Xác định tổng hàm lượng thủy ngân trong mẫu tóc

8/9/2019 Xác định tổng hàm lượng thủy ngân trong mẫu tóc

http://slidepdf.com/reader/full/xac-dinh-tong-ham-luong-thuy-ngan-trong-mau-toc 1/41

1

LỜI CẢM ƠN

Em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo Ths. Phan Thanh Phương đã

tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình thực

hiện khóa luận.

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô, cán bộ phòng thí nghiệm khoa

Hóa học trường Đại học Khoa Học và các thầy cô, cán bộ của viện hàn lâm khoa

học và công nghệ Việt Nam đã trực tiếp truyền thụ cho chúng em những kiến thức

nền tảng hết sức quan trọng trong thời gian học tập tại trường, trong quá trình làm

khóa luận.

Em xin cảm ơn những người bạn, những anh chị đã cho những ý kiến đónggóp quan trọng trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp.

Mặc dù đã cố gắng nhưng vẫn không tránh khỏi những sai sót và khiếm

khuyết, em rất mong được sự đóng góp của thầy cô.

Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 05 tháng 05 năm 2015

Sinh viên thực hiện

CAO THỊ BÌNH MINH

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON



2

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH 4

DANH MỤC BẢNG BIỂU 5

MỞ ĐẦU 6

1.1. Giới thiệu về nguyên tố thuỷ ngân 9

1.1.1. Tính chất vật lý và tính chất hoá học của nguyên tố thuỷ ngân 9

1.1.2 Ứng dụng của thuỷ ngân 11

1.1.3 Các dạng tồn tại trong môi trường. 12

1.1.4. Độc tính của thuỷ ngân 12

1.1.5. Quá trình tích luỹ sinh học của thuỷ ngân. 14

1.2. Các phương pháp phân tích thủy ngân trong mẫu tóc. 15

1.2.1 Phương pháp vi khối lượng 15

1.2.2 Phương pháp đo quang 15

1.2.3 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử 16

1.2.4 Phương pháp phổ huỳnh quang nguyên tử 17

1.2.5 Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử 17

1.2.6 Phương pháp phân tích huỳnh quang tia X và kích hoạt nơtron 18

1.2.7 Phương pháp phổ khối lượng 191.2.8 Phương pháp phân tích điện hóa 19

1.3. Một số phương pháp xử lý mẫu trước khi phân tích 19

CHƯƠNG 2PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

2.1 Nội dung nghiên cứu 23

2.2 Giới thiệu về phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử với kỹ thuật hóa hơi

lạnh 23

2.2.1 Nguyên tắc của phép đo 23

2.2.2 Trang bị của phép đo 24

2.2.3 Nguyên lý của kỹ thuật hóa hơi lạnh 26

2.3 Trang thiết bị và hóa chất phục vụ nghiên cứu 27

2.3.1 Trang thiết bị 27

2.3.2 Hóa chất sử dụng 27

2.4 Phương pháp xử lý số liệu. 28CHƯƠNG 3THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 29





3

3.1 Lấy mẫu và bảo quản mẫu. 29

3.2 Xác định tổng thủy ngân 30

3.2.1 Các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử của thủy ngân. 30

3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất khử. 30

3.2.3: Khảo sát ảnh hưởng của thành phần và nồng độ axit đến quá trình xử lý

mẫu. 31

3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của chiều dài bình phản ứng đến hiệu suất quá trình

xử lý mẫu. 33

3.2.5. Nghiên cứu, cải thiện thiết bị hóa hơi để tăng độ nhạy cho phép xác định

thủy ngân. 34

3.2.6. Xây dựng đường chuẩn xác định thủy ngân. 35

3.2.7. Quy trình phân tích tổng hàm lượng thủy ngân trong mẫu tóc. 37

3.3 Kết quả đo tổng hàm lượng thủy ngân trong mẫu tóc 37

KẾT LUẬN 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

PHỤ LỤC 41





4

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.2.2: Nguyên tắc cấu tạo của máy đo AAS 25

Hình 3.2.6.1: Đường chuẩn xác định thủy ngân bằng phương pháp AAS 36

Hình 3.2.7 : Quy trình phân tích tổng thủy ngân trong mẫu tóc. 37





5

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1: Một số hằng số vật lý của thủy ngân 9

Bảng 2: Một số hợp chất thủy ngân hữu cơ điển hình 11

Bảng 3: Đặc tính sinh hóa của các hợp chất thủy ngân 13

Bảng 3.1.1: Danh sách cụ thể của từng mẫu lấy nghiên cứu 30

Bảng 3.2.1: Các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử của thủy ngân 30

Bảng 3.2.2: Ảnh hưởng của nồng độ chất khử 31

Bảng 3.2.3: Ảnh hưởng của axit và nồng độ axit đến quá trình vô cơ hóa mẫu 32

Bảng 3.2.4: Ảnh hưởng của chiều dài bình phản ứng. 33

Bảng 3.2.6.1: Tiến hành dựng đường chuẩn của Hg 35

Bảng 3.2.6.2: Kết quả đo độ hấp thụ của dãy dung dịch chuẩn 35

Bảng 3.3.2: Kết quả đo từng mẫu bằng phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử của

thủy ngân theo kỹ thuật hóa hơi lạnh 38





6

MỞ ĐẦU

Hơn hai trăm năm trước đây, M. V. Lơmanôxop đã nêu một định nghĩa rõ

ràng và đơn giản về khái niệm “kim loại”, Ông đã viết: “Kim loại là những vật thể

rắn, dễ rèn và sáng ngời”. Thật vậy, sắt, nhôm, đồng, vàng, bạc, chì, thiếc và cáckim loại khác mà ta đã có dịp tiếp xúc đều hoàn toàn phù hợp với cách diễn đạt như

vậy. Nhưng không phải vô cớ mà người ta nói rằng, chẳng có quy tắc nào mà không

có ngoại lệ. Trong thiên nhiên có gần tám mươi kim loại, nhưng trong số đó chỉ có

một thứ ở thể lỏng trong những điều kiện bình thường. Đó là thủy ngân.[16]

Thủy ngân (Hg) là nguyên tố hóa học được phát hiện từ rất sớm và được ứng

dụng trong nhiều lĩnh vực, nhiều ngành công nghiệp như khai thác vàng, kỹ thuật

điện tử, sản xuất xút bằng phương pháp điện phân với điện cực thủy ngân, sản xuấtnhiệt kế,...tuy nhiên thủy ngân là kim loại độc hại đối với sức khỏe con người. Khi

xâm nhập vào cơ thể, nó có thể gây ra các bệnh về thần kinh, thận và ung thư. Hiện

nay, các nhà khoa học có thể đo được tổng hàm lượng thủy ngân trong máu, nước

tiểu hoặc tóc của con người nhưng xác định nguồn nhiễm độc thủy ngân vẫn là một

việc rất khó. Đề tài khóa luận của tôi sẽ hướng vào sự nhiễm độc thủy ngân trong

tóc ở những người đang và đã tiếp cận với công việc khai thác vàng.

Giá vàng tăng cao là một trong những nguyên nhân khiến ở nhiều nơi trên

thế giới, tình trạng khai thác vàng có phép và không phép gia tăng. Do sử dụng hình

thức khai thác thủ công và công nghệ thô sơ, hoạt động khai thác vàng vô tình đẩy

các cộng đồng địa phương, nhân công tham gia khai thác và môi trường tự nhiên

vào tình trạng bị hủy hoại bởi nhiễm độc thủy ngân [11,13,15 ]

Run, dễ xúc động, hay quên và gặp ảo giác là những triệu chứng thường gặp

nhất ở nhiều người thợ sản xuất mũ của Anh hồi đầu thế kỷ XIX. Công việc thườngngày của họ là tiến hành tách lông động vật rồi ngâm chúng trong một hợp chất gọi

là nitrat thủy ngân – Hg(NO3)2. Chính quy trình này đã khiến họ bị ảnh hưởng bởi

lượng dung dịch độc hại bốc hơi vào không khí.

Trước nỗi ám ảnh từ nhiễm độc thủy ngân, các nước phương Tây đã cấm dài

hạn những ngành, nghề buộc người công nhân phải tiếp xúc với thủy ngân. Đến

năm 2008, Liên minh Châu Âu (EU) tiến tới quyết định cấm bán nhiệt kế có sử

dụng thủy ngân ra ngoài cộng đồng.





7

Song ở nhiều nơi trên thế giới, tình trạng sử dụng thủy ngân để chiết tách

vàng vẫn còn tồn tại. Đơn cử, ở châu Phi, lượng thủy ngân được sử dụng để khai

thác vàng cũng đang gia tăng theo sự lên giá của vàng.

Bởi lẽ, lọc vàng bằng thủy ngân vốn là một phương pháp thủ công phổ biến,

nhanh chóng và tương đối rẻ tiền. Thủy ngân tự “hút” vàng và rất dễ tách vàng ra

khỏi đá và các vật liệu khác.

Tuy nhiên, hậu quả để lại là một lượng thủy ngân lớn đã bị rò rỉ ra môi

trường, khoảng 70% số này thường được tìm thấy trong nguồn nước, gieo rắc nguy

cơ lâu dài đối với những công nhân khai thác mỏ và cộng đồng dân cư vùng hạ lưu

hoặc vùng thuận hướng gió thổi từ các khu khai thác vàng.

Đặc biệt là phụ nữ mang thai khi bị phơi nhiễm với thủy ngân có thể sinh con

bị nhiễm độc thủy ngân bẩm sinh gây quái thai, dịtật.

Độc tính của thủy ngân phụ thuộc rất nhiều vào dạng hóa học của nó. Vì vậy

phân tích và đánh giá tổng hàm lượng thủy ngân trong các mẫu sinh học và mẫu

môi trường là vấn đề các nhà khoa học hiện nay đang quan tâm.

Từ lâu hàm lượng các nguyên tố lượng vết trong cơ thể người đã được xác

định qua các mẫu sinh học bằng cách phân tích máu. Tuy nhiên , việc phân tích máu

kéo theo một số vấn đề khó khăn như việc lấy và bảo quản mẫu phức tạp, vì vậy cácnhà khoa học đã nghiên cứu các khả năng lấy các mẫu sinh học khác của người để

loại trừ được các khó khăn đó. Năm 1954, Flesch đề xuất sử dụng mẫu tóc làm chỉ

thị cho phân tích các nguyên tố lượng vết trong cơ thể dựa trên chức năng như một

"cơ quan bài tiết thu nhỏ" của nó. Hammer đã chứng minh rằng trong một số trường

hợp phân tích tóc tốt hơn là phân tích máu vì nhiều nguyên tố vi lượng vết tích lũy

trong tóc.[5,12,14]

Sự tiện dụng và tin cậy của việc phân tích tóc đã được chứng minh qua nhiều

nghiên cứu. Năm 1975, trong một báo cáo gửi tới hệ thống quan trắc môi trường

toàn cầu (GESM) đã đề xuất tóc là một vật liệu quan trọng hữu ích trong quan trắc

sinh học hàm lượng vết các kim loại ở người. Một chương trình quan trắc của cơ

quan năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) cũng cho thấy tóc là một chỉ thị tin cậy

cho việc đánh giá sự phơi nhiễm với các nguyên tố lượng vết gây ô nhiễm chính. Tổ

chức bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (EPA) đã kết luận rằng "tóc là một loại mô đầy ýnghĩa và có tính đại diện" cho việc xác định các kim loại độc hại cũng như các





8

nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ thể, bao gồm chì, cadimi, antimon, selen, đồng,

asen và thủy ngân.

Ưu điểm lâm sàng của tóc trong xét nghiệm là do có tính bền vững trong cấu trúc

và khả năng tập trung, lưu giữ làm cho nó trở thành một dạng mẫu xét nghiệm thuận tiện

để đánh giá sự phơi nhiễm mãn tính với các chất độc hại và cân bằng dinh dưỡng. Tóc là

một ống sợi nhỏ được tạo thành từ nền của các tế bào ở chân nang tóc sâu trong biểu mô.

Mỗi nang tóc là một cơ quan thu nhỏ chứa các cơ và thành phần các tuyến. Tóc người

gồm 80% protein, 15% nước và một lượng nhỏ chất béo và chất hữu cơ. Các khoáng

trong tóc chiếm khoảng 0,25 - 0,95% phần tro khô.

Theo các nhà khoa học trong quá trình sinh trưởng, sợi tóc đã tích lũy trong

mình nó tất cả những chất do máu và bạch cầu mang đến. Không giống các mô

khác, tóc là sản phẩm cuối cùng của sự chuyển hóa và giữ lại các nguyên tố vào quá

trình của nó trong quá trình sinh trưởng. Khi các nguyên tố này đi tới nang tóc,

chúng được giữ lại trong nền protein. Vì tóc gần giống như bề mặt da, nó trải qua

quá trình xơ hóa, hoặc sừng hóa, và các nguyên tố tích lũy trong quá trình đó được

gắn vào cấu trúc protein của tóc. Do đó nguyên tố lượng vết được giữ lại trong nền

tóc, nó gắn cố định và khó có thể loại bỏ bằng cách rửa thông thường. Vì nang tóc

phơi nhiễm với nguồn cung cấp máu trong suốt quá trình sinh trưởng, nồng độ cácnguyên tố trong tóc phản ánh nồng độ trong cơ thể suốt thời gian này.

Với một số nguyên tố, nồng độ trong tóc có thể cao hơn 200 lần so với trong máu

và nước tiểu. Điều này giúp cho việc phát hiện và định lượng nhiều nguyên tố lượng vết

trong mẫu có độ nhạy tốt hơn. Hơn nữa, không giống như hầu hết các mô sinh học khác,

tóc rất bền. Sự bền vững này tối ưu khả năng giữ nguyên tính chất và giúp cho việc vận

chuyển thuận tiện hơn. Vì vậy tóc được coi là chỉ thị sinh học hữu hiệu trong việc quan

trắc hàm lượng các nguyên tố lượng vết trong cơ thể, hơn nữa việc lấy mẫu tóc khá dễ

dàng, không gây đau đớn và không đòi hỏi điều kiện bảo quản đặc biệt.

Chính vì những lí do trên mà tôi chọn nghiên cứu đề tài “Xác định tổng hàm

lượng thủy ngân trong mẫu tóc’’. Với các nội dung sau:

Phân tích tổng hàm lượng thủy ngân trong mẫu tóc.

Xử lý và đánh giá kết quả





9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu về nguyên tố thuỷ ngân

Hg là viết tắt của Hydrargyrum, từ Latinh hóa của từ Hy Lạp Hydrargyros, là

tổ hợp của 2 từ ' nước' và ' bạc' - vì nó lỏng giống như nước, và có ánh kim giốngnhư bạc. Trong ngôn ngữ châu Âu, nguyên tố này được đặt tên là Mercury, lấy theo

tên thần Merycury của người La Mã, được biết đến với tính linh động và tốc độ.

Biểu tượng giả kim thuật của nguyên tố này cũng là biểu tượng chiêm tinh học cho

Thủy Tinh.[16]

1.1.1. Tính chất vật lý và tính chất hoá học của nguyên tố thuỷ ngân

Thủy ngân (Hg) là nguyên tố thuộc nhóm IIB trong bảng hệ thống tuần hoàn

các nguyên tố hóa học, có số thứ tự là 80, cấu hình electron lớp ngoài cùng là:4f 145d106s2 . [5,3]

Bảng 1: Một số hằng số vật lý của thủy ngân

Cấu hình electron [Xe] 4f 145d106s2

Năng lượng ion hóa, Ev

I1

I2

I3

10,43

18,56

34,30

Nhiệt độ nóng chảy, 0C -38,87

Nhiệt độ sôi, 0C 357

Nhiệt bay hơi, kJ mol-1 61,5

Thế điện cực chuẩn, V 0,854

Bán kính nguyên tử, A0 1,60

Bán kính ion hóa trị hai, A0 0,93

Thủy ngân là chất lỏng ở nhiệt độ thường có màu trắng bạc, nhưng trong

không khí ẩm dần dần bị bao phủ bởi màng oxit nên mất ánh kim, thủy ngân bay

hơi ngay tại nhiệt độ phòng, hơi thủy ngân gồm những phân tử đơn nguyên tử, áp

suất hơi của thủy ngân phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ, ở nhiệt độ 200C áp suất hơi

bão hòa của thủy ngân là 1,3.103mmHg. Thủy ngân có trọng lượng riêng là 13,55 (ở

200C), khi hóa rắn trở nên dễ rèn như chì và là những tinh thể bát diện phát triển

thành hình kim. Thủy ngân tinh khiết khi đổ ra sẽ tạo thành những giọt tròn lấp





10

lánh, linh động. Thủy ngân không tinh khiết bị phủ lớp váng và để lại những vạch

trắng dài. Thủy ngân tan được trong các dung môi phân cực và không phân cực,

dung dịch của thủy ngân trong nước (khi không có không khí) ở 25 0C chứa 6.10-8g

Hg/l. Thủy ngân tạo nên nhiều hợp kim với các nguyên tố kim loại, hợp kim của

thủy ngân được gọi là hỗn hống. Tùy thuộc vào tỉ lệ của kim loại tan trong thủy

ngân, hỗn hống có thể ở dạng lỏng hoặc rắn.

Tính chất của thủy ngân phụ thuộc vào trạng thái oxi hóa của nó. Phần lớn

thủy ngân tồn tại trong nước, đất, trầm tích, sinh vật (tất cả môi trường trừ khí

quyển) đều ở dạng muối thủy ngân vô cơ hoặc hữu cơ. Trong muối vô cơ, thủy ngân

có hóa trị I và II, trong các hợp chất hữu cơ thủy ngân có hóa trị II. Thủy ngân

không tác dụng với oxi ở nhiệt độ thường, nhưng tác dụng rõ rệt ở 300 0C tạo thành

HgO và ở 4000C oxit đó lại phân hủy thành nguyên tố. Thủy ngân phản ứng dễ dàng

với nhóm halogen và lưu huỳnh. Thủy ngân chỉ tan trong những axit có tính oxi hóa

mạnh như HNO3, H2SO4 đặc. Ví dụ:

Hg +4HNO3 = Hg(NO3)2 + 2 NO2 + 2H2O

(đặc)

6Hg + 8HNO3= 3Hg2(NO3)2 + 2NO + 4H2O

(loãng)Trong thiên nhiên, thủy ngân tồn tại chủ yếu dưới dạng các khoáng vật:

xinaba hay thần sa (HgS), timanic (HgSe), colodoit (HgTe), livingtonit (HgSb4O7),

montroydrit (HgO), calomen (Hg2Cl2)…Rất hiếm khi gặp thủy ngân dưới dạng tự

do. Thần sa là quặng duy nhất của thủy ngân, nhiều khi bắt gặp chúng tạo thành các

mỏ lớn. Nói chung thần sa khác với các sunfua khác là khá bền vững trong miền oxi

hóa. Các khoáng vật cộng sinh với thần sa thường có antimonit (Sb2S3), pyrit (FeS2),

asenopyrit (FeAsS), hùng hoàn (As2S3)…Các khoáng vật phi quặng đi kèm theo

thần sa thường có: thạch anh, canxit, nhiều khi có cả fluorit, barit…

Trong nước tự nhiên, các hợp chất của thủy ngân dễ bị khử hoặc bị bay hơi

nên hàm lượng của thủy ngân trong nước rất nhỏ. Nồng độ của thủy ngân trong

nước ngầm, nước mặt thấp thường nhỏ hơn 0,5 µg/l . Nó có thể tồn tại ở dạng kim

loại, dạng ion vô cơ hoặc dạng hợp chất hữu cơ.Trong môi trường nước giàu oxi,

thủy ngân tồn tại chủ yếu dạng hóa trị II.





11

1.1.2 Ứng dụng của thuỷ ngân

Thủy ngân có rất nhiều ứng dụng do có những tính chất phong phú như: tính

dẫn điện, nhạy với sự thay đổi nhiệt độ, áp suất và tạo được hợp kim với hầu hết các

kim loại. Chính vì vậy thủy ngân đóng một vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vựccông nghiệp khác nhau.[3,4,10]

Nơi sử dụng thủy ngân lớn nhất là công nghiệp sản suất Cl2 và NaOH bằng

phương pháp điện phân sử dụng điện cực thủy ngân. Trong công nghiệp điện, thủy

ngân được sử dụng để sản suất bóng đèn huỳnh quang, các thiết bị siêu dẫn, đồng

hồ đo, pin oxit thủy ngân. Ngoài ra thủy ngân cũng được sử dụng trong các thiết bị

định hướng, các dụng cụ đo nhiệt độ, áp suất.Trong y học, thủy ngân là một thành

phần trong hỗn hống được sử dụng để chữa các bệnh sâu răng và hàn răng, thủyngân cũng được sử dụng làm thuốc sát trùng như: HgCl2 và mercuzan, ngoài ra

Hg2Cl2 được dùng làm thuốc xổ và thông tiểu tiện. Thủy ngân còn được sử dụng

trong các lò phản ứng hạt nhân, quá trình sản suất gỗ (đóng vai trò tác nhân chống

nấm mốc), làm dung môi và xúc tác cho các kim loại hoạt động. Nhiều hợp chất của

thủy ngân được sử dụng làm chất bảo quản cho nhiều loại dược phẩm.

Trong nông nghiệp, người ta sử dụng một lượng lớn các hợp chất của thủy

ngân hữu cơ để chống nấm và làm sạch các hạt giống, một số hợp chất điển hình

dùng cho mục đích này được mô tả ở bảng:

Bảng 2: Một số hợp chất thủy ngân hữu cơ điển hình

H3C Hg C N Metyl nitril thủy ngân

H3C Hg N CH

NH(CN)

NH2

NH2

Metyl dixyan diamit thủy ngân

CH3-Hg-OOC-CH3 Metyl axetat thủy ngân

CH3-Hg-Cl Metyl clorua thủy ngân

Ngoài ra thủy ngân còn được sử dụng nhiều trong các thiết bị nghiên cứu

khoa học, làm thuốc diệt chuột, thuốc trừ sâu, chất tẩy uế.





12

1.1.3 Các dạng tồn tại trong môi trường.

Có thể liệt kê thủy ngân theo các dạng tồn tại :

+ Thủy ngân nguyên tử, dưới dạng lỏng (kí hiệu Hg). Đây là một dạng quen

thuộc và thường thấy trong các nhiệt kế.+ Thủy ngân dưới dạng khí (kí hiệu Hg), là thuỷ ngân dưới tác dụng của

nhiệt chuyển thành hơi.

+ Thủy ngân vô cơ, duới dạng ion như là : (HgO, Hg(OH), Hg2Cl2, HgCl2,…)

có độ hòa tan khác nhau. Các hợp chất thủy ngân vô cơ đuợc ứng dụng trong nhiều

lĩnh vực y tế, quân sự, công nghiệp và đuợc sử dụng để làm sơn chống hà.

+ Thủy ngân hữu cơ: chất metyl thủy ngân, CH HgCl, CH HgOH và phần

nhỏ các hợp chất thủy ngân như là đimetyl thủy ngân và phenyl thủy ngân). Hầu hếtcác hợp chất thủy ngân hữu cơ khó hòa tan ((CH3)2Hg+ là phân huỷ chậm

và (CH3)Hg+ là hầu như không phân huỷ)và không tham gia phản ứng trong môi

trường axit yếu hoặc ái lực yếu của thủy ngân và liên kết C-O. Tuy nhiên,

CH3HgOH hòa tan khá mạnh nhờ nhóm OH. Các dạng thủy ngân hữu cơ

dạng RHgX (metyl, đimetyl, Etylmercury Clorua, Etylmercury photphat, Neptal,

Meuro Crom) được sử dụng chủ yếu trong các loại thuốc bảo vệ thực vật, y tế. Đặc

biệt là dạng metyl thủy ngân có tính độc rất cao và gây ra thảm kịch ở

Vịnh Minamata, Nhật Bản. [5,15]

1.1.4. Độc tính của thuỷ ngân

Tính độc của thủy ngân phụ thuộc vào các dạng hợp chất hóa học của

nó.[4,6,8,11,5].

- Thủy ngân kim loại ở trạng thái lỏng tương đối trơ và có độc tính thấp.Nhưng

hơi thủy ngân thì rất độc, do thủy ngân ở dạng hơi sẽ dễ dàng bị hấp thụ ở phổi rồi vàomáu và não trong quá trình hô hấp dẫn đến hủy hoại hệ thần kinh trung ương.

- Dạng muối thủy ngân (I) Hg22+ có độc tính thấp do khi vào cơ thể sẽ tác

dụng với ion Cl- có trong dạ dày tạo thành hợp chất không tan Hg2Cl2 sau đó bị đào

thải ra ngoài.

- Dạng muối thủy ngân (II) Hg2+ có độc tính cao hơn nhiều so với muối Hg22+,

nó dễ dàng kết hợp với các amino axit có chứa lưu huỳnh của protein. Hg2+ cũng tạo

liên kết với hemoglobin và albumin trong huyết thanh vì cả hai chất này đều có





13

chứa nhóm thio (SH). Song Hg2+ không thể dịch chuyển qua màng tế bào nên nó

không thể thâm nhập vào các tế bào sinh học.

- Các hợp chất hữu cơ của thủy ngân có độc tính cao nhất, đặc biệt là metyl

thủy ngân CH3Hg+, chất này tan được trong mỡ, phần chất béo của các màng và

trong não tủy. Đặc tính nguy hiểm nhất của ankyl thủy ngân (RHg +) là có thể dịch

chuyển được qua màng tế bào và thâm nhập vào mô của bào thai qua nhau thai. Khi

người mẹ bị nhiễm metyl thủy ngân thì đứa trẻ sinh ra thường chịu những thương

tổn không thể phục hồi được về hệ thần kinh trung ương, gây nên bệnh tâm thần

phân liệt, co giật, trí tuệ kếm phát triển. Một trong những trường hợp độc nhất của

thủy ngân là dimetyl thủy ngân, độc đến mức vài microlit rơi vào da có thể gây tử

vong. Một trong những mục tiêu chính của các chất độc này là enzym pyruvat

dehidrogenat (PDH). Enzym bị ức chế hoàn toàn bởi một vài hợp chất của thủy

ngân, thành phần gốc axit lipoic của phức hợp đa enzym liên kết với các hợp chất

đó rất bền và vì thế PDH bị ức chế.

- Khi thủy ngân liên kết với màng tế bào sẽ ngăn cản quá trình vận chuyển

đường qua màng làm suy giảm năng lượng của tế bào, gây rối loạn việc truyền các

xung thần kinh. Nhiễm độc metyl thủy ngân cũng dẫn tới sự phân chia các nhiễm

sắc thể, phá vỡ nhiễm sắc thể, và ngăn cản sự phân chia tế bào. Các triệu chứngnhiễm độc thủy ngân bắt đầu xuất hiện khi nồng độ metyl thủy ngân (CH 3Hg+) trong

máu vào khoảng 0,5 ppm. Đặc tính sinh hóa của các hợp chất thủy ngân được trình

bày tóm tắt trong bảng 3.

Bảng 3: Đặc tính sinh hóa của các hợp chất thủy ngân

Loại Đặc tính hóa học và sinh hóa

Hg

Nguyên tố thủy ngân ở dạng lỏng tương đối trơ có độc tính thấp.

Hơi thủy ngân khi hít phải rất độc

Hg22+ Tạo được hợp chất không tan với clorua (Hg2Cl2) có độc tính thấp

Hg2+ Độc nhưng khó di chuyển qua màng tế bào sinh học

RHg+Rất độc thông thường ở dạng CH3Hg+, nguy hiểm cho hệ thần kinh,

não, dễ di chuyển qua màng sinh học, tích trữ trong các mô mỡ

R 2Hg Độc tính thấp, nhưng có thể chuyển thành RHg+ trong môi trường axit

trung bìnhHgS Không tan và không độc, có trong đất





14

Trong môi trường nước, thủy ngân và muối thủy ngân có thể chuyển hóa

thành metyl thủy ngân hay dimetyl thủy ngân (CH3)2Hg bởi các vi khuẩn kỵ khí.

Đimetyl thủy ngân trong môi trường axit yếu sẽ chuyển hóa thành metyl thủy ngân

(CH3Hg+).

Khi nhiễm độc thủy ngân thường có các triệu chứng sau:

- Đối với trường hợp nhiễm độc cấp tính (nhiễm độc liều cao) có các triệu

chứng như: viêm miệng (nướu co rút, răng hơi lung lay), tiêu chảy, đau bụng, toàn

cơ thể suy sụp và suy nhược tinh thần. Chức năng thận bị rối loạn; thận có thể bị

hoại tử gây tắc tiểu tiện và dẫn tới tử vong. Lượng thủy ngân tích lũy ở thận cao

(70% lượng thủy ngân vào cơ thể) kế đến là ở gan.

- Nhiễm độc mãn tính: miệng có vị kim loại, chứa nhiều nước bọt nhai đau

(do tủy bị kích thích), chân răng ở phần gần cổ có màu xanh. Nướu sưng,có khi bị

viêm loét, viêm răng hàm, nhiễm độc liều lượng nhỏ dẫn đến chảy máu chân răng.

Tuyến dưới hàm và mang tai sưng đau, tiêu hóa kém đôi khi gây viêm dạ dày và

viêm đại tràng mãn tính, chức năng gan bị rối loạn.

Theo báo cáo của tổ chức National Wildlife Federation (NWF) công bố: cá

không phải loài động vật duy nhất là nạn nhân của thủy ngân mà một số loài chim,

bò sát, lưỡng cư hay động vật nhỏ đều bị tác động bởi chất gây ô nhiễm này. Nhữngcon cá hấp thụ thủy ngân với liều cao sẽ sinh sản kém hơn, chim đẻ trứng ít hơn và

không quan tâm đến con cái; các động vật có vú thì gây ảnh hưởng đến tỉ lệ sống.

1.1.5. Quá trình tích luỹ sinh học của thuỷ ngân.

Như mọi nguyên tố hóa học thông thường, trên trái đất tồn tại một lượng xác

định thủy ngân tồn tại dưới các dạng đơn chất và hợp chất. Tuy nhiên, do những tác động

của tự nhiên và con người nên thủy ngân có thể chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác

trong môi trường. thủy ngân đuợc giải phóng vào khí quyển bởi nhiều nguồn khác nhau,

sau đó phân tán và chuyển vào không khí, lắng đọng xuống trái đất theo nhiều cách và tốc

độ khác nhau, phụ thuộc vào dạng vật lý và hóa học của nó.

Trong môi trường, thủy ngân vô cơ có thể bị metyl hóa thành muối metyl

thủy ngân, đặc biệt là trong đất [4,5,8]. Người ta đã tìm thấy các vi khuẩn và vi sinh

vật trong đất và nước có chứa metycobanamin. Khi metylcobanamin gặp các ion

thủy ngân vô cơ, metyl thủy ngân dễ dàng được sinh ra bởi quá trình hóa học và





15

sinh học, một phần metyl thủy ngân sinh ra bị phân hủy bởi ánh sáng tử ngoại thành

các dạng vô cơ.

Quátrình metyl hóa thủy ngân là yếu tố quan trọng nhất góp phần đưa thủy

ngân vào trong chuỗi thức ăn. Sự chuyển hóa sinh học của các hợp chất thủy ngân

vô cơ thành thủy ngân hữu cơ – metyl thủy ngân có thể xảy ra trong trầm tích, nước,

cả trong cơ thể sinh vật. Các phản ứng đề metyl hóa xảy ra cùng với quá trình bay

hơi của đimetyl thủy ngân làm giảm lượng metyl thủy ngân trong nước. Tất cả các

dạng của thủy ngân đều có thể tích lũy tới mức độ nhất định, tuy nhiên metyl thủy

ngân tích lũy nhiều hơn các dạng khác của thủy ngân.

1.2. Các phương pháp phân tích thủy ngân trong mẫu tóc.

1.2.1 Phương pháp vi khối lượng

Mặc dù ngày nay, phươngpháp này không được sử dụng làm phân tích, nhưng nó

đã được quan tâm trong thời gian trước.Thủy ngân được tích lũy trên bụi đồng trong

dung dịch axit, rồi gia nhiệt để thủy ngân bay hơi và tạo hỗn hống trên phoi vàng, sau đó

quan sát bằng kính lúp. Thủy ngân cũng được định lượng khi khử thủy ngân hợp chất về

thủy ngân nguyên tố dạng hình cầu nhỏ và soi bằng kính hiển vi.[8,5,16]

1.2.2 Phương pháp đo quang

Là phương pháp phổ biến nhất để xác định thủy ngân vào những năm 1960, bằngcách sử dụng chất tạo phức là diphenylthiocarbazon hoặc dithizon. Phương pháp này dựa

trên phép đo quang của phức màu được chiết vào dung môi hữu cơ sau khi tất cả các

dạng thủy ngân trong mẫu đã được chuyển thành Hg2+ rồi tạo phức với dithizon.Tuy

nhiên phương pháp này vẫn tồn tại một số nhược điểm là độ chọn lọc thấp do ảnh hưởng

của các kim loại đi kèm cũng phản ứng với dithizon.[5,16].

Năm 1965, Hiệp hội phân tích (AOAC) đưa ra phương pháp tiêu chuẩn cho

việc phân tích thủy ngân với quy trình giải chiết, trong đó thủy ngân dithizonat

trong chloroform được giải chiết vào dung dịch natrihiosunfat, sau đó phân hủy

phức thủy ngân thiosunfat và chiết lại bằng dithizon trong chloroform. Giới hạn

phát hiện của phương pháp này là 1 µg thủy ngân, vì vậy mà một số phòng thí

nghiệm cho đến nay vẫn tiếp tục phân tích thủy ngân bằng phương pháp này.

Phương pháp so màu sử dụng các chất tạo màu khác nhau hoặc huỳnh quang phân

tử cũng đã được áp dụng để xác định thủy ngân. Tuy nhiên, ưu điểm chủ yếu của phương pháp này là tạo phức trước hoặc sau cột kết hợp sử dụng sắc ký lỏng hiệu





16

năng cao để tách các dạng thủy ngân và các chất ảnh hưởng. Dithizon,

dithizoncarbamat và các dẫn xuất của chúng được tạo phức với thủy ngân, rồi tách

bằng cột pha đảo và xác định bằng detector UV-Vis hoặc huỳnh quang.

1.2.3 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử

Là phương pháp phổ biến nhất để xác định thủy ngân trong tất cả các

mẫu,phương pháp này dựa trên phép đo phổ hấp thụ nguyên tử của thủy ngân kết

hợp kỹ thuật hóa hơi lạnh (CV-AAS). Do thủy ngân là nguyên tố kim loại duy nhất

có áp suất hơi bão hòa rất cao tại nhiệt độ tương đối thấp nên có thể dễ dàng định

lượng bằng phổ hấp thụ nguyên tử. Thủy ngân được giải phóng khỏi dung dịch

thành hơi nguyên tử nhờ quá trình khử chọn lọc và được cuốn đi bằng dòng khí.

Người ta thường sử dụng Sn2+ để khử thủy ngân về trạng thái hơi nguyên tử. Gần

đây, NaBH4 cũng được sử dụng làm chất khử để xác định thủy ngân.[1,5,8].

Những kỹ thuật loại trừ các chất ảnh hưởng khi xác định thủy ngân trong môi

trường hữu cơ và các đối tượng mẫu khó phân hủy hoàn toàn khi dùng đến cả axit

mạnh, có ý nghĩa đặc biệt quan trọng. Hai kỹ thuật được sử dụng để loại bỏ chất ảnh

hưởng là: kỹ thuật tạo hỗn hống với vàng (Au) để làm sạch hơi thủy ngân và kỹ

thuật bổ chính nền quang học.

Kỹ thuật tạo hỗn hống với vàng dựa trên quá trình hấp thụ chọn lọc của thủyngân trên bề mặt vàng ở nhiệt độ phòng, sau khi hơi hữu cơ được loại bỏ, thủy ngân

được giải phóng ra khỏi bẫy vàng bằng cách gia nhiệt và được ghi đo phổ. Kỹ thuật

này không những để tinh chế thủy ngân mà còn được sử dụng để làm giàu thủy

ngân trong một thể tích nhỏ trước khi đo nhằm tăng độ nhạy của phép đo.

Bổ chính nền quang học được dùng để loại bỏ sự hấp thụ phân tử do hơi hữu

cơ gây ra.Trong thời gian đầu, người ta dùng nguồn sáng liên tục và sau này người

ta dùng hiệu ứng Zeeman kết hợp với đèn liên tục để bổ chính nền. Những kỹ thuật

này cần thiết khi nguyên tử hóa bằng lò graphit trong trường hợp mẫu có thành

phần nền phức tạp. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng kỹ thuật bổ

chính nền bằng hiệu ứng Zeeman thích hợp cho việc đo mẫu rắn do ảnh hưởng của

phổ nền được loại trừ nhờ hiệu ứng này.

Để tăng độ nhạy của phương pháp, người ta sử dụng các chất cải biến như Pt

để tối ưu hóa quá trình hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu, phương pháp đã được ápdụng để phân tích mẫu bùn mà không cần phân hủy.





17

Độ nhạy của phép xác định thủy ngân được tăng lên 30 lần khi sử dụng bước

sóng 184,9 nm thay cho bước sóng 253,7 nm . Tuy nhiên việc sử dụng bước sóng

184,9 nm phải được tiến hành trong môi trường chân không, do đó rất khó để thực

hiện mẫu phân tích hàng loạt.

Trong đề tài này, Chúng tôi sử dụng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên

tử với kỹ thuật hóa hơi lạnh để xác định hàm lượng tổng thủy ngân trong trầm tích.

1.2.4 Phương pháp phổ huỳnh quang nguyên tử

Một số tác giả đã ứng dụng phương pháp phổ huỳnh quang nguyên tử để xác

định thủy ngân. Hầu hết các tác giả trước đây thường dùng kỹ thuật hóa bằng ngọn

lửa và kích thích huỳnh quang bằng nguồn laser. Để tăng độ nhạy của phương pháp,

các kỹ thuật nguyên tử hóa bằng hồ quang điện và hóa hơi lạnh đã được áp

dụng.[5,8,16].

Cường độ huỳnh quang trong không khí bị giảm do sự dập tắt huỳnh quang

của oxy và nitơ. Khi thay thế không khí bằng đèn agon (Ar) thì độ nhạy của phương

pháp tăng lên khoảng 86 lần. Kỹ thuật này đã được áp dụng để xác định thủy ngân

bằng cách tạo hỗn hống với vàng hoặc tách pha bằng ống xốp polytetrafloetylen sau

đó đo phổ huỳnh quang của thủy ngân.

Nhiều tác giả đã áp dụng phương pháp này để xác định thủy ngân trongkhông khí và nước. Hơi thủy ngân được giải phóng khỏi dung dịch bởi quá trình

khử hóa học và được bẫy vào trong ống bằng vàng. Sau đó, ống vàng được gia nhiệt

đến 7000C để giải phóng thủy ngân và đưa vào cuvet để đo mẫu. Phương pháp này

có giới hạn phát hiện ở nồng độ thấp và độ lệch chuẩn tương đối khoảng 3% với

nồng độ thủy ngân là 1 ng.

Khi phương pháp huỳnh quang kết hợp với nguồn cảm ứng cao tần plasma

để nguyên tử hóa mẫu thì giới hạn phát hiện khoảng 0,5 ng/l, nếu thay thế đèn catốt

rỗng bằng đèn hơi thủy ngân thì giới hạn của phương pháp khoảng 0,2 ng/l. Mặc dù

độ nhạy của phương pháp này có được cải tiến nhưng nó không có nhiều ưu điểm

so với phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử.

1.2.5 Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử

Trong lịch sử, phương pháp quang phổ phát xạ đã được các nhà địa chất sử

dụng rất phổ biến, phương pháp này đã được phát triển mạnh trong hai thập kỷ qua,





18

bằng việc thay thế nguồn phát xạ ngọn lửa bằng các nguồn khác như hồ quang,

laser, cảm ứng cao tần plasma trực tiếp hoặc plasma tần số radio.[5].

Thủy ngân trong trầm tích được xác định bằng kỹ thuật plasma tạo sóng ngắn He

ở áp suất khí quyển kết hợp với hóa hơi lạnh (CV-MIP-AES), giới hạn phát hiện của

phương pháp này khoảng 4 ng. Hơi thủy ngân và hidrua kim loại liên tục được đưa vào

buồng tạo plasma còn hơi nước và hydro sinh ra trong quá trình khử được giữ lại trên

màng xốp. Giới hạn phát hiện thủy ngân của phương pháp này là 50 ng/l.

Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử sử dụng nguồn cảm ứng plasma

cũng được áp dụng để phân tích thủy ngân trong mẫu đất. Để tăng hiệu suất quá

trình hóa hơi nguyên tử, amoni sunfua (NH4)2S được bơm cùng với mẫu, nhờ đó độ

tuyến tính của phương pháp đạt được là 10-1000 ng/l.

1.2.6 Phương pháp phân tích huỳnh quang tia X và kích hoạt nơtron

Ưu điểm cơ bản của phương pháp phân tích huỳnh quang tia X và kích hoạt

nơtron là thời gian phân tích tương đối ngắn, không cần phân hủy mẫu trước khi

phân tích, có độ nhạy và độ chính xác cao.[5,8]

Nguyên tắc của phương pháp kích hoạt nơtron là dùng chùm nơtron kích

hoạt mẫu và đo bức xạ gama được giải phóng bởi Hg197. Giới hạn phát hiện của

phương pháp này khoảng 1 ng/l.Phương pháp kích hoạt nơtron đã được ứng dụng nhiều để phân tích thủy

ngân trong các mẫu rắn có thành phần đơn giản, thủy ngân được xác định trực tiếp

mà không cần xử lý mẫu trước khi phân tích. Đối với các mẫu sinh học và môi

trường như các loại mẫu trầm tích, mô tế bào, máu, tóc…, do có thành phần tương

đối phức tạp, nên trước khi phân tích, mẫu cần thiết phải được xử lý. Một số tác giả

đã chỉ ra rằng quá trình xử lý mẫu thường gây mất thủy ngân do trước khi phân tích

mẫu phải được làm khô. Do vậy phương pháp này ít được sử dụng để phân tích thủy

ngân và dạng thủy ngân trong các mẫu sinh học và môi trường.

Phương pháp quang phổ huỳnh quang tia X phản xạ toàn phần là kỹ thuật

mới trong phân tích đa nguyên tố với độ nhạy tốt. Thủy ngân trong mẫu rắn được

phân tích trực tiếp bằng phương pháp này mà không cần quá trình phân hủy mẫu

bằng axit. Tuy nhiên việc áp dụng phương pháp này để phân tích thủy ngân trong

các mẫu môi trường và sinh học vẫn còn hạn chế.





19

1.2.7 Phương pháp phổ khối lượng

Phương pháp phổ khối nguồn tia điện (spark source) lần đầu tiên được ứng

dụng để xác định Hg trong táo, nguyên tắc của phương pháp là tạo ra xung điện

giữa hai điện cực để hóa hơi và ion hóa mẫu, sau đó các ion được đưa vào detectorkhối phổ và sử dụng một đồng vị ổn định làm nội chuẩn. Phương pháp phổ khối

nguồn tia điện được ứng dụng nhiều vào những năm 70, hiện nay nó đã được thay

thế bằng phương pháp phổ khối lượng với nguồn cảm ứng cao tần plasma (ICP-

MS), do phương pháp này có nhiều ưu điểm vượt trội.

Phương pháp ICP-MS kết hợp với hệ thống khử liên tục sử dụng NaBH4 đã

được ứng dụng để xác định Hg ở hàm lượng vết trong nước tự nhiên và trầm tích.

Sự phát triển của phương pháp ICP-MS đã mở rộng lĩnh vực phân tích thủy ngânkhông chỉ trong các đối tượng địa chất mà còn trong nhiều lĩnh vực khác như lĩnh

vực sinh hóa, hóa dầu…[5,8].

1.2.8 Phương pháp phân tích điện hóa

Những kỹ thuật cực phổ đã được sử dụng để phân tích dạng thủy ngân trong

mẫu đất. Thế oxi hóa khử của những dạng thủy ngân khác nhau là khác nhau, do đó

người ta có thể xác định dạng thủy ngân bằng phương pháp cực phổ. Metyl thủy

ngân có thể được xác định trong môi trường không tạo phức bằng phương pháp

vôn-ampe hòa tan anot xung vi phân trên điện cực màng vàng, giới hạn phát hiện

khoảng 2.10-8 mol/l với thời gian điện phân là 5 phút. Tuy nhiên, khi áp dụng

phương pháp này cho các mẫu môi trường và sinh học, người ta cần phải tiến hành

loại bỏ những chất ảnh hưởng mà quá trình thao tác không đơn giản như đối với

phương pháp CV-AAS. [5].

1.3. Một số phương pháp xử lý mẫu trước khi phân tíchĐối tượng chính của phương pháp phân tích theo AAS là phân tích vi lượng,

các nguyên tố trong các loại mẫu vô cơ hoặc mẫu hữu cơ. Nguyên tắc chung khi

phân tích các loại mẫu này gồm hai giai đoạn. [5,8,16].

Giai đoạn 1: Xử lý mẫu để đưa nguyên tố cần xác định về trạng thái dung

dịch theo một kỹ thuật phù hợp để chuyển được toàn bộ nguyên tố đó vào dung dịch

cho một phép đo đã chọn.

Giai đoạn 2: Phân tích các nguyên tố dựa trên phổ hấp thụ nguyên tử của nó,

trong những điều kiện thích hợp đã được nghiên cứu và lựa chọn.





20

Trong đó giai đoạn 1 là cực kỳ quan trọng không những đối với phương pháp

AAS mà còn đối với các phương pháp khác khi phân tích kim loại. Nếu xử lý mẫu

không tốt có thể dẫn đến mất nguyên tố phân tích (gây sai số âm) hoặc nhiễm bẩn

mẫu (gây sai số dương), làm ảnh hưởng đến kết quả phân tích, đặc biệt khi phân

tích vi lượng.

Tùy thuộc vào bản chất của chất phân tích, đối tượng mẫu, điều kiện trang bị

kỹ thuật…có các phương pháp sau để xử lý mẫu.

Xử lý mẫu vô cơ

Phân tích dạng trao đổi (còn gọi là dạng dễ tiêu): Kim loại ở thể này có thể

tan được trong nước, dung dịch muối hoặc axit loãng.

Phân tích tổng số: Để phân tích tổng số người ta phá hủy cấu trúc của mẫu để

chuyển kim loại về dạng muối tan. Có thể phá hủy mẫu bằng các loại axit có tính

oxi hóa mạnh như axit nitric, sunfuric, pecloric hoặc hỗn hợp các axit.

Xử lý mẫu hữu cơ

Các chất hữu cơ rất phong phú, đa dạng. Trong các mẫu này kim loại ít khi ở

dạng dễ tiêu, do đó để phân tích kim loại trong mẫu hữu cơ, thường phải tiến hành

phân tích tổng số. Trước khi phân tích, mẫu thường được xử lý bằng một trong các

phương pháp sau: vô cơ hóa khô, vô cơ hóa ướt, xử lý ướt bằng lò vi sóng, xử lýmẫu bằng kỹ thuật lên men.

a. Phương pháp vô cơ hóa khô

Nguyên tắc: Đốt cháy các chất hữu cơ có trong mẫu phân tích để giải phóng

kim loại dưới dạng oxit, muối hoặc kim loại, sau đó hòa tan tro mẫu bằng các axit

thích hợp.

Phương pháp vô cơ hóa khô đơn giản, triệt để, yêu cầu tối thiểu sự chú ý của

người phân tích, nhưng có nhược điểm là làm mất nguyên tố dễ bay hơi như Hg,

As, Pb…khi ở nhiệt độ trên 5000C.

Để khắc phục nhược điểm này người ta thường cho thêm các chất bảo vệ như

MgO, Mg(NO3)2 hay KNO3 và chọn nhiệt độ thích hợp

b. Phương pháp vô cơ hóa ướt

Ngyên tắc: Oxi hóa chất hữu cơ bằng một axit hoặc hỗn hợp axit có tính oxi

mạnh thích hợp.





21

Phương pháp vô cơ hóa ướt rút ngắn được thời gian so với phương pháp vô

cơ hóa khô, bảo quản được chất phân tích, nhưng phải dùng lượng axit khá nhiều, vì

vậy yêu cầu các axit phải có độ tinh khiết cao.

c. phương pháp bằng lò vi sóng

Thực chất là vô cơ hóa ướt thực hiện trong lò vi sóng.

Nguyên tắc: Dùng năng lượng của lò vi sóng để đun nóng dung môi và mẫu

được đựng trong bình kín. Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao có thể dễ dàng

hòa tan được mẫu.

Đây là phương pháp xử lý mẫu hiện đại, làm giảm đáng kể thời gian xử lý

mẫu, không mất mẫu và vô cơ hóa được triệt để. Có thể vô cơ hóa cùng một lúc

được nhiều mẫu. Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi thiết bị đắt tiền mà nhiều cơ

sở không đủ trang bị.

d. Phương pháp lên men

Nguyên tắc: Hòa tan mẫu thành dung dịch hay huyền phù. Thêm men xúc tác

và lên men ở nhiệt độ 37-400C trong thời gian từ 7-10 ngày.Trong quá trình lên

men, các chất hữu cơ bị phân hủy thành CO2, axit, nước và giải phóng các kim loại

trong hợp chất hữu cơ dưới dạng cation trong dung dịch.

Phương pháp lên men là phương pháp êm dịu nhất, không cần hóa chất,không làm mất các nguyên tố phân tích, rất thích hợp cho việc phân tích các mẫu

đường, sữa, nước ngọt, tinh bột.Nhưng thời gian xử lý mẫu rất lâu và phải chọn

được các loại men thích hợp. Trong các đối tượng phức tạp, khi các nguyên tố đi

kèm có nồng độ rất cao trong mẫu có ảnh hưởng tới việc xác định nguyên tố phân

tích bằng AAS thì người ta phải dùng thêm kỹ thuật chiết, kỹ thuật này không

những tách được các nguyên tố đi kèm mà còn làm giàu được các nguyên tố cần

phân tích

Tác nhân vô cơ hóa

Khi xử lý mẫu bằng phương pháp vô cơ hóa ướt và lò vi sóng, việc lựa chọn

tác nhân oxi hóa phải căn cứ vào khả năng, đặc tính oxi hóa của thuốc thử và đối

tượng mẫu.

Axit Nitric (HNO3).

Axit nitric là chất được sử dụng rộng rãi nhất để vô cơ hóa mẫu. Đây là tácnhân vô cơ hóa dùng để giải phóng nhanh vết nguyên tố từ các cốt sinh học và thực





22

vật dưới dạng muối nitrat dễ tan. Điểm sôi của axit nitric ở áp suất khí quyển là

1200C, lúc đó chúng sẽ oxi hóa toàn bộ các chất hữu cơ trong mẫu và giải phóng

kim loại dưới dạng ion.

Loại mẫu được áp dụng chủ yếu là các mẫu hữu cơ như nước giải khát,

protein, chất béo, nguyên liệu thực vật, nước thải, một số sắc tố polyme và các mẫu

trầm tích.

Axit sunfuric (H2SO4)

Axit sunfuric là chất có tính oxi hóa mạnh có nhiệt độ sôi 339 0C. Khi kết hợp

với HNO3 có khả năng phá hủy hoàn toàn hầu hết các hợp chất hữu cơ.Nếu sử dụng

lò vi sóng thì phải vô cơ hóa trước trong cốc thủy tinh hay thạch anh và giám sát

quá trình tăng nhiệt độ của lò.

Loại mẫu được áp dụng: Mẫu hữu cơ, oxit vô cơ, hydroxit, hợp kim, kim

loại, quặng.

Axit pecloric (HClO4)

Axit pecloric có tính oxi hóa mạnh, có thể ăn mòn các kim loại, không phản

ứng với các axit khác, phá hủy các hợp chất hữu cơ. Do HClO4 có thể gây nổ mạnh

khi tiếp xúc với các nguyên liệu hữu cơ và các chất vô cơ dễ bị oxi hóa cho nên phải

oxi hóa mẫu trước bằng HNO3 sau đó mới sử dụng HClO4. Trong trường hợp phámẫu bằng lò vi sóng cần phải rất thận trọng, vì trong bình kín, ở áp suất và nhiệt độ

cao HClO4 rất dễ gây nổ.

Loại mẫu được áp dụng: các mẫu hữu cơ và vô cơ. Trong nhiều trường hợp

ta phải sử dụng hỗn hợp các axit mới có thể vô cơ hóa được hoàn toàn.





23

CHƯƠNG 2

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Nội dung nghiên cứu-Xác định tổng hàm lượng thủy ngân trong mẫu tóc.

-Xử lý và đánh giá kết quả.

2.2 Giới thiệu về phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử với kỹ thuật hóa

hơi lạnh

2.2.1 Nguyên tắc của phép đo

Cơ sở lý thuyết của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) là dựa trên sự hấp

thụ năng lượng bức xạ đơn sắc của nguyên tử tự do của nguyên tố ở trạng thái hơi,khi chiếu chùm tia bức xạ qua đám hơi nguyên tử của nguyên tố ấy trong môi

trường hấp thụ. Môi trường hấp thụ chính là đám hơi các nguyên tử tự do của mẫu

phân tích. Do đó, muốn thực hiện phép đo AAS cần phải có các quá trình sau:[1,5]

1. Chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn hoặc dung dịch) thành trạng

thái hơi của các nguyên tử tự do. Đây là quá trình hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu.

2. Chiếu chùm tia bức xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi

nguyên tử tự do ấy. Các nguyên tử của nguyên tố cần xác định trong đám hơi sẽ hấp

thụ những tia bức xạ nhất định và tạo ra phổ hấp thụ của nó.

3. Tiếp đó, nhờ hệ thống quang học, người ta thu, phân ly và chọn một vạch

phổ hấp thụ của nguyên tố cần phân tích để đo cường độ của nó. Cường độ đó chính

là tín hiệu hấp thụ của vạch phổ hấp thụ. Trong một giới hạn nồng độ xác định, tín

hiệu này phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ của nguyên tố cần xác định trong mẫu

theo phương trình:Aλ = KC b (*)

Aλ : độ hấp thụ quang

K: hằng số thực nghiệm

C: nồng độ nguyên tố trong mẫu

b: hằng số bản chất, phụ thuộc vào nồng độ ( 0< b1)

Hằng số thực nghiệm K phụ thuộc vào tất cả các điều kiện hóa hơi và nguyên

tử hóa mẫu nhất định đối với một hệ thống máy AAS và với các điều kiện đã chọn





24

cho mỗi phép đo; b là hằng số bản chất, phụ thuộc vào từng vạch phổ của từng

nguyên tố. Giá trị b=1 khi nồng độ C nhỏ, khi C tăng thì b nhỏ xa dần giá trị 1.

Như vậy mối quan hệ giữa Aλ và C là tuyến tính trong một khoảng nồng độ

nhất định. Khoảng nồng độ này được gọi là khoảng tuyến tính của phép đo. Trong

phép đo AAS, phương trình (*) ở trên chính là phương trình cơ sơ để định lượng

một nguyên tố.

2.2.2 Trang bị của phép đo

Muốn thực hiện phép đo phổ hấp thụ nguyên tử hệ thống máy đo phổ hấp thụ

nguyên tử phải bao gồm các phần cơ bản sau:

1. Nguồn phát tia phát xạ cộng hưởng (vạch phổ phát xạ đặc trưng của

nguyên tố cần phân tích), để chiếu vào môi trường hấp thụ nguyên tử tự do của

nguyên tố:

- Đèn catot rỗng (HCL).

- Đèn phóng điện không điện cực (EDL).

- Đèn phát xạ liên tục đã được biến điệu (D2).

2. Hệ thống nguyên tử hóa mẫu phân tích. Hệ thống này được chế tạo theo 2

kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu. Đó là kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa (lúc này ta

có phép đo F- AAS) và kỹ thuật không ngọn lửa (lúc này ta có phép đo GF- AAS).Trong kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa, hệ thống này bao gồm:

Bộ phận dẫn mẫu vào buồng aerosol hóa và thực hiện quá trình aerosol hóa

mẫu (tạo thể sol khí). Ngược lại, khi nguyên tử hóa mẫu bằng kỹ thuật không ngọn

lửa người ta thường dùng một lò nung nhỏ bằng graphit (cuvet graphit) hay thuyền

Tantan (Ta) để nguyên tử hóa mẫu nhờ nguồn năng lượng điện có thế thấp (nhỏ hơn

12 V) nhưng dòng rất cao (50 – 800 A).

3. Máy quang phổ, nó thường là bộ đơn sắc, có nhiệm vụ thu, phân ly và

chọn tia sáng (vạch phổ) cần đo hướng vào nhân quang điện để phát tín hiệu hấp thụ

AAS của vạch phổ.

4. Hệ thống tín hiệu hấp thụ của vạch phổ (tức là cường độ của vạch phổ hấp

thụ hay nồng độ nguyên tố cần phân tích). Hệ thống này có thể là các trang bị;

- Đơn giản nhất là một điện kế chỉ năng lượng hấp thụ (E) của vạch phổ.

- Một máy tự ghi pic của vạch phổ trên băng giấy.- Bộ biến số (digitals).





25

- Bộ máy in.

- Máy phân tích.

Với nhiều máy hiện đại còn có thêm một microcomputer hay microprocessor

và hệ thống phần mềm. Loại trang bị này có nhiệm vụ điều khiển quá trình đo và xử

lý các kết quả đo đạc, vẽ đồ thị, tính nồng độ của mẫu phân tích.

Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử đã và đang được ứng dụng là công cụ phân

tích đắc lực cho nhiều ngành khoa học và kỹ thuật do nó có nhiều tính năng ưu việt:

- Độ nhạy và độ chọn lọc cao.

- Không cần làm giàu nguyên tố cần phân tích.

- Thao tác thực hiện nhẹ nhàng, dễ làm, có thể phân tích đồng thời liên tiếp

nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu.

- Các kết quả phân tích ổn định, sai số nhỏ.

- Sử dụng để phân tích hàm lượng vết các kim loại.

Hình 2.2.2: Nguyên tắc cấu tạo của máy đo AAS

1. Nguồn đơn sắc;

2. Hệ nguyên tử hóa mẫu

3.Hệ thống đơn sắc và detector

4. Hệ điện tử.





26

2.2.3 Nguyên lý của kỹ thuật hóa hơi lạnh

Hai kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn lửa và không ngọn lửa đều sử

dụng năng lượng nhiệt để nguyên tử hóa mẫu. Tuy nhiên có một số nguyên tố có

nhiệt độ nguyên tử hóa cao, nghĩa là nhiệt độ chuyển từ dạng ion về dạng nguyên tử

tự do:

Hg2+ Hg0 (hơi)

As3+ As0 (hơi)

Nhưng nhiệt độ bay hơi của chúng lại rất thấp. Do vậy các nguyên tử tự do

sẽ bị mất trong quá trình đó nếu sử dụng hai kỹ thuật kể trên. Chính vì thế người ta

phải sử dụng kỹ thuật hóa hơi lạnh cho các nguyên tố loại này.[1,5]

Kỹ thuật hóa hơi lạnh dựa trên việc chuyển các nguyên tố cần xác định về

dạng hợp chất hydrua hoặc nguyên tử tự do dễ bay hơi. Kỹ thuật này thường được

áp dụng cho các nguyên tố: Hg, As, Se, Te, Sb, Sn, Bi…là những nguyên tố dễ

chuyển về dạng tự do hoặc hợp chất hydrua dễ bay hơi nhờ phản ứng với các chất

khử mạnh nào đó. Các chất khử được dùng là: bột kẽm, bột magie, NaBH4, SnCl2…

Phản ứng của NaBH4 với các nguyên tố trong mẫu xảy ra như sau:

2NaBH4 + Hg2+ Hg0 + B2H6+ H2+ 2Na+

6NaBH4 + As3+ AsH3↑ + 3 B2H6+ 3/2H2 + Na+

Đối với nguyên tố thủy ngân, trong dung dịch nó là cation, sau khi được khử

thành thủy ngân trung hòa sẽ bay hơi thành các nguyên tử tự do ngay ở nhiệt độ phòng.

Người ta thường dùng hai chất khử là NaBH4 và SnCl2, phản ứng xảy ra như sau:

2NaBH4 + Hg2+ Hg0 + B2H6 + H2 ↑ + 2Na+

SnCl2 +Hg2+ Sn4+ + Hg0 + 2 Cl-

Các phản ứng được diễn ra trong một thiết bị kín, sau đó hơi thủy ngân được

mang dẫn tới cuvet thạch anh nằm trên vùng sáng của đèn catot rỗng.

Phương pháp này có độ chính xác và độ nhạy cao, thao tác dễ dàng nên được

sử dụng rộng rãi trên thế giới.

Hàm lượng tổng thủy ngân trong mẫu tóc được xác định bằng phương pháp

quang phổ hấp thụ nguyên tử với kỹ thuật hóa hơi lạnh.





27

2.3 Trang thiết bị và hóa chất phục vụ nghiên cứu

2.3.1 Trang thiết bị

1. Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AA-3300-Perkin Elmer của viện hàn

lâm khoa học và công nghệ Việt Nam.

2. Bộ hóa hơi lạnh MHS-10 Perkin Elmer của viện hàn lâm khoa học và công

nghệ Việt Nam.

3. Tủ lạnh, tủ hốt, cân điện tử, bình hút ẩm.

4. Các bình định mức thủy tinh 100 ml, 50 ml, phễu thủy tinh, đũa thủy tinh.

5. Pipet Man loại 100-1000 µl và đầu hút.

Ngoài ra còn các dụng cụ phụ trợ khác như: pipet, cốc đong, kéo…

2.3.2 Hóa chất sử dụng

Do yêu cầu nghiêm ngặt của phép đo nên nước cất, hóa chất phải có độ tinh

khiết cao, trong quá trình tiến hành nghiên cứu chúng tôi đã sử dụng các hóa chất và

dụng cụ sau:

1. Axit HNO3 65% (Merk)

2. Axit HClO4 (Merk)

3. Axit H2SO4 98% (Merk)

4. SnCl2 (Merk)

5. HCl (Merk)

6. Axeton (Merk)

7. HNO3 10% (Merk)8. NaOH 5M (Merk)





28

9. Dung dịch Hg chuẩn (Merk)

Do thủy ngân trong các mẫu phân tích có hàm lượng vết nên để tránh tối đa

sự nhiễm bẩn, tất cả các dụng cụ sử dụng để phân tích đều được ngâm bằng HNO3

10%, sau đó được rửa bằng nước cất.

2.4 Phương pháp xử lý số liệu.

Các kết quả thực nghiệm thu được trong quá trình nghiên cứu được xử lý

theo các quy luật thống kê để đánh giá sai số, độ lặp lại, độ thu hồi, giới hạn phát

hiện...[10]

- Trung bình cộng : - Độ tin cậy :

- Phương sai : với : (t = 4,3; P = 95%)

- Độ lệch chuẩn :

- Hệ số biến thiên :





29

CHƯƠNG 3

THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ

Để xây dựng quy trình xác định tổng hàm lượng thủy ngân trong mẫu tócchúng tôi đã tiến hành nghiên cứu một cách có hệ thống các vấn đề sau đây:

Lấy mẫu và bảo quản mẫu

Xác định tổng thủy ngân

Khảo sát các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử của Hg

Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chất khử (SnCl2).

Nghiên cứu ảnh hưởng của các loại axit và nồng độ của chúng đến quá trình

xử lý mẫu.

Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dài bình phản ứng đến hiệu suất quá trình

xử lý mẫu.

Cải tiến thiết bị nâng cao độ nhạy để xác định thủy ngân bằng phương pháp

quang phổ hấp thụ nguyên tử với kỹ thuật hóa hơi lạnh.

Xây dựng đường chuẩn xác định thủy ngân.

Xây dựng quy trình phân tích tổng thủy ngân trong mẫu tóc.Xử lý và đánh giá kết quả theo các phương pháp phân tích thống kê.

3.1 Lấy mẫu và bảo quản mẫu.

Mẫu tóc nghiên cứu được cắt sát da đầu ở vùng chẩm hay vùng sau gáy để

giảm bớt khả năng nhiễm bẩn từ bên ngoài. Để tránh mắc phải sai số do sự dao

động về nồng độ các nguyên tố trong các phần tóc khác nhau trên da đầu, cần lấy

lượng mẫu ít nhất là 0,5 g. Sau đó đem cho từng mẫu tóc vào cốc thủy tinh rửa sạch

bằng dung dịch axeton và đem lọc trên giấy lọc để cho đến khi tóc khô rồi cho vào

lọ thủy tinh và dùng kéo cắt thật nhỏ, đậy nắp lọ vào và bảo quản trong bình hút ẩm.





30

Bảng 3.1.1: Danh sách cụ thể của từng mẫu lấy nghiên cứu

STT

(mẫu

)

Họ và tên người

được lấy mẫu Ngày sinh Địa chỉ

1 Ninh Văn Mạnh 15/06/1977 Phúc Lương, Đại Từ, Thái Nguyên

2 Dương Văn Vũ 09/04/1974 Phúc Lương, Đại Từ, Thái Nguyên

3 Nguyễn Xuân Hùng 12/02/1979 Phúc Lương, Đại Từ, Thái Nguyên

4 Cù Văn Lợi 03/08/1976 Phúc Lương, Đại Từ, Thái Nguyên

5 Đinh Văn Tố 07/04/1977 Như Cổ, Chợ Mới, Bắc Kạn

6 Phương Mạnh Linh 16/12/1985 Như Cổ, Chợ Mới, Bắc Kạn

7 Bùi Văn Tuấn 27/08/1997 Như Cổ, Chợ Mới, Bắc Kạn

8 Bùi Văn Huân 04/11/1981 Như Cổ, Chợ Mới, Bắc Kạn

3.2 Xác định tổng thủy ngân

3.2.1 Các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử của thủy ngân.

Những kết quả nghiên cứu khảo sát và thu thập từ các tài liệu tham khảo:

luận án tiến sỹ Vũ Đức Lợi-2008, Phạm Luận-Phương pháp phân tích phổ hấp thụ

nguyên tử (NXB giáo dục-2005).[5] Cho thấy phép đo phổ hấp thụ nguyên tử của

thủy ngân sử dụng kỹ thuật hóa hơi lạnh trên hệ thống thiết bị máy quang phổ hấp

thụ nguyên tử AAS-3300-Perkin Elmer sẽ cho kết quả tốt nhất với các thông số máy

như sau:

Bảng 3.2.1: Các điều kiện đo phổ hấp thụ nguyên tử của thủy ngân

Nguồn sáng Đèn catot rỗng (HCL)

Bước sóng 253,7 nmĐộ rộng khe đo 0,7 nm

Cường độ dòng đèn catot 5 mA (80% Imax)

Thời gian đo 25 (s)

Thể tích mẫu đo 10 (ml)

3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất khử.

Trong kỹ thuật hóa hơi lạnh để phân tích thủy ngân bằng phương pháp quang

phổ hấp thụ nguyên tử, người ta thường sử dụng hai loại chất khử là SnCl2 và





31

NaBH4 để chuyển thủy ngân dạng ion về thủy ngân nguyên tử tự do. Các phản ứng

xảy ra như sau:[5]

SnCl2 Hg2+ + Hg0+ 2 Cl-

2 NaBH4 + Hg2+

Sn4+ +

Hg0

+ B2H6 + H2 + 2 Na+

Qua tham khảo một số tài liệu sử dụng SnCl2 làm chất khử là tối ưu nhất. Để

khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất khử SnCl2 đến quá trình hóa hơi và nguyên tử

hóa thủy ngân, tiến hành với dãy mẫu chuẩn có cùng nồng độ Hg2+ là 5 µg/lít (ppb)

trong nền axit H2SO4(1,5%) và thay đổi nồng độ của dung dịch SnCl2 từ 2,5 ppm (

0,00025%) đến 100000ppm(10%). Các kết khảo sát đã được đưa ra ở bảng

Bảng 3.2.2: Ảnh hưởng của nồng độ chất khử

STT Nồng độ SnCl2 (%) Độ hấp thụ (A)

1 0 0,003

2 0,00025 0,017

3 0,0005 0,02

4 0,001 0,045

5 0,002 0,088

6 0,2 0,4527 1,0 0,486

8 2,0 0,486

9 5,0 0,482

10 10,0 0,480

Kết quả từ bảng cho ta thấy nồng độ của chất khử SnCl2 có ảnh hưởng tới tín hiệu

hấp thụ của thủy ngân. Khi nồng độ của SnCl2 đạt giá trị 10000 ppm (1%) thì tín hiệu

không tăng nữa và đạt giá trị cực đại. Nếu sử dụng SnCl2 có nồng độ cao hơn thì lượng

SnCl2 còn dư lại trong bình phản ứng sẽ ảnh hưởng tới các phép đo về sau, chính vì vậy

trong quá trình nghiên cứu nên giữ cố định nồng độ của SnCl2 là 20000ppm (2%).

3.2.3: Khảo sát ảnh hưởng của thành phần và nồng độ axit đến quá

trình xử lý mẫu.

Quá trình phân hủy mẫutóc theo phương pháp vô cơ hóa đòi hỏi sử dụng cácaxit mạnh làm tác nhân phân hủy và oxi hóa mẫu. Do vậy phải lựa chọn thành phần





32

và tỷ lệ các loại axit sao cho quá trình phân hủy mẫu triệt để nhưng không làm mất

lượng thủy ngân có trong mẫu phân tích. [5]

Axit HNO3 đặc và axit HClO4 đặc có tính oxi hóa mạnh nhưng có nhiệt độ

sôi thấp lần lượt là 1210C và 2030C, nếu chỉ sử dụng một trong hai loại axit này để

vô cơ hóa mẫu trong hệ hở thì mẫu sẽ không bị phân hủy triệt để do nhiệt độ sôi của

hai axit này thấp, mặt khác khi sử dụng một mình axit HClO4 đặc để xử lý mẫu dễ

cháy, nổ. Axit H2SO4 đặc có tính oxi hóa mạnh và có nhiệt độ sôi là 3390C cao hơn

nhiều so với hai axit trên. Tuy nhiên nếu sử dụng một mình axit H 2SO4 đặc thì mẫu

chậm sôi, các chất hữu cơ sẽ bị cháy tạo thành cặn cacbon, gây ra hiệu suất thu hồi

thấp do thủy ngân bị hấp phụ trên cặn cacbon. Vì vậy người ta thường sử dụng hỗn

hợp các axit trên để phân hủy mẫu.

Để khảo sát ảnh hưởng của các axit đến quá trình phân hủy mẫu, tiến hành

vô cơ hóa 0,1g tóc trong bình phản ứng bằng thạch anh có chiều dài 120 mm, lượng

thủy ngân thêm vào là 0,5 µg dưới dạng metyl thủy ngân cystein và sử dụng hỗn

hợp các axit với thành phần và tỷ lệ khác nhau. Hiệu quả sử dụng các axit được

đánh giá thông qua độ thu hồi ảnh hưởng của axit và nồng độ axit đến hiệu suất thu

hồi được đưa ra ở bảng:

Bảng 3.2.3: Ảnh hưởng của axit và nồng độ axit đến quá trình vô cơ hóa mẫuCác loại axit sử dụng Nhiệt độ

(0C )

Độ thu hồi

( % )HNO3(ml) HClO4(ml) H2SO4(ml)

10 0 0 200 51,6

10 0 0 250 42,7

5 5 0 200 94,2

5 5 0 250 78,2

5 0 5 250 79,0

1 1 1 250 67,4

1 1 2 250 95,2

1 1 3 250 95,0

1 1 4 250 96,6

1 1 5 250 98,4

1 1 6 250 94,8





33

Kết quả ở bảng cho ta thấy khi sử dụng axit HNO3, độ thu hồi của thủy ngân

chỉ đạt 51,6 % tại nhiệt độ 2000C và dưới 50% tại nhiệt độ 2500C. Khi sử dụng hỗn

hợp 5ml axit HNO3 và 5ml HClO4 đậm đặc ở nhiệt độ 2000C cho độ thu hồi là

94,2%, và 78,2% ở nhiệt độ 2500C. Tuy nhiên khi vô cơ hóa ở nhiệt độ 2000C, để

mẫu hòa tan hoàn toàn, thời gian vô cơ hóa phải kéo dài trên 5h, còn khi vô cơ hóa

ở nhiệt độ 2500C thì hiệu suất thu hồi thấp. Để đạt được hiệu suất thu hồi cao cần

phải sử dụng sinh hàn hồi lưu hoặc bình kjeldahl. Các kết quả khảo sát tiếp theo cho

thấy khi sử dụng hỗn hợp ba axit với tỷ lệ HNO3 : HClO4 : H2SO4 là 1: 1: 5 thì hiệu

suất thu hồi tốt nhất đạt 98,4% và thời gian phân hủy mẫu chỉ cần 30 phút. Chính vì

vậy nên sử dụng hỗn hợp ba axit này với thành phần như trên để phân hủy mẫu

trong quá trình nghiên cứu.

3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của chiều dài bình phản ứng đến hiệu suất quá trình

xử lý mẫu.

Quá trình phân hủy mẫu được tiến hành trong bình thủy tinh thạch anh chịu

nhiệt được đặt trực tiếp trên bếp điện có điều khiển nhiệt độ [5]. Khi vô cơ hóa ở

nhiệt độ 250 0C sẽ xảy ra quá trình bay hơi của các axit và thủy ngân, chính vì vậy chiều

dài bình phản ứng phân hủy mẫu đóng vai trò như một ống sinh hàn giúp ngưng tụ hơi

axit và thủy ngân để quá trình vô cơ hóa triệt để hơn. Do đó tôi tiến hành nghiên cứu ảnhhưởng của chiều dài bình phản ứng đến hiệu suất của quá trính xử lý mẫu. Cân 100 mg

tóc đã được thêm 0,5 µg thủy ngân ở dạng metyl thủy ngân cystein vào bình phản ứng,

thêm lần lượt 2 ml axit hỗn hợp HNO3 : HClO4 đậm đặc tỉ lệ 1 : 1 và 5 ml axit H2SO4 đặc

vô cơ hóa ở nhiệt độ 250 0C. Mẫu tóc sau khi được phân hủy hết để nguội và định mức

đến 50 ml, và tiến hành đo phổ hấp thụ nguyên tử của thủy ngân theo kỹ thuật hóa hơi

lạnh. Kết quả khảo sát được trình bày ở bảng.

Bảng 3.2.4: Ảnh hưởng của chiều dài bình phản ứng.

STT Chiều dài bình phản ứng (mm ) Độ thu hồi ( % )

1 70 79,76

2 90 94,32

3 110 98,99

4 120 98,87





34

Kết quả khảo sát ở hình cho thấy, chiều dài của bình phản ứng có ảnh hưởng

đến hiệu suất thu hồi của thủy ngân trong quá trình xử lý mẫu. Trong trường hợp

chiều dài bình phản ứng chưa đủ dài, một lượng thủy ngân theo hơi nước và axit

bay lên không được ngưng tụ trở lại bình phản ứng. Khi chiều dài bình phản ứng đạt

khoảng 110 đến 120 mm thì gần như toàn bộ lượng hơi bay lên đã ngưng tụ trở lại

và độ thu hồi đạt trên 98 %. Các thí nghiệm nên dùng loại bình phân hủy mẫu làm

bằng thạch anh có khả năng chịu nhiệt cao, có chiều dài 120 mm để phân hủy mẫu

phân tích.

3.2.5. Nghiên cứu, cải thiện thiết bị hóa hơi để tăng độ nhạy cho phép xác định

thủy ngân.

Thiết bị hóa hơi lạnh MHS-10 trên hệ thống quang phổ hấp thụ nguyên tử

AAS-3300 Perkin - Elmer hoạt động như sau [5]:

Mẫu phân tích (khoảng 10 ml) được đưa vào bình phản ứng, sau đó thêm 1

ml SnCl2 2 % để khử ion thủy ngân về thủy ngân nguyên tử ở trạng thái hơi. Hơi

thủy ngân được khí mang dẫn đến cuvet thạch anh nằm trên chùm sáng của đèn

catot rỗng, thu toàn bộ chùm sáng, phân ly và chọn một vạch phổ hấp thụ có bước

sóng đặc trưng của thủy ngân là 253,7 nm để đo cường độ hấp thụ nhờ máy quang

phổ hấp thụ nguyên tử. Thiết bị này có nhược điểm là:- Hơi thủy ngân bị pha loãng bởi dòng khí mang và phụ thuộc nhiều vào tốc

độ khí mang.

- Do hơi thủy ngân tạo ra phụ thuộc vào thời gian khử và đạt cân bằng giữa

pha khí và lỏng, do vậy tín hiệu pick của thủy ngân không sắc nét và thời gian đo

kéo dài.

- Hơi axit và hơi nước bị kéo theo làm tăng tín hiệu nền, gây sai số cho phép đo.

Để nâng cao độ nhạy cho phép xác định thủy ngân bằng kỹ thuật hóa hơi lạnh, và

khắc phục những nhược điểm trên, thiết bị hóa hơi thủy ngân đã được cải tiến

Thiết bị được trang bị thêm 1 van bốn chiều và bơm tuần hoàn. Hơi thủy

ngân tạo ra từ bình phản ứng được làm giàu bằng cách chạy tuần hoàn trong hệ với

khoảng thời gian nhất định (thông thường là 30s). Hơi axit được bẫy nhờ bình chứa

dung dịch NaOH 5M. Sau đó, quay van bốn chiều một góc 90 độ, hơi thủy ngân

được dẫn qua bình đá để loại hơi nước rồi chuyển vào cuvet.





35

Nhờ hệ thống này được cải thiện thu được pick sắc nét, độ nhạy của thiết bị được

tăng lên khoảng 9 lần, độ lặp lại tốt, tổng số tín hiệu trên nhiễu nền được nâng cao.

3.2.6. Xây dựng đường chuẩn xác định thủy ngân.

Với các điều kiện tối ưu để đo phổ hấp thụ của thủy ngân, tôi tiến hành xây

dựng đường chuẩn xác định Hg như sau:

Lấy 1 ml dung dịch chuẩn 1000 ppm (1000 mg/l) cho vào bình định mức 100

ml, định mức bằng HNO3 2% được dung dịch Hg chuẩn 10 ppm.

Bảng 3.2.6.1: Tiến hành dựng đường chuẩn của Hg

Số thứ tự bình 1 2 3 4

Dung dịch chuẩn Hg 10 ppm (ml) 1.0 1,25 2,0 2,5

HNO3 2% (ml) 100 100 100 100Hàm lượng Hg (ppm) 0,5 0,8 1,0 2,0

Bật máy AAS, máy tính, máy in rồi tiến hành kết nối và đặt thông số đo cho

nguyên tố thủy ngân. Tiến hành đo.

Kết quả đo độ hấp thụ của dãy dung dịch chuẩn được dẫn ra ở bảng :

Bảng 3.2.6.2: Kết quả đo độ hấp thụ của dãy dung dịch chuẩn

STT Nồng độ (ppm) Độ hấp thụ A

1 0,5 0,017

2 0,8 0,028

3 1,0 0,037

4 2,0 0,073

Từ các giá trị độ hấp thụ đo được tương ứng với nồng độ các dung dịch

chuẩn, ta dựng được đường chuẩn (hình 3.2.6.1):





36

Hình 3.2.6.1: Đường chuẩn xác định thủy ngân bằng phương pháp AAS

Giới hạn phát hiện Hg bằng phép đo phổ F- AAS theo đường chuẩn

LOD = = 0,059 ppm

Giới hạn định lượng Hg bằng phép đo phổ F- AAS theo đường chuẩn

LOQ = = 0,198 ppm

3.2.7. Quy trình phân tích tổng hàm lượng thủy ngân trong mẫu tóc.

Từ những kết quả khảo sát và lựa chọn các điều kiện tối ưu như các loại axit,

nồng độ axit, chiều dài bình phản ứng, nhiệt độ vô cơ hóa mẫu và điều kiện đo phổ

của thủy ngân. Quy trình phân tích mẫu tóc được đưa ra dưới đây:

Cân chính xác 100 mg mẫu vào bình phản ứng 50ml và lần lượt cho vào bình

2ml hỗn hợp axit HNO3 - HClO4 đậm đặc tỉ lệ 1 : 1 và 5ml axit H2SO4 đặc rồi đun ở

nhiệt độ 2500C trong 30 phút. Mẫu sau khi được phân hủy hết để nguội và định mức

đến 50ml, sau đó phổ hấp thụ nguyên tử của thủy ngân theo kỹ thuật hóa hơi lạnh.





37

Hình 3.2.7 : Quy trình phân tích tổng thủy ngân trong mẫu tóc.

3.3 Kết quả đo tổng hàm lượng thủy ngân trong mẫu tóc

Sau khi xử lý mẫu theo quy trình trên ta đem mẫu đi đo phổ hấp thụ nguyên

tử của thủy ngân theo kỹ thuật hóa hơi lạnh. Thực hiện lặp lại mỗi mẫu 3 lần để tính

giá trị trung bình, phương sai, độ lệch chuẩn, hệ số biến thiên và độ tin cậy nhằmmục đích đánh giáđộ lặp lại, độ chụm, độ chệch của kết quả thực nghiệm dẫn đến sự

chính xác của phương pháp phân tích.

Sử dụng các công thức thống kê trong hóa học (Tạ Thị Thảo, Giáo trình thống kê

trong hóa phân tích -ĐHQGHN 2010)[10] để xử lý các kết quả thực nghiệm.

- Trung bình cộng : - Độ tin cậy :

- Phương sai : với : (t = 4,3; P = 95%)

- Độ lệch chuẩn :

- Hệ số biến thiên :

Bảng 3.3.2: Kết quả đo từng mẫu bằng phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử

của thủy ngân theo kỹ thuật hóa hơi lạnh

STT

(Mẫu)

Hàm

lượngtổng

Hàm

lượngtổng

Hàm

lượngtổng

Hàm

lượngtổng Hg

Phươn

g sai(S2)

Độ

lệchchuẩn

Hệ số

biếnthiên

Biên giới

tin cậy( Ɛ)





38

Hg đo

lần 1

x1(ppm)

Hg đo

lần 2

x1(ppm)

Hg đo

lần 3

x1(ppm)

trung

bình

xtb(ppm)

(S) (%RSD

)

1 1,43 1,41 1,39 1,41 0,0004 0,02 1,4184 1,41 ± 0,05

2 0,69 0,68 0,70 0,69 0,0001 0,01 1,4493 0,69 ±

0,025

3 0,57 0,62 0,58 0,59 0,0007 0,026 4,4843 0,59 ±

0,066

4 0,48 0,52 0,53 0,51 0,0007 0,026 5,1877 0,51 ±

0,066

5 1,95 1,97 1,99 1,97 0,0004 0,02 1,0152 1,97 ± 0,05

6 1,29 1,31 1,33 1,31 0,0004 0,02 1,5267 1,31 ± 0,05

7 0,75 0,81 0,78 0,78 0,0009 0,03 3,8462 0,78 ±

0,074

8 1,51 1,48 1,57 1,52 0,0021 0,046 3,0149 1,52 ±

0,114

Kết quả phân tích ở bảng 3.2.1 cho thấy,

- Phương pháp phân tích có độ lặp lại, độ chụm tốt chỉ trong khoảng từ 0,01

đến 0,046,

- Hệ số biến thiên nhỏ < 5,18%,

- 0,025<giới hạn phát hiện của phương pháp< 0,114, tương đương với độ

chệch nhỏ vì vậy mà hiệu suất thu hồi càng lớn .





39

KẾT LUẬN

Từ những kết quả thực hiện đề tài khóa luận " Xác định tổng hàm lượng

thủy ngân trong mẫu tóc" thu được, có thể rút ra được những kết luận sau:

1. Xây dựng được đường chuẩn của thủy ngân

2. Xây dựng thành công quy trình phân tích tổng hàm lượng thủy ngân trong

tóc bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử với kỹ thuật hóa hơi lạnh cải

tiến sử dụng nồng độ SnCl2 2%.

- Phương pháp phân tích có độ lặp lại, độ chụm tốt chỉ trong khoảng từ 0,01

đến 0,046,

- Hệ số biến thiên nhỏ < 5,18%,

- 0,025<giới hạn phát hiện của phương pháp < 0,114, tương đương với độ

chệch nhỏ vì vậy mà hiệu suất thu hồi càng lớn .

- Mẫu được vô cơ hóa trong bình thạch anh với chiều dài 120 mm bằng hỗn

hợp axit HNO3, HClO4 và H2SO4 với tỷ lệ 1: 1: 5 .





40

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu sách

1. Phạm Luận, Phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử , Nhà xuất bản

Giáo dục (2005).

2. Từ Vọng Nghi, Hóa học phân tích, phần I cơ sở lý thuyết các phương

pháp hóa học phân tích , Nhà xuất bản Đại học quốc gia Hà Nội ( 2007).

3. Hoàng Nhâm, Hóa học vô cơ, tập 2, Nhà xuất bản Gíao Dục (2002).

4. Phạm Hùng Việt, Trần Tứ Hiếu, Nghuyễn Văn Hội, Hóa học môi trường ,

trường Đại học khoa học tự nhiên Hà Nội ( 1999 ).

5. Vũ Đức Lợi, Nghiên cứu xác định một số dạng thủy ngân trong các mẫu sinh

học và môi trường , luận án tiến sĩ, viện khoa học và công nghệ Việt Nam ( 2008 ).

6. Hoàng Hưng, Con người và môi trường , Nhà xuất bản trẻ Thành phố Hồ

Chí Minh (2006).

7. Lê Huy Bá, Độc học môi trường , Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Thành

phố Hồ Chí Minh (2002).

8. Mông Thị Ngà, Xác định thuỷ ngân tổng số trang mẫu nước, khoá luận tốt

nghiệp (2012).

9. Phạm Luận, Phân tích môi trường tập 2, Trường Đại học Khoa học tựnhiên-Đại học Quốc gia Hà Nội (2002).

10. Tạ Thị Thảo, Giáo trình thống kê trong hóa phân tích - ĐHQGHN 2010

Tài liệu Web

11. http://www.thiennhien.net/2011/11/23/ngo-doc-thuy-ngan-an-hoa-tu-

khai-thac-vang/

12. http://subdomain.vinachem.com.vn/Desktop.aspx/Xuat-ban-pham/So-2-

2012/Xet_nghiem_toc_de_xac_dinh_nguon_nhiem_doc_thuy_ngan/

13. http://www.luanvan.co/luan-van/de-tai-thuy-ngan-hiem-hoa-kho-luong-44114/

14. http://tailieu.vn/doc/tai-lieu-toc-va-suc-khoe-260996.html

15. http://www.baomoi.com/O-nhiem-thuy-ngan-lam-kiet-que-suc-khoe-

nhan-loai/82/12031705.epi

16. http://luanvan.net.vn/luan-van/khao-sat-cac-phuong-phap-xu-ly-mau-phan-

tich-thuy-ngan-trong-thuy-san-bang-ky-thuat-hg-aas-hydride-generation-atomic-225/





PHỤ LỤC


Xác định tổng hàm lượng thủy ngân trong mẫu tóc

Documents

Transcript of Xác định tổng hàm lượng thủy ngân trong mẫu tóc