Thạc Sĩ Xác định hàm lượng thủy ngân tổng số trong bùn lắng bằng phương pháp CV-Amalgam-Aas

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Chuyên ngành: Hóa Phân Tích
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
NĂM - 2012

MỤC LỤC ( Luận văn dài 95 trang )


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT . 1
DANH MỤC BẢNG . 2
DANH MỤC HÌNH 4


MỞ ĐẦU . 6
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN . 7
1.1 Đại cương về thủy ngân . 7
1.1.1 Các hằng số và tính chất hóa lý của nguyên tố Hg . 7
1.1.2 Hoạt tính sinh học . 10
1.1.3 Các nguồn phát sinh thủy ngân . 11
1.1.4 Chu trình biến đổi của thủy ngân trong tự nhiên 11
1.2 Các phương pháp xác định vi lượng thủy ngân được dùng phổ biến 12
1.2.1 Phương pháp phổ phát xạ ghép cặp cảm ứng cao tần (ICP-OES) 12
1.2.2 Phương pháp khối phổ ghép nối cảm ứng cao tần (ICP-MS) . 14
1.2.3 Phương pháp quang phổ huỳnh quang nguyên tử (AFS) . 14
1.2.4 Phương pháp phổ hấp thu nguyên tử (AAS) 15
1.2.5 Phương pháp phổ hấp thu nguyên tử hóa hơi lạnh kết hợp làm giàu mẫu trên bẫy vàng (CV-Amalgam-AAS) 24
1.3 Các phương pháp xử lý mẫu phân tích Hg 28
1.3.1 Xử lý mẫu nước 28
1.3.2 Xử lý mẫu rau quả 29
1.3.3 Xử lý mẫu thịt và sản phẩm từ thịt . 30
1.3.4 Xử lý mẫu đất . 31
1.3.5 Xử lý mẫu bùn lắng 31
1.4 Mục tiêu của đề tài . 32
1.5 Nội dung nghiên cứu: . 33


CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 34
2.1 Thiết bị-hóa chất, pha chế hóa chất 34
2.1.1 Thiết bị 34
2.1.2 Hóa chất 34
2.1.3 Pha chế hóa chất . 34
2.2 Lấy, xử lý sơ bộ và bảo quản mẫu mẫu bùn lắng 35
2.2.1 Lấy mẫu 35
2.2.2 Xử lý sơ bộ mẫu và bảo quản mẫu . 35
2.3 Kiểm soát nhiễm bẩn trong phân tích thủy ngân: 35
2.3.1 Kiểm soát hóa chất và khí mang . 36
2.3.2 Kiểm soát thiết bị, dụng cụ . 36
2.3.3 Kiểm soát môi trường làm việc 40


CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41
3.1 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân tích xác định thủy ngân bằng phương pháp CV-Amalgam-AAS 41
3.1.1 Khảo sát mối quan hệ giữa thời gian sục khí, thể tích mẫu và AHg 41
3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của các acid đến độ hấp thu của thủy ngân . 42
3.2 Khảo sát quy trình xử lý mẫu bùn lắng xác định thủy ngân tổng số của EPA 45
3.2.1 Quy trình xử lý mẫu theo EPA . 46
3.2.2 Khảo sát quy trình xử lý mẫu trên dung dịch chuẩn thủy ngân 46
3.2.3 Khảo sát quy trình xử lý mẫu EPA trên nền mẫu bùn lắng 52
3.3 Định trị phương pháp phân tích với quy trình xử lý mẫu EPA 56
3.3.1 Độ chọn lọc . 56
3.3.2 Khoảng tuyến tính . 56
3.3.3 Xác định độ nhạy, giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng 59
3.3.4 Đánh giá độ lặp lại 61
3.3.5 Đánh giá độ đúng 62
3.4 Xây dựng và định trị quy trình xử lý mẫu với hệ thống phân hủy mẫu Kjeldahl phụ vụ cho việc xác định hàm lượng thủy ngân tổng số trong bùn lắng .
3.4.1 Quy trình xử lý mẫu đề xuất . 73
3.4.2 Tối ưu quy trình xử lý mẫu đề xuất 74
3.4.3 Định trị quy trình xử lý mẫu đề xuất: . 79


CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ . . 85
4.1 Kết luận 85
4.2 Kiến nghị 86
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 87
PHỤ LỤC 91

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Một số thông tin về nguyên tố thủy ngân và các hợp chất thủy ngân
Bảng 1.2: Nồng độ giới hạn của một số nguyên tố được phép có trong dung dịch mẫu
Bảng 3.1: Ảnh hưởng của thời gian đun mẫu đến hiệu suất thu hồi của HgCl2, MeHgCl và PhHgAc khi xử lý dung dịch chuẩn theo quy trình EPA và phân tích bằng phương pháp CV-Amalgam-AAS
Bảng 3.2: Ảnh hưởng của nồng độ hydroxylamine đến hiệu suất thu hồi của HgCl2, MeHgCl và PhHgAc khi xử lý dung dịch chuẩn theo quy trình EPA và xác định bằng phương pháp CV-Amalgam-AAS
Bảng 3.3: Các điều kiện xử lý mẫu đã tối ưu trên dung dịch chuẩn thủy ngân theo quy trình xử lý mẫu EPA
Bảng 3.4: Hiệu suất thu hồi Hg2+ trên mẫu bùn lắng khi thay đổi thời gian đun mẫu
Bảng 3.5: Tín hiệu hấp thu thu được từ thí nghiệm đo 11 mẫu trắng xử lý mẫu theo quy trình EPA
Bảng 3.6: Hàm lượng Hg (ng/g) trong mẫu bùn lắng kênh Tàu Hủ phân tích bằng quy trình xử lý mẫu theo EPA
Bảng 3.7: Hiệu suất thu hồi của mẫu bùn lắng có thêm Hg2+, MeHgCl và PhHgAc khi xử lý theo quy trình EPA
Bảng 3.8: Hàm lượng Hg tro ng mẫu chuẩn quốc tế BCSS-1 xác định bằng quy trình xử lý mẫu EPA và phương pháp phân tích CV-Amalgam-AAS
Bảng 3.9: Hàm lượng Hg trong mẫu chuẩn quốc tế MESS-2 xác định bằng quy trình xử lý mẫu EPA với phương pháp phân tích CV-Amalgam-AAS
Bảng 3.10: Chương trình nhiệt khi xử lý mẫu bằng lò vi sóng
Bảng 3.11: Hàm lượng Hg trong mẫu chuẩn quốc tế BCSS-1 xác định bằng phương CV-Amalgam- AAS với pháp xử lý mẫu bằng lò vi sóng
Bảng 3.12: Hàm lượng Hg trong mẫu bùn lắng BCSS-1 xác định bằng phương pháp CV-Amalgam-AAS với pháp xử lý mẫu bằng lò vi sóng
Bảng 3.13: Hàm lượng thủy ngân thu được từ phương pháp phân hủy mẫu theo EPA và phương pháp phân hủy mẫu bằng vi sóng
Bảng 3.14: Hiệu suất thu hồi thủy ngân khi xử lý dung dịch chuẩn theo quy trình xử lý mẫu đề xuất
Bảng 3.15: Kết quả khảo sát nhiệt độ giai đoạn 1 quá trình xử lý mẫu
Bảng 3.16: Tín hiệu hấp thu đo được từ thí nghiệm đo 11 mẫu trắng xử lý mẫu theo quy trình đề xuất
Bảng 3.17: Hàm lượng Hg (ng/g) trong mẫu bùn lắng kênh Tàu Hủ phân tích bằng quy trình xử lý mẫu đề xuất
Bảng 3.18: Hiệu suất thu hồi của HgCl2, MeHgCl, PhHgAc trên mẫu bùn lắng xử lý theo quy trình đề xuất
Bảng 3.19: So sánh hàm lượng Hg trong các mẫu bùn lắng xác được khi xử lý theo quy trình đề xuất và quy trình xử lý bằng vi sóng
Bảng 3.20: So sánh hàm lượng Hg trong các mẫu bùn lắng xác được khi xử lý theo quy trình xử lý mẫu EPA, quy trình đề xuất và quy trình xử lý bằng vi sóng
Bảng 3.21: So sánh ưu và nhược điểm của quy trình xử lý mẫu EPA và quy trình xử lý mẫu đề xuất



DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Chu trình biến đổi của thủy ngân trong tự nhiên
Hình: 1.2: Sơ đồ hệ thống máy đo phổ hấp thu nguyên tử
Hình 1.3: Hệ thống tạo thủy ngân gián đoạn (batch mode) dùng trong phân tích thủy ngân theo phương pháp CV AAS
Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống hóa hơi Hg tuần hoàn Shimadzu MVU-1
Hình 1.5: Hệ thống tạo thủy ngân theo dòng chảy liên tục (continuous flow) dùng trong phân tích thủy ngân theo phương pháp CV AAS
Hình 1.6: Hệ thống tạo thủy ngân theo tiêm dòng chảy (flow injection) dùng trong phân tích thủy ngân theo phương pháp CV AAS (FIASS-400 – Perkin Elmer)
Hình 1.7: Hệ thống CV-Amalgam-AAS
Hình 1.8: Hệ thống xử lý mẫu rau quả
Hình 2.1: Đường chuẩn biểu diễn độ hấp thu của Hg theo khối lượng trong phương pháp CV-Amalgam-AAS khi bẫy vàng hoạt động bình thường
Hình 2.2: Đường chuẩn biểu diễn độ hấp thu của Hg theo khối lượng trong phương pháp CV-Amalgam-AAS khi bẫy vàng bị nhiễm bẩn
Hình 2.3: Đường chuẩn biểu diễn độ hấp thu của Hg theo khối lượng trong phương pháp CV-Amalgam-AAS sau khi bẫy vàng được hoạt hóa
Hình 3.1: Quan hệ giữa thể tích mẫu, thời gian sục khí và độ hấp thu của Hg trong CV-Amalgam-AA
Hình 3.2: Ảnh hưởng của nồng độ các acid đến độ hấp thu của thủy ngân trong phương pháp CV-Amalgam-AAS
Hình 3.3: Ảnh hưởng của các acid ở nồng độ 2M đến độ hấp thu của thủy ngân trong phương pháp CV-Amalgam-AAS
Hình 3.4: Ảnh hưởng của nồng độ H2SO4 đến hiệu suất thu hồi Hg2+ khi xử lý dung dịch chuẩn theo quy trình EPA và xác định bằng phương pháp CV-Amalgam-AAS.
Hình 3.5: Quy trình xử lý mẫu bùn lắng đã tối ưu theo EPA
Hình 3.6: Đường chuẩn biểu diễn độ hấp thu của Hg theo khối lượng trong phương pháp CV-Amalgam-AAS
Hình 3.7: Peak hấp thu của Hg theo khối lượng trong phương pháp CV-Amalgam- AAS
Hình 3.8: Peak hấp thu thu được từ thí nghiệm đo 11 mẫu trắng xử lý mẫu theo quy trình EPA
Hình 3.9: Đường thêm chuẩn tiêu biểu biểu diễn độ hấp thu của Hg theo lượng Hg thêm vào dung dịch mẫu trong trong phương pháp CV-Amalgam-AAS
Hình 3.10: Sơ đồ quy trình xử lý mẫu bùn lắng dùng hệ thống phân hủy mẫu Kjeldah



MỞ ĐẦU
Quá trình phát triển công nghiệp, nông nghiệp và dịch vụ ở nước ta đã làm cho môi trường bị ô nhiễm nghiêm trọng, đặc biệt là sự ô nhiễm do kim loại nặng trong đó đứng đầu về độ độc hại là ô nhiễm do thủy ngân. Các nguồn thải ra thủy ngân chủ yếu là từ các ngành công nghiệp sản xuất xi măng, đèn neon, thuốc bảo vệ thực vật, hoạt động khai thác vàng và đặc biệt là đốt than trong các nhà máy nhiệt điện. Thủy ngân khi thải ra môi trường gây ô nhiễm không khí, đất và xâm nhập vào nguồn nước. Trong môi trường thủy sinh, thủy ngân bị tích tụ lại trong bùn lắng và bị hệ vi khuẩn ở đó chuyển hóa thành dạng thủy ngân hữu cơ rất độc hại điển hình là hợp chất methyl thủy ngân. Sự tích tụ thủy ngân trong bùn lắng như vậy có thể ảnh hưởng đến đời sống của các sinh vật thủy sinh, gây ảnh hưởng đến sức khỏe
của con người thông qua chuỗi thức ăn. Hơn thế nữa, khi thủy ngân thâm nhập vào cơ thể sống nó sẽ tích tụ trong thời gian rất dài, khó đào thải đồng thời gây nên nhiều tổn hại cho cơ thể. Do vậy, xác định hàm lượng thủy ngân trong bùn lắng là rất cần thiết nhằm giúp cung cấp các thông tin về ô nhiễm thủy ngân cho cộng đồng, các nhà khoa học trong các lĩnh vực cũng như phục vụ trong công tác quản lý nhằm giảm thiểu nguy cơ phát thải, hạn chế khả năng xâm nhập của các hợp chất này vào chuỗi thức ăn của người và động thực vật