Luận văn Thạc sĩ Khoa học hoá học: Phân tích và đánh giá hàm lượng các kim loại đồng, chì, kẽm, cađimi trong nước mặt sông Cầu thuộc thành phố Thái Nguyên bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:88

Thêm vào BST

Báo xấu

22
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm khảo sát các điều kiện thực nghiệm xác định đồng, chì, kẽm, cađimi bằng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử Model AAS Solar M5 (Thermo Elements, USA). Phân tích hàm lượng các kim loại đồng, chì, kẽm, cađimi trong nước mặt sông Cầu thuộc thành phố Thái Nguyên ở các thời gian khác nhau và đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng của nước mặt. 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 Khoa học hoá học: Phân tích và đánh giá hàm lượng các kim loại đồng, chì, kẽm, cađimi trong nước mặt sông Cầu thuộc thành phố Thái Nguyên bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS)

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM –––––––––––––––––––––– VŨ THỊ THU LÊ PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HÀM LƢỢNG CÁC KIM LOẠI ĐỒNG, CHÌ, KẼM, CAĐIMI TRONG NƢỚC MẶT SÔNG CẦU THUỘC THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ NGỌN LỬA (F-AAS) LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HOÁ HỌC THÁI NGUYÊN - 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
ii ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM –––––––––––––––––––––– VŨ THỊ THU LÊ PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HÀM LƢỢNG CÁC KIM LOẠI ĐỒNG, CHÌ, KẼM, CAĐIMI TRONG NƢỚC MẶT SÔNG CẦU THUỘC THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ NGỌN LỬA (F-AAS) Chuyên ngành: Hoá phân tích Mã số: 60.44.29 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HOÁ HỌC Cán bộ hƣớng dẫn khoa học: PGS. TS. TRẦN THỊ HỒNG VÂN THÁI NGUYÊN - 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
iii LỜI CẢM ƠN Luận văn này được hoàn thành dưới sự hướng dẫn và giúp đỡ chân tình của PGS. TS. Trần Thị Hồng Vân. Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến Cô đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo, giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Chủ nhiệm Khoa Hoá học - Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, Ban Chủ nhiệm Khoa Hoá học, Khoa sau Đại học trường Đại học Sư phạm, Phòng Thí nghiệm Hoá Phân tích trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên đã ưu ái tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo ở Bộ môn Hoá - Sinh khoa Khoa học cơ bản Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên đã hỗ trợ và chia sẻ cùng tôi trong suốt thời gian làm luận văn. Xin chân thành cảm ơn các bạn bè đồng nghiệp và gia đình đã thường xuyên quan tâm, động viên, giúp đỡ tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thiện luận văn này. Tác giả luận văn VŨ THỊ THU LÊ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
iv MỤC LỤC Lời cảm ơn Mục lục Danh mục các chữ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN .............................................................................. 4 1.1. Giới thiệu chung về các nguyên tố đồng, chì, cađimi và kẽm .............. 4 1.1.1. Tính chất vật lý, hoá học và tác dụng sinh hoá của chì ........................ 4 1.1.2. Tính chất vật lý, hoá học và tác dụng sinh hoá của kẽm ...................... 7 1.1.3. Tính chất vật lý, hoá học và tác dụng sinh hoá của đồng ................... 11 1.1.4. Tính chất vật lý, hoá học và tác dụng sinh hoá của cađimi.................... 13 1.2. Các phương pháp phân tích định lượng đồng, chì, cađimi, kẽm ........ 16 1.2.1. Phương pháp phân tích thể tích ......................................................... 16 1.2.2. Nhóm phương pháp phân tích công cụ .............................................. 17 1.3. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ................................................. 20 1.3.1. Sự xuất hiện của phổ hấp thụ nguyên tử ............................................ 20 1.3.2. Nguyên tắc của phương pháp ............................................................ 20 1.3.3. Phép định lượng của phương pháp .................................................... 23 1.3.4. Ưu, nhược điểm của phương pháp ..................................................... 23 Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU........ 25 2.1. Hoá chất, dụng cụ, thiết bị nghiên cứu .............................................. 25 2.1.1. Trang thiết bị ..................................................................................... 25 2.1.2. Dụng cụ............................................................................................. 25 2.1.3. Hoá chất ............................................................................................ 25 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
v 2.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................... 25 2.2.1. Phương pháp đường chuẩn ................................................................ 26 2.2.2. Phương pháp thêm chuẩn .................................................................. 27 2.3. Nội dung nghiên cứu ......................................................................... 29 2.3.1. Khảo sát các điều kiện thực nghiệm xác định đồng, chì, kẽm, cađimi bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử dùng ngọn lửa .................. 29 2.3.2. Khảo sát vùng tuyến tính của đồng, chì, kẽm, cađimi ........................ 29 2.3.3. Đánh giá sai số, độ lặp, khoảng tin cậy của phép đo .......................... 29 2.3.4. Phân tích mẫu thực theo phương pháp đường chuẩn và phương pháp thêm chuẩn ............................................................................... 29 Chƣơng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN ........................... 30 3.1. Khảo sát các điều kiện thực nghiệm xác định các kim loại đồng, chì, cađimi, kẽm, bằng phương pháp quang phổ hấp thụ ngọn lửa (F-AAS) ............................................................................ 30 3.1.1. Khảo sát các thông số của máy .......................................................... 30 3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit ....................... 38 3.2. Khảo sát ảnh hưởng của các cation khác ........................................... 45 3.3. Khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của đồng, chì, kẽm, cađimi....... 48 3.4. Xây dựng đường chuẩn, xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng ......................................................................................... 52 3.4.1. Xây dựng đường chuẩn xác định đồng .............................................. 53 3.4.2. Xây dựng đường chuẩn xác định chì ................................................. 54 3.4.3. Xây dựng đường chuẩn xác định kẽm ............................................... 56 3.4.4. Xây dựng đường chuẩn xác định cađimi ........................................... 57 3.5. Tổng kết các điều kiện đo phổ F-AAS của đồng, chì, kẽm và cađimi ..... 58 3.6. Đánh giá sai số và độ lặp lại của phép đo [3] ..................................... 59 3.6.1. Đánh giá sai số và độ lặp lại của phép đo đồng ................................. 60 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
vi 3.6.2. Đánh giá sai số và độ lặp lại của phép đo kẽm................................... 61 3.6.3. Đánh giá sai số và độ lặp lại của phép đo chì .................................... 62 3.6.4. Đánh giá sai số và độ lặp lại của phép đo cađimi ............................... 63 3.7. Phân tích mẫu thực bằng phương pháp đường chuẩn......................... 65 3.7.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu ................................................................. 65 3.7.2. Xử lý mẫu ......................................................................................... 66 3.7.3. Kết quả xác định các kim loại đồng, chì, kẽm, cađimi trong nước mặt sông Cầu bằng phép đo F-AAS .................................................. 66 3.8. Phân tích mẫu thực bằng phương pháp thêm chuẩn ........................... 68 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................... 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................... 75 1. Tiếng Việt ........................................................................................ 75 2. Tiếng Anh ........................................................................................ 77 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Abs Absorbance Độ hấp thụ Phép đo quang phổ hấp AAS Atomic Absorption Spectrometry thụ nguyên tử ngọn lửa Phép đo quang phổ hấp F- AAS Flame - Atomic Absorption Spectrometry thụ nguyên tử ngọn lửa HCL Hollow Cathoe Lamps Đèn catôt rỗng ppm Part per million Một phần triệu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1. Kết quả khảo sát các bước sóng hấp thụ khác nhau của đồng .... 31 Bảng 3.2. Kết quả khảo sát các bước sóng hấp thụ khác nhau của chì ....... 31 Bảng 3.3. Kết quả khảo sát các bước sóng hấp thụ khác nhau của cađimi ...... 31 Bảng 3.4. Kết quả khảo sát các bước sóng hấp thụ khác nhau của kẽm ..... 31 Bảng 3.5. Khảo sát cường độ dòng đèn đối với Pb .................................... 32 Bảng 3.6. Khảo sát cường độ dòng đèn đối với Cu .................................... 32 Bảng 3.7. Khảo sát cường độ dòng đèn đối với Zn .................................... 33 Bảng 3.8. Khảo sát cường độ dòng đèn đối với Cd .................................... 33 Bảng 3.9. Khảo sát tốc độ dẫn khí axetylen của Cu ................................... 34 Bảng 3.10. Khảo sát tốc độ dẫn khí axetylen của Pb.................................... 34 Bảng 3.11. Khảo sát tốc độ dẫn khí axetylen của Zn ................................... 34 Bảng 3.12. Khảo sát tốc độ dẫn khí axetylen của Cd ................................... 35 Bảng 3.13. Kết quả khảo sát khe đo đối với Cu ........................................... 35 Bảng 3.14. Kết quả khảo sát khe đo đối với Pb ........................................... 36 Bảng 3.15. Kết quả khảo sát khe đo đối với Zn ........................................... 36 Bảng 3.16. Kết quả khảo sát khe đo đối với Cd ........................................... 36 Bảng 3.17. Khảo sát chiều cao đèn nguyên tử hoá đối với Cu(1ppm) .......... 37 Bảng 3.18. Khảo sát chiều cao đèn nguyên tử hoá với Pb (1ppm) ............... 37 Bảng 3.19. Khảo sát chiều cao đèn nguyên tử hoá với Zn (1ppm) ............... 37 Bảng 3.20. Khảo sát chiều cao đèn nguyên tử hoá với Cd (1ppm) ............... 37 Bảng 3.21. Ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit tới phép đo Zn ..... 39 Bảng 3.22. Độ hấp thụ của Zn trong các axit tối ưu (Các kết quả đo được lấy giá trị trung bình) .............................. 39 Bảng 3.23. Ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit tới phép đo Cu ..... 40 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
ix Bảng 3.24. Độ hấp thụ của Cu trong các axit tối ưu (Các kết quả đo được lấy giá trị trung bình) ........................................................ 41 Bảng 3.25. Ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit tới phép đo Pb ..... 42 Bảng 3.26. Độ hấp thụ của Pb trong các axit tối ưu ..................................... 43 Bảng 3.27. Ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit tới phép đo Cd ..... 44 Bảng 3.28. Độ hấp thụ của Cd trong các axit tối ưu..................................... 45 Bảng 3.29. Ảnh hưởng của nhóm cation kim loại kiềm ............................... 46 Bảng 3.30. Ảnh hưởng của nhóm cation kim loại kiềm thổ ......................... 46 Bảng 3.31. Ảnh hưởng của nhóm cation kim loại nặng hoá trị II ................. 47 Bảng 3.32. Ảnh hưởng của nhóm cation kim loại hoá trị III ........................ 47 Bảng 3.33. Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Zn.................. 48 Bảng 3.34. Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của đồng .............. 49 Bảng 3.35. Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của chì ................. 50 Bảng 3.36. Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của cađimi ........... 51 Bảng 3.37. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ đồng......................... 53 Bảng 3.38. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ chì............................ 55 Bảng 3.39. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ kẽm.......................... 56 Bảng 3.40. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ cadimi ...................... 57 Bảng 3.41. Tổng kết các điều kiện đo phổ F-AAS của đồng, chì, kẽm và cađimi .................................................................................. 59 Bảng 3.42. Kết quả xác định sai số của phương pháp với phép đo đồng .......... 61 Bảng 3.43. Kết quả xác định sai số của phương pháp với phép đo kẽm Nồng độ chuẩn bị ...................................................................... 62 Bảng 3.44. Kết quả xác định sai số của phương pháp với phép đo chì ......... 63 Bảng 3.45. Kết quả xác định sai số của phương pháp với phép đo cađimi..... 64 Bảng 3.46. Địa điểm và kí hiệu lấy mẫu nước ............................................. 65 Bảng 3.47. Nồng độ các kim loại trong mẫu nước lấy ngày 10/05/2010 ...... 67 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
x Bảng 3.48. Nồng độ các kim loại trong mẫu nước lấy ngày 10/06/2010 ...... 67 Bảng 3.49. Nồng độ các kim loại trong mẫu nước lấy ngày 6/07/2010 ........ 67 Bảng 3.50. Giới hạn tối đa nồng độ kim loại trong các loại mẫu nước......... 68 Bảng 3.51. Kết quả phân tích hàm lượng đồng ngày 10/5/2010 ................... 69 Bảng 3.52. Kết quả phân tích hàm lượng chì 10/5/2010 .............................. 69 Bảng 3.53. Kết quả phân tích hàm lượng kẽm 10/5/2010 ............................ 70 Bảng 3.54. Kết quả phân tích hàm lượng cađimi 10/5/2010 ........................ 70 Bảng 3.55. Kết quả phân tích hàm lượng đồng 6/7/2010 ............................. 71 Bảng 3.56. Kết quả phân tích hàm lượng chì 6/7/2010 ................................ 71 Bảng 3.57. Kết quả phân tích hàm lượng kẽm 6/72010 ............................... 72 Bảng 3.58. Kết quả phân tích hàm lượng cađimi 6/7/2010 .......................... 72 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
xi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Sự chuyển hoá Cađimi trong cơ thể người ................................... 15 Hình 2.1. Đồ thị của phương pháp đường chuẩn.......................................... 27 Hình 2.2. Đồ thị của phương pháp thêm chuẩn ............................................ 28 Hình 3.1. Độ hấp thụ của Zn trong các axit tối ưu ....................................... 40 Hình 3.2. Độ hấp thụ của đồng trong các axit tối ưu .................................... 41 Hình 3.3. Độ hấp thụ của Pb trong các axit tối ưu ....................................... 43 Hình 3.5. Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Zn ...................... 49 Hình 3.6. Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Cu ...................... 50 Hình 3.7. Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Pb ....................... 51 Hình 3.8. Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Cd ...................... 52 Hình 3.9. Đường chuẩn của đồng ................................................................ 54 Hình 3.10. Đường chuẩn của chì ................................................................... 55 Hình 3.11. Đường chuẩn của kẽm ................................................................. 56 Hình 3.12. Đường chuẩn của cadimi ............................................................. 58 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
1 MỞ ĐẦU Vấn đề ô nhiễm môi trường giờ đây đã không còn là của một quốc gia hay một tổ chức cá nhân nào. Đặc biệt trong những năm gần đây nó đã trở thành vấn đề nhức nhối, nóng bỏng của toàn cầu mà tác nhân chính gây ra chính là con người Sự gia tăng dân số cùng với các hoạt động phát triển kinh tế, giao thông vận tải, đô thị hoá,... 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 làm ô nhiễm đất, nước, không khí. Các nguồn gây ô nhiễm rất nhiều, song có thể xếp thành 3 nhóm: Tự nhiên, sinh vật và con người. Chất gây ô nhiễm môi trường rất phong phú bao gồm vô cơ, hữu cơ, các đơn chất, hợp chất trong đó phải kể đến các ion kim loại độc hại. Những chất thải này qua quá trình phong hoá, biến đổi tạo thành cá ion đi vào nguồn nước, vào bùn, đất. Đặc biệt nguồn nước hiện nay đang bị ô nhiễm nghiêm trọng, mặc dù vai trò của nó thì ai cũng biết: Nước là nguồn gốc của mọi sự sống, có tác dụng giữ cân bằng các hệ sinh thái, điều hoà khí hậu..... Ở ngay nước ta hiện nay, không có gì khó để tìm thấy một con sông, ao, hồ đặc quánh những chất ô nhiễm nghiêm trọng, nồng nặc mùi hôi thối và thuỷ sản ở đấy chết hàng loạt. Tất cả là do thói quen sinh hoạt, từ rác thải nông nghiệp, công nghiệp, y tế,... Có rất nhiều chỉ tiêu để đánh giá chất lượng nước như: độ pH, độ kiềm và độ axit; hàm lượng oxi (DO,BOD, COD), hàm lượng chất hữu cơ, chất bảo vệ thực vật, hàm lượng các cation, anion,... Một trong số đó là chỉ tiêu về hàm lượng các kim loại nặng như: Chì, Niken, Đồng, Thuỷ ngân, Kẽm, Asen, Cađimi.... Chúng sẽ tích luỹ vào các loại thực Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
2 vật (các loại rau, củ, quả,...) hoặc các động vật (tôm, cua, sò, ốc, cá....) và theo chuỗi thức ăn sẽ đi vào cơ thể con người gây ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ con người. Chẳng hạn: Kẽm là nguyên nhân gây rối loạn hoạt động của cơ quan cảm giác, kìm hãm sự phát triển của cơ thể và gây đau dạ dày; Cađimi ảnh hưởng đến thận kéo theo sự mất cân bằng thành phần khoáng trong xương, làm biến dạng xương, hơn nữa còn ảnh hưởng đến hệ tiêu hoá, làm đau dạ dày và đau ruột; Chì ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp máu dẫn đến phá vỡ hồng cầu, ngoài ra nó còn gây rối loạn chức năng của thận và phá huỷ não; Đồng có liên quan đến quá trình tạo hồng cầu, bạch cầu và nhiều enzym trong cơ thể, nó gây nên bệnh thiếu máu và ảnh hưởng đến khả năng sinh dục. Vì thế, để bảo vệ chính cuộc sống của loài người, hơn lúc nào hết chúng ta cần phải hành động tìm ra những giải pháp để làm giảm ô nhiễm môi trường. Một trong những việc quan trọng của các nhà nghiên cứu là khảo sát tìm ra những điều kiện tối ưu hoặc bằng cách nào đó để làm giàu các nguyên tố nhằm tăng độ nhạy của phép đo bởi vì hàm lượng của chúng không phải lúc nào cũng đủ lớn mà nhiều khi lại là rất nhỏ, cỡ ppm, từ đó xác định hàm lượng của chúng trong các đối tượng cụ thể, đánh giá mức độ ô nhiễm để có biện pháp xử lí. Xuất phát từ mục tiêu chung đó chúng tôi chọn đề tài: "Phân tích và đánh giá hàm lượng các kim loại đồng, chì, kẽm, cađimi trong nước mặt sông Cầu thuộc thành phố Thái Nguyên bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS)” Để thực hiện đề tài này, chúng tôi tập trung giải quyết các nhiệm vụ sau: 1. Khảo sát các điều kiện thực nghiệm xác định đồng, chì, kẽm, cađimi bằng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử Model AAS Solar M5 (Thermo Elements, USA). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
3 2. Chọn nền và môi trường phân tích. 3. Khảo sát ảnh hưởng của cation khác. 4. Khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của đồng, chì, kẽm, cađimi trong phép đo phổ F-AAS và xây dựng đường chuẩn xác định các nguyên tố này. 5. Phân tích hàm lượng các kim loại đồng, chì, kẽm, cađimi trong nước mặt sông Cầu thuộc thành phố Thái Nguyên ở các thời gian khác nhau và đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng của nước mặt. Do thời gian có hạn nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn đồng nghiệp. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
4 Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung về các nguyên tố đồng, chì, cađimi và kẽm 1.1.1. Tính chất vật lý, hoá học và tác dụng sinh hoá của chì 1.1.1.1. Tính chất vật lý của chì 12,13 Chì là một kim loại màu xám, mềm và nặng, lấp lánh khi cắt và bị mờ trong không khí. Nhiệt độ nóng chảy (tonc) = 327,4oC, nhiệt độ sôi (tos) = 1737oC, tỷ khối 11,34g/cm3. Chì dễ dát mỏng, dẫn điện, dẫn nhiệt. Chì và các hợp chất của nó đều độc. 1.1.1.2. Tính chất hoá học của chì 2, 12, 13 * Chì đơn chất - Chì là nguyên tố thuộc nhóm IVA - Ở điều kiện thường, chì tác dụng với O2 tạo ra lớp màng oxit bảo vệ cho kim loại, khi đun nóng chì bị oxi hoá dẫn đến tạo ra chì (II) oxit. - Chì có thể phản ứng trực tiếp với hidro và halongen Pb + 2 H2 → PbH4 o Pb + X2  t PbX2 - Những axit mạnh không có tính oxi hoá chỉ ăn mòn được chì. Chì tan chậm trong dung dịch axit HCl loãng và dung dịch H2SO4 (C < 80%) do tạo thành PbCl2, PbSO4 khó tan. Với dung dịch đặc hơn, chì dễ tan tạo thành hợp chất phức tan. - Với aixt HNO3, chì tác dụng như kim loại thông thường. 3 Pb + 8 HNO3 → 3 Pb(NO3)2 + 2 NO + H2O - Chì có thể tác dụng với bazơ Pb + 2 KOH + 2 H2O → K2 [Pb(OH)4] + H2O Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
5 * Các oxit của chì - Chì monoxit (PbO): Là chất rắn rất ít tan trong nước, tan trong dung dịch KOH, NaOH nóng tạo ra plomit, tan trong HNO3 loãng tạo ra muối Pb(NO3)2, tan trong HCl tạo ra PbCl2. - Chì đioxit (PbO2): Là một chất rắn màu đen có kiến trúc kiểu rutin. Khi đun nóng, PbO2 mất dần oxi biến thành các axit trong đó chì có số oxy hoá thấp hơn. PbO2 không tan trong nước, có tính lưỡng tính nhưng tan dễ dàng hơn trong kiềm tạo thành chất hidroxo. PbO2 + 2 KOH + 2 H2O  K2 [Pb(OH)6] PbO2 là một chất oxy hoá mạnh. Những chất dễ cháy nhưng S, P khi nghiền với bột PbO2 sẽ bốc cháy. Dựa vào đây PbO2 được dùng để làm một thành phẩm của thuốc đầu diêm và ác quy chì. - Chì orthoplombat (Pb3O4): Là một chất oxy hoá mạnh, bị khử về đến kim loại bởi CO hoặc H2, cacbon khi nung nóng, tác dụng với H2SO4 đặc nóng giải phóng khi oxy, tác dụng với HCl giải phóng ra khí Cl2. o Pb3O4 + 4 CO  t 3 Pb + 4 CO2 2 Pb3O4 + 6 H2SO4  6 PbSO4 + 6 H2O + O2  Pb3O4 được dùng chủ yếu để sản xuất pha lê, men đồ sứ và đồ sắt, làm chất màu cho sơn. * Chì hidroxit: Pb(OH)2 - Chì hidroxit: Là chất kết tủa dạng keo khó tan trong nước, màu trắng, khi đun nóng bị phân huỷ thành oxit, là hợp chất lưỡng tính, tính bazơ lớn hơn tính axit. Khi tan trong axit tạo thành nước và Pb2+ Pb(OH)2 + 2 H+ → Pb2+ + 2H2O Khi tan trong kiềm mạnh tạo ra plombit Pb(OH)2 + 2 OH-  [Pb(OH)4]2- Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
6 * Muối chì - Chì axetat Pb(CH3COO)2. Dễ tan trong H2O và rất độc dùng trong ngành nhuộm và y học. - Chì (II) cromat PbCrO4: Khó tan trong H2O, dễ tan trong dung dịch kiềm và dung dịch HNO3, dùng làm sơn vô cơ màu vàng. 1.1.1.3. Tác dụng sinh hoá của chì [17, 18] Tác dụng sinh hoá chủ yếu của chì là tác động tới sự tổ hợp máu dẫn đến phá vỡ hồng cầu. Chì ức chế dẫn đến phá vớ một số quá trình enzim quan trọng của quá trình tổng hợp máu, do sự tích luỹ các hợp chất trung gian của quá trình trao đổi chất. Một hợp chất trung gian kiểu này là delta - minolevulinic aixit. Một pha quan trọng của tổng hợp máu là chuyển hoá delta - amin levulime axit thành porphibininogen, nhưng do chì ức chế ALA - dehidraza enzim trong quá trình đó nên giai đoạn tạo thành porphibininogen không thể xảy ra. Chì cũng phá huỷ quá trình tổng hợp hemoglobin, các sắc tố hô hấp khác cần thiết trong máu như xitocrom. Chì cản trở việc sử dụng O2 và glucozơ để sản xuất năng lượng cho quá trình sống. Ở trong máu nếu nồng độ chì cao hơn 0,8 ppm (8.10 -7M) gây hiện tượng thiếu máu do sự thiếu hemoglobin. Nếu nồng độ chì trong máu nằm trong khoảng 0,5  0,8 ppm gây ra sự rối loạn chức năng thận và phá huỷ não. Do sự tương tự về tính chất hoá học của Pb2+ và Ca2+, xương được coi là nơi tàng trữ Pb tích tụ của cơ thể. Sau đó phần chì này có thể tương tác với photpho trong xương và thể hiện tính độc khi truyền vào các mô mềm của cơ thể. Khi bị nhiễm độc, người bệnh có một số rối loạn trong cơ thể, trong đó chủ yếu là rối loạn bộ phận tạo huyết (tuỷ xương). Tuỳ theo mức độ nhiễm độc có thể gây ra những tai biến như đau bụng chì, đường viên Burton ở lợi, đau khớp, viêm thận, cao huyết áp vĩnh viễn, liệt, tai biến mạch máu não, nếu nặng dẫn đến tử vong. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
7 Chì nhiễm vào cơ thể qua da, đường tiêu hoá, hô hấp. Trẻ em từ 6 tuổi trở xuống và phụ nữ mang thai là những đối tượng mẫn cảm với những ảnh hưởng nguy hại đến sức khoẻ do chì gây ra. Chì có thể nhiễm qua nhau thai người rất sớm từ tuần thứ 20 của thai kỳ và tiếp diễn suốt thời gian mang thai. Trẻ em có mức hấp thu chì gấp 4-5 lần người lớn, mặt khác thời gian bán huỷ sinh học chì ở trẻ em cũng lâu hơn người lớn. EPA (Environmental Protection Agency) đã công nhận chì có thể gây ung thư cho con người vào 29/3/2005. IRAC cũng xếp các hợp chất vô cơ của chì vào nhóm các chất sinh ung thư (nhóm 2A) và chì vào nhóm 2B. 1.1.2. Tính chất vật lý, hoá học và tác dụng sinh hoá của kẽm 1.1.2.1. Tính chất vật lý của kẽm 12, 13 Kẽm tinh khiết có dạng màu trắng bạc có ánh kim, mềm, dễ nóng chảy và tương đối dễ bay hơi. Ở điều kiện thường kẽm khá giòn, nên không kéo dài được nhưng khi đun nóng đến 100-150oC lại dẻo và dai, khi đun đến 200 oC thì lại tan thành bột được. 1.1.2.2. Tính chất hoá học của kẽm  2, 12, 13 * Kẽm đơn chất Zn có khả năng tác dụng trực tiếp với các phi kim như S, Se, Te. o Zn + S  ZnS t Đồng thời tác dụng trực tiếp với các halogen Zn + X2  ZnX2 (X: F, Cl, Br, I) Với axit không có tính oxy hoá như HCl, H2SO4 loãng Zn + H2SO4  ZnSO4 + H2 Với HNO3đặc, Zn tác dụng và tạo ra sản phẩm khử NO, NO2, N2O. 3 Zn + 8 HNO3đ  3Zn(NO3)2 + 2NO + 4H2O Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
8 Với H2SO4 đặc nóng tạo ra SO2 hoặc S, còn với axit đặc nguội tạo ra H2S. Zn + 2 H2SO4đ/nóng  ZnSO4 + SO2 + 2 H2O 4 Zn + 5 H2SO4đ/nguội  4 ZnSO4 + H2S + 4 H2O Zn tan trong dung dịch kiềm đặc, nóng tạo ra zin cat và giải phóng H2. Zn + 2H2O + 2NaOH  Na2[Zn(OH)4] + H2 Về khả năng tạo phức: ion Zn2+ tạo nên nhiều phức chất, tuy nhiên khả năng tạo phức kém hơn Cu và Ag. Những ion thường gặp: [ZnX4]2- (X = Cl- Br-, CN-), [Zn (NH3)4]2+ Zn2+ tạo phức amin trong dung dịch NH3 Zn + 4 NH3 + 2H2O  [Zn(NH3)4](OH)2 + H2↑ * Kẽm oxit ZnO là chất lưỡng tính không tan trong H2O nhưng tan trong dung dịch axit, thậm chí ZnO cũng có thể tan trong dung dịch kiềm và kiềm nóng chảy: ZnO + H2SO4  ZnSO4 + H2O ZnO + 2 NaOH  Na2 ZnO4 + H2O Ở nhiệt độ cao ZnO bị H2 khử thành Zn: ZnO + H2  Zn + H2O Trong thiên nhiên, ZnO tồn tại dưới dạng khoáng vật zinkit và monteponit tương ứng kẽm oxit được dùng làm bột cho sơn, thường gọi là trắng kẽm và làm chất độn trong cao su. * Kẽm hidroxit Zn(OH)2 có tính lưỡng tính, tan trong axit và kiềm: Zn(OH)2 + H2SO4  ZnSO4 + 2H2O Zn(OH)2 + 2 KOH  K2[Zn(OH)4] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
9 * Muối của kẽm  Muối halogenua ZnCl2 có phản ứng tạo phức halogenua tương ứng: ZnCl2 + 2 NaCl  Na2 [ZnCl4] Dung dịch ZnCl2 đặc phản ứng với H2O tạo axit: ZnCl2 + H2O  H2[ZnCl2(OH)2]  Muối sunphat: Khi bị nung nóng đỏ ZnSO4 bị phân huỷ: 2 ZnSO4  2 ZnO + 2 SO2 + O2 1.1.2.3. Tác dụng sinh hoá của kẽm [17, 18] Kẽm là nguyên tố phổ biến thứ 23 trong vỏ trái đất. Kẽm tồn tại trong các loại chất phổ biến là Sphalenit, blen đỏ, Calamin. Kẽm là nguyên tố thiết yếu đối với cơ thể, toàn cơ thể chứa khoảng 2 - 2,5 gam kẽm, gần bằng lượng sắt, gấp 20 lần lượng đồng trong cơ thể. Chính vì vậy kẽm đóng vai trò sinh học không thể thiếu đối với sức khoẻ con người. Kẽm tham gia vào thành phần cấu trúc tế bào và đặc biệt tác động đến hầu hết các quá trình sinh học trong cơ thể. Kẽm có thành phần của hơn 80 loại enzym khác nhau, đặc biệt có trong hệ thống enzym vận chuyển, thuỷ phân, xúc tác phản ứng gắn kết các chuỗi trong phân tử ADN, ngoài ra kẽm còn hoạt hoá nhiều enzym khác nhau như amylase, pencreatinse... Đặc biệt, kẽm có vai trò sinh học rất quan trọng là tác động chọn lọc lên quá trình tổng hợp, phân giải acid nucleic và protein - những thành phần quan trọng nhất của sự sống. Kẽm vừa có cấu trúc, vừa tham gia duy trì chức năng của hàng loạt cơ quan quan trọng, có độ tập chung cao trong não, vỏ não, bó sợi rêu. Nếu thiếu kẽm ở các cấu trúc thần kinh, có thể dẫn đến nhiều loại rối loạn thần kinh và có thể là yếu tố góp phần phát sinh bệnh tâm thần phân liệt. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn