Thạc Sĩ Phân tích dạng kim loại Ni, Cu, Zn trong trầm tích sông Nhuệ - Đáy

MỞ ĐẦU
Lưu vực sông Nhuệ - Đáy thuộc phần Tây Nam của vùng đồng bằng Bắc Bộ đang chịu tác động mạnh mẽ của các hoạt động kinh tế - xã hội, đặc biệt là của các khu công nghiệp, khu khai thác và chế biến, các điểm dân cư Sự ra đời và hoạt động của hàng loạt các khu công nghiệp thuộc các tỉnh, thành phố, các hoạt động tiểu thủ công nghiệp trong các làng nghề, các xí nghiệp kinh tế quốc phòng cùng với các hoạt động khai thác, chế biến khoáng sản, canh tác trên hành lang thoát lũ đã làm cho môi trường nói chung và môi trường nước nói riêng của lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy biến đổi nhiều, chất lượng nước của nhiều đoạn sông đã bị ô nhiễm đến mức báo động [5]
Chiến lược bảo vệ môi trường quốc gia đến năm 2010 và định hướng 2020 đã xác định nhiều chương trình ưu tiên bảo vệ môi trường lưu vực sông Nhuệ - Đáy. Nhiều đề án nghiên cứu, đánh giá về các vấn đề môi trường của lưu vực đã được triển khai, song kết quả đạt được cho đến nay chưa đủ để ngăn chặn và giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm cũng như đánh giá xu thế diễn biến của môi trường trong lưu vực.
Trong số các tác nhân gây ô nhiễm, kim loại nặng là đối tượng được các nhà khoa học quan tâm nhiều hơn bởi tính độc, tính bền vững và sự tích lũy sinh học của chúng trong môi trường. Các nghiên cứu về ô nhiễm kim loại nặng trong các lưu vực sông trên thế giới đã cho thấy hàm lượng các chất ô nhiễm này trong trầm tích thường rất cao so với trong nước (>100.000 lần tại sông Elbe (CHLB Đức) và 1.000- 10.000 lần (sông Schuylkill)) [14]. Nguyên nhân là do hầu hết các kim loại nặng đều ở dạng bền vững và có xu thế tích tụ trong trầm tích hoặc trong các thủy sinh vật [44].
Do đó, để có thể xem xét một cách đầy đủ mức độ ô nhiễm kim loại nặng của một nguồn nước không thể chỉ dựa trên các kết quả phân tích mẫu nước mà cần tập trung nghiên cứu cả trong các mẫu trầm tích.
Kim loại trong 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 . [29,38,39,51]. Một tính chất quan trọng của các kim loại làm chúng khác biệt so với các tác nhân gây ô nhiễm môi trường đó là độc tính và mức độ đáp ứng sinh học của kim loại trong trầm tích phụ thuộc vào các dạng hóa học của chúng, khi kim loại tồn tại ở dạng trao đổi hoặc carbonat thì khả năng đáp ứng sinh học tốt hơn so với kim loại được lưu giữ trong cấu trúc của trầm tích. Do vậy, trong nghiên cứu ô nhiễm trầm tích nếu chỉ phân tích hàm lượng tổng của các kim loại thì không phản ánh được ảnh hưởng của chúng đến môi trường nước mà thay vào đó phải phân tích các dạng tồn tại của chúng.
Kỹ thuật phân tích dạng đã được sử dụng rộng rãi để xác định kim loại nặng trong trầm tích trong hơn hai thập kỷ qua [27]. Chiết chọn lọc cũng là một phương pháp quan trọng trong phân tích dạng và xác định các kim loại trong các mẫu trầm tích.
Phương pháp chiết trước đây chỉ gồm một giai đoạn có ưu điểm là tốc độ nhanh và tương đối đơn giản nhưng lại vấp phải khó khăn lớn trong việc tìm kiếm một thuốc thử duy nhất có hiệu quả để hoà tan một cách định lượng các dạng kim loại mà không làm ảnh hưởng đến các dạng khác.
Hiện nay, nhiều công trình nghiên cứu sử dụng qui trình chiết liên tục nhiều bước để chiết chọn lọc các dạng liên kết của kim loại trong trầm tích [17,19,24,34,36,37,53], các quy trình chiết này chủ yếu dựa vào quy trình chiết 5 bước của Tessier và đã được cải tiến để tiết kiệm thời gian và phù hợp với các đối tượng mẫu khác nhau. Theo quy trình này, kim loại trong trầm tích được chia thành 5 dạng chính: Dạng trao đổi, dạng liên kết với carbonat, dạng hấp phụ trên bề mặt Sắt-Mangan ở dạng oxi-hydroxit, dạng liên kết với các hợp chất hữu cơ và dạng bền nằm trong cấu trúc của trầm tích [20,32,41,42].
Trên cơ sở các vấn đề vừa mới đề cập, tôi lựa chọn đề tài “Phân tích dạng kim loại Ni, Cu, Zn trong trầm tích sông Nhuệ - Đáy” với mục tiêu cụ thể của đề tài:
- Xác định hàm lượng trong các dạng hóa học của các kim loại Ni, Cu, Zn trong trầm tích sông Nhuệ - Đáy.
- Đánh giá sự khác biệt về hàm lượng kim loại nặng trong vùng nghiên cứu theo không gian.
- Khảo sát sự tương quan giữa hàm lượng các kim loại Ni, Cu, Zn với nhau.
- Đánh giá nguy cơ ô nhiễm của KLN trong trầm tích dựa vào tiêu chuẩn Việt Nam và của một số nghiên cứu trên thế giới.
Để thực hiện được các mục tiêu trên luận văn có những nhiệm vụ sau:
- Tìm hiểu các phương pháp phân tích hàm lượng tổng và dạng kim loại Ni, Cu, Zn đang được áp dụng trên thế giới cũng như tại Việt Nam.
- Dựa theo qui trình chiết liên tục chọn các điều kiện tối ưu trong quá trình xử lí mẫu, ghi đo phổ để phương pháp xác định hàm lượng các kim loại Ni, Cu, Zn trong mẫu trầm tích có độ nhạy, độ chọn lọc và độ chính xác cao.
Luận văn được thực hiện bằng phương pháp thực nghiệm.
Các nội dung chính được thực hiện tại Viện Hóa học – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
Chương 1 - TỔNG QUAN 4
1.1. Giới thiệu về nguyên tố Ni, Cu, Zn 4
1.1.1.Tính chất vật lý và hoá học 4
1.1.1.1. Nguyên tố niken 4
1.1.1.2. Nguyên tố đồng 5
1.1.1.3. Nguyên tố kẽm 6
1.1.2.Ứng dụng 8
1.1.2.1. Nguyên tố niken 8
1.1.2.2. Nguyên tố đồng 8
1.1.2.3. Nguyên tố kẽm 9
1.1.3.Độc tính 10
1.1.3.1. Nguyên tố niken 10
1.1.3.2. Nguyên tố đồng 10
1.1.3.3. Kẽm 11
1.2. Các phương pháp phân tích 12
1.2.1. Các phương pháp phân tích tổng kim loại 12
1.2.1.1. Phương pháp phân tích trọng lượng 12
1.2.1.2. Phương pháp phân tích thể tích 13
1.2.1.3. Phương pháp trắc quang 15
1.2.1.4 Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử 17
1.2.1.5. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử 17
1.2.1.6. Các phương pháp điện hóa 17
1.2.2. Phương pháp phân tích dạng kim loại 19
1.2.2.1. Định nghĩa dạng kim loại 20
1.2.2.2. Yêu cầu của phân tích dạng 20
1.2.2.3. Các phương pháp phân tích dạng 21
1.3. Các phương pháp phân tích niken, đồng, kẽm trong luận văn 25
1.3.1. Nguyên tắc của phép đo 25
1.3.2.Trang bị của phép đo 26
1.3.3. Kỹ thuật ngọn lửa 28
1.3.4. Kĩ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa 28
1.3.5. Một số phương pháp xử lí mẫu trước khi phân tích 28
1.4. Khu vực nghiên cứu 31
1.4.1. Khái quát một số đặc điểm tự nhiên và kinh tế - xã hội lưu vực sông Nhuệ - Đáy 31
1.4.1.1. Đặc điểm tự nhiên 31
1.4.1.3. Đặc điểm kinh tế xã hội 34
1.4.2. Hiện trạng ô nhiễm 35
1.4.3. Các nguồn thải gây ô nhiễm chủ yếu môi trường nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy 35
Chương 2 - THỰC NGHIỆM 38
2.1. Đối tượng nghiên cứu 38
2.2. Nội dung nghiên cứu 38
2.3. Lấy mẫu và bảo quản mẫu 38
2.4. Trang thiết bị và hóa chất phục vụ nghiên cứu 41
2.4.1 Trang thiết bị 41
2.4.2. Hóa chất và dụng cụ 41
2.4.3. Chuẩn bị hóa chất và dung dịch chuẩn 42
Chương 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43
3.1. Các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử của niken, đồng, kẽm 43
3.1.1. Các điều kiện đo phổ F-AAS của niken, đồng và kẽm 43
3.1.2. Các điều kiện đo phổ GF-AAS của niken và đồng 45
3.2. Khảo sát ảnh hưởng của nền đến phép đo phổ hấp thụ nguyên tử 46
3.3. Xây dựng đường chuẩn xác định niken, đồng, kẽm 50
3.3.1. Xây dựng đường chuẩn của niken 50
3.3.2. Xây dựng đường chuẩn của đồng 51
3.3.3. Xây dựng đường chuẩn của kẽm 53
3.4. Khảo sát giới hạn phát hiện (GHPH) của phương pháp 54
3.4.1. Giới hạn phát hiện trong phép đo ngọn lửa 55
3.4.2. Giới hạn phát hiện trong phép đo lò graphit 56
3.5. Đánh giá độ chính xác của phương pháp 58
3.6 Phân tích hàm lượng niken, đồng, kẽm trong mẫu trầm tích 58
3.6.1. Phân tích hàm lượng tổng số niken, đồng và kẽm trong các mẫu trầm tích 58
3.6.2. Phân tích xác định hàm lượng các dạng niken, đồng, kẽm trong mẫu trầm tích 62
KẾT LUẬN 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO 73