- Sử dụng phương pháp chiết pha rắn và kỹ thuật quang phổ hấp thụ nguyên tử để tách và xác định Cadimi Sử dụng phương pháp chiết pha rắn và kỹ thuật quang phổ hấp thụ nguyên tử. - để tách và xác định Cadimi. - SUMMARY Using Solid-Phase Extraction and Atomic Absorption Spectrometry technique for separation and determination of the cadimi solid-phase extraction technique with chelex-100 resin was used for the separation and entrichment cadimi. - Mở đầu Các nguyên tố kim loại nặng thường được quan tâm đầu tiên trong việc đánh giá mức độ ô nhiễm chung của các đối tượng môi trường. - trong thời gian gần đây Cd cũng được đặc biệt quan tâm ở Việt Nam do sự tăng nhanh của tốc độ công nghiệp hóa. - Công nghiệp hóa thường đi kèm với việc làm ô nhiễm môi trường nếu không được kiểm soát chặt chẽ. - Nguồn ô nhiễm cadimi trong công nghiệp chủ yếu từ các ngành: công nghiệp điện tử, công nghiệp sản xuất gốm, công nghiệp sản xuất sơn, bột màu và phân bón. - Do cadimi rất độc, với hàm lượng 40 mg trong cơ thể đã gây tử vong nên việc nâng cao độ nhạy trong các phương pháp xác định nguyên tố này là rất quan trọng. - Có nhiều phương pháp xác định cadimi có độ nhạy cao như: ICP-MS, kích hoạt nơtron. - tuy nhiên các thiết bị này đắt tiền và không phổ biến.Chúng tôi đặt ra nhiệm vụ để vượt qua trở ngại này là nghiên cứu sử dụng một phương pháp làm giàu cadimi trước khi xác định nó bằng phương pháp đơn giản và hiệu quả là phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử. - Phương pháp làm giàu được lựa chọn là phương pháp chiết pha rắn với nhựa chelex-100. - Thiết bị:. - Cột chiết pha rắn với nhựa Chelex 100 có van điều chỉnh. - Thiết bị đo quang phổ hấp thụ nguyên tử (máy AA-6800, hãng Shimazu, Nhật Bản) 2. - Dung dịch gốc nồng độ Cd =1000 mg/l ( hãng Merck, Đức. - Nước cất khử ion, nước cất 2 lần - Nhựa vòng càng Chelex-100 (100 mesh. - Dung dịch đệm axetat amoni, axetat natri III. - Kết quả và thảo luận 1. - Khảo sát khả năng hấp thụ Cd2+ trên nhựa Chelex-100 Tính chất của nhựa chelex-100 cũng như các loại nhựa trao đổi ion khác là phụ thuộc rất mạnh vào pH [3]. - Chính vì vậy, đây là yếu tố đầu tiên chúng tôi khảo sát. - Các mẫu Cd2+ nồng độ 0,1 ppm được điều chỉnh pH với các giá trị lần lượt đi qua cột nhựa chelex-100 với tốc độ dòng là 0,5 ml/phút. - Dung dịch đi qua cột được thu hồi để xác định Cd2. - Kết quả là ở pH = 2 và 4, Cd2+ vẫn hoàn toàn đi ra khỏi cột, Từ pH = 5 bắt đầu thấy lượng vết của Cd2+ và ở pH = 6. - Cd2+ được hấp thụ hoàn toàn trên cột.. - Trong kỹ thuật chiết pha rắn ở điều kiện động tốc độ dòng qua cột cũng rất quan trọng. - Đây là yếu tố cần tìm ra điều kiện tối ưu để có kết quả chính xác nhưng vẫn tiết kiệm được thời gian. - Kết quả chúng tôi thu được như sau:. - Như vậy tốc độ dòng từ 0,5 đến 1,5 ml/phút Cd2+ vẫn được hấp thụ hoàn toàn trên cột.. - 2.Khảo sát quá trình rửa giải Cd2+ trên cột Chelex-100. - Có thể biểu diễn quá trình trao đổi cation giữa nhựa Chelex-100 với ion Cd2+ theo sơ đồ sau: 2Rx- xH. - Kết hợp với tính chất hóa học của cadimi là dễ tan trong HNO3 nên dung môi giải hấp Cd2+ được lựa chọn là dung dịch HNO3. - Các dung dịch HNO3 có nồng độ khác nhau đã được thử nghiệm. - Lượng dung dịch giải hấp lấy như nhau bằng 2,5 ml với các nồng độ HNO3 tăng dần từ 0,5. - 1,5 đến 2M và tốc độ dòng 0,5 ml/phút. - Kết quả cho thấy dung dịch HNO3 2M có thể rửa giải hoàn toàn Cd2+ ra khỏi cột trong các điều kiện thí nghiệm. - Với tốc độ dòng 0,5 ml/phút là khá chậm nên việc tăng tốc độ dòng qua cột là điều cần thiết. - Các khảo sát tiếp theo cho thấy đến tốc độ 1,5 ml/phút của dung dịch rửa giải, Cd2+vẫn được giải hấp hoàn toàn. - Với tốc độ 2ml/phút trở lên , bắt đầu có một lượng Cd2+ nằm lại trên cột.. - Từ các kết quả trên chúng tôi lựa chọn dung dịch giải hấp là HNO3 có nồng độ 2M với tốc độ dòng 1/5 ml/phút và với điều kiện thí nghiệm, lượng dung dịch giải hấp là 2,5 ml.. - Khảo sát các nguyên tố ảnh hưởng đến việc xác định Cd2+ [1]. - Trong các mẫu thực tế nhất là trong các đối tượng tại các làng nghề và khu công nghiệp thường có các ion kim loại khác như sắt, đồng, chì, kẽm. - Các ion này với nồng độ 100 ppm trở lên hoặc cùng tồn tại trong mẫu có thể gây cản trở cho việc xác định cadimi băng phương pháp hấp thụ nguyên tử. - Với tính chất của nhựa chelex-100 có thể sử dụng ngay cột chiết pha rắn để loại bỏ các nguyên tố ảnh hưởng này. - Dung dịch mẫu giả có chứa đồng thời các ion kim loại Cd2+ 0,001 ppm. - Cu2+ 50 ppm và Pb2+ 50 ppm được điều chỉnh đến các pH khác nhau và cho chạy qua cột chiết pha rắn chelex-100. - Xác định nồng độ các ion kim loại sau khi qua cột chiết, kết quả thu được như sau. - Bảng 1: Nồng độ ion các kim loại ở dung dịch thu được sau cột chiết ở các giá trị pH khác nhau của dung dịch mẫu giả Thời điểm. - Hàm lượng các ion kim loại ( mg/l). - Fe Trước khi qua cột. - 50 Sau khi qua cột. - không phát hiện ra ở pH=2 thì các ion kim loại Cu, Zn đã bị hấp thụ hầu như hoàn toàn trên cột chiết, đến pH=4 thì cả 4 ion kim loại khảo sát bị hấp thụ hoàn toàn trên cột chiết Chelex-100. - Như vậy bằng cách điều chỉnh pH, có thể loại bỏ các nguyên tố ảnh hưởng, vừa có thể lưu giữ Cd2+ trên cột để làm giàu và xác định nó. - Qui trình để tách và làm giàu Cd2+ có thể tóm tắt như sau:. - Bước 1: Cho 500 ml dung dịch mẫu đã điều chỉnh pH=4 ( dùng HNO3 0,1M và NaOH 0,1 M điều chỉnh , đo bằng máy đo pH), sau đó cho mẫu chạy qua cột chiết SPE ( nhồi nhựa Chelex-100), các ion kim loại Cu, Zn, Pb, Fe hầu như bị giữ trên cột chiết, dung dịch thu được sau cột hầu như không còn các ion kim loại này. - Bước 2: Sử dụng dung dịch đệm axetat natri ( có pH=5,7) chạy qua cột chiết 2, sau đó cho dung dịch thu được sau cột chiết 1 ( được điều chỉnh pH = 5,7 ) chạy qua cột chiết 2 ( cột nhồi Chelex-100 ) với tốc độ dòng từ 0,5 ml/phút đến 1,5 ml/phút. - Bước 3: Dùng HNO3 2M chạy qua cột chiết 2 để giải hấp lượng ion Cd2+ đã bị hấp thụ trên cột chiết 2. - (Tỷ lệ lượng HNO3 / lượng dung dịch mẫu về thể tích có thể chọn sao cho phù hợp với yêu cầu về hệ số cần làm giàu mẫu và hàm lượng của ion Cd2+ trong dung dịch mẫu. - Dung dịch thu được cuối cùng đem xác định nồng độ ion Cd2+ trên thiết bị đo quang phổ hấp thụ nguyên tử . - Xác định Cd2+ trong các mẫu thực tế: [2] Hai địa điểm được chọn để khảo sát là làng Triều Khúc, Quận Hoàng Mai, Hà Nội với hàng trăm hộ gia đình làm nghề tái chế nhựa, nilon.. - Đặc biệt khu vực này gần các nhà máy, khu chế xuất công nghiệp trong đó có nhiều nhà máy có khả năng là nguồn gây ô nhiễm cadimi cho môi trường như : nhà máy sản xuất, chế tạo sản phẩm điện tử, xưởng sản xuất đệm bông hóa học, nhà máy lắp ráp cơ khí, các xưởng sản xuất vật liệu gốm sứ, sơn công nghiệp. - Kết quả thu được như bảng 2 và 3. - Bảng 2: Hàm lượng một số kim loại trong các mẫu nước thải, nước mặt ở hai khu vực ( A-khu làng nghề Triều Khúc. - B-Khu vực thôn Minh Khai, Như Quỳnh, Hưng Yên. - Khu Vực. - Hàm lượng các ion kim loại ( ppm). - Bảng 3: Hàm lượng một số kim loại nặng trong đất ở 2 khu vực khảo sát TT. - Hàm lượng các ion kim loại. - Như vậy qua các số liệu khảo sát sơ bộ về nồng độ một số ion kim loại Cu, Pb, Zn, Fe ở trong nước thải, nước mặt đất ở 2 khu vực đã chọn để khảo sát chúng tôi rút ra một vài nhận xét sau: [2]. - Đối với nước thải, nước mặt ở cả hai khu vực, nồng độ trung bình các ion kim loại Cu, Pb, Zn, Fe đều thấp hơn tiêu chuẩn cho phép. - Tuy nhiên hàm lượng Cd2+ trong các mẫu đều rất nhỏ. - 0,001 mg/l ) cho nên cần phải được tách để loại bỏ ảnh hưởng của các ion gây nhiễu và làm giàu để có thể xác định được chính xác hơn hàm lượng vết cadimi trên thiết bị đo quang phổ hấp thụ nguyên tử. - Đối với việc áp dụng phương pháp chiết pha rắn sử dụng nhựa Chelex-100 mà chúng tôi đang nghiên cứu thì do nồng độ ion Cd2+ và các ion kim loại Cu, Pb, Zn, Fe trong các mẫu đất khảo sát là khá cao. - Do vậy hướng khảo sát, nghiên cứu là tập trung vào việc tách Cd2+ ra khỏi các ion khác mà không phải làm giàu Cd2+trước khi xác định nó. - Kết quả thu được như sau: Bảng 4: Kết quả đo nồng độ Cd2+ ở 2 khu vực khảo sát Khu vực. - Nồng độ Cd2+ (10-3 ppm). - Với các mẫu đất lấy tại hai khu vực chúng tôi tiến hành khảo sát, thì các kết quả đo trực tiếp sau khi đã xử lý mẫu trên máy đo quang phổ hấp thị nguyên tử có giá trị trong khoảng từ 0,45 ppm đến 0,74 ppm . - Ở các giá trị này nằm trong không vượt quá giới hạn đo của thiết bị, do vậy chúng tôi không tiến hành quá trình làm giàu mà chỉ áp dụng quá trình tách các ion kim loại gây nhiễu như Cu, Fe, Zn, Pb để đo chính xác hơn. - Kết quả như sau:. - Bảng 5: Hàm lượng Cd(II) ở trong các mẫu đất trong 2 khu vực khảo sát TT. - Hàm lượng Cd(II) (ppm) 1. - Đất khu vực A. - Đất khu vực B. - Kết luận Phương pháp chiết pha rắn với việc sử dụng nhựa chelex-100 là thích hợp với việc tách và làm giàu để xác định Cd2+. - Với thiết bị đơn giản kết hợp với thiết bị quang phổ hấp thụ nguyên tử thông thường, phương pháp này có nhiều ưu việt để triển khai rộng rãi trong việc tách, xác định Cd2+ trong các đối tượng môi trường nhất là trong nước ngầm, nước mặt và nước thải. - Đặng Quang Ngọc, Phạm Luận, Trần Tứ Hiếu (1996), Nghiên cứu ảnh hưởng của Cation đến cường độ vạch phổ hấp thụ nguyên tử của cadimi và Chì, Tạp chí phân tích Hoá, Lý và Sinh học, T.1, số (1+2), 3-5