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 Đạ i 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 đóng góp 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
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
8/9/2019 Xác định tổng hàm lượng thủy ngân trong mẫu tóc
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.
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
8/9/2019 Xác định tổng hàm lượng thủy ngân trong mẫu tóc
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
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
8/9/2019 Xác định tổng hàm lượng thủy ngân trong mẫu tóc
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
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
8/9/2019 Xác định tổng hàm lượng thủy ngân trong mẫu tóc
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.
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
8/9/2019 Xác định tổng hàm lượng thủy ngân trong mẫu tóc
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
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
8/9/2019 Xác định tổng hàm lượng thủy ngân trong mẫu tóc
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
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
8/9/2019 Xác định tổng hàm lượng thủy ngân trong mẫu tóc
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
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
8/9/2019 Xác định tổng hàm lượng thủy ngân trong mẫu tóc
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
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
8/9/2019 Xác định tổng hàm lượng thủy ngân trong mẫu tóc
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.
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
8/9/2019 Xác định tổng hàm lượng thủy ngân trong mẫu tóc
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.
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
8/9/2019 Xác định tổng hàm lượng thủy ngân trong mẫu tóc
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
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
8/9/2019 Xác định tổng hàm lượng thủy ngân trong mẫu tóc
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.
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
8/9/2019 Xác định tổng hàm lượng thủy ngân trong mẫu tóc
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
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
8/9/2019 Xác định tổng hàm lượng thủy ngân trong mẫu tóc
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
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
8/9/2019 Xác định tổng hàm lượng thủy ngân trong mẫu tóc
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
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
8/9/2019 Xác định tổng hàm lượng thủy ngân trong mẫu tóc
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)
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM
WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON
8/9/2019 Xác định tổng hàm lượng thủy ngân trong mẫu tóc