Nghiên cứu sự phân bố nguyên tố đất hiếm trong cây cam vinh bằng kỹ thuật ICP MS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VƯƠNG CHÍ CAO NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM TRONG CÂY CAM VINH BẰNG KỸ THUẬT ICP-MS LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGHỆ AN - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VƯƠNG CHÍ CAO NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM TRONG CÂY CAM VINH BẰNG KỸ THUẬT ICP-MS Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60.44.01.18 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. NGUYỄN HOA DU NGHỆ AN - 2014 LỜI CẢM ƠN Luận văn này được hoàn thành tại khoa Hóa Học, trường Đại học Vinh. Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Nguyễn Hoa Du, người đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS. Phan Thị Hồng Tuyết, PGS.TS. Nguyễn Khắc Nghĩa đã đọc luận văn và góp nhiều ý kiến quý giá cho tôi chỉnh sữa luận văn này. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các giáo viên đã giảng dạy tôi trong quá trình học tập tại trường, đến Ban chủ nhiệm Khoa Hóa - Trường Đại học Vinh và quý thầy, cô kỹ thuật viên phụ trách phòng thí nghiệm đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong quá trình nghiên cứu. Xin cảm ơn đề tài B2013-27-05 đã tài trợ một phần kinh phí thực hiện nội dung nghiên cứu này. Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến lớp Hóa phân tích 20, gia đình, bạn bè đã động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Vinh, tháng 10 năm 2014 Tác giả Vương Chí Cao MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 1 1. Lí do chọn đề tài 1 2. Mục đích, ý nghĩa của đề tài 2 3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 3 4. Phương pháp nghiên cứu 3 Chương 1. TỔNG QUAN 4 1.1. Điều kiện tự nhiên vùng đất trồng cam Nghĩa Đàn - Quỳ Hợp, Nghệ An 4 1.1.1. Vị trí địa lí, khí hậu, thủy văn 4 1.1.2. Đặc điểm thổ nhưỡng 5 1.2. Đặc điểm cây cam Vinh 6 1.3. Vai trò của nguyên tố đất hiếm đối với cây trồng 7 1.3.1. Các nguyên tố đất hiếm trong nông nghiệp 7 1.3.2. Chức năng sinh lí của nguyên tố đất hiếm trong đời sống cây trồng 10 1.3.3. Một số chỉ tiêu cam Vinh ảnh hưởng bởi sự bón phân đất hiếm 11 1.4. Sự phân bố của nguyên tố đất hiếm trong thực vật 13 1.5. Các phương pháp phân tích đất hiếm 17 1.5.1. Phương pháp phân tích kích hoạt nơtron (NAA) 17 1.5.2. Phương pháp ICP-MS 20 Chương 2. THỰC NGHIỆM 28 2.1. Phương pháp lấy mẫu và xử lí mẫu 28 2.1.1. Phương pháp lấy mẫu cam 28 2.1.2. Xử lí mẫu 28 2.1.3. Hóa chất dụng cụ máy móc 29 2.2. Quy trình phân tích 30 Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34 3.1. Đánh giá sự phân bố đất hiếm trong cây cam Vinh 34 3.1.1. Hàm lượng ĐH trong lá cam 34 3.1.2. Hàm lượng ĐH trong quả cam 36 3.2. Đánh giá mức độ tiêu hao đất hiếm do thu hoạch cam 39 3.3. Đánh giá mức độ cung cấp đất hiếm nhờ bón phân và xác định mức độ bổ sung cần thiết để cân bằng dinh dưỡng cho cây 42 KẾT LUẬN 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 DANH MỤC VIẾT TẮT DTPA : Diethylenetriamin pentaacetat DTTH : Diện tích thu hoạch ĐC : Đối chứng EDTA : Ethylendiamin Tetraacetic acid. HREE : Heavy rare earth elements (Nguyên tố đất hiếm nặng) ICP- MS : Inductively Couple Plasma - Mass Spectroscopy (Phương pháp phổ khối lượng kết hợp plasma cảm ứng LREE : Light rare earth elements (Nguyên tố đất hiếm nhẹ) MREE : Medium rare earth elements Nguyên tố đất hiếm trung gian NĐ : Nghĩa Đàn QH : Quỳ Hợp REE, RE, NTĐH, ĐH : Nguyên tố đất hiếm TB : Trung bình DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Một số thông số chất lượng của cam Vinh ở Nghĩa Đàn và Quỳ Hợp 7 Bảng 1.2. Những số liệu cần thiết để phân tích các nguyên tố đất hiếm bằng phương pháp kích hoạt nơtron 20 Bảng 2.1. Kết quả sấy khô mẫu lá và đông khô mẫu quả cam Vinh 29 Bảng 3.1. Hàm lượng các nguyên tố đất hiếm trong mẫu lá cam Vinh 34 Bảng 3.2. Hàm lượng nguyên tố đất hiếm trong các mẫu quả cam Vinh 36 Bảng 3.3. Năng suất cam Nghĩa Đàn - Quỳ Hợp các năm 39 Bảng 3.4. Mức độ tiêu hao sau thu hoạch cam 40 Bảng 3.5. Mức độ tiêu hao đất hiếm trung bình do thu hoạch cam 41 Bảng 3.6. Tiêu hao đất hiếm trung bình của Nghĩa Đàn - Quỳ Hợp 42 Bảng 3.7. Hàm lượng nguyên tố đất hiếm trong supe lân và NPK 43 Bảng 3.8. Mức độ cung cấp đất hiếm hàng năm cam Nghĩa Đàn - Quỳ Hợp 44 Bảng 3.9. Hàm lượng đất hiếm trung bình trong đất Nghĩa Đàn- Quỳ Hợp 46 Bảng 3.10. Tỉ lệ giữa hàm lượng trung bình lá so với hàm lượng trung bình quả có bón phân đất hiếm và đối chứng của các nguyên tố đất hiếm 46 DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1. Các bộ phận chính của máy ICP-MS 22 Hình 1.2. Sơ đồ mô tả hoạt động của máy khối phổ plasma cảm ứng 23 Hình 1.3. Các bộ phận của máy ICP-MS 24 Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn sự phân bố các nguyên tố đất hiếm trong mẫu lá cam Vinh 35 Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn sự phân bố các nguyên tố đất hiếm trong mẫu quả cam Vinh 38 Hình 3.3. Biểu đồ so sánh mức tiêu hao trong quả và mức cung cấp do bón phân 45 Hình 3.4. Biểu đồ vùng so sánh hàm lượng trung bình nguyên tố đất hiếm trong quả cam, lá cam, đất trồng cam 47 1 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Cây cam là cây ăn quả quý, quả cam giàu dinh dưỡng, chất chống oxy hóa. Hơn nữa cam còn chứa chất dưỡng da và chống lão hóa. Cam giúp giải nhiệt, thỏa mãn cơn khát cho người có cường độ vận động cao, tăng cường hệ tiêu hóa và hệ miễn dịch của cơ thể - có tác dụng chống viêm, chống khối u, ức chế đông máu và chống oxy hóa mạnh. Cam Vinh là thương hiệu cây ăn quả đặc sản của tỉnh Nghệ An, đã được Bộ Khoa học và Công Nghệ công nhận chỉ dẫn địa lí từ ngày 17/10/2010. Sản phẩm này đã nổi tiếng ở thị trường trong nước và được trồng chủ yếu ở huyện Nghĩa Đàn và huyện Quỳ Hợp - vùng đất đỏ bazan màu mỡ này còn có tên gọi Phủ Quỳ, tỉnh Nghệ An. Đối với Nghĩa Đàn, Quỳ Hợp - cây cam là một trong những cây trồng chủ lực, là nguồn thu nhập chính của nhiều hộ nông dân. Về mặt nông hóa thổ nhưỡng, bên cạnh các nguyên tố dinh dưỡng đa lượng và vi lượng như đạm, lân, kali, Mg,Cu, Zn, Mo, Mn, V… còn có một số các nguyên tố đất hiếm có tác dụng sinh hóa đối với cây trồng giống như nguyên tố vi lượng như La, Ce, Pr, Nd, Tm, Sm, Eu, Ho, Gd, Y, … đóng vai trò rất quan trọng đối với đời sống cây trồng. Nếu thiếu đi một nguyên tố đất hiếm nào đó thì cũng có thể làm ảnh hưởng đến hiệu quả, chất lượng và năng suất cây trồng. Tuy nhiên, vấn đề nghiên cứu về hàm lượng và sự phân bố nguyên tố đất hiếm trên cây ăn quả ở các huyện Nghĩa Đàn, Quỳ Hợp còn chưa được nghiên cứu cụ thể, mặc dù chúng là yếu tố rất quan trọng đối với chất lượng và năng suất nông sản. 2 Vì vậy chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sự phân bố nguyên tố đất hiếm trong cây cam Vinh bằng kỹ thuật ICP-MS” nhằm góp phần xác định những số liệu cơ bản về sự phân bố các nguyên tố đất hiếm, tạo cơ sở cho việc sử dụng phân bón và chế độ canh tác để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm cam Vinh. 2. Mục đích, ý nghĩa của đề tài 2.1. Mục đích nghiên cứu Góp phần làm rõ sự phân bố ĐH trong các bộ phận chính của cây cam, mức tiêu hao ĐH và cân bằng dinh dưỡng ĐH trong canh tác cam. 2.2. Mục tiêu nghiên cứu - Xác định được hàm lượng các NTĐH trong hai bộ phận chính của cam là lá và quả, tạo cơ sở khoa học để xem xét vai trò của ĐH đối với sinh lý- sinh hóa cây cam. - Chỉ ra được đặc điểm sự phân bố hàm lượng của các nguyên tố ở các bộ phận của cây và vai trò sinh lý của chúng đối với cây. - Đánh giá được mức độ tích tụ các nguyên tố do sự bón phân vi lượng nghiên cứu - Đánh giá được mức độ tiêu hao các nguyên tố do thu hoạch quả, trên cơ sở đó có thể xác định mức bổ sung cần thiết để duy trì cân bằng dinh dưỡng vi lượng cho cây. 2.3. Ý nghĩa thực tiễn Đề tài thực hiện thành công sẽ mang lại ý nghĩa đó là: - Có số liệu đánh giá về hàm lượng một số nguyên tố đất hiếm trong cây cam Vinh - Góp phần tạo cơ sở khoa học cho việc sử dụng phân bón có nguyên tố hiếm trong canh tác cây ăn quả. [...]... nồng độ của nguyên tố đất hiếm trong hầu hết thực vật đều liên quan đến nồng độ của chúng trong đất ,nghiên cứu chỉ ra rằng nồng độ nguyên tố đất hiếm trong đất cao, dẫn tới xu hướng tích lũy nồng độ của chúng cao trong lá cây Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng các loại thảo mộc dễ tích lũy nguyên tố đất hiếm hơn các loài cây thân gỗ [23] 1.5 Các phương pháp phân tích đất hiếm 1.5.1 Phương pháp phân tích kích... hình và mức độ phân đoạn của nguyên tố đất hiếm trong thực vật là khác nhau * Sự hấp thu nguyên tố đất hiếm của hệ thống rễ thực vật Các nhà khoa học tách nguyên tố đất hiếm trên các thành tế bào và các bộ phận khác nhau của chúng về rễ lúa mì sử dụng một phương pháp chiết liên tục và thấy rằng khoảng 60% nguyên tố đất hiếm trong rễ được hấp thụ bởi các tế bào trong đó 88% nguyên tố đất hiếm được hấp... số cây dương xỉ, rong biển, và thực vật khác Đường cong phân bố các nguyên tố đất hiếm có thể được chia thành bốn phần tương tự Nghiên cứu phát hiện ra rằng bổ sung DTPA, EDTA, axit citric, axit humic, axit fulvic gây ra sự giảm hàm lượng của nguyên tố đất hiếm trong thực vật, cùng với giảm mức độ làm giàu MREE trong rễ và HREE trong lá Nghiên cứu tiếp tục chỉ ra rằng sự tích tụ của nguyên tố đất hiếm. .. hình phân phối của nguyên tố đất hiếm trong các thực vật là khác với trong đất Trừ các cây vân sam Na Uy, tính năng làm giàu LREE và sự bất thường của Ce đã được tìm thấy trong thực vật Các mô hình phân bố (distribution) của nguyên tố đất hiếm có thể khác nhau rất nhiều giữa các loài thực vật khác nhau trong cùng một vị trí và thậm chí cả trong cùng một loài Trong số các nguyên tố đất hiếm, Ce đã được... với LREEs Hơn nữa, sự phân bố các nguyên tố đất hiếm có thể bị ảnh hưởng bởi giá trị pH, Eh, và các ion vô cơ trong vùng rễ và độ chiếu sáng của ánh sáng mặt trời, sự tăng nồng độ Ca2+ và ion SO42- trong dung dịch vùng rễ có thể gây giảm nồng độ các nguyên tố đất hiếm trong thực vật, cũng như mức độ giảm làm giàu HREE trong lá Sự tích tụ của nguyên tố đất hiếm trong các bộ phận trên cây có thể giảm do... hiếm đến các bộ phận trên cây Sự phân bố giữa LREEs và HREEs trong bộ phận trên không của cây là do tất cả các yếu tố của phức của các phối tử hữu cơ, hấp phụ của thành tế bào, và kết tủa hóa học Dựa trên các nghiên cứu về sự phân bố của nguyên tố đất hiếm, có ít nhất ba khía cạnh của các quá trình sinh khả dụng và vận chuyển nguyên tố đất hiếm và các kim loại nặng : + Các nguyên tố kim loại vào mạch xylem... protein trong khi Nd với cellulose Sự tồn tại của nguyên tố đất hiếm trong thực vật đã được nghiên cứu ở cấp độ tế bào bằng cách sử dụng tách chất nguyên sinh Tuy nhiên, khi so sánh với các vật liệu nguồn, các tính năng làm giàu LREE đã được tìm thấy Sự phân bố các nguyên tố đất hiếm không liên quan trong quá trình chuyển từ đất lúa mì hoặc lúa đã được quan sát bởi các tác giả và cộng tác viên và kỹ thuật. .. thuật phân tích kích hoạt neutron, kết quả cho thấy các mô hình phân bố của nguyên tố đất hiếm là giống như trong phyllomes (bộ phận của cây phát triển từ lá) mà không có sự phân đoạn [17, 26, 28] Tính năng làm giàu LREE đã được quan sát thấy trong các bộ phận trên mặt đất so với đất và rễ trong một nghiên cứu với 9 loài thực vật ở một khu vực khai thác mỏ và trong một nghiên cứu khác với 5 loài cây. .. mẫu + Sử dụng phương pháp phân tích lượng vết kim loại bằng thiết bị ICPMS để xác định sự có mặt, hàm lượng và sự phân bố của các nguyên tố đất hiếm - Xử lí số liệu biểu diễn đồ thị, rút ra các thông tin cần thiết đánh giá hàm lượng sự phân bố của chúng trong các mẫu cam, nhận định vai trò của chúng đối với cây cam 4 Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Điều kiện tự nhiên vùng đất trồng cam Nghĩa Đàn - Quỳ Hợp, Nghệ... (1000-2000 m) - Đất mùn trên núi cao ( > 2000 m) 1.2 Đặc điểm cây cam Vinh - Cam có nhiều loại cam khác nhau tùy từng quốc gia và địa phương trong thương mại cam được chia làm hai loại : cam ngọt và cam chua - Một số loài cam : Cam tròn, Cam tròn Navel, Cam Blood, Cam ngọt Địa Trung Hải - Một số giống cam ở Việt Nam: Cam Xã Đoài (Nghệ An) ,Cam Động Đình (Hải Hưng), Cam Soàn (ĐBSCL), Cam đường, Cam Sành - . thực hiện đề tài: Nghiên cứu sự phân bố nguyên tố đất hiếm trong cây cam Vinh bằng kỹ thuật ICP-MS nhằm góp phần xác định những số liệu cơ bản về sự phân bố các nguyên tố đất hiếm, tạo cơ sở. của máy ICP-MS 24 Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn sự phân bố các nguyên tố đất hiếm trong mẫu lá cam Vinh 35 Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn sự phân bố các nguyên tố đất hiếm trong mẫu quả cam Vinh 38. ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VƯƠNG CHÍ CAO NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM TRONG CÂY CAM VINH BẰNG KỸ THUẬT ICP-MS Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60.44.01.18