Báo cáo nghiên cứu khoa học: "ác định hàm lượng Cadimi di động trong đất trồng rau ở phường Vinh Tân, thành phố Vinh, Nghệ An bằng phương pháp vôn - ampe hoà tan anôt xung vi phân (DPASV)" pdf

trờng Đại học Vinh Tạp chí khoa học, tập XXXVII, số 3A-2008 29 Xác định hàm lợng Cadimi di động trong đất trồng rau ở phờng Vinh Tân, thành phố Vinh, Nghệ An bằng phơng pháp vôn - ampe hoà tan anôt xung vi phân (DPASV) Võ Thị Hoà (a) Tóm tắt. Hàm lợng cadimi di động trong đất đợc định lợng bằng phơng pháp DPASV. Một số dung dịch chiết rút đợc sử dụng là: HCl 1M, HCl 0,1M, EDTA 0,05M (pH = 5,0), đệm amoni axetat (pH = 4,8), NH 4 NO 3 1M. Kết quả cho thấy hàm lợng cadimi di động trong đất (mg/kg) là 0,3579 0.0116; 0,2251 0,0060; 0,1901 0,0060; 0,1295 0,0030; 0,0496 0,0015, tơng ứng với các dung dịch chiết rút: HCl 1M, HCl 0,1M, EDTA 0,05M (pH = 5,0), đệm amoni axetat (pH = 4,8), NH 4 NO 3 1M. Kết quả thu đợc cũng phù hợp với phơng pháp AAS. I. Mở đầu Cadimi (Cd) đợc xem là chất không có chức năng thiết yếu về sinh học mà ngợc lại có tính độc cao đối với thực vật và động vật. Cd có thể tích tụ trong cơ thể ngời và nếu đạt tới nồng độ nào đó có thể ảnh hởng đến sức khoẻ con ngời nh gây bệnh về xơng, làm tổn hại thận, rối loạn vai trò sinh hoá của enzim. Hàm lợng Cd trong đất (đặc biệt là dạng di động) hiện nay là một trong những nguyên nhân chính ảnh hởng đến Cd chứa trong cây trồng. Vì vậy việc xác định hàm lợng Cd di động trong đất trồng trọt là việc cần thiết, nhng cho đến nay các tài liệu trong nớc đề cập đến vấn đề này cha nhiều. Trong bài báo này, chúng tôi trình bày kết quả xác định hàm lợng cadimi di động trong đất trồng rau ở phờng Vinh Tân, thành phố Vinh, Nghệ An khi sử dụng một số dung dịch chiết rút khác nhau rồi phân tích bằng phơng pháp von-ampe hoà tan anot xung vi phân (DPASV). II. Thực nghiệm 2.1. Thiết bị và hoá chất * Các hoá chất dùng trong các thí nghiệm đều có độ tinh khiết phân tích của hãng Merck * Thiết bị, máy đo: Máy cực phổ: 797 VA- computrace - Metrohm. Máy AAS: AA 240 FS- Varian. Thiết bị nguyên tử hoá: GTA- 120. Cân phân tích có độ chính xác 10 -5 g. 2.2. Chọn phơng pháp đo và các chế độ đo: 2.2.1. Phơng pháp von-ampe hoà tan anot xung vi phân (DPASV) [ 2], [3] * Đo theo phơng pháp thêm chuẩn. * Các tham số đo: -Thế điện phân: - 0,80 V; quét thế từ -1,20 V đến - 0,30 V (trong trờng hợp khảo sát E 1/2 của Cd(II) trong các dung dịch nền đã chọn); quét thế . Nhận bài ngày 29/7/2008. Sửa chữa xong 24/9/2008. Võ Thị Hoà Xác định hàm lợng Cadimi di động trong đất , Tr. 29-34 30 từ - 0,80 V đến - 0,40 V (trong trờng hợp khảo sát các yếu tố ảnh hởng và định lợng); tốc độ quét: 0,06 V/s; thời gian sục khí: 300s; thời gian điện phân: 90s; kiểu điện cực: HMDE. Nền là dung dịch đệm axetat (pH = 4,6), đối với mẫu chiết bằng EDTA thì dùng HCl 1M để điều chỉnh pH =1,0. 2.2.2. Phơng pháp AAS (để so sánh) Xác định hàm lợng cadimi trong các mẫu phân tích bằng phơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa [5 ], so sánh với phơng pháp DPASV 2.3. Các bớc tiến hành: - Lấy mẫu đất và xử lý mẫu [1], [4]: Mẫu đất đợc lấy ở các độ sâu: 0ữ10 cm; 10ữ 20 cm; 20ữ30cm, ở các vị trí khác nhau của các thửa ruộng trồng rau muống ở phờng Vinh Tân. thành phố Vinh, Nghệ An. Đất đợc hong khô trong không khí, nghiền, rây và trộn đều. Mẫu phân tích hàm lợng cadimi tổng số đợc xử lí theo phơng pháp tiêu chuẩn USEPA -1995. Đối với các mẫu phân tích hàm lợng Cd di động chúng tôi chọn các dung dịch chiết rút sau: HCl 1M và HCl 0,1M (đại diện cho nhóm chất chiết rút là các axit mạnh); Dung dịch đệm amoni axetat NH 4 Ax (pH =4,8) (đại diện cho nhóm chất chiết rút là các dung dịch đệm); EDTA 0,05M (pH = 5,0) (đại diện cho nhóm chất chiết rút là các chất có khả năng tạo phức); Dung dịch NH 4 NO 3 1M (đại diện cho nhóm chất chiết rút là các muối trung hoà). Tỷ lệ đất / dung dịch chiết rút là 10g/100 ml, thời gian lắc là 1h. - Khảo sát E 1/2 của Cd(II) trong dung dịch nền đệm axetat (pH=4,6) và nền HCl có pH=1,0 - Khảo sát sự ảnh hởng của một số ion kim loại có thể bị chiết cùng với cadimi. - Xác định hàm lợng Cd(II) trong một số dung dịch chiết rút: HCl 1M, HCl 0,1M, EDTA 0,05M (pH = 5,0), đệm amoni axetat (pH = 4,8), NH 4 NO 3 1M và hàm lợng Cadimi tổng số theo phơng pháp DPASV. Tính tỷ lệ chiết (% so với hàm lợng tổng số). - Xác định hàm lợng Cd(II) trong một số dung dịch chiết rút (HCl 1M, HCl 0,1M, EDTA 0,05M (pH = 5,0), đệm amoni axetat (pH = 4,8), NH 4 NO 3 1M) bằng phơng pháp AAS (để so sánh). III. Kết quả và thảo luận 3.1. Lấy mẫu đất và xử lí mẫu đất: Đã trình bày ở trên 3.2. Khảo sát E 1/2 của Cd(II) trong dung dịch nền đệm axetat pH = 4,6 và dung dịch HCl có pH = 1,0 - Lấy 1,0 ml dung dịch chuẩn Cd 2+ 1ppm, 0,5 ml dung dịch đệm axetat, pha loãng đến 10,0 ml, chạy cực phổ với các thông số đã chọn ở trên, quét thế từ - 1,2 V trờng Đại học Vinh Tạp chí khoa học, tập XXXVII, số 3A-2008 31 đến - 0,30V. Sau đó tiến hành thêm 2 lần, mỗi lần 0,2ml dung dịch chuẩn Cd 2+ 1ppm. Tiến hành tơng tự nhng thay dung dịch nền đệm axetat bằng nền HCl có pH = 1,0. Kết quả cho thấy E 1/2 = - 0,598 V trong nền dung dịch đệm axetat và E 1/2 = - 0,624 V trong nền HCl có pH = 1,0. - Lấy 1,0 ml dung dịch Cd 2+ 1ppm, 1,0ml EDTA 0,05M, 0,5 ml dung dịch đệm axetat, pha loãng đến 10,0 ml. Tiến hành chạy cực phổ nh thí nghiệm thứ nhất. Kết quả cho thấy không có pic xuất hiện. - Tiến hành tơng tự nh thí nghiệm thứ hai nhng thay đệm axetat bằng cách thêm HCl 1M sao cho pH=1,0. Kết quả cho thấy pic Cd (II) có E 1/2 = - 0,624 V. Nh vậy, nếu chiết cadimi trong đất bằng EDTA thì dịch chiết đợc phân tích trong nền HCl với pH = 1,0. 3.3. Khảo sát lợng dung dịch nền axetat tối u: Lấy cố định 1,0ml dung dịch Cd 2+ 1ppm, thêm lần lợt dung dịch đệm axetat (pH = 4,5) tăng dần, pha loãng đến 10 ml, tiến hành chạy cực phổ từ - 0,8V đến - 0,40V. Kết quả thu đợc ở bảng1. Bảng 1: Kết quả khảo sát lợng dung dịch nền (đệm axetat) tối u TT Vđệm (ml) Chiều cao pic (A) TT Vđệm (ml) Chiều cao pic (A) 1 0,20 2,68.10 -7 4 1,00 2,58.10 -7 2 0,50 2,85.10 -7 5 1,50 2,55.10 -7 3 0,70 2,84.10 -7 6 2,00 2,39.10 -7 Nhận xét: Thể tích dung dịch nền tối u cho dung dịch Cd 2+ 0,1ppm là 0,5 ml. 3.4. Khảo sát E 1/2 của một số ion có thể cùng bị chiết với Cd(II) và khảo sát ảnh hởng của Cu(II) Khảo sát sự xuất hiện pic của một số chất có khả năng bị chiết cùng với Cd(II) nh Fe(II), Fe(III), Zn, Cu, Co, Ni, Mn, Mo, quét thế từ - 0,80 V đến - 0, 40 V thì thấy chỉ xuất hiện pic của Pb(II) ở E 1/2 = - 0,41 V nhng theo [2], [3] và một số tài liệu khác thì có thể định lợng cadimi khi nồng độ của chì gấp 100 lần nồng độ của Cd. Cu(II) không xuất hiện pic trong vùng thế này nhng để xét xem trong điều kiện phân tích đã chọn, hiện tợng tạo hợp chất gian kim loại giữa Cd và Cu có ảnh hởng đến phép định lợng Cd(II) hay không, ta tiến hành nh sau: Lấy cố định 1,0 ml dung dịch Cd 2+ 1ppm, 0,5 ml dung dịch đệm axetat, thể tích Cu 2+ 100 ppm tăng dần, pha loãng đến 10,0 ml. Tiến hành chạy cực phổ, kết quả thu đợc ở bảng 2. Võ Thị Hoà Xác định hàm lợng Cadimi di động trong đất , Tr. 29-34 32 Bảng 2: Kết quả khảo sát ảnh hởng của Cu(II) đến phép định lợng Cd(II) TT V Cu 2+ (ml) Chiều cao pic (A) q% TT V Cu 2+ (ml) Chiều cao pic (A) q% 1 0,00 2,85.10 -7 0,00 4 1,00 2,90.10 -7 1,72 2 0,30 2,84.10 -7 0,35 5 1,30 2,98.10 -7 3,89 3 0,60 2,87.10 -7 0,71 6 1,50 3,0110 -7 5,34 Nhận xét: Khi nồng độ Cu 2+ gấp 130 lần nồng độ Cd 2+ thì q < 5%, nh vậy có thể định lợng Cd (II) trong đất này bằng phơng pháp DPASV mà không cần che Cu(II) 3.5. Xác định hàm lợng Cd(II) trong các dung dịch chiết rút bằng phơng pháp DPASV và AAS a) Lấy 2,0 ml dung dịch chiết rút bằng dung dịch đệm NH 4 Ax (pH=4,8), thêm 0,5 ml dung dịch đệm axetat, pha loãng đến 10,0 ml. Tiến hành phân tích theo phơng pháp DPASV theo phơng pháp thêm chuẩn. Thêm dung dịch chuẩn Cd 2+ 0,3ppm 2 lần, mỗi lần 0,1 ml, kết quả thu đợc ở hình 1. Hình 1: Kết quả định lợng Cd(II) trong dung dịch chiết là đệm NH 4 Ax (pH=4,8) b) Lặp lại các thí nghiệm trên 3 lần và tiến hành tơng tự với các dung dịch chiết rút khác. Riêng mẫu chiết bằng dung dịch EDTA 0,05 M thì dùng dung dịch HCl điều chỉnh pH =1,0 rồi tiến hành phân tích (không dùng dung dịch đệm). Kết quả thu đợc ở bảng 3. c) Tiến hành tơng tự với mẫu phân tích hàm lợng Cd tổng số. Kết quả xác định đợc hàm lợng Cd tổng số là (0,4431 0,0300 ) mg/kg. d) Phân tích hàm lợng cadimi trong các dung dịch chiết rút bằng phơng pháp AAS. Kết quả thu đợc ở bảng 3. trờng Đại học Vinh Tạp chí khoa học, tập XXXVII, số 3A-2008 33 Bảng 3: Kết quả xác định hàm lợng Cd(II) di động trong đất bằng phơng pháp DPASV và AAS TT Mẫu Hàm lợng của Cd trong đất (mg/kg) (p.p DPASV) q% Tỷ lệ chiết % Hàm lợng Cd trong đất (mg/kg) (p.p AAS) 1 Chiết bằng HCl 1M 0,3579 0.0116 3,23 81,34 0,3532 0.0116 2 Chiết bằng HCl 0,1M 0,2251 0,0060 2,67 51,15 0,2269 0,0060 3 Chiết bằng EDTA 0,05M (pH=5,0) 0,1901 0,0060 3,16 43,20 0,1881 0,0080 4 Chiết bằng dung dịch đệm NH 4 Ax (pH = 4,8) 0,1295 0,0030 2,31 29,43 0,1279 0,0040 5 Chiết bằng NH 4 NO 3 1M 0,0496 0,0015 3,02 11,24 0,0515 0,0180 e) Xử lý các kết quả thực nghiệm thu đợc của hai phơng pháp DPASV và AAS bằng toán học thống kê cho thấy có sự phù hợp. IV. Kết luận - Đã khảo sát E 1/2 của Cd (II) trong dung dịch nền đệm axetat pH = 4,5 và HCl (pH=1,0) khi có và khi không có mặt EDTA. - Đã khảo sát E 1/2 của một số ion có thể ảnh hởng đến việc định lợng Cd(II) và khảo sát ảnh hởng của Cu 2+ . Kết quả cho thấy khi định lợng Cadimi trong đất bằng phơng pháp DPASVvới nền là đệm axetat pH = 4,5 và HCl (pH=1,0) (trong trờng hợp chiết bằng EDTA) thì không cần loại trừ ảnh hởng của một số ion có trong đất có thể cùng bị chiết với cadimi - Đã xác định đợc hàm lợng Cd tổng số và di động khi sử dụng một số chất chiết rút khác nhau trong đất trồng rau muống ở phờng Vinh Tân, thành phố Vinh, Nghệ An bằng phơng pháp DPASV. Theo TCVN 7209: 2002 thì hàm lợng Cd tổng số của đất này không vợt quá giới hạn tối đa cho phép (giới hạn tối đa cho phép hàm lợng Cd tổng số trong đất sử dụng cho mục đích nông nghiệp là 2 mg/kg). Tài liệu tham khảo [1] M. A. Kashem, B. R. Singh, T. Kondo, S. M. Imamul Huq, S. Kawai, Comparison of extractability of Cd,Cu,Pb and Zn with sequential extraction in contaminated and non-contaminated soils,.Environmental Science Tech, Vol 4, 2007, 169-176 Vâ ThÞ Hoµ X¸c ®Þnh hµm l−îng Cadimi di ®éng trong ®Êt , Tr. 29-34 34 [2] Onar AN, Temizer A, Determination of lead and cadmium in urine by differential-pulse anodic stripping voltammetry, Analyst, Vol 112, 1987, 227-229. [3] T. Nedeltcheva, K.Atarassova, J.Dimitrov and L.Stanislavova. Determination of Zn,Cd,Pb and Cu in soil extracts by combined stripping voltammetry. Analytica Chemica Acta, Vol 528, Jenuary, 2005, 143-146. [4] W. Z. Kocialkowski, J. B. Diatta, W. Grzebisz, Evaluation of chelating agents as heavy metals extractants in agricultural soil under threat of contamination, Polish Journal of Environmental Studies, Vol. 8, No. 3, 1999, 149-154. [5] ISO 11047: 1998. Soil quality – Determination of cadmium, chromium, cobalt, copper, lead, manganese, nickel and zinc - Flame and eletrothermal atomic absorption spectrometric methods. Summary Determination of mobile form contents of cadmium in vegetable soil in Vinh Tan ward, Vinh city, NghÖ An province by differential pulse anodic stripping voltammetry method (DPASV) The amount of mobile forms of cadmium in vegetable soil were determined by differential pulse anodic stripping voltammetry (DPASV). Extractants have been used: HCl, buffer axetate (pH=4,8), EDTA solution 0,05M (pH=5,0), NH 4 NO 3 1M. The research results showed that: amount of mobile form of cadmium in vegetable soil (mg/kg) were found: 0,3579 ± 0.0116; 0,2251 ± 0,0060; 0,1901 ± 0,0060; 0,1295 ± 0,0030; 0,0496 ± 0,0015, for solution of extractants: HCl 1M; HCl 0,1M; buffer axetate (pH=4,8); EDTA 0,05M (pH=5,0); NH 4 NO 3 1M, respectively. DPASV results were in good agreement with the AAS analysis. (a) Khoa Ho¸ häc, Tr−êng §¹i häc Vinh. . học Vinh Tạp chí khoa học, tập XXXVII, số 3A-2008 29 Xác định hàm lợng Cadimi di động trong đất trồng rau ở phờng Vinh Tân, thành phố Vinh, Nghệ An bằng phơng pháp vôn - ampe hoà tan an t. bài báo này, chúng tôi trình bày kết quả xác định hàm lợng cadimi di động trong đất trồng rau ở phờng Vinh Tân, thành phố Vinh, Nghệ An khi sử dụng một số dung dịch chiết rút khác nhau rồi phân. chất chiết rút khác nhau trong đất trồng rau muống ở phờng Vinh Tân, thành phố Vinh, Nghệ An bằng phơng pháp DPASV. Theo TCVN 7209: 2002 thì hàm lợng Cd tổng số của đất này không vợt quá giới