trường Đại học Vinh Tạp chí khoa học, tập XXXVII, số 3A-2008 Xác định hàm lượng Cadimi di động trong đất trồng rau ở phường Vinh Tân, thành phố Vinh, Nghệ An bằng phương pháp vôn - amp
Trang 1trường Đại học Vinh Tạp chí khoa học, tập XXXVII, số 3A-2008
Xác 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)
Võ Thị Hoà(a)
Tóm tắt Hàm lượng cadimi di động trong đất được định lượng bằng phương
pháp DPASV Một số dung dịch chiết rút được sử dụng là: HCl 1M, HCl 0,1M, EDTA
lượng 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, tương ứng với các dung dịch chiết rút: HCl
Kết quả thu được cũng phù hợp với phương pháp AAS
I Mở đầu
Cadimi (Cd) được xem là chất không có chức năng thiết yếu về sinh học mà ngược lại có tính độc cao đối với thực vật và động vật Cd có thể tích tụ trong cơ thể người và nếu đạt tới nồng độ nào đó có thể ảnh hưởng đến sức khoẻ con người như gây bệnh về xương, làm tổn hại thận, rối loạn vai trò sinh hoá của enzim Hàm lượng
Cd trong đất (đặc biệt là dạng di động) hiện nay là một trong những nguyên nhân chính ảnh hưởng đến Cd chứa trong cây trồng Vì vậy việc xác định hàm lượng Cd di
động trong đất trồng trọt là việc cần thiết, nhưng cho đến nay các tài liệu trong nước
đề cập đến vấn đề này chưa nhiều Trong bài báo này, chúng tôi trình bày kết quả xác định hàm lượng cadimi di động trong đất trồng rau ở phường Vinh Tân, thành phố Vinh, Nghệ An khi sử dụng một số dung dịch chiết rút khác nhau rồi phân tích bằng phương 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
±10-5g
2.2 Chọn phương pháp đo và các chế độ đo:
2.2.1 Phương pháp von-ampe hoà tan anot xung vi phân (DPASV) [ 2], [3]
* Đo theo phương pháp thêm chuẩn
* Các tham số đo: -Thế điện phân: - 0,80 V; quét thế từ -1,20 V đến - 0,30 V (trong trường hợp khảo sát E1/2 của Cd(II) trong các dung dịch nền đã chọn); quét thế
Nhận bài ngày 29/7/2008 Sửa chữa xong 24/9/2008.
Trang 2Võ Thị Hoà Xác định hàm lượng Cadimi di động trong đất , Tr 29-34
từ - 0,80 V đến - 0,40 V (trong trường hợp khảo sát các yếu tố ảnh hưởng và định lượng); 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 Phương pháp AAS (để so sánh)
Xác định hàm lượng cadimi trong các mẫu phân tích bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa [5 ], so sánh với phương pháp DPASV
2.3 Các bước tiến hành:
- Lấy mẫu đất và xử lý mẫu [1], [4]: Mẫu đất được 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 phường Vinh Tân thành phố Vinh, Nghệ An Đất được hong khô trong không khí, nghiền, rây và trộn đều Mẫu phân tích hàm lượng cadimi tổng số được xử lí theo phương pháp tiêu chuẩn USEPA -1995
Đối với các mẫu phân tích hàm lượng 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 NH4Ax (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 NH4NO3 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 E1/2 của Cd(II) trong dung dịch nền đệm axetat (pH=4,6) và nền HCl
có pH=1,0
- Khảo sát sự ảnh hưởng của một số ion kim loại có thể bị chiết cùng với cadimi
- Xác định hàm lượng 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), NH4NO3 1M và hàm lượng Cadimi tổng số theo phương pháp DPASV Tính tỷ lệ chiết (% so với hàm lượng tổng số)
- Xác định hàm lượng 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), NH4NO3 1M) bằng phương 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 E1/2 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 Cd2+ 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
Trang 3trường Đại học Vinh Tạp chí khoa học, tập XXXVII, số 3A-2008
đến - 0,30V Sau đó tiến hành thêm 2 lần, mỗi lần 0,2ml dung dịch chuẩn Cd2+
1ppm Tiến hành tương tự nhưng thay dung dịch nền đệm axetat bằng nền HCl có
pH = 1,0 Kết quả cho thấy E1/2 = - 0,598 V trong nền dung dịch đệm axetat và E1/2 = - 0,624 V trong nền HCl có pH = 1,0
- Lấy 1,0 ml dung dịch Cd2+ 1ppm, 1,0ml EDTA 0,05M, 0,5 ml dung dịch đệm axetat, pha loãng đến 10,0 ml Tiến hành chạy cực phổ như thí nghiệm thứ nhất Kết quả cho thấy không có pic xuất hiện
- Tiến hành tương tự như thí nghiệm thứ hai nhưng thay đệm axetat bằng cách thêm HCl 1M sao cho pH=1,0 Kết quả cho thấy pic Cd (II) có E1/2 = - 0,624 V Như vậy, nếu chiết cadimi trong đất bằng EDTA thì dịch chiết được phân tích trong nền HCl với pH = 1,0
3.3 Khảo sát lượng dung dịch nền axetat tối ưu:
Lấy cố định 1,0ml dung dịch Cd2+ 1ppm, thêm lần lượt 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 được ở bảng1
Bảng 1: Kết quả khảo sát lượng dung dịch nền (đệm axetat) tối ưu
TT Vđệm (ml) Chiều cao pic (A) TT Vđệm (ml) Chiều cao pic (A)
Nhận xét: Thể tích dung dịch nền tối ưu cho dung dịch Cd2+ 0,1ppm là 0,5 ml 3.4 Khảo sát E1/2 của một số ion có thể cùng bị chiết với Cd(II) và khảo sát ảnh hưởng của Cu(II)
Khảo sát sự xuất hiện pic của một số chất có khả năng bị chiết cùng với Cd(II) như 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 E1/2 = - 0,41 V nhưng theo [2], [3] và một số tài liệu khác thì có thể định lượng cadimi khi nồng độ của chì gấp 100 lần nồng độ của Cd Cu(II) không xuất hiện pic trong vùng thế này nhưng để xét xem trong điều kiện phân tích đã chọn, hiện tượng tạo hợp chất “gian kim loại” giữa Cd và Cu có
ảnh hưởng đến phép định lượng Cd(II) hay không, ta tiến hành như sau:
Lấy cố định 1,0 ml dung dịch Cd2+ 1ppm, 0,5 ml dung dịch đệm axetat, thể tích
Cu2+ 100 ppm tăng dần, pha loãng đến 10,0 ml Tiến hành chạy cực phổ, kết quả thu
được ở bảng 2
Trang 4Võ Thị Hoà Xác định hàm lượng Cadimi di động trong đất , Tr 29-34 Bảng 2: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của Cu(II) đến phép định lượng Cd(II)
TT V Cu
2+
(ml)
Chiều cao pic
V Cu2+
(ml)
Chiều cao pic
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 Cu2+ gấp 130 lần nồng độ Cd2+ thì q < 5%, như vậy có thể định lượng Cd (II) trong đất này bằng phương pháp DPASV mà không cần che Cu(II)
3.5 Xác định hàm lượng Cd(II) trong các dung dịch chiết rút bằng phương pháp DPASV và AAS
a) Lấy 2,0 ml dung dịch chiết rút bằng dung dịch đệm NH4Ax (pH=4,8), thêm 0,5 ml dung dịch đệm axetat, pha loãng đến 10,0 ml Tiến hành phân tích theo phương pháp DPASV theo phương pháp thêm chuẩn Thêm dung dịch chuẩn Cd2+
0,3ppm 2 lần, mỗi lần 0,1 ml, kết quả thu được ở hình 1
Hình 1: Kết quả định lượng Cd(II) trong dung dịch chiết là đệm NH4Ax (pH=4,8) b) Lặp lại các thí nghiệm trên 3 lần và tiến hành tương 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 được ở bảng 3
c) Tiến hành tương tự với mẫu phân tích hàm lượng Cd tổng số Kết quả xác
định được hàm lượng Cd tổng số là (0,4431 ± 0,0300 ) mg/kg
d) Phân tích hàm lượng cadimi trong các dung dịch chiết rút bằng phương pháp
Trang 5trường Đại học Vinh Tạp chí khoa học, tập XXXVII, số 3A-2008
Bảng 3: Kết quả xác định hàm lượng Cd(II) di động trong đất bằng phương pháp
DPASV và AAS
Hàm lượng của Cd trong đất (mg/kg) (p.p DPASV)
q%
Tỷ lệ chiết
%
Hàm lượng 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 NH4Ax (pH = 4,8) 0,1295 ± 0,0030 2,31 29,43 0,1279 ± 0,0040
5 Chiết bằng NH4NO3 1M 0,0496 ± 0,0015 3,02 11,24 0,0515 ±0,0180 e) Xử lý các kết quả thực nghiệm thu được của hai phương pháp DPASV và AAS bằng toán học thống kê cho thấy có sự phù hợp
IV Kết luận
- Đã khảo sát E1/2 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 E1/2 của một số ion có thể ảnh hưởng đến việc định lượng Cd(II) và khảo sát ảnh hưởng của Cu2+ Kết quả cho thấy khi định lượng Cadimi trong đất bằng phương pháp DPASVvới nền là đệm axetat pH = 4,5 và HCl (pH=1,0) (trong trường hợp chiết bằng EDTA) thì không cần loại trừ ảnh hưởng của một số ion có trong đất có thể cùng bị chiết với cadimi
- Đã xác định được hàm lượng Cd tổng số và di động khi sử dụng một số chất chiết rút khác nhau trong đất trồng rau muống ở phường Vinh Tân, thành phố Vinh, Nghệ An bằng phương pháp DPASV Theo TCVN 7209: 2002 thì hàm lượng Cd tổng
số của đất này không vượt quá giới hạn tối đa cho phép (giới hạn tối đa cho phép hàm lượng 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
Trang 6Võ Thị Hoà Xác định hàm l−ợng Cadimi di động trong đất , Tr 29-34 [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, Nghệ 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), NH4NO3 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); NH4NO3 1M, respectively DPASV results were in good agreement with the AAS analysis