Luận văn Xác định hàm lượng kim loại nặng kẽm, mangan trong một số loại rau xanh tại huyện Đại Từ- Tỉnh Thái Nguyên bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa F-AAS

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM . . BÙI TIẾN TÙNG XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG KẼM, MANGAN TRONG MỘT SỐ LOẠI RAU XANH TẠI HUYỆN ĐẠI TỪ - TỈNH THÁI NGUYÊN BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ NGỌN LỬA (F-AAS) LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC CHUYÊN NGÀNH: HOÁ PHÂN TÍCH MÃ SỐ : 60.44.29 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Đăng Đức Thái Nguyên, năm 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1 Lời cảm ơn Lời đầu tiên của luận văn này tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Đăng Đức. Thầy đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên, các thầy cô, anh chị và các bạn trong bộ môn Hóa học, trường Đại Học Khoa Học, Đại học Thái Nguyên đã giúp đỡ tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình làm luận văn. Dù đã có nhiều cố gắng, song do năng lực còn hạn chế nên trong luận văn của tôi chắc chắn không thể tránh khỏi thiếu sót. Tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn để luận văn này được hoàn chỉnh hơn. Thái Nguyên, tháng 8 năm 2010 Học viên Bùi Tiến Tùng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Abs Absorbance Độ hấp thụ AAS Atomic Absorption Phép đo quang phổ hấp thụ nguyên tử Spectrometry F- AAS Flame - Atomic Absorption Phép đo quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa Spectrometry HCL Hollow Cathoe Lamps Đèn catôt rỗng ppm Part per million Một phần triệu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU .... 1 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN . 1 1.1. Giới thiệu chung về rau 3 1.1.1. Đặc điểm và thành phần . 3 1.1.2. Công dụng của rau xanh . 3 1.2. Giới thiệu chung về nguyên tố kẽm (Zn) . 4 1.2.1. Trạng thái thiên nhiên 4 1.2.2. Tính chất vật lí hoá học .. 5 1.2.2.1. Tính chất vật lí ... 5 1.2.2.2. Tính chất hoá học cơ bản của kẽm ... 5 1.2.3. Ứng dụng của kẽm . 7 1.2.4. Vai trò sinh học của kẽm 8 1.3. Giới thiệu chung về nguyên tố mangan (Mn) ..... 10 1.3.1. Trạng thái thiên nhiên 10 1.3.2. Tính chất vật lí hoá học .. 10 1.3.2.1. Tính chất vật lí ... 10 1.3.2.2. Tính chất hoá học cơ bản của mangan . 11 1.3.3. Ứng dụng của mangan ... 12 1.3.4. Vai trò sinh học của mangan .. 12 1.4. Một số phương pháp xác định kim loại nặng ... 13 1.4.1. Các phương pháp phân tích hoá học .. 14 1.4.2. Các phương pháp phân tích công cụ .. 14 1.5. Một số vấn đề về phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử - AAS 15 1.5.1 Sự xuất hiện phổ hấp thụ nguyên tử 15 1.5.2 Nguyên tắc của phương pháp . 16 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 4 1.5.3. Kĩ thuật nguyên tử hóa mẫu ... 18 Trang 1.5.3.1. Kĩ thuật nguyên tử hóa mẫu dùng ngọn lửa . 19 1.5.3.2.Kĩ thuật nguyên tử hóa mẫu không dùng ngọn lửa .. 21 1.5.4. Sơ lược về trang bị của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 21 1.5.5. Các kĩ thuật phân tích cụ thể trong phép đo phổ hấp thụ nguyên tử .. 22 1.5.5.1. Phương pháp đồ thị chuẩn (đường chuẩn) 22 1.5.5.2. Phương pháp thêm tiêu chuẩn .. 23 1.5.6. Phương pháp xử lí mẫu phân tích xác định Mn và Zn .. 24 1.5.6.1. Phương pháp xử lí ướt ..... 25 1.5.6.2. Phương pháp xử lí khô . 25 1.5.6.3. Phương pháp xử lí khô-ướt kết hợp . 26 CHƢƠNG II: THỰC NGHIỆM .. 27 2.1. Thiết bị và hoá chất .. 27 2.1.1. Thiết bị ... 27 2.1.2. Hoá chất . 27 2.2. Khảo sát các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử dùng ngọn lửa trực tiếp của kẽm và mangan 27 2.2.1. Khảo sát các thông số của máy đo 27 2.2.1.1. Khảo sát vạch phổ hấp thụ. .. 27 2.2.1.2. Khảo sát cường độ dòng đèn catot rỗng .. 28 2.2.1.3. Khảo sát độ rộng khe đo ... 29 2.2.1.4. Khảo sát chiều cao của đèn nguyên tử hoá mẫu .. 30 2.2.1.5. Khảo sát lưu lượng khí axetilen 31 2.2.1.6. Khảo sát tốc độ dẫn mẫu ... 33 2.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit ... 33 2.2.2.1. Ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit tới phép đo Mn .. 33 2.2.2.2. Ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit tới phép đo Zn ... 35 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 5 2.2.3. Khảo sát thành phần nền của mẫu . 37 2.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của các cation 38 Trang 2.2.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của các cation . 39 2.2.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của các anion . 42 2.3. Phương pháp đường chuẩn với phép đo F-AAS 42 2.3.1. Khảo sát xác định khoảng nồng độ tuyến tính . 42 2.3.2. Xây dựng đường chuẩn, xác định giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng .. 45 2.3.2.1. Đường chuẩn của mangan .. 45 2.3.2.2. Đường chuẩn của kẽm 46 2.4. Đánh giá sai số và độ lặp lại của phép đo .. 48 2.4.1. Đánh giá sai số và độ lặp lại của phép đo Mn .. 49 2.4.2. Đánh giá sai số và độ lặp lại của phép đo Zn 49 2.5. Định lượng kẽm, mangan trong các mẫu giả .. 50 2.6. Tổng kết các điều kiện đo phổ F-AAS của mangan và kẽm .. 52 2.7. Phân tích mẫu thực .. 52 2.7.1. Lấy mẫu . 52 2.7.2. Khảo sát quá trình xử lí mẫu . 53 2.8. Thực nghiệm đo phổ và kết quả tính toán .. 55 2.8.1. Phương pháp xử lí kết quả phân tích theo phương pháp đường chuẩn . 55 2.8.2. Kết quả xác định hàm lượng mangan, kẽm trong các mẫu rau 56 2.8.2.1. Kết quả xác định hàm lượng kẽm trong các mẫu rau 56 2.8.2.2. Kết quả xác định hàm lượng mangan trong các mẫu rau 64 2.9. Kiểm tra quá trình xử lí mẫu . 74 KẾT LUẬN .. 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 PHỤ LỤC ... 82 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 6 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1. Thành phần hoá học của một số loại rau xanh ... 3 Bảng 1.2. Một số đặc điểm của nguyên tử các nguyên tố Mn và Mg . 11 Bảng 2.1: Kết quả khảo sát các vạch phổ hấp thụ của kẽm 28 Bảng 2.2: Kết quả khảo sát các vạch phổ hấp thụ của mangan .. 28 Bảng 2.3: Kết quả khảo cường độ dòng đèn với nguyên tố Mn . 29 Bảng 2.4 : Kết quả khảo cường độ dòng đèn với nguyên tố Zn . 29 Bảng 2.5 : Kết quả khảo sát khe đo với nguyên tố Mn ... 30 Bảng 2.6 : Kết quả khảo sát khe đo với nguyên tố Zn 30 Bảng 2.7: Khảo sát ảnh hưởng chiều cao của đèn nguyên tử hoá mẫu .. 31 Bảng 2.8: Kết quả khảo sát tốc độ dẫn khí axetilen đối với Mn . 32 Bảng 2.9 : Kết quả khảo sát tốc độ dẫn khí axetilen đối với Zn . 32 Bảng 2.10: Ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit tới phép đo Mn . 34 Bảng 2.11: Độ hấp thụ của Mn trong các axit tối ưu .. 34 Bảng 2.12: Ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ axit tới phép đo Mn .. 35 Bảng 2.13: Độ hấp thụ của Zn trong các axit tối ưu .... 36 Bảng 2.14: Khảo sát ảnh hưởng của thành phần nền .. 37 Bảng 2.15: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ LaCl3 .... 38 Bảng 2.16: Ảnh hưởng của nhóm cation kim loại kiềm .. 39 Bảng 2.17: Ảnh hưởng của nhóm cation kim loại kiềm thổ .... 40 Bảng 2.18: Ảnh hưởng của nhóm cation kim loại nặng hoá trị II . 40 Bảng 2.19: Ảnh hưởng của nhóm cation kim loại hoá trị III .. 41 2- -- Bảng 2.20: Khảo sát ảnh hưởng của ion SO4 ; Cl ;NO3 . 42 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 7 Trang Bảng 2.21: Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Mn . 43 Bảng 2.22: Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Zn .. 44 Bảng 2.23: Kết quả xác định sai số của phương pháp với phép đo Mn 49 Bảng 2.24: Kết quả xác định sai số của phương pháp với phép đo Zn .. 50 Bảng 2.25: Kết quả xác định hàm lượng Mn trong các mẫu giả bằng phương pháp đường chuẩn ....... 51 Bảng 2.26: Kết quả xác định hàm lượng Zn trong các mẫu giả bằng phương pháp đường chuẩn 51 Bảng 2.27: Tổng kết các điều kiện đo phổ F-AAS của mangan và kẽm 52 Bảng 2.28: Tỉ lệ khối lượng của một số loại rau trước và sau khi sấy khô 53 Bảng 2.29: Kết quả khảo sát lượng HNO3 ứng với 1 gam mẫu rau khô 54 Bảng 2.30:Tổng hợp kết quả xác đinh hàm lượng Zn trong mẫu rau mùa xuân . 63 Bảng 2.31: Tổng hợp kết quả xác đinh hàm lượng Zn trong mẫu rau mùa hè........ 63 Bảng 2.32: Tổng hợp kết quả xác đinh hàm lượng Mn trong mẫu rau mùa xuân... 72 Bảng 2.33: Tổng hợp kết quả xác đinh hàm lượng Mn trong mẫu rau mùa hè ... 72 Bảng 2.34: Thành phần mẫu thêm chuẩn 75 Bảng 2.35 : Kết quả phân tích kẽm trong các mẫu thêm chuẩn .. 75 Bảng 2.36 : Kết quả phân tích mangan trong các mẫu thêm chuẩn 76 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 8 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1: Mối quan hệ giữa cường độ vạch phổ A và nồng độ chất Cx ....... 18 Hình 2.1: Sự phụ thuộc của phép đo Mn vào các axit HCl 2% và HNO3 2%............... 35 Hình 2.2: Sự phụ thuộc của phép đo Zn vào các axit HCl 2% và HNO3 2%................ 36 Hình 2.3: Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Mn .. 44 Hình 2.4: Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Zn 45 Hình 2.5: Đường chuẩn của mangan . 45 Hình 2.6: Đường chuẩn của kẽm ... 47 Hình 2.7: Đồ thị hàm lượng Zn (mg/kg) trong các mẫu rau tươi mùa xuân . 64 Hình 2.8: Đồ thị hàm lượng Zn (mg/kg) trong các mẫu rau tươi mùa hè . 64 Hình 2.9: Đồ thị hàm lượng Mn (mg/kg) trong các mẫu rau tươi mùa xuân 73 Hình 2.10: Đồ thị hàm lượng Mn (mg/kg) trong các mẫu rau tươi mùa hè . 73 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 9 MỞ ĐẦU Vấn đề môi trường và sức khoẻ cộng đồng đang trở nên cấp bách. Xã hội càng phiết triển, dân số thế giới càng tăng thì những ảnh hưởng của môi trường tới sức khoẻ con người càng mạnh mẽ và bất thường. Những ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ của con người vừa do thiên nhiên tác động (bản chất các thành tạo địa chất, các vấn đề liên quan đến vũ trụ,...), vừa do bản thân con người tạo ra (các chất thải, khai thác quá mức,...). Cùng với sự phát triển về nhu cầu của xã hội thì tốc độ đô thị hoá, công nghiệp hoá nhanh cũng đang nhanh chóng tạo ra một sức ép to lớn với môi trường sống Việt Nam. Chúng ta đều biết rằng rau xanh là một trong những nguồn thực phẩm cần thiết và vô cùng quan trọng trong bữa ăn hàng ngày, là nguồn cung cấp vitamin, khoáng chất, vi lượng, chất xơ...cho cơ thể và không thể thay thế được. Ngoài vai trò của nguồn thực phẩm ra thì rau xanh còn được dùng như một nguồn thuốc chữa bệnh. Tuy nhiên, dù mô hình trồng rau có hiện đại đến đâu, hay ở đất nước có phát triển thế nào đi chăng nữa thì chúng ta cũng không thể có mô hình trồng rau mà không sử dụng đến thuốc bảo vệ thực vật. Do vậy các khái niệm “rau sạch” đang được thay thế bằng khái niệm “rau an toàn”. Theo đó rau được gọi là an toàn nếu không có dư lượng thuốc trừ sâu bệnh, hoá chất khác đến mức gây nguy hiểm cho con người; không có hàm lượng kim loại nặng quá mức cho phép; hàm lượng nitrat trong mức cho phép và cuối cùng là không có các vi khuẩn gây bệnh tiêu chảy, trứng giun sán Hiện nay nhiều khu vực trồng rau đang bị đe dọa ô nhiễm bởi các chất thải công nghiệp, bởi nguồn nước tưới của các vùng có nhiều khoáng sản và có cả cách sử dụng phân bón thiếu khoa học đã dẫn đến một số loại rau bị nhiễm các kim loại nặng và có ảnh hưởng đến sức khoẻ con người. Các nguyên tố kim loại nặng như: Cr; Ni; Pb; Cd...gây độc hại đối với cơ thể con người tuỳ vào hàm lượng của chúng. Một số kim loại nặng khác như Cu; Fe; Zn... là những nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ thể sống. Tuy nhiên nếu hàm lượng của chúng vượt qúa ngưỡng cho phép thì chúng bắt đầu gây hại. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 10