Luận án Nghiên cứu phát triển điện cực màng vàng trên nền carbon paste cho phương pháp von-ampe hòa tan anot xác định As(III) và As(V) trong nước tự nhiên

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN ĐIỆN CỰC MÀNG VÀNG TRÊN NỀN CARBON PASTE CHO PHƯƠNG PHÁP VON-AMPE HÒA TAN ANOT XÁC ĐỊNH As(III) VÀ As(V) TRONG NƯỚC TỰ NHIÊN

Ngành:

HÓA PHÂN TÍCH

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án tập trung vào nghiên cứu phát triển phương pháp và điện cực mới để xác định asen (As) trong nước tự nhiên. Asen là nguyên tố gây ô nhiễm nghiêm trọng, được Tổ chức Nghiên cứu bệnh Ung thư Thế giới (IARC) xếp vào nhóm 1 chất gây ung thư, với dạng As(III) độc hơn As(V) 60 lần. Các phương pháp phân tích phổ truyền thống tuy có giới hạn phát hiện thấp nhưng thường đắt tiền, cồng kềnh và đòi hỏi quy trình chuẩn bị mẫu phức tạp, không phù hợp cho phân tích tại hiện trường.

Phương pháp von-ampe hòa tan (SV), đặc biệt là von-ampe hòa tan anot (ASV) sử dụng điện cực biến tính vàng, được xem là hướng nghiên cứu đầy triển vọng nhờ độ nhạy, độ chọn lọc cao, thiết bị đơn giản, nhỏ gọn và thời gian phân tích ngắn. Một thách thức lớn là phân tích định lượng trực tiếp As(V) vốn thường phải qua giai đoạn khử hóa học. Việc phân tích trực tiếp As(V) sẽ giúp rút ngắn thời gian, giảm sử dụng hóa chất và tránh nhiễm bẩn mẫu.

Mục tiêu của luận án là nghiên cứu phát triển điện cực màng vàng trên nền carbon paste (AuFE/CP) cho phương pháp von-ampe hòa tan anot xung vi phân (DP-ASV) để xác định lượng vết As(III) và As(V) trong nước tự nhiên. Nghiên cứu đã khảo sát đặc tính của điện cực AuFE/BDD và AuFE/CP trong các môi trường khác nhau, đồng thời tối ưu hóa các thông số kỹ thuật von-ampe. Luận án đã phát triển thành công điện cực màng vàng ex-in situ trên nền than nhão để xác định As(III) vô cơ trong nền HCl và axit ascorbic, cũng như xác định cả As(III) và As(V) vô cơ trong nước tự nhiên trong nền Na2SO3 có mặt Mn(II).

Kết quả cho thấy, phương pháp DP-ASV sử dụng điện cực AuFE/CP có độ lặp lại và độ đúng tốt, giới hạn phát hiện thấp (As(III) 0,09 µg/L, As(V) 0,20 µg/L) và khoảng tuyến tính rộng (lên đến 70 µg/L), vượt trội so với AuFE/BDD về khoảng tuyến tính. Quy trình phân tích trực tiếp As(III) và As(V) đã được xây dựng và áp dụng thành công để phân tích các mẫu nước tự nhiên ở Hà Nội, Quảng Bình và Thừa Thiên Huế, với kết quả tương đương phương pháp chuẩn GF-AAS. Điều này khẳng định tiềm năng ứng dụng thực tiễn của phương pháp trong quan trắc asen trong nước sinh hoạt.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU

• Chương 1. TỔNG QUAN

  • 1.1. Giới thiệu về asen
  • 1.2. Các phương pháp phân tích lượng vết asen trong nước tự nhiên
  • 1.3. Kết luận chung

• Chương 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

  • 2.1. Nội dung nghiên cứu
    • i) Khảo sát đặc tính von-ampe hòa tan bằng kỹ thuật von-ampe vòng: xác định diện tích bề mặt hoạt động của điện cực; đặc tính von-ampe hòa tan của asen trên điện cực AuFE/BDD hoặc AuFE/CP trong môi trường HCl; AuFE/CP trong môi trường Na2SO3.
    • ii) Nghiên cứu xác định As(III) bằng phương pháp von-ampe hòa tan xung vi phân (DP-ASV) trên điện cực AuFE/BDD và AuFE/CP trong môi trường HCl: khảo sát ảnh hưởng của thành phần nền, các yếu tố ảnh hưởng; đánh giá độ tin cậy của phương pháp.
    • iii) Nghiên cứu xác định As(V) bằng phương pháp DP-ASV trên điện cực AuFE/CP trong môi trường Na2SO3: khảo sát ảnh hưởng của thành phần nền; các yếu tố ảnh hưởng; đánh giá độ tin cậy của phương pháp.
    • iv) Nghiên cứu phân tích hỗn hợp As(III) và As(V) bằng phương pháp DP-ASV trên điện cực AuFE/CP trong môi trường Na2SO3: khảo sát ảnh hưởng của thành phần nền Au(III); các yếu tố ảnh hưởng; đánh giá độ tin cậy của phương pháp.
    • v) So sánh các phương pháp DP-ASV để định lượng trực tiếp As(III) và As(V).
    • vi) Xây dựng quy trình phân tích trực tiếp As(III), As(V) bằng phương pháp DP-ASV với điện cực AuFE/CP và áp dụng thực tế.
  • 2.2. Phương pháp nghiên cứu
    • Phương pháp chuẩn bị điện cực làm việc.
    • Phương pháp chuẩn bị, bảo quản, xử lý mẫu phân tích.
    • Phương pháp von-ampe hòa tan anot xung vi phân và von-ampe vòng.
    • Phương pháp khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến tín hiệu von-ampe hòa tan của asen: Phương pháp đơn biến.
    • Phương pháp đánh giá độ tin cậy của phương pháp phân tích.
  • 2.3. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất

• Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN

  • 3.1. Khảo sát đặc tính von-ampe hòa tan bằng phương pháp von-ampe vòng
    • 3.1.1. Xác định diện tích bề mặt hoạt động của điện cực
    • 3.1.2. Đặc tính von-ampe hòa tan của asen
      • i) Trong môi trường HCl 1 M
      • ii) Trong môi trường Na2SO3 0,05 М
  • 3.2. Nghiên cứu xác định As(III) với điện cực kim cương pha tạp bo màng vàng và điện cực than nhão màng vàng
    • 3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của thành phần nền đến tín hiệu hòa tan của asen
      • 3.2.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ HCl
      • 3.2.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Au(III) thêm vào dung dịch phân tích
      • 3.2.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit ascobic
    • 3.2.2. Ảnh hưởng của một số thông số kỹ thuật von-ampe xung vi phân đến Ip
    • 3.2.3. Ảnh hưởng của tốc độ quay điện cực (ω)
    • 3.2.4. Ảnh hưởng của thế và thời gian điện phân làm giàu
    • 3.2.6. Ảnh hưởng của các chất cản trở
    • 3.2.7. Đánh giá độ tin cậy của phương pháp
    • 3.2.8. Quy trình phân tích As(III) bằng phương pháp DP-ASV trên AuFE/CP trong môi trường HCl
  • 3.3. Nghiên cứu xác định As(V) với AuFE/CP trong môi trường Na2SO3
    • 3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của thành phần nền đến tín hiệu hòa tan của asen
      • 3.3.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Na2SO3
      • 3.3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Mn(II)
    • 3.3.2. Ảnh hưởng của một số thông số kỹ thuật von-ampe xung vi phân đến Ip
    • 3.3.3. Ảnh hưởng của tốc độ quay điện cực
    • 3.3.4. Ảnh hưởng của thế và thời gian điện phân làm giàu
    • 3.3.5. Ảnh hưởng của thế và thời gian làm sạch
    • 3.3.6. Ảnh hưởng của các chất cản trở
    • 3.3.7. Đánh giá độ tin cậy của phương pháp
  • 3.4. Phân tích hỗn hợp As(III) và As(V) với AuFE/CP trong môi trường Na2SO3
    • 3.4.1. Điều kiện thích hợp để xác định As(V)
    • 3.4.2. Ảnh hưởng của nồng độ Au in situ
    • 3.4.3. Ảnh hưởng của thời gian điện phân làm giàu (tdep)
    • 3.4.4. Ảnh hưởng của ion Cl và HCO3-
    • 3.4.5. Đánh giá độ tin cậy của phương pháp
    • 3.4.6. Quy trình phân tích trực tiếp As(III) và As(V) bằng phương pháp DP-ASV trên AuFE/CP trong môi trường Na2SO3
  • 3.5. So sánh các phương pháp von-ampe anot xác định asen
  • 3.6. Áp dụng thực tế
    • 3.6.1. Chuẩn bị mẫu
    • 3.6.2. Kiểm soát chất lượng quy trình phân tích
      • 3.6.2.1. Độ lặp lại
        • 3.6.2.1.1. Độ lặp lại
        • 3.6.2.1.2. Độ tái lặp
      • 3.6.2.2. Độ đúng
        • 3.6.2.2.1. Phân tích mẫu chuẩn được chứng nhận (CRM)
        • 3.6.2.2.2. Phân tích mẫu thực tế được thêm chuẩn (spiked sample)
        • 3.6.2.2.3. Phân tích mẫu thực tế bằng phương pháp chuẩn
    • 3.6.3. Kết quả phân tích As(III), As(V) của mẫu nước tự nhiên

• KẾT LUẬN

• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN