Luận văn Thạc sĩ Khoa học Hoá học: Phân tích và đánh giá hàm lượng Sắt, Mangan trong nước giếng khoan bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ...................................

TƢỜNG THỊ CẨM NHUNG

PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HÀM LƢỢNG

SẮT, MANGAN TRONG NƢỚC GIẾNG KHOAN

BẰNG PHƢƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ

NGUYÊN TỬ NGỌN LỬA (F-AAS)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HOÁ HỌC

THÁI NGUYÊN - 2011

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ...................................

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

TƢỜNG THỊ CẨM NHUNG

PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HÀM LƢỢNG SẮT, MANGAN

TRONG NƢỚC GIẾNG KHOAN BẰNG PHƢƠNG PHÁP

QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ NGỌN LỬA (F-AAS) Chuyên ngành: HOÁ PHÂN TÍCH

Mã số: 60.44.29

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HOÁ HỌC

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS.Trần Thị Hồng Vân

THÁI NGUYÊN - 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 tài

liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng ai công bố trong bất kỳ

công trình nào.

Tác giả

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Tƣờng Thị Cẩm Nhung

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS. Trần Thị Hồng Vân – Cô đã

tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm quý báu để tôi có thể

hoàn thành được luận văn này.

Tôi xin cảm ơn các thầy, cô giáo, cán bộ Khoa Hoá học – trường Đại

học Sư phạm Thái Nguyên đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong thời gian

học tập và nghiên cứu khoa học tại trường.

Tôi xin cảm ơn các cán bộ, viên chức công tác tại Trung tâm Y tế Dự

phòng tỉnh Thái Nguyên đã hỗ trợ máy móc cũng như trang thiết bị làm thực

nghiệm và tài liệu liên quan trong quá trình tôi làm luận văn.

Tôi xin cảm ơn Trung tâm Y tế Dự phòng tỉnh Thái Nguyên đã tạo mọi

điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong thời gian học Cao học.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới toàn thể gia đình, bạn bè đồng nghiệp đã

luôn cổ vũ, động viên tôi trong suốt thời gian qua.

Trong quá trình thực hiện luận văn do còn hạn chế về mặt thời gian,

kinh phí cũng như trình độ chuyên môn nên không tránh khỏi những thiếu sót.

Rất mong nhận được những ý kiến quý báu của các thầy cô, các nhà khoa

học, bạn bè và đồng nghiệp.

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 10 tháng 8 năm 2011

Tác giả

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Tƣờng Thị Cẩm Nhung

Trang

MỤC LỤC MỞ ĐẦU.................................................................................................... 1 Chƣơng 1: TỔNG QUAN......................................................................... 4

1.1. MANGAN VÀ HỢP CHẤT CỦA MANGAN................................. 4

1.1.1. Mangan ...........................................................................................

1.1.2. Các hợp chất của mangan .............................................................. 5

1.1.2.1. Hợp chất của Mn(II)...................................................................... 5

1.1.2.2. Hợp chất của Mn(III)..................................................................... 5

1.1.2.3. Hợp chất của Mn(IV)..................................................................... 6

1.1.2.4. Hợp chất của Mn(VI)..................................................................... 6

1.1.2.5. Hợp chất của Mn(VII)...................................................................

1.1.3. Ứng dụng của Mangan.................................................................... 8

1.1.4. Sự xuất hiện của Mangan và khả năng gây ô nhiễm của mangan trong nƣớc ngầm.........................................................................

1.2. SẮT VÀ HỢP CHẤT CỦA SẮT ..................................................... 9

1.2.1. Sắt..................................................................................................... 9

1.2.1.1. Vị trí và tính chất của nguyên tử sắt.............................................. 9

1.2.1.2. Trạng thái tự nhiên......................................................................... 10

1.2.1.3. Tính chất lí học của sắt..................................................................

1.2.1.4. Tính chất hóa học của sắt............................................................... 11

1.2.2. Một số hợp chất của sắt................................................................... 12

1.2.2.1. Sắt(II) oxit (FeO)...........................................................................

1.2.2.2. Sắt(II) hiđroxit: Fe(OH)2................................................................

1.2.2.3. Muối sắt(II).................................................................................... 13

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

1.2.2.4. Sắt(III) oxit: Fe2O3......................................................................... 14

1.2.2.5. Sắt(III) hiđroxit: Fe(OH)3.............................................................. 15

1.2.2.6. Muối sắt(III)................................................................................... 16

1.2.2.7. Phức chất của sắt(III)..................................................................... 17

1.2.3. Vai trò của sắt đối với cơ thể con ngƣời ........................................ 17

1.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MANGAN VÀ SẮT.............. 18

1.3.1. Các phƣơng pháp hóa học............................................................... 18

1.3.1.1. Phân tích khối lượng...................................................................... 18

1.3.1.2. Phân tích thể tích............................................................................ 19

1.3.2. Các phƣơng pháp phân tích công cụ.............................................. 20

1.3.2.1. Các phương pháp điện hóa............................................................. 20

1.3.3. Các phƣơng pháp quang học.......................................................... 22

1.3.3.1. Phương pháp trắc quang................................................................

1.3.3.2. Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử…………………………….

1.3.3.3. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử……………………………. 27

1.3.4. Phƣơng pháp sắc ký………………………………………………. 28

1.3.4.1. Phương pháp sắc ký lỏng cao áp và phương pháp dòng chảy sử dụng detector điện hóa……………………………………………………

1.3.4.2. Phương pháp sắc ký điện di mao quản…………………………... 28

CHƢƠNG II. THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................................................................................

2.1. GIỚI THIỆU PHƢƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ …. 30

2.1.1. Nguyên tắc của phép đo AAS…………………………………….. 30

2.1.2. Trang bị của phép đo AAS............................................................... 31

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

2.1.3. Ƣu nhƣợc điểm của phƣơng pháp.................................................. 32

2.2. HOÁ CHẤT, DỤNG CỤ, THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU.................... 33

2.2.1. Trang thiết bị……………………………………………………… 33

2.2.2. Dụng cụ…………………………………………………………… 34

2.2.3. Hóa chất…………………………………………………………... 34

2.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU…………………………………. 34

2.3.1. Phƣơng pháp đƣờng chuẩn………………………………………. 34

2.3.2. Phƣơng pháp thêm chuẩn………………………………………... 36

2.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU……………………………………….. 38

2.4.1. Khảo sát các điều kiện thực nghiệm xác định Fe, Mn bằng phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử dùng ngọn lửa..............................

2.4.2. Khảo sát ảnh hƣởng của cation khác............................................. 39

2.4.3. Khảo sát vùng tuyến tính của Fe, Mn............................................. 39

2.4.4. Đánh giá sai số, độ lặp, khoảng tin cậy của phép đo..................... 39

2.4.5. Lấy mẫu, bảo quản và xử lý mẫu.................................................... 39

2.4.6. Phân tích mẫu thực tế theo phƣơng pháp đƣờng chuẩn và phƣơng pháp thêm chuẩn..........................................................................

CHƢƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU……………………………. 40

3.1. KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC KIM LOẠI SẮT VÀ MANGAN BẰNG PHƢƠNG PHÁP

F-AAS........................................................................................................

3.1.1. Khảo sát các thông số máy.............................................................. 40

3.1.1.1. Khảo sát vạch phổ hấp thụ............................................................. 40

3.1.1.2. Khảo sát cường độ dòng đèn.......................................................... 41

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

3.1.1.3. Khảo sát lưu lượng khí axetylen.................................................... 43

3.1.1.4. Khảo sát khe đo của máy phổ hấp thụ nguyên tử.......................... 44

3.1.1.5. Khảo sát chiều cao của đèn nguyên tử hóa mẫu............................ 45

3.1.2. Khảo sát ảnh hƣởng của các loại axit và nồng độ axit.................. 46

3.1.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của axit đối với sắt………………………… 47

3.1.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của axit đối với Mn....................................... 49

3.2. KHẢO SÁT SƠ BỘ THÀNH PHẦN MẪU..................................... 51

3.3. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC CATION.......................... 52

3.4. KHẢO SÁT KHOẢNG TUYẾN TÍNH CỦA Fe VÀ Mn............. 54

3.5. XÂY DỰNG ĐƢỜNG CHUẨN, XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN PHÁT HIỆN VÀ GIỚI HẠN ĐỊNH LƢỢNG....................................................

3.5.1. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định sắt.............................................. 58

3.5.2. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định mangan..................................... 60

3.6. TỔNG HỢP CÁC ĐIỀU KIỆN ĐO PHỔ F-AAS CỦA SẮT VÀ MANGAN...................................................................................................

3.7. SAI SỐ VÀ ĐỘ LẶP LẠI CỦA PHÉP ĐO...................................... 62

3.7.1. Đánh giá sai số và độ lặp lại của phép đo Fe.................................. 63

3.7.2. Đánh giá sai số và độ lặp lại của phép đo Mn................................ 64

3.8. PHÂN TÍCH MẪU THỰC TẾ BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐƢỜNG CHUẨN......................................................................................

3.8.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu............................................................... 66

3.8.2. Xử lý mẫu………………………………………………………….. 71

3.8.3. Kết quả xác định hàm lƣợng kim loại sắt, mangan trong nƣớc giếng khoan bằng phép đo F – AAS..........................................................

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

3.9. PHÂN TÍCH MẪU NƢỚC GIẾNG KHOAN BẰNG PHƢƠNG PHÁP THÊM CHUẨN.............................................................................

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………………………………………….. 79

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

TÀI LỆU THAM KHẢO……………………………………………….. 81

DANH MỤC CÁC BẢNG

Tên bảng Số bảng Trang

Bảng 3.1 41

Bảng 3.2 41 Kết quả khảo sát các bước sóng hấp thụ khác nhau của Fe Kết quả khảo sát các bước sóng hấp thụ khác nhau của Mn

Bảng 3.3 Khảo sát cường độ dòng đèn đối với Fe 42

Bảng 3.4 Khảo sát cường độ dòng đèn đối với Mn 42

Bảng 3.5 Khảo sát tốc độ dẫn khí axetylen của Fe 43

Bảng 3.6 Khảo sát tốc độ dẫn khí axetylen của Mn 43

Bảng 3.7 Kết quả khảo sát khe đo đối với Fe 44

Bảng 3.8 Kết quả khảo sát khe đo đối với Mn 45

Bảng 3.9 Khảo sát chiều cao đèn nguyên tử hóa đối với Fe 45

Bảng 3.10 Khảo sát chiều cao đèn nguyên tử hóa đối với Mn 46

Bảng 3.11 47 Ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit tới phép đo Fe

48 Bảng 3.12 Khảo sát ảnh hưởng của HNO3 0,13% và HCl 0,13%

Bảng 3.13 49 Ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit tới phép đo Mn

50 Bảng 3.14 Khảo sát ảnh hưởng của HNO3 0,13% và HCl 0,13%

Bảng 3.15 Kết quả sơ bộ thành phần mẫu nước 51

Bảng 3.16 Ảnh hưởng của các kim loại kiềm 52

Bảng 3.17 Ảnh hưởng của các kim loại kiềm thổ 53

Bảng 3.18 Ảnh hưởng của các kim loại nhóm 3 53

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Bảng 3.19 Ảnh hưởng của các kim loại nặng khác 53

Bảng 3.20 Ảnh hưởng của các ion kim loại khác 54

Bảng 3.21 Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Fe 55

Bảng 3.22 Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Mn 56

Bảng 3.23 Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ sắt 59

Bảng 3.24 Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ Mn 60

Bảng 3.25 62 Tổng kết các điều kiện đo phổ F – AAS của sắt và mangan

Bảng 3.26 64 Kết quả xác định sai số của phương pháp với phép đo Fe

Bảng 3.27 65 Kết quả xác định sai số của phương pháp với phép đo Mn

Bảng 3.28 Địa điểm, thời gian và kí hiệu mẫu phân tích Bảng 3.29 Nồng độ kim loại Fe và Mn trong nước giếng khoan 72 (Tháng 5/2011)

Bảng 3.30 Nồng độ kim loại Fe và Mn trong nước giếng khoan 73 (Tháng 6/2011)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Bảng 3.31 Giới hạn tối đa nồng độ kim loại trong mẫu nước Bảng 3.32 Kết quả phân tích hàm lượng Fe tháng 5/2011 Bảng 3.33 Kết quả phân tích hàm lượng Fe tháng 6/2011 Bảng 3.34 Kết quả phân tích hàm lượng Mn tháng 5/2011 Bảng 3.35 Kết quả phân tích hàm lượng Mn tháng 6/2011 78

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Số hình vẽ Tên hình vẽ Trang

Hình 2.1 Đồ thị của phương pháp đường chuẩn 35

Hình 2.2 Đồ thị phương pháp thêm chuẩn 38

Hình 3.1 Độ hấp thụ của Fe trong các axit tối ưu 48

Hình 3.2 Độ hấp thụ của Mn trong các axit tối ưu 50

Hình 3.3 Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Fe 56

Hình 3.4 Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Mn 57

Hình 3.5 Đường chuẩn xác định hàm lượng Fe 59

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 3.6 Đường chuẩn xác định hàm lượng Mn 61

MỞ ĐẦU

Trong quá trình sinh sống và phát triển con người càng khai thác nhiều

nguồn tài nguyên thiên nhiên hơn, trong đó có những tài nguyên không tái tạo

được thì sẽ đi đến chỗ cạn kiệt như: nạn chặt phá rừng quá nặng nề, khai thác

tài nguyên khoáng sản, khai thác nước … Mặt khác con người cũng sản sinh

ra nhiều chất thải hơn và càng làm cho môi trường bị ô nhiễm và suy thoái.

Sự suy thoái của môi trường đang đe dọa tới sức khỏe và tính mạng của hàng

trăm triệu người dân trên thế giới nhất là các nước đang phát triển.

Chính vì vậy mà trong thời đại hiện nay, trên phạm vi toàn thế giới và

trong từng quốc gia nổi lên vấn đề cơ bản nhất có ảnh hưởng trực tiếp tới sức

khỏe của con người đó là vấn đề ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm

môi trường nước nói riêng.

Như chúng ta đã biết, nước cũng như không khí rất cần thiết cho sự

sống và các hoạt động của cơ thể con người, cho sự tồn tại và phát triển của

môi trường xung quanh. Trong cơ thể mỗi con người lượng nước sạch cần

thiết trong một ngày dùng để ăn uống từ 2,5 – 3 lít nước và dùng cho các nhu

cầu khác như tắm giặt … bình quân cần phải từ 100 – 120 lít/ngày.

Nguy cơ khan hiếm nước và tình trạng các nguồn nước sạch bị ô nhiễm

dẫn đến tình trạng thiếu nước sạch phục vụ cho ăn uống và cho sinh hoạt của

con người càng ngày càng trầm trọng. Ở nước ta đang bước vào thời kỳ đẩy

mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa cùng với sự gia tăng về dân số, do vậy

mà vấn đề nước sạch đã trở lên cấp bách hơn bao giờ hết. Tổ chức Y tế thế

giới (WHO) đã tiến hành nghiên cứu cơ cấu bệnh tật ở Châu Á và đã đi đến

kết luận như sau: “ Tại một số nước ở Châu Á có 60% bệnh nhiễm trùng và

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

40% tử vong là do nước dùng sinh hoạt không hợp vệ sinh”. Quỹ nhi đồng

Liên Hiệp Quốc (UNICEF) lại cảnh báo: “ Hàng năm, tại các nước đang phát

triển có khoảng 14 triệu trẻ em dưới 5 tuổi bị chết và 5 triệu trẻ em bị tàn tật

do dùng nước bị ô nhiễm”.

Có rất nhiều chỉ tiêu để đánh giá chất lượng nước như: độ pH, độ kiềm,

độ axit, hàm lượng oxi (DO, BOD, COD), hàm lượng chất hữu cơ, chất bảo

vệ thực vật, hàm lượng các cation, anion… Nước sạch đưa vào cơ thể nhiều

nguyên tố cần thiết cho sự sống như: Iot, Sắt, Flo, Kẽm, Đồng, Mangan …

Tuy nhiên khi nồng độ của chúng trong nước vượt quá mức cho phép thì nó

sẽ gây ra các bệnh hiểm nghèo. Do đó nước dùng cho cuộc sống phải đủ về số

lượng và đảm bảo an toàn về chất lượng.

Sắt là một trong những kim loại có nhiều trong vỏ trái đất. Nồng độ của

nó trong nước thiên nhiên có thể từ 0,5 - 50 mg/l. Nhu cầu tối thiểu về sắt

hàng ngày tùy thuộc vào độ tuổi, giới tính, thể chất thay đổi từ 10 - 15

mg/ngày. Còn mangan thì nhu cầu dinh dưỡng mỗi ngày đối với cơ thể con

người từ 30 – 50 µg/kg thể trọng. Nếu dư thừa, mangan thì sẽ gây ra các bệnh

hiểm nghèo như: viêm túi mật, ảnh hưởng đến vị giác và tuyến giáp trạng…

Người ta đã ghi nhận được chứng cứ về tính nhiễm độc thần kinh do tiếp xúc

lâu với bụi có chứa mangan là tác dụng lên hệ thần kinh trung ương, gây tổn

thương thận và bộ máy tuần hoàn, phổi, ngộ độc nặng có thể dẫn tới tử vong

[17]. Vì vậy, việc xác định chính xác hàm lượng các kim loại nặng độc hại

(Fe, Mn …) trong nước là vô cùng cần thiết. Nó góp phần bảo vệ sức khỏe

cộng đồng, đồng thời cũng góp phần xây dựng quy trình phục vụ kiểm tra

chất lượng nước.

Xuất phát từ mục tiêu đó chúng tôi lựa chọn đề tài:

“Phân tích và đánh giá hàm lƣợng Sắt, Mangan trong nƣớc giếng khoan

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

bằng phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F – AAS)”.

Chúng tôi tiến hành xác định hàm lượng sắt, mangan trong nước sinh

hoạt bằng kỹ thuật F – AAS để từ đó xác định mức ô nhiễm sắt, mangan và có

biện pháp xử lý thích hợp.

Để thực hiện đề tài này, chúng tôi tập trung giải quyết các nhiệm vụ sau:

+ Khảo sát các điều kiện thực nghiệm xác định sắt, mangan bằng máy

quang phổ hấp thụ nguyên tử Shimadzu AA-6300.

+ Chọn nền và môi trường phân tích.

+ Khảo sát ảnh hưởng của các cation khác.

+ Khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của sắt và mangan trong phép đo

F-AAS và xây dựng đường chuẩn xác định các nguyên tố này.

+ Xác định hàm lượng các kim loại sắt, mangan trong nước giếng

khoan ở một số phường của thành phố Thái Nguyên và đánh giá mức độ ô

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

nhiễm của chúng.

Chƣơng 1

TỔNG QUAN

1.1. MANGAN VÀ HỢP CHẤT CỦA MANGAN

1.1.1. Mangan [8]

Mangan là nguyên tố thuộc phân nhóm phụ nhóm VII trong bảng

HTTH của Menđeleep:

- Khối lượng nguyên tử: 54,938

- Tỷ trọng: 7,44

- Nhiệt độ nóng chảy: 12440C

- Nhiệt độ sôi: 21200C

- Cấu hình electron lớp ngoài cùng: 3d54s2

- Mangan có các trạng thái oxi hóa từ +2 đến +7

Trong thiên nhiên Mn là nguyên tố tương đối phổ biến, đứng hàng thứ

3 trong số các kim loại chuyển tiếp sau Fe và Ti. Trữ lượng của Mn trong vỏ

trái đất là0,032%. Mangan không tồn tại ở trạng thái tự do mà tồn tại chủ yếu

trong các khoáng vật. Khoáng vật chính của Mn là hausmanit( Mn3O4 ) chứa

khoảng 72% Mn, pirolusit(MnO2) chứa khoảng 63% Mn, braunit (Mn2O3) và

manganit MnO2.Mn(OH)2. Nước ta có mỏ pirolusit lẫn hemantit ở Yên Cư và

Thanh Tứ ( Nghệ An), mỏ pirolusit lẫn hêmantit ở Tốc Tác và Bản Khuôn

(Cao Bằng).

Trong cơ thể con người Mn có khoảng 4.10-10% nằm trong tim, gan và

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

tuyến thượng thận, ảnh hưởng đến sự trưởng thành của cơ thể và sự tạo máu.

Mangan có nhiều đồng vị từ đến trong đó chỉ có là đồng

vị thiên nhiên chiếm 100%. Đồng vị phóng xạ bền nhất là có chu kì bán

hủy là 140 năm, và kém bền nhất là có chu kì bán hủy là 0,4s [18].

1.1.2. Các hợp chất của mangan [1]

1.1.2.1. Hợp chất của Mn(II)

Đa số hợp chất Mn(II) dễ tan trong nước, ít tan là MnO, MnS,

MnF2, Mn(OH)2, MnCO3 và Mn3(PO4)2. Khi tan trong nước các muối Mn(II) phân li tạo phức aquơ kiểu [Mn(OH2)6]2+ làm cho dung dịch có màu hồng.

Khi tác dụng với các chất oxi hóa các hợp chất Mn(II) thể hiện tính

khử. Trong môi trường kiềm Mn(OH)2 bị O2 của không khí oxi hóa:

6Mn(OH)2 + O2 → 2Mn2MnO4 + 6H2O

2- :

( Đây là một phản ứng dùng để định lượng oxi hòa tan trong nước)

Trong môi trường kiềm mạnh, Mn2+ có thể bị oxi hóa thành MnO4

3MnSO4 + 2KClO3 + 12KOH → 3K2MnO4 + 2KCl + 3K2SO4 + 6H2O

- :

Trong môi trường axit những chất oxi hóa mạnh như PbO2 oxi hóa

Mn2+ thành MnO4

2MnSO4 + 5PbO2 + 6HNO3 → 2HMnO4 + 3Pb(NO3)2 + 2PbSO4 + 2H2O

1.1.2.2. Hợp chất của Mn(III)

Mn(III) oxit Mn2O3 tồn tại trong tự nhiên dưới dạng khoáng vật

braunit.

Mn(III) hiđroxit được kết tủa từ dung dịch nước không có thành phần ứng đúng Mn(OH)3 mà là hiđrat Mn2O3.xH2O. Ở 1000C hiđrat này mất nước

tạo thành mono hiđrat Mn2O3.H2O thường được biểu diễn là MnOOH và tồn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

tại trong tự nhiên dưới dạng khoáng vật Manganit.

Những muối Mn(III) đơn giản và tương đối thông dụng là: MnF3, Mn2(SO4)3, Mn(CH3COO)3. Trong dung dịch Mn3+ dễ bị phân hủy theo phản ứng:

2Mn3+ + 2H2O  MnO2 + Mn2+ + 4H+

Tuy nhiên Mn3+ tồn tại bền hơn khi ở các trạng thái phức chất. Ví dụ +. M3[Mn(CN)6] trong đó M là Na+, K+, NH4

1.1.2.3. Hợp chất của Mn(IV)

Đối với Mn(IV) hợp chất bền là MnO2 và Mn(OH)4, các muối Mn(IV) không có nhiều và cation Mn4+ bị thủy phân mạnh trong dung dịch nước tạo

thành MnO2.

MnO2, Mn(OH)4 là những hợp chất vừa có tính oxi hóa, vừa có tính

khử, không tan trong nước.

Khi tác dụng với chất khử chúng đóng vai trò chất oxi hóa, Ví dụ:

MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O

Khi tác dụng với chất oxi hóa chúng đóng vai trò chất khử, sản phẩm là

những hợp chất Mn(VI), Mn(VII):

3MnO2 + KClO3 + 6KOH → 3K2MnO4 + KCl + 3H2O

2MnO2 + 3PbO2 + 6HNO3 → 2HMnO4 + 3Pb(NO3)2 + 2H2O

2-) có màu lục thẫm.

1.1.2.4. Hợp chất của Mn(VI)

Mn(VI) chỉ được biết trong ion manganat (MnO4

Người ta đã tách được tinh thể muối manganat của kim loại kiềm, amôni, kim

2- chỉ tồn tại trong dung dịch có dư kiềm, trong trường hợp ngược

loại kiềm thổ, chì, cacđimi.

MnO4

lại chúng thủy phân theo phương trình:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

3K2MnO4 + 2H2O → 2KMnO4 + MnO2 + 4KOH

K2MnO4 + H2SO4 → H2MnO4 + K2SO4

( 3H2MnO4 → 2HMnO4 + MnO2 + 2H2O)

Các hợp chất Mn(VI) là những chất oxi hóa mạnh, tuy nhiên khi tác

dụng với các chất oxi hóa mạnh hơn thì sẽ thể hiện tính khử:

2K2MnO4 + Cl2 → 2KMnO4 + 2KCl

1.1.2.5. Hợp chất của Mn(VII)

Anhiđric pemanganic Mn2O7 là chất lỏng nhờn, màu đen xanh, không

bền. Người ta điều chế nó bằng cách tác dụng H2SO4 đặc lên KMnO4 :

2KMnO4 + H2SO4 → Mn2O7 + K2SO4 + H2O

Mn2O7 là hợp chất oxit axit điển hình, tác dụng mạnh với nước theo

phản ứng:

Mn2O7 + H2O → 2HMnO4

- có màu đỏ tím tồn tại nhiều dưới dạng muối. KMnO4 là chất

Ion MnO4

oxi hóa mạnh và được dùng rộng rãi trong phòng thí nghiệm. Sản phẩm khử

pemanganat được tạo thành tương ứng với tính chất của môi trường.

Trong môi trường axit mạnh:

4 + 5e + 8H+ → Mn2+ + 4H2O

MnO- = 1,51 V

Trong môi trường acid yếu, trung tính:

4 + 4H+ + 3e → MnO2 + 2H2O

MnO- = 1,231 V

2- E0 = 0,56 V

Môi trường kiềm:

- + e → MnO4

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

MnO4

1.1.3. Ứng dụng của Mangan [8]

Gần 95% Mn được sản xuất là dùng để chế thép trong ngành luyện

kim. Mn có khả năng loại oxi, loại lưu huỳnh trong thép, gang và có khả năng

tạo hợp kim với sắt hành thép đặc biệt, truyền cho thép những phẩm chất tốt

như khó rỉ, cứng và chịu mài mòn. Thép Mn chứa 1-2% Mn dùng làm đường

ray, trụ mô tơ, bánh răng. Thép Mn chứa 10-15% Mn dùng để làm những chi

tiết cứng, chịu va đập như búa, má của máy đập đá, bi của máy nghiền quặng

và gàu của tàu nạo vét sông. Thép không rỉ loại không có Ni chứa 14% Cr và

15% Mn chịu được axit HNO3 và những khí chứa lưu huỳnh. Gang kính chứa

5-20% Mn.

Mangan có hàm lượng nhỏ trong sinh vật và là nguyên tố vi lượng quan

trọng đối với sự sống. Đất thiếu Mn làm cho thực vật thiếu Mn, điều này ảnh

hưởng lớn đến sự phát triển của xương động vật. Ion Mn là chất hoạt hóa một

số enzim xúc tiến một số quá trình tạo thành chất clorofin (chất diệp lục), tạo

máu và sản xuất những kháng thể nâng cao sức đề kháng của cơ thể. Mangan

cần cho quá trình đồng hóa nitơ của thực vật và quá trình tổng hợp protein.

Nhu cầu Mn của người lớn là 8 mg mỗi ngày. Thực phẩm chứa nhiều Mn là

củ cải đỏ, cà chua, đậu tương, khoai tây. Mn làm giảm lượng đường trong

máu nên tránh được bệnh tiểu đường.

1.1.4. Sự xuất hiện của Mangan và khả năng gây ô nhiễm của mangan

trong nƣớc ngầm

Trước khi xét đến sự ô nhiễm của Mn trong nước ngầm ta cũng cần

điểm qua sự xuất hiện của Mn trong tự nhiên và trong nước thải.

Trong tự nhiên ở sông ngòi Mn chứa từ 0,001-0,16mg/l. Trong nước

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

đường ống thì Mn ở ngưỡng 0,05mg/l [5].

Trong công nghiệp luyện kim chế tạo máy, hóa chất làm giàu quặng

Mn, chế biến quặng...thì nồng độ Mn trong nước thải là 1-1,2mg/l. Trong

công nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng, nước thải chứa 0,05- 0,47mg/l Mn.

Thông thường Mn được thải ra dưới dạng muối tan như muối sunfat, clorua,

nitrat của Mn(II).

Trong nước ngầm Mn thường tồn tại ở dạng hóa trị II( Mn2+) vì không

có mặt ôxi hòa tan hàm lượng Mn có thể là 1mg/l [13].

Khi nghiên cứu tác động của hợp chất Mn và độc tính của chúng đối

với cơ thể sống, người ta thấy rằng:

- Ở nồng độ 0,1mg/l Mn làm cho nước đục.

- Ở nồng độ 0,25mg/l Mn nhuộm màu nước thành tối.

- Ở nồng độ 0,2- 0,4 mg/l Mn làm kém chất lượng nước.

- Ở nồng độ 0,5mg/l Mn làm cho nước có mùi kim loại.

- Mangan làm giảm COD của nước. Nồng độ Mn 0,001mg/l làm giảm

2% COD. Nồng độ Mn 0,01mg/l làm giảm 10% COD.

- Ở nồng độ 2mg/l, Mn gây độc tính đối với cây trồng.

Nồng độ giới hạn cho phép của Mn trong nước ngầm là 0,1 - 0,5mg/l [14].

1.2. SẮT VÀ HỢP CHẤT CỦA SẮT [1,7,19]

1.2.1. Sắt

1.2.1.1. Vị trí và tính chất của nguyên tử sắt

Tên, kí hiệu, số thứ tự: Sắt, Fe, 26

Phân loại: Kim loại chuyển tiếp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Cấu hình electron [Ar] 3d64s2

Khối lượng riêng, độ cứng 7.874 kg/m3

Bề ngoài Kim loại màu xám, nhẹ có ánh kim

Khối lượng nguyên tử 55.845 đvc

Bán kính nguyên tử (Ao) 1.35

Năng lượng ion hóa (eV) I1=7.9 ; I2 = 16.18; I3 = 30.63

Thế điện cực chuẩn (V), Eo = -0.44V ; = 0.77V

Trạng thái oxi hóa +2, +3

Hóa trị II, III

1.2.1.2. Trạng thái tự nhiên

Sắt là nguyên tố phổ biến đứng hàng thứ 4 về hàm lượng trong vỏ trái

đất sau O, Si, Al. Trong thiên nhiên sắt có 4 đồng vị bền : , (91.68%),

và . Những khoáng vật quan trọng của sắt là manhetit (Fe3O4) chứa

đến 72% sắt, hematit (Fe2O3) chứa 60% sắt, pirit (FeS2) và xiderit chứa 35%

sắt. Có rất nhiều mỏ quặng sắt và sắt nằm dưới dạng khoáng chất với nhôm,

titan, mangan,...Sắt còn có trong nước thiên nhiên và thiên thạch sắt.

1.2.1.3. Tính chất lí học của sắt

Sắt là kim loại có ánh kim, có màu trắng xám, dễ rèn và dễ dát mỏng.

Sắt có 4 dạng thù hình bền ở những khoảng nhiệt độ xác định:

Fe α Fe  Fe γ Fe  Fe lỏng

Những dạng α và  có kiến trúc tinh thể kiểu lập phương tâm khối

nhưng có kiến trúc electron khác nhau nên Fe α có tính sắt từ và Fe  có tính

thuận từ, Fe α khác với Fe  là không hòa tan C, Fe γ có kiến trúc lập phương

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

tâm diện và tính thuận từ, Fe  có kiến trúc lập phương tâm khối như Fe α

nhưng tồn tại đến nhiệt độ nóng chảy. Ở điều kiện thường, sắt là một nguyên

tố sắt từ, tức là bị nam châm hút. Ngoài ra dưới tác dụng của dòng điện, sắt

trở thành nam châm.

Một số hằng số vật lí quan trọng của sắt.

Nhiệt thăng hoa : 418kJ/mol

Tỉ khối: 7.91

Nhiệt độ nóng chảy : 15360C Nhiệt độ sôi: 28800C Khối lượng riêng: 7.91g/cm3 Độ dẫn điện (Hg =1) : 10

1.2.1.4. Tính chất hóa học của sắt

Sắt là một kim loại có hoạt tính hóa học trung bình. Ở điều kiện

thường, không có hơi ẩm, sắt là kim loại thụ động. Sắt không tác dụng rõ rệt

với những phi kim điển hình như oxi, lưu huỳnh, clo, brôm vì có màng oxit

bảo vệ.

Khi đun nóng (đặc biệt ở dạng bột nhỏ) sắt tác dụng với hầu hết các phi

kim. Khi đun nóng trong không khí khô, sắt tạo nên Fe2O3 và ở nhiệt độ cao

hơn tạo nên Fe3O4.

Sắt phản ứng mạnh với các halogen. Khi đun nóng sắt với các halogen

thu được Fe(III) halogenua khan FeX3. Khí clo dễ dàng phản ứng với Fe tạo

thành FeCl3 .

Tuy nhiên khi nghiền bột I2 với Fe sản phẩm tạo thành có thành phần là

Fe3I8 ( hay 2FeI3.FeI2):

3Fe + 4I2 Fe3I8

Nung Fe với S cũng có phản ứng tạo ra sắt sunfua:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Fe + S FeS

Sắt tác dụng trực tiếp với CO tạo thành hợp chất cacbonyl khi nung

nóng Fe trong ống chứa CO ở 150 – 2000C và áp suất khoảng 100atm:

Fe + 5CO Fe(CO)5

Sắt tinh khiết bền trong không khí và nước. Ngược lại sắt có chứa tạp

chất bị ăn mòn dần do tác dụng của hơi ẩm, khí cacbonic và oxi ở trong không

khí tạo nên gỉ sắt. Do lớp gỉ sắt xốp và dòn nên không bảo vệ được sắt khỏi bị

oxi hóa tiếp.

Sắt tan được trong các axit loãng. Sắt bị thụ động khi tác dụng với axit

H2SO4 đặc nguội và axit HNO3 đặc nguội. Khi tác dụng với các axit có tính

oxi hóa mạnh như axit H2SO4 và HNO3 thì sắt bị oxi hóa thành Fe(III) và giải

phóng sản phẩm phụ.

Trong dung dịch kiềm khi đun nóng Fe khử được ion H+ của nước tạo

thành H2 và các sản phẩm chính là Fe3O4 hoặc Fe(FeO2)2 màu đen.

Sắt tạo thành hai dãy Fe(II) và Fe(III).

1.2.2. Một số hợp chất của sắt

1.2.2.1. Sắt(II) oxit (FeO)

FeO là chất bột màu đen, điều chế bằng cách cho H2 để khử Fe2O3 ở

3000C:

Fe2O3 + H2 FeO + H2O

Hàm lượng sắt trong FeO thường bé hơn so với hàm lượng của nguyên

tố đó ứng với công thức phân tử, vì các nguyên tử Fe chiếm không hoàn toàn

các mắt của mạng lưới tinh thể, ứng với công thức Fe0,95O.

FeO không tan trong nước nhưng có phản ứng với nước đặc biệt khi đun

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

nóng. Sau khi đun nóng mạnh FeO bị trơ, nghĩa là mất hoạt tính hóa học cao.

FeO dễ tan trong dung dịch axit, không tan trong dung dịch kiềm, là

oxit bazơ. Khi tan trong dung dịch axit loãng tạo ra ion [Fe(OH2)6]2+:

FeO + 2H+ + 5H2O [Fe(OH2)6]2+

1.2.2.2. Sắt(II) hiđroxit: Fe(OH)2

Phương pháp điều chế Fe(OH)2 là cho muối Fe(II) tác dụng với dung

dịch kiềm mạnh.

Fe(OH)2 là chất kết tủa màu trắng, hấp thụ mạnh oxi, màu sắc xanh

thẫm dần và cuối cùng có màu nâu của Fe(OH)3:

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4 Fe(OH)3

Chú ý là amoniac không thể kết tủa hoàn toàn Fe(OH)2 , vì khi có một

lượng lớn muối amoni, kết tủa Fe(OH)2 hầu như không có do sự tạo thành

phức chất amoniacat của Fe(II):

FeCl2 + 6NH3 [Fe(NH3)6]Cl2

Phức chất Fe(II) amoniacat chỉ bền ở trạng thái rắn, trong dung nước dễ

dàng bị thủy phân:

[Fe(NH3)6]Cl2 + 2H2O  Fe(OH)2 + 2NH4Cl + 4NH3

Fe(OH)2 tan trong dung dịch axit loãng không có không khí, tan trong

dung dịch kiềm tạo ra hipoferit:

Fe(OH)2 + 2NaOHđặc Na2[Fe(OH)4]

1.2.2.3. Muối sắt(II)

Muối của Fe(II) là kém bền đối với oxi của không khí. Muối của axit

mạnh như clorua, nitrat và sunfat tan dễ trong nước còn muối của axit yếu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

như sunfua, cacbonat, phốtphat... khó tan. Muối khan có màu khác với muối ở

dạng tinh thể hiđrat. Ví dụ FeCl2 màu trắng, FeCl2.6H2O có màu lục nhạt;

FeSO4 màu trắng, FeSO4. 7H2O màu lục nhạt,...

Trong môi trường axit Fe(II) có tính khử:

Fe3+ + 1e → Fe2+ = 0,77 V

- , Cr2O7

2-, NO3

-, O2...).

Fe2+ có thể khử được nhiều chất oxi hóa ( MnO4

Khi có các chất tạo phức mạnh với Fe3+ , tính khử của Fe2+ tăng lên.

1.2.2.4. Sắt(III) oxit: Fe2O3

Sắt(III) oxit tạo ra 3 dạng thù hình, α-Fe2O3 dạng thuận từ, γ-Fe2O3

dạng sắt từ, -Fe2O3 có cấu trúc kiểu corindon.

Khi nung Sắt(III) hidroxit hay chính xác là dạng Fe2O3.nH2O, ở nhiệt độ thấp hơn 6500C tạo ra chất rắn ở dạng bột màu nâu đỏ, nhưng nếu nung ở

nhiệt độ cao hơn tạo ra tinh thể xám đen không còn khả năng tan trong axit

tương tự như Cr2O3, Al2O3 ở dạng tinh thể:

Fe2O3.nH2O Fe2O3 + nH2O

Fe2O3 có thể điều chế bằng cách nung FeSO4. 7H2O, FeO, hoặc một

muối Fe(II) của axit dễ bay hơi khác.

Trong công nghiệp điều chế bằng cách nung quặng pirit mà thành phần

chính là FeS2:

4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2

Fe2O3 nóng chảy ở 15650C và thăng hoa ở 20000C.

Fe2O3 tan trong axit tạo thành phức [Fe(OH2)6]3+ không màu, màu nâu

của dung dịch muối sắt(III) là do màu của sản phẩm phản ứng thủy phân, tức

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

là màu của phức hiđroxo – aquơ:

[Fe(OH2)6]3+ + H2O → [Fe(OH2)5OH]2+ + H3O+

(Vàng nâu)

Bên cạnh tính chất chủ yếu là tính bazơ, Fe2O3 còn có tính axit, tạo

thành muối ferit có màu vàng hoặc màu đỏ.

Khi nung hỗn hợp Na2CO3 với Fe2O3:

Fe2O3 + Na2CO3 → 2NaFeO2 + CO2

Khi nung với C hoặc nung trong luồng khí CO, H2 hoặc khí than đá,

Fe2O3 sẽ bị khử thành Fe:

2 Fe2O3 + 3C → 4Fe + 3CO2

Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O

1.2.2.5. Sắt(III) hiđroxit: Fe(OH)3

Sắt(III) hiđroxit là chất kết tủa màu nâu đỏ tạo ra khi cho muối

sắt(III)tác dụng với kiềm, amoniac, cacbonat:

FeCl3 + 3NH3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3NH4Cl

Thực ra dạng kết tủa vô định hình là dạng Fe2O3.nH2O, với hàm lượng

H2O khác nhau. Trong công thức thường viết Fe(OH)3 thực ra đó là dạng

Fe2O3.3H2O, trong thiên nhiên dạng hemantit nâu như Fe2O3.H2O hay là

FeO(OH). Khả năng tan trong axit phụ thuộc vào “tuổi” của kết tủa. Kết tủa

vừa điều chế tan trong axit vô cơ và hữu cơ nhưng để một thời gian thì khó tan. Khi nung nóng đến 500 – 7000C sẽ mất nước hoàn toàn và biến thành

Fe2O3.

Bên cạnh tính bazơ là chủ yếu, Fe(OH)3 còn thể hiện tính axit yếu (axit

ferơ HFeO2):

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Fe(OH)3 + NaOH → NaFeO2 + 2H2O

NaFeO2 hay các ferit khác đều bị thủy phân trong kiềm tạo ra Fe2O3:

2NaFeO2 + H2O → 2NaOH + Fe2O3

1.2.2.6. Muối sắt(III)

Sắt(III) tạo nên muối với đa số các anion. Đa số muối Fe(III) dễ tan trong nước cho dung dịch chứa ion bát diện [Fe(H2O)6]3+ màu tím nhạt. Khi kết tinh từ

dung dịch, muối Fe(III) thường ở dạng tinh thể hiđrat. Ví dụ : FeCl3.6H2O màu

nâu vàng, Fe(NO3)3.9H2O màu tím, Fe2(SO4)3.10H2O màu vàng,

Fe(ClO4).10H2O màu hồng,...Màu của muối khan tùy thuộc vào bản chất của

anion, ví dụ FeCl3 màu nâu đỏ, Fe2(SO4)3 màu trắng, Fe(SCN)3 màu đỏ máu...

Số phối trí của Fe(III) là 4,6 với sự phân bố 4 mặt. Trong dung dịch

nước Fe(III) rất dễ thuỷ phân và tồn tại dưới dạng phức hiđroxo:

+ + 2H+ ; lg* = 25,7

Fe3+ + H2O = Fe(OH)2+ + H+ ; lg* = -2,17

Fe3+ +2H2O = Fe(OH)2

4+ + 2H+ ; lg* = -2,85

Fe3+ + 3H2O = Fe(OH)3 + 3H+ ; lg* = 37,5

2Fe3+ + 2H2O = Fe2(OH)2

Trong môi trường axit có pH  2, sắt tạo phức hiđroxo.

3+ + H2O → Fe(H2O)5OH2+ + H3O+

Fe(H2O)6

Chỉ trong dung dịch có phản ứng axit mạnh (pH<1) sự thủy phân mới

bị đẩy lùi. Ngược lại khi thêm kiềm hoặc đun nóng dung dịch, phản ứng thủy

phân xảy ra đến cùng tạo thành kết tủa (gel) hoặc dung dịch keo (sol) của

sắt(III) hiđroxit bao gồm những phức chất hiđroxo nhiều nhân do hiện tượng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ngưng tụ tạo nên.

Trong môi trường axit Fe3+ có tính oxi hoá. Fe3+ có thể oxi hoá được 2-,...). Khi có các chất tạo phức mạnh

nhiều chất khử (H2S, I-, Sn2+, SO2, S2O3 với Fe3+, tính khử của Fe2+ tăng lên, tính oxi hoá của Fe3+ giảm đi.

1.2.2.7. Phức chất của sắt(III)

Ion sắt (III) trong dung dịch tác dụng với ion thioxianat SCN- tạo nên

một số phức chất thioxianat màu đỏ đậm. Hóa phân tích thường sử dụng phản

ứng này để định tính và định lượng sắt(III) ngay cả trong dung dịch loãng.

Kaliferixianua (K3[Fe(CN)6]) là một trong các phức bền nhất của sắt.

Kaliferixianua là chất dạng tinh thể đơn tà, màu đỏ thường được gọi là muối

đỏ máu. Phức này dễ tan trong nước, cho dung dịch màu vàng và hết sức độc.

Kaliferixianua là một thuốc thử thông dụng trong phòng thí nghiệm dùng để

nhận biết sắt (II) trong dung dịch:

FeCl2 + K3[Fe(CN)6] → KFe[Fe(CN)6] + 2KCl

Kết tủa KFe[Fe(CN)6] có màu xanh chàm và được gọi là xanh tuabin,

khi đun nóng trong dung dịch kiềm chuyển thành feroxianua:

4K3[Fe(CN)6] + 4KOH → 4K4[Fe(CN)6] + 2H2O + O2

1.2.3. Vai trò của sắt đối với cơ thể con ngƣời [3]

Sắt là một nguyên tố vi lượng dinh dưỡng rất quan trọng cho cơ thể con

người và động vật. Hầu hết lượng sắt có trong cơ thể đều tồn tại trong các tế bào

máu, chúng kết hợp với prôtêin để tạo thành hêmôglobin. Sắt tham gia vào cấu

tạo Hêmôglôbin (Là một muối phức của prophirin với ion sắt). Hêmôglobin làm

nhiệm vụ tải oxi từ phổi đến các mao quản của các cơ quan trong cơ thể, ở đây

năng lượng được giải phóng ra. Khi con người bị thiếu sắt, hàm lượng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

hêmôglobin bị giảm xuống và làm cho lượng oxi tới các tế bào cũng giảm theo.

Từ đó khi cơ thể bị thiếu máu do thiếu hụt sắt, con người thường bị mệt mỏi, đau

đầu, mất ngủ... hoặc làm giảm độ phát triểnvà thông minh của trẻ em.

Chính vì quan niệm như vậy nên một số người cho rằng nếu cơ thể thừa

sắt thì không sao. Tuy nhiên gần đây một số nhà khoa học đã khám phá ra

rằng khi cơ thể người bị thừa sắt cũng có những tác hại như thiếu sắt. Nếu

trong cơ thể chứa nhiều sắt, chúng gây ảnh hưởng đến tim gan, khớp và các

cơ quan khác, nếu lượng sắt quá nhiều có thể gây ra bệnh ung thư gan...

Những triệu chứng biểu hiện việc thừa sắt là:

- Tư tưởng phân tán, mệt mỏi và mất khả năng điều khiển sinh lý.

- Bệnh về tim mạch và chứng viêm khớp hoặc đau các cơ.

- Bệnh thiếu máu không phải do thiếu sắt.

- Tắt kinh sớm ở phụ nữ hoặc bệnh liệt dương ở nam.

Hơn nữa, việc thừa sắt có thể gây ra những tác động trực quan tới sinh

hoạt của con người như gây ra mùi khó chịu, những vết ố trên vải, quần áo...

Mặc dù các nhà khoa học đã nghiên cứu và cũng chưa đưa ra được

ngưỡng gây hại do sự thiếu sắt hoặc thừa sắt. Để phòng tránh sự thay đổi

lượng sắt trong cơ thể, người ta thiết lập một giá trị tạm thời cho lượng tiếp

nhận tối đa hằng ngày có thể chịu được là 0,8 mg/kg thể trọng.

1.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MANGAN VÀ SẮT

1.3.1. Các phƣơng pháp hóa học

1.3.1.1. Phân tích khối lƣợng

Phân tích khối lượng là một phương pháp phân tích định lượng dựa trên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

sự đo đạc chính xác của khối lượng của chất cần xác định dưới dạng hợp chất

của nó với một thuốc thử thích hợp. Phương pháp này có độ chính xác cao

nhưng thao tác phức tạp, tốn thời gian và chỉ xác định ở hàm lượng lớn.

Việc xác định Mangan dựa trên sự kết tủa Mn dưới dạng Mangan

hidroxit theo phản ứng sau:

Mn2+ + 2OH- = Mn(OH)2↓

Sau đó đem nung kết tủa:

Mn(OH)2↓ = MnO + H2O

Đem cân dạng cân và xác định chính xác hàm lượng của Mn.

Tuy nhiên trong nước thì lượng Mangan rất nhỏ, do vậy ta không thể sử

dụng phương pháp này được.

Phương pháp này tiến hành xác định kết tủa Fe(III) dưới dạng hidroxit

để tách sắt ra khỏi một số kim loại kiềm, kiềm thổ, Zn, Pb, Cd và một số kim

loại khác. Các hidroxit của các kim loại này kết tủa ở pH cao hơn so với

hidroxit Fe(III) hoặc nó bị giữ lại khi có mặt NH3 trong dung dịch. Các ion

tactrat, xitrat, oxalat, pyrophotphat có thể ảnh hưởng đến kết tủa sắt hoàn toàn. Khi có mặt các ion đó, người ta cho kết tủa với ion S2- trong đó có lượng

nhỏ cacđimi. Nhưng phương pháp này không được đánh giá cao vì sunfua các

kim loại ít tan trong (NH4)2S dư. Khi kết tủa sắt bằng (NH4)2S có mặt tactrat

ta có thể tách sắt ra khỏi titan, uran, valadi, photphat và một số các nguyên tố

khác.

1.3.1.2. Phân tích thể tích

Trong phương pháp này người ta đo lượng thuốc thử cần dùng để phản

ứng với một lượng đã cho của một chất cần xác định. Định lượng bằng

phương pháp thể tích, nhanh chóng, đơn giản. Xong chỉ phù hợp với xác định

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

hàm lượng lớn (≥0,1%). Do đó khi xác định hàm lượng vết nguyên tố Mn cần

phải làm giàu nhiều lần, rất phức tạp. Tùy thuộc vào loại phản ứng chính

thường dùng mà người ta chia phương pháp phân tích thể tích thành các

nhóm: Phương pháp trung hòa, phương pháp oxi hóa khử, phương pháp kết

tủa và phương pháp Complexon.

Mangan được xác định bằng phương pháp complexon với EDTA, chất

chỉ thị là 4-(2-piriđinazo)-rezoxin hay còn gọi là tắt là PAR.

Mn2+ + PAR = MnPAR Đỏ nho vàng MnPAR + H2Y2- = MnY2- + PAR

Đối với sắt thì lgFeY = 25,10. Các phép chuẩn độ complexon thường tiến

hành khi có mặt của chất tạo phức phụ để duy trì pH xác định nhằm ngăn ngừa

sự xuất hiện kết tủa hiđroxit kim loại. Với sắt thường tiến hành như sau: Dung

dịch chứa ion sắt cần xác định được điều chỉnh pH về 2,0; thêm vài giọt chỉ thị axit sunfosalixylic 0,1M, lúc này dung dịch có màu tím, đun nóng đến 700C, và

chuẩn độ bằng dung dịch EDTA 0,02M đến khi mất màu tím. Sau đó từ lượng

EDTA đã tác dụng khi chuẩn độ sẽ tính được hàm lượng Fe trong mẫu.

Phương pháp này tiến hành đơn giản nhưng cho sai số lớn, nồng độ Fe

trong dung dịch nhỏ thì khó chuẩn độ do phải quan sát sự chuyển màu bằng

mắt thường, thiếu chính xác. Mặt khác, nếu dung dịch mẫu có lẫn các ion

khác gây ảnh hưởng đến kết quả của phép phân tích.

1.3.2. Các phƣơng pháp phân tích công cụ

1.3.2.1. Các phƣơng pháp điện hóa

1. Phương pháp cực phổ

Phương pháp cực phổ được Heyvosky phát minh ra năm 1922, được

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

giải thưởng Nobel năm 1959. Ưu điểm của phương pháp này với thiết bị

tương đối đơn giản mà có thể phân tích nhanh, nhạy, chính xác hàng loạt hợp

chất vô cơ và hữu cơ mà không cần tách chúng ra khỏi hỗn hợp, trong vùng nồng độ 10-3 đến 10-6 mol/l.

Nguyên tắc của phương pháp này là đặt các thế khác nhau vào điện cực

để khử các ion khác nhau vì mỗi ion có thể khử tương ứng và xác định. Do đó

qua thể khử của ion có thể tính được ion đó. Nếu tăng dần thế của cực nhúng

và dung dịch chất cần xác định thì cường độ dòng sẽ tăng đồng thời cho tới

khi đạt được thế khử của ion trong dung dịch. Trong các điều kiện nhất định

cường độ dòng tăng tỉ lệ thuận với nồng độ mà định lượng được ion đó.

Bằng phương pháp này ta có thể xác định thủy ngân trên điện cực rắn

(điện cực vàng (AuRDE)). Điện phân dung dịch chứa thủy ngân tại -0,37V

trong thời gian 120 phút, ta có thể xác định thủy ngân ở nồng độ cỡ 0,1 ppm.

Ta có thể xác định đồng thời cả bốn nguyên tố (Hg, Pb, Cd, Cu) của mẫu

trong môi trường đệm axetat với ba hệ điện cực: Điện cực thủy ngân treo

HMDE; điện cực so sánh: Ag/AgCl và điện cực hỗ trợ Pt.

Tuy nhiên do sự tồn tại của dòng tụ điện mà phương pháp này không

thể phân tích các đối tượng ở hàm lượng vết. Để khắc phục người ta dung

nhiều phương pháp để tăng độ nhạy như: Phương pháp phổ sóng vuông, cực

phổ xung vi phân … Các tác giả Gurtler, Chu Xuân Anh đã xác định lượng

nhỏ Uran bằng cực phổ sóng vuông. Trong nghiên cứu của các tác giả

Chương Huyến. Lê Thị Hương Giang cho thấy có thể xác định Selen bằng

phương pháp cực phổ xung vi phân.

2. Phương pháp von – ampe hòa tan

Phương pháp von - ampe hòa tan là một phương pháp điện hóa có độ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

nhạy cao, có khả năng xác định được nhiều ion kim loại có nồng độ nhỏ

khoảng 10-6 ÷ 10-8 mol/l với sai số 5÷15% trong điều kiện tối ưu. Phương

pháp này cho phép xác định định lượng vết trong khoảng thời gian ngắn, kỹ

thuật phân tích đơn giản, tốn ít hóa chất, máy móc không phức tạp.

Quá trình phân tích theo phương pháp Von –ampe hòa tan gồm 2 bước:

+ Điện phân làm giàu chất phân tích trên bề mặt điện cực làm việc tại

một thế phù hợp.

+ Hòa tan kết tủa làm giàu bằng cách phân cực, ngưỡng cực làm việc,

ghi đường cong hòa tan chiều cao của đường phân cực ghi được trong những

điều kiện thích hợp, tỉ lệ thuận với nồng độ của chất trong dung dịch. Điều

kiện đó cho phép ta định lượng chất phân tích bằng phương pháp đường

chuẩn hoặc phương pháp thêm.

Phương pháp đã được sử dụng để xác định hàm lượng vết Paladi trong

các mẫu khác nhau như mẫu dầu mỏ thô, xăng xe máy và xăng máy bay.

Paladi được xác định bằng phương pháp Von- ampe hòa tan với catot xung vi phân trong dung dịch nền H2SO4 0,01N cùng với sự trợ giúp của 50 ng Te4+

tại thế - 0,82V.

1.3.3. Các phƣơng pháp quang học

1.3.3.1. Phƣơng pháp trắc quang

Nguyên tắc của phương pháp trắc quang là dựa trên đo độ hấp thụ ánh

sang của một dung dịch phức tạo thành giữa ion cần xác định với thuốc thử

trong môi trường thích hợp khi được chiếu chùm sáng. Phương pháp này định

lượng theo phương trình:

A = K.C

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Trong đó: A: Độ hấp thụ quang của phức màu,

K: Hằng số thực nghiệm,

C: Nồng độ chất phân tích.

Phương pháp trắc quang xác định Mangan dựa trên việc đo mật độ

quang của dung dịch chứa ion , các axit pirophotphat manganit hoặc

phức chất của Mangan với thuốc thử hữu cơ.

Để oxi hóa Mn(II) lên người ta thường dùng chất oxi hóa là

peiodat và pesunfat. Cường độ màu đỏ tím của tỉ lệ với nồng độ Mn(II).

Phổ hấp thụ của dung dịch có hai cực đại ở bước sóng  = 525 nm ( =

2230) và  = 545 nm ( = 2420).

1) Chất oxi hóa là peiodat

- + 6H+

Phản ứng oxi hóa:

- + 3H2O → 2

2Mn2+ + 5IO4 + 5IO3

diễn ra tương đối nhanh trong dung dịch nóng chứa HNO3 hoặc H2SO4.

Có tác giả còn đề nghị thêm một ít AgNO3 để tăng tốc độ oxi hóa và giảm bớt -. Khi phân tích các dung dịch chứa nhiều sắt phải thêm H2SO4 và H3PO4, IO4

H3PO4 làm mất màu ion Fe(III) do tạo thành phức chất và sự có mặt của nó trong

mọi trường hợp là cần thiết vì nó ngăn cản sự tạo thành kết tủa có thể xảy ra của

peiodat mangan. Nếu lượng Mn không quá bé thì có thể nâng nồng độ axit lên

quá ngưỡng tối thiểu để có thể ngăn ngừa sự kết tủa Mn, tốc độ oxi hóa Mn tăng

khi tăng nồng độ axit H2SO4 > 3,5N.

Khi nồng độ Mn rất bé thì lượng axit phải nhỏ hơn 15 ml H2SO4 đặc

trong 100 ml hỗn hợp phân tích. Khi nồng độ axit lớn thì cường độ cực đại

của màu không đạt được hoặc màu bị yếu đi và có màu hơi vàng. Vì vậy khi

nồng độ Mn bé người ta dùng nồng độ axit bằng 2N (5-6% thể tích H2SO4).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Fe(III) làm chậm quá trình oxi hóa.

Nếu trong dung dịch có mặt các chất khử phản ứng với iodat hoặc

- tuy vậy tốt hơn

pemanganat cần phải đuổi chúng hoặc phân hủy chúng trước khi thêm peiodat.

Mặc dầu có thể có một lượng nhỏ Cl- bị oxi hóa bởi IO4

- , Br-, I-, C2O4

cả nên đuổi chúng bằng cách làm bay hơi với H2SO4, đặc biệt nếu chất phân 2-...có khả năng bị oxi 2-, NO2 tích chứa ít Mn. Các ion Fe2+, SO3

hóa, các ion hữu cơ có thể đuổi hoặc phân hủy bằng cách làm bay hơi dung

2-.

dịch với HNO3 hoặc hỗn hợp HNO3 và H2SO4. Trong số các ion ít cản trở có

3-, B4O7

2-, F-, ClO4

-, P4O7

AsO4

Các kim loại khác không cản trở nếu chúng không màu. Ảnh hưởng của các kim loại Zn2+, Ni2+...được loại trừ bằng cách đo so với dung dịch -, khi tăng nồng độ axit thì lượng phông, Cr(III) bị oxi hóa một phần bởi IO4

Cr bị oxi hóa giảm. Nếu trong dung dịch có đủ axit thì Ag, Pb, Hg không tạo

kết tủa, tuy vậy Bi, Sn tạo nên đục ngay cả trong dung dịch axit mạnh.

- không ảnh hưởng đến cường độ màu.

Định luật Beer phù hợp khi nồng độ nhỏ nhất là CMn = 150 mg/L. Sự

thay đổi nồng độ axit và lượng dư IO4

2) Chất oxi hóa là pesunfat

Trong những điều kiện xác định, cả phương pháp pesunfat và peiodat

đều cho kết quả thỏa mãn. Tuy nhiên pesunfat có ưu thế hơn so với phương

pháp peiodat khi mà nồng độ Mn rất bé bởi vì việc oxi hóa hoàn toàn bằng

peiodat trong những điều kiện này diễn ra rất chậm.

2- + 16H+

Phản ứng oxi hóa

2- + 8H2O → 2

2Mn2+ + 5S2O8 + 10SO4

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

được tiến hành ở nhiệt độ sôi trong môi trường axit photphoric – nitric khi có mặt lượng nhỏ AgNO3. Nồng độ Ag+ phải bé (10-5M) để không tạo thành kết tủa rõ rệt khi có một lượng không lớn Cl- có thể có mặt. Sự có mặt

H3PO4 là cần thiết để ngăn ngừa kết tủa MnO2 và đảm bảo độ oxi hóa êm dịu Mn2+ thành nồng độ H3PO4 ít nhất phải bằng 0,1M, nồng độ HNO3 phải

xấp xỉ 0,3M, không nên dùng cao hơn. Các cản trở khi có mặt Cl- có thể loại 2-. Khi có một trừ bằng cách thêm HgSO4 để chuyển Cl- thành phức bền HgCl4 lượng lớn Ti thì pesunfat oxi hóa Mn2+ thành không hoàn toàn. Trong

trường hợp này cần phải dùng IO4

Có thể xác định Mn khi có một lượng vừa phải các loại chất hữu cơ nếu

kéo dài thời gian đun nóng và thêm nhiều hơn pesunfat.

Các dịch đất có chứa nhiều axit Humic thì có thể xuất hiện đục sau khi

oxi hóa, trong trường hợp này cần phải đo mật độ quang của dung dịch sau

khi phân hủy pemanganat bằng cách thêm một ít hiđroquinon và phải tiến

hành hiệu chỉnh khi xác định chất khử.

Các dung dịch pemanganat đã được oxi hóa bền trong khoảng 24h ở

nhiệt độ thường khi có mặt lượng dư pesunfat và khi không có chất hữu cơ.

Thioxianat là một thuốc thử nhạy với ion sắt (III), nó được sử dụng rộng

rãi trong định tính và định lượng sắt. Vì axit thioxiamic là một axit mạnh nên nồng độ ion thioxianat ít bị ảnh hưởng bởi nồng độ ion H+ trong dung dịch.

Cường độ màu của phức sắt (III) – thioxianat phụ thuộc vào nồng độ thioxianat,

loại axit và thời gian phản ứng. Phức sắt(III)-thioxianat hấp thụ cực đại ở 480

nm. Dung dịch phức sắt (III)–thioxianat bị giảm màu khi để ngoài ánh sáng, tốc

độ giảm màu chậm trong vùng axit yếu và nhanh khi nhiệt độ tăng. Khi có mặt

hidrpeoxit hoặc amoni sunfat càng làm cho cường độ màu và độ bền màu của

phức giảm đi. Cần phải cho nồng độ thioxianat dư, không những làm tăng độ

nhạy của phép đo mà còn loại trừ được ảnh hưởng của các anion florua, phốt

phát và một số anion khác tạo phức được với ion sắt (III). Còn những ion gây

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ảnh hưởng đến việc xác định sắt (III) bằng thuốc thử thioxianat như oxalat,

florua, chúng tạo phức với ion sắt (III) trong môi trường axit. Ion sunfat và phốt

phát cũng gây ảnh hưởng (với một lượng đáng kể). Ngoài ra, còn có các ion tạo

phức màu hay kết tủa với ion thioxianat như đồng(II), coban(II), bimut(III)…

Sự cản trở của coban(II) (do bản thân màu của nó) ta có thể loại trừ bằng

cách đo bước sóng thích hợp. Các ion thủy ngân(II), cadimi(II), kẽm(II) tạo phức với ion SCN- sẽ là ảnh hưởng cường độ màu của phức sắt(III)- thioxianat.

Do đó, muốn sử dụng phương pháp này cần phải tách các ion ảnh hưởng đến

màu của phức.

Phương pháp dùng thuốc thử thioxianat có giới hạn phát hiện kém, độ

chính xác thấp (nếu ta không dùng các phép đo đặc biệt để tăng độ nhạy)

nhưng được sử dụng rộng rãi vì phương pháp này đơn giản, nhanh, áp dụng

được trong các dung dịch axit mạnh là thuốc thử tương đối rẻ tiền. Phương

pháp này xác định được hàm lượng sắt từ 1mg/l đến 10 mg/l. Người ta, cũng

sử dụng phức của sắt(II) với thioxianat để chiết lên dung môi hữu cơ nhằm

tăng độ chọn lọc và độ nhạy cho phép xác định sắt(II). Trong nghiên cứu này,

các tác giả đã nghiên cứu thành công phép chiết phức sắt(II) với thioxianat

bằng chất chiết tetrabutylamoni bằng dung môi clorofom. Thioxianat là một

trong các số thuốc thử vô cơ được dùng để xác định sắt.

1.3.3.2. Phƣơng pháp phổ phát xạ nguyên tử

Phương pháp này được sử dụng để phân tích định tính, định lượng các

nguyên tố hóa học … Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là độ nhạy cao,

độ phân tích nhanh, tốn ít mẫu và có độ chính xác cao. Các tác giả Phạm

Luận, Chu Xuân Anh, Trần Hồng Côn, Dương Thanh Thủy đã thành công

trong việc xác định tạp chất trong oxit lantan tinh khiết bằng phương pháp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

quang phổ phát xạ.

Đặc biệt với sự ra đời của phổ phát xạ ICP trong vòng hơn chục năm

trở lại đây đã đưa AES trở thành công cụ phân tích đắc lực với hàm lượng cỡ

ng (nanogam). Một trong công trình thành công của phương pháp này là:

“Xác định hàm lượng Vàng trong mẫu địa chất bằng phương pháp quang phổ

phát xạ nguồn Plasma cao tần cảm ứng ICP – AES” của các tác giả Dương

Minh Đức, Nguyễn Tiến Lượng, Đỗ Thị Thìn, Phạm Luận và Trần Tứ Hiếu.

1.3.3.3. Phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử

Cơ sở lý thuyết của phép đo AAS là sự hấp thụ năng lượng (bức xạ đơn

sắc) của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi khi chiếu chùm tia bức xạ của

nguyên tố ấy trong môi trường hấp thụ. Tùy thuộc vào kỹ thuật nguyên tử hóa

người ta phân biệt phép đo AAS có độ nhạy 0,1 mg/l và phép đo ETA – AAS

có độ nhạy cao hơn kỹ thuật không ngọn lửa 50 đến 1000 lần (0,1÷1 ppb).

Thực tế cho thấy phép đo phổ hấp thụ nguyên tử có nhiều ưu việt: Độ

nhạy, độ chọn lọc cao, độ chính xác cao, tốn ít mẫu, tốc độ phân tích nhanh.

Gần 60 nguyên tố hóa học có thể được xác định bằng phương pháp này với độ nhạy từ 10-4 ÷ 10-5 %.

Các tác giả Phạm Luận, Đặng Quang Ngọc, Trần Tứ Hiếu, Lương Thúy

Quỳnh đã xác định đồng, kẽm trong huyết thanh bằng phép đo phổ hấp thụ

nguyên tử. Trong tạp chí Y học Việt Nam, các tác giả Võ Thị Minh Anh; Trần

Quang Toàn, Lê Thái Hà, Lương Thị Thanh Thủy đã dung phương pháp AAS

để xác định đồng thời hàm lượng đồng và kẽm trong mẫu nước sinh hoạt.

Ngoài ra Chi cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng Bình Định còn dùng

phương pháp này để xác định hàm lượng các kim loại nặng trong sữa, rau,

quả và các sản phẩm rau quả … Ví dụ như: Xác định hàm lượng thiếc trong

đồ hộp thực phẩm bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử. Xác định

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

hàm lượng Cadimi trong rau, quả và sản phẩm rau quả.

1.3.4. Phƣơng pháp sắc ký

1.3.4.1. Phƣơng pháp sắc ký lỏng cao áp và phƣơng pháp dòng chảy sử

dụng detector điện hóa.

Cùng với sự phát triển các kỹ thuật phân tích khác, kỹ thuật phân tích

điện hóa đã mở rộng phạm vi ứng dụng nó trong kỹ thuật phân tích sắc ký

lỏng cao áp và kỹ thuật phân tích bơm mẫu trực tiếp vào dòng chảy. Các máy

phân tích điện hóa sử dụng các detector cực chọn lọc đạt độ nhạy 5÷20 mg/ml

để phát hiện định lượng các chất cần phân tích theo một tính chất điện hóa

nào đó của nó.

Tại hội nghị Hóa học toàn quốc lần thứ hai, các tác giả Chu Xuân Anh,

Nguyễn Văn Ri, Âu Tấn Đức, Lê Như Thanh đã báo cáo đề tài “Thăm dò khả

năng tách phân tích các nguyên tố đất hiếm bằng phương pháp sắc ký lỏng

cao áp với tác nhân rửa giải EDTA” và “Nghiên cứu khả năng thay thế các

kim loại trong các complexonat để phân tích nguyên tố đất hiếm”.

Bằng phương pháp này nhiều chất vô cơ và hữu cơ có thể được phân

tích với độ nhạy cỡ nanogam (ng), có độ chính xác và độ lặp lại cao. Tuy

nhiên nhược điểm của nó là máy móc sử dụng đắt tiền, nhất là với HPLC

lượng dung môi tiêu tốn rất lớn. Để khắc phục các nhược điểm trên người ta

tìm ra một phương pháp phân tích mới là phương pháp sắc ký điện di mao

quản.

1.3.4.2. Phƣơng pháp sắc ký điện di mao quản

Kỹ thuật sắc ký điện di mao quản là kỹ thuật tách các chất dựa trên cơ sở

tính chất của sự điện di của các phần tử ống tan trong mao quản (30÷200 μm

id) trên nền của dung dịch chất điện ly và chất đệm, dưới tác dụng của từ điện

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

trường E xác định của thế cao (10÷50 KV). Phương pháp này có rất nhiều ưu

điểm như: Tốn ít mẫu, dung môi dễ kiếm, số đĩa hiệu lực N cao, sự tách xảy ra

nhanh.

Với dung dịch nền 11 mM lactic axit + 2,6 mM crown-6 + 7,5 mM

methylbenzylamin + 8% MeOH, pH = 6, UV - dectector với bước sóng là 210

nm người ta đã tách được 16 kim loại khác nhau: NH4, K, Na, Ca, Mg, Sr,

Mn, Ba, Cd, Fe, Li, Co, Ni, Zn, Pb, Cu.

Phương pháp sắc ký điện di mao quản có thể ứng dụng rộng rãi trong

việc kiểm tra chất lượng của các chế phẩm thuốc. Ví dụ như định lượng đồng

thời cloramphenicol, dexamethason natri phosphate và naphazolin nitrat trong

thuốc nhỏ mắt bằng phương pháp sắc ký điện di mao quản của tác giả: Trịnh

Văn Lẩu, Đặng Trần Phương Hồng, Đỗ Văn Trân, Trần Thị Bích Vân (trung

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

tâm kiểm nghiệm thuốc).

Chƣơng 2 THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. GIỚI THIỆU PHƢƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ

Chúng ta biết rằng vật chất được cấu tạo bởi các nguyên tử và nguyên

tử là phần tử cơ bản nhỏ nhất còn giữ được tính chất của nguyên tố hóa học.

Nguyên tử lại bao gồm hạt nhân nguyên tử nằm ở giữa và chiếm một thể tích

rất nhỏ (khoảng 1/10000 thể tích của nguyên tử) và các điện tử (electron)

chuyển động xung quanh hạt nhân trong phần không gian lớn của nguyên tử.

Trong điều kiện bình thường nguyên tử không thu và cũng không phát ra năng

lượng dưới dạng các bức xạ. Lúc này nguyên tử tồn tại ở trạng thái cơ bản.

Đó là trạng thái bền vững và nghèo năng lượng nhất của nguyên tử. Nhưng

khi nguyên tử ở trạng thái hơi tự do, nếu ta chiếu một chùm sáng có những

bước sóng xác định vào đám hơi nguyên tử đó, thì các nguyên tử tự do sẽ hấp

thụ các bức xạ có bước sóng đúng với những tia bức xạ mà nó có thể phát ra

được trong quá trình phát xạ của nó. Lúc này nguyên tử đã nhận năng lượng

của các tia bức xạ chiếu vào nó và nó chuyển lên trạng thái kích thích có năng

lượng cao hơn trạng thái cơ bản. Đó là tính chất đặc trưng của nguyên tử ở

trạng thái hơi. Quá trình đó được gọi là quá trình hấp thụ năng lượng của

nguyên tử tự do ở trạng thái hơi và tạo ra phổ của nguyên tử của nguyên tố

đó. Phổ sinh ra trong quá trình này được gọi là phổ hấp thụ nguyên tử [6].

2.1.1. Nguyên tắc của phép đo AAS [6]

Cơ sở của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử là sự hấp thụ năng lượng của

nguyên tử ở trạng thái hơi khi chiếu chùm tia bức xạ qua đám hơi của nguyên

tố ấy trong môi trường hấp thụ. Vì vậy muốn thực hiện được phép đo phổ hấp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

thụ nguyên tử của một nguyên tố cần phải thực hiện các quá trình sau đây:

1 – Quá trình hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu: Chọn các điều kiện và

một loại trang bị phù hợp để chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn

hoặc lỏng) thành trạng thái hơi của các nguyên tử tự do của nguyên tố cần

phân tích, có khả năng hấp thụ bức xạ đơn sắc.

2 – Chiếu chùm tia sáng bức xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích

qua đám hơi nguyên tử đó sẽ hấp thụ những tia bức xạ nhất định và tạo ra phổ

hấp thụ của nó.

3 – Thu toàn bộ chùm sáng, phân ly và chọn một vạch phổ hấp thụ của

nguyên tố cần nghiên cứu để đo cường độ của nó. Cường độ đó chính là tín

hiệu của vạch phổ hấp thụ nguyên tử.

Trong một giới hạn nồng độ nhất định tín hiệu này phụ thuộc

tuyến tính nồng độ nguyên tố cần nghiên cứu theo phương trình:

Aλ = K.Cb

Trong đó: Aλ: Độ hấp thụ quang của vạch phổ

K: Hằng số thực nghiệm

b: Hằng số cơ bản của nguyên tố (0 ≤ b ≤ 1)

C: Nồng độ nguyên tố cần xác định.

2.1.2. Trang bị của phép đo AAS

Để thực hiện phép đo phổ hấp thụ nguyên tử thì hệ thống phép

đo phổ hấp thụ phải gồm các phân cơ bản sau:

Phần 1: Nguồn tia phát tia phát xạ cộng hưởng (vạch phổ phát xạ

đặc trưng của nguyên tố cần phân tích) để chiếu qua môi trường hấp thụ.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Nguồn tia bức xạ đơn sắc trong phép đo phổ hấp thụ nguyên tử thường là các

đèn catot rỗng (HCL), các đèn phóng không điện cực (EDL) và các đèn phổ

liên tục biến điệu.

Phần 2: Hệ thống nguyên tử hóa mẫu: Để nguyên tử hóa mẫu, trong

phép đo phổ hấp thụ nguyên tử người ta thường dùng hai kỹ thuật khác nhau.

Đó là nguyên tử hóa bằng ngọn lửa đèn khí và kỹ thuật hóa không ngọn lửa.

Trong hai kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu thì kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn

lửa ra đời sớm hơn. Giới hạn phát hiện của kỹ thuật này khoảng 0,1 mg/l. Kỹ

thuật không ngọn lửa là quá trình nguyên tử hóa mẫu phân tích ngay tức khắc

trong thời gian rất ngắn, nhờ năng lượng của dòng điện công suất lớn trong

môi trường khí trơ. Kỹ thuật này có độ nhạy gấp trăm lần F- AAS, cỡ vài ppb

và lượng mẫu tiêu tốn ít.

Phần 3: Hệ thống đơn sắc dùng để thu, phân ly, chọn và phát hiện vạch

phổ hấp thụ cần phải đo.

Phần 4: Bộ phận ghi kết quả.

Phương pháp này có độ nhạy và độ chọn lọc cao nên nhiều trường hợp

không cần làm giầu chất cần phân tích. Thao tác thực hiện đơn giản, dễ làm.

Vì vậy phương pháp này được sử dụng rộng rãi, phổ biến trong nhiều phòng

thí nghiệm.

2.1.3. Ƣu, nhƣợc điểm của phƣơng pháp

Ƣu điểm: Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử có độ nhậy và độ chọn lọc

tương đối cao. Gần 60 nguyên tố hóa học có thể được xác định bằng phương pháp này với độ nhạy từ 1.10-4 đến 1.10-5 %. Đặc biệt nếu sử dụng kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa thì có thể đạt tới độ nhạy n.10-7 %. Chính vì có

độ nhạy cao nên phương pháp phân tích này đã được sử dụng rất rộng rãi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

trong nhiều lĩnh vực để định lượng vết các kim loại. Đặc biệt là trong phân

tích các nguyên tố vi lượng trong các đối tượng mẫu y học, sinh học, nông

nghiệp, kiểm tra các loại hóa chất có độ tinh khiết cao.

Đồng thời cũng do có độ nhạy cao nên trong nhiều trường hợp không

phải làm giầu nguyên tố cần xác định trước khi phân tích. Do đó tốn ít mẫu,

tốn ít thời gian và không phải dùng nhiều hóa chất tinh khiết cao khi làm giầu

mẫu. Đồng thời cũng tránh được sự nhiễm bẩn khi xử lý qua các giai đoạn

phức tạp.

Ngoài ra, các thao tác thực hiện nhẹ nhàng. Các kết quả lưu giữ

lại được. Đồng thời với trang thiết bị hiện nay người ta có thể xác định đồng

thời hay liên tiếp nhiều nguyên tố trong một mẫu. Các kết quả phân tích lại rất

ổn định, sai số nhỏ.

Nhƣợc điểm: Trang bị hệ thống máy AAS tương đối đắt tiền. Mặt

khác cũng chính do phép đo có độ nhạy cao nên sự nhiễm bẩn rất có ý nghĩa

đối với kết quả phân tích hàm lượng vết, đòi hỏi dụng cụ phải sạch sẽ và hóa

chất phải có độ tinh khiết cao.

Mặt khác cũng vì phép đo có độ nhạy cao nên các trang bị máy móc là

khá tinh vi và phức tạp. Do vậy cần phải có đội ngũ kỹ sư có trình độ cao để

bảo dưỡng và chăm sóc.

Tuy nhiên nhược điểm chính của phương pháp là chỉ cho ta biết thành

phần nguyên tố của chất ở trong mẫu phân tích mà không chỉ ra trạng thái liên

kết của các nguyên tố ở trong mẫu. Vì thế nó chỉ là phương pháp phân tích

thành phần hóa học của nguyên tố mà thôi.

2.2. HOÁ CHẤT, DỤNG CỤ, THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU

2.2.1. Trang thiết bị

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử Shimadzu AA - 6300

- Tủ lạnh, bếp điện.

- Máy cất nước hai lần Aquatron A4000D

- Cân phân tích

2.2.2. Dụng cụ

- Bình định mức 10, 25, 50, 100, 250 ml.

- Pipet man 20μl - 200 μl, 200 μl - 1000μl

- Pipet bầu 1, 2, 5, 10 ml.

- Cốc thủy tinh, ống đong, phễu.

2.2.3. Hóa chất

- Các dung dịch Fe, Mn được pha từ dung dịch chuẩn có nồng độ

1000mg/l của hãng Fluka (Thụy Sỹ) sản xuất.

- Dung dịch HCl, H2SO4, HNO3 (Merck)

- Dung dịch nền HNO3 0,13%, NH4Cl 10%. (Merk)

2.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Với phương pháp F-AAS đối với loại máy đo của các hãng sản xuất

khác nhau khi sử dụng để phân tích đều cho kết quả tốt ở những điều kiện thí

nghiệm khác nhau. Chúng tôi dùng máy Shimadzu AA – 6300 của Nhật Bản

và áp dụng nguyên tắc thay đổi một số yếu tố và cố định các yếu tố còn lại.

Chúng tôi tiến hành khảo sát từng yếu tố một để chọn ra điều kiện phù hợp

nhất cho phép phân tích (các thông số tối ưu của máy). Sau đó tiến hành đo

trên mẫu chuẩn rồi phân tích mẫu thật theo phương pháp đường chuẩn và

kiểm tra lại bằng phương pháp thêm chuẩn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

2.3.1. Phƣơng pháp đƣờng chuẩn [6]

Nguyên tắc của phương pháp này là dựa vào phương trình cơ bản của

phép đo và một dãy mẫu đầu để dựng một đường chuẩn, sau đó nhờ

đường chuẩn này và giá trị để xác định nồng độ của nguyên tố cần

phân tích trong mẫu đo phổ, rồi từ đó tính được nồng độ của nó trong mẫu

phân tích.

Trước hết phải chuẩn bị một dãy mẫu đầu, dãy mẫu chuẩn (thông

thường là 5 mẫu) và các các phân tích trong cùng điều kiện. Ví dụ các mẫu

đầu có nồng độ của nguyên tố cần xác định và các mẫu

phân tích là Rồi sau đó chọn một quá trình phân tích phù hợp để rồi

đo phổ. Đo các mẫu chuẩn và các mẫu phân tích theo một vạch λ đã chọn. Ví

dụ thu được các giá trị cường độ tương ứng với các nồng độ là

và Sau đó dựng đường chuẩn theo hệ tọa độ .

Nhờ đường chuẩn này và các giá trị ta dễ dàng xác định được nồng

độ . Công việc cụ thể là đem các giá trị đặt lên trục tung của hệ tọa

độ, từ đó kẻ đường song song với trục hoành . Đường này sẽ cắt đường

chuẩn tại điểm M. Từ điểm M hạ đường vuông góc với trục hoành cắt trục

Aλ

♦

C (mg/l)

C2 C3 C4

hoành tại . là nồng độ cần tìm.

Cx

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 2.1: Đồ thị của phƣơng pháp đƣờng chuẩn

2.3.2. Phƣơng pháp thêm chuẩn

Nguyên tắc của phương pháp này là người ta dùng ngay một mẫu phân

tích làm nền để chuẩn bị một dãy mẫu đầu bằng cách lấy một lượng mẫu phân

tích nhất định và thêm vào đó những lượng nhất định của nguyên tố cần xác

định theo từng bậc nồng độ (theo cấp số cộng). Ví dụ lượng thêm vào là ∆C1,

∆C2, ∆C3, ∆C4 và như thế chúng ta sẽ có một dãy mẫu chuẩn là:

C0 = Cx

C1 = (Cx+∆C1)

C2 = (Cx+∆C2)

C3 = (Cx+∆C3)

C4 = (Cx+∆C4)

Trong đó:

Cx là nồng độ (hàm lượng) của nguyên tố cần xác định trong mẫu phân

tích đã chọn. Các mẫu phân tích còn lại giả sử kí hiệu Cx1, Cx2, Cx3…

Tiếp đó cũng chọn các điều kiện thí nghiệm phù hợp và một vạch phổ

của nguyên tố phân tích, tiến hành ghi cường độ hấp thụ của vạch phổ đó theo

tất cả dãy mẫu đầu. Ví dụ chúng ta thu được các giá trị tương ứng là A0, A1,

A2, A3… Bây giờ từ các giá trị cường độ này và ứng với các nồng độ thêm

vào của nguyên tố phân tích chúng ta dựng một đường chuẩn theo hệ tọa độ

A - ∆C. Đó chính là đường chuẩn của phương pháp này (hình 2.2). Đường

chuẩn này cắt trục tung A tại điểm có tọa độ (A0, 0). Sau đó để xác định nồng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

độ Cx chưa biết chúng ta làm như sau:

Cách I:

Kéo dài đường chuẩn về phía trái, nó cắt trục hoành tại điểm C0. Đoạn

OC0 chính bằng giá trị nồng độ Cx cần tìm.

Cách II:

Cũng có thể xác định Cx bằng cách từ gốc tọa độ kẻ một đường song

song với đường chuẩn và từ điểm A0 kẻ đường song song với trục hoành, hai

đường này cắt nhau tại điểm M, từ điểm M hạ đường vuông góc với trục

hoành, đường này cắt trục hoành tại điểm ∆C0. Chính đoạn O∆C0 là bằng giá

trị Cx phải tìm.

Phương pháp này có ưu điểm là quá trình chuẩn bị mẫu dễ dàng, không

cần nhiều hóa chất tinh khiết cao để chuẩn bị dãy mẫu đầu nhân tạo. Mặt khác

loại trừ được hoàn toàn ảnh hưởng về thành phần của mẫu cũng như cấu trúc

vật lý của các chất tạo thành mẫu. Nhưng phải chú ý rằng, nồng độ thêm vào

của nguyên tố phân tích phải theo từng bậc và khoảng cách của các bậc đó

phải xấp xỉ bằng nồng độ Cx phải tìm. Có như thế thì phần nội suy tuyến tính

mới có ý nghĩa chính xác.

Phương pháp này được sử dụng rất nhiều trong phân tích lượng vết và

lượng cực nhỏ các nguyên tố kim loại trong các loại mẫu khác nhau, đặc biệt

là các loại mẫu có thành phần vật lý và hóa học phức tạp, các mẫu quặng đa

kim. Đồng thời đây cũng là một phương pháp để xác định độ phát hiện của

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

một phương pháp phân tích.

Aλ

mg/l

C0 C0 C0

∆C3 ∆C3

∆C2

∆C1

∆C0

Hình 2.2: Đồ thị phƣơng pháp thêm chuẩn

2.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Trong phần thực nghiệm luận văn phải thực hiện các nhiệm vụ sau:

2.4.1. Khảo sát các điều kiện thực nghiệm xác định Fe, Mn bằng phƣơng

pháp phổ hấp thụ nguyên tử dùng ngọn lửa.

1. Khảo sát các điều kiện của máy đo phổ

- Bức sóng hấp thụ của Fe, Mn.

- Cường độ dòng điện đèn catot rỗng.

- Lưu lượng khí axetilen.

- Độ rộng khe đo.

- Chiều cao đầu đốt.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

2. Chọn nền và môi trƣờng phân tích

2.4.2. Khảo sát ảnh hƣởng của cation khác

2.4.3. Khảo sát vùng tuyến tính của Fe, Mn.

2.4.4. Đánh giá sai số, độ lặp, khoảng tin cậy của phép đo.

2.4.5. Lấy mẫu, bảo quản và xử lý mẫu.

2.4.6. Phân tích mẫu thực tế theo phƣơng pháp đƣờng chuẩn và phƣơng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

pháp thêm chuẩn.

Chƣơng 3

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

3.1. KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC

KIM LOẠI SẮT VÀ MANGAN BẰNG PHƢƠNG PHÁP F-AAS.

3.1.1. Khảo sát các thông số máy

3.1.1.1. Khảo sát vạch phổ hấp thụ

Mỗi loại nguyên tử của một nguyên tố hóa học chỉ có thể hấp thụ được

những bức xạ có bước sóng mà chính nó có thể phát ra trong quá trình phát xạ

khi chúng ở trạng thái hơi. Nhưng thực tế không phải các nguyên tử có thể

hấp thụ tốt tất cả các bức xạ mà nó phát ra, quá trình hấp thụ chỉ tốt và nhạy

chủ yếu đối với các vạch nhạy (vạch đặc trưng). Đối với một nguyên tố vạch

phổ nào có khả năng hấp thụ càng mạnh thì phép đo vạch đó có độ nhạy càng

cao. Như vậy đối với một nguyên tố các vạch phổ khác nhau sẽ có độ nhạy

khác nhau, đồng thời với mỗi vạch này có thể có rất nhiều nguyên tố khác

trong mẫu có vạch phổ gần với vạch phổ này, nó có thể chen lấn hay gây

nhiễu tới vạch phổ của nguyên tố phân tích làm cho việc đo cường độ vạch

phân tích gặp khó khăn và thiếu chính xác. Vì hàm lượng sắt và mangan trong

nước giếng khoan là rất nhỏ nên chúng tôi tiến hành khảo sát để tìm ra vạch

phổ có độ nhạy cao và hạn chế được ảnh hưởng của nguyên tố có vạch phổ

lân cận.

Chúng tôi khảo sát các bước sóng hấp thụ khác nhau của các kim loại

sắt và mangan với nồng độ là 1mg/l. Kết quả khảo sát được trình bày trong

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

các bảng 3.1 và 3.2.

Từ kết quả khảo sát chúng tôi chọn vạch phổ cho các kim loại như sau:

248,30 nm đối với Fe và 279,50 nm đối với Mn. Vì đây là vạch phổ nhạy nhất,

có độ ổn định cao và không bị chen lấn bởi các vạch phổ của nguyên tố khác.

Bảng 3.1: Kết quả khảo sát các bƣớc sóng hấp thụ khác nhau của Fe

STT

1 Vạch phổ(nm) Lý thuyết 248,30 Mức độ nhạy kém vạch phổ số 1 1 Vạch phổ (nm) Thực tế 248,30 Độ hấp thụ Abs 0,0675

2 248,80 2,3 lần 248,78 0,0482

3 271,90 3 lần 272,00 0,0510

4 372,00 10 lần 371,80 0,0301

Bảng 3.2: Kết quả khảo sát các bƣớc sóng hấp thụ khác nhau của Mn

STT

1 Vạch phổ (nm) Lý thuyết 279,50 Mức độ nhạy kém vạch phổ số 1 1 Vạch phổ (nm) Thực tế 279,50 Độ hấp thụ Abs 0,1788

2 279,80 1,5 lần 280,00 0,1600

3 280,10 3 lần 280,15 0,1596

4 403,00 10 lần 402,87 0,1355

3.1.1.2. Khảo sát cƣờng độ dòng đèn

Đèn catốt rỗng (HCL) là nguồn bức xạ cộng hưởng, nó chỉ phát ra

những tia phát xạ nhạy của nguyên tố kim loại được dùng làm catốt rỗng.

Đèn catốt làm việc với mỗi chế độ dòng nhất định sẽ cho chùm phát xạ có

cường độ nhất định. Mỗi sự dao động về dòng điện làm việc của đèn đều ảnh

hưởng đến cường độ của chùm tia phát ra. Ta phải chọn một giá trị cường độ

dòng phù hợp và giữ nguyên trong suốt quá trình định lượng Fe, Mn. Theo lý

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

thuyết và thực nghiệm cường độ đèn HCl tốt nhất cho phép đo nằm trong

vùng 60% - 80% dòng giới hạn cực đại của đèn. Khi cần độ nhạy cao thì chọn

cận dưới và khi cần độ ổn định cao thì chọn cận trên. Đối với nguyên tố Mn

và Fe thì Imax = 20 mA. Chúng tôi tiến hành khảo sát với dung dịch chứa ion

kim loại có nồng độ 1ppm ở những bước sóng đã chọn với cường độ dòng

đèn HCl từ 60% - 80% dòng giới hạn cực đại của đèn. Kết quả khảo sát

cường độ dòng đèn catốt rỗng được trình bày ở bảng 3.3.

Bảng 3.3: Khảo sát cƣờng độ dòng đèn đối với Fe

Lần đo I (%Imax)

60%Imax (12 mA) 0,0675 65%Imax (13 mA) 0,0660 70%Imax (14 mA) 0,0665 75%Imax (15 mA) 0,0663 80%Imax (16 mA) 0,0660 1

0,0677 0,0666 0,0671 0,0656 0,0658 2 Abs 0,0670 0,0673 0,0655 0,0650 0,0669 3

TB 0,0674 0,0666 0,0664 0,0656 0,0662

% RSD 0,98 1,22 0,99 0,88 0,53

Bảng 3.4: Khảo sát cƣờng độ dòng đèn đối với Mn

Lần đo I (% Imax)

60%Imax (12 mA) 0,1788 65%Imax (13 mA) 0,1784 70%Imax (14 mA) 0,1790 75%Imax (15 mA) 0,1791 80%Imax (16 mA) 0,1785 1

0,1786 0,1781 0,1780 0,1782 0,1789 2 Abs 0,1785 0,1780 0,1777 0,1769 0,1760 3

TB 0,1786 0,1782 0,1782 0,1781 0,1778

% RSD 0,12 0,38 0,62 0,88 0,09

Từ kết quả khảo sát trên chúng tôi chọn cường độ dòng đèn của Fe và

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

của Mn là 12 mA.

3.1.1.3. Khảo sát lƣu lƣợng khí axetylen

Theo kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa, người ta dùng năng lượng

nhiệt của ngọn lửa đèn khí để hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu phân tích. Vì thế

mọi quá trình xảy ra trong khi nguyên tử hóa mẫu là phụ thuộc vào các đặc

trưng và tính chất của ngọn lửa. Chúng tôi chọn nhiệt độ phù hợp để hóa hơi

và nguyên tử hóa nguyên tố cần phân tích. Ở đây chúng tôi chọn hỗn hợp khí

axetylen và không khí nén làm khí đốt.

Lưu lượng không khí nén được giữ cố định bằng 15ml/phút, do đó có

thể chọn điều kiện ngọn lửa có nhiệt độ phù hợp cho phép đo. Chúng tôi tiến

hành khảo sát tốc độ khí axetylen với dung dịch ion các kim loại có nồng độ

1mg/l trong HNO3 0,13%. Kết quả khảo sát được trình bày ở bảng 3.5.

Bảng 3.5: Khảo sát tốc độ dẫn khí axetylen khi xác định Fe

Lần đo 1,8 2,0 2,2 2,5 C2H2 (l/ph)

1 0,0680 0,0669 0,0675 0,0688

2 0,0670 0,0670 0,0677 0,0679 Abs 3 0,0673 0,0672 0,0676 0,0680

TB 0,0674 0,0670 0,0676 0,0682

% RSD 0,76 0,23 0,72 0,15

Bảng 3.6: Khảo sát tốc độ dẫn khí axetylen khi xác định Mn

2,0 2,2 2,5 1,8 C2H2 (l/ph) Lần đo

1 0,1780 0,1788 0,1784 0,1770

2 0,1785 0,1789 0,1785 0,1783 Abs 3 0,1783 0,1787 0,1789 0,1786

TB 0,1783 0,1788 0,1786 0,1780

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

% RSD 0,14 0,15 0,48 0,06

Qua kết quả khảo sát chúng tôi chọn tốc độ dẫn khí axetylen của Fe là

2,2 l/phút và của Mn là 2 lít/phút.

3.1.1.4. Khảo sát khe đo của máy phổ hấp thụ nguyên tử

Theo nguyên tắc hoạt động của hệ thống đơn sắc trong máy phổ hấp

thụ nguyên tử, chùm tia phát xạ cộng hưởng của nguyên tố cần nghiên cứu

được phát ra từ đèn catốt rỗng, sau khi đi qua môi trường hấp thụ, sẽ được

hướng vào khe đo của máy, được chuẩn trực, được phân ly và sau đó chỉ một

vạch phổ cần đo được chọn và hướng vào khe đo để tác dụng vào nhân quang

điện để phát hiện và xác định cường độ vạch phổ. Do vậy khe đo của vạch

phổ phải được chọn chính xác, phù hợp với từng vạch phổ, có độ lặp lại cao

trong mỗi phép đo và lấy được hết độ rộng trong mỗi vạch phổ.

Tiến hành khảo sát ở những bước sóng đã chọn, ta thấy khe đo phù hợp

là 0,2 nm đối với Fe và Mn là 0,2 nm cho độ nhạy và độ ổn định cao. Ở điều

kiện này 100% diện tích píc của vạch phổ sẽ nằm trong khe đo. Kết quả khảo

sát khe đo được trình bày ở bảng 3.7.

Bảng 3.7: Kết quả khảo sát khe đo đối khi xác địn Fe

Khe đo (nm) Lần đo 0,1 0,2 0,4 1,0

1 0,0672 0,0675 0,0680 0,0677

2 0,0674 0,0674 0,0674 0,0672 Abs 3 0,0667 0,0676 0,0668 0,0667

TB 0,0671 0,0675 0,0674 0,0672

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

% RSD 0,54 0,89 0,74 0,15

Bảng 3.8: Kết quả khảo sát khe đo khi xác định Mn

Khe đo (nm) Lần đo 0,1 0,2 0,4 1,0

1 0,1784 0,1786 0,1781 0,1783

2 0,1783 0,1788 0,1786 0,1785 Abs 3 0,1780 0,1789 0,1776 0,1769

TB 0,1782 0,1788 0,1781 0,1779

% RSD 0,12 0,28 0,49 0,08

3.1.1.5. Khảo sát chiều cao của đèn nguyên tử hóa mẫu

Chiều cao đèn nguyên tử hóa mẫu nếu chọn đúng không những thu

được độ nhạy cao và tín hiệu ổn định mà còn loại bỏ nhiều yếu tố ảnh hưởng.

Ngọn lửa gồm ba phần: Phần tối, phần trung tâm, phần vỏ và phần đuôi của

ngọn lửa. Ở phần trung tâm của ngọn lửa (nhiệt độ cao nhất), hỗn hợp khí

được đốt cháy tốt nhất và không có phản ứng thứ cấp. Vì vậy trong phép đo

phổ hấp thụ nguyên tử ta phải chọn và thu chỉ phần trung tâm của ngọn lửa

nguyên tử hóa. Chúng tôi tiến hành khảo sát với nồng độ các kim loại Fe và

Mn là 1mg/l. Các kết quả được chỉ ra ở bảng 3.9.

Bảng 3.9: Khảo sát chiều cao đèn nguyên tử hóa khi xác định Fe

Lần đo 7 8 9 10 Chiều cao burner (nm)

1 0,0670 0,0682 0,0676 0,0670

2 0,0674 0,0678 0,0674 0,0673 Abs 3 0,0672 0,0680 0,0675 0,0671

TB 0,0672 0,0679 0,0675 0,0671

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

% RSD 0,30 0,29 0,23 0,15

Bảng 3.10: Khảo sát chiều cao đèn nguyên tử hóa khi xác định Mn

Lần đo 7 8 9 10 Chiều cao burner (nm)

1 0,1789 0,1780 0,1786 0,1782

2 0,1787 0,1783 0,1782 0,1786 Abs 3 0,1789 0,1784 0,1785 0,1781

TB 0,1788 0,1782 0,1784 0,1783

% RSD 0,12 0,12 0,15 0,06

Qua kết quả khảo sát chúng tôi chọn chiều cao đèn nguyên tử hóa đối

với các nguyên tố Fe là 9 mm và Mn là 7mm. Vì ở điều kiện này píc thu được

có độ nhạy và độ ổn định cao, sai số nhỏ.

3.1.2. Khảo sát ảnh hƣởng của các loại axit và nồng độ axit

Trong phép đo F-AAS, mẫu đo ở dạng dung dịch và trong môi trường

axit. Nồng độ axit trong dung dịch mẫu luôn luôn có ảnh hưởng đến cường độ

vạch phổ của nguyên tố phân tích thông qua tốc độ dẫn mẫu, khả năng hóa

hơi và nguyên tử hóa các chất mẫu. Ảnh hưởng này thường gắn với các loại

anion của axit.

Nói chung các loại axit khó bay hơi và bền nhiệt thì càng làm giảm

nhiều cường độ vạch phổ hấp thụ của nguyên tố phân tích. Các axit dễ bay

hơi gây ảnh hưởng nhỏ. Các axit làm giảm cường độ vạch phổ hấp thụ của

nguyên tố cần phân tích theo thứ tự: HClO4 < HCl < HNO3 < H2SO4 < H3PO4

< HF. Như vậy các axit HNO3, HCl là các axit gây ảnh hưởng nhỏ có thể

dùng làm nền trong phép phân tích phổ hấp thụ nguyên tử. Trên cơ sở đó

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

chúng tôi đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của một số loại axit có thể dùng để

hòa tan mẫu và tạo môi trường như: HCl, HNO3 tới cường độ vạch hấp thụ

nguyên tử Sắt, Mangan.

3.1.2.1. Khảo sát ảnh hƣởng của axit đối với sắt

Chúng tôi tiến hành khảo sát đối với dung dịch Fe 1mg/l trong axit

HCl và HNO3 với nồng độ biến thiên từ 0 đến 0,2%. Các kết quả được chỉ ra

ở bảng 3.11.

Bảng 3.11: Ảnh hƣởng của các loại axit và nồng độ axit tới phép đo Fe

Nồng độ axit (C%) 0 0,10 0,12 0,13 0,16 0,2

Lần 1 0,0656 0,0660 0,0662 0,0677 0,0690 0,0678

Lần 2 0,0679 0,0670 0,0670 0,0674 0,0688 0,0670

HNO3 Lần 3 0,0670 0,0680 0,0669 0,0675 0,0678 0,0672

TB 0,0668 0,0670 0,0667 0,0675 0,0685 0,0673

Sai số (%RSD) 1,73 1,49 0,65 0,49 0,62 0,23

Lần 1 0,0665 0,0681 0,0669 0,0509 0,0687 0,0679

Lần 2 0,0670 0,0672 0,0680 0,0490 0,0679 0,0660

HCl Lần 3 0,0672 0,0662 0,0660 0,0500 0,0682 0,0675

TB 0,0669 0,0672 0,0670 0,0500 0,0680 0,0671

Sai số (%RSD) 0,54 1,42 1,50 1,90 0,59 1,49

Như vậy nồng độ HCl, HNO3 trong dung dịch mẫu < 0,2% không ảnh

hưởng tới phép đo phổ của Fe. Trong đó nồng độ HNO3 0,13% cho kết quả có

độ lặp lại cao, ổn định nhất.

Sau đó chúng tôi tiến hành khảo sát để chọn ra trong hai loại axit HCl

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

0,13% và HNO3 0,13% thì loại axit nào ít ảnh hưởng tới phép đo của Fe nhất

bằng cách pha các dung dịch với nồng độ biến thiên của Fe trong các nồng độ

axit đã chọn. Kết quả được trình bày trong bảng 3.12 và hình 3.1.

Bảng 3.12: Khảo sát ảnh hƣởng của HNO3 0,13% và HCl 0,13%

STT Nồng độ Fe (mg/l) HNO3 0,13% HCl 0,13%

1 0,05 0,0036 0,0036

2 0,2 0,0148 0,0102

3 0,5 0,0345 0,0201

4 1,0 0,0675 0,0500

5 2,0 0,1260 0,1101

■ HCl ♦ HNO3

6 4,0 0,2393 0,2007

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 3.1: Độ hấp thụ của Fe trong các axit tối ƣu

Qua đồ thị ta thấy HNO3 0,13% cho độ hấp thụ của nguyên tố cao và cho kết

quả ổn định hơn cả trong phép đo Fe (ứng với đồ thị có độ thẳng và độ dốc

cao và nằm phía trên). Vì vậy trong quá trình phân tích mẫu các nguyên tố và

Fe chúng tôi chọn nền là HNO3 0,13%.

3.1.2.2. Khảo sát ảnh hƣởng của axit đối với Mn

Chúng tôi tiến hành khảo sát đối với dung dịch Mn 1ppm trong các axit

HCl và HNO3 với nồng độ biến thiên từ 0 đến 0,2%. Các kết quả được chỉ ra

ở bảng 3.13.

Bảng 3.13: Ảnh hƣởng của các loại axit và nồng độ axit tới phép đo Mn

Nồng độ axit (C%) 0 0,10 0,12 0,13 0,16 0,20

Lần 1 0,1750 0,1769 0,1772 0,1789 0,1769 0,1770

Lần 2 0,1755 0,1760 0,1775 0,1787 0,1772 0,1766

HNO3 Lần 3 0,1761 0,1782 0,1755 0,1790 0,1795 0,1768

TB 0,1755 0,1770 0,1767 0,1789 0,1779 0,1768

Sai số (%RSD) 0,31 0,62 0,61 0,08 0,80 0,11

Lần 1 0,1752 0,1766 0,1763 0,1774 0,1768 0,1759

Lần 2 0,1759 0,1760 0,1761 0,1770 0,1763 0,1765

HCl Lần 3 0,1750 0,1775 0,1755 0,1780 0,1779 0,1774

TB 0,1754 0,1767 0,1760 0,1775 0,1770 0,1766

Sai số (%RSD) 0,27 0,43 0,24 0,28 0,46 0,43

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Như vậy nồng độ HCl, HNO3 trong dung dịch mẫu < 0,2% không ảnh hưởng tới phép đo phổ của Mn. Trong đó nồng độ HNO3 0,13% cho kết quả có độ lặp lại cao, ổn định nhất.

Tiếp theo chúng tôi tiến hành khảo sát để chọn ra trong hai loại axit

HCl 0,13% và HNO3 0,13% thì loại axit nào ít ảnh hưởng tới phép đo của Mn

nhất bằng cách pha các dung dịch với nồng độ biến thiên của Mn trong các

nồng độ axit đã chọn. Kết quả được trình bày trong bảng 3.14 và hình 3.2.

Bảng 3.14: Khảo sát ảnh hƣởng của HNO3 0,13% và HCl 0,13%

STT Nồng độ Mn (mg/l) HNO3 0,13% HCl 0,13%

1 0,0500 0,0098 0,0097

2 0,2000 0,0374 0,0343

3 0,5000 0,0918 0,0820

4 1,0000 0,1788 0,1598

■ HCl ♦ HNO3

5 4,0000 0,6394 0,5672

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 3.2: Độ hấp thụ của Mn trong các axit tối ƣu

Qua đồ thị ta thấy HNO3 0,13% cho độ hấp thụ của nguyên tố cao và

cho kết quả ổn định hơn cả trong phép đo Mn (ứng với đồ thị có độ thẳng và

độ dốc cao và nằm phía trên). Vì vậy trong quá trình phân tích mẫu các

nguyên tố và Mn chúng tôi chọn nền là HNO3 0,13%.

3.2. KHẢO SÁT SƠ BỘ THÀNH PHẦN MẪU

Một trong những yếu tố ảnh hưởng đến phép đo phổ AAS là ảnh hưởng

của các cation. Trong mẫu nước cần phân tích ngoài Fe, Mn còn có những

nguyên tố khác như K, Na, Mg, Ca, Ba, Al, Cr …, do vậy cần phải nghiên

cứu xem chúng có ảnh hưởng đến quá trình đo phổ của Fe và Mn hay không

để có biện pháp loại bỏ ảnh hưởng (nếu có). Cho nên chúng tôi tiến hành khảo

sát sơ bộ thành phần của mẫu nước thực tế.

Mẫu sau khi được xử lý, đem đo bằng phương pháp quang phổ hấp thụ

nguyên tử ngọn lửa để xác định hàm lượng một số nguyên tố cơ bản. Kết quả

được chỉ ra ở bảng 3.15.

Bảng 3.15: Kết quả sơ bộ thành phần mẫu nƣớc

Nguyên tố Mẫu 1 (mg/l) Mẫu 2 (mg/l) Mẫu 3 (mg/l)

Na 28 32 40

Pb 0,003 0,002 0,008

Cd 0,0007 0,001 0,003

Zn 0,2 0,3 0,5

Al 0,01 0,12 0,2

Cr 0,0006 0,0013 0,0032

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Mẫu 1: Nước giếng khoan – Tổ 1 phường Tích Lương

Mẫu 2: Nước giếng khoan – Tổ 2 phường Tích Lương

Mẫu 3: Nước giếng khoan – Tổ 3 phường Tích Lương

3.3. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC CATION

Trong đối tượng phân tích của chúng tôi là nước giếng khoan có các

cation của các nguyên tố mangan, sắt, natri, chì, nhôm, kẽm, crom …. với

hàm lượng khác nhau. Các cation này có mặt trong mẫu phân tích có thể làm

tăng hoặc giảm và cũng có thể không gây ảnh hưởng đến cường độ hấp thụ

của sắt, mangan. Nếu có ảnh hưởng thì ảnh hưởng này phụ thuộc vào mỗi

cation và nhóm cation. Vì thế chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của các

cation theo từng nhóm cation.

Để kiểm tra ảnh hưởng, với mỗi nhóm cation chúng tôi chuẩn bị 5 mẫu

trong đó có một mẫu trắng không có mặt cation. Các mẫu còn lại bao gồm Mn 1ppm hoặc Fe 1ppm và hàm lượng các cation K+, Na+, Al3+, Cr3+ … với nồng

độ tăng dần, thêm HNO3 0,13%, định mức và tiến hành đo phổ thu được kết

quả trong các bảng 3.16 – 3.19.

Bảng 3.16: Ảnh hƣởng của các kim loại kiềm

0 1 2 3 4

0 100 500 1000 1500

Mẫu số K+ (mg/l) Na+ (mg/l) 0 20 50 100 150

Abs – Fe 0,1872 0,1871 0,1872 0,1870 0,1871

Abs – Mn 0,0876 0,0877 0,0876 0,0875 0,0877

Trong nhóm này, K+ có nồng độ 1500 mg/l, Na+ có nồng độ 150 mg/l

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

vấn không ảnh hưởng đến vạch phổ của Fe và Mn.

Bảng 3.17: Ảnh hƣởng của các kim loại kiềm thổ

1 0 2 3 4

40 0 80 100 200

20 0 30 40 50 Mẫu số Mg2+ (mg/l) Ca2+ (mg/l) Ba2+ (mg/l)

0,1872 0,1873 0,1870 0,1871 0,1872 Abs – Fe

0,0876 0,0877 0,0878 0,0875 0,0876 Abs – Mn

Ở nồng độ < 200 mg/l Mg2+, Ca2+ thực tế cũng không ảnh hưởng đến

phép đo phổ của Mn, Fe. Trong vùng nồng độ khảo sát các nguyên tố này

không ảnh hưởng đến cường độ vạch phổ cần nghiên cứu.

Bảng 3.18: Ảnh hƣởng của các kim loại nhóm 3

1 0 2 3 4

10 0 20 30 50

2 0 4 6 10 Mẫu số Al3+ (mg/l) Cr3+ (mg/l)

0,1870 0,1872 0,1871 0,1873 0,1872 Abs – Fe

0,0876 0,0875 0,0876 0,0874 Abs – Mn

0,0877

Bảng 3.19: Ảnh hƣởng của các kim loại nặng khác

1 0 2 3 4

2 0 4 6 10

10 0 20 30 50

2 0 4 6 10 Mẫu số Pb2+ (mg/l) Zn2+ (mg/l) Cd2+ (mg/l)

0,1872 0,1871 0,1873 0,1872 0,1873 Abs – Fe

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

0,0876 0,0874 0,0875 0,0876 0,0875 Abs – Mn

Khái quát hơn chúng tôi tiến hành khảo sát tổng các cation khi có mặt

đồng thời trong mẫu. Kết quả được chỉ ra ở bảng 3.20.

Bảng 3.20: Ảnh hƣởng của các ion kim loại khác

1 0 2 3 4

100 0 500 1000 1500

20 0 50 100 150

40 0 80 100 200

20 0 30 40 50

10 0 20 30 50

2 0 4 6 10

10 0 20 30 50

2 Mẫu số K+ (mg/l) Na+ (mg/l) Mg2+ (mg/l) Ca2+ (mg/l) Ba2+ (mg/l) Al3+ (mg/l) Cr3+ (mg/l) Pb2+ (mg/l) Zn2+ (mg/l) Cd2+ (mg/l) 0 4 6 10

Abs – Fe 0,1872 0,1870 0,1873 0,1871 0,1871

Abs – Mn 0,0876 0,0875 0,0876 0,0874 0,0875

Như vậy đối với nồng độ các ion chúng tôi khảo sát mặc dù đã cao hơn rất nhiều so với nồng độ thực trong nước, nhưng chúng không ảnh hưởng đến phép đo.

Kết quả một lần nữa cho thấy phép đo phổ F-AAS của Mn và Fe trong

các điều kiện đã chọn không bị ảnh hưởng bởi các ion có trong mẫu phân tích.

3.4. KHẢO SÁT KHOẢNG TUYẾN TÍNH CỦA Fe VÀ Mn

Trong phép đo phổ hấp thụ nguyên tử tín hiệu hấp thụ của vạch phổ

phụ thuộc vào nồng độ của nguyên tố cần phân tích và được xác định theo

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

phương trình: A = K.Cb

A: Độ hấp thụ quang của vạch phổ

K: Hằng số thực nghiệm

C: Nồng độ nguyên tố cần xác định

b: Hằng số bản chất của nguyên tố (0 ≤ b ≤ 1)

Trong một khoảng nhất định và nhỏ thì b = 1, khi đó mối quan hệ giữa

A và C là tuyến tính. Khoảng nồng độ này được gọi là khoảng tuyến tính của

phép đo. Đối với các nguyên tố khác nhau thì giá trị khoảng tuyến tính là khác

nhau và phụ thuộc vào kỹ thuật đo.

Để xác định khoảng nồng độ tuyến tính của Fe và Mn chúng tôi chuẩn bị

một dãy mẫu chuẩn có nồng độ biến thiên từ 0,05 mg/l đến 8 mg/l đối với Mn và

0,05 mg/l đến 8 mg/l đối với Fe đều pha trong HNO3 0,13%. Kết quả thu được là

kết quả trung bình của 3 lần đo. Và được biểu diễn trong các hình 3.3 và 3.4.

Bảng 3.21: Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Fe

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Nồng độ dãy dung dịch chuẩn (mg/l) 0,0500 0,1000 0,2000 0,3000 0,5000 0,8000 1,0000 2,0000 4,0000 5,0000 6,0000 7,0000 8,0000 Độ hấp thụ (Abs) 0,0036 0,0092 0,0148 0,0221 0,0345 0,0529 0,0675 0,1260 0,2393 0,2928 0,3120 0,3165 0,3167 Sai số (%RSD) 8,85 0,00 7,43 2,56 0,60 0,00 0,42 0,00 1,24 0,12 1,55 6,89 5,09

Hình 3.3: Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Fe

Qua đồ thị ta thấy khoảng nồng độ tuyến tính của Fe là 0,05 mg/l đến

5,0 mg/l.

Bảng 3.22: Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính khi xác dịnh Mn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Nồng độ dãy dung dịch chuẩn (mg/l) 0,0500 0,1000 0,2000 0,3000 0,5000 0,8000 1,0000 4,0000 5,0000 6,0000 7,0000 8,0000 Độ hấp thụ (Abs) 0,0098 0,0189 0,0374 0,0561 0,0918 0,1448 0,1788 0,6384 0,7746 0,7747 0,7744 0,7738 Sai số (%RSD) 4,08 6,01 1,72 0,57 0,61 0,48 0,44 0,48 0,13 2,15 4,32 2,98

Hình 3.4: Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính khi xác định Mn

Qua đồ thị ta thấy khoảng nồng độ tuyến tính của Mn là 0,05 mg/l đến

5,0 mg/l.

3.5. XÂY DỰNG ĐƢỜNG CHUẨN, XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN PHÁT

HIỆN VÀ GIỚI HẠN ĐỊNH LƢỢNG

Để xác định hàm lượng các nguyên tố sắt và mangan trong mẫu phân

tích bằng phương pháp đường chuẩn, chúng tôi chuẩn bị các dung dịch để xây

dựng đường chuẩn cùng môi trường axit với dung dịch mẫu phân tích. Nồng

độ các dung dịch để xây dựng đường chuẩn được chuẩn bị chính xác với nồng

độ chất cần phân tích tăng dần trong phạm vi tuyến tính đã khảo sát với nền

axit đã được lựa chọn. Dựa vào đường chuẩn được thiết lập chúng tôi xác

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

định được nồng độ các ion kim loại trong mẫu.

Kết quả phân tích sẽ có độ chính xác cao khi nồng độ sắt và mangan

nằm trong khoảng tuyến tính. Do đó trong quá trình chuẩn bị mẫu phân tích ta

phải đưa nồng độ ion kim loại cần phân tích nằm trong khoảng tuyến tính đã

xác định. Nếu hàm lượng chất cần phân tích vượt ra ngoài khoảng tuyến tính

thì phải pha loãng dung dịch trước khi đo, ngược lại khi nồng độ chất phân

tích quá nhỏ thì ta phải làm giàu mẫu trước khi đo.

Giới hạn phát hiện (LOD) là nồng độ nhỏ nhất của một nguyên tố ở

trong mẫu phân tích còn phát hiện được các vạch phổ của nó theo điều kiện

thực nghiệm đã chọn.

Giới hạn định lượng (LOQ): Là nồng độ nhỏ nhất của một nguyên tố ở

trong mẫu phân tích để còn có thể định lượng được nguyên tố đó cho kết quả

tin cậy chắc chắn và chính xác (95%).

Để tính được giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng thì ở đây chúng

tôi sử dụng phần mềm origin 7.0 và áp dụng công thức:

3.5.1. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định sắt

Trên cơ sở các điều kiện thực nghiệm đã chọn cho máy đo phổ, chúng

tôi xây dựng đường chuẩn biểu diễn sự phụ thuộc độ hấp thụ vào nồng độ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

sắt. Kết quả thực nghiệm được thể hiện ở bảng 3.23 và biểu diễn ở hình 3.5.

Bảng 3.23: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ ion Fe

Abs STT Abs - TB %RSD Nồng độ Fe (mg/l) Lần 1 Lần 2 Lần 3

0,05 0,0040 0,0034 0,0035 0,0036 8,85 1

0,1 0,0061 0,0092 0,0068 0,0092 0,00 2

0,2 0,0159 0,0148 0,0137 0,0148 7,43 3

0,3 0,0212 0,0225 0,0217 0,0221 2,56 4

0,5 0,0343 0,0347 0,0346 0,0345 0,60 5

0,8 0,0529 0,0529 0,0554 0,0529 0,00 6

1 0,0677 0,0698 0,0673 0,0675 0,42 7

2 0,1260 0,1288 0,1291 0,1260 0,00 8

4 0,2290 0,2372 0,2414 0,2393 1,24 9

10 5 0,2925 0,2932 0,2927 0,2928 0,12

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 3.5: Đƣờng chuẩn xác định hàm lƣợng Fe

Giới hạn phát hiện sắt bằng phép đo F - AAS theo đường chuẩn được

tính như sau:

Giới hạn định lượng sắt bằng phép đo F – AAS theo đường chuẩn:

3.5.2. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định mangan

Trên cơ sở các điều kiện thực nghiệm đã chọn cho máy đo phổ, chúng tôi

xây dựng đường chuẩn biểu diễn sự phụ thuộc độ hấp thụ vào nồng độ mangan.

Kết quả thực nghiệm được thể hiện ở bảng 3.24 và biểu diễn ở hình 3.6

Bảng 3.24: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ vào nồng độ Mn

Abs Nồng độ Mn STT Abs - TB %RSD (mg/l) Lần 1 Lần 2 Lần 3

0,05 0,0102 0,0094 0,0098 0,0098 4,08 1

0,1 0,0197 0,0176 0,0194 0,0189 6,01 2

0,2 0,0371 0,0381 0,0369 0,0374 1,72 3

0,3 0,0562 0,0557 0,0563 0,0561 0,57 4

0,5 0,0924 0,0913 0,0917 0,0918 0,61 5

0,8 0,1448 0,1455 0,1441 0,1448 0,48 6

1 0,1792 0,1779 0,1793 0,1788 0,44 7

4 0,6349 0,6395 0,6407 0,6384 0,48 8

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

5 0,7748 0,7755 0,7735 0,7746 0,13 9

Giới hạn phát hiện mangan bằng phép đo F – AAS theo đường chuẩn

được tính như sau:

Giới han định lượng mangan bằng phép đo F – AAS theo đường chuẩn

Hình 3.6: Đƣờng chuẩn xác định hàm lƣợng Mn

3.6. TỔNG HỢP CÁC ĐIỀU KIỆN ĐO PHỔ F-AAS CỦA SẮT VÀ

MANGAN

Qua quá trình khảo sát ở trên chúng tôi đã xác định được các điều kiện

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

đo phổ F - AAS phù hợp để xác định sắt và mangan như ở bảng 3.25 dưới đây.

Bảng 3.25: Tổng kết các điều kiện đo phổ F – AAS của sắt và mangan

Các yếu tố Fe Mn

Vạch phổ hấp thụ (nm) 248,3 279,5

Khe đo (nm) 0,2 0,2

13 10 Cường độ dòng đèn (%Imax) (mA)

o đ y á m ố s

Lưu lượng khí nén (99,9%) (l/phút) 15 15

g n ô h T

2 2,2 Lưu lượng khí C2H2 (99,9%) (l/phút)

Chiều cao Burner (nm) 9 7

0,13 0,13 Thành phần nền HNO3 (%)

Vùng tuyến tính (mg/l) 0,05 - 5 0,05 - 5

Giới hạn phát hiện (mg/l) 0,161 0,182

Giới hạn định lượng (mg/l) 0,537 0,605

3.7. SAI SỐ VÀ ĐỘ LẶP LẠI CỦA PHÉP ĐO

Để tiến hành đánh giá sai số và độ lặp lại của phép đo ta xây dựng

đường chuẩn và chuẩn bị 3 mẫu chuẩn có nồng độ nằm ở đầu, giữa và cuối

khoảng tuyến tính của mỗi nguyên tố, ở mỗi loại nồng độ chúng tôi tiến hành

đo lặp lại 10 lần.

Các kết quả thí nghiệm được xử lý thống kê theo các công thức sau:

+ Độ lệch chuẩn:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Trong đó: Stt: Độ lệch chuẩn

n: Số lần phân tích lặp lại của mẫu i

Xi: Giá trị phân tích lần thứ i

: Giá trị phân tích trung bình của n lần phân tích

+ Độ lệch chuẩn tương đối:

+ Chuẩn Student:

Trong đó: t: Chuẩn Student

µ: Giá trị thực cần đo được

+ Độ chính xác ε:

+ Khoảng tin cậy của giá trị phân tích:

3.7.1. Đánh giá sai số và độ lặp lại của phép đo Fe

Tiến hành thực nghiệm với các mẫu chuẩn và xử lý các kết quả thu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

được bằng thống kê chúng tôi thu được kết quả ở bảng 3.26.

Bảng 3.26: Kết quả xác định sai số của phƣơng pháp với phép đo Fe

Nồng độ Fe (mg/l) 0,1 2,0 5,0

0,0999 Lần 1 2,0001 5,0012

0,1006 Lần 2 1,9998 5,0009

o đ n ầ l

0,0995 Lần 3 2,0003 5,0014

0,1003 Lần 4 2,0009 4,9993

0,1008 Lần 5 1,9996 5,0021

) l / g m

0 1 ở c ợ ƣ đ n ệ i

0,1001 Lần 6 1,9997 4,9995

(

h

0,0997 Lần 7 2,0004 5,0011

t á h p

0,1006 Lần 8 2,0002 4,9998

ộ đ

0,0992 Lần 9 1,9995 5,0017

g n ồ N

0,0996 Lần 10 1,9994 4,9996

Nồng độ trung bình (x) 0,10003 1,99999 5,00066

10-3 5,38.10-5 4,72.10-4 Độ lệch chuẩn (Stt)

0,0236 0,020 0,5374 Độ lệch chuẩn tương đối (Stđ)

0,0211 0,6491 Chuẩn Student (t) 0,0558

Độ chính xác (ε) 9,49.10-6 3,16.10-6 2,09.10-4

3.7.2. Đánh giá sai số và độ lặp lại của phép đo Mn

Tiến hành thực nghiệm với các mẫu chuẩn và xử lý các kết quả thu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

được bằng thống kê chúng tôi thu được kết quả ở bảng 3.27.

Bảng 3.27: Kết quả xác định sai số của phƣơng pháp với phép đo Mn

Nồng độ Mn (mg/l) 0,1 2,0 5,0

0,1005 2,0053 5,0132 Lần 1

) l / g m

0,1008 2,0023 5,0115 Lần 2

(

0,0997 1,9987 4,9998 Lần 3

o đ n ầ l

0,0992 1,9915 4,9994 Lần 4

0,1012 2,0011 5,0121 Lần 5

0,1010 2,0020 5,0118 Lần 6

0 1 ở c ợ ƣ đ n ệ i

h

0,0996 2,0013 5,0101 Lần 7

t á h p

0,0991 1,9957 5,0019 Lần 8

ộ đ

0,0997 2,0021 4,9996 Lần 9

g n ồ N

0,1009 2,0012 5,0110 Lần 10

Nồng độ trung bình (x) 0,10017 2,00012 5,00704

7,92.10-4 3,92.10-3 5,99.10-3 Độ lệch chuẩn (Stt)

0,79 0,196 0,1198 Độ lệch chuẩn tương đối (Stđ)

Chuẩn Student (t) 0,2147 0,031 1,174

Độ chính xác (ε) 5,38.10-5 3,79.10-5 2,22.10-3

Từ các kết quả thu được khi đánh giá sai số và độ lặp lại của phép đo

Fe, Mn chúng tôi thấy rằng:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- Các giá trị thu được có độ lặp lại tương đối tốt. - Khi so sánh t với t,f = 2,228 (f = 10,  = 0,95) cho thấy t < t,f. Như vậy có thể nói rằng phương pháp không mắc phải sai số hệ thống (Loại sai số phát sinh do kĩ thuật đo, phương pháp phân tích, do máy móc thiết bị, do kĩ năng và sai sót của người phân tích).

- Khoảng tin cậy của giá trị phân tích của các phép đo hoàn toàn có thể

đánh giá thông qua các giá trị x và  tương ứng.

3.8. PHÂN TÍCH MẪU THỰC TẾ BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐƢỜNG

CHUẨN

3.8.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu

Chúng tôi tiến hành phân tích hàm lượng ion Fe, Mn trong 100 mẫu

nước giếng khoan tại 2 phường thuộc TP Thái Nguyên là phường Tích Lương

và phường Cam Giá trong các tháng 4, 5 và 6 năm 2011 (Bảng 3.28).

Bảng 3.28: Địa điểm, thời gian và kí hiệu mẫu phân tích

STT Địa điểm lẫy mẫu Kí hiệu Thời gian pH ban đầu

30/4/2011 6,5 1 M1 8/6/2011 6,6

30/4/2011 7,0 2 M2 8/6/2011 7,1

30/4/2011 6,8 3 M3 8/6/2011 6,8

30/4/2011 6,9 4 M4 8/6/2011 6,9

30/4/2011 7,3 5 M5 8/6/2011 7,4

30/4/2011 6,5 6 M6 8/6/2011 6,5

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

7 30/4/2011 6,8 M7 Phường Tích Lương – TP Thái Nguyên

8/6/2011 6,7

8/6/2011 7,5 8 M8 12/7/2011 7,6

30/4/2011 6,4 9 M9 8/6/2011 6,4

8/6/2011 6,8 10 M10 12/7/2011 6,7

1/5/2011 7,2 11 M11 9/6/2011 7,3

1/5/2011 6,4 12 M12 9/6/2011 6,6

1/5/2011 6,3 13 M13 9/6/2011 6,2

1/5/2011 6,7 14 M14 9/6/2011 6,6

1/5/2011 6,5 15 M15 9/6/2011 6,6

1/5/2011 7,0 16 M16 9/6/2011 7,1

1/5/2011 6,8 17 M17 9/6/2011 6,8

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

18 1/5/2011 6,9 M18

9/6/2011 6,9

1/5/2011 7,3 19 M19 9/6/2011 7,4

1/5/2011 6,5 20 M20 9/6/2011 6,5

1/5/2011 6,8 21 M21 9/6/2011 6,7

1/5/2011 7,5 22 M22 9/6/2011 7,6

1/5/2011 6,4 23 M23 9/6/2011 6,4

1/5/2011 6,8 24 M24 9/6/2011 6,7

1/5/2011 7,2 25 M25 9/6/2011 7,3

1/5/2011 6,4 26 M26 9/6/2011 6,6

1/5/2011 6,3 27 M27 9/6/2011 6,2

Phường Cam Giá – TP Thái Nguyên – Thái Nguyên 1/5/2011 6,7 28 M28 9/6/2011 6,6

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

29 1/5/2011 6,5 M29

9/6/2011 6,6

1/5/2011 7,0 30 M30 9/6/2011 7,1

7/5/2011 6,8 31 M31 11/6/2011 6,8

7/5/2011 6,9 32 M32 11/6/2011 6,9

7/5/2011 7,3 33 M33 11/6/2011 7,4

7/5/2011 6,5 34 M34 11/6/2011 6,5

7/5/2011 6,8 35 M35 11/6/2011 6,7

7/5/2011 7,5 36 M36 11/6/2011 7,6

7/5/2011 6,4 37 M37 11/6/2011 6,4

7/5/2011 6,8 38 M38 11/6/2011 6,7

7/5/2011 7,2 39 M39 11/6/2011 7,3

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

40 14/5/2011 6,4 M40

18/6/2011 6,6

14/5/2011 6,3 41 M41 18/6/2011 6,2

14/5/2011 6,7 42 M42 18/6/2011 6,6

14/5/2011 6,5 43 M43 18/6/2011 6,6

14/5/2011 7,0 44 M44 18/6/2011 7,1

14/5/2011 6,8 45 M45 18/6/2011 6,8

14/5/2011 6,9 46 M46 18/6/2011 6,9

14/5/2011 7,3 47 M47 18/6/2011 7,4

14/5/2011 6,5 48 M48 18/6/2011 6,5

14/5/2011 6,8 49 M49 18/6/2011 6,7

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

14/5/2011 7,5 50 M50 18/6/2011 7,6

Để lấy mẫu nước giếng khoan chúng tôi chuẩn bị chai nhựa polyetylen,

rửa sạch trước khi lấy mẫu và tráng 2 lần bằng chính mẫu phân tích. Sau khi lấy mẫu thì cho khoảng 0,5 ml HNO3 65% (1,53g/cm3) vào 500ml mẫu để

tránh sự thủy phân của các ion kim loại. Sau đó đậy kín ghi rõ ngày lấy mẫu,

nơi lấy mẫu. Đối với mỗi mẫu chúng tôi lấy 2 lần ở 2 thời điểm khác nhau để

xác định chính xác hàm lượng ion kim loại ở địa điểm đó. Vị trí lấy mẫu được

chỉ ra ở bảng 3.28, các mẫu đều có pH trong khoảng 6 – 8.

3.8.2. Xử lý mẫu

Nguyên tắc: Lấy 100ml mẫu thêm vào đó 5ml HCl đặc. Sau đó đem

đun trên bếp điện (chú ý không được đun sôi) đến khi còn từ 15 – 20ml. Tiếp

theo lọc qua giấy lọc và thêm 2 ml dung dịch NH4Cl 10% sau đó định mức

bằng HNO3 0,13% đến 100ml.

3.8.3. Kết quả xác định hàm lƣợng kim loại sắt, mangan trong nƣớc giếng

khoan bằng phép đo F - AAS

Chúng tôi tiến hành xác định hàm lượng các ion kim loại Fe, Mn trong

mẫu nước giếng khoan bằng phương pháp đường chuẩn như đã trình bày ở trên.

Nồng độ các nguyên tố cần xác định trong mẫu được hiển thị trên máy tính.

Kết quả 100 mẫu xác định nồng độ ion kim loại Mn, Fe trong nước

giếng khoan tại 2 phường Tích Lương (50 mẫu) và phường Cam Giá - TP

Thái Nguyên (50 mẫu) trong tháng 5, 6 năm 2011 được thể hiện trong các

bảng 3.29 và bảng 3.30. Các kết quả này được đo lặp lại 3 lần và lấy giá trị

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

trung bình để ghi vào bảng.

Bảng 3.29: Nồng độ kim loại Fe và Mn trong nƣớc giếng khoan tại phƣờng

Tích Lƣơng và phƣờng Cam Giá (T. 5/2011)

` Nồng độ(mg/l) Mn Fe

Tên mẫu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

0,0401 0,0539 0,0010 0,0045 0,0027 0,3664 0,3647 0,0230 0,0062 0,0093 0,0281 0,0144 0,0213 0,0748 0,0456 0,0593 0,0281 0,0247 0,0554 0,0902 0,0027 0,0199 0,5406 0,4333 0,5379 0,5587 0,1156 0,1027 0,1999 0,1156 0,0991 0,1184 0,0134 0,0734 0,0736 0,0747 0,0198 0,0224 0,0185 0,0204 0,3479 0,3447 0,3460 0,1056 0,1915 0,2122 0,1902 0,1980 0,1179 0,1308 0,1243 0,0016 0,0489 0,0450 0,0508 0,0482 0,0165 0,0114 0,0062 0,0508 0,0495 0,0501 0,3435 0,1056 0,0998 0,0953 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12 M13 M14 M15 M16 M17 M18 M19 M20 M21 M22 M23 M24 M25 M26 M27 M28 M29 M30 M31 M32 M33

0,0967 0,2034 0,0099 0,0567 0,4210 0,5620 0,4781 0,0673 0,0156 0,0378 0,0289 0,3218 0,0785 0,0967 0,0489 0,0369 0,0086 0,1040 0,0597 0,0604 0,0681 0,0629 0,0158 0,0106 0,0138 0,0888 0,0830 0,0797 0,0836 0,0385 0,0366 0,0417 0,0392 0,0028 M34 M35 M36 M37 M38 M39 M40 M41 M42 M43 M44 M45 M46 M47 M48 M49 M50

Bảng 3.30: Nồng độ kim loại Fe và Mn trong nƣớc giếng khoan tại phƣờng

Tích Lƣơng và phƣờng Cam Giá (T. 6/2011)

Nồng độ(mg/l)

Fe Mn

Tên mẫu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

0,0409 0,0559 0,0015 0,0049 0,0021 0,3663 0,3641 0,0234 0,0059 0,0090 0,0288 0,0147 0,0209 0,0750 0,0451 0,0730 0,0731 0,0750 0,0192 0,0221 0,0189 0,0210 0,3467 0,3455 0,3453 0,1050 0,1924 0,2120 0,1909 0,1987 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12 M13 M14 M15

0,0599 0,0297 0,0251 0,0543 0,0934 0,0028 0,0201 0,5405 0,4332 0,5373 0,5589 0,1149 0,1020 0,1987 0,1150 0,0995 0,1187 0,0139 0,0953 0,2031 0,0099 0,0569 0,4220 0,5623 0,4773 0,0670 0,0161 0,0370 0,0293 0,3221 0,0778 0,0973 0,0481 0,0372 0,0080 0,1181 0,1313 0,1244 0,0021 0,0480 0,0458 0,0500 0,0490 0,0169 0,0124 0,0060 0,0501 0,0499 0,0511 0,3440 0,1061 0,0992 0,0960 0,1045 0,0598 0,0611 0,0689 0,0623 0,0154 0,0101 0,0132 0,0893 0,0838 0,0802 0,0839 0,0389 0,0352 0,0426 0,0386 0,0031 M16 M17 M18 M19 M20 M21 M22 M23 M24 M25 M26 M27 M28 M29 M30 M31 M32 M33 M34 M35 M36 M37 M38 M39 M40 M41 M42 M43 M44 M45 M46 M47 M48 M49 M50

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Từ kết quả thu được ở trên chúng tôi có nhận xét:

Nước giếng khoan trong khu vực khảo sát có hàm lượng Mn nằm trong

khoảng 0,0016 - 0,3479 mg/l. Trong 100 mẫu thì không có mẫu nào có hàm

lượng Mn vượt quá giới hạn cho phép là 0,5mg/l theoTCVN 5502 (2003) [16].

Hàm lượng sắt trong nước giếng khoan nằm trong khoảng 0,0015 –

0,5623 mg/l. Trong 100 mẫu nước giếng khoan có 92 mẫu chứa hàm lượng Fe

nằm trong giới hạn cho phép (≤ 0,5 mg/l) theo TCVN 5502 (2003) [16] chiếm

92%, 8 mẫu có hàm lượng Fe cao hơn so với tiêu chuẩn cho phép chiếm tỉ lệ

8% (mẫu 23,25, 26 và mẫu 39 ở cả tháng 5 và 6/2011), cụ thể mẫu 23 đo được

trong tháng 5 vượt 8,12%, mẫu 25 vượt 7,58%, mẫu 26 vượt 11,74%, và mẫu

39 vượt 12,4% so với tiêu chuẩn cho phép. Trong tháng 6 mẫu 23 vượt 8,1%,

mẫu 25 vượt 7,46%, mẫu 26 vượt 11,78%, và mẫu 39 vượt 12,46% so với tiêu

chuẩn cho phép.

Bảng 3.31: Giới hạn tối đa nồng độ kim loại trong mẫu nƣớc [16,18]

STT Loại mẫu nƣớc

Giới hạn tối đa nồng độ kim loại trong các loại mẫu nƣớc Mn Fe

Nước dùng cho sinh hoạt (A)

1 0,5mg/l 0,5mg/l (TCVN 5502 – 2003)

Nước ngầm (B)

2 5mg/l 5mg/l (QCVN:09/2008/BTNMT)

3.9. PHÂN TÍCH MẪU NƢỚC GIẾNG KHOAN BẰNG PHƢƠNG

PHÁP THÊM CHUẨN

Phương pháp đường chuẩn là một phương pháp đơn giản, dễ thực hiện,

phù hợp với phân tích hàng loạt. Tuy nhiên, khi gặp một đối tượng phân tích

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

có thành phần phức tạp và không thể chuẩn bị dãy mẫu chuẩn phù hợp về

thành phần với mẫu phân tích thì tốt nhất ta dùng phương pháp thêm chuẩn.

Với phương pháp này sự ảnh hưởng của nền sẽ bị loại bỏ.

Để so sánh kết quả phân tích các nguyên tố với phương pháp đường

chuẩn, chúng tôi chọn 4 mẫu là M1 và M10, M26 và M45 để phân tích bằng

phương pháp thêm chuẩn. Từ giá trị Abs thu được, dùng phương pháp ngoại

suy đồ thị chúng tôi tìm ra nồng độ mẫu cần đo và so sánh sai số % với kết

quả bằng phương pháp đường chuẩn. Kết quả phân tích được thể hiện trong

các bảng 3.32 - 3.35.

Bảng 3.32: Kết quả phân tích hàm lƣợng Fe tháng 5/2011

Nồng độ Nồng độ Nồng độ Sai số (%) Nồng độ sau khi theo pp theo pp STT Mẫu chuẩn so với pp thêm thêm đƣờng đƣờng thêm vào chuẩn chuẩn chuẩn chuẩn (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l)

0,5396 0,5 M1 + t1

1,6168 0,0400 0,0401 10-2 % 1 1,5 M1 + t2

2,6940 2,5 M1 + t3

0,5087 0,5 M10 + t1

1,5 2 1,6545 0,0092 0,0093 10-2 % M10 + t2

2,8003 2,5 M10 + t3

1,0593 0,5 M26 + t1

1,5 3 1,7660 0,5588 0,5587 10-2 % M26 + t2

2,4727 2,5 M26 + t3

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

0,8226 0,5 M45 + t1 4 0,3220 0,3218 2.10-2 % 1,6151 1,5 M45 + t2

2,5 2,4075 M45 + t3

Bảng 3.33: Kết quả phân tích hàm lƣợng Fe tháng 6/2011

STT Mẫu

Nồng độ chuẩn thêm vào (mg/l) Sai số (%) so với pp đƣờng chuẩn Fe Nồng độ theo pp thêm chuẩn (mg/l) Nồng độ theo pp đƣờng chuẩn (mg/l)

1 0,0407 0,0409 2.10-2 %

2 0,0089 0,0090 10-2 %

3 0,5589 0,5581 7.10-2 %

4 0,3221 0,3224 3.10-2 %

Nồng độ sau khi thêm chuẩn (mg/l) 0,5413 1,6168 2,6923 0,5087 1,6545 2,7094 1,0576 1,7660 2,4727 0,8226 1,6151 2,4058 0,5 1,5 2,5 0,5 1,5 2,5 0,5 1,5 2,5 0,5 1,5 2,5

M1 + t1 M1 + t2 M1 + t3 M10 + t1 M10 + t2 M10 + t3 M26 + t1 M26 + t2 M26 + t3 M45 + t1 M45 + t2 M45 + t3 Bảng 3.34: Kết quả phân tích hàm lƣợng Mn tháng 5/2011

STT Mẫu

Nồng độ chuẩn thêm vào (mg/l) Sai số (%) so với pp đƣờng chuẩn Mn Nồng độ theo pp thêm chuẩn (mg/l) Nồng độ theo pp đƣờng chuẩn (mg/l)

1 0,0733 0,0734 10-2 %

2 0,3458 0,3460 2.10-2 %

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

3 0,0061 0,0062 10-2 % Nồng độ sau khi thêm chuẩn (mg/l) 0,5728 1,5725 2,5715 0,8455 1,6164 2,3873 0,5056 1,6364 0,5 1,5 2,5 0,5 1,5 2,5 0,5 1,5 M1 + t1 M1 + t2 M1 + t3 M10 + t1 M10 + t2 M10 + t3 M26 + t1 M26 + t2

4 0,0836 0,0834 2.10-2 %

2,5 0,5 1,5 2,5 2,7667 0,5831 1,5673 2,5515

M26 + t3 M45 + t1 M45 + t2 M45 + t3 Bảng 3.35: Kết quả phân tích hàm lƣợng Mn tháng 6/2011

STT Mẫu

Nồng độ chuẩn thêm vào (mg/l) Sai số (%) so với pp đƣờng chuẩn Mn Nồng độ theo pp thêm chuẩn (mg/l) Nồng độ theo pp đƣờng chuẩn (mg/l)

1 0,0731 0,0730 10-2 %

2 0,3454 0,3453 10-2 %

3 0,0058 0,0060 2.10-2 %

4 0,0840 0,0839 10-2 %

0,5 1,5 2,5 0,5 1,5 2,5 0,5 1,5 2,5 0,5 1,5 2,5 Nồng độ sau khi thêm chuẩn (mg/l) 0,5728 1,5725 2,5721 0,8455 1,6164 2,3873 0,5056 1,6364 2,7673 0,5838 1,5667 2,5502 M1 + t1 M1 + t2 M1 + t3 M10 + t1 M10 + t2 M10 + t3 M26 + t1 M26 + t2 M26 + t3 M45 + t1 M45 + t2 M45 + t3

Dựa vào kết quả phân tích chúng tôi nhận thấy sai số giữa phương pháp thêm chuẩn và phương pháp đường chuẩn là rất nhỏ từ 1.10-2 - 7.10-2 %. Vì

vậy kết quả đo theo phương pháp đường chuẩn ở trên là chính xác và đáng tin

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

cậy.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Qua quá trình thực hiện đề tài chúng tôi đã thu được một số kết quả

1. Đã khảo sát và chọn được các điều kiện nguyên tử hóa mẫu tối ưu và

phù hợp để xác định Fe, Mn bằng phương pháp F - AAS.

2. Đã khảo sát ảnh hưởng của các loại axit HCl và HNO3 và chọn được

môi trường phù hợp cho phép xác định Fe, Mn theo phương pháp F - AAS là

HNO3 0,13%. Đặc biệt trong quá trình xử lý mẫu chúng tôi có cho thêm NH4Cl

10% nhằm tạo môi trường nền là các hợp chất muối amoni để tăng hiệu suất

cho quá trình nguyên tử hóa mẫu tránh tạo thành các muối oxyt kim loại.

3. Kiểm tra ảnh hưởng của các nguyên tố có mặt trong mẫu phân tích

cho thấy các cation có mặt trong mẫu không gây ảnh hưởng đến kết quả của

phép đo.

4. Đã xác định khoảng nồng độ tuyến tính của Fe, Mn bằng phương

pháp F – AAS và xây dựng đường chuẩn, xác định giới hạn định lượng, giới

hạn phát hiện của phép đo đường chuẩn. Đánh giá sai số và độ lặp lại của

phép đo F – AAS.

5. Chọn các điều kiện phù hợp để lấy mẫu, xử lý mẫu và phân tích hàm

lượng Fe, Mn trong 100 mẫu nước giếng khoan tại 2 địa điểm là phường Tích

Lương và phường Cam Giá thuộc thành phố Thái Nguyên vào các tháng 4, 5

và 6 năm 2011. Kiểm tra kết quả phân tích mẫu bằng phương pháp thêm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

chuẩn cho kết quả phù hợp với phương pháp đường chuẩn.

Kết quả phân tích cho thấy trong 100 mẫu nước giếng khoan chỉ có 8

mẫu có nồng độ Fe vượt quá mức giới hạn cho phép từ 7,46 – 12,46% đối với

nước sinh hoạt (chiếm 8%) và không có mẫu nước nào có hàm lượng Mn

vượt quá giới hạn cho phép. Như vậy nước giếng khoan ở các địa phương này

hầu như chưa bị ô nhiễm Fe và Mn.

Từ các điều kiện đã chọn ở trên cho thấy phương pháp F - AAS là một

phương pháp thích hợp để phân tích các nguyên tố lượng nhỏ, dạng vết như

Mn, Fe với các ưu điểm: độ nhạy, độ lặp lại tốt, độ chính xác cao, phân tích

nhanh và ít bị ảnh hưởng của các thành phần mẫu.

Qua luận văn này chúng tôi mong muốn đóng góp một phần nhỏ vào

việc ứng dụng kỹ thuật F - AAS để xác định các kim loại nặng độc hại trong

đối tượng nước sinh hoạt nhằm đánh giá mức độ ô nhiễm nguồn nước, qua đó

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

TÀI LỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1. Acmetop (1976), Hóa học vô cơ, tập II, NXB Đại học và Trung học chuyên

nghiệp, Hà Nội, tr. 431- 442.

2. Nguyễn Mạnh Hà (2002), Nghiên cứu sự tạo phức giữa sắt(III) – PAR

bằng phương pháp đo quang và khả năng ứng dụng vào phân tích, Luận

án Tiến sĩ Hóa học, Trường Đại Học Khoa Học Tự nhiên.

3. Lê Văn Hiếu (2006), Nguyên tố sắt và sức khỏe, Tạp chí Hóa học số 10.

4. Lê Thị Thu Hường, Trần Thu Quỳnh, Đỗ Hồng Quân (10/2006), Xác định

đồng thời Fe(II) và Fe(III) sử dụng phương pháp thêm chuẩn với hệ tạo

màu hỗn hợp, Hội nghị khoa học lần thứ 20, Đại Học Bách Khoa Hà Nội,

tr. 130-135.

5. Lê Văn Khoa (Chủ biên) (2000), Phương pháp phân tích đất, nước, phân

bón, cây trồng, NXB Giáo dục.

6. Phạm Luận (1994), Cơ sở lí thuyết của phương pháp đo phổ hấp thụ phân

tử, Đại học Quốc gia Hà Nội.

7. Hoàng Nhâm (2000), Hóa học vô cơ, tập hai, NXB Giáo dục, Hà Nội.

8. Hoàng Nhâm (2000), Hóa học vô cơ, tập ba, NXB Giáo dục, Hà Nội.

9. Hồ Viết Quý, Nguyễn Tinh Dung (1991), Các phương pháp phân tích lý

hóa, ĐHSP Hà Nội.

10. Hồ Viết Quý (1995), Phức chất. Phương pháp nghiên cứu và ứng dụng

trong hóa học hiện đại, NXB Đại Học Sư Phạm Quy Nhơn.

11. Hồ Viết Quý (1999), Các phương pháp phân tích quang học trong hóa

học, NXB Đại Học Quốc Gia, Hà Nội.

12. Hồ Viết Quý (2000), Phức chất trong hóa học, NXB Giáo dục, Hà Nội.

13. Lâm Minh Triết, Diệp Ngọc Sương (2000), Các phương pháp phân tích

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

kim loại trong nước và nước thải, NXB Khoa học và Kỹ thuật.

14. Tiêu chuẩn Việt Nam 6096 (1995), Chất lượng nước, lấy mẫu, hướng dẫn

lấy mẫu nước ngầm.

15. Tiêu chuẩn Việt Nam (1998), Thuốc thử, TCVN 1056-86, 4320-86, 4374-

86, Hà Nội.

16. Tiêu chuẩn Việt Nam 5502 (2003), Hàm lượng nguyên tố độc hại cho

phép trong nước cấp sinh hoạt.

17. Trịnh Thị Thanh (2001), Độc học, môi trường và sức khoẻ con người.

NXB Đại học Quốc gia Hà Nội.

18. Quy chuẩn Việt Nam 09 : 2008/ BTNMT, Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia

về chất lượng nước ngầm.

19. Nguyễn Xuân Tòng (2006), Nghiên cứu sự tạo phức của sắt(III) với axit

sunfosalicylic bằng phương pháp trắc quang và ứng dụng phân tích,

Luận văn thạc sỹ hóa học, Đại Học Sư Phạm Hà Nội.

20. Nguyễn Đức Vận (2000), Hóa học vô cơ - tập 2, Các kim loại điển hình,

NXB Khoa học và kĩ thuật.

Tiếng Anh

21. Afsaneh Safavi, Marzieh Sadeghi (2006), Design and evaluation of a

thorium (IV) selective optode, pp. 184-188.

22. Akinobu N, Hitoshi T,Yasunobu O,Tatsuya S (1999), Solvent extraction

of iron (II) and iron(III) as anionic thiocyanate complexes with

tetrabutyl-amonium ions into chloroform, Analytical Sciences, the Japan

Society for Analytical Chemistry, vol 15, pp. 177-180.

23. G. Den Boef. W. E. Van der Linden and N. M. Saad (1973), Photometric

titration of berillium (II) with 5- sulfosalicylic acid.

24. B. Haghighi, A. Safavi (1997), Simultaneous flow injection

determinationofiron (II) and iron(III) with opto-electrochemical

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

detection, Analytica Chimica Acta 354, pp. 43-50.

25. Ivan P. Pozdnyakov, Victor F. Plyusnin, Vjacheslav P. Grivin, Dmitry Yu.

Vorobyev, Nikolai M. Bazhin, Stéphane Pagés, Eric Vauthey (2006),

“Photochemistry of Fe(III) and sulfosalicylic acid aqueous solutions”,

Journal of Photochemistry and Photobiology A, Chemmistry 182, pp. 75-

81.

26. D.G. Karamanev, L. N. NiKolov, V. Mamatarkova (2002), Rapid

simultaneous quantitave determination of ferric and ferrous ions in

drainage waters and similar solutions, Minerals Engineering 15, pp.

341-346.

27. Kolthoff L.M, Philip J.E (1962), “Treatise on analytical chemistry

London”.

28. Lan W, Wu X (1990), Study of the color reaction of iron (III)-p-

iodocholoro-phosphazo and its application, Chemical Abstract,

vol.113(70243).

29. Luo M.Y (1996), Determination of trace iron(III) by 5-Br-PADN and

dual- wavelength spectrophotometry, Chemical Abstract, vol. 124

(85154e).

30. Ma H, Huang Y

iron(III)using a new (1995), Spectrophotometric determinationof 6’- 2-(2’,4’, reagent using new a

tryhidroxyphenylazo) benzen earsonic acid, Chemical Abstract, vol.

123(305444 w).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Luận văn Thạc sĩ Khoa học Hoá học: Phân tích và đánh giá hàm lượng Sắt, Mangan trong nước giếng khoan bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F – AAS)

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm xác định hàm lượng các kim loại sắt, mangan trong nước giếng khoan ở một số phường của thành phố Thái Nguyên và đánh giá mức độ ô nhiễm của chúng. Mời các bạn cùng tham khảo!

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ...................................

TƢỜNG THỊ CẨM NHUNG

PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HÀM LƢỢNG

SẮT, MANGAN TRONG NƢỚC GIẾNG KHOAN

BẰNG PHƢƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ

NGUYÊN TỬ NGỌN LỬA (F-AAS)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ...................................

TƢỜNG THỊ CẨM NHUNG

PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HÀM LƢỢNG SẮT, MANGAN

TRONG NƢỚC GIẾNG KHOAN BẰNG PHƢƠNG PHÁP

QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ NGỌN LỬA (F-AAS) Chuyên ngành: HOÁ PHÂN TÍCH

Mã số: 60.44.29

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HOÁ HỌC

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS.Trần Thị Hồng Vân

THÁI NGUYÊN - 2011\

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

MỞ ĐẦU

Chƣơng 1

TỔNG QUAN

Chƣơng 2 THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Cx

Chƣơng 3

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

o đ y á m ố s

g n ô h T

o đ n ầ l

) l / g m

0 1 ở c ợ ƣ đ n ệ i

(

h

t á h p

ộ đ

g n ồ N

) l / g m

(

o đ n ầ l

0 1 ở c ợ ƣ đ n ệ i

h

t á h p

ộ đ

g n ồ N

Tên mẫu

Nồng độ(mg/l)

Tên mẫu

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LỆU THAM KHẢO

Có thể bạn quan tâm

Tài liêu mới

AI tóm tắt

Giới thiệu tài liệu

Đối tượng sử dụng

Từ khoá chính

Nội dung tóm tắt

Giới thiệu

Về chúng tôi

Việc làm

Quảng cáo

Liên hệ

Chính sách

Thoả thuận sử dụng

Chính sách bảo mật

Chính sách hoàn tiền

DMCA

Hỗ trợ

Hướng dẫn sử dụng

Đăng ký tài khoản VIP

093 303 0098

support@tailieu.vn

Phương thức thanh toán

Theo dõi chúng tôi

Facebook

Youtube

TikTok