Phân tích, đánh nhau giá hàm lượng Asen, Cadimi, Chì trong rau xanh và nước tưới ở khu vực Thành phố Thái Nguyên bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử GF ASS

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM PHAN THỊ KIM PHƯỢNG PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG ASEN, CADIMI, CHÌ TRONG RAU XANH VÀ NƯỚC TƯỚI Ở KHU VỰC THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN BẰNG PHƯƠN

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

PHAN THỊ KIM PHƯỢNG

PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG

ASEN, CADIMI, CHÌ TRONG RAU XANH VÀ NƯỚC TƯỚI

Ở KHU VỰC THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ GF – AAS

LUẬN VĂN THẠC SỸ HOÁ HỌC

Thái Nguyên - 2013

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

PHAN THỊ KIM PHƯỢNG

PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG

ASEN, CADIMI, CHÌ TRONG RAU XANH VÀ NƯỚC TƯỚI

Ở KHU VỰC THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ GF – AAS

Chuyên ngành: Hoá học Phân Tích

Mã số : 60440118

LUẬN VĂN THẠC SỸ HOÁ HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRẦN THỊ HỒNG VÂN

Thái Nguyên - 2013

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trần Thị Hồng Vân đã hướng dẫn

em tận tình, chu đáo trong suốt quá trình làm luận văn, giúp em hoàn thành luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong tổ bộ môn Hoá Phân Tích, Ban chủ nhiệm khoa Hoá học, trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên đã giúp em hoàn thành luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trung tâm y tế dự phòng Tỉnh Thái Nguyên, các kỹ sư, bác sĩ, dược sỹ đã tạo điều kiện giúp đỡ em về cơ sở vật chất, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm thực nghiệm

Tôi xin chân thành cảm ơn tới bạn bè, đồng nghiệp, gia đình đã quan tâm, giúp đỡ và động viên tôi tỏng suốt quá trình thực hiện luận văn

Thái Nguyên, tháng 4 năm 2013

Phan Thị Kim Phượng

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Thái Nguyên, tháng 4 năm 2013

Tác giả

Phan Thị Kim Phượng

Xác nhận của trưởng khoa chuyên môn

Xác nhận của người hướng dẫn khoa học

PGS.TS Trần Thị Hồng Vân

MỤC LỤC

Trang

Trang bìa phụ

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mục lục i

Danh mục các kí hiệu, các chữ viết tắt v

Danh mục các bảng vi

Danh mục các hình viii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN TỐ ASEN, CADIMI VÀ CHÌ 3

1.1.1 Asen 3

1.1.1.1.Trạng thái tự nhiên của asen 3

1.1.1.2 Tính chất vật lí 3

1.1.1.3 Tính chất hóa học 4

1.1.1.4 Tác dụng sinh hoá 4

1.1.2 Cadimi 5

1.1.2.1 Trạng thái tự nhiên của cadimi 5

1.1.2.2 Tính chất vật lí 5

1.1.2.3 Tính chất hóa học 5

1.1.2.4 Tác dụng sinh hóa 6

1.1.3 Chì 6

1.1.3.1 Trạng thái tự nhiên 6

1.1.3.2 Tính chất vật lí 7

1.1.3.3 Tính chất hóa học 7

1.1.3.4 Tác dụng sinh hóa 8

1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ RAU 8

1.2.1 Đặc điểm, vai trò và công dụng của rau xanh 8

1.2.2 Hiện trạng ô nhiễm rau xanh ở Thái Nguyên 9

1.3 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ASEN, CADIMI VÀ CHÌ 11

1.3.1 Các phương pháp hoá học 11

1.3.1.1 Phương pháp phân tích khối lượng 11

1.3.1.2 Phương pháp phân tích thể tích 11

1.3.2.Phương pháp phân tích công cụ 13

1.3.2.1 Các phương pháp quang phổ 13

1.3.2.2 Phương pháp điện hoá 14

1.3.2.3 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử 15

1.4 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ MẪU PHÂN TÍCH XÁC ĐỊNH ASEN, CADIMI VÀ CHÌ 17

1.4.1 Phương pháp xử lý ướt (bằng axit đặc oxi hóa mạnh) 17

1.4.2 Phương pháp xử lý khô 18

Chương 2 THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20

2.1 THIẾT BỊ, HÓA CHẤT, DỤNG CỤ 20

2.1.1 Thiết bị 20

2.1.2 Dụng cụ 20

2.1.3 Hoá chất 20

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20

2.2.1 Phương pháp đường chuẩn 21

2.2.2 Phương pháp thêm chuẩn 22

2.3.1 Khảo sát các điều kiện thực nghiệm xác định asen, cadimi, chì bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (GF-AAS) 24

2.3.1.1 Khảo sát các điều kiện của máy đo phổ AAS 24

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 25

3.1 KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC NGUYÊN TỐ ASEN, CADIMI, CHÌ BẰNG PHƯƠNG PHÁP GF - AAS 25

3.1.1 Khảo sát vạch đo 25

3.1.2 Khảo sát các thông số máy 27

3.1.2.1 Khảo sát độ rộng khe đo 27

3.1.2.2 Khảo sát cường độ dòng đèn catot rỗng (HCL) 28

3.1.3 Khảo sát điều kiện nguyên tử hóa mẫu 29

3.1.3.1 Nhiệt độ sấy khô mẫu 29

3.1.3.2 Khảo sát nhiệt độ tro hóa luyện mẫu 30

3.1.3.3 Khảo sát nhiệt độ nguyên tử hóa mẫu 31

3.1.4 Các điều kiện khác 32

3.1.5 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo GF – AAS 32

3.1.5.1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit và loại axit 33

3.1.5.2 Khảo sát ảnh hưởng của chất cải biến nền 35

3.1.5.3 Khảo sát ảnh hưởng của các cation có trong mẫu 36

3.1.6 Tổng kết các điều kiện đo phổ GF – AAS của As, Cd, Pb 39

3.2 PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CHUẨN ĐỐI VỚI PHÉP ĐO GF – AAS 40

3.2.1 Khảo sát khoảng tuyến tính của nồng độ các kim loại 40

3.2.2 Xây dựng đường chuẩn của As, Cd, Pb 44

3.2.2.1 Đường chuẩn của asen 44

3.2.2.2 Đường chuẩn của cadimi 45

3.2.2.3 Đường chuẩn của chì 45

3.3 ĐÁNH GIÁ SAI SỐ VÀ ĐỘ LẶP VÀ GIỚI HẠN PHÁT HIỆN (LOD), GIỚI HẠN ĐỊNH LƯỢNG (LOQ) CỦA PHƯƠNG PHÁP 46

3.3.1 Đánh giá sai số và độ lặp lại của phương pháp 46

3.3.2 Giới hạn phát hiện và giới hạn đinh lượng của phép đo GF-AAS 51

3.3.2.1 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của Asen 51

3.3.2.2 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của Cadimi 51

3.3.2.3 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của Chì 52

3.4 PHÂN TÍCH MẪU THỰC TẾ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CHUẨN 52

3.5.1 Lấy mẫu và bảo quản mẫu 52

3.5.1.1 Mẫu nước tưới 55

3.5.1.2 Mẫu rau 56

3.5.2 Xử lý mẫu 57

3.5.2.1 Xử lý mẫu nước 57

3.5.2.2 Xử lý mẫu rau 57

3.5.3 Kết quả xác định hàm lượng kim loại trong mẫu 57

3.5.3.1 Kết quả xác định hàm lượng kim loại nặng trong mẫu theo phương pháp đường chuẩn 57

3.5.3.2 Xác định hàm lượng kim loại bằng phương pháp thêm chuẩn 62

KẾT LUẬN 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Spectroscopy

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 3.1: Kết quả khảo sát vạch đo của As 25

Bảng 3.2: Kết quả khảo sát vạch đo của Cd 26

Bảng 3.3: Kết quả khảo sát vạch đo của Pb 26

Bảng 3.4: Các bước sóng tối ưu của cadimi, chì và asen 26

Bảng 3.5: Kết quả khảo sát khe đo với nguyên tố As 27

Bảng 3.6 : Kết quả khảo sát khe đo với nguyên tố Cd 27

Bảng 3.7 : Kết quả khảo sát khe đo với nguyên tố Pb 28

Bảng 3.8: Khảo sát cường độ dòng đèn với nguyên tố As 28

Bảng 3.9: Khảo sát cường độ dòng đèn với nguyên tố Cd 28

Bảng 3.10: Khảo sát cường độ dòng đèn với nguyên tố Pb 29

Bảng 3.11: Kết quả khảo sát nhiệt độ tro hóa của As, Cd và Pb 31

Bảng 3.12: Khảo sát nhiệt độ nguyên tử hóa của As 31

Bảng 3.13: Khảo sát nhiệt độ nguyên tử hóa của Cd 31

Bảng 3.14: Khảo sát nhiệt độ nguyên tử hóa của Pb 32

Bảng 3.15: Khảo sát ảnh hưởng của axit đối với As 33

Bảng 3.16: Khảo sát ảnh hưởng của axit đối với Cd 34

Bảng 3.17: Khảo sát ảnh hưởng của axit đối với Pb 34

Bảng 3.18: Khảo sát nồng độ chất cải biến nền Mg(NO3)2 35

Bảng 3.19 : Ảnh hưởng của nhóm kim loại kiềm 36

Bảng 3.20: Ảnh hưởng của nhóm kim loại kiềm thổ 37

Bảng 3.21: Ảnh hưởng của nhóm cation hóa trị II 37

Bảng 3.22: Ảnh hưởng của nhóm cation hóa trị III 38

Bảng 3.23: Ảnh hưởng tổng của cation 38

Bảng 3.24: Tổng kết các điều kiện đo phổ của As, Cd, Pb 39

Bảng 3.25: Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của As 41

Bảng 3.26: Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Cd 42

Bảng 3.27: Kết quả khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của Pb 43

Bảng 3.28: Kết quả xác định sai số của phương pháp với phép đo As 48

Bảng 3.29: Kết quả xác định sai số của phương pháp với phép đo Cd 49

Bảng 3.30: Kết quả xác định sai số của phương pháp với phép đo Pb 50

Bảng 3.31 : Các mẫu nước tưới lấy tại khu vực trồng rau Túc Duyên 55

Bảng 3.32 : Các mẫu rau tại khu vực Túc Duyên – Thái Nguyên 56

Bảng 3.33 : Kết quả xác định nồng độ kim loại trong mẫu nước 58

Bảng 3.34: Giá trị giới hạn tối đa cho phép nồng độ của một số kim loại nặng trong nước bề mặt, theo QCVN 08:2008/BTNMT 58

Bảng 3.35: Kết quả tính nồng độ Pb, Cd, As trong mẫu rau 60

Bảng 3.36: Kết quả tính hàm lượng Pb, Cd, As trong rau xanh 61

Bảng 3.37: Giới hạn tối đa hàm lượng kim loại nặng trong các loại rau 62

Bảng 3.38: Mẫu thêm chuẩn 63

Bảng 3.39: Kết quả phân tích As bằng phương pháp thêm chuẩn 64

Bảng 3.40: Kết quả phân tích Cd bằng phương pháp thêm chuẩn 65

Bảng 3.41: Kết quả phân tích Pb bằng phương pháp thêm chuẩn 66

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 2.1 Đồ thị của phương pháp đường chuẩn 22

Hình 2.2 Đồ thị của phương pháp thêm chuẩn 23

Hình 3.1: Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của asen 41

Hình 3.2: Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của cadimi 42

Hình 3.3: Đồ thị khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của chì 43

Hình 3.4: Đường chuẩn của asen 44

Hình 3.5: Đường chuẩn của cadimi 45

Hình 3.6: Đường chuẩn của chì 46

Hình 3.7: Vườn rau bắp cải 53

Hình 3.8: Vườn rau cải xanh 53

Hình 3.9: Vườn rau cải canh 54

Hình 3.10: Vườn rau cải chíp 54

Hình 3.11: Vườn rau cải thìa 54

Hình 3.12: Bể chứa nước tưới 54

Hình 3.13: Vũng chứa nước tưới 55

Hình 3.14: Hệ thống mương dẫn nước tưới 55

do thức ăn hoặc quá trình chuyển hóa tạo thành Vitamin và chất khoáng có trong rau quả là các yếu tố vi lượng rất cần cho sự phát triển của trẻ em, góp phần phòng chống các bệnh nhiễm khuẩn Người ta còn phát hiện vai trò quan trọng của rau quả trong việc phòng chống các bệnh tim mạch và ức chế sự phát triển khối u ác tính Một số loại rau quả có chứa các cấu tử kháng đột biến, chống oxy hóa, kháng vi khuẩn, kháng nấm, kích thích và tăng cường việc sản xuất kháng thể, …

Thành phố Thái Nguyên là một trung tâm kinh tế, chính trị, văn hóa ở khu vực phía Bắc Việt Nam Với mật độ dân số đông, thành phố Thái Nguyên là một thị trường quan trọng để tiêu thụ các sản phẩm nông nghiệp trong đó có rau xanh Từ nhiều năm nay thành phố đã hình thành vành đai sản xuất thực phẩm trong đó cây rau được coi là sản phẩm quan trọng nhất Cùng với sự tăng trưởng nông nghiệp nói chung, sản xuất rau ở Thái Nguyên đã đáp ứng được nhu cầu về số lượng, khắc phục dần tình trạng thiếu hụt lúc giáp vụ, nhiều chủng loại rau chất lượng cao đã được bổ sung trong bữa ăn hàng ngày của người dân Tuy nhiên, trong xu thế của một nền sản xuất thâm canh, công nghệ sản xuất rau hiện nay đang bộc lộ những nhược điểm đó là việc ứng dụng ồ ạt, thiếu chọn lọc các tiến bộ kỹ thuật như phân bón, chất kích thích sinh trưởng, thuốc bảo vệ thực vật dẫn đến không những gây ô nhiễm môi trường canh tác mà còn làm cho rau bị nhiễm bẩn, ảnh hưởng đến sức khoẻ người sử dụng Bên cạnh đó thành phố Thái Nguyên còn là một trong những trung tâm công nghiệp lớn ở Việt Nam, nơi đây tập trung nhiều nhà máy xí nghiệp lớn như Nhà máy gang thép Thái Nguyên, Nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ, Nhà máy điện Cao Ngạn, … Vì vậy, lượng nước thải từ các nhà máy đổ ra môi trường hàng ngày khá lớn Có thể nói môi trường đất, nước mặt ở thành phố Thái Nguyên đã và

đang bị ô nhiễm nặng nề bởi các hoá chất độc hại từ các nguồn thải công nghiệp, nông nghiệp và phế thải đô thị, … Xu hướng ô nhiễm có chiều hướng ngày càng gia tăng cả về số lượng, diện tích nếu không có biện pháp xử lý triệt để và đó là một trong những nguyên nhân thu hẹp dần vùng trồng rau sạch của thành phố

Một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm cho rau quả là các kim loại nặng:

Pb, Cd, Cu, As, Ni, Cr, … Bình thường cơ thể có thể đào thải kim loại nặng, nhưng khi hàm lượng này vượt quá ngưỡng cho phép, chúng sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người như tăng nguy cơ gây ung thư, rối loạn trao đổi chất, làm mất cân bằng hệ coenzim, …Vì vậy việc điều tra, đánh giá chất lượng rau sạch trở nên vô cùng cấp thiết Một trong những chỉ tiêu đánh giá độ an toàn của thực phẩm nói chung và của rau sạch nói riêng là chỉ tiêu về hàm lượng các kim loại nặng

Để xác định hàm lượng kim loại nặng trong rau có thể xác định bằng nhiều phương pháp: Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử, phương pháp trắc quang, phương pháp cực phổ, phương pháp điện phân, phương pháp sắc kí, … Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử là một trong những phương pháp hiện đại, có độ nhạy,

độ chính xác cao, phù hợp với việc xác định vi lượng các kim loại nặng trong rau và trong nước tưới và các đối tượng khác

Vì những lí do trên, chúng tôi chọn đề tài:

“ Phân tích, đánh giá hàm lượng Asen, Cadimi, Chì trong rau xanh và nước tưới ở khu vực thành phố Thái Nguyên bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa GF – AAS”

Đề tài thực hiện nhằm xác định hàm lượng một số kim loại nặng trong các loại rau và nguồn nước tưới ở thành phố Thái Nguyên Từ kết quả phân tích, so sánh với qui chuẩn Việt Nam để đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong rau

và nước tưới, đưa ra khuyến cáo cho người sử dụng có biện pháp xử lí thích hợp nhằm hạn chế nguồn ô nhiễm chính

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN TỐ ASEN, CADIMI VÀ CHÌ

1.1.1 Asen

1.1.1.1.Trạng thái tự nhiên của asen [16, 33]

tố giàu thứ 20 sau các nguyên tố khác, nhưng ít tồn tại ở dạng nguyên chất trong

tự nhiên Người ta tìm thấy As tồn tại ở dạng hợp chất với một hay một số nguyên tố khác Thường thì các các dạng hợp chất hữu cơ của Asen ít độc hơn hợp chất asen vô cơ

Asen phân bố rộng rãi trên vỏ trái đất với nồng độ trung bình khoảng 2mg/kg Nó có mặt trong đá, đất, nước, không khí, và một số sinh vật Asen có thể tồn tại với 4 trạng thái oxi hóa: -3; 0; +3; +5

Asen là nguyên tố cancofil dễ tạo sunfua với lưu huỳnh, tạo hợp chất với selen, telua và đặc biệt với đồng, niken, sắt, bạc, Có khoảng gần 140 khoáng vật độc lập của Asen, trong đó 60% là Asenat và 35% là sunfua Các khoáng vật

(AsS), Asenconf kết hợp các nguyên tố khác, thay thế lưu huỳnh trong các

tạo thành ở nhiệt độ thấp

1.1.1.2 Tính chất vật lí [16, 33]

Asen hay còn gọi là thạch tín, là một á kim có màu xám kim loại, rất giòn, kết tinh dạng tinh thể Asen lần đầu tiên được Albertus Magnus (Đức) viết về nó vào năm 1250 Asen là một Á kim gây ngộ độc mạnh

Asen có một vài dạng thù hình, dạng kim loại và dạng không kim loại Ở dạng không kim loại asen được tạo nên khi ngưng tụ hơi của nó Đó là chất rắn mầu vàng, ở nhiệt độ thường dưới tác dụng của ánh sáng nó chuyển nhanh thành bột Ở dạng kim loại: Asen có màu xám và là dạng bền nhất, dễ nghiền nhỏ thành bột, dẫn nhiệt và dẫn điện tốt, hơi asen có mùi tỏi rất độc

Dưới đây là một số hằng số vật lí của asen:

As + M → MAs (đun nóng, M = Al, Ga, In, La)

cường thủy, kiềm, chất ôxi hóa điển hình

1.1.1.4 Tác dụng sinh hoá [25, 32]

Về mặt hoá học As là một á kim, về mặt sinh học As nằm trong danh mục các hoá chất độc hại cần được kiểm soát As được xếp cùng hàng với các kim loại nặng, As là chất độc có thể gây nên 19 bệnh khác nhau trong đó có ung thư da và phổi, bàng quang, ruột Các triệu chứng cổ điển của nhiễm độc As là sậm màu da, tăng sừng hóa và ung thư, tác động đến hệ thần kinh ngoại biên và ảnh hưởng xấu

đến sức khỏe như chứng to chướng gan, bệnh đái tháo đường, cao huyết áp, bệnh tim, viêm cuống phổi, các bệnh về đường hô hấp, As ở dạng vô cơ có độc tính cao gấp nhiều lần As ở dạng hữu cơ, trong đó các hợp chất có chứa As thì hợp chất chứa As(III) độc tính cao hơn As(V), tuy nhiên trong cơ thể As(V) có thể bị khử về As(III); As(III) tác động vào nhóm - SH của các enzim, do vậy ức chế hoạt động của men

1.1.2 Cadimi

1.1.2.1 Trạng thái tự nhiên của cadimi [14]

Trong thiên nhiên, Cd tồn tại ở dạng bền vững là Cd(II) Trữ lượng của cadimi trong vỏ Trái đất là 7,6.10-6% tổng số nguyên tử tương ứng Khoáng vật chính của cadimi là grenokit (CdS), khoáng vật này hiếm khi tồn tại riêng mà thường ở lẫn với khoáng vật của kẽm và thủy ngân là xinaba hay thần sa (HgS)

1.1.2.2 Tính chất vật lí [14]

Cadimi là kim loại màu trắng bạc, mềm, dễ nóng chảy, ở trong không khí ấm

bị nó dần bị bao phủ bởi lớp màng oxit nên mất ánh kim

Dưới đây là một số hằng số vật lí của cadimi:

2Cd + O2 → 2CdO Tác dụng với halogen tạo thành đihalogenua, tác dụng với lưu huỳnh và các nguyên tố không kim loại khác như photpho, selen, …:

độ cao, cadimi gây đau thận, thiếu máu và phá huỷ tuỷ xương Phần lớn cadimi thâm nhập vào cơ thể con người được giữ lại ở thận và được đào thải, còn một phần

ít (khoảng 1%) được giữ lại trong thận, do cadimi liên kết với protein tạo thành metallotionein có ở thận Phần còn lại được giữ lại trong cơ thể và dần dần được tích luỹ cùng với tuổi tác

Cadimi thường gắn liền với Zn nên có khả năng thay thế Zn Trong cơ thể,

Zn là thành phần thiết yếu của một số hệ thống enzim nên khi bị cadimi thay thế sẽ gây ra rối loạn tiêu hoá và các chứng bệnh rối loạn chức năng thận, thiếu máu, tăng huyết áp, phá huỷ tuỷ sống, gây ung thư

1.1.3 Chì

1.1.3.1 Trạng thái tự nhiên [16]

Chì trong tự nhiên chiếm khoảng 0,0016 % khối lượng vỏ Trái đất, phân bố trong 170 khoáng vật khác nhau nhưng quan trọng nhất là galena (PbS), anglesite (PbSO4) và cerussite (PbCO3), hàm lượng chì trong các khoáng lần lượt là 88 %, 68% và 77% [16]

1.1.3.2 Tính chất vật lí [16]

Chì là kim loại nặng, có ánh kim Chì kim loại có màu xanh xám, mềm, bề mặt chì thường mờ đục do bị oxi hóa Một số hằng số vật lí của chì:

PbSO4 + H2SO4 → Pb(HSO4)2

Với axit nitric ở bất kỳ nồng độ nào, chì tương tác như một kim loại:

Khi có mặt oxi, chì có thể tương tác với nước:

có thể tan trong axit axetic và các axit hữu cơ khác:

Với dung dịch kiềm, chì có tương tác khi đun nóng, giải phóng hiđro:

1.1.3.4 Tác dụng sinh hóa [25, 31]

Chì là một nguyên tố không cần thiết cho cơ thể sinh vật Không khí, nước

và thực phẩm bị ô nhiễm chì đều rất nguy hiểm cho con người, nhất là trẻ em đang phát triển Chì có tác dụng âm tính lên sự phát triển của bộ não trẻ em, chì ức chế mọi hoạt động của các enzim, không chỉ ở não mà còn ở các bộ phận tạo máu, nó là tác nhân phá hủy hồng cầu

Chì có thể thâm nhập vào cơ thể con người qua thức ăn, nước uống, hít thở hoặc thông qua da nhưng chủ yếu lượng chì đi vào cơ thể con người là do khẩu phần ăn uống, chúng được tích tụ trong xương, ít gây độc cấp tính trừ liều lượng cao, nguy hiểm hơn là sự tích luỹ lâu dài trong cơ thể ở liều lượng thấp nhưng với thời gian dài Triệu chứng thể hiện nhiễm độc chì là mệt mỏi, ăn không ngon, đau đầu, nó tác dụng lên hệ thần kinh trung ương và ngoại vi, hiệu ứng sinh hoá quan trọng của chì là can thiệp vào hồng cầu, nó can thiệp vào quá trình tạo hợp chất trung gian trong quá trình hình thành Hemoglobin Khi nồng độ chì trong máu đạt 0,3 ppm thì nó ngăn cản quá trình sử dụng oxi để oxi hóa glucoza tạo ra năng lượng cho quá trình sống, do đó làm cho cơ thể mệt mỏi và khi nồng độ lớn hơn 0,8 ppm thì hụt hẳn Hemoglobin gây thiếu máu và làm rối loạn chức năng thận

Ngoài ra Pb2+ đồng hình với Ca2+ nên có thể thay thế Ca2+ tạo phức trong xương

1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ RAU [26]

1.2.1 Đặc điểm, vai trò và công dụng của rau xanh

Trong ăn uống hàng ngày rau tươi có vai trò đặc biệt quan trọng chứa nhiều sinh tố, chất khoáng và chất sơ cần thiết cho cơ thể Rau là nguồn khoáng chất và vitamin phong phú, một số loại rau tuy không cung cấp nhiều nhiệt lượng nhưng lại cung cấp những sinh tố và chất khoáng không thể thiếu đối với sức khoẻ Rau còn quan trọng ở chỗ nó cung cấp chất xơ Chất xơ không dễ tiêu hoá hấp thụ

được, không cung cấp năng lượng, nó tạo ra chất thải lớn trong ruột, làm tăng nhu động ruột, chống táo bón Đây là điều rất quan trọng trong việc tránh hấp thụ có hại cho cơ thể Nếu phân để lâu trong ruột do thiếu chất xơ cũng tăng tỉ lệ ung thư tiêu hoá, đại tràng, gây xơ vữa động mạch Ngoài ra, chất xơ còn thúc đẩy sự hấp thụ của cơ thể đối với 3 nhóm thức ăn đạm, béo, đường Rau còn là nguồn chất sắt quan trọng Sắt trong rau được cơ thể hấp thụ tốt hơn sắt ở các hợp chất vô cơ Các loại rau, đậu, xà lách là nguồn mangan tốt

Rau không những là loại thực phẩm hàng ngày rất cần thiết cho cơ thể mà còn là loại thuốc chữa bệnh rất dễ kiếm và dễ sử dụng

Cải bắp là loại rau có nguồn gốc ôn đới, có rất nhiều tác dụng Dùng đắp ngoài để tẩy uế làm liền sẹo, mụn nhọt, … Ngoài ra, còn là thuốc làm dịu đau trong bệnh thấp khớp, đau dây thần kinh hông, … Sau hết, nó là loại thuốc mạnh để chống kích thích thần kinh và chứng mất ngủ, dùng cho những người hay lo âu, người bị suy nhược thần kinh

Cải xoong giúp ta ăn ngon miệng, tẩy độc, lợi tiểu, cung cấp nhiều chất xơ có tác dụng tốt đối với dạ dày Canh cải xoong nấu với cỏ tươi vừa ngon, bổ, mát lại có tác dụng giải nhiệt, … Ngoài ra, cải xoong kết hợp với một số vị thuốc khác có tác dụng chữa một số bệnh như: viêm phế quản, ho lao, bí tiểu, …

Rau muống là loại rau rất phổ biến, dễ trồng, có thể trồng trên cạn hoặc dưới nước có tính hàn, vị ngọt Khi bị chảy máu mũi dùng rau muống tươi nghiền nát với đường đỏ uống sẽ giúp cầm máu Nếu có mụn nhọt, dùng rau muống tươi đánh nhuyễn với mật ong đắp vào chỗ đau cũng rất tốt

Cải thìa có nhiều vitamin A, B, C Lượng vitamin C của nó rất phong phú, đứng vào bậc nhất trong các loại rau Sau khi phơi khô, hàm lượng vitamin C vẫn còn cao Cải thìa có tác dụng chống scorbut (bệnh do thiếu vitamin C gây ra), tạng khớp và làm tan sưng Hạt cải thìa kích thích, làm dễ tiêu, nhuận tràng

1.2.2 Hiện trạng ô nhiễm rau xanh ở Thái Nguyên

Hiện nay, cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ thì việc ô nhiễm

vi sinh vật, hoá chất độc hại, kim loại nặng và thuốc bảo vệ thực vật tồn dư trong rau, đặc biệt là rau ăn lá đã ảnh hưởng không nhỏ trước mắt cũng như lâu dài đối

với sức khoẻ cộng đồng Mức độ ô nhiễm kim loại nặng ở các khu công nghiệp, khu chế xuất, cụm công nghiệp tập trung là rất lớn Thành phố Thái Nguyên là một trong những trung tâm công nghiệp lớn ở Việt Nam, nơi đây tập trung nhiều nhà máy xí nghiệp lớn như Nhà máy gang thép Thái Nguyên, Nhà máy Giấy Hoàng Văn Thụ, Nhà máy điện Cao Ngạn, … Vì vậy, lượng nước thải từ các nhà máy đổ ra môi trường hàng ngày khá lớn Có thể nói môi trường đất, nước mặt ở thành phố Thái Nguyên đã và đang bị ô nhiễm bởi các hoá chất độc hại từ các nguồn thải công nghiệp, nông nghiệp và phế thải đô thị, …

Theo tác giả Phan Thị Thu Hằng [7]: 25 - 45 % số mẫu bị ô nhiễm kim loại nặng Pb, Cd, tập trung vào rau bắp cải, nhóm rau cải xanh, đậu côve và cải củ Những vùng có rau bị ô nhiễm cao là Túc Duyên, Cam Giá, Quang Vinh Tất cả các mẫu rau được kiểm tra đều phát hiện có Pb, Cd và As trong phần thương phẩm, cụ thể:

- Bắp cải: 7/7 mẫu có hàm lượng Pb vượt TCCP từ 1,1 - 5 lần, 4/7 mẫu có hàm lượng Cd và As vượt TCCP

- Cải xanh: 8/20 mẫu kiểm tra có hàm lượng Pb và As vượt TCCP, 14/20 mẫu có hàm lượng Cd vượt TCCP

- Đậu côve: Số mẫu có hàm lượng vượt quá TCCP với Pb là 12/19 mẫu Cd là 11/19 mẫu và As là 8/19 mẫu

- Cải củ: Hàm lượng Pb vượt TCCP có 12/20 mẫu, Cd là 14/20 mẫu và As là 10/20 mẫu kiểm tra

- Rau mùi: có 1 mẫu bị ô nhiễm Cd, As trong tổng số 4 mẫu kiểm tra

Theo tác giả Vũ Thị tâm Hiếu [9]:

- Các mẫu rau lấy ở khu vực Thành Phố Thái Nguyên không bị nhiễm bởi kim loại đồng

- Riêng với mẫu rau xà lách không phát hiện được hàm lượng Ni

- Các mẫu rau bắp cải có hàm lượng Cr, Ni cao gấp 1,42 và 4,54 lần so với rau bắp cải an toàn

- Các mẫu rau cải canh có hàm lượng Cr, Ni cao gấp 2,52 và 1,45 lần so với rau cải canh an toàn

- Với mẫu rau muống nước hàm lượng Cr, Ni cao gấp 2,59 lần và 1,55 lần so với rau muống nước an toàn

1.3 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ASEN, CADIMI VÀ CHÌ

Hiện nay có rất nhiều phương pháp khác nhau để xác định asen, cadimi và chì như phương pháp phân tích khối lượng, phân tích thể tích, điện hoá, phổ phân tử

UV – VIS, phổ phát xạ nguyên tử (AES), phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS)

và không ngọn lửa (ETA-AAS), phương pháp ICP – MS, … Dưới đây là một số phương pháp xác định asen, cadimi và chì

1.3.1 Các phương pháp hoá học

1.3.1.1 Phương pháp phân tích khối lượng

Phương pháp phân tích khối lượng là phương pháp cổ điển, độ chính xác có thể đạt tới 0,1% Cơ sở của phương pháp là sự kết tủa định lượng của chất phân tích với một thuốc thử thích hợp

Asen thường được kết tủa dưới dạng Ag3AsO4, As2S3, Mg(NH4)AsO4 hay

chất phân tích [29]

kết tủa được lọc, rửa, sấy (hoặc nung) rồi đem cân từ đó xác định hàm lượng chất phân tích

kết tủa được lọc, rửa, sấy hoặc nung rồi cân và từ đó xác định được hàm lượng chất phân tích

Phương pháp này không đòi hỏi dụng cụ đắt tiền nhưng quá trình phân tích lâu, nhiều giai đoạn phức tạp đặc biệt khi phân tích lượng vết các chất Vì vậy phương pháp này không được dùng phổ biến trong thực tế để xác định lượng vết các chất mà chỉ dùng trong phân tích hàm lượng lớn

1.3.1.2 Phương pháp phân tích thể tích

Phương pháp phân tích thể tích dựa trên sự đo thể tích dung dịch thuốc thử

để biết nồng độ chính xác (dung dịch chuẩn) được thêm vào dung dịch chất định phân để tác dụng đủ toàn bộ lượng chất định phân đó Thời điểm thêm lượng thuốc thử tác dụng với toàn bộ chất định phân gọi là điểm tương đương Để nhận biết điểm tương đương, người ta dùng các chất gây ra hiện tượng có thể quan sát bằng mắt gọi là các chất chỉ thị

Asen có thể được xác định bằng phương pháp chuẩn độ iot, chuẩn độ bicromat hay phương pháp chuẩn độ brom

3-

bằng

cho tới khi dung dịch xuất hiện màu xanh Phương pháp này xác định được hàm lượng As trong khoảng từ 0,1% đến vài chục %

Với cadimi và chì, ta có thể dùng các phép chuẩn độ như chuẩn độ phức chất, chuẩn độ oxi hoá - khử với các chất chỉ thị khác nhau

Ta có thể xác định cadimi bằng EDTA ở môi trường pH = 9 - 10 với chỉ thị ET-OO hoặc môi trường pH = 6 với chỉ thị xylendacam Khi đó chất chỉ thị chuyển

từ màu đỏ sang màu vàng:

H6F + Cd2+ → H4FCd + 2H+

H4FCd + H2Y2- → CdY2- + H6F

Đối với chì ta có thể chuẩn độ trực tiếp bằng EDTA hay chuẩn độ ngược

(pH khoảng 8 - 12), với chỉ thị ET-OO

Pb2+ + H2Y2- → PbY2- + 2H+

bền với tactrat hoặc trietanolamin

dư chính xác EDTA đã biết nồng độ ở pH = 10 Sau đó chuẩn độ EDTA dư bằng

Pb2+ + H2Y2- = PbY2- + 2H+

H2Y2- (dư) + Zn2+ = ZnY2- + 2H+ZnInd + H2Y2- = ZnY2- + Hind (đỏ nho) (xanh)

Do phức PbY2- bền hơn ZnY2- ở pH = 10 nên Pb2+ sẽ đẩy Zn2+ ra khỏi phức ZnY2- Sau đó, chuẩn Zn2+ sẽ xác định được Pb2+:

Pb2- + ZnY2- = Zn2+ + PbYZnInd + H2Y2- = ZnY2- + HInd (đỏ nho) (xanh)

2-1.3.2.Phương pháp phân tích công cụ

1.3.2.1 Các phương pháp quang phổ

1 Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV - VIS[21]

Phương pháp này chính là phương pháp phổ hấp thụ phân tử trong vùng UV

- VIS Ở điều kiện thường, các phân tử, nhóm phân tử của chất bền vững và nghèo năng lượng Đây là trạng thái cơ bản Nhưng khi có một chùm sáng với năng lượng thích hợp chiếu vào thì các điện tử hoá trị trong các liên kết (л, ∂ , n) sẽ hấp thụ năng lượng chùm sáng, chuyển lên trạng thái kích thích với năng lượng cao hơn Hiệu số giữa hai mức năng lượng (cơ bản Eo và kích thích Em) chính là năng lượng mà phân tử hấp thụ từ nguồn sáng để tạo ra phổ hấp thụ phân tử của chất.[14, 29]

Nguyên tắc: Phương pháp xác định dựa trên việc đo độ hấp thụ ánh sáng của một dung dịch phức tạo thành giữa ion cần xác định với một thuốc thử vô cơ hay hữu cơ trong môi trường thích hợp khi được chiếu bởi chùm sáng Phương pháp định lượng phép đo:

A = K.C

K: hằng số thực nghiệm C: nồng độ nguyên tố phân tích

là một trong các phương pháp được sử dụng khá phổ biến

Phương pháp trắc quang có độ nhạy, độ ổn định và độ chính xác khá cao, được sử dụng nhiều trong phân tích vi lượng Tuy nhiên với việc xác định Cd, Pb thì lại gặp rất nhiều khó khăn do ảnh hưởng của một số ion kim loại tương tự Khi

đó phải thực hiện các công đoạn che, tách phức tạp

2 Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử (AES) [14]

Khi ở điều kiện thường, nguyên tử không thu hay phát ra năng lượng nhưng nếu bị kích thích thì các điện tử hoá trị sẽ nhận năng lượng chuyển lên trạng thái có năng lượng cao hơn (trạng thái kích thích) Trạng thái này không bền, chúng có xu hướng giải phóng năng lượng để trở về trạng thái ban đầu bền vững dưới dạng các bức xạ Các bức xạ này được gọi là phổ phát xạ của nguyên tử

Phương pháp AES dựa trên sự xuất hiện phổ phát xạ của nguyên tử tự do của nguyên tố phân tích ở trạng thái khí khi có sự tương tác với nguồn năng lượng phù hợp Hiện nay, người ta dùng một số nguồn năng lượng để kích thích phổ AES như ngọn lửa đèn khí, hồ quang điện, tia lửa điện, plasma cao tần cảm ứng (ICP), …

mẫu Vì vậy, đây là phương pháp dùng để kiểm tra đánh giá hoá chất, nguyên liệu tinh khiết, phân tích lượng vết ion kim loại độc trong nước, lương thực, thực phẩm Tuy nhiên, phương pháp này lại chỉ cho biết thành phần nguyên tố trong mẫu mà không chỉ ra được trạng thái liên kết của nó trong mẫu

1.3.2.2 Phương pháp điện hoá [19]

1 Phương pháp cực phổ

Nguyên tắc: Người ta thay đổi liên tục và tuyến tính điện áp đặt vào 2 cực để

khử các ion kim loại, do mỗi kim loại có thế khử khác nhau Thông qua chiều cao của đường cong Von-Ampe có thể định lượng được ion kim loại trong dung dịch

ion trong dung dịch ghi cực phổ theo phương trình:

I = k.C Phương pháp này sử dụng điện cực giọt thuỷ ngân rơi làm cực làm việc, trong đó thế được quét tuyến tính rất chậm theo thời gian (thường 1 – 5 mV/s) đồng thời ghi dòng là hàm của thế trên cực giọt thuỷ ngân rơi Sóng cực phổ thu được có dạng bậc thang, dựa vào chiều cao có thể định lượng được chất phân tích

Phương pháp này có khá nhiều ưu điểm: Nó cho phép xác định cả chất vô cơ

dư Sai số của phương pháp thường là 2 ÷ 3% với nồng độ 10-3 ÷ 10-4M, là 5% với

bị ảnh hưởng rất lớn của dòng tụ điện, dòng cực đại, lượng oxi hoà tan hay bề mặt

Nhằm loại trừ ảnh hưởng trên đồng thời tăng độ nhạy, hiện nay đã có các phương pháp cực phổ hiện đại: cực phổ xung vi phân (DPP), cực phổ sóng vuông (SQWP), … chúng cho phép xác định lượng vết của nhiều nguyên tố

2 Phương pháp Von-Ampe hoà tan

Về bản chất, phương pháp Von-Ampe hoà tan cũng giống như phương pháp cực phổ là dựa trên việc đo cường độ dòng để xác định nồng độ các chất trong dung dịch Nguyên tắc gồm hai bước:

Bước 1: Điện hoá làm giàu chất cần phân tích trên bề mặt điện cực làm việc trong khoảng thời gian xác định, tại thế điện cực xác định

Bước 2: Hoà tan kết tủa đã được làm giàu bằng cách phân cực ngược cực làm việc, đo và ghi dòng hoà tan Trên đường Von-Ampe hoà tan xuất hiện pic của nguyên tố cần phân tích Chiều cao pic tỉ lệ thuận với nồng độ

1.3.2.3 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử [14]

Nguyên tắc: Khi nguyên tử tồn tại tự do ở thể khí và ở trạng thái năng lượng

cơ bản, thì nguyên tử không thu hay không phát ra năng lượng Tức là nguyên tử ở trạng thái cơ bản Song nếu chiếu vào đám hơi nguyên tử tự do một chùm tia sáng đơn sắc có bước sóng phù hợp, trùng với bước sóng vạch phổ phát xạ đặc trưng của nguyên tố phân tích, chúng sẽ hấp thụ tia sáng đó sinh ra một loại phổ của nguyên

tử Phổ này được gọi là phổ hấp thụ của nguyên tử Với hai kỹ thuật nguyên tử hóa, nên chúng ta cũng có hai phép đo tương ứng Đó là phép đo phổ hấp thụ nguyên tử trong ngọn lửa (F-AAS có độ nhạy cỡ 0,1 ppm) và phép đo phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS có độ nhạy cao hơn kỹ thuật ngọn lửa 50 - 1000 lần, cỡ 0,1 - 1 ppb)

Cơ sở của phân tích định lượng theo AAS là dựa vào mối quan hệ giữa cường độ vạch phổ và nồng độ nguyên tố cần phân tích theo biểu thức:

Aλ = a.CX

Có 2 phương pháp định lượng theo phép đo AAS là: phương pháp đường chuẩn và phương pháp thêm tiêu chuẩn

Thực tế cho thấy phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử có nhiều ưu việt như:

Độ nhạy, độ chính xác cao, lượng mẫu tiêu thụ ít, tốc độ phân tích nhanh Với ưu điểm này, AAS được thế giới dùng làm phương pháp tiêu chuẩn để xác định lượng nhỏ và lượng vết các kim loại trong nhiều đối tượng khác nhau

Phép đo phổ AAS có thể phân tích được hàm lượng vết của hầu hết các kim loại và cả những hợp chất hữu cơ hay anion không có phổ hấp thụ nguyên tử Nó được sử dụng rộng rãi trong các ngành: địa chất, công nghiệp hóa học, hóa dầu, y học, sinh học, dược phẩm,

1 Phép đo phổ F-AAS

Kỹ thuật F-AAS dùng năng lượng nhiệt của ngọn lửa đèn khí để hoá hơi

và nguyên tử hoá mẫu phân tích Do đó mọi quá trình xảy ra trong khi nguyên tử hoá mẫu phụ thuộc vào đặc trưng và tính chất của ngọn lửa đèn khí nhưng chủ yếu

là nhiệt độ ngọn lửa Đây là yếu tố quyết định hiệu suất nguyên tử hoá mẫu phân tích, mọi yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ ngọn lửa đèn khí đều ảnh hưởng đến kết quả của phương pháp phân tích

2 Phép đo phổ GF-AAS

Kỹ thuật GF-AAS ra đời sau kỹ thuật F-AAS nhưng đã được phát triển rất nhanh, nó đã nâng cao độ nhạy của phép xác định lên gấp hàng trăm lần so với kỹ thuật F-AAS Mẫu phân tích bằng kỹ thuật này không cần làm giàu sơ bộ và lượng mẫu tiêu tốn ít

Kỹ thuật GF-AAS là quá trình nguyên tử hoá tức khắc trong thời gian rất ngắn nhờ năng lượng nhiệt của dòng điện có công suất lớn và trong môi trường khí trơ (Argon) Quá trình nguyên tử hoá xảy ra theo các giai đoạn kế tiếp nhau: sấy khô, tro hoá luyện mẫu, nguyên tử hoá để đo phổ hấp thụ nguyên tử và cuối cùng là làm sạch cuvet Nhiệt độ trong cuvet graphit là yếu tố quyết định mọi diễn biến của quá trình nguyên tử hoá mẫu Trong đó hai giai đoạn đầu là chuẩn bị cho giai đoạn nguyên tử hóa để đạt kết quả tốt Nhiệt độ trong cuvet graphit là yếu tố chính quyết định mọi sự diễn biến của quá trình nguyên tử hóa mẫu

* Những ưu - nhược điểm của phép đo:

Cũng như các phương pháp phân tích khác, phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử cũng có những ưu, nhược điểm nhất định đó là:

- Ưu điểm: Đây là phép đo có độ nhạy cao và độ chọn lọc tương đối cao Gần

đã được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực để xác định lượng vết các kim loại Một ưu điểm lớn của phép đo là: trong nhiều trường hợp không phải làm giàu nguyên tố cần xác định trước khi phân tích Do đó, tốn ít mẫu, ít thời gian cũng như hoá chất tinh khiết để làm giàu mẫu Tránh được sự nhiễm bẩn khi xử lý mẫu qua các giai đoạn phức tạp Đặc biệt, phương pháp này cho phép phân tích hàng loạt mẫu với thời gian ngắn, kết quả phân tích lại rất ổn định, sai số nhỏ

- Nhược điểm: Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm phép đo AAS cũng có

nhược điểm là chỉ cho biết thành phần nguyên tố của chất ở trong mẫu phân tích mà không chỉ ra trạng thái liên kết của nguyên tố ở trong mẫu

1.4 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ MẪU PHÂN TÍCH XÁC ĐỊNH ASEN, CADIMI VÀ CHÌ [13]

Để xác định hàm lượng As, Cd, Pb trong rau xanh, trước hết ta phải tiến hành xử lý mẫu nhằm chuyển các nguyên tố cần xác định có trong mẫu từ trạng thái ban đầu (dạng rắn) về dạng dung dịch Đây là công việc rất quan trọng vì có thể dẫn đến những sai lệch có trong kết quả phân tích do sự nhiễm bẩn hay làm mất chất phân tích nếu thực hiện không tốt Hiện nay có nhiều kĩ thuật xử lý mẫu phân tích, với đối tượng rau xanh thì hai kĩ thuật dùng để phá mẫu gồm kỹ thuật tro hóa ướt bằng axit đặc hoặc axit mạnh (phương pháp xử lý ướt) và kĩ thuật tro hóa khô (phương pháp tro hóa khô)

1.4.1 Phương pháp xử lý ướt (bằng axit đặc oxi hóa mạnh)

Nguyên tắc của phương pháp là dùng axit đặc có tính oxi hóa mạnh như

… để phân hủy hết các chất hữu cơ của mẫu trong bình Kendan, để chuyển các kim

loại ở dạng hữu cơ về dạng các ion trong dung dịch muối vô cơ Việc phân hủy có thể thực hiện trong hệ đóng kín (áp suất cao), hay trong hệ mở (áp suất thường) Lượng axit thường phải dùng gấp từ 10- 15 lần lượng mẫu, tùy thuộc mỗi loại mẫu

và cấu trúc vật lý hóa học của nó Thời gian phân hủy mẫu trong các hệ mở, bình Kendan, ống nghiệm, cốc, … thường từ vài giờ đến vài chục giờ, cũng tùy loại mẫu, bản chất của các chất, nếu trong lò vi sóng hệ kín thì chỉ cần vài chục phút Thường khi phân hủy xong phải đuổi hết axit dư trước khi định mức và tiến hành đo phổ

Ưu nhược điểm của kĩ thuật này là:

+ Không mất một số kim loại như Pb, Fe, Zn, Cu, …

+ Thời gian phân huỷ lâu, thường là từ 10 -12 giờ

+ Tốn nhiều axit tinh khiết, axit dư nhiều, phải đuổi axit sau khi xử lý

+ Dễ gây nhiễm bẩn, nếu các hoá chất không có độ sạch cao

+ Phải đuổi axit dư lâu, có khi khó khăn không hết được Đồng thời khi đun đuổi axit lâu lại gây ra sự nhiễm bẩn hay bắn mất mẫu

chuyển các kim loại về dạng ion trong dung dịch Quyết định dạng tro hóa ở đây là nhiệt độ nung và thời gian nung (nhiệt độ tro hóa và thời gian tro hóa) và các chất phụ gia thêm vào mẫu khi nung Nhiệt độ tro hóa các chất hữu cơ thường được chọn

Sử dụng phương pháp này có những ưu nhược điểm như:

+ Tro hóa triệt để được mẫu, hết các chất hữu cơ

+ Đơn giản, dễ thực hiện, quá trình xử lý không lâu như phương pháp vô cơ hóa ướt

+ Không tốn nhiều axit tinh khiết cao, và không có axit dư

+ Hạn chế được sự nhiểm bẩn do dùng ít hóa chất

+ Mẫu dung dịch thu được sạch sẽ và trong

+ Nhưng hay bị mất một số nguyên tố phân tích (Pb, Zn, Cu, Cd, …), nếu không dùng chất bảo vệ và chất chảy

Để xác định hàm lượng As, Cd, Pb trong rau xanh bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa, nguyên liệu mẫu cần dùng là rất nhỏ vì phương pháp có độ nhạy cao Chính vì vậy, chúng tôi lựa chọn xử lý mẫu rau xanh theo phương pháp xử lý ướt bằng axit đặc oxi hoá mạnh

Chương 2 THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 THIẾT BỊ, HÓA CHẤT, DỤNG CỤ

2.1.1 Thiết bị

- Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử Shimadzu AA – 6300 của Nhật Bản

- Máy cất nước hai lần Aquatron A4000D của Mỹ

- Các dung dịch ion kim loại: Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Ba2+, Al3+, Fe3+, Cr3+, Ni2+,

Các dung dịch hóa chất đều được pha chế bằng nước cất 2 lần

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử là một phương pháp hiện đại, có

độ chính xác cao Ngoài ra phương pháp này còn có độ nhạy và độ chọn lọc cao, phù hợp với xác định vi lượng các nguyên tố Khi sử dụng phương pháp này trong nhiều trường hợp không phải làm giàu nguyên tố trước khi phân tích nên tốn ít mẫu

và thời gian Phương pháp này còn cho phép xác định đồng thời nhiều nguyên tố, phù hợp cho việc xác định hàm lượng các kim loại trong các trường hợp khác nhau

Chính vì thế mà chúng tôi đã sư dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa để xác định hàm lượng As, Cd và Pb trong rau xanh và nước tưới

Với phương pháp GF - AAS đối với mỗi loại máy đo của các hãng sản xuất khác nhau khi sử dụng để phân tích đều cho kết quả tốt ở những điều kiện thí nghiệm khác nhau Chúng tôi dùng máy Shimadzu AA – 6300 của Nhật Bản

và áp dụng nguyên tắc thay đổi một số yếu tố và cố định các yếu tố còn lại Chúng tôi tiến hành khảo sát từng yếu tố một để chọn ra điều kiện phù hợp nhất cho phép phân tích (các thông số tối ưu của máy) Sau đó tiến hành đo trên mẫu chuẩn rồi phân tích mẫu thực tế theo phương pháp đường chuẩn và kiểm tra lại bằng phương pháp thêm chuẩn

2.2.1 Phương pháp đường chuẩn [14]

Nguyên tắc của phương pháp này là dựa vào phương trình cơ bản của phép đo

A = K.C và một dãy mẫu đầu để dựng một đường chuẩn, sau đó nhờ đường chuẩn

phổ, rồi từ đó tính được nồng độ của nó trong mẫu phân tích

Trước hết phải chuẩn bị một dãy mẫu đầu, dãy mẫu chuẩn (thông thường là 5 mẫu) và các mẫu phân tích trong cùng điều kiện Ví dụ các mẫu đầu có nồng độ của nguyên tố X cần xác định C1, C2, C3, C4, C5 và các mẫu phân tích là CX1, CX2, … Rồi sau đó chọn một quá trình phân tích phù hợp để rồi đo phổ Đo các mẫu chuẩn và các mẫu phân tích theo một vạch  đã chọn Ví dụ thu được các giá trị cường độ tương ứng với các nồng độ là A1, A2, A3, A4, A5, và AX1, AX2, … Sau đó dựng đường chuẩn theo hệ toạ độ A - Cx

cần tìm

Nguyên tắc của phương pháp này là người ta dùng ngay một mẫu phân tích

làm nền để chuẩn bị một dãy mẫu đầu bằng cách lấy một lượng mẫu phân tích nhất định và thêm vào đó những lượng nhất định của nguyên tố cần xác định theo từng

thế chúng ta sẽ có một dãy mẫu chuẩn là:

chọn Các mẫu phân tích còn lại giả sử kí hiệu Cx1,Cx2,Cx3, …

Tiếp đó chọn các điều kiện thí nghiệm phù hợp và một vạch phổ của nguyên tố phân tích, tiến hành ghi cường độ hấp thụ của vạch phổ đó theo tất cả dãy mẫu đầu và các mẫu phân tích

C (mg/ml)

Kết quả thu được như bảng sau:

.

.

Hình 2.2 Đồ thị của phương pháp thêm chuẩn

Từ các giá trị cường độ này ứng với các nồng độ thêm vào của các nguyên tố phân tích chúng ta dựng được một đường chuẩn theo hệ toạ độ A - Cx Đường

chưa biết chúng ta làm như sau:

Cách 1: Kéo dài đường chuẩn về phía trái, nó cắt trục hoành tại điểm C0

Cách 2: Cũng có thể xác định Cx bằng cách từ gốc toạ độ kẻ một đường

này cắt nhau tại điểm M Từ điểm M hạ đường vuông góc với trục hoành Đường này cắt trục hoành tại điểm C0 Chính đoạn C0 là giá trị Cx cần tìm

2.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Trong phần thực nghiệm luận văn phải thực hiện các nhiệm vụ sau:

2.3.1 Khảo sát các điều kiện thực nghiệm xác định asen, cadimi, chì bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa (GF-AAS)

2.3.1.1 Khảo sát các điều kiện của máy đo phổ AAS

- Bước sóng hấp thụ của asen, cadimi, chì

- Cường độ dòng điện đèn catôt rỗng

- Độ rộng khe đo

- Điều kiện nguyên tử hóa mẫu (nhiệt độ sấy mẫu, nhiệt độ tro hóa luyện mẫu, nhiệt độ nguyên tử hóa mẫu)

2.3.1.2 Chọn nền và môi trường phân tích

2.3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của các cation khác

2.3.2 Khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của asen, cadimi, chì

2.3.3 Đánh giá sai số, độ lặp, khoảng tin cậy của phép đo, xác định LOD, LOQ 2.3.4 Xác định hàm lượng As, Cd, Pb trong các mẫu rau xanh và mẫu nước thải bằng phương pháp đường chuẩn

2.3.5 Kiểm tra độ chính xác của kết quả phân tích bằng phương pháp thêm chuẩn

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN

3.1 KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC NGUYÊN TỐ ASEN, CADIMI, CHÌ BẰNG PHƯƠNG PHÁP GF - AAS [14, 31]

3.1.1 Khảo sát vạch đo

Mỗi loại nguyên tử của nguyên tố hoá học chỉ có thể hấp thụ những bức xạ

có bước sóng mà chính nó phát ra trong quá trình phát xạ Nhưng thực tế không phải mỗi loại nguyên tử đều hấp thụ được tất cả các bức xạ mà nó phát ra Quá trình hấp thụ chỉ nhạy với các vạch đặc trưng (gọi là vạch nhạy) Vạch nào có độ hấp thụ càng nhạy thì khoảng nồng độ tuyến tính càng hẹp Như vậy đối với một nguyên tố các vạch phổ khác nhau sẽ có độ nhạy khác nhau, đồng thời với mỗi vạch này có thể có rất nhiều nguyên tố khác trong mẫu có vạch phổ gần với vạch phổ này, nó có thể chen lấn hay gây nhiễu tới vạch phổ của nguyên tố phân tích làm cho việc đo cường độ vạch phân tích gặp khó khăn và thiếu chính xác Vì hàm lượng Pb, Cd và As trong rau xanh được dự đoán là rất nhỏ nên chúng tôi tiến hành khảo sát để tìm ra vạch phổ có độ nhạy cao để hạn chế được ảnh hưởng của nguyên tố có vạch phổ lân cận

Chúng tôi tiến hành khảo sát đối với dung dịch As 5ppb, Cd 1ppb, Pb 2ppb

thu được như trong các bảng 3.1 đến bảng 3.3

Bảng 3.1: Kết quả khảo sát vạch đo của As

Asen có 3 bước sóng hấp thụ đặc trưng là 189,0 nm; 193,7 nm và 197,2 nm Qua kết quả khảo sát ta thấy với bước sóng 193,7 nm độ hấp thụ của asen là lớn nhất và có sai số nhỏ nhất

Bảng 3.2: Kết quả khảo sát vạch đo của Cd

Vạch đo (nm) Abs lần 1 Abs lần 2 Abs lần 3 Trung bình %RSD

Cd có bước sóng đặc trưng là 228,8 nm và 226,5 nm Qua kết quả khảo sát ta thấy với bước sóng 228,8 nm thì độ hấp thụ Cd là lớn nhất và sai số nhỏ nhất

Bảng 3.3: Kết quả khảo sát vạch đo của Pb

Vạch đo (nm) Abs lần 1 Abs lần 2 Abs lần 3 Trung bình %RSD

3.1.2 Khảo sát các thông số máy

3.1.2.1 Khảo sát độ rộng khe đo

Độ rộng của khe đo ảnh hưởng đến tín hiệu phổ hấp thụ Theo nguyên tắc hoạt động của hệ thống đơn sắc trong máy phổ hấp thụ nguyên tử, chùm tia phát xạ cộng hưởng của nguyên tố cần nghiên cứu được phát ra từ đèn catot rỗng, sau khi đi qua môi trường hấp thụ sẽ được hướng vào khe đo của máy, được chuẩn trực, được phân ly và sau đó chỉ một vạch phổ cần đo được chọn và hướng vào khe đo để tác dụng vào nhân quang điện để phát hiện và xác định cường độ của vạch phổ Do vậy, khe đo của máy phải được chọn chính xác, phù hợp với từng vạch phổ

Qua kết quả khảo sát độ rộng của khe đo, để đảm bảo cho phép đo phổ hấp thụ nguyên tử ổn định và có độ hấp thụ cao, phù hợp với tuổi thọ của đèn, chúng tôi chọn độ rộng khe đo của Cd là 0,5 nm, của Pb là 0,5 nm và của As là 0,7 nm (bảng 3.5 ÷ 3.7)

Bảng 3.5: Kết quả khảo sát khe đo với nguyên tố As

Bảng 3.6 : Kết quả khảo sát khe đo với nguyên tố Cd

Bảng 3.7 : Kết quả khảo sát khe đo với nguyên tố Pb

3.1.2.2 Khảo sát cường độ dòng đèn catot rỗng (HCL)

Đèn catot rỗng HCL là nguồn phát tia bức xạ cộng hưởng, nó chỉ phát ra những tia phát xạ nhạy của nguyên tố kim loại được dùng làm catot rỗng Mỗi đèn HCL đều có dòng điện giới hạn cực đại mà đèn có thể chịu đựng được, tuy nhiên giá trị thích hợp nhất khi sử dụng đèn là trong vùng từ 60 - 85% giá trị cực đại Vì nếu ở điều kiện dòng cực đại thì đèn làm việc không ổn định và rất chóng hỏng, đồng thời phép đo có độ nhạy và độ lặp lại kém Khi cần độ nhạy cao thì chọn cận dưới và khi cần độ ổn định cao thì chọn cận trên

Bảng 3.8: Khảo sát cường độ dòng đèn với nguyên tố As

Cường độ dòng đèn

(mA)

60% I max (7)

65% I max (8)

75% I max (9)

83% I max (10)

70% I max (7)

80% I max (8)

90% I max (9)

Bảng 3.10: Khảo sát cường độ dòng đèn với nguyên tố Pb

Cường độ dòng đèn (mA) 60% I max (7) 65% I max (8) 75% I max (9) 83% I max

3.1.3 Khảo sát điều kiện nguyên tử hóa mẫu

Kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa là quá trình nguyên tử hóa tức khắc trong thời gian rất ngắn nhờ năng lượng của dòng điện có công suất lớn và trong môi trường khí trơ Quá trình nguyên tử hóa xảy ra theo ba giai đoạn chính kế tiếp nhau: sấy khô, tro hóa luyện mẫu, nguyên tử hóa để đo phổ hấp thụ và cuối cùng là làm nguội cuvet Trong đó 2 giai đoạn đầu là chuẩn bị cho giai đoạn nguyên tử hóa

để đạt được kết quả tốt Nhiệt độ trong cuvet graphit là yếu tố chính quyết định mọi

sự diễn biến của quá trình nguyên tử hóa mẫu Thường thì quá trình nguyên tử hóa xảy ra theo 4 giai đoạn kết tiếp trong thời gian tổng số từ 60 – 80 giây

3.1.3.1 Nhiệt độ sấy khô mẫu

Đây là giai đoạn đầu tiên của quá trình nguyên tử hóa mẫu Nó rất cần thiết

để đảm bảo cho dung môi hòa tan mẫu bay hơi nhẹ nhàng hoàn toàn, nhưng không làm mất mẫu Vì vậy nếu không thực hiện sấy tốt, mẫu sẽ bị bắn làm sai lệch kết quả phân tích Nhiệt độ và thời gian sấy khô của mỗi loại mẫu phụ thuộc vào bản chất của các chất ở trong mẫu và dung môi hòa tan nó Nói chung nhiệt độ sấy khô phù hợp đối với đa số các mẫu vô cơ trong dung môi nước nằm trong khoảng 100 –