Thạc Sĩ Phân tích dạng kim loại chì (Pb) và cadimi (Cd) trong đất và trầm tích bằng phương pháp quang phổ hấ

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



MỤC LỤC



Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Đặt vấn đề 1

CHưƠNG 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Một số quy trình phân tích và sự phân chia các dạng kim loại 4

1.1.1 Một số quy trình phân tích dạng kim loại 4

1.1.2 Sự phân chia các dạng kim loại 7

1.2 Giới thiệu chung về nguyên tố chì và cadimi 8

1.2.1 Tính chất lý - hóa học của nguyên tố chì 8

1.2.1.1 Tính chất của đơn chất 8

1.2.1.2 Hợp chất của chì 9

1.2.1.3 Một số ứng dụng và tác hại của chì 11

1.2.2 Tính chất lý - hóa học của nguyên tố cadimi 12

1.2.2.1 Tính chất của đơn chất 12

1.2.2.2 Hợp chất của cadimi 12

1.2.2.3 Một số ứng dụng và tác hại của cadimi 14

1.3 Các phương pháp định lượng chì, cadimi 15

1.3.1 Phương pháp phân tích hóa học 15

1.3.1.1 Phương pháp phân tích khối lượng 15

1.3.1.2. Phương pháp phân tích thể tích 15

1.3.2 Phương pháp phân tích công cụ 16

1.3.2.1 Phương pháp điện hoá 16

1.3.2.2 Phương pháp quang phổ 1 8

1.4 Giới thiệu về phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử [12, 14] 20

1.5 Khái quát một số đặc điểm tự nhiên và kinh tế - xă hội lưu vực sông Nhuệ -

sông Đáy [4] 2 2

1.5.1 Các nguồn thải gây ô nhiễm chủ yếu môi trường nước lưu vực sông Nhuệ -

sông Đáy 23

1.5.2 Hiện trạng chức năng môi trường nước lưu vực sông 25

CHưƠNG 2: THỰC NGHIỆM 28

2.1 Đối tượng nghiên cứu 28

2.2 Nội dung nghiên cứu 30

2.3 Lấy mẫu và xử lư mẫu 3 1

2.3.1 Lấy mẫu 31

2.3.2 Gia công mẫu 31

2.4 Trang thiết bị và hóa chất 31

2.4.1 Trang thiết bị 31

2.4.2 Hóa chất 32

2.4.3 Chuẩn bị hóa chất và dung dịch chuẩn 32

2.5 Xử lý thống kê kết quả thu được 33

CHưƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 34

3.1 Khảo sát ảnh hưởng của nền đến phép đo ngọn lửa 34

3.2 Khảo sát tỉ lệ khí cháy trong phép đo ngọn lửa 41

3.2.1 Đo nguyên tố chì 41

3.2.2 Đo nguyên tố cadimi 42

3.3 Khảo sát tốc độ hút mẫu trong phép đo ngọn lửa 42

3.3.1 Đo nguyên tố chì 42

3.3.2 Đo nguyên tố cadimi 43

3.4 Khảo sát chiều cao đèn nguyên tử hóa trong phép đo ngọn lửa 43

3.4.1 Đo nguyên tố chì 43

3.4.2 Đo nguyên tố cadimi 44

3.5 Khảo sát giới hạn phát hiện (GHPH) trong phép đo ngọn lửa 44

3.5.1 Giới hạn phát hiện nguyên tố chì 44

3.5.2 Giới hạn phát hiện nguyên tố cadimi 45

3.6 Xây dựng đường chuẩn trong phép đo ngọn lửa 46

3.6.1 Xây dựng đường chuẩn định lượng nguyên tố chì 46

3.6.2 Xây dựng đường chuẩn định lượng nguyên tố cadimi 47

3.7 Xây dựng đường chuẩn trong phép đo lò Graphit 48

3.7.1 Xây dựng đường chuẩn định lượng nguyên tố chì 48

3.7.2 Xây dựng đường chuẩn định lượng nguyên tố cadimi 48

3.8 Khảo sát giới hạn phát hiện (GHPH) trong phép đo không ngọn lửa 49

3.8.1 Đo nguyên tố chì 49

3.8.2 Đo nguyên tố cadimi 50

3.9 Phân tích dạng chì và cadimi trong mẫu trầm tích và mẫu đất 51

3.9.1 Phân tích xác định dạng chì và cadimi trong mẫu trầm tích và mẫu đất 51

3.9.2 Phân tích xác định hàm lượng tổng số chì và cadimi trong trầm tích và đất

3.10 Đánh giá độ chính xác của phương pháp 65

KẾT LUẬN 66

Công trình đã công bố 68

Tài liệu tham khảo 69


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Quy trình phân tích dạng kim loại của Kersten and Forstner 4

Bảng 1.2 Quy trình phân tích dạng kim loại của Davidson 5

Bảng 1.3 Quy trình phân tích dạng kim loại của Han và Banin 5

Bảng 1.4 Các nguồn thải gây ô nhiễm 23

Bảng 1.5 Tỷ lệ các nguồn thải chính gây ô nhiễm môi trường 24

Bảng 1.6 Lượng nước thải đổ ra lưu vực sông Nhuệ và sông Đáy 24

Bảng 1.7 Hiện trạng phân vựng chức năng Môi trường nước trên toàn bộ lưu

vực sông Nhuệ 26

Bảng 1.8 Hiện trạng phân vùng chức năng Môi trường nước trên lưu vực sông

Đáy 26

Bảng 2.1 Mô tả vị trí lấy mẫu đất 28

Bảng 2.2 Mô tả vị trí lấy mẫu trầm tích 30

Bảng 3.1 Các dung dịch chì trong nền CH3COONH4 1M 34

Bảng 3.2 Các dung dịch chì trong nền CH3COONH4 1M đã axit hóa 34

Bảng 3.3 Các dung dịch chì trong nền NH2OH.HCl 0,04M trong HOAc 25% 35

Bảng 3.4 Các dung dịch chì trong nền CH3COONH4 3,2M trong HNO3 20% 35

Bảng 3.5 Các dung dịch chì trong nền axit 35

Bảng 3.6 Các dung dịch cadimi trong nền CH3COONH4 1M 36

Bảng 3.7 Các dung dịch cadimi trong nền CH3COONH4 1M đã axit hóa 36

Bảng 3.8 Các dung dịch cadimi trong nền NH2OH.HCl 0,04M trong HOAc

25% 36

Bảng 3.9 Các dung dịch cadimi trong nền CH3COONH4 3,2M trong HNO3

20% 37

Bảng 3.10 Các dung dịch cadimi trong nền axit 37

Bảng 3.11 Độ hấp thụ A của chì thay đổi theo tỉ lệ khí cháy 41

Bảng 3.12 Độ hấp thụ A của cadimi thay đổi theo tỉ lệ khí cháy 42

Bảng 3.13 Độ hấp thụ A của chì thay đổi theo tốc độ hút mẫu 42



Bảng 3.14 độ hấp thụ A của cadimi thay đổi theo tốc độ hút mẫu 43

Bảng 3.15 Độ hấp thụ A của chì thay đổi theo chiều cao đèn 44

Bảng 3.16 Độ hấp thụ A của cadimi thay đổi theo chiều cao đèn 44

Bảng 3.17 Kết quả phân tích mẫu chì 1mg/l 45

Bảng 3.18 Kết quả phân tích cadimi 0,1mg/l 46

Bảng 3.19 Kết quả phân tích chì 5g/l 49

Bảng 3.20 Kết quả phân tích cadimi 0,5g/l 50

Bảng 3.21 Hàm lượng các dạng và tổng kim loại chì và cadimi trong trầm tích 52
Bảng 3.22 Hàm lượng các dạng và tổng kim loại chì và cadimi trong đất 59
Bảng 3.23 Giá trị pH của các mẫu đất nghiên cứu 63
Bảng 3.24 Kết quả phân tích nguyên tố đa lượng trong đất 64
Bảng 3.25 Kết quả phân tích chì và cadimi trong mẫu trầm tích chuẩn 65



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