Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Xác định hàm lượng chì trong máu bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử với kỹ thuật nguyên tử hóa bằng lò graphit

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:75

Thêm vào BST

Báo xấu

33
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm tối ưu hóa các điều kiện đo, các yếu tố ảnh hưởng để từ đó xây dựng được quy trình phân tích xác định được hàm lượng chì trong mẫu máu. Từ đó tạo tiền đề cho việc chuẩn đoán cũng như điều trị đối với những người có hàm lượng chì cao trong cơ thể. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Xác định hàm lượng chì trong máu bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử với kỹ thuật nguyên tử hóa bằng lò graphit

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGÔ TRUNG HIẾU NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CHÌ TRONG MÁU BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ VỚI KỸ THUẬT NGUYÊN TỬ HÓA BẰNG LÒ GRAPHIT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC THÁI NGUYÊN - 2013 Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGÔ TRUNG HIẾU NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CHÌ TRONG MÁU BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ VỚI KỸ THUẬT NGUYÊN TỬ HÓA BẰNG LÒ GRAPHIT CHUYÊN NGÀNH: HÓA PHÂN TÍCH MÃ SỐ: 60440118 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ LAN ANH THÁI NGUYÊN - 2013 Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả đưa ra trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Tác giả Ngô Trung Hiếu XÁC NHẬN CỦA XÁC NHẬN CỦA KHOA CHUYÊN MÔN CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TS Lê Hữu Thiềng Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin được gửi tới PGS.TS Lê Lan Anh lời biết ơn chân thành và sâu sắc nhất. Cô đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình thực hiện đề tài để tôi hoàn thành bản luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Vũ Đức Lợi, TS. Phạm Gia Môn các thầy cô, các anh chị và các bạn trong Phòng phân tích Viện Hóa Học Việt Nam đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn đơn vị cơ quan nơi tôi công tác đã tạo điều kiện để tôi học tập, nghiên cứu để hoàn thành bản luận văn này. Cuối cùng tôi xin được cảm ơn những người thân yêu nhất của tôi, đã luôn động viên, cổ vũ để tôi hoàn thành tốt luận văn của mình. Tôi xin chân thành cảm ơn! Học viên Ngô Trung Hiếu Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Vạch phổ đặc trưng của chì Bảng 2.2: Bảng quy hoạch thực nghiệm phân tích phương sai một yếu tố Bảng 2.3: Phân tích phương sai một yếu tố Bảng 3.1: Các thông số máy khảo sát cường độ đèn HCL của Pb Bảng 3.2: Chương trình nhiệt độ lò graphit khảo sát cường độ đèn HCL của Pb Bảng 3.3: Kết quả khảo sát cường độ đèn HCL của Pb Bảng 3.4: Các thông số máy khảo sát nhiệt độ sấy mẫu của Pb Bảng 3.5: Chương trình nhiệt độ khảo sát nhiệt độ sấy mẫu của Pb Bảng 3.6: Kết quả khảo sát nhiệt độ sấy mẫu của Pb Bảng 3.7: Kết quả khảo sát nhiệt độ tro hóa luyện mẫu của Pb Bảng 3.8: Kết quả khảo sát nhiệt độ nguyên tử hóa mẫu của Pb Bảng 3.9: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Na đến phép đo Pb Bảng 3.10: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ K đến phép đo Pb Bảng 3.11: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Ca đến phép đo Pb Bảng 3.12: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Mg đến phép đo Pb Bảng 3.13: Kết quả khảo sát ảnh hưởng đồng thời của Na, K, Ca, Mg Bảng 3.14: Kết quả khảo sát khoảng tuyến tính của Pb Bảng 3.15: Kết quả phân tích mẫu Pb-1μg/l Bảng 3.16: Kết quả phân tích mẫu máu chuẩn Bảng 3.17: Tổng kết các điều kiện đo phổ GF-AAS của Pb Bảng 3.18: Hàm lượng Pb trong máu của người bình thường Bảng 3.19: Hàm lượng Pb trong máu của đối tượng phơi nhiễm chì Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Cân bằng của chì trong cơ thể người Hình 1.2: Quá trình tác động của chì lên hệ thống tạo huyết Hình 1.3: Vòng tuần hoàn của chì trong môi trường Hình 1.4: Sự phân bố chì trong cơ thể Hình 2.1: Tóm tắt chương trình nhiệt độ lò graphit Hình 2.2: Hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử Hình 2.3: Hệ thống nguyên tử hóa bằng lò graphit HGA 600 Hình 3.1: Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy khô mẫu đến độ hấp thụ của Pb Hình 3.2: Ảnh hưởng của nhiệt độ tro hóa luyện mẫu đến độ hấp thụ của Pb Hình 3.3: Ảnh hưởng của nhiệt độ nguyên tử hóa mẫu đến độ hấp thụ của Pb Hình 3.4: Ảnh hưởng của Na đến độ hấp thụ của Pb Hình 3.5: Ảnh hưởng của K đến độ hấp thụ của Pb Hình 3.6: Ảnh hưởng của Ca đến độ hấp thụ của Pb Hình 3.7: Ảnh hưởng của Mg đến độ hấp thụ của Pb Hình 3.8: Khoảng tuyến tính của Pb Hình 3.9: Đồ thị đường chuẩn của Pb Hình 3.10: Mẫu máu chuẩn Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
MỤC LỤC MỞ ĐẦU.......................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN............................................................................. 3 1.1 Giới thiệu chung về nguyên tố chì [14] ................................................... 3 1.2 Tính chất lý, hóa học của chì [14, 19] ..................................................... 3 1.2.1 Tính chất vật lý.........................................................................................3 1.2.2 Tính chất hóa học [14] .............................................................................5 1.3 Các hợp chất của chì ............................................................................... 5 1.3.1 Oxit [14,19]..............................................................................................5 1.3.2 Hydroxit ...................................................................................................7 1.3.3 Muối.........................................................................................................8 1.4 Các ứng dụng của chì.............................................................................. 8 1.4 Độc tính và cơ chế gây độc của chì [5, 6, 15, 16] .................................. 10 1.5.1 Độc tính của chì .....................................................................................10 1.5.2 Cơ chế gây độc của chì ..........................................................................12 1.6 Tổng quan bệnh nhiễm độc chì ............................................................. 15 1.6.1 Nhiễm độc chì vô cơ [5, 6, 9, 16]...........................................................16 1.6.2 Nhiễm độc chì hữu cơ [5, 6, 9, 16].........................................................21 1.7 Triệu chứng và cách chuẩn đoán bệnh nhiễm độc chì............................ 22 1.7.1 Triệu chứng nhiễm độc chì [6, 16].........................................................22 1.7.2 Cách chuẩn đoán bệnh nhiễm độc chì [5, 6, 16].....................................24 1.8 Cách điều trị bệnh nhiễm độc chì .......................................................... 24 1.8.1 Điều trị nhiễm độc chì vô cơ ..................................................................24 1.8.2 Điều trị nhiễm độc chì hữu cơ................................................................26 1.9 Các phương pháp phân tích chì trong mẫu sinh học .............................. 26 1.9.1 Phương pháp phổ khối lượng kết hợp nguồn cảm ứng cao tần plasma (ICP-MS) ........................................................................................................27 1.9.2 Phương pháp cực phổ xung vi phân (DPP)............................................27 1.9.3 Phương pháp Von – Ampe hòa tan anot ................................................27 1.10 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử......................................... 27 1.10.1 Lược sử phát triển phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS ..28 1.10.2 Nguyên tắc của phép đo.......................................................................28 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM........................................................................................................ 30 2.1 Đối tượng, mục đính nghiên cứu........................................................... 30 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu ............................................................................30 2.1.2 Mục đích nghiên cứu..............................................................................32 2.2 Phương pháp nghiên cứu....................................................................... 32 2.3 Nội dung nghiên cứu............................................................................. 32 2.4 Nghiên cứu thực nghiệm ....................................................................... 32 Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
2.4.1 Nghiên cứu các điều kiện đo quang phổ hấp thụ của chì .......................32 2.4.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo quang phổ hấp thụ nguyên tử của chì.........................................................................................................36 2.5 Nghiên cứu và lựa chọn phương pháp xử lý mẫu máu........................... 37 2.5.1 Lấy mẫu và bảo quản mẫu .....................................................................37 2.5.2 Phương pháp xử lý mẫu máu .................................................................37 2.6 Đánh giá sai số và độ lặp lại của phép đo .............................................. 38 2.7 Trang thiết bị và hóa chất phục vụ nghiên cứu ...................................... 40 2.7.1 Trang thiết bị..........................................................................................40 2.7.2 Hóa chất và dụng cụ...............................................................................41 2.8 Chuẩn bị dung dịch hóa chất ................................................................. 42 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN .................................................... 43 3.1 Khảo sát các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử của chì...................... 43 3.1.1 Khảo sát bước sóng hấp thụ ...................................................................43 3.1.2 Khảo sát khe đo......................................................................................43 3.1.3 Khảo sát nguồn sáng, cường độ đèn catot rỗng......................................43 3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng của quá trình nguyên tử hóa mẫu...........................45 3.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo quang phổ hấp thụ nguyên tử của chì ........................................................................................................ 50 3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Na .....................................................50 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ K .......................................................52 3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Ca......................................................53 3.2.4 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Mg.....................................................54 3.3 Nghiên cứu loại trừ ảnh hưởng đồng thời của Na, K, Ca, Mg ............... 55 3.3.1 Lựa chọn chất cải biến nền.....................................................................55 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng đồng thời của các cation ........................................56 3.4 Xây dựng quy trình phân tích mẫu ....................................................... 57 3.4.1 Xác định khoảng tuyến tính của Pb........................................................57 3.4.2 Xây dựng đường chuẩn để phân tích mẫu..............................................58 3.4.3 Giới hạn phát hiện của phương pháp......................................................59 3.4.4 Độ chính xác của phương pháp..............................................................60 3.4.5 Quy trình phân tích mẫu máu.................................................................61 3.5 Tổng kết các điều kiện đo phổ GF – AAS của Pb.................................. 61 3.6 Kết quả phân tích hàm lượng chì trong mẫu máu .................................. 62 3.6.1 Kết quả nghiên cứu trên những người bình thường................................62 3.6.2 Kết quả nghiên cứu trên những đối tượng phơi nhiễm chì .....................63 KẾT LUẬN .................................................................................................... 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 65 Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
MỞ ĐẦU Ngày nay y học đã khẳng định rằng nhiều nguyên tố kim loại có vai trò quan trọng đối với cơ thể sống và con người. Sự mất cân bằng về hàm lượng (thiếu hụt hay dư thừa) của nhiều kim loại vi lượng trong các bộ phận của cơ thể như gan, tóc, máu, huyết thanh… là những nguyên nhân hay dấu hiệu của bệnh tật, đặc biệt là sự có mặt của các kim loại nặng như Cu, Pb, Zn, Cd, Fe… trong máu và trong huyết thanh con người. Cùng với sự phát triển của công nghiệp và đô thị hóa hiện nay, môi trường sống của con người đang bị ô nhiễm nghiêm trọng. Các nguồn thải kim loại nặng từ các khu công nghiệp vào không khí, nước, đất… có thể xâm nhập vào cơ thể người thông qua ăn uống, hít thở dẫn đến hàm lượng của chúng vượt quá giới hạn cho phép (sự nhiễm độc). Do đó, việc xác định hàm lượng các kim loại nặng trong cơ thể con người nhằm đề ra các biện pháp bảo vệ và chăm sóc sức khỏe cộng đồng được tốt hơn là một việc làm vô cùng cần thiết. Chì (Pb) là một trong những nguyên tố độc hại đối với con người và động vật. Tác dụng hóa sinh chủ yếu của chì là ảnh hưởng đối với sự tổng hợp máu dẫn đến phá vỡ hồng cầu. Chì ức chế một số enzim quan trọng của quá trình tổng hợp máu do sự tích lũy các hợp chất trung gian của quá trình trao đổi chất. Một hợp chất trung gian kiểu này là delta-amino levulinic axit (ALA dehydrase). Một giai đoạn quan trọng của tổng hợp máu là sự chuyển hóa delta- amino levulinic axit thành porphobilinogen không thể xảy ra, kết quả là phá hủy quá trình tổng hợp hemoglobin cũng như các sắc tố hô hấp khác cần thiết trong máu như cytochromes[8]. Chì cản trở việc sử dụng oxi và glucoza để sản sinh năng lượng cho quá trình sống. sự cản trở này có thể nhận thấy khi nồng độ chì trong máu khoảng 0,3 ppm. Ở nồng độ cao hơn (>0,3 ppm) có thể gây hiện tượng thiếu máu do sự 1 Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
thiếu hemoglobin. Nếu hàm lượng chì trong máu trong khoảng 0,5 – 0,8 ppm có thể gay ra sự rối loạn chức năng của thận và phá hủy não. Chì nhiễm vào cơ thể qua da, đường tiêu hóa, hô hấp. Người bị nhiễm độc chì sẽ mắc một số bệnh nguy hiểm như thiếu máu, đau đầu, chóng mặt, sưng khớp [8, 13]. Xuất phát từ những độc tính của chì và những tác dụng hóa sinh của nó đối với cơ thể con người nên việc xác định hàm lượng chì trong các mẫu sinh học (máu) là rất cần thiết. Từ yêu cầu thực tế và cấp bách đó chúng tôi thực hiện đề tài: “ Xác định hàm lượng chì trong máu bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử với kỹ thuật nguyên tử hóa bằng lò graphit” 2 Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung về nguyên tố chì [14] Chì là một trong bảy kim loại (Au, Ag, Cu, Fe, Sn, Pb, Hg) mà con người đã biết từ thời trung cổ. Hơn bốn nghìn năm trước công nguyên người cổ Ai Cập đã dùng chì để đúc tiền, đúc tượng và vật dụng khác. Chì là nguyên tố hóa học thuộc phân nhóm chính nhóm VIA, chu kỳ 6 trong bảng hệ thống tuần hoàn, viết tắt là Pb (tiếng la tinh là Plumbum). Cấu hình electron 82Pb: [Xe] 4f145d106s26p2. Trong thiên nhiên, chì là nguyên tố kém phổ biến. Trữ lượng chì trong vỏ quả đất là 1,6.10-4 % tổng số nguyên tử. Chì tồn tại trong các hợp chất dưới dạng khoáng vật kết hợp với sắt, oxi, lưu huỳnh, cacbon, đặc biệt là trong các quặng. Khoáng vật chính của chì là galen (PbS), anglesite (PbSO4) và ceussite (PbCO3) trong đó hàm lượng chì lần lượt là 88%, 68% và 77%. Quá trình điều chế chì gồm hai giai đoạn: Đốt cháy galen để chuyển galen thành oxit rồi dùng than cốc khử oxit thành kim loại ở trong lò đứng. 2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2 PbO + C = Pb + CO 1.2 Tính chất lý, hóa học của chì [14, 19] 1.2.1 Tính chất vật lý Chì thể hiện rõ rệt nhất tính kim loại trong dãy Ge – Sn – Pb. Nó chỉ tồn tại ở dạng kim loại với cách gói gém sít sao kiểu lập phương của các nguyên tố. Chì rất nặng nhưng mềm dùng móng tay có thể rạch được và rất dễ dát mỏng. Một số đặc điểm vật lý quan trọng của chì:  Tính chất nguyên tử: - Khối lượng nguyên tử: 207,21 đvc. - Bán kính nguyên tử: 180 (154) pm. - Bán kính cộng hóa trị: 147 pm. - Bán kính Van Der Walls: 202 pm. 3 Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
- Trạng thái oxi hóa (oxit): 4,2 (lưỡng tính).  Tính chất và hằng số vật lý: - Bề ngoài: Trắng xám. - Trạng thái vật chất: Rắn. - Tỉ khối: 11,34g/cm3. - Điểm nóng chảy: 600,61 K. - Nhiệt nóng chảy: 3270C. - Điểm sôi: 2022 K. - Nhiệt độ sôi: 17370C.  Một số thông tin khác: - Độ âm điện: 2,33 (thang Pauling). - Độ dẫn điện: 4807,7. - Độ dẫn nhiệt: 28,9 W/(m.K). - Thế điện cực: -0,126V. - Năng lượng ion hóa: Bậc 1: 7,42 eV Bậc 2: 15,03 eV Bậc 3: 32,0 eV Bậc 4: 42,3 eV  Các chất đồng vị ổn định của chì: - Pb206 (chiếm 24,1%), ổn định có 124 nơtron. - Pb207 (chiếm 22,1%), ổn định có 125 nơtron. - Pb208 (chiếm 52,4%), ổn định có 126 nơtron. Ngoài ra còn có Pb205 tổng hợp nhân tạo có thời gian bán hủy là 1,53.107 năm. Pb204 (chiếm 1,4%) có thời gian bán hủy là 1,4.1017 năm. Pb210 tồn tại ở dạng vết có thời gian bán hủy là 22,3 năm. Chì và các hợp chất của chì đều rất độc. Chúng nguy hiểm ở chỗ khó có những phương tiện để cứu chữa khi bị nhễm độc lâu dài cho nên cần hết sức cẩn thận khi tiếp xúc với chúng. 4 Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
1.2.2 Tính chất hóa học [14] Chì là kim loại tương đối hoạt động về mặt hóa học. Ở điều kiện thường chì bị oxi hóa tạo thành lớp oxit màu xám xanh bao bọc bên trên mặt, bảo vệ không cho chì tiếp xúc bị oxi hóa. 2Pb + O2 = 2PbO Nhưng khi gặp nước, nước sẽ tách dần màng oxit bao bọc ngoài và tiếp tục bị tác dụng. Chì tương tác với các halogen và nhiều nguyên tố phi kim khác. Pb + X2 = PbX2 Chì có thế điện cực âm nên về nguyên tắc nó tan được trong các axit, nhưng thực tế chì chỉ tương tác ở trên bề mặt với dung dịch axit HCl loãng và axit H2SO4 dưới 80% vì bị bao bọc bởi lớp muối khó tan (PbCl2 và PbSO4). Với dung dịch đậm đặc hơn của các axit đó, chì có thể tan vì muối khó tan của lớp bảo vệ đã được chuyển thành hợp chất tan. PbCl2 + 2HCl = H2PbCl4 PbSO4 + H2SO4 = Pb(HSO4)2 Với axit HNO3 bất kỳ nồng độ nào, chì tương tác như một kim loại. 3Pb + 8HNO3 loãng = 3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O Khi có mặt của oxi, chì có thể tương tác với nước. 2Pb + 2H2O + O2 = 2Pb(OH)2 Có thể tan trong axit axetic và các axit hữu cơ khác. 2Pb + 4CH3COOH + O2 = 2Pb(CH3COO)2 +2H2O Với dung dịch kiềm, chì có thể tương tác khi đun nóng, giải phóng hidro. Pb +2KOH +2H2O = K2[Pb(OH)4] + H2 1.3 Các hợp chất của chì 1.3.1 Oxit [14,19] Chì có hai loại oxit chính là PbO, PbO2 và hai loại oxit hỗn hợp là Pb2O3, Pb3O4. 5 Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
● Monooxit PbO là chất rắn có hai dạng: PbO – α mầu đỏ và PbO – β mầu vàng. Tinh thể PbO – α thuộc hệ tứ phương và PbO – β thuộc hệ tà phương. PbO – α có kiến trúc lớp khác thường, mỗi nguyên tử kim loại liên kết với bốn nguyên tử oxi tạo thành nhóm PbO4 hình chóp ngũ giác. PbO tan ít trong nước có thể tương tác với nước khi có mặt oxi. Khi đun nóng trong không khí nó dễ dàng chuyển hóa thành oxit cao hơn. 45000CC 450 PbO Pb3O4 PbO tan trong axit và tan trong kiềm mạnh. ● Đioxit PbO2 là chất rắn mầu nâu đen. Tinh thể PbO2 có kiến trúc kiểu rutin trong đó mỗi nguyên tử kim loại được sáu nguyên tử oxi bao quanh kiểu tam giác. PbO2 khi đun nóng mất dần oxi biến thành các oxit, trong đó chì có số oxi hóa thấp hơn. PbO2 290-3200C Pb2O3 390-4200C Pb2O3 530-5500C Pb2O3 (nâu đen) (vàng đỏ) (vàng đỏ) (vàng đỏ) PbO2 kém hoạt động về mặt hóa học, không tan trong nước. Tan trong kiềm dễ dàng hơn trong axit. Tan trong kiềm, tạo ra hợn chất hidroxo kiểu M2[E(OH)6]. PbO2 + 2KOH + 2H2O = K2[Pb(OH)6] Những chất dễ cháy như S, P khi nghiền nát với bột PbO2 sẽ bốc cháy. Dựa vào đây PbO2 được dùng để làm một thành phần của thuốc đầu diêm. Khi tương tác với axit sunphuric đậm đặc, PbO2 giải phóng oxi; Với axit clohidric giải phóng khí clo. 2PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O + O2 PbO2 + 4HCl = PbCl2 + 2H2O + Cl2 Trong môi trường axit đậm đặc, PbO2 oxi hóa Mn (II) đến Mn (VII), ở môi trường kiềm mạnh oxi hóa Cr (III) đến Cr (VI). 5PbO2 + 2MnSO4 + 6HNO3 = 2HMnO4 + 3Pb(NO3) + 2H2O + 2PbSO4 3PbO2 +2Cr(OH)3 + 10KOH = 2K2CrO4 + 3K2[Pb(OH)4] Trong thực tế, lợi dụng khả năng oxi hóa mạnh của PbO2 người ta chế tạo ra ắc quy chì. 6 Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
Oxit, hỗn hợp Pb2O3 (PbO.PbO2) được xem là chì (II) metaplombat và oxit hỗn hợp Pb3O4 (2PbO.PbO2) được coi là chì (II) orthoplombat. ● Chì metaplombat (Pb2O3) tồn tại dưới hai dạng tinh thể: Dạng lập phương mầu vàng – đỏ và dạng đơn tà mầu đen. Đun nóng ở 390 – 4200C thành Pb3O4, không tan trong nước, tác dụng với dung dịch kiềm nóng tạo nên PbO2. ● Chì orthoplombat (Pb3O4) hay còn gọi là minium là hợp chất của Pb có các số oxi hóa +2 và +4. Nó là chất ở dạng bột màu đỏ da cam. Khi tác dụng với dung dịch loãng của H2SO4 hay HNO3 nó sẽ tạo nên muối chì (II) và PbO2. Pb3O4 + 4HNO3 = 2Pb(NO3)2 + PbO2 + H2O Pb3O4 + 2H2SO4 = PbSO4 + PbO2 + H2O Minium là chất oxi hóa mạnh. Nó bị H2, C, CO khử đến chì kim loại ở nhiệt độ khoảng 300-4000C. Pb3O4 + H2O2 + 3H2SO4 = 3PbSO4 + 2H2O + O2 Minium ít tan trong nước và độc đối với con người, khi đun nóng nó phân hủy ở nhiệt độ 5500C thành PbO và O2. Vì là chất oxi hóa mạnh nên được dùng chủ yếu để sản xuất thủy tinh, pha lê, men đồ sứ và đồ sắt, làm chất mầu cho sơn (sơn trang trí và sơn bảo vệ cho kim loại không bị gỉ). 1.3.2 Hydroxit Hidroxit Pb(OH)2 là chất kết tủa, rất ít tan trong nước, có mầu trắng. Khi đun nóng, Pb(OH)2 rất dễ mất nước biến thành oxit PbO. Pb(OH)2 là chất lưỡng tính tan trong axit tạo nên muối của cation Pb2+. Pb(OH)2 + 2HCl = PbCl2 + 2H2O Pb(OH)2 có thể tan trong dung dịch kiềm mạnh. Pb(OH)2 + 2KOH = 2K2[Pb(OH)4] (hidroxo plombit) Muối hidroxo plombit dễ tan trong nước và bị phân hủy mạnh nên chỉ bền với dung dịch kiềm dư. 7 Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
1.3.3 Muối Các muối Pb(II) thường là tinh thể có cấu trúc phức tạp, không tan trong nước trừ Pb(NO3)2, Pb(CH3COO)2 và PbSiF6. Ion Pb(II) có thể tạo nhiều phức với hợp chất hữu cơ, điển hình là với dithizon ở pH = 5,5 ÷ 9,5 tạo phức mầu đỏ gạch. Người ta cũng lợi dụng phản ứng này để tách chiết chì. Các dihalogenua chì đều là chất rắn không mầu trừ PbI2 mầu vàng, tan ít trong nước lạnh nhưng tan nhiều trong nước nóng. Tất cả các dihalogenua có thể kết hợp với halogenua kim loại kiềm MeX tạo thành hợp chất phức kiểu Me[PbX3] hay Me2[PbX4]. Sự tạo phức này giải thích khả năng dễ hòa tan của chì dihalogenua trong dung dịch đậm đặc của axit halogenhidric và muối của chúng. PbI2 + 2KI = K2[PbI4] PbCl2 + 2HCl = H2[PbCl4] 1.4 Các ứng dụng của chì Chì và các hợp chất của chì được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống của con người. Chì là thành phần chính tạo nên pin, ắc quy, sử dụng cho xe, chì được sử dụng như chất nhuộm trắng trong sơn và được sử dụng như thành phần mầu trong tráng men. Chì được dùng trong dây cáp điện, đầu đạn và các ống dẫn trong công nghiệp hóa học. Những lượng chì lớn được dùng để điều chế nhiều hợp kim quan trọng như thiếc hàn, hợp kim chữ in, hợp kim ổ trục… Chì còn được dùng làm các tấm ngăn để chống phóng xạ hạt nhân do chì hấp thụ tốt các tia phóng xạ và tia Rơnghen (tường của phòng thí nghiệm phóng xạ được lót bằng gạch chì mỗi viên thường nặng hơn 10Kg)[4].  Chì được dùng để làm các tấm điện cực trong ắc quy chì: Ắc quy chì giống với pin điện ở chỗ nhờ có phản ứng oxi hóa – khử xảy ra ở trong đó mà sinh ra dòng điện một chiều, nhưng khác ở chỗ sau khi đã phóng điện ắc quy có thể chuyển được trở lại trạng thái ban đầu, nghĩa là có thể tích điện trở lại. Ắc quy chì gồm những cực là những tấm kim loại của chì và Antimon (9%) phía ngoài có trát lớp bột nhão của PbO và nước. Những tấm cực dương 8 Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
nối liền với nhau đặt xen kẽ với những tấm cực âm cũng nối liền với nhau và nhúng trong dung dịch H2SO4 38%. Do xẩy ra phản ứng: PbO + H2SO4 = PbSO4 + H2O Nên trên bề mặt các tấm điện cực có lớp PbSO4 khó tan. Khi cho dòng điện một chiều đi qua ắc quy, ở các cực xẩy ra các phản ứng sau: ( - ): PbSO4 + 2e + 2H+ = Pb + H2SO4 (Pb2+ + 2e = Pb) ( + ): PbSO4 - 2e + SO42- + H2O = PbO2 + 2H2SO4 Sơ đồ phản ứng chung là: Tích điện PbSO4 + 2H2O Pb + PbO2 + 2H2SO4 Như vậy sau khi được tích điện, tấm cực âm của ắc quy biến thành tấm Pb xốp, tấm cực dương biến thành tấm PbO2 xốp và nồng độ H2SO4 tăng lên. Nếu hai cực của ắc quy không nối với nhau bằng một dây dẫn thì ắc quy có thể giữ một thời gian lâu ở trạng thái tích điện. Ngược lại, khi nối hai cực của ắc quy với một dây dẫn thì có dòng điện chạy qua. Dòng điện sinh ra được nhờ những phản ứng sau đây xảy ra ở các điện cực: Cực âm: Cực dương: Pb + SO42- = PbSO4 + 2e PbO2 + H2SO4 + 2H+ +2e = PbSO4 + 2H2O (Pb = Pb2+ + 2e) (Pb4+ + 2e = Pb2+) Sơ đồ phản ứng chung là: Phóng điện Pb + PbO2 + 2H2SO4 PbSO4 + 2H2O Như vậy quá trình phóng điện xảy ra ngược với quá trình tích điện. Sau khi phóng điện, các tấm cực âm, cực dương đều biến thành PbSO4 xốp và nồng độ H2SO4 giảm xuống. Bởi vậy dựa vào nồng độ của H2SO4 ở trong bình ắc quy có thể xác định trạng thái tích điện cho ắc quy, nghĩa là biến những cực âm và cực dương bằng PbSO4 thành những tấm Pb và tấm PbO2. Mỗi ắc quy chì trên đều cho điện thế khoảng 2V, mắc nối tiếp 3 hay 6 ắc quy đó nối lại với nhau sẽ được những bộ ắc quy 6V hay 12V theo ý muốn. 9 Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
 Chì được sử dụng trong thành phần mầu của sơn: Bất cứ loại sơn nào cũng trông cậy vào các hợp chất chì cho mầu sắc của nó. Chì trắng hay chì (II) carbonat (PbCO3) là một ví dụ điển hình và đã từng được sử dụng rộng rãi để sơn bề mặt gỗ trong nhà. Các hợp chất chì khác, như chì cromat (PbCrO4) mầu vàng chói, được dùng như phẩm nhuộm mầu. Cũng như cung cấp mầu sắc cho nước sơn, phẩm nhuộm chì có độ mờ đục cao, vì vậy chỉ cần lượng hợp chất tương đối nhỏ cũng có thể phủ một bề mặt rộng. Chì trắng không tan trong nước, làm cho sơn không thấm nước và dễ lau chùi với độ bền cao. Chì carbonat cũng có thể trung hòa các sản phẩm mang tính axit làm mục rữa các loại dầu bóng trong nước sơn, vì thế lớp sơn phủ có độ bám không chảy nhão và chống nứt trong thời gian lâu hơn. Tuy nhiên do độc tính của chì mà ngày nay hầu hết sơn chì đều bị cấm. Ngày nay sơn chì được dùng trong việc phục chế và bảo trì các tác phẩm nghệ thuật và các di tích kiến trúc. Ở Mỹ sơn chì được sử dụng hạn chế trong các nghành công nghiệp nặng như phủ lớp vỏ ngoài tầu thủy. 1.4 Độc tính và cơ chế gây độc của chì [5, 6, 15, 16] 1.5.1 Độc tính của chì Chì là kim loại tương đối phổ biến trong vỏ trái đất và trong tự nhiên. Chì nhiễm vào môi trường qua các nguồn như công nghiệp mỏ, than đá, xăng và hệ thống ống dẫn. Trong khí quyển, chì tương đối giàu hơn so với các kim loại nặng khác. Nguồn phân tán chính của chì trong không khí là do sự đốt cháy các nhiên liệu trong đó hợp chất của chì làm tăng chỉ số octan được thêm vào dưới dạng Pb(CH3)4 và Pb(C2H5)4. Cùng với các chất gây ô nhiễm khác, chì được loại khỏi khí quyển do các quá trình xa lắng khô và ướt. Kết quả là bụi thành phố và đất bên đường ngày càng giàu chì với nồng độ điển hình cỡ vào khoảng 1000 - 4000 mg/kg ở những thành phố đông đúc [14]. Hình 1.1 chỉ ra lượng chì bị hấp thụ vào cơ thể con người mỗi ngày [14]. Phần lớn người dân thành phố bị hấp thụ chì từ ăn uống 200-300 μg/ngày, nước và không khí cung cấp thêm 10-15 μg/ngày. Tổng số chì bị hấp thụ này có khoảng 200 μg chì được thải ra, còn khoảng 25 μg được giữ lại trong xương mỗi ngày. 10 Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
10 μg/ngày Từ không khí Người 200 μg/ngày Bài tiết Nước 25 μg/ngày (Dạng hòa tan hoặc phức) tích tụ trong xương Thực phẩm 200 μg/ngày (Dạng phức) Hình 1.1: Cân bằng của chì trong cơ thể người Chì không có vai trò sinh học trong cơ thể sống. Sự tiếp nhận chì quá mức sẽ gây độc cho hệ thần kinh trung ương, hệ sinh sản, hệ bài tiết, hệ tuần hoàn và hệ miễn dịch. Hệ thống tạo máu mẫn cảm với tác dụng độc hại của chì nhất. Chì ức chế quá trình tạo nhân HEM, có thể quan sát được khi mức chì trong máu ≤ 15 μg/dl. Nhiễm chì dưới mức gây chết là nguyên nhân gây yếu thận, gây vô sinh, chết thai, sẩy thai [9]. Đầu thập kỷ 80 bắt đầu có những công trình nghiên cứu tính độc hại của chì và xếp bảng độc hại nguyên tố chì, còn trước đó chì vẫn được coi là không có tác dụng gì trong cơ thể. Ủy ban bảo vệ môi trường của Mỹ xác định độ độc hại dưới mức gây chết của chì là 10-15 μg/dl (1989), còn những độc hại và độ gây độc tuyệt đối vẫn còn đang được nghiên cứu. Mức tiếp xúc chì tối đa hiện nay theo quy định của WHO hiện nay là: - Nước: 0,01 μg/l - Không khí: 0,5 – 1 μg/m3 - Nơi ở và làm việc: 30 - 60 μg/m3 11 Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/
Chì và các hợp chất của chì đều độc, càng dễ hòa tan, độc tính càng cao. Nếu hít phải nồng độ hơi chì trong không khí quá 0,15mg/m3 thì công nhân có thể bị nhiễm độc, nếu ăn phải 1g bụi chì thì có thể bị chết. Hàng ngày một người hấp thụ 1 mg chì, sau nhiều ngày xuất hiện nhiễm độc mãn tính, liều 1 mg này mới chỉ gấp 3 lần lượng chì vào cơ thể hàng ngày qua ăn uống. 1.5.2 Cơ chế gây độc của chì Bụi chì vào đường tiêu hóa, khi tới dạ dày bị axit HCl trong dịch vị làm tan ra và độc tính của nó phụ thuộc vào lượng axit HCl trong dạ dày nhiều hay ít. Chì qua dạ dày vào ruột, một phần được hấp thu vào máu, phần còn lại không hòa tan, theo phân thải ra ngoài. Chì vào máu tới gan, một phần được giữ lại biến thành chất không độc, thải ra ngoài theo mật và phân, phần còn lại trong máu thường tập trung ở các phủ tạng như: Gan, thận, lách và nhất là tập trung ở các đầu xương, dưới dạng chì triphotphat Pb3(PO4)2 không tan sẽ chuyển hóa chì dưới dạng mono hydro photphat dibasic PbHPO4 dễ hòa tan, làm cho chì từ nơi tích chứa chuyển vào máu và làm phát sinh nhiễm độc. Tình trạng này có thể xảy ra cả sau khi ngừng tiếp xúc với chì. Người ta thường thấy có sự phụ thuộc chặt chẽ giữa sự chuyển hóa canxi và sự tập trung chì trong xương. Nếu tăng canxi thì tăng sự tập trung chì ở xương. Ngược lại, nếu giảm canxi thì chì trong xương sẽ được huy động vào máu gây nhiễm độc và lúc đó trong máu có thể xuất hiện hồng cầu hạt kiềm, báo trước một cơn đau bụng chì. Vậy các nguyên nhân gây mất cân bằng canxi trong xương sẽ huy động chì vào máu gây nhiễm độc cấp tính. Khả năng gây độc theo cơ chế tiếp xúc với chì rất cao do chì ion bám vào đâu là gây độc cho tế bào đó. Về tác động lên men thì rất rõ, khi xâm nhập vào cơ thể, chì gây ra một số rối loạn, chủ yếu là đối với hệ thống tạo huyết. 12 Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://lrc.tnu.edu.vn/