Phân tích đồng thời Sb(III) và Sb(V) sử dụng kỹ thuật chiết pha rắn và phổ hấp thụ nguyên tử - Hiđrua hóa - Nguyễn Thị Ngọc Anh
Các mẫu nước mặt được chúng tôi thu thập ở
nơi có nguồn phát thải Sb là khu vực quanh nhà máy
Supephotphat Lâm Thao – Phú Thọ (mẫu nước được
lấy và bảo quản theo đúng quy trình [6]. Mẫu 1 là
mẫu nước lấy tại khu vực nhà máy Supephotphat
Lâm Thao, mẫu 2 là mẫu nước cách nhà máy 1km.
Mẫu nước được điều chỉnh trong môi trường HCl
2M sau đó thực hiện theo đúng quy trình phân tích
tại mục 2.3. Kết quả đánh giá khả năng tách dạng
antimon trong mẫu nước thực tế được đưa ra ở bảng
2 cho thấy, hàm lượng Sb trong các mẫu khảo sát
đều vượt quá hàm lượng cho phép, ở khu vực gần
nhà máy nhất thì hàm lượng Sb thu được cao hơn so
với các địa điểm ở xa nhà máy. Hàm lượng Sb tổng
được xác định bằng phương pháp chiết pha rắn và
phổ hấp thụ nguyên tử HG-AAS cho kết quả khá
phù hợp với kết quả đo được bằng phương pháp
ICP-MS, cho thấy phương pháp phân tích cho kết
quả chính xác. Dựa trên kết quả phân tích ta cũng
thấy Sb tồn tại trong nước chủ yếu là hai dạng
Sb(III) và Sb(V) vô cơ
5 trang |
Chia sẻ: honghp95 | Lượt xem: 601 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Phân tích đồng thời Sb(III) và Sb(V) sử dụng kỹ thuật chiết pha rắn và phổ hấp thụ nguyên tử - Hiđrua hóa - Nguyễn Thị Ngọc Anh, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Tạp chí Hóa học, 54(5): 648-651, 2016
DOI: 10.15625/0866-7144.2016-00381
648
Phân tích đồng thời Sb(III) và Sb(V) sử dụng kỹ thuật chiết pha rắn
và phổ hấp thụ nguyên tử - hiđrua hóa
Nguyễn Thị Ngọc Anh1, Tạ Thị Thảo2*
1Bộ môn 2, Trường Đại học Phòng cháy chữa cháy
2Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội
Đến Toà soạn 3-3-2016; Chấp nhận đăng 25-10-2016
Abstract
In this study, solid phase extraction techniques were used to separate the two forms separately Sb(V) and Sb(III)
anion exchange resin Lewatit by M500, then quantified by spectrometry forms HG-AAS. Survey conditions of M500
static exchanges with Sb(III), Sb (V) showed that Sb(V) completely ion exchange with M500, Sb(III) capable of ion
exchange with effective M500 > 95 % HCl 2 M in acidic, balanced exchange reached after 3.5 hours. When technical
application to separate solid phase extraction form Sb(III) and Sb(V) inorganic resin M500 uses dynamic method shows
the optimal speed is loaded samples 1.5 ml/min, the concentration ratio Sb(III)/Sb(V) greater than 1000 times will
reduce the possibility of separating Sb(V) from Sb(III). Eluent used is 0.1 M hydrochloric acid at a rate of 2 ml / min
can be completely elution of Sb(III) retained on the solid phase extraction column with a recovery efficiency of over 80
%. Finally, we have successfully applied above method on the real sample.
Keywords. Antimon, solid phase extraction, lewatit M500.
1. MỞ ĐẦU
Antimon là nguyên tố được Liên minh Châu Âu
và cơ quan bảo vệ môi trường của Hoa Kỳ xếp vào
danh sách các chất độc hại bị cấm theo công ước
Basel. Ở các liều lượng nhỏ, antimon gây ra đau
đầu, hoa mắt, trầm cảm. Các liều lượng lớn gây ra
buồn nôn và có thể gây tử vong sau vài ngày. Các
dạng Sb(III) và Sb(V) vô cơ đều độc hại, nhưng
Sb(III) độc hại hơn gấp nhiều lần Sb(V) ở dạng hợp
chất vô cơ [4]. Vì vậy, việc định lượng các dạng Sb
để đánh giá mức độ nhiễm độc, làm tiền đề cho việc
khảo sát nguồn ô nhiễm, từ đó tìm biện pháp thích
hợp để loại trừ và hạn chế ô nhiễm lan rộng là vấn
đề cấp bách. Phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử
- hiđrua hóa HG-AAS được sử dụng rộng rãi để xác
định hàm lượng Sb thông qua khử Sb(III) thành
stibin bằng chất khử NaBH4, tuy nhiên hiệu suất khử
2 dạng Sb(III) và Sb (V) khác nhau nên phép đo chỉ
cho biết tổng hàm lượng của nguyên tố chứ không
cho biết hàm lượng cụ thể của các dạng. Do vậy, cần
thiết phải tách riêng 2 dạng Sb(III) và Sb(V) trước
khi phân tích. Đã có một số công trình nghiên cứu
tách dạng Sb, nhưng đòi hỏi phải có trang thiết bị
ghép nối hiện đại, phức tạp [1, 2, 5]. Với nhiều ưu
điểm nổi bật của kĩ thuật chiết pha rắn so với các kĩ
thuật khác là độ chọn lọc, hệ số làm giàu cao, kĩ
thuật tiến hành đơn giản, thuận lợi cho việc chuẩn bị
mẫu ở hiện trường, dễ bảo quản trong phòng thí
nghiệm, dễ tự động hóa và tương đối rẻ tiền [3].
Điều này cho phép ứng dụng kĩ thuật chiết pha rắn
một cách hiệu quả trong phòng thí nghiệm để tách
riêng các dạng hóa trị nguyên tố cần xác định trước
khi phân tích. Nghiên cứu này ứng dụng kỹ thuật
chiết pha rắn sử dụng nhựa Lewatit M500 để tách
riêng rẽ hai dạng Sb(V) và Sb(III), sau đó định
lượng các dạng bằng phép đo phổ HG–AAS.
2. THỰC NGHIỆM
2.1. Dụng cụ và thiết bị
Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) Model
AA-6800 ghép nối hệ thống hidrua hóa (HG), của
hãng Shimadzu (Nhật Bản).
Bộ dụng cụ chiết pha rắn-cột nhựa chiết pha rắn
có đường kính 1 cm, chiều dài 6 cm.
2.2. Hóa chất
Tất cả các hóa chất được sử dụng là hóa chất
tinh khiết phân tích.
- Dung dịch chuẩn Sb(III) 1000 ppm của Merck
(Đức).
- Dung dịch Sb(V) 1000 ppm được chuẩn bị
bằng cách: Cân 0,1329 gam tinh thể Sb2O5 cho vào
TCHH, 54(5) 2016 Tạ Thị Thảo và cộng sự
649
cốc chịu nhiệt, thêm 20 ml dung dịch HCl đặc, đậy
nắp, lắc đều rồi đun trên bếp điện cho đến khi tan hết
còn lại dung dịch muối ẩm sền sệt. Để nguội muối
ẩm, sau đó chuyển định lượng dung dịch vào bình
định mức 100,00 ml, định mức đến vạch bằng HCl
4 M.
- Dung dịch NaBH4 0,5 % pha trong NaOH 0,2
% được chuẩn bị bằng cách hòa tan NaBH4 + NaOH
P.A Merck trong nước cất 2 lần.
- Nhựa trao đổi anion lewatit M500 (Đức).
2.3. Quy trình phân tích
Mẫu chứa Sb(III) và Sb(V) đã được chuẩn bị
trong môi trường axit HCl 2 M cho chảy qua cột
SPE trong điều kiện cần khảo sát. Khi chảy qua cột,
Sb(III) trao đổi ion với M500 nên được giữ lại trên
cột. Dung dịch đi qua cột được khử bằng hệ khử
L-cystein 1 % để chuyển Sb(V) thành Sb(III), sau đó
định lượng Sb(III) trong dung dịch bằng phương
pháp quang phồ hấp thụ nguyên tử kỹ thuật hidrua
hóa (HVG-AAS), từ đó xác định được lượng Sb(V)
trong mẫu.
Dựa vào hàm lượng Sb tổng và Sb(V) trong
mẫu, tính được lượng Sb(III) được giữ lại trên cột.
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Nghiên cứu khả năng tách dạng Sb(III),
Sb(V) của vật liệu lewatit M500 theo phương
pháp tĩnh
3.1.1. Ảnh hưởng nồng độ HCl đến khả năng tách
Sb(III) và Sb(V) vô cơ
-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
0
20
40
60
80
100
Sb (III)
Sb (V)
Nong do HCl(M)
%
S
b
(I
II
)
g
iu
t
re
n
c
o
t
0
20
40
60
80
100
Hình 1: Khả năng tách Sb(III) và Sb(V) trong môi
trường HCl
Tiến hành thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của
% Sb được giữ trên vật liệu M500 vào nồng độ HCl.
Dung dịch HCl có nồng độ thay đổi từ 0-10 M.
Kết quả chỉ ra ở hình 1 cho thấy, khi nồng độ
axit HCl từ 1-2 M, lượng Sb(III) bị lưu giữ trên vật
liệu tăng nhanh, càng tăng nồng độ HCl thì Sb(III)
được lưu giữ hoàn toàn trên vật liệu, điều này cũng
có thể giải thích môi trường này, ion Sb(III) tồn tại
dưới phức SbCl4
- hoặc SbCl6
3-
nên có khả năng trao
đổi ion Cl− trên vật liệu M500. Ở nồng độ axit thấp
< 2 M, Sb(V) chưa tạo phức với clorua và đi ra khỏi
cột. Nồng độ HCl tăng dần, Sb(V) tồn tại dưới dạng
phức SbCl6
- nên khả năng trao đổi với ion M500
tăng nhanh. Để tách được Sb(III) và Sb(V), các thí
nghiệm tiếp theo chúng tôi tiến hành khảo sát trong
môi trường axit HCl nồng độ bằng 2 M.
3.1.2. Khảo sát thời gian đạt cân bằng trao đổi
Lấy 2 g vật liệu M500 vào bình nón dung tích
100 ml chứa 20 ml Sb(III) 10 ppm đã được chuẩn bị
trong môi trường HCl 2 M, lắc các bình nón trên
máy lắc với tốc độ 100 vòng/phút tại các khoảng
thời gian khác nhau từ 0,5 đến 8 giờ. Định lượng ion
Sb(III) còn lại trong dung dịch bằng phương pháp
quang phổ hấp thụ nguyên tử kĩ thuật hidrua hóa
(HVG-AAS).
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
75
80
85
90
95
100
%
S
b
(I
II
)g
iu
t
re
n
c
o
t
Thoi gian (h)
Sb(III)
Hình 2: Ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng
trao đổi ion
3.1.3. Ảnh hưởng nồng độ ion Sb(III) ban đầu đến
dung lượng trao đổi ion
Lấy 2 g vật liệu M500 vào bình nón dung tích
100 ml chứa 20 ml Sb(III) với các nồng độ từ 10
ppm đến 300 ppm đã được pha trong dung dịch HCl
2 M. Sau đó lắc trong 3 giờ bằng máy lắc với tốc độ
100 vòng/phút và định lượng ion Sb(III) còn lại
trong dung dịch bằng phương pháp quang phổ hấp
thụ nguyên tử kỹ thuật hidrua hóa (HVG–AAS).
Kết quả khảo sát ở hình 3 cho thấy, càng tăng
nồng độ của Sb(III) khảo sát thì phần trăm Sb(III)
TCHH, 54(5) 2016 Phân tích đồng thời Sb(III) và Sb(V) sử dụng
650
được giữ trên vật liệu giảm. Ở nồng độ thấp dưới 30
ppm, Sb(III) được giữ lại trên vật liệu đạt hiệu quả
cao trên 80 %. Như vậy khả năng trao đổi ion của
vật liệu M500 với Sb(III) khá tốt ở hàm lượng
Sb(III) đầu vào dưới 30 ppm.
0 50 100 150 200 250 300 350 400
0
20
40
60
80
100
%
S
b
(I
II
)
g
iu
t
re
n
v
at
l
ie
u
Nong do Sb(III)ppm
Sb(III)
Hình 3: Ảnh hưởng của nồng độ Sb(III) ban đầu đến
% Sb(III) giữ trên vật liệu
3.2. Nghiên cứu khả năng tách dạng Sb(III),
Sb(V) của vật liệu M500 theo phương pháp động
3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng tốc độ nạp mẫu
Tốc độ nạp mẫu lên cột cũng ảnh hưởng đến khả
năng lưu trữ chất phân tích trên cột. Nếu tốc độ nạp
mẫu quá nhanh thì chất phân tích chưa kịp giữ lên
cột. Ngược lại, tốc độ nạp mẫu quá chậm làm tốn
thời gian mà kết quả đạt được cũng không tối ưu.
Tốc độ nạp mẫu thích hợp sẽ đưa đến lượng chất
được giữ trên cột là nhiều nhất. Tiến hành khảo ảnh
hưởng của tốc độ nạp mẫu, kết quả được biểu diễn ở
hình 4.
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5
90
91
92
93
94
95
96
97
98
%
S
b
g
iu
t
re
n
c
o
t
Toc do nap mau(ml/phut)
Sb(III)
Hình 4: Ảnh hưởng tốc độ nạp mẫu đến %Sb(III)
giữ trên cột
Từ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc tốc độ nạp mẫu
đến % Sb(III) được giữ trên cột cho thấy tốc độ nạp
mẫu càng chậm thì lượng Sb(III) được giữ lại trên
cột là nhiều nhất, càng tăng tốc độ nạp mẫu thì %
Sb(III) được giữ lại trên cột giảm. Lượng Sb(III) bị
giữ lại trên vật liệu M500 lớn nhất khi tốc độ nạp
mẫu là 1,5 ml/phút.
3.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ Sb(III) và Sb(V) đến
quá trình tách dạng antimon
Lấy 2 g vật liệu M500 vào bình nón dung tích
100 ml chứa 20 ml Sb(III) 10 ppm đã được chuẩn bị
trong môi trường HCl 2 M, lắc các bình nón trên
máy lắc với tốc độ 100 vòng/phút tại các khoảng
thời gian khác nhau từ 0,5 đến 8 giờ. Định lượng ion
Sb(III) còn lại trong dung dịch bằng phương pháp
quang phổ hấp thụ nguyên tử kĩ thuật hidrua hóa
(HVG-AAS).
Bảng 1: Ảnh hưởng tỉ lệ nồng độ Sb(V)/Sb(III) đến
quá trình tách dạng antimon
Tỉ lệ
Sb(V)/Sb(III)
Nồng
độ
Sb(V)
(ppb)
Nồng độ
Sb(III)
(ppb)
%Sb
(III)
giữ
trên
cột
1/10 1 20 97,8
1/1 20 20 97,7
10/1 200 20 97,9
100/1 2000 20 97,4
1000/1 20000 20 96,4
Kết quả đưa ra ở bảng 1 cho thấy, trong điều
kiện khảo sát Sb(V) không bị trao đổi ion với vật
liệu M500, nhưng khi tỉ lệ nồng độ Sb(V)/Sb(III) lớn
hơn 1000 lần làm giảm % Sb(III) được giữ trên cột.
Điều này có thể giải thích do Sb(V) với hàm lượng
lớn trong mẫu sẽ làm cản trở một phần đến quá trình
trao đổi ion của Sb(III) với M500, do đó % Sb(III)
được giữ trên cột giảm. Như vậy tỉ lệ nồng độ
Sb(V)/Sb(III) lớn hơn
Kết quả khảo sát ở hình 5 cho thấy, tốc độ rửa
giải ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất thu hồi. Nếu tốc
độ rửa giải quá nhanh thì chất rửa giải chưa kịp trao
đổi ion với ion bị giữ trên cột đã ra khỏi cột. Khi sử
dụng HCl để rửa giải lượng Sb(III) trên cột, hiệu
suất thu hồi thu được đạt ở mức trên 85 %.
3.2.3. Khảo sát quá trình rửa giải Sb(III) khỏi cột
SPE M500
Khi trao đổi ion với vật liệu M500 trong môi
trường axit HCl 2 M, Sb(III) có thể tồn tại ở dạng
SbCl4
- hoặc SbCl6
3-
, càng tăng nồng độ của HCl thì
Sb(III) vẫn bị giữ bền chặt trên cột, do đó không thể
TCHH, 54(5) 2016 Tạ Thị Thảo và cộng sự
651
sử dụng môi trường axit cao để rửa giải Sb(III).
Nghiên cứu cho thấy khi dùng axit HCl nồng độ 0,1
M để rửa giải Sb(III) giữ trên cột cho kết quả tốt.
Để đạt được hiệu suất thu hồi lớn nhất, chúng tôi
tiến hành khảo sát tốc độ rửa giải của HCl 0,1 M với
các tốc độ khác nhau thay đổi từ 0,5-4 ml/phút. Xác
định nồng độ Sb(III) trong dung dịch rửa giải bằng
phương pháp HG-AAS.
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5
50
55
60
65
70
75
80
H
ie
u
s
u
at
t
h
u
h
o
i(
%
)
Toc do rua giai (ml/ph)
Sb(III)
Hình 5: Ảnh hưởng tốc độ rửa giải đến
hiệu suất thu hồi Sb(III)
3.3. Khả năng tách Sb(III) và Sb(V) trong mẫu
thực tế
Các mẫu nước mặt được chúng tôi thu thập ở
nơi có nguồn phát thải Sb là khu vực quanh nhà máy
Supephotphat Lâm Thao – Phú Thọ (mẫu nước được
lấy và bảo quản theo đúng quy trình [6]. Mẫu 1 là
mẫu nước lấy tại khu vực nhà máy Supephotphat
Lâm Thao, mẫu 2 là mẫu nước cách nhà máy 1km.
Mẫu nước được điều chỉnh trong môi trường HCl
2M sau đó thực hiện theo đúng quy trình phân tích
tại mục 2.3. Kết quả đánh giá khả năng tách dạng
antimon trong mẫu nước thực tế được đưa ra ở bảng
2 cho thấy, hàm lượng Sb trong các mẫu khảo sát
đều vượt quá hàm lượng cho phép, ở khu vực gần
nhà máy nhất thì hàm lượng Sb thu được cao hơn so
với các địa điểm ở xa nhà máy. Hàm lượng Sb tổng
được xác định bằng phương pháp chiết pha rắn và
phổ hấp thụ nguyên tử HG-AAS cho kết quả khá
phù hợp với kết quả đo được bằng phương pháp
ICP-MS, cho thấy phương pháp phân tích cho kết
quả chính xác. Dựa trên kết quả phân tích ta cũng
thấy Sb tồn tại trong nước chủ yếu là hai dạng
Sb(III) và Sb(V) vô cơ.
Bảng 2: Kết quả phân tích hàm lượng Sb(III), Sb(V) trong mẫu nước
Mẫu phân tích
(mẫu nước bề mặt)
Sb(III) ppb Sb(V) ppb Sb tổng ppb
Sb tổng ppb
(ICP-MS)
Mẫu 1 19,9±0,5 49,8±1,3 69,8±2,4 70,6±2,2
Mẫu 2 8,5±0,3 18,28±0,9 26,8±1,6 28,8±1,9
4. KẾT LUẬN
Đã tiến hành khảo sát các điều kiện tách dạng
Sb(III) và Sb(V) bằng phương pháp SPE–HG–AAS
sử dụng nhựa trao đổi lewatit M500, kết quả tách
dạng Sb thu được đáng tin cậy, tuy nhiên cần có
thêm các nghiên cứu tiếp theo nhằm lựa chọn được
những vật liệu tách cho hiệu quả cao, giá thành rẻ và
tiến hành tách dạng, định lượng Sb trên một số đối
tượng khác.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Bellido-Martín, J. L. Gómez-Ariza, P. Smichowsky,
D. Sánchez-Rodas. Specification of antimony in
airborne particulate matter using ultrasound probe
fast extraction and analysis by HPLC-HG-AFS,
Analytica Chimica Acta, 649, 191-195 (2009).
2. Francisco Pena-Pereira & Isela Lavilla & Carlos
Bendicho. Headspace single-drop microextraction
with in situ stibinegeneration for the determination of
antimony(III) and total antimony by electrothermal-
atomic absorption spectrometry, Microchim. Acta,
164, 77-83 (2009).
3. R. Miravet, E. Hernández-Nataren, A. Sahuquillo, R.
Rubio, J. F. López-Sánchez. Speciation of antimony
in environmental matrices by coupled techniques,
Trends in Analytical Chemistry, 29(1) (2010).
4. Sezgin Bakirdere. Speciation studies in soil, sediment
and environmental samles, CRC Press, 200- 300
(2013).
5. Shengping Wen, Xiashi Zhu. Speciation of
antimony(III) and antimony(V) by electrothermal
atomic absorption spectrometry after ultrasound-
assiste emulsification of solidified floating organic
drop microextraction, Talanta, 115, 814-818 (2013).
6. Tiêu chuẩn Nhà nước Việt Nam về môi trường –
Chất lượng nước – Lấy mẫu, hướng dẫn bảo quản và
xử lý mẫu TCVN 6663-2008; hướng dẫn lẫy mẫu
nước ngầm TCVN 6000-1995.
Liên hệ: Tạ Thị Thảo
Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội
Số 19, Lê Thánh Tông, Hoàn Kiếm, Hà Nội
E-mail: thaott73@gmail.com; Điện thoại: 0977323464.
652
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- nguyen_thi_ngoc_anh_4654_2084300.pdf