Xác định thủy ngân và Asen trong nước ngầm bằng phương pháp phân tích kích hoạt Nơtron

T¹p chÝ Hãa häc, T. 42 (1), Tr. 8 - 12, 2004<br /> <br /> <br /> <br /> X¸C §ÞNH THñY NG¢N Vµ ASEN TRONG N¦íC NGÇM<br /> B»NG PH¦¥NG PH¸P PH¢N TÝCH KÝCH HO¹T N¥TRON<br /> §Õn Tßa so¹n 21-10-2002<br /> NguyÔn V¨n Søc1, NguyÔn V¨n Hïng3, Ng« Quang Huy1,<br /> Phan Thanh Tßng1, TrÞnh ThÞ BÝch1, Hå ThÞ BÝch Ngäc2,<br /> NguyÔn ThÞ Nh Mai2<br /> 1<br /> Trung t©m H¹t nh©n Th"nh phè Hå ChÝ Minh<br /> 2<br /> Khoa Hosa häc, Tr)êng §¹i häc §" L¹t, L©m §ång<br /> 3<br /> ViÖn Nghiªn cøu H¹t nh©n §" L¹t, L©m §ång<br /> <br /> <br /> Summary<br /> The preconcentration method of mercury and arsenic in the ground water samples by<br /> co-precipitation with PbS was developed. In the range of HCl concentrations from 0.1 - 0.6M<br /> and 10 mg of Pb as a collector in the sulphite form after adding 2% thioacetamide solution,<br /> the traces of mercury and arsenic were quantitatively separated from a large volume water<br /> sample (200 ml). This method has been applied for determination of mercury and arsenic<br /> traces in the ground water samples collected in Ho Chi Minh City by neutron activation<br /> analysis. The method is simple, rapid and reliable.<br /> <br /> <br /> I - Më §ÇU nguyªn tè As v Hg trong mÉu n íc. PhÇn lín<br /> c¸c c«ng tr×nh ®M c«ng bè vÒ ph ¬ng ph¸p t¸ch<br /> Khi x¸c ®Þnh l îng vÕt thñy ng©n (Hg) v v l m gi u Hg v As trong mÉu n íc tr íc khi<br /> asen (As) trong mÉu n íc b»ng ph ¬ng ph¸p kÝch ho¹t n¬tron ®Òu ph¶i tiÕn h nh mét c¸ch<br /> ph©n tÝch kÝch ho¹t n¬tron, qu¸ tr×nh l m gi u riªng biÖt cho mçi nguyªn tè. Hg ® îc l m gi u<br /> hai nguyªn tè n y tõ mét thÓ tÝch lín cña mÉu tõ mÉu n íc b»ng ph ¬ng ph¸p chiÕt víi<br /> ph©n tÝch tr íc khi chiÕu x¹ trong lß ph¶n øng ditizon trong CCl4 ë pH = 1 [1]. T¸ch v l m<br /> h¹t nh©n l hÕt søc cÇn thiÕt. Chñ yÕu l v× c¸c gi u Hg trong c¸c mÉu m«i tr êng b»ng<br /> lý do sau ®©y: (i) h¹n chÕ chiÕu x¹ mÉu láng v× ph ¬ng ph¸p chiÕt trao ®æi ion Hg2+ víi Pb<br /> b×nh chøa mÉu rÊt dÔ bÞ næ do ¸p suÊt trong (DDC)2 trong CHCl3 [2]. Ph©n t¸ch Hg tõ mÉu<br /> b×nh t¨ng lªn rÊt lín trong qu¸ tr×nh chiÕu x¹; kÝch ho¹t b»ng ph ¬ng ph¸p chiÕt víi hçn hîp<br /> (ii) thñy ng©n l mét nguyªn tè dÔ bay h¬i thËm cña dung dÞch 10M H2SO4 - 0,025M KI trong<br /> chÝ ë nhiÖt ®é phßng nªn nguyªn tè n y th êng CCl4 víi sù cã mÆt cña EDTA [3]. Nguyªn tè<br /> bÞ mÊt do hiÖu øng nhiÖt trong c¸c kªnh chiÕu<br /> asen trong mÉu m«i tr êng ® îc t¸ch v l m<br /> mÉu cña lß ph¶n øng h¹t nh©n cho nªn ph¶i ® a<br /> gi u tr íc khi kÝch häat n¬tron b»ng ph ¬ng<br /> l îng vÕt Hg vÒ c¸c hîp chÊt khã bay h¬i trong<br /> ph¸p ®ång kÕt tña As(V) víi Fe(OH)3 [1]. ChiÕt<br /> ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é cña lß ph¶n øng; (iii) lý do<br /> hîp chÊt chelat cña As(III) víi APDC trong<br /> cuèi cïng v còng hÕt søc quan träng cña qu¸<br /> tr×nh t¸ch v l m gi u tr íc khi chiÕu x¹ l ®Ó CHCl3 [4]. KÕt tña As d íi d¹ng kim läai [4].<br /> n©ng cao ®é nh¹y v ®é chän läc cña ph ¬ng Thioaxetamit (CH3CSNH2) l mét t¸c nh©n<br /> ph¸p ph©n tÝch kÝch ho¹t n¬tron ®èi víi hai ® îc sö dông ®Ó kÕt tña nhãm kim lo¹i d íi<br /> <br /> 8<br /> d¹ng sunfua. Dùa v o ®é tan kh¸c nhau trong II - THùC NGHIÖM<br /> m«i tr êng kiÒm hoÆc axit cã thÓ ph©n lËp ® îc<br /> mét hoÆc nhãm nguyªn tè sau khi kÕt tña 1. Thu thËp v chuÈn bÞ mÉu cho ph©n tÝch<br /> sunfua víi t¸c nh©n n y. H¬n n÷a mét sè C¸c mÉu n íc ngÇm ë tÇng giÕng khoan QI-III<br /> nguyªn tè ë l îng lín sau khi kÕt tña sunfua cã (tÇng n íc ngÇm n«ng) t¹i mét sè khu vùc cña<br /> thÓ hÊp phô vÕt ion kim läai kh¸c còng cã kh¶ Tp Hå ChÝ Minh ® îc thu thËp trong c¸c b×nh<br /> n¨ng kÕt tña sunfua trong cïng mét ®iÒu kiÖn. polyetylen cã thÓ tÝch 1 lÝt. Tr íc khi tiÕn h nh<br /> Dùa v o nh÷ng tÝnh chÊt nh ®M nªu ë trªn, ph©n tÝch, c¸c mÉu n íc ® îc läc qua giÊy läc<br /> chóng t«i ®M nghiªn cøu sö dông sunfua ch× nh CNF (celluose nitrate filter) cã kÝch th íc lç<br /> ®Ó l m gi u ®ång thêi l îng vÕt As v Hg víi 0,4 µm ®Ó lo¹i bá c¸c h¹t keo. Axit hãa dung<br /> môc ®Ých ¸p dông ®Ó ph©n tÝch ®ång thêi Hg v dÞch mÉu b»ng v i giät axit HNO3.<br /> As trong c¸c mÉu n íc ngÇm ë tÇng QI-III (tÇng Täa ®é vÞ trÝ v ®é s©u lÊy mÉu n íc ngÇm<br /> n íc ngÇm n«ng) t¹i Tp Hå ChÝ Minh b»ng trong mét sè khu vùc cña Tp Hå ChÝ Minh ® îc<br /> ph ¬ng ph¸p ph©n tÝch kÝch ho¹t n¬tron. ® a ra trong b¶ng 1.<br /> B¶ng 1: Täa ®é vÞ trÝ v ®é s©u cña c¸c mÉu n íc thu thËp t¹i c¸c khu vùc kh¸c nhau<br /> trong Tp Hå ChÝ Minh<br /> TT Tªn mÉu Täa ®é vÞ trÝ lÊy mÉu §é s©u lÊy mÉu<br /> 1 DL01 703790E; 1195490N (QI-III), 30 m<br /> 2 §L02 703464E; 1198144N (QI-III), 24 m<br /> 3 TP49 700238E, 1195726N (QI-III), 35 m<br /> 4 TP44 696054E; 119682N (QI-III), 24 m<br /> 5 TP20 670091E; 1190791N (QI-III), 30 m<br /> 6 TP26 674176E; 1189433N (QI-III), 30 m<br /> 7 DL06 660362E; 1231588N (Q I-III), 22 m<br /> 8 §L07 661883E; 1230710N (QI-III), 20 m<br /> 9 DLSF3 658798E; 1233581N N íc s«ng S i Gßn<br /> 10 TTD01 674804E; 1210387N (QI-III), 30 m<br /> QI-III - tÇng n íc ngÇm<br /> <br /> 2. Nghiªn cøu qu¸ tr×nh l m gi u Hg v As 0,6M, 0,8M v 1M. §un c¸c cèc trªn bÕp c¸ch<br /> víi PbS thñy. Khi thÊy xuÊt hiÖn kÕt tña m u ®en (kÕt tña<br /> cña PbS), tiÕp tôc ®un dung dÞch cho ®Õn s«i, ®Ó<br /> Cho 1 ml dung dÞch thioaxetamit 2% v 0,1 ml nguéi dung dÞch. Läc kÕt tña sunfua ch× b»ng<br /> dung dÞch vÕt ®ång vÞ phãng x¹ 203Hg v 76As giÊy läc polyvinylaxetat cã kÝch th íc lç 0,4 µm.<br /> (ho¹t ®é phãng x¹ trong 0,1 ml cña 203Hg v Röa kÕt tña b»ng dung dÞch HCl cã nång ®é<br /> 76<br /> As b»ng 2000 v 1500 xung/phót v cã h m t ¬ng øng trong c¸c cèc thÝ nghiÖm, sau cïng<br /> l îng b»ng 10 µg, 15 µg cña hai nguyªn tè röa kÕt tña b»ng 50 ml n íc cÊt. SÊy kh« kÕt<br /> t ¬ng øng trong ®ã l îng As(V) b»ng 10 µg v tña d íi ®Ìn hång ngäai. §o häat ®é phãng x¹<br /> As(III) b»ng 5 µg) v o 5 cèc thñy tinh dung cña ®ång vÞ 203Hg v 76As trong c¸c mÉu t¸ch<br /> tÝch 100 ml (mçi cèc cã 20 ml dung dÞch chøa trªn detecto HPGe cã ®é ph©n gi¶i 1,72 keV t¹i<br /> 10 mg Pb2+). §iÒu chØnh nång ®é axit HCl ®Ønh 1332 keV cña ®ång vÞ phãng x¹ 60Co.<br /> trong mçi cèc lÇn l ît theo thø tù 0,1M, 0,4M, Detecto ® îc nèi víi phæ kÕ gamma cña hMng<br /> <br /> 9<br /> CANBERRA (USA). HiÖu suÊt t¸ch Y cña Hg 559 keV cña hai nguyªn tè Hg v As t ¬ng øng<br /> v As ® îc tÝnh theo c«ng thøc sau: trong mÉu ph©n tÝch (xung / 100 gi©y), AST l ho¹t<br /> A AS ®é phãng x¹ cña ®ång vÞ 203Hg hoÆc 76As t¹i ®Ønh<br /> Y (%) = 0 × 100 279 keV v 559 keV cña hai nguyªn tè Hg v As<br /> A0 t ¬ng øng trong mÉu chuÈn (xung / 100 gi©y),<br /> víi A0 l ho¹t ®é phãng x¹ ban ®Çu trong dung mST l h m l îng mÉu chuÈn (g), l h»ng sè<br /> dÞch thÝ nghiÖm (trong 20 ml dung dÞch ban ph©n rM, tST l thêi gian ph©n rM cña mÉu chuÈn<br /> ®Çu) cña 203Hg hoÆc 76As (sè ®Õm/phót) v As l tÝnh tõ thêi ®iÓm kÕt thóc chiÕu x¹ cho ®Õn thêi<br /> ho¹t ®é phãng x¹ cña 203Hg v 76As trong kÕt ®iÓm ®o phãng x¹ (giê), tS l thêi gian ph©n rM<br /> tña sunfua ch× (sè ®Õm / phót). cña mÉu ph©n tÝch tÝnh tõ thêi ®iÓm kÕ thóc<br /> 3. Quy tr×nh t¸ch v l m gi u As v Hg chiÕu x¹ cho ®Õn thêi ®iÓm ®o phãng x¹ (giê) v<br /> trong c¸c mÉu n*íc ngÇm Vxd l thÓ tÝch mÉu ph©n tÝch ® îc lÊy ®Ó l m<br /> gi u As v Hg (200 ml).<br /> LÊy 200 ml mÉu n íc. §iÒu chØnh dung dÞch<br /> mÉu cã nång ®é axit HCl b»ng 0,5 - 0,6 M. Thªm III - KÕT QU¶ V1 TH¶O LUËN<br /> 10 mg Pb2+, 2 ml dung dÞch thioaxetamit 0,5%<br /> trong n íc cÊt. §un dung dÞch mÉu trªn bÕp C¸c kÕt qu¶ vÒ sù phô thuéc cña hiÖu suÊt<br /> c¸ch thñy. Khi thÊy xuÊt hiÖn kÕt tña m u ®en t¸ch hai nguyªn tè Hg v As v o nång ®é axit<br /> (PbS) tiÕp tôc ®un dung dÞch mÉu cho ®Õn gÇn HCl ® îc ® a ra trong b¶ng 2. Theo c¸c kÕt qu¶<br /> s«i. Läc kÕt tña sunfua Pb mang c¸c kÕt tña thu ® îc, hiÖu suÊt t¸ch cña Hg v As víi 10<br /> sunfua cña As v Hg trªn giÊy läc milipore mg Pb2+ khi kÕt tña sunfua b»ng dung dÞch 2%<br /> polivinylaxetat cã kÝch th íc lç 0,4 µm, röa kÕt thioaxetamit ®¹t 99,5% ë kho¶ng nång ®é axit<br /> tña v i lÇn b»ng dung dÞch HCl 0,5 M sau ®ã HCl tõ 0,1 M ®Õn 0,6 M v hiÖu suÊt t¸ch cña<br /> b»ng 50 ml n íc cÊt. SÊy kh« giÊy läc chøa kÕt As v Hg bÞ gi¶m ë nång ®é axit HCl b»ng v<br /> tña d íi ®Ìn hång ngo¹i. MÉu chuÈn As v Hg lín h¬n 0,8 M - ®iÒu n y cã thÓ gi¶i thÝch ë pH<br /> còng ® îc chuÈn bÞ b»ng c¸ch thªm 5 µg Hg v thÊp PbS kÕt tña kh«ng ho n to n v kh«ng kÕt<br /> 5 µg As (tõ dung dÞch chuÈn SPEC cña Mü cã tña khi nång ®é axit lín h¬n 1 M. Trªn thùc tÕ,<br /> nång ®é ban ®Çu 1 mg/ml) v o 200 ml n íc cÊt PbS kÕt tña ho n to n víi thioaxetamit ë m«i<br /> trong cèc thñy tinh 500 ml. C¸c b íc tiÕp theo tr êng trung tÝnh hoÆc m«i tr êng axit v kiÒm<br /> yÕu, ®ång thêi sÏ hÊp phô nhiÒu nguyªn tè<br /> ® îc tiÕn h nh t ¬ng tù nh trong mÉu ph©n<br /> trong ®ã cã As(III), As(V) v Hg(II). Tuy nhiªn<br /> tÝch. MÉu chuÈn v mÉu ph©n tÝch ® îc ®ãng gãi<br /> phæ gamma cña mÉu l m gi u sÏ rÊt phøc t¹p,<br /> cÈn thËn trong tói polyetylen v chiÕu x¹ trong lß<br /> cã thêi gian chÕt lín do sù ®ãng gãp ph«ng<br /> ph¶n øng h¹t nh©n § L¹t trong thêi gian 10 giê<br /> phãng x¹ cña nhiÒu ®ång vÞ phãng x¹ cã mÆt<br /> víi dßng n¬tron 2,5×1012 n.cm-2.s-1. Sau khi ®Ó<br /> trong mÉu sau khi chiÕu x¹ v g©y khã kh¨n<br /> nguéi mÉu (kho¶ng 48 giê), ®o phæ gamma cña cho viÖc ®Þnh l îng diÖn tÝch thùc cña c¸c ®Ønh<br /> mÉu ph©n tÝch v mÉu chuÈn trªn hÖ phæ kÕ n¨ng l îng 279 keV (203Hg) v 559 keV (76As).<br /> gamma nèi víi detecto HPGe. H m l îng As v §Ó t¨ng thªm sù chän läc v lo¹i bá phÇn lín<br /> Hg trong mét lÝt mÉu ph©n tÝch ® îc tÝnh to¸n c¸c nguyªn tè kh«ng mong muèn, qu¸ tr×nh kÕt<br /> b»ng ph ¬ng ph¸p so s¸nh theo c«ng thøc d íi tña PbS víi thioaxetamit trong mÉu n íc chøa<br /> ®©y sau khi x¸c ®Þnh diÖn thÝch thùc cña ®Ønh 279 As v Hg ® îc lùa chän ë nång ®é axit HCl<br /> keV cña ®ång vÞ 203Hg v 559 keV cña 76As trong b»ng 0,5 - 0,6 M.<br /> mÉu ph©n tÝch v mÉu chuÈn:<br /> H m l îng cña Hg v As trong c¸c mÉu<br /> t ST<br /> A S m ST .e 1000 n íc ngÇm ® îc ® a ra trong b¶ng 3, trong ®ã<br /> mx = × × bao gåm c¸c kÕt qu¶ thu ® îc sau khi cho thªm<br /> A ST e tS Vxd<br /> mét l îng As v Hg v o mÉu n íc cÊt (kh«ng<br /> víi mx l h m l îng cña Hg hoÆc As trong mét cã As v Hg) v mÉu ph©n tÝch víi môc ®Ých ®Ó<br /> lÝt dung dÞch mÉu (g), AS l ho¹t ®é phãng x¹ kiÓm tra ®é chÝnh x¸c cña ph ¬ng ph¸p ph©n<br /> cña ®ång vÞ 203Hg hoÆc 76As t¹i ®Ønh 279 keV v tÝch.<br /> <br /> 10<br />  B¶ng 2: HiÖu suÊt t¸ch Hg v As b»ng ph ¬ng ph¸p ®ång kÕt tña víi PbS sö dông thioaxetamit<br /> nh l mét t¸c nh©n ®Ó kÕt tña sunfua<br /> Nång ®é axit HCl (M) HiÖu suÊt t¸ch Hg (Y, %) HiÖu suÊt t¸ch As(III) v As(V) (Y, %)<br /> 0,1 99,5 99,3<br /> 0,4 99,4 99,3<br /> 0,6 99,5 99,5<br /> 0,8 85,0 87,5<br /> 1,0 78,9 80,7<br /> <br /> B¶ng 3: KÕt qu¶ ph©n tÝch h m l îng As v Hg trong c¸c mÉu n íc ngÇm cña Tp Hå ChÝ Minh<br /> Tªn mÉu H m l îng As (µg/l) H m l îng Hg (µg/l)<br /> §L01 21,9 0,16<br /> §L02 3,27 0,26<br /> TP49 0,19 0,54<br /> TP44 0,22 0,02<br /> TP20 0,59 0,32<br /> TP26 0,25 0,05<br /> §L06 0,08 0,37<br /> §L07 0,01 0,02<br /> §LSF3 0,19 0,20<br /> TTD01 0,09 0,50<br /> MÉu n íc cÊt 4,98 1,02<br /> (200 ml + 5 µg As + 1 µg Hg)<br /> MÉu n íc cÊt 9,98 4,97<br /> (200 ml + 10 µg As + 5 µg Hg)<br /> MÉu n íc ngÇm TP26 5,27 2,24<br /> (200 ml + 5 µg As v 2 µg Hg)<br /> MÉu n íc ngÇm TTD01 10,10 5,09<br /> (200 ml + 10 µg As v 5 µg Hg)<br /> <br /> H m l îng Hg v As trong tÊt c¶ c¸c mÉu th êng n y ®Òu l c¸c mÉu lÊy ë c¸c giÕng<br /> n íc ngÇm ë tÇng QII-III ë c¸c khu vùc nghiªn n íc khoan bÞ nhiÔm phÌn. Nh÷ng kÕt qu¶ ban<br /> cøu ®Òu thÊp h¬n gi¸ trÞ cho phÐp. Tuy nhiªn cã ®Çu thu ® îc vÒ h m l îng As trong n íc<br /> thÓ quan s¸t ® îc sù bÊt b×nh th êng vÒ h m ngÇm cã thÓ më ra mét h íng nghiªn cøu vÒ<br /> l îng As trong mÉu §L01 (As = 21,9 µg/l), mèi liªn hÖ gi÷a sù tån t¹i l îng vÕt As trong<br /> mÉu §L02 (As = 3,27 µg/l) v mÉu TP20 (As = c¸c nguån n íc ngÇm bÞ nhiÔm phÌn ë c¸c khu<br /> 0,59 µg/l). C¸c mÉu cã h m l îng As bÊt b×nh vùc t¹i Tp Hå ChÝ Minh.<br /> <br /> 11<br />  IV - KÕT LUËN trong n íc ngÇm cña Tp Hå ChÝ Minh.<br /> <br /> Ph ¬ng ph¸p t¸ch v l m gi u ®ång thêi hai T1I LIÖU THAM KH¶O<br /> nguyªn tè Hg v As trong mÉu n íc b»ng ®ång<br /> kÕt tña víi ch× sunfua cho ph©n tÝch kÝch ho¹t 1. Nguyen Van Suc. J. of Radioanal. Nucl.<br /> n¬tron ®M kh¾c phôc ® îc nh÷ng khã kh¨n l©u Chem., Letters, Vol. 213, P. 65 - 70 (1996).<br /> nay c¸c nh ph©n tÝch th êng gÆp ph¶i l tiªu tèn 2. J. M. Lo, J. C. Wei, M. H. Yang, S. J. Yeh. J.<br /> nhiÒu thêi gian v hãa chÊt ®Ó t¸ch v l m gi u of Radioanal. Chem., Vol. 72, No. 1 - 2, P.<br /> riªng biÖt hai nguyªn tè n y. Quy tr×nh t¸ch v 571 - 585 (1982).<br /> l m gi u ®¬n gi¶n v cã thÓ ¸p dông cho hÇu hÕt 3. A. P. Grimanis et al.. J. of Radioanal. Chem.,<br /> c¸c ®èi t îng m«i tr êng v sinh häc víi ®é tin Vol. 72, No. 1 - 2, P. 587 - 595 (1982).<br /> cËy cao cña kÕt qu¶ ph©n tÝch. KÕt qu¶ nghiªn 4. G. M. Comparetto, G. D. Knias. J. of<br /> cøu ®ang ® îc ¸p dông ®Ó nghiªn cøu v ®¸nh Radioanal. Chem., Vol. 72, No. 1 - 2, P. 479 -<br /> gi¸ mét c¸ch cã hÖ thèng vÒ sù « nhiÔm asen 487 (1982).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 12<br />