong đất và trầm tích [20  23], [26  28], [31], [32], [35], [38  42], [44 

51].

Ở nước ta cũng đã có một số công trình bước đầu phân tích dạng tồn tại của các kim loại nặng trong các môi trường và thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà phân tích [1], [9], [10], [17], [36].

Có nhiều phương pháp đã được lựa chọn nhưng xét về độ nhạy, độ chọn lọc, khả năng phân tích một loạt mẫu ở các đối tượng khác nhau và về mặt kinh tế thì phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử được đánh giá cao hơn cả.

Do vậy đứng trước thực trạng ô nhiêm môi trường ngày càng gia tăng và sự cần thiết của việc phân tích dạng các kim loại phục vụ việc đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường mà chúng tôi chọn nghiên cứu đề tài: “Phân tích dạng kim loại chì (Pb) và cadimi (Cd) trong đất và trầm tích bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử”.

Với Môc tiêu đó, chúng tôi tiến hành nghiên cứu các nội dung sau:

- Phân tích xác định hàm lượng tổng và dạng của kim loại Pb và Cd trong đất và trầm tích.

- Đánh giá và so sánh kết quả thu được với những nghiên cứu trước đã tham khảo trong các tài liệu.

Ý nghĩa khoa học của đề tài:

- Góp phần nghiên cứu phát triển, hoàn thiện và mở rộng phạm vi ứng dụng của các phương pháp hóa lý hiện đại trong việc phân tích dạng tồn tại của các nguyên tố kim loại.

- Tạo cơ sở cho việc xây dựng các tiêu chuẩn môi trường dựa trên sự tồn tại các dạng có độc tính và mức độ đáp ứng sinh học khác nhau của các nguyên tố kim loại trong môi trường

- Luận văn được thực hiện bằng phương pháp thực nghiệm. Các nội dung của luận văn được thực hiện tại Phòng Hóa phân tích -Viện Hóa học – Viện Khoa học và Công nghệ Việt nam.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Một số quy trình phân tích và sự phân chia các dạng kim loại

1.1.1 Một số quy trình phân tích dạng kim loại

Như đã nói ở trên, phân tích các dạng kim loại nặng có thể cung cấp nhiều thông tin hữu ích liên quan đến tính chất hóa học hoặc khả năng linh động và đáp ứng sinh học của một nguyên tố cụ thể, do đó có thể đưa ra một ước tính thực tế hơn về tác động của kim loại đến môi trường [23], [43], [47].

- Quy trình chiết các dạng liên kết của kim loại trong trầm tích của A. Tessier và các cộng sự [47] (hình 1.1) được coi là cơ sở của các quy trình sau này. Quy trình này đã chia kim loại trong trầm tích thành năm dạng chính: Dạng trao đổi (F1), dạng liên kết với cacbonat (F2), dạng liên kết trong cấu trúc oxit sắt- mangan (F3), dạng liên kết với các hợp chất hữu cơ (F4), và dạng bền nằm trong cấu trúc tinh thể của trầm tích (gọi là dạng cặn dư) (F5).

- Kersten và Forstner (1986) đã đưa ra quy trình sau [42]:

Bảng 1.1 Quy trình phân tích dạng kim loại của Kersten và Forstner

Dạng kim loại

Hóa chất được sử dụng
Trao đổi	10 ml NH4OAc 1M pH=7, ở t0 phòng, trong 15 phút
Cacbonat	20 ml NaOAc 1M pH =5, ở t0 phòng, trong 5 giờ
Dễ khử	20 ml NaOAc 1M /NH4OH.HCl 0.25M, pH= 5, ở t0 phòng trong 16 giờ
Khử trung bình	20 ml NH4OH.HCl 0.25M trong HOAc 25% , pH= 2, ở 900C, trong 6 giờ
Hữu cơ sunphua	3 ml HNO3 0.01M, 5 ml 30% H2O2, 850C, 2 giờ Hoặc 2 ml HNO3 0.01M, 3 ml 30% H2O2, 850C, 3 giờ Hoặc 10 ml NH4OAc 1M pH =2, nhiệt độ phòng, 16 giờ

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 82 trang tài liệu này.

- Davidson và các cộng sự (1994) đưa ra quy trình [29], [42]:

Bảng 1.2 Quy trình phân tích dạng kim loại của Davidson

Dạng kim loại

Hóa chất được sử dụng
Trao đổi	20 ml axit HOAc 0,11M, ở t0 phòng, trong 16 giờ
Dễ khử	20 ml NH4OH.HCl 0,1M (pH= 2)
Khử trung bình	(HNO3),tại t0 phòng, trong 16 giờ
Hữucơ sunphua	5 ml H2O2 8,8M, 1 giờ, t0 phòng, 1 giờ trong bình nước 850C, 20 ml NH4OAc 1M pH= 2, ở t0 phòng, trong 16 giờ

Phương pháp chiết chọn lọc của Han và Banin (1996) chia các dạng kim loại trong trầm tích làm 6 dạng [48] gồm: Trao đổi, liên kết với cacbonat, ôxít dễ khử, liên kết với các chất hữu cơ, liên kết với các cặn oxit, và dạng cặn dư (bảng 1.3).

Bảng 1.3 Quy trình phân tích dạng kim loại của Han và Banin

Dạng kim loại

Hóa chất được sử dụng
Trao đổi	25ml NH4NO3 1M (điều chỉnh pH = 7,0 với NH4OH), lắc 30 phút ở 250C
Cacbonat	25 ml (CH3COOH + CH3COONa) 1M ở pH =5, lắc 6 giờ
Oxit dễ khử	25 ml NH2OH.HCl 0,04M trong CH3COOH 25%, lắc, 30 phút
Liên kết với các chất hữu cơ	3 ml HNO3 0,01M và 5ml H2O2 30%, ở 80◦C trong 2 giờ, thêm 2ml của H2O2, đun nóng trong 1 giờ. Thêm 15 ml HNO3 0,01M, lắc trong 30 phút
Liên kết với các cặn oxit	25 ml NH2OH.HCl 0,04M trong CH3COOH 25%, ngâm trong bình cách thủy ở 90◦C trong 3giờ
Dạng cặn dư	25 ml HNO3 4M, ngâm trong bình cách thủy ở 80◦C trong 16 giờ

Sau này, đã có nhiều công trình nghiên cứu để chiết chọn lọc các dạng liên kết của kim loại trong trầm tích [24], [29], [34], [39], [41], [50], [51], các quy trình chủ

yếu dựa vào quy trình của Tessier [47], [51] và đã được cải tiến để tiết kiệm thời gian và phù hợp với các đối tượng mẫu khác nhau (Hình 1.2)

Mẫu (chiết chọn lọc)

Mẫu (1 gam) (chiết phân đoạn)

8 ml MgCl2, lắc liên tục trong 1giờ, t0 phòng

Lớp dung dịch trên

Cặn 1

Cặn 2

Dạng hòa tan (F1)

8 ml NaOAc/ HOAc (pH=5), lắc liên tục 4 giờ, t0 phòng

Lớp dung dịch trên

10ml NaOAc 1M, 1,5ml HOAc 5M,

lắc liên tục 6 giờ

12,5ml dung dịch (20g ascorbic, 50g NaCtr, 50g NaHCO3 trong 1 lít), lắc liên tục 24 giờ

11ml H2O2 30%

(pH=5), 850C thỉnh thoảng lắc, 5 giờ,

thêm 5 ml NH4OAc, lắc liên tục 1giờ

20ml NH2OH.HCl 0,4M

Liên kết với Cacbonat (F2)

trong HOAc 25% ở 960C, 4 giờ, thỉnh thoảng lắc

Cặn 3

Lớp dung dịch trên

Liên kết với oxit của Sắt và Mangan (F3)

8ml H2O2 30% (pH=2)

+ 3ml HNO3 0,02M

850C, thỉnh thoảng lắc

Cặn 4

Lớp dung dịch trên

Liên kết với các chất hữu cơ (F4)

Đun với HF-HCl-HNO3

Lớp dung dịch trên

Cặn 5

Cặn dư (F5)

Hình 1.1 Sơ đồ chiết phân tích dạng kim loại nặng trong trầm tích của Tessier và các cộng sự

Mẫu trầm tích (1g)

10ml CH3COONH4 1M, lắc

1h, Để ở nhiệt độ phòng Khuấy liên tục

Dịch chiết

Phần cặn 1

20ml CH3COONH4 1M axit hóa pH=5 với HOAc, lắc 5h

Dịch chiết

Dạng trao đổi (F1)Để ở nhiệt độ phòng

Dạng liên kết với cacbonat (F2)

Phần cặn 2

20 ml NH2OH.HCl 0,04M

trong (v/v) HOAc 25 % ở 950C trong 5h

Dịch chiết

Dạng liên kết với sắt - mangan oxit (F3)

Phần cặn 3

10 ml CH3COONH4 3,2M

trong HNO3 20%, lắc 0,5h ở nhiệt độ phòng

Dịch chiết

Dạng liên kết với

Phần cặn 4

20 ml hỗn hợp 3:1 HCl-HNO3

hữu cơ (F4) Dạng cặn dư nằm

trong cấu trúc của trầm tích (F5)

Hình 1.2 Sơ đồ chiết phân tích dạng kim loại nặng trong trầm tích của Tessier sau khi đã cải tiến [51]

1.1.2 Sự phân chia các dạng kim loại

Kim loại trong đất và trầm tích được chia thành 5 dạng chính: Dạng trao đổi, dạng liên kết với cacbonat, dạng hấp phụ trên bề mặt ôxit sắt - mangan, dạng liên