Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Nghiên cứu qui trình phân tích tỷ số đồng vị 34s-32s ( 34s) và bƣớc đầu áp dụng...

Tài liệu Nghiên cứu qui trình phân tích tỷ số đồng vị 34s-32s ( 34s) và bƣớc đầu áp dụng trong nghiên cứu nguồn gốc ô nhiễm nƣớc ngầm ở việt nam

.PDF
75
967
76

Mô tả:

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN NĂNG LƢỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NĂM 2008 - 2010 NGHIÊN CỨU QUI TRÌNH PHÂN TÍCH TỶ SỐ ĐỒNG VỊ S/32S (34S) VÀ BƢỚC ĐẦU ÁP 34 DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU NGUỒN GỐC Ô NHIỄM NƢỚC NGẦM Ở VIỆT NAM (Mã số 06/08/NLNT ) Cơ quan chủ trì: Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân Chủ nhiệm đề tài: KS. NCV Võ Thị Tƣờng Hạnh HÀ NỘI, THÁNG 12/2010 DANH SÁCH NHỮNG NGƢỜI THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1. Võ Thị Tƣờng Hạnh KS NCV Trung tâm Ứng dụng Kỹ thuật hạt nhân Viện Viện KH&KTHN 2. Nguyễn Văn Hoàn Ths. Trung tâm Ứng dụng Kỹ thuật hạt nhân Viện Viện KH&KTHN 3. Nguyễn Thị Hồng Thịnh Ths. Trung tâm Ứng dụng Kỹ thuật hạt nhân Viện Viện KH&KTH 4. Nguyễn Thị Thái CN. Trung tâm Ứng dụng Kỹ thuật hạt nhân Viện KH&KTHN 5. Hà Lan Anh KS. Trung tâm Ứng dụng Kỹ thuật hạt nhân Viện KH&KTHN 6. Võ Thị Anh Ths. Trung tâm Ứng dụng Kỹ thuật hạt nhân Viện KH&KTHN 7. Phạm Thị Thái Kỹ thuật viên Trung tâm Ứng dụng Kỹ thuật hạt nhân Viện KH&KTHN 8. Phạm Quốc Kỷ Kỹ thuật viên Trung tâm Ứng dụng Kỹ thuật hạt nhân Viện KH&KTHN 2 MỤC LỤC Phần thứ nhất. Mở đầu ……………………………………………….. Phần thứ hai. Tổng quan về đồng vị lƣu huỳnh và một số ứng dụng của 34S (34S/32S) trong nghiên cứu nguồn gốc lƣu huỳnh …... I. Tổng quan về đồng vị lƣu huỳnh ……………………………… II. Đơn vị đo và phƣơng pháp xác định tỷ số đồng vị……………... II.1 Đơn vị đo ………………………………………………….. II.2 Kỹ thuật đo tỷ số đồng vị bằng khối phổ kế………………. Phần thứ 3. Nghiên cứu thực nghiệm……………………………….. I. Địa điểm nghiên cứu………………………………………….. II. Đặc điểm địa chất vùng nghiên cứu …………………………. III. Thu thập mẫu………………………………………………….. IV. Phân tích mẫu ...................................................................... V. Các hóa chất và thiết bị sử dụng.................................................. VI. Xử lý mẫu tại phòng thí nghiệm ................................................. VI.1 Qui trình tách SO42- tan trong nƣớc................................. VI.1.1 Qui trình tách SO42- tan trong nƣớc tại phòng thí nghiệm VI.1.2 Qui trình tách S2- tan trong nƣớc bằng kết tủa trực tiếp... VII. Phân tích trên khối phổ kế tỷ số đồng vị EA-IRMS..................... Phần thứ tƣ. Kết quả và đánh giá ..................................................... I. Đánh giá qui trình phân tích................................................... I.1 Đánh giá qui trình tách SO42- và S2-.................................... I.2 So sánh quốc tế................................................................ I.3 Đánh giá độ lặp lại của phƣơng pháp................................ II. Kết quả phân tích mẫu tại các địa điểm nghiên cứu................ II.1 Xác định nguồn gốc lƣu huỳnh tại khu nƣơc khoáng Thuần Mỹ, Ba Vì, Hà Nội.................................................................... II.1.1 Đối với giếng khoan sâu hơn 30 m.............................. II.1.2 Đối với các giếng khơi (giếng khoan nông) trên 20m........ II.2 Xác định tỷ số 34S tại vùng Nam Dƣ, Thanh Trì, Hà Nội Phần thứ năm. Kết luận và kiến nghị………………………………… I. Kết luận……………………………………………………. II. Kiến nghị………………………………………………….. III. Lời cảm ơn………………………………………………… Tài liệu tham khảo………………………………………………………. Phụ lục ………………………………………………………………….. Trang 7 11 11 14 14 15 17 17 17 19 19 20 21 22 22 25 26 29 29 31 31 31 33 33 33 37 41 42 42 43 43 44 48 3 NHỮNG CỤM TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Viết tắt 34 Tiếng Anh Tiếng Việt Đồng vị lƣu huỳnh có số khối 34 S EA Elemental Analyzer Khối phân tích nguyên tố GC Chromatography Column Cột sắc ký IRMS Isotope Ratio Mass Spectrometry Khối phổ kế tỷ số đồng vị IAEA Internetional Atomic Energy Cơ quan Năng lƣợng nguyên tử Quốc Agency tế Institute for Nuclear Science and Viện Khoa học và kỹ thuật hạt nhân INST Technology Collector (Faraday cup) 34S Điện cực để thu các điện tích Biểu thức delta chỉ tỷ số đồng vị lƣu huỳnh 34S/32S Reference Mẫu chuẩn hoặc khí chuẩn dùng để phân tích CDT Canion Diablo Troilite Khoáng vật sulphur sắt từ hành tinh Canion Diablo V-CDT Vienna Canion Diablo Troilite Mẫu chuẩn do IAEA sản xuất Biểu thức tỷ số đồng vị lƣu huỳnh 34SV-CDT 34 CF-IRMS Continuos Flow – Isotope Ratio Mass Spectrometry S/32S so với mẫu chuẩn V-CDT Khối phổ kế tỷ số đồng vị dòng liên tục SO42- sulphate hoặc sulfate Sunphát S2- sulphide hoặc sulfide Sunphua SO3 2- sulphite or sulfite Sunphit S sulphur Lƣu huỳnh capsule Con nhộng 4 Tóm tắt: Qui trình phân tích xác định tỷ số đồng vị lƣu huỳnh (34S) trong sulphate (SO42-) và sulphide (S2-) tan trong nƣớc với hàm lƣợng lƣu huỳnh thấp đến 2mg/L đã đƣợc thiết lập. Qui trình gồm hai bƣớc: bƣớc một là tách sulphate và sulphide khỏi mẫu nƣớc bằng kết tủa bari sulphate (BaSO4) hoặc sulphide bạc (Ag2S) với tác nhân, tƣơng ứng là dung dịch BaCl2 và AgNO3; bƣớc hai là nhiệt phân BaSO4 hoặc Ag2S tạo dioxide lƣu huỳnh (SO2) và phân tích 34S trên khối phổ kế tỷ số đồng vị ở chế độ dòng liên tục. Giá trị 34S của sulphate trong 33 mẫu giếng khoan sâu từ 30 đến 80m, trong đó 15 mẫu lấy vào mùa khô và 18 mẫu lấy vào mùa mƣa và 20 mẫu giếng khơi sâu 20-30m (8 mẫu lấy vào mùa khô và 12 mẫu lấy vào mùa mƣa), trong mẫu nƣớc thải, trong mẫu nƣớc sông Đà gần khu vực nghiên cứu, trong mẫu nƣớc mƣa tại khu vực nghiên cứu, trong mẫu nƣớc hồ Hòa Bình, trong mẫu nƣớc mƣa tại Hà Nội thu góp cả vào mùa khô và mùa mƣa và trong mẫu nƣớc sông Hồng tại Hà Nội (mùa khô và mùa mƣa) đã đƣợc phân tích với độ lặp lại đạt 0,2‰. Chƣơng trình kiểm soát chất lƣợng phân tích đƣợc áp dụng thông qua phân tích so sánh quốc tế. Kết quả cho thấy độ chính xác của các phép phân tích của Việt Nam không kém hơn 3%, Hàm lƣợng SO42- trong nƣớc lấy từ các giếng khoan sâu trên 30m nằm trong dải từ 674 đến 2.197 mg/L. Giá trị 34SV-CDT của sulphate nằm trong dải hẹp, +15,66‰ đến +17,73‰. Kết hợp với các kết quả phân tích thành phần hóa học của mẫu, nhóm tác giả đã giải thích nguồn gốc SO42- trong nƣớc ngầm của các giếng sâu hơn 30m tại khu Thuần Mỹ là do quá trình hòa tan khoáng chất CaSO4.2H2O (thạch cao). Nƣớc của các giếng khơi hoặc giếng khoan nông 10-20 m, hàm lƣợng SO42nằm trong dải rộng từ 6,1 cho đến 1.279mg/L và giá trị 34SV-CDT cũng nằm trong dải rộng từ +2,04 đến +28,87‰. Nguồn SO42- của các giếng này là hỗn hợp của sulphate thấm (bổ cấp) từ nƣớc thải có hàm lƣợng SO42-cao của các giếng khoan sâu, nƣớc mặt sông Đà và nƣớc mƣa có hàm lƣợng sulphate nghèo đồng vị 34S. 5 Abstract: An analytical procedure for sulphur isotope ratio in sulphate/suphide (34S) dissolved in groundwater was developed. The procedure included: i) SO42- and S2precipitation by BaCl2 and AgNO3, respectively ii) sulphur isotope ratio (34S) analysis by continuous flow isotope ratio mass spectrometry (CF-IRMS) with online combustion of the sulphate/sulphide to form SO2. The 34S in the dissolved sulfate of 33 deep (more than 30 m) wells, 20 shallow (less than 30 m) wells, in water from the Da river in the study area, the Hong river, the Hoa Binh lake, and the precipitation collected during both rainy and dry seasons in the Thuan My, Ha Noi and Lang Son regions, as well as in water waste samples were analyzed. The accuracy of the analysis was achieved by the participation in inter-comparison exercises and the precision of the 34S value obtained was usually better than ± 0.2‰. The SO42- concentration in water from the deep wells is from 674 to 2,197mg/L and the 34S values in the constituent are in a narrow range of from +15.66 to +17.73‰. These values along with chemical data gathered for other constituents presented in the water allow one to explain the source of SO42- in water from the deep wells to be from the dissolution of gypsum minerals (CaSO4.2H2O). On the other hand, the SO42- concentration in water from the shallow wells, are in a wide range, from 6.1 to 1,279 mg/L and the 34S values of the substance are also in a wide range, from +2.04 to +28.87‰ suggesting the sources of SO42- in water from these wells to be originated from the mixing of the water waste from deep wells of high sulphate concentration with the water recharging from the Da river and precipitation that possesses low sulphate content but depleted with the heavy sulphur isotope. 6 Phần thứ nhất MỞ ĐẦU Mật độ dân số ngày càng tăng dẫn tới nhu cầu khai thác và sử dụng nƣớc mặt cũng nhƣ nƣớc ngầm ngày càng nhiều, cũng nhƣ việc quản lý trong thăm dò và khai thác nƣớc ngầm chƣa tốt, nên nƣớc ngầm ở hầu hết các nƣớc trên thế giới có nguy cơ cạn kiệt và bị nhiễm bẩn bởi các sản phẩm thải ra trong các quá trình sản xuất công, nông nghiệp và các quá trình giải phóng các chất gây ô nhiễm từ có trong tự nhiên hoặc do cấu tạo địa chất. Nghiên cứu nguồn gốc, tốc độ bổ cấp nƣớc ngầm cũng nhƣ nguồn gốc các ô nhiễm khác nhau trong nƣớc ngầm đang là các đề tài nghiên cứu có nhiều ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ngành Địa chất thủy văn [16, 36, 37]. Nguồn gốc nƣớc ngầm và bản chất cũng nhƣ cơ chế gây ô nhiễm As và nitơ, bao gồm nitrate và ammoni trong nƣớc ngầm vùng châu thổ sông Hồng đang đƣợc các nhà địa chất Việt Nam phối hợp với các nhà địa chất thủy văn Đan Mạch, Thụy điển nghiên cứu và đã có một số công trình khoa học đáng đƣợc tham khảo [19]. Trong số các kỹ thuật áp dụng cho các nghiên cứu trên, kỹ thuật đồng vị đã đƣợc sử dụng và đƣợc đánh giá là có hiệu quả. Kỹ thuật đồng vị đƣợc coi là tiên tiến và đã đƣợc áp dụng rộng rãi trong vài thập niên gần đây để giải quyết các bài toán liên quan đến nguồn gốc nƣớc ngầm cũng nhƣ nguồn gốc nhiễm bẩn nƣớc ngầm. Phƣơng pháp nghiên cứu và những kết quả đạt đƣợc đã đƣợc IAEA/UNESCO và các nhà khoa học tổng hợp và biên soạn trong các sách tham khảo [11, 17, 21, 25]. Trong kỹ thuật đồng vị, các đồng vị đƣợc dùng phổ biến nhất là các đồng vị tự nhiên có trong môi trƣờng nhƣ oxy, hydro, nitơ, các bon và lƣu huỳnh. Trong các nghiên cứu về nguồn gốc nƣớc ngầm, nguồn gốc ô nhiễm trong nƣớc, tỷ số đồng vị đã đƣợc sử dụng. Tỷ số đồng vị đƣợc đặt tên là delta và ký hiệu là  là tỷ số giữa thành phần đồng vị hiếm (có tỷ lệ ít) và thành phần đồng vị phổ biến (có tỷ lệ lớn hơn) của một nguyên tố hóa học trong đối tƣợng nghiên cứu với tỷ số của của nguyên tố đó trong vật liệu so sánh. Ví dụ, tỷ số đồng vị của deuteri trong một mẫu nƣớc (2H) là tỷ số giữa thành phần của hai đồng vị hydro trong phân tử nƣớc là deuteri (2H) và proti (1H) trong mẫu so với tỷ số đó trong mẫu chuẩn so sánh. Ký hiệu delta trong kỹ thuật phân tích tỷ số đồng vị đƣợc hiểu là 7  Rmau  Rchuan   Rmau      1) .1000 Rchuan    Rchuan     Trong đó Rmau  H  H  2 mau 1 mau và Rchuan  (1)  H  ; [2H] và [1H], tƣơng ứng, là thành H  2 chuan 1 chuan phần đồng vị deuteri (2H) và proti (1H) trong phân tử nƣớc của mẫu và nƣớc chuẩn so sánh. Giá trị của tỷ số đồng vị  đƣợc tính theo phần nghìn (‰). Đặc điểm rõ nét của kỹ thuật tỷ số đồng vị là có độ chính xác cao vì phân tích đƣợc tiến hành theo phƣơng pháp so sánh tỷ số đồng vị của mẫu và vật liệu chuẩn so sánh trong cùng điều kiện phân tích. Do có độ chính xác cao nên có thể phân biệt đƣợc những sai khác rất nhỏ, ví dụ hiện tƣợng phân tách đồng vị, xảy ra cùng với các quá trình biến đổi trong tự nhiên. Ứng dụng kỹ thuật đồng vị đã đƣợc áp dụng vào Việt Nam từ những năm 1980 [6] để xác định tuổi và nguồn gốc nƣớc ngầm ở đồng bằng Bắc Bộ. Trong các nghiên cứu nói trên chủ yếu là đánh giá tuổi của nƣớc ngầm bằng đồng vị phóng xạ 14 C. Tuy nhiên vào giai đoạn đó, các mẫu nƣớc thu thập ở Việt nam đều phải gửi đi phân tích ở nƣớc ngoài nên số lƣợng mẫu đƣợc phân tích còn hạn chế. Có lẽ đây là lý do khiến các kết quả nghiên cứu chƣa đủ sức thuyết phục. Trong khuôn khổ dự án viện trợ của IAEA (VIE/8/016) và dự án đầu tƣ chiều sâu của Bộ Khoa học Công nghệ cho Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân, thiết bị phân tích tỷ số đồng vị môi trƣờng 2H, 18O, 13C, 15N và 34S là khối phổ kế tỷ số đồng vị (Isotope Ratio Mass Spectrometry, IRMS) ghép nối với hệ phân tích nguyên tố (Elemental Analyzer, EA) đã đƣợc trang bị tại phòng Thủy văn đồng vị. Qui trình phân tích tỷ số các đồng vị 2H, 18O, 15N đã đƣợc các đồng nghiệp thực hiện trƣớc đây [35, 36, 37]. Trong đề tài này, đây là lần đầu tiên qui trình phân tích tỷ số đồng vị 34S được xây dựng và áp dụng nghiên cứu nguồn gốc của sulphate tan trong nước khoáng khu vực Thuần Mỹ, Ba Vì, Hà Nội. Kết quả phân tích tỷ số đồng vị 34S trong sulphate hòa tan (SO42-) và các chỉ tiêu hóa học khác đã được sử dụng để giải thích nguồn gốc hóa chất hòa tan trong nước ngầm tại khu vực nghiên cứu. Đây cũng là nội dung chính của đề tài nghiên cứu - triển khai cấp Bộ 2008 – 2010. Mục tiêu của đề tài : Xây dựng qui trình phân tích tỷ số đồng vị 34S/32S (34S) và bƣớc đầu nghiên cứu nguồn gốc ô nhiễm lƣu huỳnh trong nƣớc ngầm tại Việt Nam. 8 Nội dung nghiên cứu : Nội dung 1: Tổng quan tài liệu Tổng quan về phƣơng pháp đồng vị δ34S và tình hình sử dụng tỷ số đồng vị δ34S để nghiên cứu các bài toán trong thủy văn, địa chất thủy văn và môi trƣờng. Nội dung 2: Xây dựng qui trình phân tích 2.1 Nghiên cứu lý thuyết, xây dựng quy trình chiết tách, hấp phụ, trao đổi ion và làm giàu sulphate trên hệ cột trao đổi, kết tủa sulphate. Xác định hiệu suất thu hồi của các qui trình chiết tách và làm giàu sulphate trên các mẫu nƣớc sông, nƣớc hồ và nƣớc ngầm. 2.2 Xây dựng quy trình xác định δ34S trên thiết bị khối phổ kế tỷ số đồng vị EA-IRMS (xác định các tham số tối ƣu, độ tuyến tính và độ ổn định cho khối phổ kế (IRMS), lắp ráp, nhồi cột phản ứng cho khối phân tích nguyên tố (EA). Nội dung 3 : Phân tích mẫu tại các địa điểm nghiên cứu 3.1 Khảo sát thực địa, thiết kế lấy mẫu, xác định số lƣợng các lỗ khoan, các vị trí của sông, hồ để tiến hành lấy mẫu nƣớc tại hai vùng khác nhau, vùng Nam Dƣ, Thanh Trì, Hà Nội và vùng Thuần Mỹ, Ba Vì, Hà Tây đồng thời tiến hành đo đạc các thông số hóa lý nhƣ pH, Eh, DO, EC, nhiệt độ nƣớc ngay tại hiện trƣờng. 3.2 Thu thập 60 mẫu nƣớc sông, nƣớc hồ, nƣớc thải và nƣớc ngầm ở các địa điểm nghiên cứu theo hai mùa, mùa khô (4/2009) và mùa mƣa (9/2009) đồng thời tiến hành phân tích các chỉ tiêu hoá học của tất cả các mẫu nƣớc này, bao gồm các chỉ tiêu nhƣ SO42-, NO3-, Cl-, F-, HCO3-, PO43-, NO2-, Na+, K+, Mg2+, Ca2+, NH4+; H2S, HS-. 3.3 Phân tích tỷ số đồng vị δ34S (bao gồm cả quá trình xử lý hoá và phân tích trên khối phổ kế) cho 60 mẫu nƣớc tại vị trí nghiên cứu, xử lý số liệu. Nội dung 4: Đánh giá kết quả và viết báo cáo 4.1 Trên cơ sở các kết quả đạt đƣợc, đƣa ra một vài đánh giá bƣớc đầu về nguồn gốc các hợp chất lƣu huỳnh cũng nhƣ suy luận đặc điểm địa hoá môi trƣờng tại các vùng nghiên cứu. 4.2 Viết báo cáo tổng kết làm cơ sở cho một công bố trên tạp chí trong nƣớc và báo cáo tại hội nghị khoa học. Có thể nói rằng, cho đến nay tất cả các công trình nghiên cứu ở Việt Nam liên quan tới các hợp chất của lƣu huỳnh mới chỉ tập trung vào điều tra hiện trạng 9 mà chƣa có một nghiên cứu nào liên quan đến giải thích nguồn gốc sulphate tan trong nƣớc của các mỏ nƣớc khoáng với hàm lƣợng cao. Theo tiêu chuẩn Việt Nam, hàm lƣợng sulphat cho phép trong nƣớc ngầm không vƣợt quá 250mg/L. Hàm lƣợng sulphat cao trong nƣớc có thể gây ra một số bệnh về đƣờng tiêu hóa và ảnh hƣởng tới hệ sinh thái. Bên cạnh đó, sự có mặt của sulphat hay các hợp chất của lƣu huỳnh nhƣ sulphur hiđrô (H2S) nhƣ là một chất chỉ thị cho môi trƣờng để nhận biết đƣợc sự có mặt và dạng tồn tại của các nguyên tố khác. Ví dụ: nếu nƣớc ngầm có hàm lƣợng H2S cao thì môi trƣờng nƣớc khu vực sẽ có đặc trƣng là môi trƣờng khử thuận lợi cho sự tồn tại của As(III), NH4+ với hàm lƣợng cao [18]. Việc phân tích tỷ số đồng vị δ34S có thể cho phép giải đoán tốt điều kiện địa hóa môi trƣờng và góp phần giải thích đƣợc nguồn gốc ô nhiễm vì trong các quá trình địa hóa, sinh hóa, hóa lý xảy ra trong tự nhiên sẽ kèm theo hiện tƣợng phân tách đồng vị với quy luật là trong sản phẩm thành phần đồng bị nặng nghèo hơn so với trong các thành phần tham gia vào các phản ứng, tức là tỷ số đồng vị nhỏ hơn (âm hơn) so với giá trị đó trong thành phần vật chất ban đầu tham gia vào các quá trình kể trên. Nghiên cứu xây dựng qui trình phân tích tỷ số đồng vị δ34S để góp phần vào giải thích nguồn gốc ô nhiễm lƣu huỳnh trong nƣớc ngầm ở Việt Nam là cấp bách và cần thiết . Cần phải có những nghiên cứu cơ bản, chuyên sâu để xây dựng phƣơng pháp, sử dụng thiết bị nghiên cứu để chuẩn hoá quy trình và kết quả phân tích phải đƣợc đảm bảo và kiểm soát chất lƣợng (QA/QC). Nghiên cứu này chắc chắn sẽ là cơ sở để mở ra và giải quyết hàng loạt các bài toán về xác định nguồn gốc lƣu huỳnh, nguồn gốc ô nhiễm, xâm nhập mặn, … bằng việc sử dụng tỷ số đồng vị δ34S. Thời gian thực hiện : 24 tháng, từ tháng 11/2008 đến 10/2010. Kinh phí thực hiện : Kinh phí đƣợc duyệt 630 triệu, tiết kiệm 60 triệu, kinh phí còn lại để thực hiện là 570 triệu đồng, gồm : Nội dung chi Số tiền (triệu đồng) Thuê khoán chuyên môn 147,4 Nguyên vật liệu, năng lƣợng 219,22 Mua thiết bị, máy móc 107,08 Chi khác 96,3 Tổng cộng 570 Đề tài đƣợc thực hiện tại Trung tâm Kỹ thuật hạt nhân, Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân, Viện Năng lƣợng nguyên tử Việt nam. 10 Phần thứ hai TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP ĐỒNG VỊ LƢU HUỲNH 34S (34S/32S) VÀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG TỶ SỐ ĐỒNG VỊ 34S ĐỂ NGHIÊN CỨU CÁC BÀI TOÁN THỦY VĂN, ĐỊA CHẤT THỦY VĂN VÀ MÔI TRƢỜNG I. TỔNG QUAN VỀ ĐỒNG VỊ LƢU HUỲNH Các đồng vị trong môi trƣờng (gọi tắt là đồng vị môi trƣờng) bao gồm cả đồng vị bền và đồng vị phóng xạ, chúng có mặt trong môi trƣờng với các hàm lƣợng khác nhau. Lƣu huỳnh là nguyên tố hóa học thứ 16 trong bảng tuần hoàn có ký hiệu S. Lƣu huỳnh là một phi kim phổ biến, không mùi, không vị, đa hóa trị. Trong tự nhiên, có thể tìm thấy ở dạng đơn chất hay trong các khoáng chất sulphide (S-2), sulphite (SO32-) và sulphate (SO4-2). Về mặt đồng vị, lƣu huỳnh có 18 đồng vị, trong đó có 4 đồng vị bền là : 32 S (95,02%), 33 S (0,75%), 34 S (4,21%) và 36 S (0,02%). Các đồng vị khác là các đồng vị phóng xạ (ví dụ: 35S có chu kỳ bán rã là 87 ngày). Quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch nhƣ than và dầu mỏ trong công nghiệp và các nhà máy điện giải phóng ra một lƣợng lớn sulphur dioxide SO2. SO2 sẽ bị oxy không khí oxy hóa và tan vào hơi nƣớc (và ôxy) tạo ra acid sulphuric (H2SO4) trong khí quyển. Đây là nguyên nhân của hiện tƣợng mƣa axít làm giảm pH của đất cũng nhƣ nƣớc ngọt, tạo ra những tổn thất đáng kể cho môi trƣờng tự nhiên và gây phong hóa hóa học cũng nhƣ ăn mòn các công trình xây dựng và kiến trúc. Các tiêu chuẩn về nhiên liệu đã thắt chặt chỉ tiêu về hàm lƣợng lƣu huỳnh trong các nhiên liệu hóa thạch để giảm thiểu mƣa axít. Lƣu huỳnh, một phần đƣợc tách ra từ các nhiên liệu này sau đó đƣợc tinh chế để tạo ra phần lớn sản lƣợng lƣu huỳnh cung cấp cho sản xuất. Lƣu huỳnh dạng đơn chất có thể tìm thấy ở gần các suối nƣớc nóng và các khu vực núi lửa nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt là dọc theo vành đai lửa Thái Bình Dƣơng. Các nguồn phổ biến này là cơ sở cho tên gọi truyền thống brimstone, do lƣu huỳnh có thể tìm thấy gần các miệng núi lửa. Lƣu huỳnh từ các trầm tích núi lửa hiện đang đƣợc khai thác tại Indonesia, Chile và Nhật Bản. 11 Các mỏ đáng kể của lƣu huỳnh đơn chất cũng tồn tại trong các mỏ muối dọc theo bờ biển thuộc vịnh Mexico và trong các khoáng bốc hơi Đông Âu và Tây Á. Lƣu huỳnh trong các mỏ này đƣợc cho là do các hoạt động của các vi khuẩn kỵ khí đối với các khoáng chất sulphate, đặc biệt là thạch cao. Các mỏ này là nền tảng để sản xuất lƣu huỳnh công nghiệp tại Hoa Kỳ, Ba Lan, Nga, Turkmenistan và Ukraina. Lƣu huỳnh thu đƣợc từ dầu mỏ, khí đốt và cát dầu Athabasca đã trở thành nguồn cung cấp lớn trên thị trƣờng với các kho dự trữ lớn dọc theo Alberta. Các (hợp) khoáng chất chứa lƣu huỳnh nguồn gốc tự nhiên phổ biến nhất là các sulphur kim loại, nhƣ pyrit (sulphur sắt), cinnabar hay chu sa (sulphur thủy ngân), galen (sulphur chì), sphalerit (sulphur kẽm) và stibnit (sulphur antimon) cũng nhƣ các sulphate kim loại, nhƣ thạch cao (sulphate canxi), alunit (sulphate nhôm kali) và barit (sulphate bari). Sulphide hiđrô (H2S) là một chất khí có mùi đặc trƣng của trứng thối. Trong tự nhiên, nó có trong các sản phẩm phun trào từ núi lửa, chẳng hạn từ các miệng phun thủy nhiệt và do tác động của vi khuẩn với các hợp chất hữu cơ chứa lƣu huỳnh khi bị phân hủy. Các màu đặc trƣng (của các vệ tinh núi lửa của) trên bề mặt sao Mộc, là do các trạng thái vật lý khác nhau của lƣu huỳnh gây ra (nóng chảy, rắn hay khí). Các khu vực sẫm màu trên Mặt Trăng gần hố Aristarchus có thể là mỏ lƣu huỳnh. Lƣu huỳnh cũng tồn tại trong nhiều loại thiên thạch. Lƣu huỳnh có nhiều ứng dụng trong công nghiệp nhƣ axit sulphuric sử dụng trong ắc quy, trong thành phần của một số hóa chất trong bột giặt, dùng lƣu hóa cao su, để sản xuất thuốc diệt nấm, thuốc trừ sâu và trong sản xuất các phân bón phốtphat. Các sulphite (SO3-2) đƣợc sử dụng để làm trắng giấy và làm chất bảo quản trong rƣợu vang và làm khô hoa quả. Do bản chất dễ cháy của nó, lƣu huỳnh cũng đƣợc dùng làm diêm, thuốc súng , pháo hoa. Các thiosulfat natri (Na2S2O3) và amôni đƣợc sử dụng nhƣ là các tác nhân cố định trong nhiếp ảnh. Sulphate magiê (MgSO4), đƣợc biết dƣới tên gọi muối Epsom có thể dùng nhƣ thuốc nhuận tràng, chất bổ sung cho các bình ngâm (xử lý hóa học), tác nhân làm tróc vỏ cây, hay để bổ sung magiê cho cây trồng. Song bên cạnh đó, con ngƣời cũng đã thải ra môi trƣờng những khí thải, chất thải rắn, phế liệu, nƣớc thải có chứa các hợp chất của lƣu huỳnh gây ảnh hƣởng tới môi trƣờng nƣớc, không khí và đất nhƣ mƣa axít, phèn hoá đất, ăn mòn các công trình xây dựng và kiến trúc. Bằng kỹ thuật tỷ số đồng vị, phân tích 34S, có 12 thể cho phép xác định sự đóng góp của các nguồn phát thải lƣu huỳnh khác nhau trong môi trƣờng cũng nhƣ nghiên cứu địa hoá các quá trình ô nhiễm [1, 14, 17, 18, 19]. Krouse H.R. và Mayer B. [19,22] trên cơ sở xác định δ34S và δ18O trong sulphate hòa tan của các mẫu nƣớc ngầm đã chỉ ra đƣợc tỷ lệ đóng góp của sulphate từ các lớp trầm tích và từ các hoạt động của con ngƣời cho nƣớc ngầm; chỉ ra đƣợc các quá trình địa hoá, đặc biệt là quá trình ôxy hoá khử sulphur trong điều kiện hiếu khí và yếm khí để tạo ra sulphate trong nƣớc ngầm. Đặc biệt, thông qua các giá trị của δ34S và δ18O, các tác giả đã nhận thấy hiệu ứng phân tách đồng vị δ34S và δ18O dƣới tác động của các quá trình sinh học, vật lý, hoá học và địa hoá [19, 22]. Khác biệt về giá trị của δ34S trong các thành phần nhƣ đất, nƣớc, không khí, thực vật, sinh vật, … cũng đƣợc sử dụng để đánh giá sự đóng góp của lƣu huỳnh và các hợp chất của lƣu huỳnh vào hệ sinh thái. Mechteld M.A. vcs.[29], đã nghiên cứu sự chuyển hoá của lƣu huỳnh trong hệ thực vật và các quá trình xảy ra trong suốt thời kỳ sinh trƣởng của cây bằng kỹ thuật đồng vị δ34S [24]. Anne L. Bates vcs. và Brian. W.R. vcs. [2, 4], cũng đã nghiên cứu sử dụng tỷ số đồng vị δ34S trong sulphate tan trong nƣớc mƣa, nƣớc mặt và nƣớc ngầm để xác định nguồn lƣu huỳnh trong hệ sinh thái [2, 4]. Castellano S.D. [7], đã nghiên cứu phân bố thành phần đồng vị δ33S, δ34S theo địa tầng trong nghiên cứu thành phần đồng vị của bồn trũng theo các lớp khác nhau cũng nhƣ để đánh dấu đƣờng đi của 33 S , 34S trong vòng tuần hoàn của nó. Các dữ liệu thu đƣợc đã cho phép giải thích sự kết hợp và sự phân tách đồng vị trong khí quyển, sinh quyển và địa quyển của vùng nghiên cứu. Kỹ thuật đồng vị δ34S đã đƣợc nghiên cứu và ứng dụng rất thành công trên thế giới trong nghiên cứu chu trình lƣu huỳnh trong hệ sinh thái nhƣ đánh giá nguồn gốc hình thành các hợp chất của lƣu huỳnh cũng nhƣ sự đóng góp các thành phần lƣu huỳnh nguồn tự nhiên và từ các hoạt động nhân sinh vào nƣớc ngầm; nghiên cứu các quá trình địa hoá hình thành các hợp chất của lƣu huỳnh cũng nhƣ các thành phần hóa học khác trong nƣớc ngầm. Mặt khác khi nghiên cứu các đồng vị môi trƣờng trong nƣớc, trong các pha lỏng và rắn sẽ cho chúng ta biết về chất lƣợng nƣớc, sự luân chuyển địa hoá, các quá trình bổ cấp, quá trình tƣơng tác “đá-nƣớc”, nguồn gốc nhiễm mặn và các quá trình nhiễm bẩn v.v. [14,17, 19]. Nguyên tắc của phƣơng pháp là dựa vào sự khác biệt về thành phần đồng vị 34S trong các hợp chất chứa lƣu huỳnh sinh ra từ các 13 quá trình khác nhau trong tự nhiên. Bảng 1 trình bày giá trị 34S của các hợp chất chứa lƣu huỳnh sinh ra từ các nguồn khác nhau [10]. Bảng 1. Thành phần đồng vị δ34S trong các chất khác nhau II. ĐƠN VỊ ĐO VÀ PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TỶ SỐ ĐỒNG VỊ II.1. Đơn vị đo Trong tự nhiên đồng vị 34S chiếm khoảng 4,21% và 32S chiếm khoảng 95,02%. Sự thay đổi hàm lƣợng của các đồng vị 34S và 32S do các quá trình địa hóa, sinh hóa, lý hóa v.v... trong môi trƣờng thƣờng đƣợc xác định bằng biểu thức delta () nhƣ sau:  RS  RStd .1000 RStd (II.1) Với RS là tỷ số đồng vị 34S/32S của mẫu cần đo và RStd là tỷ số đồng vị 34S/32S của mẫu chuẩn, giá trị delta  đƣợc biểu diễn bằng đơn vị ‰. Tỷ lệ đồng vị 34S/32S sẽ đƣợc tính toán theo mẫu chuẩn của Vienna Canion Diablo Troilite (V-CDT) là mẫu khoáng vật sulphua sắt tƣơng đƣơng mẫu sulphua sắt từ hành tinh Canion Diablo và do Phòng thí nghiệm Thủy văn đồng vị của Cơ quan năng lƣợng nguyên tử quốc tế (IAEA) ở Vienna chế tạo và lƣu giữ. 14 II.2. Kỹ thuật đo tỷ số đồng vị bằng khối phổ kế Nguyên tắc vật lý Một khối phổ kế có khả năng phân tách các nguyên tử hoặc ion với khối lƣợng khác nhau và đo tỷ số tƣơng ứng của chúng. Sơ đồ nguyên lý của khối phổ kế đƣợc đƣa ra trên hình 1. Khí chứa các đồng vị khác nhau của một nguyên tố (ví dụ 34S , 32 S, 33 S có trong SO2 ) đƣợc ion hoá trong nguồn ion. Các ion dƣơng tạo thành đƣợc gia tốc bởi điện thế cao và đi vào từ trƣờng. Dƣới tác dụng của lực Lorentz, đƣờng bay của ion sẽ bị bẻ cong, bán kính cong phụ thuộc vào khối lƣợng của ion: Các ion có khối lƣợng nặng hơn bay theo đƣờng cong có bán kính lớn hơn. Vì vậy các ion có khối lƣợng khác nhau đƣợc tách ra theo các đƣờng cong có bán kính khác nhau và đƣợc thu nhận bởi các cốc thu (collector) hay còn gọi là các cốc Faraday. Trong các collector, các ion sẽ mất điện tích để tạo ra các dòng điện rất nhỏ và đƣợc đo bởi các dụng cụ có độ nhậy cao. Hình 1 là sơ đồ nguyên lý của khối phổ kế tỷ số đồng vị. Dòng ion dƣơng M. 30 M..29 M. 28 Khí mang He M. 3 M. 2 Khí chuẩn Dòng điện Cửa vào dòng liên tục Tiền KĐ. Nguồn ion Cửa vào dùng 2 van Khí mẫu Hội tụ dòng ion Ống capillary TB. Gia tốc ion Bẫy điện tử Bơn chân không Tỷ số dòng ion Phản xạ ion Sợi đốt tạo ion Khí chuẩn Van khí Dòng khí Van ĐK. khí mẫu và chuẩn Hình 1. Sơ đồ nguyên lý hệ khối phổ kế tỷ số đồng vị 15 Độ lớn của lực Lorentz là :    F  B q v   B là véctơ từ trƣờng, v là vectơ vận tốc ion. Lực Lorentz cân bằng với lực hƣớng tâm để quĩ đạo hạt chuyển động theo đƣờng cong, do đó: F mv 2  Bqv r (II.2) Năng lƣợng của ion nhận đƣợc khi đƣợc gia tốc bởi điện thế cao sẽ là: 1 Eion  mv 2  qV 2 (II.3) với V là thế gia tốc. Từ biểu thức (II.2) và (II.3), mối liên hệ giữa bán kính cong quỹ đạo chuyển động các ion và khối lƣợng của ion đƣợc trình bày bằng công thức sau: r 1 B 2 m V  2 V / q   m  B  q   (II.4) Với q = 1.6 x 1019C là điện tích của điện tử; B và V là các giá trị đặt sẵn của dụng cụ và có giá trị không đổi đối với một phép đo, do đó bán kính của đƣờng cong phụ thuộc vào căn bậc 2 của khối lƣợng ion ( m ) Từ (II.4) ta có: r / r  2V / q   m / m  B  và m  2V / q  r  m  B  r (II.5) Biểu thức (II.5) chính là độ phân giải của khối phổ kế: Đối với m =1, m là độ phân giải của dụng cụ, nếu r đủ lớn để cho phép tách các đỉnh có khối lƣợng m và m+1. 16 Phần thứ ba NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM I. ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU : Nguồn nƣớc khoáng Thuần mỹ thuộc huyện Ba Vì, Hà Nội đƣợc phát hiện khoảng 10 năm trở lại đây trên cơ sở khoan thăm dò và khai thác nƣớc để cung cấp nƣớc sạch thuộc chƣơng trình nƣớc sạch nông thôn của tỉnh Hà Tây trƣớc đây. Khu vực nghiên cứu là một phần cánh đồng với tổng diện tích khoảng 1,5 km2. Bản đồ địa chất và bản đồ địa chất thủy văn khu vực nghiên cứu và bản đồ hành chính tỉnh Hà Tây đƣợc đính kèm trong phần phụ lục. Khu vực nghiên cứu phân bố ven sông Đà, phía Tây là phần đồng bằng có bề mặt địa hình tƣơng đối bằng phẳng. Ở đây, sông Đà có ảnh hƣởng nhiều nhất về chế độ thủy văn. Sông chảy theo hƣớng từ Nam lên Bắc, dọc ranh giới phía Tây khu nghiên cứu. Mực nƣớc trung bình tháng thấp nhất là 0,87 m (tháng 3) và cao nhất là 1,27m (tháng 7). Từ khu nghiên cứu có thể về Sơn Tây bằng đƣờng bộ và đƣờng thủy. Về kinh tế đây là vùng thuần nông nghiệp, ngũ cốc chính là lúa, ngô. Ngƣời nông dân sống chủ yếu bằng nghề nông. Do phát hiện ra nƣớc khoáng nên có nhiều gia đình đã mở dịch vụ ngâm tắm chữa bệnh bằng cách khoan các giếng khoan có độ sâu từ 50 – 80m. II. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT VÙNG NGHIÊN CỨU II.1.1 Địa tầng 1. Giới Protezozoi (Pztk) Trầm tích của hệ tầng Thạch Khoán xuất lộ ở phía Nam xã Thuần Mỹ, phía Tây Nam của vùng trên diện tích hẹp. Nhƣng bên kia sông Đà, đối diện với xã Thuần Mỹ, diện tích xuất lộ rộng. Thành phần thạch học là đá phiến thạch anh, mica, fenspat, amphibolit, quắczit. Bề dày trầm tích khoảng 500m. 2. Giới Mezozoi (Mz) Hệ Triat (T) - Thống hạ, hệ tầng Viên nam (T1vn) : Đất đá hệ tầng Viên nam lộ ra trên mặt đất ở phía Nam của vùng trên diện tích hẹp. Thành phần thạch học là bazan cấu tạo dạng khối và hạnh nhân, chứa các thấu kính andezit, andezit pocfia, tuf, aglomerat dăm kết dạng dung nham. Bề dày của hệ tầng Viên Nam - 1000m. 17 - Thống trung - thƣợng, hệ tầng sông Bôi, phân hệ tầng dƣới (T2-3 sh1) : Trầm tích của hệ tầng sông Bôi gồm 2 phân hệ, sông Bôi dƣới (T2-3 sb1) và sông Bôi trên (T2-3 sb2). Nhƣng trong vùng nghiên cứu chỉ tồn tại trầm tích phân hệ tầng sông Bôi dƣới (T2-3 sb1). Trầm tích này xuất lộ trên diện rộng ở phía Nam và phía Đông dƣớ dạng những quả đồi bát úp. Thành phần gồm đá phiến sét màu đen chứa thấu kính sét than, cát kết, bột kết, đá vôi màu xám xanh. Các lớp có thế nằm cắm về phía Đông - Bắc.Bề dày trầm tích - 300m. 3. Giới Kainozoi (Kz) Hệ Neogen (N), thống Pliocen, hệ tầng Vĩnh Bảo (N2vb). Trầm tích hệ tầng Vĩnh Bảo xuất lộ ở phía Đông Bắc vùng nghiên cứu. Thành phần thạch học gồm cuội kết, sạn kết, cát kết hạt nhỏ và vừa màu xám đen. Bề dày trầm tích - 2000m. Hệ đệ tứ (Q) - Thống Pleistocen, phụ thống trung-thƣợng, hệ tầng Hà Nội (Q12-3 hn) : Trầm tích của hệ tầng phân bố trên diện rộng ở phía Tây của vùng, nhƣng phần lớn diện tích bị trầm tích Holocen phủ lên, chỉ xuất lộ trên mặt đất với diện tích rất hẹp ở phía Tây Nam Đầm Long. Thành phần trầm tích là cát, cuội, sỏi. Bề dày trầm tích 40 - 43m. - Thống Holocen, phụ thống hạ - trung, hệ tầng Hải Hƣng (Q12-3 hh). Trầm tích của hệ tầng này xuất lộ trên diện tích rộng ở phía Đông và Đông - Bắc Đầm Long. Thành phần gồm bột, sét màu xám đen và than bùn ; sét màu xám xanh, xám vàng. Bề dày trầm tích - 15m. - Thống Holocen, phụ thống thƣợng, hệ tầng Thái Bình (Q12-3 tb) : Trầm tích hệ tầng Thái Bình phân bố chủ yếu ở phía Tây và phía Bắc. Nó kéo dài từ Nam lên Bắc theo chiều dòng chảy của sông Đà. Thành phần trầm tích là cát, bột lẫn sạn. Bề dày trầm tích 13 - 16m. - Hệ Đệ tứ không phân chia (edQ) : Đây là tàn tích, sƣờn tích sản phẩm phong hóa của đá gốc. Trầm tích này phân bố chủ yếu ở trung tâm thành một dải chạy dài từ Bắc xuống Nam và một vài chỏm nhỏ ở phía Đông - Nam. Thành phần là cát, bột, sét lẫn dăm laterit, sạn thạch anh màu nâu vàng. Bề dày trầm tích 2 - 3m. II.1.2 Kiến tạo Trong vùng nghiên cứu có hai đứt gãy F1, F1’. Đứt gãy F1 phân bố ở trung tâm của vùng và phát triển theo hƣơng Tây Bắc-Đông-Nam. Đứt gãy là ranh giới giữa trầm tích triat hệ tầng sông Bôi và Protezozoi. Ở phía Tây Bắc nó bị các trầm 18 tích của hệ thứ tƣ che khuất. Đứt gãy F1’ là một nhánh của đứt gãy F1. Nó có liên quan trực tiếp đến sự hình thành nƣớc khoáng Thuần Mỹ. Đứt gãy phát triển theo phƣơng Đông Bắc - Tây Nam và bị phủ hoàn toàn. Các giếng khoan ở đây đều có hàm lƣợng hay sulphate cao, cao hơn rất nhiều so với tiêu chuẩn đƣợc phép theo TCVN-1932/2003/BYT và TCVN 6213/2004 đối với nƣớc sinh hoạt là 250 mg/L. Dùng nƣớc sinh hoạt có hàm lƣợng sulphate > 250mg/L là nguyên nhân gây ra một số chứng bệnh đƣờng ruột dễ nhận biết nhất nhƣ bệnh ỉa chảy. Ở khu vực Thuần Mỹ, nƣớc trong các giếng khoan sâu (>30 m) có hàm lƣợng sulphate dao động từ 674 đến 2.197mg/L, nhiệt độ nƣớc tại các giếng khoan này nằm trong khoảng 39 – 45oC. Nƣớc trong các giếng khơi (giếng đào hoặc giếng khoan nông) hàm lƣợng sulphate thay đổi trong dải từ vài chục đến vài trăm mg/L và nhiệt độ nƣớc không cao hơn nhiệt độ môi trƣờng. Sơ đồ vị trí các giếng khoan đƣợc trình bày trên Hình 2. Hiện nay để phục vụ cho sinh hoạt, các hộ dân sinh sống tại khu vực này dùng nƣớc mƣa hoặc đi xin nƣớc ở các vùng lân cận. Mỗi gia đình trong khu Thuần Mỹ đều có 1 bể nƣớc khá to để tích trữ nƣớc cho ăn uống và chăn nuôi gia súc vì các giếng khơi có độ sâu từ 10 – 15 m hầu nhƣ không thể sử dụng đƣợc, do đó số giếng khơi trong vùng này còn khá ít. III. THU THẬP MẪU Mẫu nƣớc đƣợc thu thập trong 2 mùa, mùa khô (tháng 3) và mùa mƣa (tháng 9) của năm 2009. Các mẫu nƣớc đƣợc thu thập từ các giếng khoan, giếng khơi, nƣớc mƣa, nƣớc thải và nƣớc sông Đà tại khu vực nghiên cứu, nƣớc sông Hồng tại Hà Nội, nƣớc mƣa tại Lạng Sơn, Hà Nội và nƣớc tại hồ thủy điện Hòa Bình. Việc thu thập mẫu tuân theo qui trình đã đƣợc nêu ở phần hai, mẫu đƣợc lấy vào chai nhựa kín khí và đƣợc nhỏ vài giọt (khoảng 2ml) dung dịch kẽm axetat ngay sau khi lấy mẫu để hạn chế quá trình chuyển hóa sulphide sang sulphate. Thể tích mẫu lấy tùy thuộc vào hàm lƣợng SO42- có trong mẫu. Đối với mẫu có hàm lƣợng cao, thể tích mẫu cần lấy khoảng 500ml, nếu mẫu có hàm lƣợng SO42- nhỏ cỡ vài mg/L, thể tích mẫu cần lấy khoảng 3 – 5 lít. Một số các chỉ tiêu nhƣ pH, ToC, Eh, EC, DO và alkalinity đƣợc đo ngay tại hiện trƣờng bằng thiết bị đo hiện trƣờng. Một phần mẫu đƣợc lọc qua màng lọc minipore 0,45m ngay tại hiện trƣờng và mang về phòng thí nghiệm để phân tích TDS, DOC, H2S, S2-, HS- và các chỉ tiêu cation và anion đƣợc đo tại phòng thí nghiệm. Các số liệu phân tích đo đạc đƣợc nêu trong phụ lục. IV. PHÂN TÍCH MẪU Mẫu sau khi mang đƣợc về phòng thí nghiệm, một phần mẫu đƣợc dùng để phân tích các chỉ tiêu nhƣ cation, anion, TDS, DOC, H2S, S2-, HS- và phần mẫu 19 dùng để phân tích 34S đƣợc tiến hành theo qui trình phân tích đã nêu ở phần hai. Đối với mẫu có hàm lƣợng SO42- cao trên 20 mg/L đã đƣợc kết tủa trực tiếp để thu hồi SO42- dƣới dạng BaSO4 và (đối với mẫu có hàm lƣợng SO42- <20 mg/L) thì đƣợc thu hồi qua cột trao đổi ion loại nhựa DOWEX có kích thƣớc hạt nhựa 50 – 100 mesh. Lƣợng BaSO4 để dùng cho phân tích trên khối phổ kế khoảng 1 – 3mg. Để kết quả phân tích chính xác và tin cậy trên khối phổ kế dòng ion thu đƣợc qua các cốc Faraday trên khối phổ kế nằm trong dải hẹp từ 1 – 2nA. Dòng ion tạo ra trên khối phổ kế phụ thuộc chủ yếu vào khí SO2 sinh ra từ khối phân tích nguyên tố (EA). Lƣợng khí SO2 sinh ra từ cột phản ứng của EA phụ thuộc vào chất lƣợng catalyst W2O5 (catalyst mới bắt đầu tham gia vào phản ứng hay đã từng tham gia vào phản ứng) có trong cột phản ứng. Hiện tƣợng phân tách đồng vị không xảy ra khi xúc tác trong cột phản ứng đã già. Lƣợng BaSO4 cần thiết cho một lần đốt trên hệ EA nằm trong dải rộng từ 30 – 200g. V. CÁC HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG Trong nghiên cứu này các loại hóa chất có các đặc tính nhƣ sau đã đƣợc sử dụng. - Muối Bari clorua (BaCl2) dùng để kết tủa BaSO4 loại sạch dùng cho phân tích (PA) của hãng Merck, CHLB Đức. - Muối bạc nitơrát (AgNO3) dùng để kết tủa Ag2S là loại sạch dùng cho phân tích (PA) của hãng Merck, CHLB Đức. - Nƣớc oxy già (H2O2) và brom (Br) dùng để loại hữu cơ là loại sạch dùng cho phân tích (PA) của hãng Merck, CHLB Đức. - Axit HCl là loại sạch dùng cho phân tích (PA) của hãng Merck, CHLB Đức. - Natri sulphur (Na2S) là loại sạch dùng cho phân tích (PA) của hãng Merck, CHLB Đức. - Nƣớc khử ion (DIW) dùng để rửa cột có điện trở đạt 18 Mohm sản xuất trên thiết bị của hãng EASYpure II, Mỹ. - Phin lọc 0,45m dùng để lọc mẫu là của hãng Whatman, Mỹ. - Cột trao đổi ion 1,5 x 10 cm của hãng Supelco, Mỹ. - Nhựa trao đổi ion DOWEX R1x8 50 mesh của hãng Sigma-Aldrich, Mỹ. - Natri clorua (NaCl) dùng để giải hấp cột trao đổi loại sạch dùng cho phân tích (PA) của hãng Merck, CHLB Đức. - Oxit vônfram (W2O5) chất xúc tác cho cột phản ứng của hãng Microanalysis, Anh. 20
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan