Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật khuyếch tán qua màng mỏng xác định tại chỗ hàm lượng kim loại linh động trong môi trường nước

T¹p chÝ Hãa häc, T. 45 (§B), Tr. 48 - 51, 2007<br /> <br /> <br /> Nghiªn cøu øng dông kü thuËt khuÕch t¸n qua mµng<br /> máng x¸c ®Þnh t¹i chç hµm l îng kim lo¹i linh ®éng<br /> trong m«i tr êng n íc<br /> §Õn Tßa so¹n 15-11-2007<br /> NguyÔn Hång Liªn, Chu ThÞ H¶i Nam<br /> Khoa C«ng nghÖ Hãa häc, §¹i häc B¸ch Khoa H' Néi<br /> <br /> <br /> Summary<br /> Diffusive gradient in thin film is a new technique which allows labile metals species exist in<br /> water environments can be speculated in situ. In this paper, we will present our study results on<br /> verification of working capability of this technique for the determination of labile metals in water<br /> under the laboratory conditions and its applicability in natural water environments.<br /> <br /> <br /> I - Giíi thiÖu chung Kü thuËt n y b¾t ®Çu ® îc nghiªn cøu tõ n¨m<br /> 1994 v thu hót ® îc sù quan t©m chó ý cña<br /> HiÖn nay, viÖc ph©n tÝch ®¸nh gi¸ h m l îng nhiÒu nhãm nghiªn cøu trªn thÕ giíi [2, 3]. Víi<br /> kim lo¹i trong m«i tr êng n íc th êng tËp trung kü thuËt n y, nh÷ng nh îc ®iÓm cña ph ¬ng<br /> v o hai d¹ng kim lo¹i ho tan v kim lo¹i trong ph¸p ph©n tÝch th«ng th êng ho n to n ® îc<br /> phÇn cÆn l¬ löng. Ph ¬ng ph¸p th êng sö dông lo¹i bá. V× vËy, nã ® îc ®¸nh gi¸ l mét kü<br /> l lÊy mÉu hiÖn tr êng, chuyÓn mÉu vÒ phßng thuËt ®Çy triÓn väng trong ph©n lËp t¹i chç d¹ng<br /> thÝ nghiÖm, läc t¸ch phÇn cÆn l¬ löng qua m ng kim lo¹i tån t¹i trong m«i tr êng. Tuy nhiªn ë<br /> läc micron v ph©n tÝch h m l îng kim lo¹i ViÖt Nam hiÖn vÉn ch a cã nghiªn cøu n o ®Ò<br /> trong 2 th nh phÇn ph©n t¸ch ®ã. Quy tr×nh n y cËp tíi vÊn ®Ò n y. Trong b i b¸o n y, chóng t«i<br /> cã hai nh îc ®iÓm l th nh phÇn cÊu tróc mÉu bÞ sÏ tr×nh b y mét sè kÕt qu¶ nghiªn cøu ®¸nh gi¸<br /> thay ®æi trong qu¸ tr×nh chuyÓn mÉu tõ hiÖn kh¶ n¨ng l m viÖc cña kü thuËt trong ®iÒu kiÖn<br /> tr êng vÒ phßng thÝ nghiÖm v cÇn ph¶i läc t¸ch n íc nh©n t¹o v øng dông thö nghiÖm nã ®Ó<br /> phÇn cÆn l¬ löng trong n íc tr íc khi ph©n tÝch x¸c ®Þnh h m l îng kim lo¹i linh ®éng trong<br /> [1]. n íc s«ng.<br /> KhuÕch t¸n qua m ng máng l mét kü thuËt<br /> míi sö dông hydro gel chøa c¸c h¹t nhùa trao II - Thùc nghiÖm<br /> ®æi ion cã kh¶ n¨ng l u gi÷ kim lo¹i khi dßng<br /> l u chÊt khuÕch t¸n qua nã. HÖ thèng gåm 1 líp 1. ChuÈn bÞ ®Çu dß<br /> gel nhùa, 1 líp gel khuÕch t¸n (thÈm thÊu) v 1 Líp gel khuÕch t¸n l polyacrylamit ® îc<br /> m ng läc micron. Nguyªn t¾c l m viÖc cña hÖ polyme hãa víi sù kh¬i m o cña N, N, N’, N-<br /> n y l dßng kim lo¹i sÏ khuÕch t¸n tõ n¬i cã tetrametylen diamin v chÊt xóc t¸c l amoni<br /> nång ®é cao tíi n¬i cã nång ®é thÊp cho tíi khi pesunphat. Líp gel cã kh¶ n¨ng l u gi÷ kim lo¹i<br /> ®¹t c©n b»ng. M ng läc micron sÏ ng¨n l¹i phÇn vÒ b¶n chÊt còng l polyacrylamit, nh ng cã<br /> cÆn l¬ löng trong m«i tr êng. V× vËy, nång ®é chøa nhùa trao ®æi ion. Hai lo¹i gel n y sau khi<br /> kim lo¹i ®o ® îc trong hÖ sÏ chÝnh l nång ®é tæng hîp ® îc hydrat hãa tíi bbo ho n íc råi<br /> kim lo¹i linh ®éng (ho tan) trong m«i tr êng. ghÐp v o khu«n, lÇn l ît theo thø tù gel nhùa,<br /> 48<br /> gel khuÕch t¸n v phñ bªn ngo i b»ng m ng läc ® îc tÝnh theo c«ng thøc:<br /> xenlulo 0,45 µm. C¸c hãa chÊt ®Òu l lo¹i tinh<br /> C = M g /(DtA)<br /> khiÕt ph©n tÝch, ® îc cung cÊp bëi c¸c hbng<br /> Merck, Bio-Rad. Quy tr×nh chuÈn bÞ gel dùa Trong ®ã: C l nång ®é kim lo¹i trong dung<br /> trªn c¬ së t i liÖu [4]. dÞch; M l khèi l îng kim lo¹i tÝch tô trong gel;<br /> 2. §¸nh gi¸ kh¶ n¨ng ph©n lËp kim lo¹i linh g l ®é d y líp gel khuÕch t¸n; A l diÖn tÝch<br /> ®éng cña kü thuËt bÒ mÆt tiÕp xóc gi÷a ®Çu dß v m«i tr êng; D l<br /> hÖ sè khuÕch t¸n; t l thêi gian th¶ ®Çu dß trong<br /> Kh¶ n¨ng l u gi÷ kim lo¹i ® îc ®¸nh gi¸ m«i tr êng.<br /> qua thÝ nghiÖm th¶ ®Çu dß v o dung dÞch cã<br /> nång ®é kim lo¹i biÕt tr íc. C¸c kim lo¹i ® îc III - KÕt qu¶ v# th¶o luËn<br /> lùa chän cho thÝ nghiÖm l Co, Ni, Cd, Pb, víi<br /> nång ®é 10 - 20 ppb. Sau nh÷ng kho¶ng thêi 1. §éng häc qu¸ tr×nh khuÕch t¸n kim lo¹i<br /> gian kh¸c nhau, ®Çu dß ® îc lÊy ra, chiÕt phÇn qua m,ng máng<br /> kim lo¹i l u gi÷ trªn gel v o dung dÞch axit<br /> nitric v ph©n tÝch trªn m¸y AAS (Jena Sù khuÕch t¸n kim lo¹i tõ m«i tr êng v o hÖ<br /> Analytik). Thö nghiÖm ® îc tiÕn h nh nhiÒu lÇn hydrogel thay ®æi theo thêi gian tiÕp xóc gi÷a<br /> ®Ó ®¸nh gi¸ ®é lÆp l¹i cña ph ¬ng ph¸p. ®Çu dß v m«i tr êng thö nghiÖm. §Ó x¸c ®Þnh<br /> §Ó ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng ph©n lËp phÇn kim sù thay ®æi n y, c¸c thÝ nghiÖm ® îc tiÕn h nh<br /> lo¹i linh ®éng, chóng t«i ®b tiÕn h nh thö trªn 3 kim lo¹i Co, Ni v Cd, víi nång ®é dung<br /> nghiÖm t ¬ng tù, nh ng trong m«i tr êng cã dÞch l 10 ppb, v thêi gian tiÕp xóc thay ®æi tõ<br /> mÆt EDTA, mét ligand cã kh¶ n¨ng t¹o phøc víi 10 ®Õn 80 phót. Sù thay ®æi l îng kim lo¹i<br /> kim lo¹i. khuÕch t¸n v o gel, biÓu diÔn d íi d¹ng tû lÖ<br /> kim lo¹i trong gel so víi kim lo¹i trong m«i<br /> 3. TÝnh to¸n kÕt qu¶ tr êng, theo thêi gian tiÕp xóc ® îc thÓ hiÖn<br /> Nång ®é kim lo¹i ®o ® îc trong ®Çu dß trªn h×nh 1.<br /> <br /> §éng häc khuÕch t¸n kim lo¹i qua m,ng máng<br /> Me trong gel/ Me<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 1.5<br /> trong dung dÞch<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 1.0 Co<br /> Cd<br /> 0.5<br /> Ni<br /> 0.0<br /> 0 20 40 60 80 100<br /> Thêi gian (phót)<br /> H×nh 1: §éng häc qu¸ tr×nh khuÕch t¸n kim lo¹i tõ m«i tr êng v o hydrogel<br /> <br /> Quan s¸t h×nh 1 cã thÓ nhËn thÊy, trong n y, tû lÖ Ni v Cd gi÷a m«i tr êng v gel còng<br /> kho¶ng thêi gian 40 phót ®Çu tiªn, l îng kim gÇn ®¹t møc c©n b»ng. Tuy nhiªn, cÇn kÐo d i<br /> lo¹i khuÕch t¸n tõ m«i tr êng v o gel thay ®æi h¬n thêi gian thö nghiÖm ®Ó x¸c ®Þnh ®iÓm c©n<br /> rÊt lín. Nh ng tõ phót thø 40 trë ®i cho ®Õn hÕt b»ng cho 2 kim lo¹i n y. C¸c kÕt qu¶ n y cho<br /> thêi gian thö nghiÖm (80 phót), tèc ®é thay ®æi thÊy, víi nång ®é kim lo¹i nhá (10 ppb), ®éng<br /> gi¶m ®i nhiÒu. Tû lÖ Co trong gel v trong m«i häc qu¸ tr×nh khuÕch t¸n ®¹t tíi c©n b»ng sau<br /> tr êng ®¹t c©n b»ng ë 80 phót. Còng ë thêi ®iÓm kho¶ng 40 phót. HiÖn t îng n y ®óng víi c¶ 3<br /> 49<br /> kim lo¹i thö nghiÖm. Tuy nhiªn, víi Co v Ni, 2. §é lÆp l¹i cña kü thuËt khuÕch t¸n m,ng<br /> d êng nh c©n b»ng nhanh chãng ®¹t ® îc h¬n máng<br /> so víi Cd. §iÒu n y cã thÓ b¾t nguån tõ sù kh¸c<br /> biÖt vÒ kÝch th íc ph©n tö v hÖ sè khuÕch t¸n §Ó kiÓm tra ®é lÆp l¹i cña ph ¬ng ph¸p ®o<br /> cña tõng d¹ng kim lo¹i, yÕu tè quyÕt ®Þnh kh¶ nång ®é kim lo¹i trong m«i tr êng b»ng kü<br /> n¨ng v tèc ®é l u chuyÓn tõ m«i tr êng v o gel. thuËt khuÕch t¸n qua m ng máng, chóng t«i ®b<br /> tiÕn h nh 5 thÝ nghiÖm liªn tiÕp. §èi t îng ® îc<br /> Nh vËy, víi kü thuËt khuÕch t¸n qua m ng lùa chän cho thö nghiÖm n y l Cr, Co, Ni v<br /> máng, ®Ó x¸c ®Þnh ®óng nång ®é kim lo¹i trong Cd, víi nång ®é m«i tr êng l 20 ppb. Sau 4 giê<br /> m«i tr êng, c¸c thö nghiÖm cÇn tiÕn h nh tèi nhóng ®Çu dß trong c¸c m«i tr êng n y, phÇn<br /> thiÓu l 80 phót (víi Co) v d i h¬n ®èi víi c¸c kim lo¹i l u gi÷ trong gel nhùa ® îc chiÕt ra v<br /> kim lo¹i kh¸c. ® a ®i ph©n tÝch. C¸c kÕt qu¶ trung b×nh v sai<br /> lÖch gi÷a 5 lÇn ®o ® îc chØ ra trong h×nh 2.<br /> <br /> <br /> §é lÆp l¹i sau 5 lÇn ®o<br /> 25.00<br /> Nång ®é kim lo¹i<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 20.00<br /> (ppb)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 15.00<br /> 10.00<br /> 5.00<br /> 0.00<br /> Cr Co Ni Cd Gel nhùa<br /> Kim lo¹i Dung dÞch<br /> <br /> H×nh 2: §é lÆp cña kü thuËt khuÕch t¸n qua m ng máng<br /> <br /> C¸c kÕt qu¶ cho thÊy, nång ®é kim lo¹i ®o lo¹i biÕt tr íc, pha tõ n íc siªu s¹ch (18 M ).<br /> ® îc b»ng kü thuËt ®Çu dß khuÕch t¸n qua m ng Tuy nhiªn, trong thùc tÕ m«i tr êng n íc tù<br /> máng xÊp xØ víi nång ®é kim lo¹i tån t¹i trong nhiªn phøc t¹p h¬n nhiÒu, v ®Æc biÖt l sù cã<br /> m«i tr êng thö nghiÖm. C¸c gi¸ trÞ ®o ® îc mÆt cña c¸c d¹ng ligand t¹o phøc víi c¸c kim<br /> trong gel l tõ 18 - 20 ppb, so víi 20 ppb trong lo¹i. V× vËy, ®Ó xem xÐt kh¶ n¨ng ph©n lËp d¹ng<br /> m«i tr êng. Sai sè cña c¸c phÐp ®o dao ®éng tõ kim lo¹i linh ®éng (d¹ng ho tan, hoÆc t¹o phøc<br /> 3 - 6% tuú tõng kim lo¹i, v n»m trong kho¶ng víi c¸c ligand nh ng cã kh¶ n¨ng ph©n ly trong<br /> cho phÐp ®èi víi kü thuËt n y [5]. Nh vËy, kü qu¸ tr×nh khuÕch t¸n qua m ng máng) cña kü<br /> thuËt gel khuÕch t¸n, chóng t«i ®b tiÕn h nh thö<br /> thuËt khuÕch t¸n qua m ng máng ho n to n cã<br /> nghiÖm trªn c¸c dung dÞch cã nång ®é kim lo¹i<br /> thÓ ®¸p øng tèt viÖc x¸c ®Þnh nång ®é kim lo¹i 20 ppb v cã mÆt EDTA, mét ligand t¹o phøc<br /> trong m«i tr êng n íc víi ®é chÝnh x¸c cao. phæ biÕn víi nhiÒu kim lo¹i. Møc ®é ¶nh h ëng<br /> 3. Kh¶ n¨ng x¸c ®Þnh d¹ng kim lo¹i linh cña EDTA tíi kh¶ n¨ng khuÕch t¸n v l u gi÷<br /> ®éng trong m«i tr2êng n2íc b»ng kü kim lo¹i trong gel ® îc kh¶o s¸t dùa trªn sù<br /> thuËt khuÕch t¸n qua m,ng máng thay ®æi nång ®é EDTA tõ 0 – 2 ppm. C¸c d¹ng<br /> kim lo¹i ® îc sö dông cho nghiªn cøu n y l<br /> C¸c thö nghiÖm ®Ò cËp trªn ®©y míi chØ Co, Ni, v Cd. C¸c kÕt qu¶ ® îc ® a ra trong<br /> ® îc tiÕn h nh trªn dung dÞch cã nång ®é kim h×nh 3.<br /> <br /> 50<br />  Kh¶ n¨ng ph©n lËp kim lo¹i linh ®éng b»ng kü<br /> thuËt khuÕch t¸n qua m,ng máng<br /> 25 2.5<br /> 20 2<br /> lo¹i trong gel<br /> Nång ®é kim<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> EDTA (ppm)<br /> (ppb)<br /> 15 1.5<br /> 10 1<br /> 5 0.5<br /> 0 0<br /> T9 T10 T11 T12 T13 T14<br /> MÉu<br /> Co Ni Cd EDTA<br /> H×nh 3: Kh¶ n¨ng khuÕch t¸n v l u gi÷ kim lo¹i linh ®éng cña kü thuËt m ng máng trong m«i<br /> tr êng cã EDTA víi c¸c nång ®é kh¸c nhau<br /> <br /> Quan s¸t h×nh 3, ®iÒu cã thÓ dÔ d ng nhËn t¸n qua m ng máng ®Ò cËp trªn ®©y cho thÊy, kü<br /> thÊy l xu h íng gi¶m nång ®é kim lo¹i khuÕch thuËt n y rÊt cã triÓn väng ¸p dông trong quan<br /> t¸n v gi÷ trong gel nhùa cña ®Çu dß m ng tr¾c m«i tr êng, ®Æc biÖt l ®¸nh gi¸ t¹i chç. Tuy<br /> máng khi nång ®é EDTA trong dung dÞch t¨ng nhiªn, míi chØ cã 3 kim lo¹i ® îc sö dông cho<br /> dÇn. Xu h íng n y cã thÓ quan s¸t thÊy ë c¶ 3 ®¸nh gi¸ thö nghiÖm nªn vÊn ®Ò ®¸nh gi¸ to n<br /> d¹ng kim lo¹i thö nghiÖm. §iÒu n y cã thÓ ® îc diÖn kh¶ n¨ng øng dông cña kü thuËt n y cho c¸c<br /> kim lo¹i kh¸c cÇn ® îc l m râ trong c¸c nghiªn<br /> gi¶i thÝch dùa trªn kh¶ n¨ng t¹o phøc m¹nh cña<br /> cøu tiÕp theo. H¬n n÷a, t¸c ®éng cña c¸c yÕu tè<br /> c¸c kim lo¹i nghiªn cøu víi EDTA. ViÖc h×nh<br /> m«i tr êng n íc tù nhiªn tíi kh¶ n¨ng l m viÖc<br /> th nh phøc trong m«i tr êng thö nghiÖm ®b cña kü thuËt n y còng cÇn ® îc kh¶o s¸t chi tiÕt.<br /> ng¨n c¶n sù khuÕch t¸n cña c¸c kim lo¹i tù do C¸c vÊn ®Ò n y sÏ ® îc ®Ò cËp trong c¸c c«ng<br /> trong dung dÞch tíi n¬i cã nång ®é thÊp h¬n l tr×nh nghiªn cøu tiÕp theo cña chóng t«i.<br /> hydrogel cña ®Çu dß. §iÒu n y thÓ hiÖn kh¶<br /> n¨ng øng dông cña kü thuËt khuÕch t¸n qua T#i liÖu tham kh¶o<br /> m ng máng trong viÖc ®Þnh l îng phÇn kim lo¹i<br /> linh ®éng trong m«i tr êng n íc tù nhiªn. 1. ML.Tercier, J. Buffle. Electroanalysis, 5,<br /> Trong tr êng hîp n y, phÇn kim lo¹i linh ®éng 187 - 200 (1993).<br /> ® îc xem nh l nh÷ng d¹ng kim lo¹i tån t¹i tù 2. W. Davison & H. Zhang. Nature, 367, 546 -<br /> do trong n íc hoÆc nh÷ng d¹ng t¹o phøc yÕu dÔ 548 (1994).<br /> d ng ph©n ly trong qu¸ tr×nh khuÕch t¸n qua<br /> 3. H. Zhang, W. Davison, S. Miller and W.<br /> m ng hydrogel. Thö nghiÖm ban ®Çu øng dông<br /> Tych. Geochim. Cosmochim. Acta., 59 (20),<br /> kü thuËt n y ®Ó x¸c ®Þnh d¹ng kim lo¹i linh 4181-4192 (1995).<br /> ®éng trong m«i tr êng n íc tù nhiªn (s«ng) v<br /> n íc th¶i c«ng nghiÖp t¹i ViÖt Nam ®b cho thÊy 4. H. Zhang and W. Davison. Anal. Chim.<br /> nh÷ng kÕt qu¶ kh¶ quan [6]. Acta, 398, 329 (1999).<br /> 5. Zhang H. (1997). Practical guide for<br /> IV - KÕt luËn making gels for DGT and DET, DGT<br /> Research Ltd (1997).<br /> Nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu b íc ®Çu cña 6. Nguyen Hong Lien, Huynh Trung Hai, Yue<br /> chóng t«i ®¸nh gi¸ vÒ kh¶ n¨ng x¸c ®Þnh d¹ng Gao, Martine Leermakers, Willy Baeyens.<br /> kim lo¹i linh ®éng trong m«i tr êng n íc còng T¹p chÝ Khoa häc v C«ng nghÖ, 45 (1B),<br /> nh ®é chÝnh x¸c cña kü thuËt ®o b»ng khuÕch 276 (2007).<br /> 51<br /> 52<br />