Định lượng đồng thời chì và niken trong nước thải bằng phương pháp thêm chuẩn điểm H

Kỷ yếu Hội nghị sinh viên NCKH 121 ĐỊNH LƯỢNG ĐỒNG THỜI CHÌ VÀ NIKEN TRONG NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP THÊM CHUẨN ĐIỂM H Nguyễn Đào Mỹ Trinh Sinh viên năm 4, Khoa Hóa Học GVHD: ThS. Lê Ngọc Tứ 1. Đặt vấn đề Ngày nay, có nhiều phương pháp xác định hàm lượng Pb(II) và Ni(II), phương pháp chuẩn độ complexon, phương pháp trắc quang, phương pháp phổ hấp thụ nguyên tửTuy nhiên các phương pháp đó có nhược điểm là cần phải che hoặc tách riêng hai cấu tử cần phân tích. Để khắc phục nhược điểm đó, năm 1988 hai nhà bác học Bosch-Reig và Campins-Falco đã đề ra phương pháp thêm chuẩn điểm H (HPSAM). Đây là phương pháp kết hợp giữa phương pháp thêm chuẩn và phép đo phổ đồng thời hai bước sóng. Phương pháp này có ưu điểm là có thể loại trừ được sai số hệ thống gây ra bởi chất nền và chất gây nhiễu và cho phép xác định đồng thời hai hoặc ba cấu tử có phổ xen phủ lên nhau mà không phần phải che hoặc tách riêng chúng. Nồng độ chất phân tích được tính dựa vào cặp bước sóng mà tại đó chất gây nhiễu có thể được loại trừ. Do đó, chúng tôi xây dựng quy trình định lượng đồng thời Pb(II) và Ni(II) trong nước bằng phương pháp thêm chuẩn điểm H và ứng dụng phân tích mẫu nước tự pha và mẫu nước thải có chứa hai ion này. 2. Tóm tắt cơ sở lý thuyết [5],[8] H CX AH( - A Hình 1. Đồ thị phương pháp thêm chuẩn điểm H đối với hỗn hợp 3 cấu tử , (2)Y Z Xr A     (2)XA    (1)XA    Năm học 2008 – 2009 122 Bằng cách đo tỉ số phổ của hai chất và chọn cặp bước sóng tại đó rY,ZX,X(2)- X,X(1) có giá trị lớn nhất ta sẽ xác định được cặp bước sóng tại đó tín hiệu của hai cấu tử được chọn làm chất gây nhiễu bị loại trừ. Có thể xác định điểm H bằng cách giao các đường thẳng được đo tại bước sóng X(1) và đường thẳng mà xác định bằng cách nhân đồ thị tại bước sóng X(2) và hệ số hiệu chỉnh rY,Z. Nồng độ chất phân tích không có sai số hệ thống được tính từ tọa độ của điểm H: 0 0 , (1) , , (2) ( ) , , (2) , (1) X X Y Z X XH X Y Z X X X X A r A C r M M       3. Thực nghiệm 3.1 Khảo sát các điều kiện tối ưu 3.1.1. Khảo sát phổ hấp thụ Đo mật độ quang của các dung dịch XO 2.10-5M, phức Pb(II)-XO 2.10-5M và phức Ni(II)-XO 2.10-5M ở pH=5,5 theo các bước sóng ta được các phổ hấp thụ của các chất được biễu diễn trong hình 2. Ta thấy các phổ có bước sóng cực đại max XO là 434nm, max Ni_XO là 583nm và max Pb_XO là 579nm Khi chồng các phổ lên nhau thì nhận thấy các phổ xen phủ nhau, riêng phức Pb_XO và Ni_XO gần như xen phủ hoàn toàn. Do đó, định lượng chì và niken bằng thuốc thử XO không thể tiến hành theo các phương pháp thông thường. Để giải quyết vấn đề này, chúng tôi đã sử dụng phương pháp thêm chuẩn điểm H. Cơ sở lý thuyết cụ thể của nước. 3.1.2 Xác định khoảng thời gian thích hợp để đo mật độ quang Đo mật độ quang của dung dịch phức Pb(II)-XO 2.10-5M và phức Ni(II)- XO 2.10-5M ứng với bước sóng cực đại theo thứ tự thời gian 5 phút, 10 phút, 15 Kỷ yếu Hội nghị sinh viên NCKH 123 phút, 20 phút, 25 phút, 30 phút, 45 phút, 60 phút, 75 phút, 90 phút, 105 phút, 120 phút. Kết quả thu được cho thấy khoảng thời gian thích hợp để đo mật độ quang là 15-20 phút. 3.1.3. Xác định khoảng nồng độ tuân theo định luật Beer Kết quả thực nghiệm cho thấy dung dịch phức Pb(II)-XO 2.10-5M và phức Ni(II)-XO 2.10-5M có khoảng nồng độ tuân theo định luật Beer từ 4.10-6-50.10- 6M 3.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của các ion cản trở Chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của các ion ion Fe2+, Fe3+, Ca2+, Mg2+, Cu2+, Cd2+, Zn2+, Mn2+, Al3+ đến hỗn hợp Pb(II)-XO 2.10-5 M và Ni(II)-XO 2.10-5M. Một ion được xem là gây cản trở khi mật độ quang của dung dịch chứa ion đó sai khác 5% so với dung dịch ban đầu. Kết quả khoảng nồng độ các ion gây cản trở được trình bày trong bảng sau: Bảng 1. Giá trị nồng độ bắt đầu gây nhiễu của các ion Fe2+, Fe3+, Ca2+, Mg2+, Cu2+, Cd2+, Zn2+, Mn2+, Al3+ đến hỗn hợp Pb(II)-XO 2.10-5 M và Ni(II)- XO 2.10-5M Ion Fe2+ Fe3+ Ca2+ Mg2+ Cu2+ Cd2+ Zn2+ Mn2+ Al3+ C.106(M) 20 40 r.lớn 50 10 8 6 10 8 3.1.5. Xác định cặp bước sóng tối ưu Lập tỉ số giữa phổ của phức Pb_XO và phổ của XO để tìm cặp bước sóng Ni(1) và Ni(2); và lập tỉ số giữa phổ của phức Ni_XO và phổ của XO để tìm cặp bước sóng Pb(1) và Pb(2) theo trình bày trên phần tóm tắt cơ sở lý thuyết. Năm học 2008 – 2009 124 Từ đó, xác định được cặp bước sóng tối ưu định lượng niken là 580nm và 587nm; cặp bước sóng để định lượng chì là 585nm và 595nm. 3.2. Định lượng đồng thời Ni(II) và Pb(II) trong mẫu nước tự pha Dùng một dãy chuẩn gồm 36 dung dịch để tiến hành phân tích, mỗi dung dịch gồm một con số (thay cho nồng độ Niken) và một kí tự (thay cho nồng độ chì) CNi.106 (M) CPb.106 (M) 0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25 1A 2A 3A 4A 5A 6A 1B 2B 3B 4B 5B 6B 1C 2C 3C 4C 5C 6C 1D 2D 3D 4D 5D 6D 1E 2E 3E 4E 5E 6E 1F 2F 3F 4F 5F 6F Đo mật độ quang của dãy dung dịch trên tại các bước sóng nghiên cứu. Kết quả phân tích được trình bày tại bảng dưới đây: Bảng 2. Kết quả xử lí thống kê mẫu giả Dung dịch Độ lệch chuẩn S Hệ số phân tán CV (%) Độ đúng (%) H1 Niken 0,0225 1,129 99,61 Kỷ yếu Hội nghị sinh viên NCKH 125 H2 H3 H4 Chì Niken Chì Niken Chì Niken Chì 0,0052 0.0275 0,0090 0,0117 0,0001 0,0407 0,0106 0,261 0,788 0,224 0,312 0,003 1,015 0,264 99,77 99,77 100,42 100,10 100,36 100,29 100,47 Bảng 3. Kết quả phân tích hỗn hợp H1, H2, H3 và H4 Dung dịch Clt.105 (M) Ctn.105 (M) H1 H2 H3 H4 Niken Chì Niken Chì Niken Chì Niken Chì 2,000 2,000 3,500 4,000 3,750 4,000 4,000 4,000 1,992  0,158 1,995  0,036 3,492  0,193 4,017  0,063 3,754  0,082 4,014  0,001 4,011  0,285 4,019  0,074 Dựa vào kết quả phân tích, ta nhận thấy kết quả có độ chính xác và độ lặp lại khá cao. Do đó có thể áp dụng để định lượng chì và niken trong mẫu nước thải. 3.3. Định lượng đồng thời Ni(II) và Pb(II) trong mẫu nước thải 3.3.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu Dựa trên cơ sở các kết quả nghiên cứu trên, chúng tôi đã tiến hành định lượng chì và niken trong mẫu nước thải: nước từ hồ mạ bô xe của Cơ sở sản xuất bô xe Đại Tân – Bình Chánh- Tp. HCM. Các mẫu nước đều trong suốt và được bảo quản trong bình nhựa PET. Năm học 2008 – 2009 126 3.3.2. Tiến hành phân tích Tiến hành tương tự, ta được kết quả phân tích mẫu nước thải như sau: Bảng 4. Kết quả 3 lần phân tích hỗn hợp mẫu nước thải Lần Phương trình A-C R2 CNi(II).105(M) CPb(II).105(M) 1 2 3 y = -1E-05 x2 + 0,0084x + 0,1642 y = 4E-06 x2 + 0,0119x + 0,2430 y = -1E-05 x2 + 0,0084x + 0,1635 y = -4E-07 x2 + 0,0121x + 0,2427 y = -1E-05 x2 + 0,0084x + 0,1633 y = -2E-06 x2 + 0,0121x + 0,2422 R2 = 1 R2= 0,9999 R2 = 0,9999 R2= 0,9999 R2= 0,9998 R2 = 0,9999 9,557 9,517 9,505 10,141 10,023 10,126 Nồng độ trung bình 9,526 10,097 Bảng 5. Kết quả xử lí thống kê mẫu nước thật Dung dịch Độ lệch chuẩn S Hệ số phân tán CV (%) Ctn.105 (M) Ctn (mg/l) Niken Chì 0,0272 0,0642 0,286 0,636 9,526  0,156 10,097  0,368 5,591 0,092 20,9210,762 Kết quả cho thấy, trong nước thải hàm lượng ion chì và niken cao hơn nhiều so với TCVN. (Theo TCVN, hàm lượng chì cho phép trong nước thải là 0,1 mg/l, còn đối với niken là 0,2mg/l). 4. Kết luận 1. Các điều kiện để tối ưu hóa quy trình định lượng Chì và Niken bằng Phương pháp thêm chuẩn điểm H như sau: Quy trình thực hiện ở pH 5,5; sau khi pha dung dịch khoảng 15-20 phút mới tiến hành đo mật độ quang tại hai cặp bước sóng thích hợp; cặp nước sóng thích hợp để định lượng Niken là 580nm và 587nm, cặp nước sóng thích hợp để định lượng Chì là 585nm và 595nm. Khoảng nồng độ tuân theo định luật Beer đối với cả hai phức là 4.10-6 M-50.10-6 M Kỷ yếu Hội nghị sinh viên NCKH 127 2. Qua khảo sát ảnh hưởng của ion Ca2+, Mg2+, Al3+, Zn2+, Cd2+, Mn2+, Cu2+, Fe2+, Fe3+, chúng tôi nhận thấy rằng ion Zn2+ gây ảnh hưởng nhiều nhất, chỉ với nồng độ bằng khoảng 3/10 nồng độ chì và niken cũng đã gây sai số trên 5%. 3. Áp dụng thêm chuẩn điểm H trong hỗn hợp 3 cấu tử để định lượng đồng thời Pb(II) và Ni(II) trong 4 mẫu giả và sau khi xử lý kết quả phân tích cho thấy kết quả có độ chính xác và độ lặp lại khá cao. 4. Áp dụng phương pháp thêm chuẩn điểm H để định lượng đồng thời Pb(II) và Ni(II) trong mẫu nước thải, kết quả cho thấy dù đã qua xử lý nhưng hàm lượng ion Pb(II) và ion Ni(II) trong nước thải của cơ sở này vẫn còn cao hơn nhiều so với TCVN. Năm học 2008 – 2009 128 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Cù Thành Long (2003), Phương pháp thống kê trong thực nghiệm hóa học, Giáo trình ĐH Khoa học Tự Nhiên TP.HCM. [2]. Trần Tứ Hiếu (2000), Hóa học phân tích, NXB ĐHQG Hà Nội. [3]. Lữ Huyền Trân (2006), Nghiên cứu sự tạo phức vòng càng giữa Ni(II) với Xylenol da cam bằng phương pháp trắc quang, Khóa luận Tốt nghiệp ĐHKHTN. [4]. Bùi Thị Minh Dương (2007), Nghiên cứu sự tạo phức vòng càng giữa Pb(II) với Xylenol da cam bằng phương pháp trắc quang, Khóa luận Tốt nghiệp ĐHSP TP.HCM. [5]. Lê Thị Phượng (2005), Xác định đồng thời hàm lượng Ca(II) và Mg(III) trong nước bằng phương pháp thêm chuẩn điểm H, Khóa luận Tốt nghiệp ĐHSP TP.HCM. [6]. Ju. Lurie (1975), Handbook of alnalytical chemmistry, Mir, Moscow, English translation. [7]. J.A.Dean (1999), Lange ‘s Handbook of Chemistry, McGrow-Hill. [8]. M. Hasani et al./Talanta 68 (2006), 1528-1535, H-point standard addition method for simultaneous determination of Fe(II), Co(II) and Cu(II) in micellar media with simultaneous addition of three analytes.