Luận văn Thạc sĩ Khoa học vật chất: Xác định đồng thời hàm lượng vết đồng và antimon trong mẫu đất xung quanh khu vực Núi Pháo - Đại Từ -Thái Nguyên bằng phương pháp Vonampe hòa tan

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:73

Thêm vào BST

Báo xấu

22
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung của Luận văn là nghiên cứu lựa chọn các điều kiện tối ưu cho phép xác định đồng thời Cu, Sb bằng phương pháp Von-Ampe hoà tan. Đánh giá độ chính xác, độ lặp lại, giới hạn phát hiện của phương pháp thông qua mẫu chuẩn. Nghiên cứu xác định hàm lượng các dạng tồn tại của Cu, Sb trong đất xung quanh khu vực Núi Pháo - Đại Từ - Thái Nguyên. 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 vật chất: Xác định đồng thời hàm lượng vết đồng và antimon trong mẫu đất xung quanh khu vực Núi Pháo - Đại Từ -Thái Nguyên bằng phương pháp Vonampe hòa tan

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM -------------------------------- HOÀNG THỊ DIỄN XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI HÀM LƯỢNG VẾT ĐỒNG VÀ ANTIMON TRONG MẪU ĐẤT XUNG QUANH KHU VỰC NÚI PHÁO - ĐẠI TỪ - THÁI NGUYÊN BẰNG PHƯƠNG PHÁP VON - AMPE HÒA TAN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT THÁI NGUYÊN - 2017
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM -------------------------------- HOÀNG THỊ DIỄN XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI HÀM LƯỢNG VẾT ĐỒNG VÀ ANTIMON TRONG MẪU ĐẤT XUNG QUANH KHU VỰC NÚI PHÁO - ĐẠI TỪ - THÁI NGUYÊN BẰNG PHƯƠNG PHÁP VON - AMPE HÒA TAN Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60.44.01.18 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Người hướng dẫn khoa học: TS. Dương Thị Tú Anh THÁI NGUYÊN - 2017
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Đề tài: “Xác định đồng thời hàm lượng vết đồng và antimon trong mẫu đất xung quanh khu vực Núi Pháo - Đại Từ - Thái Nguyên bằng phương pháp Von - Ampe hòa tan” là do bản thân tôi thực hiện. Các số liệu, kết quả trong đề tài là trung thực. Nếu sai sự thật tôi xin chịu trách nhiệm. Thái Nguyên, tháng 9 năm 2017 Tác giả luận văn Hoàng Thị Diễn Xác nhận Xác nhận của khoa chuyên môn của Người hướng dẫn khoa học TS. Dương Thị Tú Anh i
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Cô giáo: TS. Dương Thị Tú Anh người đã tận tụy dành nhiều công sức, thời gian hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện luận văn “Xác định đồng thời hàm lượng vết đồng và antimon trong mẫu đất xung quanh khu vực Núi Pháo - Đại Từ - Thái Nguyên bằng phương pháp Von-ampe hòa tan”. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, tạo điều kiện của các Thầy Cô giáo trong khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên; sự ủng hộ và giúp đỡ nhiệt tình của các anh chị và các bạn trong quá trình thực hiện luận văn. Do thời gian có hạn và các yếu tố khách quan khác, bản luận văn của em sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý của các Thầy Cô và các bạn để luận văn được hoàn thiện hơn. Thái Nguyên, tháng 9 năm 2017 Học viên Hoàng Thị Diễn ii
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... ii MỤC LỤC............................................................................................................iii MỘT SỐ KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................................... iv DANH MỤC CÁC BẢNG ..................................................................................... v DANH MỤC CÁC HÌNH ..................................................................................... vi MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 1 Chương 1: TỔNG QUAN .................................................................................... 3 1.1. Giới thiệu chung về đất................................................................................. 3 1.1.1. Đặc điểm và thành phần ............................................................................ 3 1.1.2. Tính chất .................................................................................................... 4 1.1.3. Những chất dinh dưỡng vi lượng, đa lượng trong đất cần cho cây ........... 5 1.1.4. Ô nhiễm môi trường đất và nguyên nhân .................................................. 5 1.2. Giới thiệu chung về nguyên tố Antimon và đồng ........................................ 5 1.2.1. Giới thiệu về Antimon ............................................................................... 5 1.2.2. Giới thiệu về Đồng .................................................................................... 7 1.3. Giới thiệu về phương pháp Von-Ampe hòa tan ......................................... 10 1.3.1. Nguyên tắc của phương pháp Von-Ampe hòa tan .................................. 10 1.3.2. Ưu điểm của phương pháp Von-Ampe hòa tan....................................... 13 1.3.3. Nhược điểm của phương pháp Von-Ampe hòa tan ................................. 13 1.4. Tổng quan các công trình khoa học trong nước và trên thế giới nghiên cứu về sự ô nhiễm đồng và antimon........................................................ 14 1.4.1. Các nghiên cứu về đồng và antimon trên thế giới ................................... 14 1.4.2. Các nghiên cứu về đồng và antimon trong nước ..................................... 17 Chương 2: THỰC NGHIỆM - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................... 23 2.1. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất...................................................................... 23 2.1.1. Thiết bị ..................................................................................................... 23 2.1.2. Dụng cụ, hóa chất .................................................................................... 23 2.2. Nội dung - phương pháp nghiên cứu .......................................................... 24 iii
2.2.1. Nghiên cứu lựa chọn các điều kiện tối ưu cho phép xác định đồng thời Sb(III), Cu(II) bằng phương pháp Von-Ampe hoà tan .................... 24 2.2.2. Đánh giá độ chính xác, độ lặp lại của phép đo và giới hạn phát hiện của phương pháp...................................................................................... 27 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN........................................................... 30 3.1. Nghiên cứu điều kiện tối ưu xác định đồng thời Sb và Cu bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan anot (ASV) ...................................................... 30 3.1.1. Nghiên cứu lựa chọn chất điện li nền ...................................................... 30 3.1.2. Thí nghiệm trắng ..................................................................................... 31 3.1.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH ................................................................ 32 3.1.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của thế điện phân ............................................... 34 3.1.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian điện phân ...................................... 36 3.1.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian sục khí .......................................... 38 3.1.7. Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ khuấy dung dịch ............................... 40 3.1.8. Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ quét thế ............................................. 42 3.2. Đánh giá độ đúng, độ chụm của phép đo, ảnh hưởng qua lại giữa Sb và Cu, giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của phương pháp ................. 44 3.2.1. Đánh giá độ đúng của phép đo ................................................................ 44 3.2.2. Đánh giá độ chụm của phép đo ............................................................... 45 3.2.3. Giới hạn phát hiện (Limit of Detection - LOD) ...................................... 46 3.2.4. Giới hạn định lượng (Limit Of Quantity - LOQ) .................................... 47 3.3. Xác định hàm lượng Sb và Cu trong một số mẫu đất khu vực Núi pháo - Đại Từ - Thái Nguyên ........................................................................... 47 3.3.1. Vị trí lấy mẫu ........................................................................................... 47 3.3.2. Lấy mẫu và xử lí mẫu .............................................................................. 51 3.3.3. Kết quả phân tích ..................................................................................... 52 KẾT LUẬN ........................................................................................................ 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 60 iv
MỘT SỐ KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký STT Tiếng Việt Tiếng Anh hiệu 1 ASV Von-ampe hòa tan anot Anodic stripping voltammetry Cathodic stripping 2 CSV Von-ampe hòa tan catot voltammetry 3 ĐKTN Điều kiện thí nghiệm Experimental conditions 4 DP Xung vi phân Differential pulse 5 Eđp Thế điện phân làm giàu Deposition potential 6 Ep Thế đỉnh pic Peak potential 7 Ip Dòng pic Peak Current 8 LOD Giới hạn phát hiện Limit of detection 9 LOQ Giới hạn định lượng Limit of quantity 10 ppb Nồng độ phầ n tỷ Part per billion 11 ppm Nồng độ phầ n triêụ Part per million 12 tđp Thời gian điện phân Diposition time iv
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1. Các giá trị Ip của Sb và Cu tương ứng với pH khác nhau ........... 33 Bảng 3.2. Giá trị Ip của Sb và Cu ở các giá trị thế điện phân (Eđp) khác nhau . 35 Bảng 3.3. Các giá trị Ip của Sb và Cu ở các thời gian điện phân làm giàu khác nhau ....................................................................................... 36 Bảng 3.4. Các giá trị Ip của Sb và Cu tương ứng với thời gian sục khí (tsk) khác nhau .............................................................................. 38 Bảng 3.5. Các giá trị Ip của Sb và Cu ở các giá trị tốc độ khuấy dung dịch khác nhau ............................................................................... 40 Bảng 3.6. Các giá trị Ip của Sb và Cu ở các giá trị tốc độ quét thế khác nhau .. 42 Bảng 3.7. Các điều kiện thí nghiệm thích hợp cho phép ghi đo xác định đồng thời Sb và Cu ....................................................................... 43 Bảng 3.8. Kết quả phân tích xác định đồng thời Sb và Cu trong mẫu dung dịch chuẩn ............................................................................ 45 Bảng 3.9. Các giá trị Ip của Sb và Cu trong 10 lần đo lặp lại ...................... 46 Bảng 3.10. Địa điểm, thời gian lấy mẫu và ký hiệu mẫu ................................ 48 Bảng 3.11. Hàm lượng đồng và antimon trong một số mẫu đất khu vực Núi pháo-Đại Từ-Thái Nguyên ..................................................... 52 Bảng 3.12. Giới hạn cho phép của một số kim loại nặng trong tầng đất mặt ..... 58 v
DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 3.1. Đường ASV của Sb và Cu trong các nền đệm khác nhau .............. 30 Hình 3.2. Phổ đồ Von-Ampe hoà tan anot của mẫu trắng .............................. 31 Hình 3.3. Các đường ASV của Sb và Cu trong dung dịch các giá trị pH khác nhau ........................................................................................ 32 Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Ip của Sb và Cu vào giá trị pH dung dịch................................................................................... 33 Hình 3.5. Các đường ASV của Sb và Cu ở các thế điện phân làm giàu khác nhau ........................................................................................ 34 Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn Sự phụ thuộc Ip của Sb và Cu vào thế điện phân làm giàu .................................................................................. 35 Hình 3.7. Các đường ASV của Sb và Cu ở các thời gian điện phân làm giàu khác nhau ................................................................................ 36 Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn Sự phụ thuộc Ip của Sb và Cu vào thời gian điện phân ......................................................................................... 37 Hình 3.9. Các đường ASV của Sb và Cu ở các thời gian sục khí khác nhau.... 38 Hình 3.10. Sự phụ thuộc Ip của Sb và Cu vào thời gian sục khí....................... 39 Hình 3.11. Các đường ASV khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy dung dịch đến dòng đỉnh hòa tan Ip của Sb và Cu ........................................... 40 Hình 3.12. Sự phụ thuộc Ip của Sb và Cu vào tốc độ khuấy dung dịch............ 41 Hình 3.13. Các đường ASV khảo sát ảnh hưởng tốc độ quét thế đến dòng đỉnh hòa tan Ip của Sb và Cu ........................................................... 42 Hình 3.14. Sự phụ thuộc Ip của Sb và Cu vào tốc độ quét thế.......................... 43 Hình 3.15. Các đường Von-Ampe hòa tan của Sb và Cu trong mẫu dung dịch chuẩn ....................................................................................... 44 Hình 3.16. Các đường ASV của Sb và Cu trong 10 lần đo lặp lại ................... 45 Hình 3.17. Địa điểm lấy mẫu đất tại khu sát bãi thải thuộc Khu công nghiệp Núi Pháo, xóm 4, xã Hà Thượng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên ................................................................................... 50 vi
Hình 3. 18. Địa điểm lấy mẫu đất tại xóm 3, xã Hà Thượng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên ............................................................................ 50 Hình 3. 19. Lược đồ lấy mẫu tại thuộc Khu công nghiệp Núi Pháo, xã Hà Thượng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên ..................................... 51 Hình 3.20. Hàm lượng Cu và Sb trong một số mẫu đất xóm 3 Hà Thượng- Đại Từ-Thái Nguyên ....................................................................... 53 Hình 3.21. Hàm lượng Cu và Sb trong một số mẫu đất xóm 4 khu vực Núi pháo-Đại Từ-Thái Nguyên ............................................................. 54 Hình 3.22. Hàm lượng Cu trong một số mẫu đất khu vực Núi pháo-Đại Từ- Thái Nguyên ................................................................................... 56 Hình 3.23. Hàm lượng Sb trong một số mẫu đất khu vực Núi pháo-Đại Từ- Thái Nguyên ................................................................................... 57 vii
MỞ ĐẦU Môi trường đất là nơi trú ngụ của con người và hầu hết các sinh vật cạn, là nền móng cho các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp và văn hóa của con người. Đất là một nguồn tài nguyên quý giá, con người sử dụng tài nguyên đất vào hoạt động sản xuất nông nghiệp để đảm bảo nguồn cung cấp lương thực thực phẩm cho con người. Nhưng với nhịp độ gia tăng dân số và tốc độ phát triển công nghiệp và hoạt động đô thị hoá như hiện nay thì diện tích đất canh tác ngày càng bị thu hẹp, chất lượng đất ngày càng bị suy thoái, diện tích đất bình quân đầu người. Hiện nay, cùng với ô nhiễm nước, ô nhiễm không khí thì ô nhiễm đất đai đang trở nên đáng báo động. Ô nhiễm đất làm ảnh hưởng xấu đến các tính chất của đất, làm giảm năng suất cây trồng và làm ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của con người. Chính vì vậy, việc phòng chống ô nhiễm đất có một ý nghĩa hết sức quan trọng trong quá trình phát triển của mỗi vùng, mỗi quốc gia. Trong những năm gần đây Việt Nam đang không ngừng đẩy mạnh công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước, những lợi ích mà nước ta có được thể hiện rõ qua tình hình tăng trưởng kinh tế, giáo dục xã hội. Hòa theo nhịp độ phát triển chung của cả nước, tỉnh Thái Nguyên cũng đã có nhiều cơ hội phát huy các nguồn lực thế mạnh cho sự tăng trưởng kinh tế - xã hội, điển hình trong số đó là dự án khai thác khoáng sản khu Núi Pháo thuộc huyện Đại Từ. Dự án khai thác chế biến khoáng sản Núi Pháo được chính phủ cấp phép đầu tư từ tháng 3 năm 2004 với tổng vốn hơn 500 triệu USD. Đây là dự án khai thác quặng đa kim công nghệ cao chủ yếu là Vonfram lớn nhất Việt Nam và đứng thứ hai trên thế giới. Dự án có tổng diện tích hơn 670 ha nằm trên địa bàn các xã Hà Thượng, Hùng Sơn, Tân Linh, Cát Nê và Tiên Hội của huyện Đại Từ. Theo các tài liệu địa chất thì mỏ Núi Pháo sẽ cung cấp 15% lượng cung vonfram, 20% bitmut và 7% florit toàn cầu. Vì vậy, với nguồn lực tài chính mạnh, công nghệ hiện đại, dự án Núi Pháo hứa hẹn sẽ trở thành hình mẫu lý tưởng trong ngành khai thác khoáng sản về bảo vệ môi trường, phát triển bền vững về kinh tế – xã hội của địa phương và cả nước. Trải qua hơn 10 năm tồn 1
tại, hoạt động của dự án đã góp phần rất lớn vào sự phát triển của nhà máy khai thác chế biến khoáng sản Núi Pháo nói riêng và sự phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Thái Nguyên nói chung. Bên cạnh những hiệu quả tích cực thì đồng thời nó cũng làm phát sinh rất nhiều tác động đến môi trường. Trong đó ô nhiễm do hoạt động khai thác và chế biến khoáng sản là một trong những vấn đề nóng hổi nhất. Sự hoạt động của nhà máy khai thác và chế biến quặng đa kim Núi Pháo có ảnh hưởng như thế nào đến môi trường, đặc biệt là môi trường đất, nước đã và đang là vấn đề cần được quan tâm. Xuất phát từ những lí do trên, chúng tôi lựa chọn và thực hiện đề tài: “Xác định đồng thời hàm lượng vết đồng và antimon trong mẫu đất xung quanh khu vực Núi Pháo - Đại Từ -Thái Nguyên bằng phương pháp Von- ampe hòa tan”. Trong luận văn này chúng tôi tập trung nghiên cứu các nội dung sau: 1. Nghiên cứu lựa chọn các điều kiện tối ưu cho phép xác định đồng thời Cu, Sb bằng phương pháp Von-Ampe hoà tan, cụ thể: - Nghiên cứu lựa chọn chất điện li nền; - Nghiên cứu lựa chọn pH tối ưu; - Nghiên cứu lựa chọn thời gian sục khí; - Nghiên cứu lựa chọn thời gian điện phân làm giàu; - Nghiên cứu ảnh hưởng của kích cỡ giọt thủy ngân; - Nghiên cứu ảnh hưởng của thế điện phân làm giàu; - Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ khuấy dung dịch. 2. Đánh giá độ chính xác, độ lặp lại, giới hạn phát hiện của phương pháp thông qua mẫu chuẩn. 3. Nghiên cứu xác định hàm lượng các dạng tồn tại của Cu, Sb trong đất xung quanh khu vực Núi Pháo - Đại Từ - Thái Nguyên 2
Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung về đất Địa quyển là phần vỏ cứng của Trái Đất, tính từ bề mặt trái đất, nó có độ sâu khoảng 70-100km. Trong thực tế, người ta chỉ quan tâm tới lớp vỏ ngoài ở độ sâu 16km, đó là phần con người có thể khai thác làm nguyên liệu nông nghiệp, công nghiệp, phục vụ sự sống trên trái đất. Đất là vật thể thiên nhiên, cấu tạo độc lập, lâu đời, do kết quả của quá trình tổng hợp của 7 yếu tố hình thành nên đất, đó là đá, sinh vật, khí hậu, địa hình, nước, thời gian, nhiệt độ. Dưới tác động của các yếu tố trên các loại đá cấu tạo nên vỏ trái đất dần dần bị phá hủy, vụn ra thành đất (quá trình phong hóa). Trên quan điểm sinh thái học và môi trường, Winkler coi đất cũng là một cơ thể sống vì trong đất có nhiều vi sinh vật. Do đo, đất cũng tuân theo quy luật tự nhiên: phát sinh, phát triển, thoái hóa, già cỗi [10]. 1.1.1. Đặc điểm và thành phần Đất có 4 thành phần chính đó là: thành phần vô cơ, hữu cơ, nước và khí. Chúng đóng vai trò quan trọng trong sự sinh trưởng của thực vật và các loại hình sự sống khác trong thiết diện đứng của đất trong một hệ sinh thái cụ thể [5]. - Phần rắn của đất được hình thành từ thành phần vô cơ và thành phần hữu cơ. + Vô cơ (chiếm 97-98% trọng lượng khô): oxi và silic chiếm 82% trọng lượng, các ấp hạt có đường kính khác nhau hạt cát (0,05 ÷ 2mm), limon (bột, bụi) (0,002÷0,05mm) và sét (nhỏ hơn 0,002mm). Tỉ lệ % của các hạt cát, limon và sét tạo nên thành phần cơ giới của đất. + Hữu cơ: các mảnh vụn thực vật (lá cây), các chất thải động vật và các chất hữu cơ chưa phân hủy khác. Các chất này bị phân hủy, tái tổ hợp tạo ra 3
chất mùn (este của axit caboxylic, các hợp chất của phenol, dẫn xuất benzen) là chất màu sẫm và giàu dinh dưỡng. Vai trò của cá hợp chất hữu cơ và mùn: Giữ nguyên tố vi lượng tong đất; là hệ đệm; có khả năng giữ nước. - Nước trong đất: + Tồn tại trong các lỗ xốp nên rất dễ bị mất nước. + Trong hợp chất hữu cơ. + Khi bị úng nước thì tính chất của đất bị biến đổi do: lượng oxi giảm; keo đất bị bẻ gãy chuyển sang dạng khác; nước dư thừa làm cho cây chết hoặc không phát triển. - Không khí trong đất: + Lỗ xốp không khí chiếm khoảng 35%. + Thành phần chủ yếu là O2, CO2,… - Dịch đất: + Phần nước trong đất chứa các chất tan: làm cho cây trồng hấp thụ chất dinh dưỡng, vận chuyển các chất hữu cơ đến và đi khỏi các hạt đất, cung cấp nước cho thực vật. + Các cation [10], [11]. 1.1.2. Tính chất Đất có những tinh chất khác nhau như cơ học, vật lí, hóa học, sinh học … Tính chất đất quyết định độ phì nhiêu và khả năng trồng trọt của đất. - Tính chất cơ học quyết định quan hệ của đất với hững tác động cơ học bên trong và bên ngoài như tính dẻo, tính trương, tính co, độ cứng, độ đàn hồi, sức chống nén… - Tính chất vật lí: biểu thị trạng thái vật lí như thành phần kích thước cấp hạt, kết cấu đất, tỉ trọng, độ xốp, tính dẫn nhiệt, không khí, phóng xạ… của đất. - Tính chất hóa học: hàm lượng và thành phần các hợp chất hóa học trong đất, độ chua, độ kiềm, độ tung tính, độ mặn, độ phèn… - Tính chất nước của đất tính thấm, hút ẩm, …. 4
- Tính chất sinh học: quần thể sinh vật đất, vi sinh vật, hàm lượng các hợp chất men, vitamin, … của đất [5], [11]. 1.1.3. Những chất dinh dưỡng vi lượng, đa lượng trong đất cần cho cây Đối với cây, những nguyên tố như bo, đồng, kẽm, sắt, mangan, molipđen …chỉ có giá trị dinh dưỡng ở mức vi lượng, ở hàm lượng cao chúng lại gây hại cho cây. Các nguyên tố vi lượng có vai trò như thành phần của enzym hoặc tham gia quá trình tổng hợp các chất đường, bột, xenlulozơ từ cacbonic và nước dưới tác dụng của năng lượng ánh sáng mặt trời. Các chất dinh dưỡng đa lượng cần cho cây gồm cacbon, hiđro, nitơ, photpho, kali, canxi, magie, lưu huỳnh,… Khí quyển và thủy quyển cung cấp cho đất cacbon, hiđro, oxi [5]. 1.1.4. Ô nhiễm môi trường đất và nguyên nhân Ô nhiễm môi trường là sự đưa vào môi trường các chất thải nguy hại hoặc năng lượng đến mức ảnh hưởng tiêu cực đến đời sống sinh vật, sức khỏe con người hoặc làm sy thoái chất lượng môi trường. Đất được xem là bị ô nhiễm khi nồng độ các chất độc tăng lên quá mức an toàn, vượt lên khả năng tự làm sạch của môi trường đất [11]. Người ta có thể phân loại đất bị ô nhiễm theo nguồn gốc phát sinh hoặc theo các tác nhân gây ô nhiễm. * Nếu theo nguồn gốc phát sinh có: nguồn gốc tự nhiên, nguồn gốc nhân tạo (do chất thải sinh hoạt, do chất thải công nghiệp, nông nghiệp). * Nếu phân loại theo tác nhân gây ô nhiễm: tác nhân hóa học, sinh học, vật lí [10]. 1.2. Giới thiệu chung về nguyên tố Antimon và đồng 1.2.1. Giới thiệu về Antimon 1.2.1.1. Vị trí và một số đặc điểm của antimon Antimon (ký hiệu hoá học Sb), là kim loại màu trắng như bạc, có độ cứng trung bình, dễ gẫy, không tan trong nước. Antimon dùng để sản xuất hợp 5
kim có độ cứng cao, chống ăn mòn, hệ số ma sát thấp như đúc khuôn chữ, làm vòng bi, vỏ đạn, chế tạo các bản cực ắc quy chì, men gốm sứ. Trong thiên nhiên, antimon kết hợp với nhiều nguyên tố. Quặng Sb phổ biến nhất là stibinit (Sb2S3), valentinit (Sb2O3) và senamontit (Sb2O5).Antimon có khoảng 20 đồng vị phóng xạ được biết đến và 4 dạng thù hình: Sb vàng, Sb đen, Sb kim loại, Sb nổ. Có hai đồng vị tự nhiên bền của antimon là 121Sb và 123Sb [2], [16], [18]. Bảng 1.1. Một số hằng số vật lý của antimon STT trong bảng tuần hoàn 51 Nhiệt độ sôi 1625 o C Khối lượng nguyên tử 122u Nhiệt độ nóng chảy 630 o C Bán kính nguyên tử A 0 Tỉ khối 6,7 g/cm3 Cấu hình electron [Kr] 4d 10 5s25p3 Antimon là một nguyên tố á kim khá hoạt động vừa có tính kim loại vừa có tính phi kim. Antimon không phản ứng với oxy trong không khí ở nhiệt độ phòng, không phản ứng với nước lạnh hay với hầu hết các axit lạnh, tan trong một số axit nóng, và trong nước cường toan. Antimon không phản ứng với axit clohiđric, axit flohiđric, axit sunfuric loãng, kiềm, dung dịch amoniac, nitơ, cácbon, có phản ứng với axit có tính oxi hóa mạnh, nước cường thuỷ, chất oxi hoá điển hình ở thể chảy, halogen, canogen. Ở nhiệt độ cao có sự chuyển hoá giữa antimon ở thể rắn, lỏng và hơi. 2Sb + 10 HNO3 đặc Sb2O5 + 10 NO2 +5 H2O 3Sb + 18HCl loãng +5HNO3 đặc 3H[SbCl6] + 5NO + 10H2O 6Sb + 6KOH +5 KClO3 6KSbO3 + 5KCl + 3H2O 2Sb( bột) + 3Cl2 2SbCl3 Sb (vàng) Sb (kim loại) [2], [16], [17]. 1.2.1.2. Độc tính của antimon Trong tự nhiên, antimon thường được tìm thấy ở hai dạng là Sb(III) và Sb(V) trong các mẫu môi trường, sinh học và địa hoá, trong đó Sb(III) có độc 6
tính cao hơn Sb(V) 10 lần. Nếu tiếp xúc quá nhiều với Sb qua đường ăn uống và hô hấp có thể gây ra tác hại sức khỏe ở người và động vật có vú khác. Antimon đi vào cơ thể có thể qua nguồn nước, thực phẩm hoặc qua không khí theo đường hô hấp gây ảnh hưởng lớn đến sức khỏe lớn của con người. Antimon ở dạng vô cơ độc hại hơn antimon hữu cơ. Antimon xâm nhập vào cơ thể người qua đường hô hấp, khu trú ở các cơ quan của hệ hô hấp, hệ tim mạch, da và mắt. Khi nhiễm độc antimon ở mức độ thấp, chúng có thể gây kích ứng mắt và phổi, mất ngủ, đau đầu, hoa mắt, trầm cảm, kích ứng khí quản gây ho, kích ứng da gây ban ngứa. Với liều lượng lớn hơn chúng có thể gây đau bụng, tiêu chảy, nôn, và loét dạ dày, gây xung huyết phổi, loạn nhịp tim, gây tổn thương gan, cơ tim với điện tâm đồ bất thường, gây giảm khả năng sinh sản ở nữ. Ở liều cao hơn, antimon và các hợp chất của nó có thể gây ra ung thư phổi, tim, gan, và tổn thương thận. Ở liều rất cao, chúng có thể gây tử vong. Đối với môi trường sống, ảnh hưởng gây hại của Sb trên cây trồng, vật nuôi, và con người vẫn là một câu hỏi mở và các chức năng sinh lý của nguyên tố này chưa rõ ràng. Đặc biệt, hiểu biết về các chu trình sinh địa hoá của Sb là rất hạn chế, nhất là khi so với các nguyên tố độc hại khác như Hg, Pb, và Cd . Nguy cơ gây ô nhiễm Antimon còn do sự có mặt Antimon trong khí quyển, thực vật, đất, trầm tích, nước, đá cao nên Liên minh châu Âu và Cơ quan Bảo vệ môi trường của Hoa Kỳ xếp các hợp chất Antimon trong danh sách các hợp chất độc hại bị cấm theo Công ước Basel [25], [26], [27]. 1.2.2. Giới thiệu về Đồng 1.2.2.1. Tính chất Đồng là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Cu và số hiệu nguyên tử bằng 29. Đồng là kim loại dẻo có độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao. Đồng nguyên chất mềm và dễ uốn; bề mặt đồng tươi có màu cam đỏ. Nó được sử dụng làm chất dẫn nhiệt và điện, vật liệu xây dựng, và thành phần của các hợp kim của nhiều kim loại khác nhau. Trong tự nhiên đồng là một nguyên tố tương đối phổ biến. Trữ lượng đồng ở trong vỏ trái đất chiếm 0,003% tổng số nguyên tử. Kim loại đồng có thể 7
tồn tại ở dạng tự do, nhưng hạt kim loại tự do đó gọi là kim loại tự sinh. Đồng tồn tại chủ yếu ở dạng hợp chất sunfua. Các quặng quan trọng nhất là: chancozit Cu2S, pirit đồng (chancopirit) CuFeS2 và bocnit Cu3FeS3, chúng có trong thành phần các quặng sunfua kim loại [8]. Trên thế giới, những nước chủ yếu sản xuất đồng là Chi Lê, Mỹ, Nga, Ôxtraylia và Trung Quốc. Nước ta có mỏ Đồng lớn ở Bản Phúc (Sơn La) và Sinh Quyển (Lao Cai) [11]. Đồng là kim loại màu quan trọng nhất đối với ngành công nghiệp kỹ thuật. Hơn 50% lượng đồng khai thác hàng năm được dùng để làm dây dẫn điện, loại đồng này phải có độ tinh khiết cao, trên 30% được dùng để chế tạo hợp kim. Dẫn điện tốt và chịu ăn mòn, đồng kim loại được dùng để chế tạo các thiết bị trao đổi nhiệt, sinh hàn và chân không, chế nồi hơi, ống dẫn dầu và dẫn nhiên liệu [16], [19]. Đồng có cấu trúc dạng tinh thể lập phương tâm diện, là kim loại nặng, mềm, có ánh kim, có màu đỏ. Một số hằng số vật lý của đồng được tóm tắt trong bảng sau: Bảng 1.2. Một số hằng số vật lý của đồng STT trong bảng tuần hoàn 29 Nhiệt độ sôi 2543 o C Khối lượng nguyên tử 64u Nhiệt độ nóng chảy 1083 o C Bán kính nguyên tử 1,28 A 0 Tỉ khối 8,94 g/cm3 Thế điện cực chuẩn của Cu2+/Cu +0,34V Mức oxi hóa cao nhất +2 Năng lượng ion hóa I 1 =7,72eV; I 2 =20,9eV; I 3 =36,9eV Cấu hình electron [Ar] 3d 10 4s 1 Tính chất hoá học: Trong dãy điện hóa, đồng có thế điện cực chuẩn E 0 Cu 2 Cu = +0,34 V, đứng sau cặp oxi hóa khử 2H+/H2, đồng là kim loại kém hoạt động nên có tính khử yếu. Ở nhiệt độ thường và trong không khí, đồng bị bao phủ một màng màu đỏ gồm đồng kim loại và đồng(II) oxit. 8
2Cu + O2 + 2H2O → 2Cu(OH)2 Cu(OH)2 + Cu → Cu2O + H2O Ở nhiệt độ thường Cl2 khô không phản ứng với đồng khi có nước thì phản ứng xảy ra khá mạnh. Cu + Cl2 → CuCl2 Khi đun nóng đồng tác dụng với S, C, P, As. Đồng chỉ tan trong axit là chất oxi hóa: HNO3, H2SO4đặc,nóng, ngoài ra tác dụng với HI giải phóng H2 nhờ tạo CuI ít tan, tác dụng với dung dịch HCN đậm đặc giải phóng H2 nhờ tạo ion phức bền. Khi có mặt không khí Cu có thể tan trong dung dịch HCl và dung dịch NH3đặc. Cu + HCN → 2H[Cu(CN)2] + H2 Cu + 2H2SO4đ,nóng   o t CuSO4 + SO2 + 2H2O 3Cu + 8HNO3loãng → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O [16],[19] 1.2.2.2. Độc tính của đồng và các dạng hợp chất của đồng Đồng là nguyên tố cơ bản cần thiết cho sinh vật ở mức độ nhất định, lượng đưa vào cơ thể khoảng 1-3 mg/ngày. Các hợp chất của đồng không độc lắm, các muối đồng gây tổn thương đường tiêu hóa, gan, thận, niêm mạc. Độc nhất là muối đồng xianua. Đồng có trong nước với nồng độ lớn 1 mg/L có thể tạo vết bẩn trên quần áo hay các đồ vật được giặt giũ trong nước đó. Nồng độ an toàn của đồng trong nước uống đối với con người dao động theo từng nguồn, nhưng có xu hướng nằm trong khoảng 1,5 ÷ 2 mg/L. Mức cao nhất có thể chịu được về đồng trong chế độ ăn uống đối với người lớn theo mọi nguồn đều là 10 mg/ngày. Khi vào cơ thể đồng sẽ liên kết với màng tế bào ngăn cản quá trình vận chuyển chất qua màng [19]. 9
1.3. Giới thiệu về phương pháp Von-Ampe hòa tan 1.3.1. Nguyên tắc của phương pháp Von-Ampe hòa tan Phương pháp Von-Ampe hòa tan được tiến hành theo ba giai đoạn: * Giai đoạn làm giàu: Chất phân tích được làm giàu lên bề mặt điện cực. Trong quá trình làm giàu trước đây chỉ tách một phần chất xác định, do vậy để nhận được các kết quả phân tích có độ chính xác cao, không chỉ kiểm tra thế điện cực mà còn phải lặp lại cẩn thận kích thước của điện cực, thời gian điện phân và tốc độ khuấy trộn cả dung dịch phân tích và dung dịch chuẩn dùng để chuẩn hóa. Khi điện phân làm giàu, người ta chọn thế điện phân thích hợp và giữ không đổi trong suốt quá trình điện phân. Dung dịch được khuấy trộn trong suốt quá trình điện phân. + Nếu dùng điện cực rắn đĩa quay thì cho cực quay với tốc độ không đổi. + Nếu dùng điện cực rắn tĩnh điện hoặc điện cực thủy ngân tĩnh thì dùng máy khuấy từ và cũng giữ tốc độ không đổi trong suốt quá trình điện phân. Thời gian điện phân được chọn tùy thuộc vào nồng độ chất cần xác định trong dung dịch phân tích và kích thước của điện cực làm việc.Sau khi điện phân thường ngừng khuấy dung dịch (hoặc ngừng quay điện cực). Nếu dùng điện cực giọt thủy ngân tĩnh hoặc điện cực màng thủy ngân điều chế tại chỗ trên bề mặt điện cực đĩa thì cần có “thời gian nghỉ” tức là để yên hệ thống trong một khoảng thời gian ngắn để lượng kim loại phân bố đều trong hỗn hợp trên toàn điện cực. * Giai đoạn dừng: Giai đoạn này ngắn thường từ 10s tới 60s. Dung dịch được ngừng khuấy hoặc nếu dùng điện cực quay thì ngừng quay. Thế điện phân vẫn được giữ nguyên, giai đoạn này cần thiết để kết tủa phân bố đều trên bề mặt điện cực. * Giai đoạn hòa tan: Sau khi điện phân làm giàu ta tiến hành hòa tan kết tủa làm giàu trên điện cực bằng cách phân cực ngược và ghi đường Von-Ampe hòa tan. 10