intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE

Tạp chí khoa học: Nghiên cứu xác định Cadmi, chì và đồng bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan Anot sử dụng điện cực màng thủy ngân trên nền Paste Carbon

Chia sẻ: Phạm Thị Tốt | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

76
lượt xem
6
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phương pháp von-ampe hòa tan đã và đang được thừa nhận là một trong những phương pháp đạt được độ nhạy cao khi phân tích các kim loại nặng, trong đó có Cd, Pb và Cu – một trong những kim loại có độc tính cao và thường có mặt ở mức vết và siêu vết trong các đối tượng sinh hóa và môi trường.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Tạp chí khoa học: Nghiên cứu xác định Cadmi, chì và đồng bằng phương pháp Von-Ampe hòa tan Anot sử dụng điện cực màng thủy ngân trên nền Paste Carbon

TẠP CHÍ KHOA HỌC, Đại học Huế, Tập 74B, Số 5, (2012), 65-74<br /> <br /> NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CADMI, CHÌ VÀ ĐỒNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP<br /> VON-AMPE HÒA TAN ANOT SỬ DỤNG ĐIỆN CỰC MÀNG THỦY NGÂN<br /> TRÊN NỀN PASTE CARBON<br /> Nguyễn Văn Hợp, Bùi Thị Ngọc Bích, Nguyễn Hải Phong, Võ Thị Bích Vân<br /> Khoa Hóa, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế<br /> <br /> Tóm tắt. Điện cực màng thủy ngân tạo ra theo kiểu in situ trên nền đĩa rắn paste carbon<br /> (hay điện cực MFE/PC) được dùng cho phương pháp von-ampe hòa tan anot sóng vuông<br /> (SqW-ASV) để xác định cadmi (Cd), chì (Pb) và đồng (Cu) trong nền đệm axetat. Các yếu<br /> tố ảnh hưởng đến dòng đỉnh hòa tan (Ip) của Cd, Pb và Cu như: nồng độ HgII, thế và thời<br /> gian điện phân làm giàu, các thông số kỹ thuật von-ampe sóng vuông, các chất cản trở…<br /> cũng được khảo sát. Ở thế điện phân làm giàu -1100 mV, thời gian điện phân làm giàu 120 s<br /> và các điều kiện thí nghiệm khác thích hợp, phương pháp đạt được độ nhạy cao (tương ứng<br /> đối với Cd, Pb và Cu là 1,7 ± 0,1; 1,4 ± 0,3 và 1,0 ± 0,1 µA/ppb), độ lặp lại tốt của Ip (RSD<br />  3%, n = 8 đối với cả Cd, Pb và Cu), giới hạn phát hiện (3) thấp (tương ứng đối với Cd,<br /> Pb và Cu là 0,3; 1,1 và 0,3 ppb); giữa Ip và nồng độ CdII, PbII, CuII có tương quan tuyến tính<br /> tốt trong khoảng 2 – 60 ppb với R > 0,98. So sánh với điện cực màng thủy ngân in situ trên<br /> nền đĩa rắn glassy carbon (MFE/GC), điện cực MFE/PC đạt được độ lặp lại cao hơn và độ<br /> nhạy không thua kém điện cực MFE/GC. Kết quả kiểm tra chất lượng của phương pháp<br /> trên mẫu thực tế cho thấy: phương pháp đạt được độ lặp lại tốt đối với Pb và Cu (RSD <<br /> 10%, n = 3), đạt được độ đúng tốt với độ thu hồi tương ứng đối với Cd, Pb và Cu là 84 –<br /> 96%, 86 – 98% và 84 – 95%.<br /> <br /> 1. Mở đầu<br /> Phương pháp von-ampe hòa tan đã và đang được thừa nhận là một trong những<br /> phương pháp đạt được độ nhạy cao khi phân tích các kim loại nặng, trong đó có Cd, Pb<br /> và Cu – một trong những kim loại có độc tính cao và thường có mặt ở mức vết và siêu<br /> vết trong các đối tượng sinh hóa và môi trường [2]. Hiện nay, đa số các nghiên cứu về<br /> phương pháp von-ampe hòa tan trên thế giới cũng như ở nước ta hầu hết đều sử dụng<br /> điện cực làm việc là điện cực giọt thủy ngân treo (HMDE) hoặc điện cực giọt thủy ngân<br /> tĩnh (SMDE). Loại điện cực đó cho độ lặp lại tốt, nhưng khó chế tạo và đòi hỏi phải<br /> thao tác, bảo quản cẩn thận, nếu không dễ bị tắc mao quản. Trong nhiều năm qua, người<br /> ta đã nghiên cứu phát triển nhiều điện cực màng kim loại (Hg, Bi, Ag…) trên nền vật<br /> liệu rắn trơ như graphite carbon (than graphit), glassy carbon (than thủy tinh), paste<br /> carbon (than nhão), nano carbon (than nano)… [4, 5, 6]. Ở Việt Nam đã có nhiều nghiên<br /> 65<br /> <br /> 66<br /> <br /> Nghiên cứu xác định Cadmi, chì và đồng bằng phương pháp…<br /> <br /> cứu phân tích các kim loại độc bằng phương pháp von–ampe hòa tan sử dụng các điện<br /> cực làm việc khác nhau: HMDE, điện cực màng thủy ngân (MFE), điện cực màng<br /> bismut (BiFE) trên nền than thủy tinh [1]… Nhưng những nghiên cứu sử dụng điện cực<br /> màng kim loại trên nền paste carbon còn rất hạn chế. Bài báo này đề cập đến các kết quả<br /> nghiên cứu phát triển điện cực MFE/PC để xác định đồng thời Cd, Pb và Cu bằng<br /> phương pháp von-ampe hòa tan anot sóng vuông (SqW-ASV) trong nền đệm axetat (pH<br /> = 4,5).<br /> 2. Phương pháp nghiên cứu<br /> 2.1. Thiết bị và hóa chất<br /> Thiết bị VA 693 Processor và hệ điện cực 694 VA-Stand của hãng Metrohm,<br /> Switzeland gồm 3 điện cực (điện cực đĩa rắn paste carbon đường kính 3,0 ± 0,1 mm tự chế<br /> tạo, điện cực so sánh Ag/AgCl/KCl 3M và điện cực đối Pt) được sử dụng cho nghiên cứu.<br /> Các hóa chất được sử dụng là hóa chất tinh khiết phân tích của hãng Merck,<br /> gồm: CH3COONa, CH3COOH, HNO3, HCl, HF, HgII, PbII, CdII, CuII, ZnII, Triton X-100.<br /> Nước cất hai lần (Fistream Cyclon, England) được sử dụng để pha chế hóa chất và tráng,<br /> rửa các dụng cụ thủy tinh.<br /> 2.2. Chuẩn bị điện cực làm việc - điện cực MFE/PC<br /> Chuẩn bị điện cực nền: cân 0,2 g paste carbon (Metrohm, Swirtzeland), sau đó<br /> nhồi bột paste carbon đó vào ống Teflon dài 52 mm, đường kính trong 3,0 ± 0,1 mm, đã<br /> được bịt một đầu bằng chốt kim loại để tạo tiếp xúc giữa paste carbon và thiết bị ghi đo.<br /> Tiếp theo, dùng một thanh inox có đường kính d  2,95 mm để nén paste carbon vào<br /> một đầu của ống Teflon và dùng búa gõ nhẹ lên đầu phía trên của thanh inox để nén chặt<br /> bột carbon paste vào ống Teflon. Cuối cùng, cho điện cực nền quay và dùng giấy mềm<br /> để mài và đánh bóng bề mặt điện cực cho đến khi bề mặt điện cực phẳng đều. Sau đó,<br /> tia rửa điện cực bằng nước sạch (nước cất hai lần).<br /> Điện cực nền được nhúng vào dung dịch nghiên cứu chứa ion Hg(II), đệm axetat<br /> (pH = 4,5) và các kim loại cần khảo sát. Màng thủy ngân in situ được hình thành trên bề<br /> mặt điện cực paste carbon (PC) trong giai đoạn làm giàu ở thế và thời gian xác định, tạo<br /> ra điện cực làm việc MFE/PC.<br /> 2.3. Tiến trình ghi đường von-ampe hòa tan<br /> Tiến hành điện phân dung dịch nghiên cứu (chứa CdII, PbII, CuII, HgII và đệm<br /> axetat 0,2 M, pH = 4,5) để kết tủa đồng thời Cd, Pb, Cu và Hg lên bề mặt điện cực PC ở<br /> thế -1100 mV (Eđp) trong thời gian 120 s (tđp). Trong giai đoạn điện phân, điện cực quay<br /> với tốc độ không đổi (ω) và lúc này, Hg kim loại bám trên bề mặt điện cực PC tạo ra<br /> điện cực MFE/PC và đồng thời Cd, Pb và Cu được làm giàu trên bề mặt điện cực (do<br /> nồng độ Cd và Pb trên bề mặt điện cực lớn hơn nhiều so với nồng độ của chúng trong<br /> dung dịch). Kết thúc giai đoạn làm giàu, ngừng quay điện cực 10 – 15 s (trest) và tiến<br /> <br /> NGUYỄN VĂN HỢP VÀ CS...<br /> <br /> 67<br /> <br /> hành quét thế biến thiên tuyến tính theo thời gian với tốc độ không đổi theo chiều anot<br /> (từ -1100 đến +500 mV) và đồng thời ghi tín hiệu hòa tan bằng kỹ thuật von-ampe sóng<br /> vuông với các thông số kỹ thuật thích hợp, thu được đường von-ampe hòa tan có dạng<br /> đỉnh. Kết thúc giai đoạn hòa tan, tiến hành làm sạch bề mặt điện cực bằng cách giữ thế<br /> trên điện cực ở +500 mV (Eclean) trong thời gian 30 s (tclean) để hòa tan hoàn toàn Hg và<br /> các kim loại khác (có thể có) khỏi bề mặt điện cực.<br /> Cuối cùng, xác định thế đỉnh (Ep) và dòng đỉnh hòa tan (Ip) của Cd, Pb và Cu từ<br /> đường von-ampe thu được. Đường von-ampe hòa tan đối với mẫu trắng – mẫu được<br /> chuẩn bị từ nước cất, có thành phần tương tự như dung dịch nghiên cứu, nhưng không<br /> chứa CdII, PbII và CuII – cũng được ghi tương tự như trên. Tiến hành định lượng Cd, Pb<br /> và Cu bằng phương pháp thêm chuẩn (3 – 4 lần thêm). Trong mọi trường hợp, luôn bỏ<br /> kết quả của phép ghi đầu tiên, vì nó thường không ổn định. Toàn bộ tiến trình ghi đường<br /> von-ampe hòa tan được điều khiển tự động theo một chương trình được đưa vào từ bàn<br /> phím.<br /> 3. Kết quả và thảo luận<br /> 3.1. Ảnh hưởng của nồng độ HgII<br /> Tiến hành thí nghiệm với các nồng độ HgII khác nhau trong khoảng 2 ppm – 12<br /> ppm, thu được các kết quả ở bảng 1 và hình 1.<br /> Bảng 1. Ảnh hưởng của nồng độ Hg(II) đến Ip của Cd, Pb và Cu (*)<br /> <br /> CHg(II), ppm<br /> Ip (Cd), µA<br /> Ip (Pb), µA<br /> Ip (Cu), µA<br /> <br /> 2<br /> 2,63<br /> 2,50<br /> 1,84<br /> <br /> 4<br /> 4,08<br /> 3,71<br /> 2,82<br /> <br /> 5<br /> 4,60<br /> 4,31<br /> 3,09<br /> <br /> 6<br /> 5,00<br /> 4,82<br /> 2,69<br /> <br /> 8<br /> 5,36<br /> 5,17<br /> 2,18<br /> <br /> 10<br /> 5,43<br /> 5,25<br /> 1,74<br /> <br /> (*)<br /> <br /> 12<br /> 5,45<br /> 5,33<br /> 1,48<br /> <br /> Điều kiện thí nghiệm (ĐKTN): mỗi kim loại 5 ppb; đệm axetat (Ax) pH = 4,5 (HAx<br /> 0,1M + NaAx 0.1 M); HgII 5 ppm; Eđp = -1200 mV; tđp = 60 s;  = 1600 vòng/phút; trest = 15 s;<br /> khoảng quét thế (Erange) = -1200 mV  +500 mV; Eclean = 500 mV, tclean = 30 s; SqW mode: biên<br /> độ sóng vuông ΔE = 50 mV, tần số sóng vuông f = 50 Hz, thời gian mỗi bước thế tstep = 0,3 s,<br /> thời gian ghi dòng tmeas = 2 ms, tốc độ quét thế v = 40 mV/s.<br /> 6<br /> <br /> Cd<br /> Pb<br /> Cu<br /> <br /> 5<br /> <br /> 3<br /> p<br /> <br /> I ,<br /> A<br /> <br /> 4<br /> <br /> 2<br /> 1<br /> 0<br /> <br /> 0<br /> <br /> 2<br /> <br /> 4<br /> <br /> 6<br /> 8<br /> 10<br /> CHg(II), ppm<br /> <br /> 12<br /> <br /> 14<br /> <br /> Hình 1. Ảnh hưởng của nồng độ HgII đến Ip của Cd, Pb và Cu.<br /> ĐKTN: mỗi kim loại 5 ppb; các ĐKTN khác như ở bảng 1.<br /> <br /> 68<br /> <br /> Nghiên cứu xác định Cadmi, chì và đồng bằng phương pháp…<br /> <br /> Khi nồng độ HgII lớn hơn 5 ppm, Ip của Cd và Pb có xu hướng tăng nhẹ, Ip của<br /> Cu giảm mạnh. Theo chúng tôi, do thế đỉnh hòa tan của Cu gần với thế đỉnh hòa tan của<br /> Hg hơn so với Cd và Pb, nên khi tăng nồng độ HgII nhánh phải đỉnh hòa tan của Cu bị<br /> dâng lên. Hay nói cách khác, đỉnh hòa tan của Hg xen phủ một phần đỉnh hòa tan của<br /> Cu dẫn đến Ip của Cu giảm. Nồng độ HgII 5 ppm là thích hợp, vì tại đó Ip của Cu đạt giá<br /> trị lớn nhất.<br /> 3.2. Ảnh hưởng của thế điện phân làm giàu<br /> 10<br /> Cd<br /> Pb<br /> Cu<br /> <br /> 6<br /> <br /> p<br /> <br /> I , A<br /> <br /> 8<br /> <br /> 4<br /> 2<br /> 0<br /> -1400<br /> <br /> -1200<br /> -1000<br /> E ®p , mV<br /> <br /> -800<br /> <br /> Hình 2. Ảnh hưởng của Eđp đến Ip của Cd, Pb và Cu<br /> ĐKTN: mỗi kim loại 5 ppb; HgII 5 ppm; các ĐKTN khác như ở bảng 1.<br /> <br /> Ở những thế điện phân làm giàu (Eđp) âm hơn -1100 mV, là những thế thích hợp<br /> cho sự tích lũy cả Zn, Co, Ni...(nếu có trong dung dịch) trên bề mặt điện cực MFE/PC,<br /> nên có thể ảnh hưởng đến sự làm giàu Cd, Pb và đặc biệt là Cu, dẫn đến làm giảm Ip của<br /> Cu (hình 2). Ở những thế dương hơn -1100 mV, là những thế gần với thế đỉnh hòa tan<br /> của Cd và Pb, nên sự làm giàu Cd và Pb trên bề mặt điện cực cũng kém hiệu quả, dẫn<br /> đến làm giảm Ip. Eđp thích hợp là -1100 mV.<br /> 3.3. Ảnh hưởng của thời gian điện phân làm giàu<br /> 35<br /> <br /> R = 0,991<br /> <br /> Cd<br /> Pb<br /> Cu<br /> <br /> 30<br /> <br /> R = 0,994<br /> <br /> p<br /> <br /> I,<br /> A<br /> <br /> 25<br /> R = 0,996<br /> <br /> 20<br /> 15<br /> 10<br /> 5<br /> 0<br /> <br /> 0<br /> <br /> 50<br /> <br /> 100<br /> <br /> 150<br /> <br /> 200<br /> <br /> 250<br /> <br /> 300<br /> <br /> 350<br /> <br /> t®p, s<br /> <br /> Hình 3. Sự phụ thuộc của Ip vào tđp ĐKTN: mỗi kim loại 5 ppb; HgII 5 ppm; Eđp = -1200 mV;<br /> các ĐKTN khác như ở bảng 1.<br /> <br /> Trong khoảng thời gian điện phân làm giàu (tđp) 30 - 300 s, giữa Ip và tđp có<br /> tương quan tuyến tính tốt với R  0,99 đối với cả Cd, Pb và Cu (hình 3). Khi tăng tđp,<br /> <br /> NGUYỄN VĂN HỢP VÀ CS...<br /> <br /> 69<br /> <br /> hiệu quả làm giàu tăng và do đó làm tăng Ip của Cd, Pb và Cu. Tuy nhiên, khi tđp tăng,<br /> sẽ làm tăng thời gian phân tích và đồng thời, có thể tích lũy thêm các kim loại cản trở<br /> như Zn, In... trên bề mặt điện cực. tđp thích hợp là 120 s (đối với những nồng độ mỗi<br /> kim loại khoảng n ppb (n = 2 – 10).<br /> 3.4. Ảnh hưởng của tốc độ quay điện cực<br /> Tốc độ quay cực () là điều kiện thủy động học quan trọng ảnh hưởng đến sự<br /> chuyển khối và do đó tác động đến quá trình điện phân làm giàu. Kết quả khảo sát ảnh<br /> hưởng của  trong khoảng 1000 – 2400 vòng/phút (ở ĐKTN: mỗi kim loại 5 ppb; HgII 5<br /> ppm; Eđp = -1200 mV; tđp = 120 s và các ĐKTN khác như ở bảng 1) cho thấy, trên điện<br /> cực MFE/PC, giữa Ip của kim loại và 1/2 có tương quan tuyến tính trong khoảng ω<br /> khảo sát:<br /> Đối với Cd: Ip = (-3,62 ± 2,88) + (0,33 ± 0,07)1/2<br /> <br /> với R =0,993;<br /> <br /> Đối với Pb: Ip = (-7,77 ± 3,65) + (0,32 ± 0,09)1/2<br /> <br /> với R =0,988;<br /> <br /> Đối với Cu: Ip = (-2,93 ± 1,75) + (0,14 ± 0,04)1/2<br /> <br /> với R =0,985.<br /> <br /> Ciceri. E. [5] khi khảo sát trên điện cực HMDE, cũng cho rằng, có tương quan<br /> tuyến tính giữa Ip của kim loại và 1/2. Giá trị  = 1800 vòng/phút được chọn cho các<br /> nghiên cứu tiếp theo.<br /> 3.5. Ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật von-ampe sóng vuông<br /> - Ảnh hưởng của tần số sóng vuông (f): Kết quả khảo sát (f) trong khoảng 30 ÷<br /> 70 Hz cho thấy; giữa f và Ip của Cd, Pb và Cu có tương quan tuyến tính tốt với R > 0,98<br /> đối với cả 3 kim loại. N.H.Phong [1] khi nghiên cứu ảnh hưởng của f đến Ip trong<br /> phương pháp SqW–ASV xác định Pb trên điện cực BiFE/GC, cũng cho rằng giữa Ip và f<br /> cũng có mối quan hệ tuyến tính. Kết quả này cũng phù hợp với thông báo ở [8]. Khi f ><br /> 50 Hz, độ lặp lại của Ip đối với Cd và Cu có xu thế giảm. Giá trị f = 50 Hz được chọn cho<br /> các nghiên cứu tiếp theo.<br /> - Ảnh hưởng của biên độ sóng vuông (ΔE): Kết quả khảo sát ΔE trong khoảng<br /> 10 ÷ 50 mV cho thấy, có tương quan tuyến tính tốt giữa ΔE và Ip của Cd, Pb và Cu với<br /> R > 0,98. Kết quả này cũng phù hợp với thông báo ở [2]. Với giá trị ΔE = 45 mV, Ip có<br /> độ lặp lại khá tốt và do vậy, ΔE = 45 mV được chọn cho các thí nghiệm tiếp theo<br /> - Ảnh hưởng của bước thế (Ustep): giữa v và Ustep, f có quan hệ với nhau, nên khi<br /> cố định f, v sẽ thay đổi khi Ustep thay đổi. Kết quả khảo sát Ustep trong khoảng 2  12<br /> mV cho thấy, khi tăng Ustep, Ip của Cd, Pb và Cu cũng tăng; nhưng khi Ustep > 8 mV, Ip<br /> của Cd và Pb tăng chậm. Giá trị Ustep = 8 mV (hay v = 26,67 mV/s) là thích hợp vì ở<br /> Ustep đó độ lặp lại của Ip khá tốt (RSD < 5%, n = 4).<br /> 3.6. Ảnh hưởng của các chất cản trở<br /> - Kẽm (Zn) là kim loại thường đi kèm với Cd, Pb, Cu trong các mẫu môi trường và<br /> <br />
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2