Luận văn Thạc sĩ Khoa học hóa học: Xác định Asen trong chè xanh ở Thái Nguyên bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử

Chia sẻ: Dương Kiên | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:76

Thêm vào BST

Báo xấu

126
lượt xem 30
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn đi tìm các điều kiện tối ưu cho phép đo Asen; khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo xác định Asen; tìm khoảng tuyến tính, xây dựng đường chuẩn; đánh giá sai số và độ lặp lại giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của phép đo Asen.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học hóa học: Xác định Asen trong chè xanh ở Thái Nguyên bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ĐẶNG QUỐC TRUNG XÁC ĐỊNH ASEN TRONG CHÈ XANH Ở THÁI NGUYÊN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC Thái Nguyên – Năm 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ĐẶNG QUỐC TRUNG XÁC ĐỊNH ASEN TRONG CHÈ XANH Ở THÁI NGUYÊN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60.44.29 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. TS NGUYỄN ĐĂNG ĐỨC Thái Nguyên – Năm 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.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 nêu trong luận văn là trung thực. Những kết luận của luận văn chưa công bố trong bất kỳ công trình nào khác. TÁC GIẢ LUẬN VĂN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Đăng Đức đã trực tiếp giao cho em đề tài, tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện cho em hoàn thành luận văn. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Xuân Trung, PGS.TS Nguyễn Duy Lương đã tham gia đóng góp giúp đỡ trong quá trình hoàn thành bản luận văn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Khoa Hoá học, Khoa Sau đại học – ĐHSPTN, các thầy cô giáo, các cán bộ nhân viên phòng thí nghiệm Khoa Hoá học – ĐHKH – ĐHTN, Phòng Hóa phân tích – Đại học KHTN – Đại học Quốc gia Hà Nội, Ban lãnh đạo, các cô chú anh (chị) khoa Xét nghiệm Trung tâm y tế dự phòng tỉnh Thái Nguyên đã giúp đỡ tạo điều kiện cho em hoàn thành bản luận văn này. Thái Nguyên, ngày 10 tháng 8 năm 2011 Học viên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
1 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ............................................................................................................................ 1 Chƣơng 1 ............................................................................................................................ 2 TỔNG QUAN .................................................................................................................... 2 1.1. Giới thiệu chung về cây chè ................................................................... 2 1.1.1. Đặc điểm và thành phần ................................................................... 2 1.1.2. Công dụng của cây chè..................................................................... 2 1.2. Giới thiệu về nguyên tố Asen ................................................................. 3 1.2.1.Vị trí, cấu hình electron và trạng thái tự nhiên ................................. 3 1.2.2.Tính chất vật lí, tính chất hoá học ..................................................... 4 1.2.3. Hợp chất của asen và tính chất của chúng ....................................... 6 1.2.4. Các phản ứng đặc trưng của hợp chất asen ...................................... 8 1.3. Sự ô nhiễn Asen và độc tính của nó ....................................................... 9 1.3.1. Nguồn gốc sự ô nhiễm Asen ............................................................ 9 1.3.2. Ô nhiễm asen trên thế giới ............................................................. 10 1.3.3. Ô nhiễm asen ở Việt Nam .............................................................. 12 1.3.4. Độc tính của asen ........................................................................... 13 1.4. Phương pháp điện phân ........................................................................ 15 1.5. Các phương pháp xác định Asen .......................................................... 15 1.5.1. Các phương pháp khối lượng ......................................................... 16 1.5.2. Các phương pháp phân tích thể tích ............................................... 18 1.5.3.Các phương pháp đo quang ............................................................. 19 1.5.4. Các phương pháp điện hoá ............................................................. 20 1.5.5. Phương pháp phân tích quang phổ ................................................. 21 1.6. Phương pháp xử lý mẫu phân tích xác định Asen ................................ 24 1.6.1. Phương pháp xử lí ướt (bằng axit đặc oxi hoá mạnh) .................... 24 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
2 1.6.2. Phương pháp xử lý khô .................................................................. 25 Chƣơng 2 .......................................................................................................................... 26 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU....................................... 26 2.1. Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu ....................................................... 26 2.1.1. Đối tượng và mục tiêu .................................................................... 26 2.1.2. Các nội dung nghiên cứu ................................................................ 26 2.2. Giới thiệu về phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử .............................. 27 2.2.1. Nguyên tắc của phương pháp AAS ................................................ 27 2.2.2. Hệ trang bị của phép đo AAS ........................................................ 28 2.3. Giới thiệu về phương pháp xử lý ướt mẫu ........................................... 31 2.3.1. Nguyên tắc và bản chất .................................................................. 31 2.3.2. Cơ chế phân huỷ ............................................................................. 32 2.4. Hóa chất và dụng cụ ............................................................................. 32 2.4.1: Hóa chất.......................................................................................... 32 2.4.2: Dụng cụ .......................................................................................... 33 Chƣơng 3 .......................................................................................................................... 34 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................................... 34 3.1. Khảo sát các điều kiện đo phổ GF-AAS của Asen............................... 34 3.1.1. Khảo sát chọn vạch đo ................................................................... 34 3.1.2. Khảo sát chọn khe đo của máy phổ hấp thụ nguyên tử.................. 35 3.1.3. Khảo sát cường độ dòng đèn catot rỗng ......................................... 35 3.2. Khảo sát các điều kiện nguyên tử hoá mẫu .......................................... 36 3.2.1. Nhiệt độ sấy khô mẫu ..................................................................... 37 3.2.2. Khảo sát nhiệt độ tro hoá luyện mẫu .............................................. 37 3.2.3. Khảo sát nhiệt độ nguyên tử hoá mẫu ............................................ 38 3.2.4.Các điều kiện khác .......................................................................... 39 3.3.Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo GF - AAS ........................ 39 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
3 3.3.1.Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit và loại axit .......................... 39 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của chất cải biến nền (chất cải biến hóa học) 40 3.3.3. Khảo sát thành phần mẫu ............................................................... 42 3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của các cation và anion ................................. 43 3.5 Phương pháp đường chuẩn đối với phép đo GF – AAS ........................ 48 3.5.1 Khảo sát khoảng tuyến tính ............................................................. 48 3.7.2. Xây dựng đường chuẩn .................................................................. 49 3.4.2. Đánh giá sai số, giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng và độ lặp lại của phép đo .......................................................................................... 52 3.4.3. Tóm tắt các điều kiện đo phổ của Asen ......................................... 54 3.5. Xác định Asen trong chè xanh .............................................................. 54 3.5.1 Địa điểm thời gian lấy mẫu và ký hiệu mẫu ................................... 54 3.5.2. Chuẩn bị mẫu phân tích .................................................................. 56 3.5.3. Kết quả phân tích các mẫu chè xanh .............................................. 56 3.5.4: Kiểm tra quá trình sử lý mẫu ......................................................... 57 KẾT LUẬN ..................................................................................................................... 61 TÀI LIỆU THAM KHẢ0 ........................................................................................... 62 PHỤ LỤC......................................................................................................................... 65 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
4 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT AAS : Atomic Absorption Spectrometry ( Phổ hấp thụ nguyên tử) Abs : Absorbance (Độ hấp thụ) AES : Atomic Emission Spectrometry (Phổ phát xạ nguyên tử) ETA-AAS : Electro Thermal Atomization – Atomic Absortion spectrometry (Phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa) F-AAS : Flame- Atomic Absorption Spectrometry (Phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa) GC-MS : Gas Chromatography Mas Spectroscopy (Sắc kí khí ghép khối phổ) GF-AAS : Graphite Furnace- Atomic Absorption Spectrometry (Phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa) HCL : Hollow Cathode Lamp (Đèn catot rỗng) HG-AAS : Hyđrie Generation- Atomic Absorption Spectrometry (Phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật Hidrua hóa) HPLC : High Performance Liquid Chromatography (Sắc kí lỏng hiệu năng cao) ICP-AES : Inductively Coupled Plasma Mass- Atomic Emission Spectrometry (Phổ phát xạ nguyên tử dùng năng lượng plasma cao tần cảm ứng) ICP-MS : Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (Phổ khối lượng dùng năng lượng Plasma cao tần cảm ứng) LOD : Limit of detection (Giới hạn xác định) LOQ : Limit of quantitation (Giới hạn định lượng) UNICEF : United Nations Children's Fund ( Quỹ nhi đồng Liên hiệp quốc) WHO : Wolrd Health Organization (Tổ chức Y tế thế giới) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
5 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Các thông số vật lí của Asen ........................................................... 5 Bảng 1.2: Một số thông số vật lí của các hợp chất của Asen ........................... 6 Bảng 1.3: Tình hình ô nhiễm asen tại một số vùng quốc gia trên thế giới ..... 11 Bảng 1.4: Tiêu chuẩn Việt Nam về hàm lượng As trong nước (Tiêu chuẩn Việt Nam 2007) ................................................................................ 15 Bảng 3.1: Khảo sát vạch đo của Asen ............................................................. 34 Bảng 3.2: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào cường độ dòng đèn.................... 36 Bảng 3.3: Kết quả khảo sát nhiệt độ tro hoá của Asen ................................... 38 Bảng 3.4: Kết quả khảo sát nhiệt độ nguyên tử hoá mẫu ............................... 39 Bảng 3.5: Ảnh hưởng của nồng độ axit và loại axit ....................................... 40 Bảng 3.6. Khảo sát ảnh hưởng của chất cải biến hóa học............................... 41 Bảng 3.7: Khảo sát nồng độ Mg(NO3)2 .......................................................... 42 Bảng 3.8: Kết quả khảo sát sơ bộ thành phần mẫu ......................................... 43 Bảng 3.9: Ảnh hưởng của kim loại kiềm đến phổ hấp thụ của Asen ............. 44 Bảng 3.10: Ảnh hưởng kim loại kiềm thổ đến phổ hấp thụ của Asen ............ 44 Bảng 3.11: Ảnh hưởng của kim loại nhóm III, IV đến phổ hấp thụ của Asen .. 44 Bảng 3.12: Ảnh hưởng của nhóm kim loại nặng đến phổ hấp thụ của Asen ..... 45 Bảng 3.13: Ảnh hưởng của nhóm kim loại màu đến phổ hấp thụ của Asen .. 45 Bảng 3.14: Ảnh hưởng của tổng cation ......................................................... 45 Bảng 3.15: Ảnh hưởng của nhóm anion đến phép đo phổ hấp thụ của Asen . 46 Bảng 3.16: Ảnh hưởng của tổng cation và anion đến phép đo phổ hấp thụ của Asen ........................................................................................... 47 Bảng 3.17: Khảo sát khoảng tuyến tính của Asen .......................................... 48 Bảng 3.18: Xác định đường chuẩn của Asen .................................................. 51 Bảng 3.19: Kết quả sai số và độ lăp lại của phép đo ...................................... 53 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
6 Bảng 3.20: Tổng kết các điều kiện đo phổ GF-AAS của Asen ...................... 54 Bảng 3.21: Địa điểm, thời gian lấy mẫu và kí hiệu mẫu ................................ 55 Bảng 3.22: Hàm lượng kim loại As tính theo mg/kg ...................................... 56 Bảng 3.23: Kết quả phân tích đối với các mẫu lặp ......................................... 58 Bảng 3.24: Mẫu thêm chuẩn ........................................................................... 59 Bảng 3.25: Kết quả phân tích mẫu thêm chuẩn .............................................. 59 Bảng 3.26: Kết quả xác định Asen bằng hai phương pháp GF – AAS và ICP - MS ................................................................................................. 60 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
7 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ Hình 1.1: Vòng tuần hoàn của Asen trong môi trường ..................................... 4 Hình 1.2: Các con đường xâm nhập của Asen vào cơ thể người .................... 14 Hình 2.1: Đèn catot rỗng ................................................................................. 28 Hình 2.2: Đèn D2 ............................................................................................ 28 Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử ........................ 30 Hình 2.4: Cuvet Graphite ................................................................................ 30 Hình 2.5: Hệ lò Graphite nguyên tử hoá mẫu ................................................ 31 Hình 2.6: Hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AA-6300 .................. 31 Hình 3.1: Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính của Asen .................................. 49 Hình 3.2: Phổ hấp thụ của Asen ...................................................................... 50 Hình 3.3: Đồ thị và phương trình đường chuẩn của Asen .............................. 51 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
1 MỞ ĐẦU Hiện nay môi trường nông nghiệp nói riêng đang chịu ảnh hưởng nghiêm trọng bởi sự gia tăng phế thải. Phần lớn nguồn phế thải chưa được xử lí đều đổ vào môi trường đất, nước, làm cho môi trường ngày càng bị ô nhiễm. Phế thải công nghiệp, phế thải sinh hoạt, phế thải các mỏ khai thác khoáng sản, hoá chất nông nghiệp tồn dư đi vào nước, vào không khí rồi tích tụ trong đất, làm cho đất bị thoái hoá, làm giảm năng suất, chất lượng sản phẩm, đặc biệt là sản phẩm nông nghiệp sản xuất trên khu vực đất bị ô nhiễm có thể trở thành độc hại cho người sử dụng. Thái Nguyên là khu vực có nhiều mỏ khoáng sản đang khai thác, các khu công nghiệp đồng thời cũng là vùng sản xuất chè đặc sản. Đất, nước sản xuất nông nghiệp ở khu vực khai thác khoáng sản, công nghiệp thường bị ô nhiễm trong đó có kim loại nặng. Chè có thể bị nhiễm một số kim loại nặng từ đất, nước, và không khí. Vì vậy, cần phải quan tâm nghiên cứu và kiểm tra khống chế các chất có hại, đặc biệt là các kim loại nặng ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người. [17] “Xác định Asen trong chè xanh ở Thái Nguyên bằng phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử ” là một trong các nghiên cứu phục vụ mục tiêu nói trên. Nhiệm vụ cụ thể là: 1. Tìm các điều kiện tối ưu cho phép đo Asen 2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo xác định Asen. Tìm khoảng tuyến tính, xây dựng đường chuẩn. Đánh giá sai số và độ lặp lại giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của phép đo Asen. 3. Vận dụng phương pháp xác định hàm lượng Asen trong một số mẫu chè khu vực Thái Nguyên, và nêu ra một số kết luận ban đầu về Asen trong chè xanh ở một số khu vực của tỉnh Thái Nguyên. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
2 Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung về cây chè 1.1.1. Đặc điểm và thành phần Cây chè có tên khoa học là Camellia Sinensis. Cây thường được trồng lấy lá tươi sắc nước uống hoặc chế biến theo những quy trình nhất định thành trà để pha nước uống. Cây chè có màu xanh, cao 1- 6m, lá mọc so le, hình trái xoan, dài 4 - 10cm, rộng 2 - 2,5cm, nhọn gốc, nhọn tù có mũi ở đỉnh, phiến lá lúc non có lông mịn, khi già thì dày, bóng, mép khía răng cưa rất đều. Hoa to với 5-6 cánh hoa màu trắng, mọc riêng lẻ ở nách lá, có mùi thơm, nhiều nhị. Quả nang thường có ba van, chứa một hạt gần tròn, đôi khi nhăn nheo. Nguồn gốc cây chè ở Bắc Ấn Độ và Nam Trung Quốc, được truyền sang Mianma, Thái Lan, Việt Nam. Chè được trồng khắp nơi ở nước ta, tập trung nhiều ở Phú Thọ, Hà Giang, Thái nguyên, Quảng Nam - Đà Nẵng cho tới Đắc Lắc, Lâm Đồng. Cây ưa khí hậu ẩm, đất chua và cần được che bóng ở một mức độ nhất định để đảm bảo hương thơm. Thành phần hoá học: Trong lá chè có tinh dầu, các dẫn xuất polyphenolic (flavonoid, catechol, tanin) các alcaloid cafein, theophyllin, theobromin, xanthin. Còn có các vitamin C, B1, B2, B3 và các men. Cây chè được sử dụng cành lá nấu nước uống gọi là chè tươi. Chè hái búp và lá non, vò rồi sao để làm chè hương pha nước uống gọi là trà. Hoặc để cho chè lên men sau đó phơi sấy khô làm chè mạn hay chế thành chè đen. 1.1.2. Công dụng của cây chè Chè đã được sử dụng hơn 2000 năm trước Công nguyên. Do có cafein và theophyllin, chè là một chất kích thích não, tim và hô hấp. Nó tăng cường sức làm việc trí óc và của cơ, làm tăng hô hấp, tăng cường và điều hoà nhịp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
3 đập của tim. Nó cũng lợi tiểu, làm dễ tiêu hoá. Sự có mặt của các dẫn xuất polyphenolic làm cho tác dụng của chè đỡ hại hơn và kéo dài hơn cafein. Các flavonol và polyphenol làm cho chè có tính chất của vitamin P. Tuy vậy, nếu sử dụng kéo dài với liều cao, chè có thể gây nhiễm độc mãn tính, biểu hiện bởi sự mất ngủ, sự gầy yếu, mất cảm giác ngon miệng, có rối loạn thần kinh. Tác dụng của cây chè: Thanh nhiệt, giải khát, tiêu cơm, lợi tiểu, định thần, làm cho đầu não được thư thái, da mát mẻ, khỏi chóng mặt, bớt mụn nhọt, và cầm tả lị. Chè thường được dùng trong các trường hợp: Tâm thần mệt mỏi, ngủ nhiều, đau đầu, mắt mờ, sốt khát nước, tiểu tiện không lợi, ngộ độc rượu. Hoặc nấu nước rửa vết bỏng, lở loét sẽ nhanh ra da và lên da non. 1.2. Giới thiệu về nguyên tố Asen 1.2.1. Vị trí, cấu hình electron và trạng thái tự nhiên [5], [6], [8] Asen(As) là nguyên tố thứ 33 trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học. Nó thuộc chu kì 4, phân nhóm chính nhóm VA. Cấu hình electron: 1s22s22p63s23p64s23d104p3 hay [Ar]3d104s24p3 với cấu hình lớp vỏ electron có sự tham gia của các obitan d nên trong các hợp chất As có thể có số oxi hoá +3, +5, -3. [14], [15] Asen chiếm khoảng 10-4% tổng số nguyên tử trong vỏ trái đất là nguyên tố giàu thứ 20 sau các nguyên tố khác. Trong vỏ trái đất, Asen nguyên chất là kim loại màu xám, nhưng dạng này ít tồn tại trong tự nhiên. Người ta tìm thấy As tồn tại ở dạng hợp chất với một hay một số nguyên tố khác như Oxi, Clo, Lưu huỳnh,… Asen kết hợp với các nguyên tố trên tạo thành các hợp chất asen vô cơ như các khoáng vật, đá thiên thạch: Reagal (AsS), orpiment (As2S3), Arsenolite (As2O3), Arsenopyrite (FeAs2, FeAsS, AsSb)…Hợp chất của Asen với cacbon và hidro gọi là hợp chất asen hữu cơ. Thường các dạng hợp chất hữu cơ của asen ít độc hơn hợp chất asen vô cơ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
4 Trong thuỷ quyển Asen tồn tại dưới dạng muối asenat hoặc asenic. Trong sinh quyển asen tồn tại ở dạng asenmetyl do chuyển hoá sinh học. Nồng độ asen trong nước tự nhiên ít khi vượt quá 10  g/l . Trong nước mưa asen có từ 0,04 - 0,1  g/l. Asen có trong khí quyển là do quá trình luyện quặng, sản xuất ximăng, sản xuất năng lượng. Trên mặt đất asen ở dạng AsO33- hoặc AsO43- là do bụi công nghiệp lắng đọng. Khí quyển (CH3)2As(O)OH Thuỷ quyển (CH3)3As (CH3)2AsH Vỏ trái đất HxAsO4(3-x)  HxAsO3(3-  CH3As(O)(OH)2  (CH3)2As(O)OH Asenat Asenic Metylamin Dimetylamin Vi khuẩn khử Vi khuẩn metyl hoá Hình 1.1. Vòng tuần hoàn của Asen trong môi trƣờng 1.2.2.Tính chất vật lí, tính chất hoá học [9], [14],[15] Asen có một vài dạng thù hình, dạng kim loại và dạng không kim loại. Ở dạng không kim loại asen được tạo nên khi làm ngưng tụ hơi của nó. Đó là chất rắn màu vàng gọi là Asen vàng, có mạng lưới phân tử giống Phốt pho trắng, tại các mắt của mạng lưới là phân tử As4. So với phốt pho trắng, asen vàng kém bền hơn nhiều, ở nhiệt độ thường dưới tác dụng của ánh sáng nó chuyển nhanh thành bột. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
5 Dạng kim loại Asen có màu xám và là dạng bền nhất, dễ nghiền nhỏ thành bột, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, hơi asen có mùi tỏi rất độc. Ở dạng kim loại Asen có một số thông số vật lí bảng 1. Bảng 1.1. Các thông số vật lí của Asen Khối lượng nguyên tử 74,92 g Nhiệt độ nóng chảy 817 0C (36 atm) Nhiệt độ sôi 6100C (1 atm) Tỉ khối 5,727 g/cm3 Độ âm điện 2,18 Năng lượng ion hoá (I1) 947 kj/mol Số đồng vị 8 Asen là nguyên tố vừa có tính kim loại vừa có tính phi kim. Về lý tính nó có tính chất giống kim loại, còn hoá tính lại giống các phi kim. Khi đun nóng trong không khí nó cháy tạo thành As2O3 màu trắng. 4As + 3O2 = 2As2O3 Ở dạng bột nhỏ As có thể bốc cháy trong khí Clo tạo thành triclorua 2As + 3Cl2 = 2AsCl3 Khi đun nóng As tương tác với Br, S, kim loại kiềm, kiềm thổ và một số kim loại khác tạo nên asenua. 2As + 3M = M3As2 (M = Mg, Ca, Cu) 2As + M = MAs2 (M = Zn, Ca, Fe) As + M = MAs (M = Al, Ga, In, La) Kim loại As không phản ứng với nước, axit loãng nhưng tan trong HNO3 đặc, cường thuỷ, kiềm, chất oxi hoá điển hình. As + 3HClđ + HNO3(đ) = AsCl3 + NO  + 2H2O As + 5HNO3 + 2H2O = 3H3AsO4 + 5 NO  2As + 6NaOH = 2Na3AsO3 + 3H2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
6 1.2.3. Hợp chất của asen và tính chất của chúng Bảng1.2. Một số thông số vật lí của các hợp chất của Asen Khối Khối Nhiệt độ lượng Trạng Nhiệt độ lượng Hợp chất đông nguyên thái sôi (0C) riêng đặc(0C) tử(g/mol) (g/cm3) Asin(AsH3) 77,95 khí -62,47 -116,92 3,52 Điasentrioxit Tinh thể 197,84 461 314 3,74 (As2O3) rắn Điasenpentaoxit 229,84 Rắn 315 4,32 (As2O5) Asen(III)clorua 181,28 Lỏng 131,4 -16,2 2,16 (AsCl3) Asen(III)florua 131.92 Lỏng 57,8 -5,94 2,73 (AsF3) Asen(V)florua 169,91 Khí -52,8 -79,8 7,71 (AsF5) Asen(III)bromua Tinh thể 314,63 321 31 3,4 (AsBr3) rắn Asen(III)iodua Tinh thể 455,63 41 31 4,3 (AsI3) rắn Asen(III)sulfua 246,04 Rắn 723 310 3,43 (As2S3) Asen(V)sulfua 310,17 Rắn (As2S5) Asensulfua Tinh thể 427,92 534 321 3,5 (As4S4) rắn 1.2.3.1. Asin AsH3 là chất khí không màu, có mùi tỏi rất độc, liều lượng chết người là 250 ppm, AsH3 là chất khử mạnh, nó có thể bốc cháy trong không khí và khử được muối của các kim loại như Cu2+, Ag+ đến kim loại. AsH3 + 6AgNO3 + 3H2O = 6Ag + 6HNO3 + H3AsO3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
7 AsH3 tác dụng với HgCl2 tẩm trên giấy lọc tạo thành hợp chất có màu biến đổi từ vàng đến nâu: AsH2(HgCl), AsH(HgCl)2, As(HgCl)3, As2Hg3. Asin tương đối bền phân huỷ ở nhiệt độ cao (15000C) tạo nên trên thành bình kết tủa đen lấp lánh như gương. 1.2.3.2. Asen(III) oxit Ở trạng thái rắn As2O3 có màu trắng, rất độc, liều lượng gây chết người là 0,1g. As2O3 tan ít trong nước (khoảng 2% ở 250C) cho dung dịch có tính axit yếu gọi là axit Asenơ. As2O3 + 3H2O  2H3AsO3 2H3AsO3  6H+ + 2AsO3- Asen(III)oxit dễ tan trong dung dịch kiềm, tạo thành muối asenit và hiđroasenit. As2O3 + 6NaOH = 2Na3AsO3 + 3H2O As2O3 thể hiện tính khử khi tác dụng với O3, H2O2, FeCl3, K2Cr2O7, HNO3 và nó bị oxi hoá đến AsO43- 3As2O3 + 4HNO3 + 7H2O = 6H3AsO4 + 4NO  Trong dung dịch nước axit asenơ luôn có cân bằng. AsO-2 + H 2O  AsO33- + 2 H + Cho nên trong dung dịch kiềm AsO33- chiếm ưu thế, còn trong dung dịch axit AsO2- chiếm ưu thế. 1.2.3.3. Asen(V)oxit Asen(V)oxit là chất rắn ở dạng khối vô định hình giống như thuỷ tinh, cấu trúc của nó chưa được biết rõ và người ta gắn cho nó công thức kinh nghiệm là As2O5. As2O5 dễ tan trong nước tạo thành axit asenic. As2O5 + 3H2O = 2H3AsO4 As(V)oxit có tính oxi hoá mạnh nó giải phóng khí clo khi tương tác với HCl. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
8 1.2.3.4. Asen halogenua(AsX3) AsX3 là những hợp chất cộng hoá trị, dễ tan trong các dung môi hữu cơ, trong nước và thuỷ phân mạnh. AsCl3 + 3H2O = As(OH)3 + 3 HCl AsX3 dễ dàng kết hợp với halogenua kim loại (MX) tạo nên các phức có công thức chung là M(AsX4), M2(AsX5). 1.2.3.5. Asensunfua Asensunfua có hai dạng As4S4 và As2S3 đều ở dạng bột màu vàng, tan trong dung dịch kiềm. As4S6 + 12NaOH = 2Na3AsO3 + 2Na3AsS3 + 6 H2O Tan trong sunfua kim loại hay amoni tạo thành muối tio As4S6 + 6(NH4)2S = 4(NH4)3AsS3 ( amonitioasenit) Tất cả các muối asensunfua đều tan trong axit HNO3 đặc, không tan trong HCl đặc. 3As2S3 + 28HNO3 + 4H2O = 6H3AsO4 + 9 H2SO4 + 28NO 1.2.4. Các phản ứng đặc trƣng của hợp chất asen [8] • Hợp chất asen(III) [9] Phản ứng của AsH3 với bạc dietyldithiocacbamat rất đặc trưng và được dùng để định lượng Asen theo phương pháp trắc quang. 6(C2H5)2NCSSAg + AsH3= 6Ag + 3(C2H5)2NCSSH + [(C2H5)2NCSS]3As AsCl3 tác dụng với H2S trong môi trường axit cho ta kết tủa vàng tươi. 2H3AsO3 + 6HCl = 2AsCl3 + 6H2O 2AsCl3 + 3H2S = As2S3  + 6HCl As2S3 tan trong HNO3 đặc nóng, tan trong dung dịch kiềm mạnh hoặc sunfua của kim loại kiềm. As2S3 + 3(NH4)2S = 2(NH4)3AsS3 As(III) tác dụng với AgNO3 cho kết tủa vàng tươi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
9 H3AsO3 + 3AgNO3 = Ag3AsO3  + 3HNO3 Trong môi trường pH= 8, As(III) tác dụng với lượng I2, phản ứng này được dùng để xác định AsO33-. AsO33- + I2 + H2O = AsO43- +2I- + 2H+ • Hợp chất của As(V) Muối của As(V) tác dụng với H2S trong môi trường H+ khi đun nóng sẽ tạo kết tủa As(V)sunfua. 2AsCl5 + 5H2S = 10HCl + As2S5 Tương tự photphat, As(V) tác dụng với hỗn hợp dung dịch MgCl2, NH3 cho kết tủa NH4MgAsO4 màu trắng. H3AsO4 + MgCl2 + 3NH4OH = NH4MgAsO4  + 2NH4Cl + 3 H2O Khi tác dụng với amoniphotphat trong môi trường HNO3, As (V) tạo kết tủa tinh thể màu vàng tương tự PO43-. H3AsO4 + 21HNO3 + 12(NH4)2MoO4 = (NH4)3[AsMo12O40]  + 21NH4NO3+12H2O Còn khi tác dụng với AgNO3, As(V) tạo kết tủa màu đỏ nâu Ag3AsO4, trong môi trường axit dựa trên phản ứng tạo với I- ra I2 chuẩn độ theo phương pháp Iot – Thiosunfat có thể định lượng As(V). AsO33- + I2 + H2O = AsO43- +2I- + 2H+ 1.3. Sự ô nhiễn Asen và độc tính của nó 1.3.1. Nguồn gốc sự ô nhiễm Asen Asen là một kim loại có thể tồn tại ở nhiều dạng hợp chất vô cơ và hữu cơ. Nguồn ô nhiễm asen chủ yếu là do các quá trình tự nhiên ( phun trào núi lửa, hoạt động maga, nhiệt dịch, phong hoá…). Vấn đề asen bắt nguồn từ địa chất trong các trầm tích cách đây khoảng 20-80 nghìn năm đã ảnh hưởng tới 50% lãnh thổ Bangladesh. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn