Báo cáo nghiên cứu khoa học: "XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG KIM LOẠI ĐỒNG TRONG RAU MUỐNG Ở MỘT SỐ KHU VỰC THUỘC THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG" docx

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(40).2010 105 XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG KIM LOẠI ĐỒNG TRONG RAU MUỐNG Ở MỘT SỐ KHU VỰC THUỘC THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG PROPOSAL OF AN ANALYTICAL PROCEDURE TO DETERMINE COPPER CONTENT IN THE WATER SPINACH PLANTED IN DANANG CITY Nguyễn Thị Hường Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Ô nhiễm do kim loại nặng tích tụ trong rau xanh gây ra hiện đang được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. Ảnh hưởng đến sức khỏe con người khi nhiễm kim loại nặng là rất nghiêm trọng. Rau xanh được trồng trên các vùng đất ô nhiễm hoặc được tưới bằng nước thải chứa nhiều kim loại nặng là một trong những nguyên nhân làm tích tụ kim loại nặng trong các loại rau xanh. Việc xác định kim loại nặng có trong các loại rau xanh thự c phẩm là cấp thiết. Trong các phương pháp phân tích kim loại nặng, phương pháp phân tích cực phổ là một phương pháp phân tích hiệu quả, tin cậy. Trong bài báo này, quy trình phân tích hàm lượng Cu trong rau muống được trồng ở một vài khu vực thuộc thành phố Đà Nẵng được đề xuất. Để đánh giá quy trình, độ phát hiện, độ lặp của phương pháp phân tích được tính toán. Hàm lượng kim loại đồng trong các mẫu rau muống phân tích được vẫn nằm trong giới hạn an toàn. ABSTRACT Much attention has been paid to the heavy metal pollution in vegetables. This can have serious impacts on human health. The vegetables planted on polluted soil or sprayed with wastewater can absorb heavy metals and retain them for along time. There are many methods used in the analysis of metals. Of these, the polarographic analysis is noted as a useful method to determine metals at the ppm-concentration. In this research, an analytical procedure was proposed to determine the copper concentration in vegetables planted in Hoa Khanh Ward, Danang city. The accuracy and recovery of this analytical method were shown in this presentation. Results show that the concentration of copper is still at a safety level. 1. Đặt vấn đề Ô nhiễm môi trường hiện là vấn đề được nhiều nhà khoa học, quản lý quan tâm. Ảnh hưởng trực tiếp của ô nhiễm môi trường đến hoạt động sống của con người ngày càng rõ rệt. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu: nước biển dâng cao, bão lụt và hạn hán ngày càng phức tạp, khó dự báo. Chính vì vậy, giải quyết vấn đề này không chỉ là việc riêng của một quốc gia nào. Hoạt động công nghiệp là một trong những nguồn phát thải chính gây ô nhiễm. Chất thải với lượng lớn, ô nhiễm nặng được thải ra môi trường hằng năm của nhiều ngành công nghiệp khác nhau, tính chất của loại chất thải càng ngày càng phức tạp đã và đang gây ảnh hưởng trực tiếp đến con người. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(40).2010 106 Ô nhiễm kim loại nặng trong đất, nước và không khí gây ra tồn dư lâu dài trong các sản phẩm nông nghiệp được quan tâm nhiều trong thời gian gần đây. Từ năm 1971, WHO đã khẳng định ảnh hưởng xấu của kim loại nặng đến sức khỏe con người. Thông qua các sản phẩm nông nghiệp này, kim loại có tính độc cao đi vào cơ thể con người. Vấn đề trở nên cấp thiết hơn khi Việt Nam tham gia vào Tổ chức Thương mại Thế giới (WTO) - các sản phẩm nông nghiệp được kiểm tra nghiêm ngặt dư lượng kim loại nặng khi xuất khẩu. Rau xanh là một nhu cầu không thể thiếu của người dân trong khẩu phần ăn hằng ngày. Tất nhiên, nó sẽ không thể nằm ngoài ảnh hưởng đó nếu rau được trồng trên khu vực ô nhiễm và sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người. Kim loại nặng tồn dư trong rau xanh gây ra ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người. Rau xanh bị nhiễm bẩn kim loại nặng có thể do trồng trên đất đã bị ô nhiễm bởi các hoạt động công nghiệp hoặc được tưới bằng các loại nước thải ô nhiễm. Một con đường khác làm ô nhiễm kim loại nặng trong rau là kim loại nặng trong không khí kết tụ trên lá và sau đó thẩm thấu dần vào rau trong quá trình sản xuất, vận chuyển, kinh doanh. Ví dụ chì trong khói thải động cơ, lơ lửng trong không khí, gây nhiễm rau được trồng dọc các đường giao thông lớn. Với ý nghĩa đó, trong nghiên cứu này, một quy trình phân tích phù hợp để xác định lượng kim loại Cu trong rau muống được đề nghị. Phương pháp cực phổ kết hợp với kỹ thuật xung vi phân được cho là một trong những phương pháp có độ phát hiện cao, dễ thực hiện, có thể dùng để phân tích nhanh ở hiện trường. Phương pháp xử lý mẫu cũng được đặc biệt chú ý để đảm bảo kết quả phân tích chính xác. 2. Thực nghiệm 2.1. Thiết bị và dụng cụ, hóa chất Trong nghiên cứu này, hóa chất sử dụng là loại tinh khiết của hãng sản xuất Mecrk (CHLB Đức): HNO 3 , HClO 4 , KNO 3 , H 2 O 2 , HCl, dung dịch chuẩn Zn 2+ , Cd 2+ , Pb 2+ , Cu 2+ nồng độ 1000 ppm, nước cất hai lần và máy đo cực phổ, điện cực rắn màng thủy ngân CPA-HH3 (Việt Nam). 2.2. Lấy mẫu và xử lý mẫu Mẫu rau muống được lấy tại một số vị trí trồng rau thuộc thành phố Đà Nẵng trong khoảng từ tháng 10 đến tháng 11 năm 2009. Rau được rửa sạch và rửa lại bằng nước cất hai lần, cắt nhỏ khoảng 1cm, sấy khô đến khối lượng không đổi và được bảo quản để làm mẫu phân tích. Tỷ lệ về khối lượng giữa rau tươi và rau khô được xác định. 2.3. Phương pháp thực nghiệm Hai phương pháp vô cơ hóa mẫu: khô và khô ướt kết hợp được sử dụng trong nghiên cứu này. Dung dịch sau cùng được phân tích để xác định hàm lượng Cu trong rau bằng phương pháp cực phổ xung vi phân với điện cực màng thủy ngân được điều chế trên điện cực rắn than chì. Lượng mẫu rau khô cho mỗi thí nghiệm là 10g. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(40).2010 107 3. Kết quả và thảo luận 3.1.Xây dựng phương pháp phân tích Phương pháp cực phổ với kỹ thuật xung vi phân anode hòa tan được lựa chọn để xây dựng quy trình phân tích. Các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo được lựa chọn là: dung dịch nền, sự có mặt của các ion kim loại khác như kẽm, cadimi, chì. Nguyên tắc lựa chọn: chiều cao píc kim loại cần xác định không hoặc ít thay đổi khi có mặt các ion ảnh hưởng khác. Dung dịch nền được chọn là KCl 0,1M + HCl 0,15M, thời gian làm giàu 120 giây, thời gian nghỉ 10 giây. Bón nhiều loại phân, sử dụng các nguồn nước tưới tiêu cho rau cũng như sự ô nhiễm môi trường đất, không khí làm cho sự có mặt đồng thời nhiều kim loại nặng trong rau là có thể xảy ra. Vì vậy, ảnh hưởng của kẽm, cadimi, chì đến việc xác định đồng được nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu trên mẫu rau giả cho thấy không có sự ảnh hưởng của các kim loại nặng trên đến việc xác định đồng do vậy trong quá trình xác định nếu có mặt các kim loại trên ta không cần che chắn hoặc tách loại trước khi phân tích. Dựa trên hiệu suất thu hồi cao nhất, kết quả quá trình khảo sát điều kiện vô cơ hóa mẫu thu được là: * Phân hủy mẫu theo phương pháp khô: Thời gian nung: 460 O C Nhiệt độ nung: 1,5 giờ * Phân hủy mẫu theo phương pháp khô ướt kết hợp: Dung môi: 8 ml HNO 3 ; 0,3ml HClO 4 ; 4 ml H 2 O 2 Thời gian nung: 1,5 giờ Nhiệt độ nung: 450 O C Hiệu suất thu hồi của phương pháp phân hủy mẫu theo phương pháp khô và khô ướt kết hợp lần lượt là 62,48% và 82,70%. Với điều kiện tối ưu đã chọn, sai số thống kê của phương pháp tiến hành với năm thí nghiệm song song và kết quả được thể hiện ở bảng 1. Bảng 1. Kết quả đánh giá sai số của phương pháp Vô cơ hóa mẫu theo phương pháp Phương sai (s 2 ) Độ lệch chuẩn (s) Độ lệch chuẩn tương đối (RSD) Độ chính xác (ε) Sai số tương đối (∆ %) Khô 1,45.10 -5 3,81.10 -3 1,22 7,70.10 -3 2,46 Khô ướt kết hợp 1,16. 10 -5 3,14.10 -3 0,83 6,89.10 -3 1,67 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(40).2010 108 Kết quả trên cho thấy độ lệch chuẩn tương đối nhỏ trong cả hai phương pháp vô cơ hóa mẫu đặc biệt đối với vô cơ hóa mẫu theo phương pháp khô ướt kết hợp và phương pháp này cho hiệu suất thu hồi cao hơn. Tuy nhiên, vô cơ hóa mẫu theo phương pháp khô lại hạn chế nhiễm bẩn và an toàn hơn do sử dụng ít axit, đặc biệt HClO 4 . Dựa vào các kết quả khảo sát ở trên, quy trình phân tích được đề nghị để xác định đồng trong mẫu rau (hình 1 và hình 2) Hình 1. Sơ đồ quy trình phân tích xác định hàm lượng đồng theo phương pháp khô Hình 2. Quy trình phân tích hàm lượng đồng theo phương pháp khô ướt kết hợp. -để nguội -5 ml HNO 3 10%(2 lần) ế -nhiệt độ nung: 450 o C -thời lượng nung: 1,5 giờ Cân 10 gam mẫu khô Tro trắng Than đen Lọc, định mức bằng dung dịch nền (sau khi đã đuổi hết axit dư) Dung dịch phân tích -Làm ẩm mẫu -Thêm 8 ml HNO 3 đặc;0,3 ml HClO 4 đặc;4mlH 2 O 2 30%;10 ml KNO 3 10% -Ngâm mẫu qua đêm -Đun sôi nhẹ trên bếp điện Muối ẩm Đo trên máy CPA - HHA Bếp điện Tro trắng Than đen Lọc, định mức bằng dung dịch nền (sau khi đã đuổi hết axit dư) Dung dịch phân tích -Để nguội; thêm 5 ml HNO 3 10%(2 lần) -Đun nhẹ trên bếp điện Nhiệt độ nung: 460 o C; thời gian nung: 1,5 giờ Muối ẩm Đo trên máy CPA - HHA Cân 10 gam mẫu khô TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(40).2010 109 3.3.Phân tích hàm lượng Cu 2+ trong một số mẫu rau trên địa bàn thành phố Đà Nẵng Áp dụng quy trình phân tích được xây dựng ở trên, chúng tôi tiến hành phân tích xác định Cu 2+ trong một số mẫu rau tại Hòa Hiệp Nam, Hòa Khánh Bắc, bãi rác Hòa Minh, Chơn Tâm thuộc quận Liên Chiểu và Mân Thái thuộc quận Sơn Trà vào khoảng tháng 10, 11 năm 2009. Kết quả xác định hàm lượng đồng được thể hiện ở bảng 2 và các pic hòa tan của đồng được thể hiện qua hình 3. Bảng 2. Kết quả hàm lượng đồng trên một số mẫu rau Hàm lượng đồng theo phương pháp vô cơ hóa mẫu (mg/kg rau tươi) Ký hiệu mẫu Địa điểm lấy mẫu Phương pháp khô Phương pháp khô ướt kết hợp M1 Hòa Hiệp Nam, Liên Chiểu 0,543 0,572 M2 Hòa Khánh Bắc, Liên Chiểu 0,573 0,590 M3 Bãi rác Hòa Minh, Liên Chiểu 0,721 0,798 M4 Chơn Tâm, Hòa Minh, Liên Chiểu 0,300 0,322 M5 Mân Thái, Sơn Trà 0,400 0,400 M1 M2 M3 M4 U(V ) 0.10.050-0.05-0.1-0.15-0.2-0.25-0.3-0.35-0.4-0.45-0.5-0.55-0.6-0.65-0.7-0.75-0.8-0.85-0.9-0.95 i (mA) 0.05 0.05 0.04 0.04 0.03 0.03 0.02 0.02 0.01 0.01 U(V ) 0.10.050-0.05-0.1-0.15-0.2-0.25-0.3-0.35-0.4-0.45-0.5-0.55-0.6-0.65-0.7-0.75-0.8-0.85-0.9-0.95 i (mA) 0.05 0.05 0.04 0.04 0.03 0.03 0.02 0.02 0.01 0.01 U( V ) 0.10.050-0.05-0.1-0.15-0.2-0.25-0.3-0.35-0.4-0.45-0.5-0.55-0.6-0.65-0.7-0.75-0.8-0.85-0.9-0.95 i (mA) 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 U(V ) -0.3-0.35-0.4-0.45-0.5-0.55-0.6-0.65-0.7-0.75-0.8-0.85-0.9-0.95 i (mA) 0.03 0.02 0.02 0.01 0.01 0.00 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(40).2010 110 U(V) -0.3-0.35-0.4-0.45-0.5-0.55-0.6-0.65-0.7-0.75-0.8-0.85-0.9-0.95 i (mA) 0.03 0.02 0.02 0.01 0.01 0.00 M5 Hình 3. Các pic hòa tan đồng của các mẫu rau tương ứng. Kết quả trên cho thấy, phương pháp vô cơ hóa khô hay khô ướt kết hợp trên cùng một mẫu rau cho kết quả phân tích tương đương nhau. Hàm lượng đồng trong các mẫu rau muống nằm trong giới hạn cho phép theo quy định của Bộ Y tế. Vì vậy có thể cho rằng chưa có sự ô nhiễm kim loại đồng trong rau muống trên một số địa điểm trên. Tuy nhiên, hàm lượng đồng trong các mẫu có khác nhau. Mẫu lấy ở địa điểm Hòa Khánh Bắc, Liên Chiểu cho hàm lượng đồng cao hơn mẫu lấy ở địa điểm Hòa Hiệp Nam, Liên Chiểu: lý do này có thể là nước thải của các nhà máy được sử dụng để tưới cho rau hoặc rau muống được trồng trên các loại bùn thải của khu công nghiệp. Khu vực Chơn Tâm, Hòa Minh, Liên Chiểu do khu dân cư chưa được quy hoạch xong, có nhiều hộ chăn nuôi nhỏ lẻ nên nguồn nước thải từ chăn nuôi, cùng với nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý thải ra ao hồ làm ô nhiễm nguồn nước. Nước được sử dụng để tưới rau do đó trong rau muống vẫn chứa một lượng Cu nhất định. Mẫu lấy tại bãi rác Khánh Sơn, Hòa Minh, Liên Chiểu cho hàm lượng đồng cao hơn so với các địa điểm lấy mẫu khác do tại đây nước rác có thể đã thấm qua đất, làm ô nhiễm đất, ô nhiễm nguồn nước mặt và cả ô nhiễm không khí. 4. Kết luận - Phương pháp phân tích cực phổ xung vi phân cho kết quả tin cậy trong việc xác định dư lượng kim loại Cu trong rau muống. Với việc kết nối máy đo với máy tính đã làm tăng độ tin cậy, chính xác của các số liệu đo. - Đã xây dựng quy trình phân tích hàm lượng đồng trong rau muống. Quy trình có thể sử dụng để xác định hàm lượng kim loại Cu trong các loại rau xanh và được trồng tại các khu vực khác. - Vô cơ hóa mẫu theo phương pháp khô và khô ướt kết hợp là phù hợp để xác định hàm lượng đồng trong rau muống. Vô cơ hóa mẫu theo phương pháp khô cho hiệu suất thấp hơn vô cơ hóa mẫu theo phương pháp khô ướt kết hợp. Tuy nhiên, việc lựa chọn phương pháp còn phụ thuộc điều kiện cụ thể. - Đã áp dụng quy trình phân tích trên một số mẫu rau thuộc địa bàn thành phố Đà Nẵng. Hàm lượng đồng trong các mẫu rau đó nằm trong giới hạn cho phép của Bộ Y tế. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(40).2010 111 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Lê Huy Bá, Độc học Môi trường, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2002. [2]. Bộ Y tế, Danh mục tiêu chuẩn vệ sinh đối với lương thực thực phẩm (Ban hành kèm theo Quyết định số 867/1998 QĐ-BYT của Bộ trưởng Bộ Y Tế 4/6/1998) [3]. Từ Văn Mặc, Phân tích Hóa lý, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2000. [4]. Nguyễn Thị Hường, Đề tài cấp cơ sở, Mã số T2009 - 03 - 55, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng, 2009. [5]. http://www.dinhduong.org.vn [6]. S. Bose, A.K. Bhattacharyya, Chemosphere 70 (2008) 1264-1272). [7]. Somenath Mitra, Sample preparation techniques in Analytical chemistry, 2003. . TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(40).2010 105 XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG KIM LOẠI ĐỒNG TRONG RAU MUỐNG Ở MỘT SỐ KHU VỰC THUỘC THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG PROPOSAL. đo. - Đã xây dựng quy trình phân tích hàm lượng đồng trong rau muống. Quy trình có thể sử dụng để xác định hàm lượng kim loại Cu trong các loại rau xanh và được trồng tại các khu vực khác. -. hiệu quả, tin cậy. Trong bài báo này, quy trình phân tích hàm lượng Cu trong rau muống được trồng ở một vài khu vực thuộc thành phố Đà Nẵng được đề xuất. Để đánh giá quy trình, độ phát hiện,