Nghiên cứu phương pháp trắc quang xác định asen bằng thuốc thử Safranine

Nghiên cứu phương pháp trắc quang xác định<br /> asen bằng thuốc thử Safranine<br /> <br /> Nguyễn Lê Thanh Vân<br /> <br /> Trường Đại học Khoa học Tự nhiên<br /> Luận văn Thạc sĩ ngành: Hóa Phân tích; Mã số: 60 44 29<br /> Người hướng dẫn: GS. TS Trần Tứ Hiếu<br /> Năm bảo vệ: 2012<br /> <br /> Abstract: Tối ưu hóa các điều kiện của phép xác định gồm nghiên cứu ảnh hưởng của<br /> các yếu tố sau đến phản ứng chỉ thị: Phổ hấp thụ của dung dịch chất màu và chọn cực<br /> đại hấp thụ để đo độ hấp thụ quang; Ảnh hưởng của thời gian phản ứng. Theo dõi biến<br /> thiên tốc độ phản ứng để chọn phương pháp tga hay phương pháp thời gian ấn định;<br /> Ảnh hưởng của nồng độ đầu các tác nhân phản ứng như KIO3, Safranine đến tốc độ<br /> phản ứng; Ảnh hưởng của môi trường phản ứng. Nghiên cứu ảnh hưởng của các ion lạ<br /> đến phép xác định. Đánh giá phương pháp phân tích : gồm khảo sát giới hạn phát hiện,<br /> giới hạn định lượng, khoảng tuyến tính; đánh giá độ chụm và độ chính xác của<br /> phương pháp phân tích, tính hiệu suất thu hồi của phương pháp phân tích. Xây dựng<br /> qui trình phân tích và ứng dụng phân tích mẫu thực tế.<br /> <br /> Keywords: Asen; Thuốc thử safranine; Phương pháp trắc quang; Hóa phân tích<br /> <br /> Content<br /> MỞ ĐẦU<br /> <br /> Asen là một nguyên tố vi lượng rất cần thiết đối với quá trình sinh trưởng và phát triển<br /> của động thực vật. Asen cũng được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật và đời sống như trong<br /> công nghiệp nhuộm, thuốc trừ sâu, dược liệu, …Tuy nhiên ở hàm lượng cao, asen gây tác hại<br /> to lớn đối với hệ sinh thái. Asen cản trở quá trình quang hợp của cây, gây ra hiện tượng rụng<br /> lá ở thực vật. Asen cũng rất độc hại đối với con người và động vật. Khi xâm nhập vào cơ thể<br /> asen có thể gây hàng loạt chứng bệnh nguy hiểm như các bệnh dạ dày, rối loạn chức năng<br /> gan, hội chứng đen da và ung thư da,…[9] Độc tính của asen rất khác nhau, asen (III) độc gấp<br /> 50 lần asen (V), asen ở dạng vô cơ độc hơn ở dạng hữu cơ. Do đó hàm lượng asen trong môi<br /> trường luôn được quy định ở những nồng độ rất thấp. Giới hạn cho phép của asen trong nước<br /> sinh hoạt theo tiêu chuẩn của tổ chức y tế thế giới là 0,01 mg/l, theo tiêu chuẩn VN 5502 –<br /> 2003 là 0,01mg/l [8].<br /> Ở một số khu vực trên thế giới, nước ngầm có hàm lượng asen rất cao do lớp trầm tích<br /> có cấu trúc, thành phần hóa học thuận lợi cho việc hòa tan asen từ đất ra nước. Hiện tượng<br /> này được phát hiện tại các khu vực đồng bằng châu thổ thấp trũng, xảy ra lụt lội hàng năm,<br /> dòng chảy thủy văn chậm, các lớp bồi tích trẻ thiếu oxy (mang tính khử) thuận lợi cho việc<br /> giải phóng asen từ đất ra nước. Ô nhiễm asen trong nước ngầm dùng cho sinh hoạt và tưới<br /> tiêu đã được phát hiện trong khoảng 20 năm qua tại Bangladet, Ấn độ, Trung quốc, Việt nam,<br /> Campuchia, Achentina, Chile, [18]… Ở Việt nam, sự ô nhiễm asen đã được phát hiện ở nhiều<br /> nơi như Hà Nội, Hà Nam, Hải Dương, Phú Thọ, Cà Mau,… Nhiều nghiên cứu về ô nhiễm<br /> asen trong nước giếng khoan tại Việt Nam đã được tiến hành trong những năm vừa qua.<br /> Trong số các phương pháp phân tích như phương pháp động học – trắc quang, phương<br /> pháp phổ khối plasma cảm ứng cao tần (ICP - MS), phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử<br /> (AAS), hoặc nhiều phương pháp khác ...thì phương pháp trắc quang là phương pháp đang<br /> được quan tâm nghiên cứu để xác định asen vì phương pháp này có độ nhạy và độ chính xác<br /> cao, quy trình phân tích đơn giản không tốn nhiều hoá chất và không đòi hỏi trang thiết bị đắt<br /> tiền. Vì vậy, để đóng góp vào việc phát triển ứng dụng phương pháp này với đối tượng nghiên<br /> cứu là nước ngầm chúng tôi chọn đề tài: “ Nghiên cứu phƣơng pháp trắc quang xác định<br /> asen bằng thuốc thử Safranine”.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 2<br /> CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN<br /> <br /> 1.1. Giới thiệu chung về asen<br /> 1.1.1. Các dạng tồn tại và tính chất lý hóa học của asen (As)<br /> 1.1.1.1. Các dạng tồn tại của asen<br /> Tùy theo từng điều kiện môi trường mà asen có thể tồn tại ở nhiều trạng thái oxi hóa khác<br /> nhau: -3, 0, +3,+5. Trong nước tự nhiên, asen tồn tại chủ yếu ở 2 dạng hợp chất vô cơ là<br /> asenat [As(V)], asenit [As(III)]. As(V) là dạng tồn tại chủ yếu của asen trong nước bề mặt và<br /> As(III) là dạng chủ yếu của asen trong nước ngầm. Dạng As(V) hay các arsenate gồm AsO 43-,<br /> HAsO42-, H2AsO4-, H3AsO4; còn dạng As(III) hay các arsenit gồm H3AsO3, H2AsO3-, HAsO32-<br /> và AsO33-. Asen còn tồn tại ở nhiều dạng hợp chất hữu cơ như: metylasen, đimetylasen. Các<br /> dạng tồn tại của asen trong nước phụ thuộc vào pH và thế oxi hoá khử E h của môi trường.<br /> 1.1.1.2. Tính chất vật lý<br /> Asen là nguyên tố có một vài dạng thù hình dạng kim loại và không kim loại. Asen tồn tại 3<br /> dạng Asα: là dạng bền, tương đối cứng giòn; Asβ: dạng vô định hình, giòn; Asγ: gồm nhiều<br /> phân tử As4 giả bền, mềm như sáp, dễ tan trong dung môi CS 2. As4 là dạng không kim loại, ở<br /> nhiệt độ thường dưới tác dụng của ánh sáng nó chuyển sang dạng kim loại. Về tính chất vật lý<br /> Asen mang tính chất của kim loại.<br /> 1.1.1.3. Tính chất hóa học<br /> Về mặt tính chất hóa học các hợp chất của Asen giống như tính chất của một số phi kim.<br />  Tính chất hóa học của Asen hóa trị (III) [4,7,23]<br /> Chủ yếu As(III) tồn tại ở dạng các hợp chất như: As2O3, As2S3, AsCl3, AsO33-,<br /> H2AsO3…<br /> * As2O3: Là oxit màu trắng hay còn gọi là asen trắng, ít tan trong nước (1,7g trong 100g<br /> H2O) ở 15oC dung dịch bão hòa chứa khoảng 1,5% As2O3. Khi tan trong nước tạo thành axit<br /> asenơ.<br /> As2O3 + 3H2O → 2As(OH)3<br /> As(OH)3 ≡ H3AsO3 là chất lưỡng tính nhưng tính axit trội hơn.<br /> As2O3 + 4NaOH → 2NaHAsO3 + H2O<br /> Khi đun nóng, As2O3 bị C,H2 khử dễ dàng sinh ra kim loại<br /> As2O3 + 6H2 → 2As + 3H2O<br /> As2O3 (As4O6) thể hiện tính khử khi tác dụng với O3, H2O2, FeCl3, K2CrO7, HNO3 khi đó<br /> ta có:<br /> 3As4O6 + 8HNO3 + 14H2O → 12H3AsO4 + 8NO↑<br /> As2O3 tác dụng với kim loại trong môi trường axit<br /> As2O3 + 6Zn + 12HCl → 6ZnCl2 +2AsH3 + H2O<br /> Phản ứng này ứng dụng trong phân tích định lượng.<br /> * Phản ứng hóa học của AsO33-<br /> H3AsO3 không điều chế được ở dạng tự do mà chỉ tồn tại trong dung dịch nước.<br /> Khi đó có cân bằng: H3AsO3 ↔ H2O + HAsO2<br /> Kpl = 6.10-10 cân bằng chuyển dịch mạnh về phía phải.<br /> <br /> <br /> 3<br />  * Tác dụng với Na2S và (NH4)2S<br /> Các sunfua kim loại kiềm và sunfua amoni đều không tạo được kết tủa sunfua với các dung<br /> dịch axit H3AsO3 trực tiếp mà tạo muối thio tan<br /> H3AsO3 + 3Na2S → Na3AsS3 + 3N aOH<br /> H3AsO3 + 3(NH4)2S → (NH4)3AsS3 + 3NH4OH<br /> Nhưng tác dụng giữa AsO33- và Na2S trong môi trường axit HCl 6N tạo kết tủa vàng<br /> 2AsO33- + 12H+ + 3Na2S → As2S3↓ + 6H2O + 6Na+<br /> (vàng)<br /> Có thể tách kết tủa ra được<br /> * Tác dụng với H2S<br /> Tác dụng với H2S trong môi trường axit cho kết tủa màu vàng:<br /> 2H3AsO3 + 6HCl → 2AsCl3 + 6H2O<br /> 2AsCl3 + 3H2S → As2S3↓ + 6HCl<br /> * Tác dụng với AgNO3<br /> AsO33- + 3Ag+ → Ag3AsO3↓ vàng<br /> Ag3AsO3↓ + 6NH4OH → 3[Ag(NH3)2]+ + AsO33- + 6H2O<br /> * Tác dụng với dung dịch CuSO4<br /> Dung dịch CuSO4 tác dụng với H3AsO3 khi có mặt xút ăn da cho kết tủa màu vàng lục<br /> hyđroasenit đồng<br /> H3AsO3 + CuSO4 → CuHAsO3 ↓ + H2SO4<br /> NaOH hòa tan được kết tủa này và dung dịch có màu xanh tím<br /> NaOH + CuHAsO3 → CuNaAsO3 + H2O<br /> Phản ứng này được dùng trong phân tích định tính<br /> * Tác dụng với Cr2O72- trong môi trường axit<br /> 3AsO33- + Cr2O72- + 8H+ → 3AsO43- + 2Cr3+ + 4H2O<br /> * Tác dụng với I2<br /> Phản ứng trong môi trường NaHCO3 pH = 8<br /> AsO33- + I2 + H2O → AsO43- +2I- + 2H+<br /> Phản ứng này áp dụng phân tích định lượng và định tính.<br /> 1.1.2. Độc tính của asen và sự tích lũy trong cơ thể người<br /> Asen là chất độc mạnh có khả năng gây ung thư cao, liều LD50 đối với con người là 1 – 4<br /> mg/kg trọng lượng cơ thể. Tuy nhiên, tùy thuộc vào các trạng thái oxi hóa của asen mà asen<br /> thể hiện tính độc khác nhau. Cả As(III) và As(V) đều là những chất độc, các hợp chất asen vô<br /> cơ độc hơn so với asen hữu cơ [1]. Tính độc của asen theo thứ tự: AsH 3>asenit> asenat ><br /> monomethyl arsenoic axit (MMAA) > dimethyl arsenic axit (DMAA). Có khoảng 60 – 70%<br /> asen vô cơ đi vào cơ thể và được giải phóng ra ngoài bằng đường nước tiểu ở dạng DMAA và<br /> MMAA [26,28].<br /> Sự phơi nhiễm asen vô cơ xảy ra trong cơ thể thông qua đường hít khí bụi công nghiệp<br /> và quá trình chuyển hóa qua đường thức ăn và nước uống. Sự phơi nhiễm asen hữu cơ xảy ra<br /> chủ yếu thông qua chuỗi thức ăn. Nếu một ngày hít lượng bụi asen từ 0,1  4 g/ngày và cơ<br /> thể hấp thụ một lượng thức ăn có hàm lượng asen ở khoảng từ 7  330 g/ngày thì sau khi đi<br /> <br /> <br /> 4<br /> vào cơ thể có khoảng 80  100% lượng asen được hấp thụ qua dạ dày và lá phổi; 50  70%<br /> asen được bài tiết qua đường nước tiểu và một lượng nhỏ được hấp phụ qua đường tóc, móng<br /> tay, móng chân [28].<br /> Ung thư da là độc tính phổ biến nhất của asen. Với những vùng có hàm lượng asen trong<br /> nước sinh hoạt < 300 g/l, trung bình (300 – 600 g/l), cao (>600 g/l) thì tỷ lệ ung thư da<br /> tương ứng sẽ là 2,6/1000; 10,1/1000 và 24,1/1000 [29].<br /> 1.1.3.Ô nhiễm asen trong nước ngầm trên thế giới và Việt Nam<br /> 1.1.3.1. Ô nhiễm Asen trên thế giới<br /> Hiện nay trên thế giới có hàng chục triệu người đã bị bệnh đen và rụng móng chân,<br /> sừng hoá da, ung thư da… do sử dụng nguồn nước sinh hoạt có nồng độ asen cao. Nhiều nước<br /> đã phát hiện hàm lượng asen rất cao trong nguồn nước sinh hoạt như Canada, Alaska, Chile,<br /> Arhentina, Trung Quốc, India, Thái Lan, Bangladesh<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Bảng 1.1: Hàm lượng asen ở các vùng khác nhau trên thế giới<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 1.1.3.2. Ô nhiễm asen tại Việt Nam<br /> <br /> <br /> <br /> 5<br />  Ở đồng bằng sông Cửu Long cũng phát hiện ra nhiều giếng khoan có hàm lượng asen<br /> cao nằm ở Đồng Tháp và An Giang. Sự ô nhiễm asen ở miền Bắc hiện phổ biến và cao hơn ở<br /> miền Nam. Qua điều tra cho thấy 1/4 số hộ gia đình sử dụng trực tiếp nước ngầm không qua<br /> xử lý ở ngoại thành Hà Nội đã bị ô nhiễm asen, tập trung nhiều ở phía Nam thành phố<br /> (20,6%), huyện Thanh Trì (41%) và Gia Lâm (18,5%). Điều nguy hiểm là asen không gây<br /> mùi khó chịu khi có mặt trong nước ngay cả khi ở hàm lượng gây chết người nên nếu không<br /> phân tích mẫu mà chỉ bằng cảm quan thì không thể phát hiện được sự tồn tại của asen. Bởi<br /> vậy các nhà khoa học còn gọi asen là “sát thủ vô hình’’. Hiện nay có khoảng 13,5% dân số<br /> Việt Nam (10-15 triệu người đang sử dụng nước ăn từ giếng khoan nên rất dễ bị nhiễm asen).<br /> 1.2. Một số phương pháp xác định Asen<br /> 1.2.1. Phương pháp phân tích đo quang phân tử<br /> 1.2.1.1. Phương pháp đo quang với bạc dietyl đithiocacbamat<br /> 1.2.1.2. Phương pháp xanh molipden<br /> 1.2.1.3. Đo quang xác định asen sau khi hấp thụ asin bằng hỗn hợp<br /> AgNO3-PVA-C2H5OH<br /> 1.2.1.4. Phương pháp xác định asen bằng thuốc thử Leuco crystal violet (LCV)<br /> 1.2.1.5. Phương pháp động học xúc tác<br /> 1.2.1.6. Xác định lượng vết As(III) bằng phương pháp động học- trắc quang dựa trên<br /> ảnh hưởng ức chế phản ứng giữa kalibromua và kalibromat trong môi trường axit<br /> 1.2.1.7. Xác định As(III) dựa trên hệ Ce(IV)/Ce(III).<br /> 1.2.1.8. Phương pháp quang phổ hấp phụ nguyên tử (AAS)<br /> 1.2.2. Phương pháp huỳnh quang<br /> 1.2.2.1. Xác định As(III) bằng thuốc thử fluorescein<br /> 1.2.2.2. Phương pháp dòng chảy - huỳnh quang xác định axit dimethyl arsinic(DMAA)<br /> trong thuốc diệt cỏ sử dụng phản ứng quang hóa trực tiếp<br /> 1.2.2.3. Xác định Asen bằng phương pháp huỳnh quang phân tử với hệ thuốc thử<br /> murexit – Cr(VI)<br /> 1.2.2.4. Phương pháp biosensor sử dụng vi khuẩn chỉ thị<br /> <br /> CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM<br /> <br /> 2.1. Mục tiêu, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu<br /> 2.1.1. Nguyên tắc của phương pháp trắc quang xác định hàm lượng asen bằng<br /> Safranin.<br /> Sự làm mất màu của safranin khi có mặt iodate trong môi trường axit xảy ra theo cơ chế<br /> như sau [21]:<br /> + As(III) phản ứng với KIO3 trong môi trường axit để giải phóng ra I 2 theo phản ứng:<br /> 2AsO2- + 2IO3- + 2H+ → 2AsO3 - +I2 + 4H2O<br /> + I2 sinh ra sẽ oxi hóa làm mất màu thuốc thử safranin tạo ra sản phẩm không màu:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 6<br />  Màu đỏ không màu<br /> Vì vậy, bằng cách theo dõi sự giảm độ hấp thụ quang của Safranin theo nồng độ<br /> As(III) thì có thể định lượng được As(III) trong mẫu theo phương pháp thời gian ấn<br /> định hoặc phương pháp tg.<br /> 2.1.2. Nội dung nghiên cứu<br /> Nội dung nghiên cứu của luận văn gồm:<br /> - Tối ưu hóa các điều kiện của phép xác định gồm nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố<br /> sau đến phản ứng chỉ thị:<br /> + Phổ hấp thụ của dung dịch chất màu và chọn cực đại hấp thụ để đo độ hấp thụ quang.<br /> + Ảnh hưởng của thời gian phản ứng. Theo dõi biến thiên tốc độ phản ứng để chọn<br /> phương pháp tg hay phương pháp thời gian ấn định.<br /> + Ảnh hưởng của nồng độ đầu các tác nhân phản ứng như KIO 3, Safranine đến tốc độ<br /> phản ứng.<br /> + Ảnh hưởng của môi trường phản ứng .<br /> - Nghiên cứu ảnh hưởng của các ion lạ đến phép xác định.<br /> - Đánh giá phương pháp phân tích : gồm khảo sát giới hạn phát hiện, giới hạn định<br /> lượng, khoảng tuyến tính; đánh giá độ chụm và độ chính xác của phương pháp phân tích, tính<br /> hiệu suất thu hồi của phương pháp phân tích.<br /> - Xây dựng qui trình phân tích và ứng dụng phân tích mẫu thực tế.<br /> 2.2. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị<br /> 2.2.1. Dụng cụ, thiết bị<br /> * Bình định mức thủy tinh loại A có dung tích 25, 50, 100, 250, 500 ml.<br /> * Cốc thuỷ tinh chịu nhiệt dung tích 100, 250 ml.<br /> * Bình nón dung tích 250 ml, buret 25 ml.<br /> * Các loại pipet chia vạch: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; 5; 10; 25 ml.<br /> * Máy trắc quang UV - VIS 1601 PC - Shimadzu (Nhật Bản), bước sóng làm việc tử<br /> 190- 900 nm , cuvet thủy tinh chiều dày l = 1cm.<br /> * Cân phân tích Scientech SA 210 độ chính xác 0,0001g.<br /> * Máy điều nhiệt.<br /> * Đồng hồ bấm giờ.<br /> * Máy đo pH.<br /> 2.2.2. Hóa chất<br /> Các hóa chất cần dùng là loại tinh khiết phân tích (p.a. và tinh khiết thuốc thử (p.R.).<br /> Các dung dịch được pha chế bằng nước cất hai lần.<br /> Pha các dung dịch tiêu chuẩn:<br /> + Pha 100,00 ml As(III) 1000ppm từ từ As2O3 tinh thể<br /> <br /> <br /> <br /> 7<br />  Cân chính xác 0,1320 gam As2O3 tinh thể trên cân phân tích, hòa tan lượng cân này<br /> bằng dung dịch NaOH loãng, sau đó đun nóng dung dịch cho As 2O3 tan hết, chuyển vào bình<br /> định mức 100,00 ml, tráng rửa cốc cân vài lần bằng nước cất hai lần rồi chuyển vào bình định<br /> mức trên, thêm nước cất tới vạch mức, sóc trộn đều dung dịch ta được 100,00 ml dung dịch<br /> As(III) 1000ppm.<br /> + Pha 100,0 ml dung dịch Safranine 0,02 %<br /> Cân 0,02 gam Safranine, hòa tan bằng nước cất tới thể tích 100 ml, khuấy đều ta được<br /> 100,0 ml dung dịch Safranine 0,02 %.<br /> + Pha 500,0 ml dung dịch HCl 1M<br /> Đong khoảng 42,0 ml dung dịch HCl đặc 37% chuyển vào bình chứa có dung tích 500<br /> ml đã có chứa sẵn 1/3 nước cất, thêm nước cất tới thể tích 500,0 ml, khuấy đều ta được 500,0<br /> ml dung dịch HCl 1M.<br /> + Pha 250,0 ml dung dịch KIO3 2%<br /> Cân 5 gam tinh thể KIO3, hòa tan bằng nước cất tới thể tích 250,0 ml, khuấy đều ta được<br /> 250,0 ml dung dịch KIO3 2%.<br /> <br /> CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br /> <br /> 3.1. Nghiên cứu phƣơng pháp xác định As (III) dựa trên hệ phản ứng oxi hóa khử<br /> As(III), KIO3 và Safranin.<br /> 3.1.1. Nghiên cứu chọn điều kiện tối ưu của phản ứng chỉ thị<br /> 3.1.1.1. Phổ hấp thụ của sản phẩm phản ứng chỉ thị<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3.1: Phổ hấp thụ quang của dung dịch Safranine khi có mặt As(III), KIO3, HCl<br /> (Nồng độ cuối của các tác nhân trong dung dịch lần lượt là: Safranine 0,0012%, KIO 3 0,2%,<br /> HCl 0,1M)<br /> Đường 1: Phổ hấp thụ của dung dịch có Safranine, KIO3, HCl<br /> Đường 2: Phổ hấp thụ của dung dịch có As(III) 5ppm,Safranine, KIO 3, HCl<br /> Đường 3: Phổ hấp thụ của dung dịch có As(III) 10ppm, Safranine, KIO3, HCl<br /> Safranine là thuốc thử có màu đỏ, có bước sóng hấp thụ cực đại ở bước sóng λ = 519<br /> nm trong môi trường axit mạnh (đường 1). Khi giữ nguyên nồng độ KIO 3 2% và cho thêm As<br /> (III) với nồng độ khác nhau 5,0 ppm (đường 2), As (III) 10,0 ppm (đường 3) thì thực nghiệm<br /> <br /> <br /> 8<br /> cho thấy, càng tăng nồng độ của As (III) thì độ hấp thụ quang A của dung dịch phản ứng càng<br /> giảm mà không làm chuyển dịch cực đại. Điều đó chứng tỏ khi có As(III) và khi nồng độ<br /> As(III) càng lớn thì phản ứng giữa As(III) và KIO 3 trong môi trường axit xảy ra càng triệt để,<br /> giải phóng ra càng nhiều I2 và I2 oxi hóa safranin tạo ra sản phẩm không màu. Do đó trong các<br /> thí nghiệm tiếp theo chúng tôi chọn bước sóng λ = 519 nm để khảo sát.<br /> 3.1.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian phản ứng<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3.2: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang theo thời gian<br /> (Nồng độ cuối của các tác nhân trong dung dịch lần lượt là: Safranine 0,0012%, KIO3 0,2%,<br /> HCl 0,1M)<br /> Đường 1: Dung dịch phân tích khi có KIO3, HCl, Safranine.<br /> Đường 2: Dung dịch phân tích khi có As(III) 5ppm, KIO 3, HCl, Safranine.<br /> Đường 3: Dung dịch phân tích khi có As(III) 10ppm, KIO 3, HCl, Safranine.<br /> Từ đồ thị khảo sát thời gian ta thấy khi không có mặt As(III) độ hấp thụ quang của<br /> dung dịch phân tích không thay đổi theo thời gian. Khi có mặt As (III) thì độ hấp thụ quang<br /> của dung dịch phân tích giảm so với khi không có mặt As (III) nhưng cũng không thay đổi<br /> theo thời gian. Nồng độ As (III) càng cao thì độ hấp thụ quang của dung dịch phân tích càng<br /> giảm, có nghĩa là khi nồng độ As(III) càng cao thì phản ứng giữa nó với KIO 3 trong môi<br /> trường axit giải phóng ra càng nhiều I 2, do đó cường độ màu của thuốc thử safranin càng bị<br /> giảm.<br /> 3.1.1.3. Ảnh hưởng của nồng độ KIO3<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3.3: Ảnh hưởng của nồng độ KIO3 đến độ hấp thụ quang của dung dịch<br /> Anền là độ hấp thụ quang của dung dịch phân tích khi có KIO3, HCl, Safranine.<br /> Amẫu là độ hấp thụ quang của dung dịch phân tích khi có As(III), KIO 3, HCl,<br /> Safranine.<br /> <br /> <br /> 9<br />  Chọn nồng độ KIO3 là 0,16 % để khảo sát các thí nghiệm tiếp theo.<br /> 3.1.1.4. Ảnh hưởng của nồng độ thuốc thử Safranine:<br /> Hình 3.4: Ảnh hưởng của nồng<br /> độ Safranine đến độ hấp thụ<br /> quang của dung dịch<br /> Nồng độ cuối của<br /> Safranine được chọn cho các<br /> thí nghiệm tiếp theo là 1,2<br /> x10-3 %.<br /> 3.1.1.5. Ảnh hưởng<br /> của nồng độ HCl:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3.5: Ảnh hưởng của nồng độ HCl đến độ hấp thụ quang của dung dịch<br /> Nồng độ của HCl được chúng tôi chọn cho các thí nghiệm tiếp theo là 0,08 M.<br /> Như vậy sau khi khảo sát chúng tôi chọn nồng độ các chất khi tiến hành phân tích là:<br /> KIO3 là 0,16%; Safranin là 1,2x10 -3 % và HCl là 0,08M.<br /> 3.1.2. Đánh giá phương pháp phân tích<br /> 3.1.2.1. Độ chọn lọc của phương pháp phân tích<br /> Phép xác định As(III) bị ảnh hưởng bởi sự có mặt của các ion cản khi nồng độ của<br /> chúng gấp As(III) như sau: 50 lần với ion Fe3+; 100 lần với ion Cu2+; Ba2+ không bị ảnh<br /> hưởng ở khoảng nồng độ khảo sát; 10 lần với ion Zn2+; 7 lần với ion NO3- ; 5 lần với ion SO42-<br /> và 150 lần với ion Ca2+ . Tuy nhiên, trong mẫu nước ngầm thì hàm lượng những ion trên hầu<br /> như không bị ảnh hưởng<br /> 3.1.2.2. Khảo sát khoảng tuyến tính<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 10<br />  Hình 3.7: Đường chuẩn xác định As (III)<br /> Tính giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng<br /> + Giới hạn phát hiện (LOD):<br /> LOD = 0.01 (ppm)<br /> + Giới hạn định lượng (LOQ):<br /> LOQ = 0,05(ppm)<br /> Như vậy, khoảng tuyến tính khi xác định Se(IV) là 0,05 ÷ 8,00 ppm.<br /> 3.1.2.3. Đánh giá độ chính xác (độ đúng, độ chụm ) của phương pháp<br /> Mẫu thật (mẫu nước ngầm số 8)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3.8 : Đường thêm chuẩn xác định As(III) trong mẫu nước ngầm số 8<br /> Từ hình ta có nồng độ As(III) là:<br /> X1 = 0,011 (ppm)<br /> Tương ứng với hàm lượng A(III) trong mẫu nước ngầm số 8 là:<br /> 0,055 μg/ml.<br /> <br />  Khi thêm một lượng As(III) chuẩn vào mẫu nước ngầm số 8<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Bảng 3.13: Đánh giá độ lặp lại của phương pháp<br /> A nền 0,946 0,946 0,946 0,946 0,946<br /> A mẫu 0,709 0,714 0,712 0,701 0,721<br /> ΔA 0,237 0,232 0,234 0,245 0,225<br /> Hàm lượng As(III) phát hiện (X2) 4,04 3,96 3,99 4,18 3,85<br /> X2 – X1 3,93 3,85 3,88 4,07 3,74<br /> x (ppm) 3,89<br /> As(III)<br /> Độ lệch chuẩn S 0,121<br /> 4,0ppm<br /> Hệ số biến thiên CV (%) 3,11<br /> Sai số tương đối  (%) 2,75<br /> ttính 0,91<br /> <br /> <br /> 11<br />  A nền 0,946 0,946 0,946 0,946 0,946<br /> A mẫu 0,601 0,594 0,582 0,594 0,580<br /> ΔA 0,345 0,352 0,364 0,352 0,366<br /> Hàm lượng As(III) phát hiện (X3) 5,83 5,95 6,14 5,95 6,18<br /> X3 – X1 5,72 5,84 6,03 5,84 6,07<br /> As(III) x (ppm) 5,90<br /> 6,0ppm Độ lệch chuẩn S 0,146<br /> Hệ số biến thiên CV (%) 2,47<br /> Sai số tương đối  (%) 2,50<br /> ttính 0,685<br /> Kiểm tra sự sai khác giữa giá trị trung bình tìm được và giá trị thực theo chuẩn student<br /> (t) ở độ tin cậy thống kê 95% và bậc tự do f= 4 (tbảng = 2,571), chúng tôi thấy ở cả hai mức<br /> nồng độ As(III) (4,0 ppm và 6,0 ppm) đều có t tính < tbảng, nghĩa là độ tin cậy thống kê của t tính<br /> nhỏ hơn độ tin cậy thống kê của t bảng. Điều đó có nghĩa là sự khác nhau giữa giá trị trung bình<br /> và giá trị thực là không đáng tin cậy, nói cách khác phương pháp có độ đúng chấp nhận được.<br /> Hệ số biến thiên (CV%) khi xác định mẫu giả trên nền mẫu thật ở hai mức nồng độ này đều<br /> dưới 5% chứng tỏ phương pháp có độ chụm tốt.<br /> 3.2. Phân tích mẫu thực tế<br /> 3.2.1. Xác định hàm lượng As(III) trong mẫu nước ngầm<br /> Bảng3.14 : Thông tin về các mẫu nước ngầm<br /> <br /> Tên Ngày lấy Độ sâu<br /> Stt Địa điểm lấy mẫu<br /> mẫu mẫu giếng (m)<br /> <br /> Phạm Thị Duyên - Khu 2 -<br /> 1 N1 9/7/2011 30<br /> Đoan Hạ - Thanh Thủy<br /> Phan Đình Tuấn – Khu 10 –<br /> 2 N2 11/7/2011 10<br /> Thạch Sơn – LâmThao<br /> UBND – Khu 10 - Hiền Quan<br /> 3 N3 10/7/2011 12<br /> – Tam Nông<br /> Trần Sỹ Hải - Khu 2 - Đoan<br /> 4 N4 9/7/2011 30<br /> Hạ - Thanh Thủy<br /> Nguyễn Thị Sách - Khu 10 –<br /> 5 N5 11/7/2011 10<br /> Thạch Sơn – Lâm Thao<br /> Hà Đức Liêm - Khu 3 - Điêu<br /> 6 N6 10/7/2011 7<br /> Lương - Cẩm Khê<br /> Lê Thị Hạt - Khu 3 - Đoan Hạ<br /> 7 N7 9/7/2011 36<br /> - Thanh Thủy<br /> Nguyễn Xuân Hợp - Khu 4 -<br /> 8 N8 9/7/2011 10<br /> Đoan Hạ - Thanh Thủy<br />  Mẫu nƣớc ngầm số 1 (N1):<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 12<br /> Hình3.9 : Đường thêm chuẩn xác định As(III) trong mẫu nước ngầm số 1<br /> Hàm lượng A(III) trong mẫu nước ngầm số 1 là: 0,11 μg/ml<br /> Mẫu nƣớc ngầm số 2 (N2):<br /> Tương tự mẫu nước ngầm N1 có kết quả như sau:<br /> Hàm lượng A(III) trong mẫu nước ngầm số 2 là: 0,018 μg/ml<br /> Mẫu nƣớc ngầm số 3 (N3):<br /> Hàm lượng A(III) trong mẫu nước ngầm số 3 là: 0,03 μg/ml<br /> Mẫu nƣớc ngầm số 4 (N4):<br /> Hàm lượng A(III) trong mẫu nước ngầm số 4 là: 0,02 μg/ml<br /> Mẫu nƣớc ngầm số 5 (N5):<br /> Hàm lượng As(III) trong mẫu nước ngầm số 5 là: 0,01 μg/ml<br /> Mẫu nƣớc ngầm số 6 (N6):<br /> Hàm lượng As(III) trong mẫu nước ngầm số 6 là: 0,05 μg/ml<br /> Mẫu nƣớc ngầm số 7 (N7):<br /> Hàm lượng As(III) trong mẫu nước ngầm số 7 là: 0,10 μg/ml<br /> Mẫu nƣớc ngầm số 8 (N8):<br /> Hàm lượng As(III) trong mẫu nước ngầm số 8 là: 0,055 μg/ml.<br /> KẾT LUẬN<br /> Với mục đích đặt ra cho luận văn là xác định hàm lượng Asen trong mẫu môi trường<br /> (nước ngầm) bằng phương pháp trắc quang với thuốc thử Safranin, chúng tôi đã tham khảo<br /> các tài liệu và tiến hành khảo sát các thí nghiệm để lựa chọn các điều kiện thích hợp rồi tiến<br /> hành phân tích mẫu thực tế kết quả thu được như sau:<br /> 1. Đã khảo sát được các điều kiện tối ưu của phản ứng chỉ thị để xác định As(III) dựa<br /> trên tác dụng xúc tác của nó với phản ứng giữa axit hydrochloric, Kali iodate và Safranin.<br /> Nồng độ cuối của các tác nhân phản ứng KIO3, Safranin, HCl lần lượt là 0,16 %; 1,2x10 -3 %;<br /> 0,08M. Nồng độ As(III) được xác định dựa trên việc theo dõi biến thiên độ hấp thụ quang của<br /> Safranin theo phương pháp tgα sau khi thêm các tác nhân phản ứng và xây dựng độ thị chuẩn<br /> giữa hiệu số độ hấp thụ quang (y) khi không có và khi có As(III) theo nồng độ As(III).<br /> Phương trình hồi quy dạng y = (- 0,0076 ± 0,00497) + (0,06048 ± 0,00104) × CAs(III) . LOD và<br /> LOQ của phương pháp lần lượt là 0,01 và 0,05 ppm. Khoảng tuyến tính khi xây dựng đường<br /> chuẩn là 0,05 – 8 ppm.<br /> 2. Phép xác định As(III) bị ảnh hưởng bởi sự có mặt của các ion cản khi nồng độ của<br /> chúng gấp As(III) như sau: 50 lần với ion Fe3+; 100 lần với ion Cu2+; Ba2+ không bị ảnh<br /> hưởng ở khoảng nồng độ khảo sát; 10 lần với ion Zn2+; 7 lần với ion NO3- ; 5 lần với ion SO42-<br /> và 150 lần với ion Ca2+ . Tuy nhiên, trong mẫu nước ngầm thì hàm lượng những ion trên hầu<br /> như không bị ảnh hưởng. Phương pháp có độ chính xác cao, độ lặp lại của phương pháp CV =<br /> <br /> <br /> 13<br /> 3,11% và 2,47% ứng với nồng độ As(III) thêm vào mẫu nước ngầm số 8 là 4,0ppm và<br /> 6,0ppm.<br /> 3. Phương pháp nghiên cứu đã được ứng dụng để phân tích mẫu thực tế xác định được<br /> hàm lượng As(III) trong một số mẫu nước ngầm và thu được hàm lượng As(III) trong mẫu<br /> phân tích cụ thể là 0,11  g/ml (với mẫu nước ngầm số 1); 0,018  g/ml (với mẫu nước ngầm<br /> số 2); 0,03  g/ml (với mẫu nước ngầm số 3); 0,02  g/ml (với mẫu nước ngầm số 4);<br /> 0,01  g/ml (với mẫu nước ngầm số 5); 0,05  g/ml (với mẫu nước ngầm số 6); 0,10  g/ml<br /> (với mẫu nước ngầm số 7); 0,055  g/ml (với mẫu nước ngầm số 8).<br /> <br /> References<br /> TIẾNG VIỆT<br /> <br /> 1. Đỗ Văn Ái, Mai Trọng Nhuận (2000), Nguyễn Khắc Vinh, Một số đặc điểm phân bố Asen<br /> trong tự nhiên và vấn đề ô nhiễm Asen trong môi trường ở Việt Nam.<br /> 2. Nguyễn Trọng Biểu, Từ Văn Mặc (1978), Thuốc thử hữu cơ, NXB KH và KT, Hà Nội.<br /> 3. Hoàng Ngọc Cang (1963), Hóa vô cơ, nhà xuất bản GD Hà Nội (78).<br /> 4. Hoàng Ngọc Cang (2001), Hoàng Nhâm, Hóa vô cơ (tập 2), Nhà xuất bản Giáo dục.<br /> 5. Trần Hồng Côn, Đặng Kim Loan (2005), Động học xúc tác, Nhà xuất bản Đại học Quốc<br /> Gia Hà Nội.<br /> 6. Trần Tứ Hiếu, Nguyễn Văn Nội (2008), Giáo trình cơ sở hóa học môi trường, tr. 119 -<br /> 121.<br /> 7. Trần Tứ Hiếu, Lâm Ngọc Thụ (2000), Phân tích định tính, Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia<br /> Hà Nội.<br /> 8. Trần Tứ Hiếu, Hóa học môi trường, Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia Hà Nội.<br /> 9. Phạm Ngọc Hồ, Đồng Kim Loan, Phan Anh Tuấn (2005), Một số kết quả nghiên cứu sự<br /> phân bố Asen trong môi trường không khí đô thị.<br /> 10. ILGLINK (1997), Hóa đại cương (tập 2), Lê Mậu Quyền dịch.<br /> 11. Phan Thị Quỳnh Lan (2008), Phương pháp phân tích asen trong nước ngầm bằng phương<br /> pháp phổ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật không ngọn lửa lò graphit (GF - AAS), Khóa luận<br /> tốt nghiệp.<br /> 12. Phạm Luận (1998), Cơ sở lý thuyết phương pháp phân tích phổ phát xạ và hấp thụ<br /> nguyên tử (tập I, II), Đại học Khoa học Tự nhiên.<br /> 13. Phạm Luận (1999), Cơ sở lý thuyết của phương pháp phân tích phổ khối lượng nguyên<br /> tử - phép đo phổ ICP – MS, Đại học tổng hợp Hà Nội.<br /> 14. Phạm Luận (2006), Phương pháp phân tích phổ nguyên tử, Nhà xuất bản Đại học Quốc<br /> Gia Hà Nội, Hà Nội.<br /> <br /> <br /> <br /> 14<br /> 15. Nguyễn Văn Ly, Phạm Tuấn Nhật, Ngô Huy Du, Trần Tứ Hiếu (2006), “Xác định lượng<br /> vết As(III) bằng phương pháp động học – trắc quang dựa trên ảnh hưởng ức chế phản ứng<br /> giữa kalibromat – kalibromua trong môi trường axit sunfuric”, Tạp chí phân tích hóa, lý<br /> và sinh học, 11(4), tr. 73- 77.<br /> 16. Tạ Thị Thảo, Chu Xuân Anh, Đỗ Quang Trung, Trần Văn Cường (2005), “Đo quang xác<br /> định As sau khi hấp thụ Asin bằng hỗn hợp AgNO3-PVA-C2H5OH”, Tạp chí phân tích<br /> hóa, lí và sinh học Tập10(4), tr. 46-53.<br /> 17. Tạ Thị Thảo (2005), Bài giảng chuyên đề thống kê trong hóa phân tích, ĐHQG Hà Nội.<br /> 18. Phạm Hùng Việt (2008), Phát triển và tối ưu hóa các giải pháp loại bỏ ô nhiễm Asen<br /> trong thực phẩm và nước ăn cho các hộ nông dân vùng châu thổ sông Hồng, Việt Nam,<br /> Bộ Khoa Học và Công Nghệ.<br /> TIẾNG ANH<br /> <br /> 19. Alloway, (1995) B.J. Alloway, "Heavy Metals in Soils", Blackie Academic &<br /> Professional, London.<br /> 20. Badal Kumar Mandal, Yasumitsu Ogra, Kazunori Anzai, and Kazuo T.Suzuki. (2004),<br /> “Speciation of arsenic in biological samples” Toxicology and Applied Pharmacology,<br /> 198, pp. 307 - 318.<br /> 21. Chand Pasha. Badiadka Narayana (2008), “Ditermination of Arsenic in Environmental<br /> and Biological Samples Using Toluidine Blue or Safranine O by Simple<br /> Spectrophotometric Method”, Bull Environ Contam Toxicol, 81, pp. 47 – 51.<br /> 22. Eatol A.D.Cleseri L.S.Greenberg A.G (2004), “Standard methods for the examination of<br /> water and seawater (20th edition)”, American Public Health Association, Washington<br /> DC.<br /> 23. Eid I.Brima, Parvez I. Haris, Richard O. Jenkins, Dave A. Polya, Andrew G.Gault, Chris<br /> F. Harrington. (2006), “Understanding arsenic metabolism through a comparative study<br /> of arsenic levels in the urine, hair and fingernails of healthy volunteers from three<br /> unexposed ethnic groups in the United Kingdom”, Toxicology and Applied<br /> Pharmacology, 216, pp. 122 - 130.<br /> 24. Environmetal Health Crittera: 18 WHO Geneva 1981-4-22.<br /> 25. Gautam Samanta, Ramesh Sharma, Tarit Roychowdhury, Dipankar Chakraborti. (2004),<br /> “Arsenic and other elements in hair, nails, and skin - scales of arsenic victims in West<br /> Bengal, India”, Science of the Total Environment, 326, pp. 33 - 47.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 15<br /> 26. Gautam Samanta, TaritRoy Chowdhury, Badal K. Mandal, Bhajan K. Biswas, Uttam K.<br /> Chowdhury, Gautam K. Basu, Chitta R. Chanda, Dilip Lodh, and Dipankar Chakraborti.<br /> (1999), “Flow Injection Hydride Generation Atomic Absorption Spectrometry for<br /> Determination of Arsenic in Water and Biological Sample from Arsenic - Affected<br /> Districts of West Bengal, India, and Bangladesh”, Microchemical Journal, 62, pp. 174 -<br /> 191.<br /> 27. G.F.Kirkbight. T.S.West and Colin Woodward (1996), Some spectroflourimetric<br /> application of the cerium(IV) – cerium(III) system, Anal.Chim.Acta, vol 36 , page 327-<br /> 331.<br /> 28. L.Rahman, W.T. Corns, D.W.Bryce, P.B. Stockwell. (2000), “Determination of mercury,<br /> selennium, bismuth, arsenic and antimony in human hair by microwave digestion<br /> atomic fluorescence spectrometry”, Talanta, 52, pp. 833 - 843.<br /> 29. Margaret R. Karagas, Therese A. Stukel, Tor d. Tosteson. (2004), “Assessment of cancer<br /> risk and enviromental levels of arsenic in New Hampshire”, Int. J. Hyg. Environ.<br /> Health, 205, pp. 85 - 94.<br /> 30. Netherlands National Committee of the International Association of Hydrogeologists<br /> (2006), Arsenic in groundwater – a world problem, Seminar Utrecht 29 November<br /> 2006, The Netherlans.31. L.Rahman, W.T. Corns, D.W.Bryce, P.B. Stockwell.<br /> (2000), “Determination of mercury, selennium, bismuth, arsenic and antimony in<br /> human hair by microwave digestion atomic fluorescence spectrometry”, Talanta, 52,<br /> pp. 833 - 843.<br /> 31. Omi Agrawal, G.Sunita and V.K.Gupta (1999), Asensitive colorimetric method for the<br /> determination of Arsenic in environmental and biological samples, J.Chin Chem.Soc,<br /> Vol.46, No.4.<br /> 32. Strosnider H (2003), Whole-cell bacterial biosensor and the detection of bioavailable<br /> arsen, U.S.Environmental protection agency office of solid waste and emergency<br /> response technology innovati on office .<br /> 33. Sachandra Biswas, Bhaskar Chowdhury and Bidhar Chandra Ray( 2004), Analyticalstudy<br /> environmentally hazardous element arsenic by indeirect spectrofluorimetric method in<br /> diverse fields, Analytical letters – Vol 37, no 9.<br /> 34. Thusitha Rupasinghe, Terence J.Cardwell, Robert W.Cattrall, Maria D.Lugue de Castro, Spas<br /> D.Kolev(2001), Pervaporation – flow injection determination of arsenic based on hydride<br /> generation and the molybdenum blue reaction, Analytica Chemica Acta 445, page229 –<br /> 238.<br /> <br /> <br /> 16<br /> 35. Tetsuro Agusa, Takashi Kunito, Junco Fujihara, Reiji Kubota, Tu Binh Minh, Phan Thi<br /> Kim Trang, Hisato Iwata, Annamalai Subramanian, Pham Hung Viet, Shinsuke Tanabe.<br /> (2006), “Contamination by arsenic and other trace elements in tube - well water and its<br /> risk assessment to humans in Hanoi, Vietnam”, Environmental Pollution, 39, pp. 95 -<br /> 106.<br /> 36. Tomas.Pe'rez-Ruiz, Carmen Marti’nez-lozano, Virginia Tomas, Jesus Martin (2001),<br /> Flow-injection fluorimetric method for the determination of dimethylarsinic acid using<br /> on-line photo-oxidation, Analytica Chimica Acta, Vol.447, Issues 1-2, 26 November<br /> (2001), Pages 229-235.<br /> 37. Xia He, Gong Guoquan, Zhao Hui, and Li Hu-Lin (1997), Fluorometric determiation<br /> of As(III) with fluorescein, Microchemical Journal, vol 56, page 327-331.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 17<br />