nghiên cứu qui trình xác định đồng thời các kim loại nặng trong đất trồng trọt bằng thiết bị icp-oes
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN HỮU TÍN NGHIÊN CỨU QUI TRÌNH XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI CÁC KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT TRỒNG TRỌT BẰNG THIẾT BỊ ICP-OES LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC - HÓA HỌC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN HỮU TÍN NGHIÊN CỨU QUI TRÌNH XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI CÁC KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT TRỒNG TRỌT BẰNG THIẾT BỊ ICP-OES CHUYÊN NGÀNH: HÓA PHÂN TÍCH MÃ SỐ: 60 44 29 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC - HÓA HỌC GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS. TRƢƠNG THỊ TỐ OANH THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2011 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành gởi lời cảm ơn sâu sắc đến: - TS. Trƣơng Thị Tố Oanh, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, định hƣớng giúp tôi hoàn thành đề tài. - Hội đồng chấm luận văn đã có những nhận xét, góp ý quí báu về các thiếu sót trong đề tài. - Thầy cô Bộ môn Hóa phân tích đã tận tình truyền dạy kiến thức trong suốt quá trình học tập của tôi. - Ban giám đốc Trung tâm Kĩ thuật 3 và tập thể phòng thử nghiệm Môi trƣờng đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi để tôi thực hiện đề tài. - Anh Nguyễn Công Chính đã động viên, ủng hộ, nhiệt tình giúp đỡ tôi để hoàn thành luận văn. MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT i DANH MỤC BẢNG ii DANH MỤC HÌNH iv CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU 1 1.1 Đặt vấn đề 1 1.2 Tình hình nghiên cứu kim loại nặng ở Việt Nam 2 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN 6 2.1 Độc tính của một số kim loại 6 2.2 Sự tích lũy kim loại trong môi trƣờng đất: 8 2.2.1 Hoạt động nông nghiệp 8 2.2.2 Hoạt động công nghiệp 10 2.3 Phƣơng pháp ICP-OES 13 2.3.1 Giới thiệu phƣơng pháp ICP-OES 13 2.3.2 Nguyên tắc đo với ICP-OES 13 2.3.3 Sơ lƣợc cấu tạo nguyên tử và sự xuất hiện phổ phát xạ 14 2.3.4 Nguồn phóng điện plasma ICP và sự kích thích phổ trong plasma ICP 15 2.3.5 Các bộ phận chính của thiết bị ICP-OES 17 2.3.6 Cản nhiễu trong phép đo với ICP-OES 20 CHƢƠNG 3: HOẠCH ĐỊNH THÍ NGHIỆM 26 3.1 Thiết bị-hóa chất 26 3.1.1 Thiết bị 26 3.1.2 Hóa chất 26 3.2 Thực nghiệm 26 3.2.1 Tối ƣu thiết bị 26 3.2.2 Khảo sát cản nhiễu 27 3.2.3 Xử lý mẫu 29 3.2.4 Định trị phƣơng pháp thử 33 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 36 4.1 Tối ƣu hóa thiết bị 36 4.1.1 Công suất RF 36 4.1.2 Lƣu lƣợng khí nebulizer 37 4.2 Khảo sát cản nhiễu 39 4.2.1 Cản nhiễu quang phổ 39 4.2.2 Cản nhiễu vật lý 41 4.2.3 Loại trừ cản nhiễu 42 4.3 Khảo sát acid chiết các nguyên tố trong mẫu đất 44 4.4 Khảo sát chƣơng trình nhiệt cho microwave 47 4.5 Định trị phƣơng pháp thử 49 4.5.1 Khoảng tuyến tính 49 4.5.2 Giới hạn phát hiện, giới hạn định lƣợng 49 4.5.3 Hiệu suất thu hồi, độ chệch, độ lặp lại và độ tái lập 49 4.5.4 Độ không đảm bảo đo 52 4.6 Áp dụng qui trình phân tích mẫu thật 53 CHƢƠNG 5: KIỂM SOÁT CHẤT LƢỢNG THỬ NGHIỆM 56 5.1 Mục đích 56 5.2 Phƣơng thức kiểm soát 56 5.2.1 Kiểm soát thiết bị, dụng cụ, chất chuẩn 56 5.2.2 Kiểm soát quá trình vận hành thiết bị 56 5.2.3 Áp dụng biểu đồ kiểm soát chất lƣợng 60 CHƢƠNG 6: TÓM TẮT QUI TRÌNH 65 6.1 Nguyên tắc của qui trình 65 6.2 Thiết bị - Hóa chất – Các dung dịch chuẩn 65 6.2.1 Thiết bị - Hóa chất 65 6.2.2 Các dung dịch chuẩn 65 6.3 Chuẩn bị mẫu 66 6.3.1 Chuẩn bị sơ bộ mẫu thử 66 6.3.2 Phân hủy mẫu bằng microwave 66 6.4 Phân tích trên thiết bị 67 6.5 Tính kết quả 68 6.6 Các lƣu ý về an toàn 68 CHƢƠNG 7: KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 70 A. Kết luận 70 B. Kiến nghị 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 PHỤ LỤC i DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CRM : Certified reference material - Mẫu chuẩn đã đƣợc chứng nhận. GF-AAS : Graphite furnace atomic absorption spectrometry - Phổ hấp thu nguyên tử lò graphite. F-AAS : Flame atomic absorption spectrometry - Phổ hấp thu nguyên tử ngọn lửa. ICP-OES : Inductively coupled plasma optical emission spectrometry - Quang phổ phát xạ ghép cặp cao tần cảm ứng. IS : Internal standard - Nội chuẩn. LOD : Limit of detection - Giới hạn phát hiện. LOQ : Limit of quantitation - Giới hạn định lƣợng. MDL : Method detection limit - Giới hạn phát hiện của phƣơng pháp. MSF : Multi component spectral fitting. Rec : Recovery - Hiệu suất thu hồi. r : Repeatability - Độ lặp lại. R : Reproducibility - Độ tái lập. ii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Hàm lƣợng một số kim loại nặng trong một số loại đất tại Việt Nam (tầng đất mặt) 3 Bảng 1.2: Hàm lƣợng một số kim loại nặng trong đất tại khu vực Công ty Pin Văn Điển 3 Bảng 2.1: Hàm lƣợng một số kim loại trong phân bón……………….…………. 9 Bảng 2.2: Hàm lƣợng một số kim loại nặng trong đất gần đƣờng giao thông 12 Bảng 2.3: Một số ví dụ so sánh giữa phân hủy mẫu bằng phƣơng pháp cổ điển và phƣơng pháp vi sóng……………………………………… 25 Bảng 3.1: Các giá trị khảo sát công suất RF và nebulizer………………………. 27 Bảng 3.2: Thông số của các nguyên tố cho khảo sát cản nhiễu quang phổ…………………………………………… ………………. 28 Bảng 3.3: Các matrix mô phỏng nền đất 29 Bảng 3.4: Chƣơng trình nhiệt cho microwave 32 Bảng 3.5: Hàm lƣợng các nguyên tố thêm vào mẫu khảo sát 34 Bảng 4.1: Các thông số vận hành ICP-OES 5300DV 38 Bảng 4.2: Bảng tóm tắt cản nhiễu quang phổ 39 Bảng 4.3: Các bƣớc sóng của các nguyên tố sử dụng cho qui trình phân tích 40 Bảng 4.4: Khảo sát cản nhiễu vật lý………………………………………………. 41 Bảng 4.5.(a): Khảo sát loại trừ cản nhiễu vật lý với nội chuẩn Sc 360.073.……. 42 (b): Khảo sát loại trừ cản nhiễu vật lý với nội chuẩn Y 371.029 …… 42 Bảng 4.6: Cản nhiễu đối với Cd 214.440 43 Bảng 4.7: Hàm lƣợng kim loại và hiệu suất thu hồi khi phân hủy mẫu đất bằng các acid khác nhau 45 Bảng 4.8: Hàm lƣợng các kim loại trong mẫu đất thu đƣợc với các chƣơng trình nhiệt khác nhau 47 Bảng 4.9: Khoảng tuyến tính…………………………………………………… 49 Bảng 4.10: Giới hạn phát hiện, giới hạn định lƣợng của các kim loại trong nền mẫu đất…………………………………………………………… 49 iii Bảng 4.11: Kết quả xác định các kim loại trong mẫu thêm chuẩn tại 3 mức hàm lƣợng khác nhau…………… ………………………………… 50 Bảng 4.12: Hiệu suất thu hồi, độ chệch, độ lặp lại và độ tái lập của kim loại trong mẫu thêm chuẩn tại 3 mức hàm lƣợng khác nhau…………… 50 Bảng 4.13: Kết quả xác định các kim loại trong mẫu thêm chuẩn tại mức nồng độ 2 với ICP-OES và AAS ……………….51 Bảng 4.14: Độ không đảm bảo đo của các nguyên tố trên nền đất 52 Bảng 4.15: Kết quả xác định kim loại trong một số mẫu đất 54 Bảng 5.1: Các dung dịch, cách sử dụng và các yêu cầu cho vận hành ICP-OES 56 Bảng 5.2: Trình tự phân tích mẫu trên ICP-OES 58 Bảng 5.3: Đánh giá kết quả các dung dịch kiểm soát và hành động khắc phục 59 Bảng 5.4: Hiệu suất thu hồi của các mẫu QC 62 [...]... đánh giá chất lƣợng môi trƣờng đất trồng trọt, đề tài sau đây đƣợc chọn để thực hiện trong luận văn này: “NGHIÊN CỨU QUI TRÌNH XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI CÁC KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT TRỒNG TRỌT BẰNG THIẾT BỊ ICP-OES Mục tiêu chính của đề tài là khảo sát đồng thời các nguyên tố As, Cd, Cu, Ni, Pb, Zn trong mẫu đất Ngoài Ni, các nguyên tố còn lại đƣợc kiểm soát và đánh giá theo quyết định 99/2008/QĐ-BNN[3] của Bộ... dụng tổng hợp các phƣơng pháp sau để nghiên cứu: - Tổng hợp các bài báo cáo khoa học, công trình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc để định hƣớng cho qui trình nghiên cứu - Sử dụng lò vi sóng để phân hủy mẫu Sau đó xác định đồng thời các kim loại bằng thiết bị ICP-OES Hiện nay, đây là hai kỹ thuật hiện đại và có nhiều ƣu điểm, đƣợc sử dụng rộng rãi ở các nƣớc phát triển - Xử lý dữ liệu thu đƣợc bằng phƣơng... quả nhất định Công cụ chính để xác định hàm lƣợng kim loại trong nền mẫu này là thiết bị quang phổ hấp thu nguyên tử, thiết bị cực phổ để xác định lần lƣợt từng kim loại hiện diện trong dung dịch mẫu thử Do vậy, việc định lƣợng các kim loại sẽ mất rất nhiều thời gian, tiêu tốn nhiều nhân lực, hóa chất vì có thể phải sử dụng cả quang phổ và cực phổ thì mới có thể xác định đƣợc các nguyên tố cần thiết. .. nhƣợc điểm này, qui trình nghiên cứu sẽ ứng dụng một thiết bị mới đối với Việt Nam là ICP-OES kết hợp với kỹ thuật phân hủy mẫu 5 bằng lò vi sóng để định lƣợng các kim loại trong mẫu đất ICP-OES sở hữu đƣợc nhiều ƣu điểm vƣợt trội nhƣ xác định đƣợc khoảng trên 70 nguyên tố, tốc độ phân tích nhanh, độ nhạy cao, khoảng tuyến tính rộng, ít cản nhiễu và đặc biệt là khả năng xác định đồng thời các nguyên tố... nông thôn cho đất trồng theo VietGAP và có thể mở rộng đối với đất sử dụng ở một số mục đích khác theo mức qui định của TCVN 7209:2002.[15] 1.2 Tình hình nghiên cứu kim loại nặng ở Việt Nam: Trên thế giới, các nhà khoa học quan tâm đến độc tính của các kim loại từ lâu Các phƣơng pháp thƣờng đƣợc áp dụng để phân tích kim loại trong môi trƣờng đất là cực phổ, quang phổ (F-AAS, GF-AAS, ICP-OES) , khối... môi trƣờng Tại Việt Nam, nghiên cứu về kim loại cũng đã đƣợc sự quan tâm của các nhà khoa học Tuy nhiên, phƣơng tiện kĩ thuật phục vụ cho mục đích này còn kém phát triển so với thế giới Các công trình nghiên cứu chủ yếu sử dụng phƣơng pháp cực phổ và quang phổ hấp thu ngọn lửa để xác định các kim loại Có thể kể đến kết quả một số công trình nghiên cứu tiêu biểu của các tác giả trong nƣớc đƣợc công bố... tạp chí khoa học trong nƣớc và nƣớc ngoài nhƣ dƣới đây Năm 1998, tác giả Trần Công Tấu và Trần Công Khánh đã điều tra tổng hàm lƣợng các kim loại (Co, Cr, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn) tại tầng đất mặt (độ sâu từ 0-20 cm) của một số loại đất ở nƣớc ta cho kết quả nhƣ trình bày trong bảng 1.1.[16] 3 Bảng 1.1: Hàm lƣợng một số kim loại nặng trong một số loại đất tại Việt Nam (tầng đất mặt) Loại đất Đất Feralit phát... nhiễm Pb và các mẫu rau sử dụng đất trồng hay nguồn nƣớc này đều ô nhiễm Pb Hàm lƣợng Cd trong các mẫu đất ở mức an toàn, một số mẫu nƣớc và rau bị ô nhiễm nguyên tố này.[18] Theo nghiên cứu năm 2007 của các tác giả Hoàng Thị Thanh Thủy, Từ Thị Cẩm Loan, Nguyễn Nhƣ Hà Vy xác định hàm lƣợng các kim loại Cd, Cr, Cu, Pb, Zn trong trầm tích sông tại Tp Hồ Chí Minh cho thấy đã có sự tích lũy kim loại trong trầm... một thời điểm Do đó, sử dụng ICPOES giúp tiết kiệm nhân lực, thời gian vì tốc độ phân tích mẫu nhanh, giảm chi phí, ít độc hại và quan trọng là rút ngắn khoảng cách về thiết bị công nghệ so với các nƣớc trong khu vực và thế giới 1.3 Mục tiêu khoa học của đề tài: Đề tài thực hiện có những mục đích nhƣ sau: - Nghiên cứu và xây dựng một qui trình tin cậy trong việc xác định hàm lƣợng kim loại trong mẫu đất. .. Thụy đã nghiên cứu hiện trạng kim loại Hg, As, Pb, Cd trong đất, nƣớc và một số rau trồng trên khu vực 14 xã thuộc huyện Đông Anh-Hà Nội với 39 mẫu đất mặt, 39 mẫu nƣớc mặt và 136 mẫu rau các 4 loại Kết quả cho thấy chƣa có biểu hiện nhiễm As trên các đối tƣợng khảo sát Ô nhiễm Hg chủ yếu trong nƣớc nông nghiệp, trong đất và rau trồng ít trƣờng hợp bị nhiễm nguyên tố này Nhiều mẫu đất, nƣớc bị ô nhiễm . môi trƣờng đất trồng trọt, đề tài sau đây đƣợc chọn để thực hiện trong luận văn này: “NGHIÊN CỨU QUI TRÌNH XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI CÁC KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT TRỒNG TRỌT BẰNG THIẾT BỊ ICP-OES KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN HỮU TÍN NGHIÊN CỨU QUI TRÌNH XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI CÁC KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT TRỒNG TRỌT BẰNG THIẾT BỊ ICP-OES CHUYÊN NGÀNH: HÓA PHÂN TÍCH MÃ SỐ:. KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN HỮU TÍN NGHIÊN CỨU QUI TRÌNH XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI CÁC KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT TRỒNG TRỌT BẰNG THIẾT BỊ ICP-OES LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC - HÓA