Xác định thủy ngân và asen trong nước ngầm bằng phương pháp phân tích kích hoạt nơtron

Nội dung text: Xác định thủy ngân và asen trong nước ngầm bằng phương pháp phân tích kích hoạt nơtron

1. Tạp chí Hóa học, T. 42 (1), Tr. 8 - 12, 2004 XáC ĐịNH THủY NGÂN Và ASEN TRONG NƯớC NGầM BằNG PHƯƠNG PHáP PHÂN TíCH KíCH HOạT NƠTRON Đến Tòa soạn 21-10-2002 Nguyễn Văn Sức1, Nguyễn Văn Hùng3, Ngô Quang Huy1, Phan Thanh Tòng1, Trịnh Thị Bích1, Hồ Thị Bích Ngọc2, Nguyễn Thị Nh Mai2 1Trung tâm Hạt nhân Th"nh phố Hồ Chí Minh 2Khoa Hosa học, Tr)ờng Đại học Đ" Lạt, Lâm Đồng 3Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đ" Lạt, Lâm Đồng Summary The preconcentration method of mercury and arsenic in the ground water samples by co-precipitation with PbS was developed. In the range of HCl concentrations from 0.1 - 0.6M and 10 mg of Pb as a collector in the sulphite form after adding 2% thioacetamide solution, the traces of mercury and arsenic were quantitatively separated from a large volume water sample (200 ml). This method has been applied for determination of mercury and arsenic traces in the ground water samples collected in Ho Chi Minh City by neutron activation analysis. The method is simple, rapid and reliable. I - Mở ĐầU nguyên tố As và Hg trong mẫu n−ớc. Phần lớn các công trình đM công bố về ph−ơng pháp tách Khi xác định l−ợng vết thủy ngân (Hg) và và làm giàu Hg và As trong mẫu n−ớc tr−ớc khi asen (As) trong mẫu n−ớc bằng ph−ơng pháp kích hoạt nơtron đều phải tiến hành một cách phân tích kích hoạt nơtron, quá trình làm giàu riêng biệt cho mỗi nguyên tố. Hg đ−ợc làm giàu hai nguyên tố này từ một thể tích lớn của mẫu từ mẫu n−ớc bằng ph−ơng pháp chiết với phân tích tr−ớc khi chiếu xạ trong lò phản ứng ditizon trong CCl4 ở pH = 1 [1]. Tách và làm hạt nhân là hết sức cần thiết. Chủ yếu là vì các giàu Hg trong các mẫu môi tr−ờng bằng lý do sau đây: (i) hạn chế chiếu xạ mẫu lỏng vì ph−ơng pháp chiết trao đổi ion Hg2+ với Pb bình chứa mẫu rất dễ bị nổ do áp suất trong (DDC)2 trong CHCl3 [2]. Phân tách Hg từ mẫu bình tăng lên rất lớn trong quá trình chiếu xạ; kích hoạt bằng ph−ơng pháp chiết với hỗn hợp (ii) thủy ngân là một nguyên tố dễ bay hơi thậm của dung dịch 10M H2SO4 - 0,025M KI trong chí ở nhiệt độ phòng nên nguyên tố này th−ờng CCl với sự có mặt của EDTA [3]. Nguyên tố bị mất do hiệu ứng nhiệt trong các kênh chiếu 4 asen trong mẫu môi tr−ờng đ−ợc tách và làm mẫu của lò phản ứng hạt nhân cho nên phải đ−a giàu tr−ớc khi kích họat nơtron bằng ph−ơng l−ợng vết Hg về các hợp chất khó bay hơi trong pháp đồng kết tủa As(V) với Fe(OH) [1]. Chiết điều kiện nhiệt độ của lò phản ứng; (iii) lý do 3 hợp chất chelat của As(III) với APDC trong cuối cùng và cũng hết sức quan trọng của quá trình tách và làm giàu tr−ớc khi chiếu xạ là để CHCl3 [4]. Kết tủa As d−ới dạng kim lọai [4]. nâng cao độ nhạy và độ chọn lọc của ph−ơng Thioaxetamit (CH3CSNH2) là một tác nhân pháp phân tích kích hoạt nơtron đối với hai đ−ợc sử dụng để kết tủa nhóm kim loại d−ới 8
2. dạng sunfua. Dựa vo độ tan khác nhau trong II - THựC NGHIệM môi tr−ờng kiềm hoặc axit có thể phân lập đ−ợc một hoặc nhóm nguyên tố sau khi kết tủa 1. Thu thập v chuẩn bị mẫu cho phân tích sunfua với tác nhân này. Hơn nữa một số Các mẫu n−ớc ngầm ở tầng giếng khoan QI-III nguyên tố ở l−ợng lớn sau khi kết tủa sunfua có (tầng n−ớc ngầm nông) tại một số khu vực của thể hấp phụ vết ion kim lọai khác cũng có khả Tp Hồ Chí Minh đ−ợc thu thập trong các bình năng kết tủa sunfua trong cùng một điều kiện. polyetylen có thể tích 1 lít. Tr−ớc khi tiến hành Dựa vào những tính chất nh− đM nêu ở trên, phân tích, các mẫu n−ớc đ−ợc lọc qua giấy lọc chúng tôi đM nghiên cứu sử dụng sunfua chì nh− CNF (celluose nitrate filter) có kích th−ớc lỗ để làm giàu đồng thời l−ợng vết As và Hg với 0,4 àm để loại bỏ các hạt keo. Axit hóa dung mục đích áp dụng để phân tích đồng thời Hg và dịch mẫu bằng vài giọt axit HNO3. As trong các mẫu n−ớc ngầm ở tầng QI-III (tầng Tọa độ vị trí và độ sâu lấy mẫu n−ớc ngầm n−ớc ngầm nông) tại Tp Hồ Chí Minh bằng trong một số khu vực của Tp Hồ Chí Minh đ−ợc ph−ơng pháp phân tích kích hoạt nơtron. đ−a ra trong bảng 1. Bảng 1: Tọa độ vị trí và độ sâu của các mẫu n−ớc thu thập tại các khu vực khác nhau trong Tp Hồ Chí Minh TT Tên mẫu Tọa độ vị trí lấy mẫu Độ sâu lấy mẫu 1 DL01 703790E; 1195490N (QI-III), 30 m 2 ĐL02 703464E; 1198144N (QI-III), 24 m 3 TP49 700238E, 1195726N (QI-III), 35 m 4 TP44 696054E; 119682N (QI-III), 24 m 5 TP20 670091E; 1190791N (QI-III), 30 m 6 TP26 674176E; 1189433N (QI-III), 30 m 7 DL06 660362E; 1231588N (Q I-III), 22 m 8 ĐL07 661883E; 1230710N (QI-III), 20 m 9 DLSF3 658798E; 1233581N N−ớc sông Sài Gòn 10 TTD01 674804E; 1210387N (QI-III), 30 m QI-III - tầng n−ớc ngầm 2. Nghiên cứu quá trình lm giu Hg v As 0,6M, 0,8M và 1M. Đun các cốc trên bếp cách với PbS thủy. Khi thấy xuất hiện kết tủa màu đen (kết tủa của PbS), tiếp tục đun dung dịch cho đến sôi, để Cho 1 ml dung dịch thioaxetamit 2% và 0,1 ml 203 76 nguội dung dịch. Lọc kết tủa sunfua chì bằng dung dịch vết đồng vị phóng xạ Hg và As giấy lọc polyvinylaxetat có kích th−ớc lỗ 0,4 àm. (hoạt độ phóng xạ trong 0,1 ml của 203Hg và 76 Rửa kết tủa bằng dung dịch HCl có nồng độ As bằng 2000 và 1500 xung/phút và có hàm t−ơng ứng trong các cốc thí nghiệm, sau cùng l−ợng bằng 10 àg, 15 àg của hai nguyên tố rửa kết tủa bằng 50 ml n−ớc cất. Sấy khô kết t−ơng ứng trong đó l−ợng As(V) bằng 10 àg và tủa d−ới đèn hồng ngọai. Đo họat độ phóng xạ As(III) bằng 5 àg) vào 5 cốc thủy tinh dung của đồng vị 203Hg và 76As trong các mẫu tách tích 100 ml (mỗi cốc có 20 ml dung dịch chứa trên detecto HPGe có độ phân giải 1,72 keV tại 10 mg Pb2+). Điều chỉnh nồng độ axit HCl đỉnh 1332 keV của đồng vị phóng xạ 60Co. trong mỗi cốc lần l−ợt theo thứ tự 0,1M, 0,4M, Detecto đ−ợc nối với phổ kế gamma của hMng 9
3. CANBERRA (USA). Hiệu suất tách Y của Hg 559 keV của hai nguyên tố Hg và As t−ơng ứng v As đ−ợc tính theo công thức sau: trong mẫu phân tích (xung / 100 giây), AST là hoạt 203 76 A − A độ phóng xạ của đồng vị Hg hoặc As tại đỉnh Y (%) = 0 S ì100 279 keV và 559 keV của hai nguyên tố Hg và As A 0 t−ơng ứng trong mẫu chuẩn (xung / 100 giây), với A0 là hoạt độ phóng xạ ban đầu trong dung m là hàm l−ợng mẫu chuẩn (g), λ là hằng số dịch thí nghiệm (trong 20 ml dung dịch ban ST 203 76 phân rM, tST là thời gian phân rM của mẫu chuẩn đầu) của Hg hoặc As (số đếm/phút) và As là tính từ thời điểm kết thúc chiếu xạ cho đến thời hoạt độ phóng xạ của 203Hg và 76As trong kết điểm đo phóng xạ (giờ), tS là thời gian phân rM tủa sunfua chì (số đếm / phút). của mẫu phân tích tính từ thời điểm kế thúc 3. Quy trình tách v lm giu As v Hg chiếu xạ cho đến thời điểm đo phóng xạ (giờ) và trong các mẫu n*ớc ngầm Vxd là thể tích mẫu phân tích đ−ợc lấy để làm giàu As và Hg (200 ml). Lấy 200 ml mẫu n−ớc. Điều chỉnh dung dịch mẫu có nồng độ axit HCl bằng 0,5 - 0,6 M. Thêm III - KếT QUả V1 THảO LUậN 10 mg Pb2+, 2 ml dung dịch thioaxetamit 0,5% trong n−ớc cất. Đun dung dịch mẫu trên bếp Các kết quả về sự phụ thuộc của hiệu suất cách thủy. Khi thấy xuất hiện kết tủa màu đen tách hai nguyên tố Hg và As vào nồng độ axit (PbS) tiếp tục đun dung dịch mẫu cho đến gần HCl đ−ợc đ−a ra trong bảng 2. Theo các kết quả sôi. Lọc kết tủa sunfua Pb mang các kết tủa thu đ−ợc, hiệu suất tách của Hg và As với 10 sunfua của As và Hg trên giấy lọc milipore mg Pb2+ khi kết tủa sunfua bằng dung dịch 2% polivinylaxetat có kích th−ớc lỗ 0,4 àm, rửa kết thioaxetamit đạt 99,5% ở khoảng nồng độ axit tủa vài lần bằng dung dịch HCl 0,5 M sau đó HCl từ 0,1 M đến 0,6 M và hiệu suất tách của bằng 50 ml n−ớc cất. Sấy khô giấy lọc chứa kết As và Hg bị giảm ở nồng độ axit HCl bằng và tủa d−ới đèn hồng ngoại. Mẫu chuẩn As và Hg lớn hơn 0,8 M - điều này có thể giải thích ở pH cũng đ−ợc chuẩn bị bằng cách thêm 5 àg Hg và thấp PbS kết tủa không hoàn toàn và không kết 5 àg As (từ dung dịch chuẩn SPEC của Mỹ có tủa khi nồng độ axit lớn hơn 1 M. Trên thực tế, nồng độ ban đầu 1 mg/ml) vào 200 ml n−ớc cất PbS kết tủa hoàn toàn với thioaxetamit ở môi trong cốc thủy tinh 500 ml. Các b−ớc tiếp theo tr−ờng trung tính hoặc môi tr−ờng axit và kiềm yếu, đồng thời sẽ hấp phụ nhiều nguyên tố đ−ợc tiến hành t−ơng tự nh− trong mẫu phân trong đó có As(III), As(V) và Hg(II). Tuy nhiên tích. Mẫu chuẩn và mẫu phân tích đ−ợc đóng gói phổ gamma của mẫu làm giàu sẽ rất phức tạp, cẩn thận trong túi polyetylen và chiếu xạ trong lò có thời gian chết lớn do sự đóng góp phông phản ứng hạt nhân Đà Lạt trong thời gian 10 giờ phóng xạ của nhiều đồng vị phóng xạ có mặt với dòng nơtron 2,5ì1012 n.cm-2.s-1. Sau khi để trong mẫu sau khi chiếu xạ và gây khó khăn nguội mẫu (khoảng 48 giờ), đo phổ gamma của cho việc định l−ợng diện tích thực của các đỉnh mẫu phân tích và mẫu chuẩn trên hệ phổ kế năng l−ợng 279 keV (203Hg) và 559 keV (76As). gamma nối với detecto HPGe. Hàm l−ợng As và Để tăng thêm sự chọn lọc và loại bỏ phần lớn Hg trong một lít mẫu phân tích đ−ợc tính toán các nguyên tố không mong muốn, quá trình kết bằng ph−ơng pháp so sánh theo công thức d−ới tủa PbS với thioaxetamit trong mẫu n−ớc chứa đây sau khi xác định diện thích thực của đỉnh 279 203 76 As và Hg đ−ợc lựa chọn ở nồng độ axit HCl keV của đồng vị Hg và 559 keV của As trong bằng 0,5 - 0,6 M. mẫu phân tích và mẫu chuẩn: Hàm l−ợng của Hg và As trong các mẫu A m .e
   tST 1000 n−ớc ngầm đ−ợc đ−a ra trong bảng 3, trong đó m = S ì ST ì x
   t bao gồm các kết quả thu đ−ợc sau khi cho thêm A e S V ST xd một l−ợng As và Hg vào mẫu n−ớc cất (không với mx là hàm l−ợng của Hg hoặc As trong một có As và Hg) và mẫu phân tích với mục đích để lít dung dịch mẫu (g), AS là hoạt độ phóng xạ kiểm tra độ chính xác của ph−ơng pháp phân của đồng vị 203Hg hoặc 76As tại đỉnh 279 keV và tích. 10
4. Bảng 2: Hiệu suất tách Hg v As bằng ph−ơng pháp đồng kết tủa với PbS sử dụng thioaxetamit nh− là một tác nhân để kết tủa sunfua Nồng độ axit HCl (M) Hiệu suất tách Hg (Y, %) Hiệu suất tách As(III) và As(V) (Y, %) 0,1 99,5 99,3 0,4 99,4 99,3 0,6 99,5 99,5 0,8 85,0 87,5 1,0 78,9 80,7 Bảng 3: Kết quả phân tích hàm l−ợng As và Hg trong các mẫu n−ớc ngầm của Tp Hồ Chí Minh Tên mẫu Hàm l−ợng As (àg/l) Hàm l−ợng Hg (àg/l) ĐL01 21,9 0,16 ĐL02 3,27 0,26 TP49 0,19 0,54 TP44 0,22 0,02 TP20 0,59 0,32 TP26 0,25 0,05 ĐL06 0,08 0,37 ĐL07 0,01 0,02 ĐLSF3 0,19 0,20 TTD01 0,09 0,50 Mẫu n−ớc cất 4,98 1,02 (200 ml + 5 àg As + 1 àg Hg) Mẫu n−ớc cất 9,98 4,97 (200 ml + 10 àg As + 5 àg Hg) Mẫu n−ớc ngầm TP26 5,27 2,24 (200 ml + 5 àg As và 2 àg Hg) Mẫu n−ớc ngầm TTD01 10,10 5,09 (200 ml + 10 àg As và 5 àg Hg) Hàm l−ợng Hg và As trong tất cả các mẫu th−ờng này đều là các mẫu lấy ở các giếng n−ớc ngầm ở tầng QII-III ở các khu vực nghiên n−ớc khoan bị nhiễm phèn. Những kết quả ban cứu đều thấp hơn giá trị cho phép. Tuy nhiên có đầu thu đ−ợc về hàm l−ợng As trong n−ớc thể quan sát đ−ợc sự bất bình th−ờng về hàm ngầm có thể mở ra một h−ớng nghiên cứu về l−ợng As trong mẫu ĐL01 (As = 21,9 àg/l), mối liên hệ giữa sự tồn tại l−ợng vết As trong mẫu ĐL02 (As = 3,27 àg/l) và mẫu TP20 (As = các nguồn n−ớc ngầm bị nhiễm phèn ở các khu 0,59 àg/l). Các mẫu có hàm l−ợng As bất bình vực tại Tp Hồ Chí Minh. 11
5. IV - KếT LUậN trong n−ớc ngầm của Tp Hồ Chí Minh. Ph−ơng pháp tách và làm giàu đồng thời hai T1I LIệU THAM KHảO nguyên tố Hg và As trong mẫu n−ớc bằng đồng kết tủa với chì sunfua cho phân tích kích hoạt 1. Nguyen Van Suc. J. of Radioanal. Nucl. nơtron đM khắc phục đ−ợc những khó khăn lâu Chem., Letters, Vol. 213, P. 65 - 70 (1996). nay các nhà phân tích th−ờng gặp phải là tiêu tốn 2. J. M. Lo, J. C. Wei, M. H. Yang, S. J. Yeh. J. nhiều thời gian và hóa chất để tách và làm giàu of Radioanal. Chem., Vol. 72, No. 1 - 2, P. riêng biệt hai nguyên tố này. Quy trình tách và 571 - 585 (1982). làm giàu đơn giản và có thể áp dụng cho hầu hết 3. A. P. Grimanis et al J. of Radioanal. Chem., các đối t−ợng môi tr−ờng và sinh học với độ tin Vol. 72, No. 1 - 2, P. 587 - 595 (1982). cậy cao của kết quả phân tích. Kết quả nghiên 4. G. M. Comparetto, G. D. Knias. J. of cứu đang đ−ợc áp dụng để nghiên cứu và đánh Radioanal. Chem., Vol. 72, No. 1 - 2, P. 479 - giá một cách có hệ thống về sự ô nhiễm asen 487 (1982). 12