Tài liệu Nghiên cứu điều kiện tối ưu đánh giá hàm lượng chì trong hải sản bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử

Trƣờng đại học sƣ phạm hà nội 2 Khoa: hóa học ---***--- HOÀNG THỊ HỒNG HẠNH Nghiên cứu điều kiện tối ƣu đánh giá hàm lƣợng chì trong hảI sản bằng phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử khoá luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành : Hoá phân tích Ngƣời hƣớng dẫn khoa học Th.S Nguyễn Thị Thanh Mai hà nội, 2010 -1- LỜI CẢM ƠN Khoá luận tốt nghiệp này được hoàn thành là kết quả làm việc không ngừng nghỉ của cả một tập thể lớn trong một thời gian dài Em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới Th.S Nguyễn Thị Thanh Mai, người đã giao đề tài, hướng dẫn và tận tình giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành khoá luận này. Em cũng xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc nhất tới TS. Trần Công Việt và tập thể các giáo viên bộ môn hoá phân tích trường ĐH Sư phạm Hà Nội. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Hoá học trường ĐH Sư phạm Hà Nội 2 đặc biệt là Th.S Phí Văn Hải, người đã dìu dắt, nâng đỡ và động viên em trong suốt quá trình học tập tại trường. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới bạn bè, các anh chị và đặc biệt là gia đình tôi đã là nguồn động viên là chỗ dựa tốt nhất cho tôi để hoàn thành khoá luận này. Hà Nội, ngày... tháng 5 năm 2010 Người thực hiện Hoàng Thị Hồng Hạnh -2- LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, các kết quả trong khoá luận này hoàn toàn chính xác và không trùng với bất kì nghiên cứu của tác giả nào khác. Hoàng Thị Hồng Hạnh -3- MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU……………………………………………………………. 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Mục đích của đề tài……………………………....………….… 2 1.2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu…………………………. 2 1.2.1. Sự xuất hiện phổ nguyên tử………………………………… 2 1.2.2. Nguyên tắc của phương pháp………………………………. 3 1.2.3. Phép định lượng của phương pháp…………………………. 5 1.2.4. Ưu, nhược điểm của phương pháp………………………….. 6 a. Ưu điểm................................................................................ 6 b. Nhược điểm.......................................................................... 7 1.2.5. Nội dung nghiên cứu………………………………………… 8 1.3. Nguyên tố chì…………………………………………………… 8 1.3.1. Giới thiệu nguyên tố chì…………………………………….. 8 1.3.2. Tính chất vật lí và hóa học của chì……………...……….…. 8 a. Tính chất vật lí ……………………………………………. 8 b. Tính chất hóa học………………………………………… 8 1.3.3. Một số hợp chất quan trọng của chì………………..……… 9 a. Chì oxit……………………………………………………. 9 b. Chì hidroxit và các muối của chúng……………………… 10 c. Các halogen của chì………………………………………. 10 d. Chì sunfua…………………………………………………. 11 e. Các phức chất của chì……………………………..……… 11 f. Hợp chất cơ kim…………………………………………… 11 1.3.4. Ứng dụng của chì……………………………………….……. 12 1.3.5. Vai trò sinh học của chì........................................................... 12 1.3.6. Hiện trạng ô nhiễm ở Việt Nam............................................... 13 1.3.7. Các phương pháp xác định chì................................................. 13 a. Phương pháp phân tích hóa học............................................. 13 -4- b. Phương pháp phân tích công cụ............................................. 15 1.4. Hóa chất, dụng cụ và máy móc..................................................... 19 1.4.1. Dụng cụ.................................................................................... 19 1.4.2. Thiết bị máy móc..................................................................... 20 1.4.3. Hóa chất................................................................................... 20 CHƢƠNG 2 : NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1. Khảo sát các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử dùng ngọn lửa.. 22 2.1.1. Khảo sát các thông số của máy................................................ 22 a. Khảo sát vạch phổ hấp thụ.............................................. 22 b. Khảo sát cường độ dòng điện.......................................... 23 c. Khảo sát độ rộng khe đo.................................................. 24 d. Khảo sát chiều cao đèn nguyên tử hóa............................. 25 2.1.2. Khảo sát các điều kiện nguyên tử hóa..................................... 25 a. Khảo sát lưu lượng khí axetilen....................................... 25 b. Tốc độ giãn màu............................................................... 26 2.1.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới phép đo.............................. 26 a. Ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit................... 26 b. Ảnh hưởng của các cation khác....................................... 34 c. Xây dựng và đánh giá độ lặp của phương pháp xác định chì bằng phương pháp đường chuẩn........................................ 34 2.2. Ứng dụng xác định hàm lượng chì trong một số loại hải sản........ 38 2.2.1. Lấy mẫu và xử lí mẫu.............................................................. 38 2.2.2. Đo và đánh giá hàm lượng chì trong một số loại hải sản.......... 41 KẾT LUẬN......................................................................................... 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................. -5- 46 MỞ ĐẦU Sự gia tăng dân số cùng với các hoạt động phát triển kinh tế, giao thông vận tải, đô thị hóa,... dẫn đến hàng ngày, hàng giờ con người không ngừng thải ra môi trường các loại chất thải gồm chất thải rắn, chất thải lỏng, khí, chất phóng xạ,... Hàm lượng của chúng ngày càng tăng, lan tràn và làm ô nhiễm đất, nước và không khí. Đất nước ta có một bờ biển dài trù phú và giàu có. Kinh tế biển cũng là một thế mạnh của chúng ta. Thuỷ hải sản chúng ta khai thác được không những phục vụ nhu cầu trong nước mà một lượng không nhỏ dùng để xuất khẩu. Qua một số báo cáo gần đây, chúng tôi thấy rằng một số vùng biển của chúng ta đã bị ô nhiễm, hàm lượng kim loại như asen, thủy ngân, chì, niken, cadimi, ... ở mức khá cao. Giả thiết chúng tôi đặt ra là liệu các loại hải sản của chúng ta đã bị nhiễm độc chưa? Trong giới hạn của một khóa luận tốt nghiệp, chúng tôi chỉ tập trung đi sâu tìm hiểu đánh giá hàm lượng của chì trong một số loại hải sản thông dụng như tôm, sò huyết, mực, ốc. Phương pháp chúng tôi lựa chọn là phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử. Đây là một phương pháp hiện đại cho kết quả tốt và nhanh. Đề tài chúng tôi lựa chọn nghiên cứu trong khóa luận này là : " Nghiên cứu điều kiện tối ưu đánh giá hàm lượng chì trong hải sản bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử". Khóa luận tốt nghiệp này còn nhiều thiếu sót, rất mong sự đóng góp ý kiến của quí thầy cô và các bạn. -1- CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN 1.1. Mục đích của đề tài Đời sống con người ngày một nâng cao kéo theo nhu cầu ngày càng lớn về các loại thực phẩm. Thực phẩm cần phải tươi ngon và phải tốt cho sức khỏe. Qua tìm hiểu thực tế và một số nghiên cứu khoa học gần đây, tình trạng ô nhiễm nước biển ven bờ đang trong tình trạng báo động và cần sự quan tâm đặc biệt. Mục đích của chúng tôi là nghiên cứu các điều kiện tối ưu của phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử, sau đó áp dụng đo hàm lượng chì trong một số loại thuỷ hải sản phổ biến bán trên thị trường. Từ kết quả thu được chúng tôi có thể đưa ra những đánh giá sơ bộ nhất về tình trạng nhiễm độc chì của hải sản. Chúng tôi mong rằng, khóa luận này sẽ đóng góp một phần nhỏ bé nào đó vào các nghiên cứu khoa học lớn hơn, qui mô hơn ! 1.2. Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu 1.2.1. Sự xuất hiện phổ hấp thụ nguyên tử Nguyên tử là hạt cơ bản bao gồm hạt nhân và electron chuyển động xung quanh hạt nhân. Ở điều kiện thường các electron chuyển động trên quĩ đạo có mức năng lượng thấp nhất, khi đó nguyên tử ở trạng thái bền vững nhất (trạng thái cơ bản). Nhưng khi ta chiếu một chùm tia đơn sắc có năng lượng phù hợp vào đám hơi nguyên tử ở trạng thái tự do thì nguyên tử tự do sẽ hấp thụ những bức xạ (có bước sóng bằng đúng bước sóng mà nó phát ra trong quá trình phát xạ) nguyên tử chuyển lên trạng thái có mức năng lượng cao hơn gọi là trạng thái kích thích. Quá trình đó gọi là quá trình hấp thụ năng lượng của nguyên tử. Phổ được sinh ra trong quá trình này được gọi là phổ hấp thụ năng lượng của nguyên tử hay gọi tắt là phổ hấp thụ nguyên tử (viết tắt là AAS). -2- Cho đến nay, phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử vẫn là một trong những phương pháp hiện đại, được áp dụng phổ biến trong các phòng thí nghiệm phân tích trên thế giới. Phương pháp này xác định được hầu hết các kim loại trong mọi loại mẫu sau khi chuyển hóa chúng về dạng dung dịch. 1.2.2. Nguyên tắc của phƣơng pháp Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử dựa trên cơ sở nguyên tử ở trạng thái hơi có khả năng hấp thụ bức xạ có bước sóng nhất định. Bước sóng này chính bằng bước sóng mà nó có thể phát ra trong quá trình phát xạ khi chiếu một chùm tia sáng vào đám hơi nguyên tử đó. Muốn thực hiện các phép đo phổ ta cần thực hiện các quá trình sau : - Chuyển mẫu phân tích thành trạng thái hơi của các nguyên tử tự do (quá trình nguyên tử hóa mẫu). Đây là quá trình rất quan trọng vì chỉ có các nguyên tử ở trạng thái tự do mới có khả năng cho phổ hấp thụ nguyên tử. Số nguyên tử ở trạng thái tự do là yếu tố quyết định cường độ vạch phổ. Quá trình nguyên tử hóa tốt hay không tốt đều ảnh hưởng tới kết quả phân tích. Có hai kĩ thuật nguyên tử hóa mẫu phân tích là kĩ thuật nguyên tử hóa trong ngọn lửa (F-AAS) và kĩ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa (EST-AAS). Nguyên tắc chung là dùng nhiệt độ cao để hóa hơi tạo ra các nguyên tử ở trạng thái tự do của mẫu phân tích. - Chiếu chùm tia sáng phát xạ của nguyên tố phân tích từ nguồn bức xạ vào đám hơi nguyên tử đó để chúng hấp thụ những bức xạ đơn sắc nhạy hay bức xạ cộng hưởng có bước sóng nhất định ứng đúng với tia phát xạ nhạy của chúng. Nguồn phát xạ chùm tia đơn sắc có thể là đèn catot rỗng (HCL), các đèn phóng điện không điện cực (EDL) hay nguồn phát xạ liên tục được biến điện. Ở đây cường độ bức xạ bị hấp thụ tỉ lệ với số nguyên tử tự do có trong môi trường hấp thụ theo công thức : -3- I = I0e-k  N l (I.1) Trong đó :  I : cường độ chùm sáng đơn sắc và đi qua môi trường hấp thụ  I0 : cường độ của chùm sáng đơn sắc đi vào môi trường hấp thụ  N : tổng số nguyên tử tự do có trong môi trường hấp thụ  kλ : hệ số hấp thụ đặc trưng cho từng loại nguyên tử  l : chiều dài của môi trường hấp thụ Tiếp đó nhờ hệ thống máy quang phổ người ta thu được toàn bộ chùm sáng, phân li và chọn một vạch phổ hấp thụ của nguyên tố cần phân tích để đo cường độ của nó. Cường độ đó chính là tín hiệu hấp thụ của vạch phổ hấp thụ nguyên tử. Nếu Aλ là mật độ quang của chùm tia bức xạ có cường độ I 0, sau khi đi qua môi trường hấp thụ còn lại là I, ta có: Aλ = log(I0/I) = 2,303 . kλ.N.l hay Aλ = k.N (I.2) ( với k = 2,303.kλ.l ) Giữa N và nồng độ C của nguyên tố trong dung dịch phân tích có mối liên hệ với nhau. Nhiều thực nghiệm cho thấy, trong một giới hạn nhất định của nồng độ thì: N = ka Cb (I.3) Trong đó:  ka là hằng số thực nghiệm, phụ thuộc vào tất cả các điều kiện hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu -4-  b là hằng số bản chất phụ thuộc vào từng vạch phổ của từng nguyên tố (00,8 ppm) có thể gây bệnh thiếu máu, còn từ 0,5-0,8 ppm gây rối loạn chức năng thận và có thể phá huỷ não và tuỷ sống. 1.3.6. Hiện trạng ô nhiễm ở Việt Nam Qua các báo cáo khoa học gần đây, ô nhiễm chì ở Việt Nam còn ở mức độ thấp. Hiện tượng ô nhiễm chì phân bố không theo hệ thống, không tập trung và nồng độ rất khác nhau ở các khu vực. Mặt khác chì tích lũy dần dần trong cơ thể người và động thực vật nên khó khảo sát được mức độ ngộ độc cũng như khoảng an toàn. 1.3.7. Các phƣơng pháp xác định chì a. Các phương pháp phân tích hoá học [3], [5] * Phương pháp phân tích trọng lượng Phương pháp này dựa trên sự kết tủa định lượng cả chất cần phân tích với loại thuốc thử thích hợp. Kết tủa được tạo thành bắt đầu bằng việc cân chính xác một lượng mẫu (nếu là rắn) rồi chuyển về dạng dung dịch. Còn mẫu ở trạng thái dung dịch thì lấy một thể tích chính xác rồi cho kết tủa. Kết tủa được lọc, rửa, sấy khô hoặc nung tới khối lượng không đổi ở nhiệt độ thích hợp rồi cân. Từ khối lượng đó ta có thể tính được lượng chất cần xác định. - 13 - Mặc dù đây là phương pháp đơn giản nhưng vì dễ mắc sai số trong quá trình cân. Mặt khác, phải khống chế pH để giữ bền kết tủa. Do đó phương pháp này chỉ dùng khi xác định một lượng lớn chất phân tích. Tuy phương pháp này không dùng được để xác định các vết chì trong nước và hải sản nhưng ta vẫn có thể tham khảo nó. Với chì có thể xác định các hàm lượng kết tủa PbSO4 hay PbCrO4 * Phương pháp phân tích thể tích Đây là một trong những phương pháp phân tích hoá học hay được dùng để xác định nhanh, đơn giản các chất. Tuy nhiên phương pháp này có độ chọn lọc thấp và sai số gây ra có thể do sử dụng chất chỉ thị không thích hợp (sai số chỉ thị) hoặc do kĩ thuật chuẩn độ gây ra bởi chủ quan người tiến hành hoặc bởi dụng cụ như pipet, buret... Với chì ta có thể dùng các phương pháp chuẩn độ với EDTA theo những cách sau: - Chuẩn độ trực tiếp Pb2+ bằng EDTA chỉ thị là ET-00. Do Pb2+ tạo phức bền với EDTA ở pH trung tính hoặc kiềm. Pb2+ rất dễ bị thuỷ phân, do đó trước khi chuẩn độ ta cho Pb2+ tạo phức kém bền với tactrac hoặc trietnolamin. Dung dịch chuyển từ màu nâu đỏ sang màu xanh. - Chuẩn độ ngược: Cho Pb2+ tác dụng với lượng dư chính xác ZnY2- đã biết nồng độ, chỉ thị là ET-00. Phản ứng chuẩn độ kết thúc khi dung dịch chuyển từ màu đỏ nho sang xanh biếc. Các phản ứng: Pb2+ + H2Y2- PbY2- + 2H+ H2Y2- +Zn2+ ZnY2- + 2H+ (dư) - 14 - Zn2+ + H2Ind- 2H+ + ZnInd(đỏ nho) (xanh) - Chuẩn độ thay thế: do β (PbY2-) > β (ZnY2-) trong môi trường đệm amoni nên Pb2+ sẽ đẩy Zn2+ ra khỏi ZnY2- một cách định lượng. Chuẩn độ Zn2+ khi có chỉ thị ET-00. Từ đó xác định được hàm lượng Pb2+ Các phản ứng: Pb2+ + ZnY2- PbY2- + Zn2+ Zn2+ + H2Ind- 2H+ + ZnInd- H2Y2- +Zn2+ ZnInd- + H2Y2- ZnY2- + 2H+ ZnY2- + H2Ind- (đỏ nho) (xanh biếc) b. Phương pháp phân tích công cụ * Các phương pháp điện hoá  Phương pháp cực phổ Phương pháp cực phổ là phương pháp dựa trên sự khử các ion kim loại xảy ra trên điện cực ở các thế khác nhau (catot Hg hoặc trên catot khác). Nhờ việc theo dõi sự biến đổi giữa cường độ dòng điện và thế trong quá trình điện phân khi chất phân tích chuyển đến điện cực chỉ bằng khuếch tán. Tín hiệu thu được (cường độ dòng điện phân) sẽ cho tín hiệu phân tích định lượng vì cường độ dòng có quan hệ với nồng độ chất phản ứng ở điện cực. Có thể dùng dung môi nước hoặc khác nước cho phương pháp này. Khoảng tối ưu của nồng độ cho phép đo cực phổ là 10-2 ÷ 10-4. Các dạng khác nhau của phép đo cực phổ có thể cho phép xác định các nồng độ ở mức n.10-3 μg/ml. Thể tích có thể tiến hành phân tích dung lượng là 1÷2ml thậm chí - 15 -