Luận văn Nghiên cứu phân tích một số kim loại nặng trong sản phẩm chè Phú Lương bằng phương pháp Von – Ampe hòa tan

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM VŨ HOÀNG ANH NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG SẢN PHẨM CHÈ PHÚ LƢƠNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP VON - AMPE HOÀ TAN LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Thái Nguyên – Năm 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM VŨ HOÀNG ANH NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG SẢN PHẨM CHÈ PHÚ LƢƠNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP VON - AMPE HOÀ TAN Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60.44.29 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. LÊ LAN ANH Thái Nguyên - Năm 2011 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Thái Nguyên, tháng 8 năm 2011 Tác giả luận văn Vũ Hoàng Anh iii LỜI CẢM ƠN Luận văn này được hoàn thành tại Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Lê Lan Anh đã trực tiếp hướng dẫn tận tình và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Em xin chân thành cảm ơn TS. Vũ Đức Lợi, thầy Bùi Đức Hưng, cô Ngô Thị Vân cùng các cô, chú, anh, chị cán bộ phòng Hóa Phân tích, viện Hóa học thuộc viện Khoa học và công nghệ Việt Nam đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình hoàn thành luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy, các cô trong tổ Hóa phân tích, Ban chủ nhiệm và các thầy cô khoa Hóa học – Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên đã giúp đỡ và cho em những ý kiến đóng góp quý báu. Cuối cùng cho tôi gửi lời cảm ơn các anh, chị, các bạn học viên lớp cao học K17, gia đình, người thân đã động viên, giúp đỡ về vật chất và tinh thần để tôi hoàn thành luận văn này. Thái Nguyên, tháng 8 năm 2011 Tác giả luận văn Vũ Hoàng Anh iv MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU ......................................................................................................................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................................................................................................. 3 1.1. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN TỐ KẼM, CAĐIMI, CHÌ VÀ ĐỒNG .................................... 3 1.1.1. Kẽm trong tự nhiên và tác dụng hóa sinh của kẽm ....................................................... 3 1.1.2. Cađimi trong tự nhiên và tác dụng hóa sinh của cađimi ....................................... 4 1.1.3. Đồng trong tự nhiên và tác dụng hóa sinh của đồng................................................. 6 1.1.4. Chì trong tự nhiên và tác dụng hóa sinh của chì ............................................................... 7 1.1.5. Đặc tính điện hóa của Cu, Zn, Cd và Pb .................................................................................................. 9 1.2. GIỚI THIỆU PHƢƠNG PHÁP CỰC PHỔ VÀ VON-AMPE HÒA TAN ............... 10 1.2.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp cực phổ ............................................................................. 10 1.2.2. Nguyên tắc của phương pháp von-ampe hòa tan ..................................................... 14 1.2.3 Điện cực dùng trong phân tích Von – Ampe hoà tan ........................................ 18 1.2.4. Ưu điểm của phương pháp von – ampe hoà tan, các hướng ứng dụng và phát triển của phân tích điện hóa hoà tan ............................................................... 21 1.2.4.1. Ưu điểm của phương pháp von – ampe hoà tan .............................................. 21 1.2.4.2. Các hướng ứng dụng và phát triển của phân tích von – ampe hòa ................................................................................................................................................................................................................ 22 1.2.5. Một số phương pháp trong phân tích lượng vết kim loại nặng ............. 22 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP ....................................................................... 24 2.1. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT .............................................................................................................. 24 2.1.1. Thiết bị và dụng cụ ..................................................................................................................................................... 24 2.1.2. Hóa chất .................................................................................................................................................................................... 25 2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................................................................................. 26 2.2.1. Khảo sát xây dựng quy trình phân tích theo phương pháp von – ampe hòa tan .................................................................................................................................................................................... 26 v 2.2.2. Khảo sát tìm các điều kiện tối ưu ......................................................................................................... 27 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................................................................... 28 3.1. KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN TỐI ƢU .............................................................................................................. 28 3.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của môi trường phân tích ................................................................ 28 3.1.1.1. Khảo sát chọn nền điện li tối ưu .............................................................................................. 28 3.1.1.2. Khảo sát tìm nồng độ nền tối ưu ........................................................................................... 35 3.1.1.3. Khảo sát chọn pH tối ưu ...................................................................................................................... 37 3.1.2. Khảo sát các điều kiện kỹ thuật đo tối ưu ............................................................................. 41 3.1.2.1 Khảo sát thế điện phân làm giầu .............................................................................................. 41 3.1.2.2 Khảo sát thời gian điện phân làm giầu ........................................................................... 43 3.2. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC ION ĐI KÈM ...................................................................... 46 3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng qua lại giữa các ion phân tích ................................................ 46 2+ 3.2.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Zn ........................................................................... 47 2+ 3.2.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Cd .......................................................................... 49 2+ 3.2.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Pb ........................................................................... 51 2+ 3.2.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Cu .......................................................................... 53 3+ 2+ 3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của một số cation (Fe , Mn ) .............................................. 56 3+ 3.2.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của cation Fe .................................................................................. 56 2+ 3.2.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của cation Mn ............................................................................... 59 3.3. ĐƢỜNG CHUẨN XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG CÁC ION NGHIÊN CỨU ............. 61 2+ 3.3.1. Đường chuẩn xác định Zn ........................................................................................................................ 61 2+ 3.3.2. Đường chuẩn xác định hàm lượng Cd .................................................................................. 64 2+ 3.3.3. Đường chuẩn xác định hàm lượng Pb ................................................................................... 66 2+ 3.3.4. Đường chuẩn xác định hàm lượng Cu .................................................................................... 69 3.4. KHẢO SÁT ĐỘ LẶP LẠI, GIỚI HẠN PHÁT HIỆN VÀ GIỚI HẠN ĐỊNH LƢỢNG .................................................................................................................................................................................................... 71 3.4.1. Khảo sát độ lặp lại ..................................................................................................................................................... 71 3.4.2. Khảo sát giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ). ...... 73 vi 3.5. XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG CÁC KM LOẠI Zn, Cd, Pb, Cu TRONG MẪU CHÈ KHÔ ............................................................................................................................................................................................... 75 3.5.1. Chuẩn bị mẫu phân tích và quy trình xử lý mẫu ........................................................... 75 3.5.2. Ứng dụng phương pháp thêm chuẩn xác định hàm lượng Zn, Cd, Pb, Cu trong mẫu chè khô ........................................................................................................................................... 76 3.5.2.1. Xác định đồng thời hàm lượng Zn, Cd, Pb, Cu ................................................ 78 3.5.2.2. Xác định hàm lượng Zn ........................................................................................................................ 79 3.5.2.3. Xác định hàm lượng Cu ........................................................................................................................ 82 3.5.2.4. Xác định hàm lượng Pb ......................................................................................................................... 85 3.5.2.5. Xác định hàm lượng Cd ........................................................................................................................ 89 3.5.3. Kết quả đo quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) của một số mẫu chè khô ...................................................................................................................................................................................................... 92 3.5.4. Tổng hợp kết quả phân tích xác định hàm lượng ( Zn, Cd, Pb, Cu) của một số mẫu chè khô và so sánh với TCVN ......................................................................... 94 KẾT LUẬN ............................................................................................................................................................................................................. 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AE Auxililary Electrode Điện cực phù trợ Anodic Strinping ASV Von – Ampe hòa tan anot Voltammetry Cathodic Strinpping CSV Von – Ampe hòa tan catot Voltammetry CV Cyclic Voltammetry Von – Ampe vòng DP Differential Pulse Xung vi phân Differential Pulse Anodic Von – Ampe hòa tan anot xung DPASV Strinpping Voltammetry vi phân Phương pháp cực phổ xung vi DPP Differential Pulse Polarography phân Ep Peak potential Thế đỉnh pic GHĐL Limit of quantification Giới hạn định lượng GHPH Limit of detection Giới hạn phát hiện Hanging Mercury Drop HMDE Điên cực giọt thủy ngân treo Electrode Ip Peak current Dòng đỉnh pic KĐLĐ Not Quantitative Không định lượng được KPHĐ Not Detected Không phát hiện được MFE Mercury Film Electrode Điện cực màng thủy ngân Phương pháp cực phổ xung biến NPP Normal Pulse Polarography đổi đều ppb Part per billion Phần tỷ ppm Part per million Phần triệu R Coefficient of corelation Hệ số tương quan RDE Rotating Disk Electrode Điện cực đĩa quay RE Reference Electrode Điên cực so sánh SSE Solid State Electrode Điện cực rắn WE Working Electrode Điện cực làm việc viii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang 2+ 2+ 2+ 2+ Bảng 1.1. Thế bán sóng ( E1/2) của Cu , Zn , Cd , Pb trong một số nền ...... 9 Bảng 1.2. Khoảng thế làm việc của một số loại vật liệu ........................................................... 19 Bảng 1.3. Các phương pháp phân tích và giới hạn phát hiện .............................................. 23 Bảng 3.1. Các thông số kỹ thuật ghi đo nền KCl .............................................................................. 29 Bảng 3.2. Các thông số kỹ thuật ghi đo nền HCl .............................................................................. 30 Bảng 3.3. Kết quả đo khảo sát chọn nền điện li tối ưu ................................................................ 33 Bảng 3.4. Thông số ghi đo và kết quả đo Ip cho nền điện li tối ưu ............................... 34 Bảng 3.5. Kết quả đo khảo sát nồng độ nền điện li tối ưu ...................................................... 37 Bảng 3.6. Kết quả đo khảo sát tìm pH tối ưu ......................................................................................... 40 Bảng 3.7. Các thông số kỹ thuật ghi đo thế điện phân làm giàu ...................................... 42 Bảng 3.8. Kết quả đo khảo sát thế điện phân làm giàu ............................................................... 43 Bảng 3.9. Các thông số kỹ thuật ghi đo khảo sát thời gian điện phân....................... 45 Bảng 3.10. Kết quả đo khảo sát thời gian điện phân làm giàu ........................................... 46 Bảng 3.11. Các thông số kỹ thuật ghi đo khảo sát ảnh hưởng của các ion .......... 47 2+ Bảng 3.12. Kết quả ghi đo khảo sát sự ảnh hưởng của Zn ................................................. 48 2+ Bảng 3.13. Kết quả ghi đo khảo sát sự ảnh hưởng của Cd ................................................ 50 2+ Bảng 3.14. Kết quả ghi đo khảo sát sự ảnh hưởng của Pb ................................................. 52 2+ 2+ Bảng 3.15. Kết quả ghi đo khảo sát sự ảnh hưởng của Cu đối với Zn ............ 54 Bảng 3.16. Kết quả ghi đo khảo sát sự ảnh hưởng của Cu2+ đối với Pb2+ và 2+ Cd ............................................................................................................................................................................. 55 3+ Bảng 3.17. Kết quả ghi đo khảo sát sự ảnh hưởng của Fe ................................................. 57 2+ Bảng 3.18. Kết quả ghi đo khảo sát sự ảnh hưởng của Mn ............................................... 60 Bảng 3.19. Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Zn............. 61 2+ Bảng 3.20. Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Zn Ip theo C(mg/l) ............... 62 Bảng 3.21. Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Cd ............ 64 2+ Bảng 3.22. Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Cd Ip theo C(mg/l) ............... 65 ix Bảng 3.23. Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Pb ............. 66 2+ Bảng 3.24. Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Pb Ip theo C(mg/l) ................ 67 Bảng 3.25. Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Cu ............ 69 2+ Bảng 3.26. Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Cu Ip theo C(mg/l) ........................ 70 Bảng 3.27. Kết quả đo khảo sát độ lặp lại .................................................................................................. 72 Bảng 3.28. Các thông số ghi đo xác định đồng thời hàm lượng Zn, Cd, Pb, Cu ..... 78 Bảng 3.29. Kết quả đo mẫu xác định đồng thời Zn, Cd, Pb, Cu. .................................... 79 Bảng 3.30. Các thông số kỹ thuật ghi đo xác định hàm lượng Zn ................................. 80 Bảng 3.31. Kết quả thêm chuẩn xác định hàm lượng Zn ......................................................... 80 Bảng 3.32. Hàm lượng Zn trong chè ................................................................................................................ 82 Bảng 3.33. Các thông số kỹ thuật ghi đo Xác định hàm lượng Cu ............................... 83 Bảng 3.34. Kết quả thêm chuẩn trung bình đối với Cu .............................................................. 84 Bảng 3.35. Hàm lượng Cu trong chè ............................................................................................................... 85 Bảng 3.36. Các thông số kỹ thuật ghi đo Xác định hàm lượng Pb ............................... 86 Bảng 3.37. Kết quả thêm chuẩn trung bình đối với Pb ............................................................... 87 Bảng 3.38. Hàm lượng Pb trong chè ................................................................................................................ 88 Bảng 3.39. Các thông số kỹ thuật ghi đo Xác định hàm lượng Cd ............................... 89 Bảng 3.40. Kết quả thêm chuẩn trung bình đối với Cd .............................................................. 90 Bảng 3.41. Hàm lượng Cd trong chè ............................................................................................................... 91 Bảng 3.42. Kết quả đo quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) xác định Zn, Cu của một số mẫu chè, so sánh với phương pháp Von – Ampe hòa tan...................................................................................................................................................................... 92 Bảng 3.43. Kết quả đo quang phổ phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) xác định Pb, Cd của một số mẫu chè, so sánh với phương pháp Von – Ampe hòa tan .................................................................................................................................................. 93 Bảng 3.44. Kết quả hàm lượng các kim loại Zn, Cd, Pb, Cu trong 6 mẫu chè khô ...... 94 Bảng 3.45. Hàm lượng kim loại nặng cho phép trong chè theo TCVN (Quyết định số 867/1998/QĐ-BYT ngày 04/04/1998) ........................................... 94