Nghiên cứu xây dựng quy trình xác định đồng thời một số kim loại nặng trong sinh vật nhuyễn thể bằng phương pháp phổ ICP OES

:Ị% T & ọ c ^ ỏ t’ -m -^t ' "S” ' ' ^ < ' • ■ '• -' •- L ê V ăn H N G H IÊ N c ú u X Â Y D ự N G Q U Y T R ÌN H X Á C Đ ỊN H Đ Ò N G T H Ờ I M Ộ T S Ó K IM L O Ạ I N Ậ N G T R O N G S IN H V Ậ T N H U Y Ễ N T H Ẻ BẰNG PH Ư Ơ N G PH Á P P H Ỏ IC P - OES C huyên ngành: H óa phân tích M ã số: 60.44.29 LUẬN VÁN THẠC sĩ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DÃN KHOA HỌC: GS PHẠM LƯẬN Lời cho em gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy GS TS Phạm Luận, T rường Đại học khoa học tự nhiên - Đ HQGHN tận tình hướng dẫn , đóng góp ý kiến quý báu, tạo điều kiện giúp đờ em suốt trình thực đề tài viết luận vãn Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy cô giáo giảng dạy khoa hóa, đặc biệt thầy cô giáo m ôn hóa phân tích đă cho em nhừng kiến thức quý giá, tạo điều kiện cho em học tập nghiến cứu môi trường đại Tôi xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo V iện kiểm nghiệm an toàn vệ sinh thực phẩm quốc gia tạo điều kiện thuận lợi thời gian, công việc, đặc biệt trang thiết bị máy móc để học tập hoàn thành đề tài Tôi xin gửi lời cảm ơn tới đồng nghiệp labo hóa - V iện kiểm nghiệm an toàn vệ sinh thực phẩm quốc gia giúp đỡ nhiều trình làm thực nghiệm Cuối xin gùi lời cảm ơn tới gia đình bạn bè đâ động viên, chia sẻ m ọi khó khăn H Nội, năm 2014 Học Viên Lê V ăn Hà Mờ đầu CHƯƠNG l: TỒNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung kim loại nặng 1.1.1 Kim loại nặng g i 1.1.2 Tại cần phải xác định kim loại nặng 1.1.3 Tính chất hóa họccùa kim loại nặng 1.1.3.1 Tính chất hóa họccùa A s 1.1.3.2 Tính chất hóa học cùa Cd 10 1.1.3.3 Tính chất hỏa học cùa P b 11 1.1.3.4 Tính chất hóa họccủa C r 12 1.1.3.5 Tính chất hóa họccủa N i 14 1.1.3.6 Tính chất hỏa họccùa Cu 15 1.1.3.7 Tính chất hóa họccủa Z n 16 1.1.3.8 Tính chất hóa họccủa M o 16 !.2 Vài nét động vật nhuyễn th ể .18 1.3 Các phương pháp xác định kim loại n ặn g 19 1.3.1 Phưcmg pháp quang phổ hấp thụ phân tử v - V IS 19 1.3.2 Phương pháp Vôn ampe hòa ta n 20 1.3.3 Phương pháp quang phổ hẩp thụ nguyên từ AAS 20 1.3.4 Phương pháp phổ khối nguyên từ ICP - M S 21 1.3.5 Phương pháp quang phổ phát xạ ICP - O ES 21 1.4 Các phương pháp xử lý m ẫu 22 1.4.1 Nguyên tắc xừ lý m ẫu 22 1.4.2 Một sổ phương pháp xừ lý mẫu nhuyễnứiể xác định hàm lượng kim loại nặng 23 CHƯƠNG : ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u .25 2.1 Đối tượng mục tiêu nghiên cứu 25 2.1.1 Đối tượng mục tiêu nghiên cứu 25 2.1.2 Nội dung nghiên cứu 26 2.1.2.1 Xây dựng phưcmg pháp 26 1.2 ng đụngphưorng pháp 26 2.2 Phương pháp nghiên u 27 2.2.1 Nguyên lý phát sinh chất phổ phát xạ nguyên tử 27 2.2.2 Nguồn plasma cao tần cảm ứng ICP 29 2.2.3 Phưofng pháp phân tích đinh lượng kỹ thuật ICP-OES 30 2.3 Thẩm định phương pháp 31 2.4 Dụng cụ, hóa chất, thiết b ị 32 2.4.1 Dụng cụ, thiết bị 32 2.4.2 Hóa chất 33 CHƯƠNG KÊT QUẢ VÀ BÀN LU Ậ N 34 3.1 Khảo sát lựa chọn thông số đo m áy .34 3.1.1 Cảc thông sổ lựa chọn 34 3.1.2 Khảo sát thông số máy đo 36 3.1.2.1 Công suất nguồn IC P 36 3.1.2.2 Tốc độ khí Plasma .38 3.1.2.3 Lưu lượng khí mang mẫu 40 3.1.2.4 Khảo sát tốc độ hút mẫu 42 3.2 Khảo sát ảnh hường 44 3.2.1 Nồng độ axit HNO ữong mẫu đo .44 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng nguyên tố khác lên phép đ o 46 3.2.2.1 Khảo sảtảnh hưởng nguyên tổ đến nguyên tố C d .46 3.2.2.2 Khảo sát ảnh hưởng nguyên tố đến nguyên tổ C u .47 3.2.2.3 Khảo sát ảnh hưởng nguyên tố đến nguyên tố Z n 48 3.2.2A Khảo sát ảnh hưởng nguyên tố đến nguyên tổ M o 49 3.2.3 Cách xử lý m ẫu 50 3.2.3.1 L mẫu, xử lý m ẫu 50 3.2.3.2 Vô hỏa mẫu lò vi sóng 50 3.3 Xây dựng đường chuẩn 52 3.3.1 Đường chuẩn Pb 53 3.3.2 Đường chuẩn cùa Cd 53 3.3.3 Đường chuẩn A s 54 3.3.4 Đường chuẩn C r 56 3.3.5 Đường chuẩn N i 56 3.3.6 Đường chuẩn cùa Mo 57 3.3.7 Đường chuẩn Cu 58 3.3.8 Đường chuẩn Zn 59 3.4 Giới hạn phát (LOD), giới hạn định lượng (LOQ) 61 3.5 Độ thu hồi độ lặp lại cùa phương pháp 66 3.6 Độ cùa phương pháp 72 3.7 Phân tích mẫu thực tế 74 Kết luận 78 Kiến nghị: 79 TÀI LIỆU THAM K H Ả O 81 Trang Bàng 3.2: Sự ành hường nguồn ICP đến cường độ vạch phổ phát xạ nguyên tổ phân tích 36 Sự phụ thuộc cùa cường độ vạch phố phát xạ vào tốc độ Bảng 3.3: 39 Plasma Bảng 3.4: Sự phụ thuộc cùa cường độ vạch phổ phát xạ vào lưu lượng 41 khí mang mẫu Bàng 3.5: Sự phụ thuộc cường độ phát xạ vạch phán tích vào tổc độ 43 hút mầu Bảng 3.6: Ảnh huờng nồng độ HNO đến cưcmg độ phát xạ Ix 45 Bảng 3.7: Kết quà khảo sát ảnh hưởng nguyên tố khác đến nguyên tố Cd 47 Bảng3.8: Kết khảo sát ảnh hường nguyên tổ khác đến , nguyên tố Cu 48 Bàng 3.9: Kết khảo sát ảnh hưởng nguyên tổ khác đến , & ^ nguyên tổ Zn Bảng 3.10: Kết quà khảo sát ảnh hưởng nguyên tổ khác đến ^ nguyên tố Mo 49 Bảng 3.11: Kết xây dựng dường chuẩn xác định Pb 53 Đảng 3.12: Kết xây dựng dường chuẩn xác định Cd 54 Bảng 3.13: Kết xây dựng đường chuẩn xác dịnh As ss Bảng 3.14: Kết xây dựng dường chuẩn xác định Cr 56 Bảng 3.15: Kết xây dựng đường chuẩn xác định Ni 57 Bảng 3.16: Kết xây dựng đường chuẩn xác định Mo 58 Bảng 3.17 Kết xây dựng đường chuẩn xác định Cu 59 Bảng 3.18 Kết xây dựng đường chuẩn xác định Zn 60 Bảng3.19 Giới hạn phát Pb mẫu ừai 61 Bàng 3.20 Giới hạn phát cùa Cd mầu trai 62 Bảng 3.21 Giới hạn phát cùa As mẫu ữai 62 Bảng 3.22 Giới hạn phát Cu mau trai 63 Bảng 3.23 Giới hạn p h t Zn mẫu frai 63 Bàng 3.24 Giới hạn phát cùa Cr mẫu frai 64 Bảng 3.25 Giới hạn phát Ni ữên mầu trai 64 Bàng 3.26 Giới hạn phát Mo ữên mẫu trai 65 Độ thu hồi, độ lặp lại mẫu trai thêm chuẩn mức Bảng 3.27: nồng độ 1,5 mg/kg P b ; mức nồng độ mg/kg đổi 66 với nguyên tố Cd, As Độ ứiu hồi, độ lặp lại mẫu trai thêm chuẩn mức Bàng 3.28: nồng độ 0,75 mg/kg P b ; mức nồng độ 0,5 mg/kg 67 nguyên tổ Cd, As Độ thu hồi, độ lặp lại mẫu ttai thêm chuẩn mức Bảng 3.29: nồng độ 3,0 mg/kg Pb ; mức nồng độ 2,0 mg/kg đổi 67 với nguyên tố Cd, As Độ thu hồi, độ lặp lại ữên mẫu ừai ứiẽm chuẩn mức Bảng 3.30: nồng độ 0,2 mg/kg đổi với C u ; mức nồng độ 2,0 n^/kg đối 68 với nguyên tố Zn 0,02 nguyên tổ Mo Độ thu hồi, độ lặp lại ữ-ên mẫu ữai thêm chuẩn mức Bảng 3.31 nồng độ 0,1 mg/kg C u ; mức nồng độ 1,0 mg/kg đổi với nguyên tố Zn 0,01 nguyên tố Mo Độ thu hồi, độ lặp lại mẫu trai thêm chuẩn mức nồng độ 0,4 mg/kg C u ; mức nồng độ 4,0 mg/kg đổi 69 với nguyên tố Zn 0,04 nguyên tổ Mo Độ thu hồi, độ lặp lại mẫu trai thèm chuẩn mức Bàng 3.33; nồng độ 0,04mg/kg đối vớiC r ; mứcnồng độ 0,2mg/kg 70 nguyên tố Ni Độ thu hồi, độ lặp lại mẫu trai thêm chuẩn mức Bảng 3.34: nồng độ 0,02mg/kg đối vớiC r ; mứcnồng độ 0,1mg/kg 71 đổi với nguyên tổ Ni Độ thu hồi, độ ỉặp lại mầu trai thêm chuẩn mức Bảng 3.35: nồng độ 0,08mg/kg đối vớiC r ; mửc nồng độ 0,4mg/kg 71 nguyên tố Ni Bàng 3.36: Ket mầu iỉên phòng thực phẩm Fish paste tồ chức ^ Global profiency ^12 B ảng3.37: Kết phân tích•hàm lượng kim• “loại6 nặng • số mẫu thực tê lấy chợ Hà Nội 2013 ‘ “ Trang Hình 1: Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy ICP - OES 29 Hỉnh 2: Peak Cu đo chế độ đọc trục 33 Hình 3; Peak Cu đo chế độ xuyên tâm 33 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc cưcmg độ vạch phát xạ Ix Hình 4: 38 vài công suất nguồn Đồ ứiị biểu diễn phụ thuộc cùa cường độ vạch phát xạ Ix Hình 5: 40 vào lưu lượng khí plasma Hình : Đồ ứiị biểu diễn phụ thuộc cùa cường độ vạch phát xạ Ix 42 vào lưu lượng khí mang mẫu Đồ thị biểu diễn phụ thuộc cường độ vạch phát xạ Ix Hình 7: 44 vào tốc độ hút mẫu Hình ; Đồ ứiị biểu diền ảnh hưởng nồng độ HNO đến cường độ 46 phát xạ Ix Hình 9: Đường chuẩn xác định Pb 53 Hình 10 Đưòng chuẩn xác định Cd 54 Hình 11 Đưcmg chuẩn xác định As 55 Hình 12 Đường chuẩn xác định Cr 56 Hình 13 Đường chuẩn xác định Nì 57 Hình 14 Đưòng chuẩn xác định Mo 58 Hình 15 Đường chuẩn xác định Cu 59 Hình 16 Đường chuẩn xác định Zn 60 - Giới hạn định lượng nguyên tố: Pb 0.071 mg/kg ; Cd 0.0099 mg/kg ; As 0.0864 m g/kg ; C u 0.0324 m g /k g ; C r 0.0243 m g /k g ; N i 0.03 m g/kg ; M o 0.027 mg/kg - Khoảng tuyến tính: qua đồ thị đường chuẩn nguyên tố ừên nhận thấy khoảng tuyến tính nguyên tố đo ừên hệ thống ICP - OES rộng: cùa Pb từ 0,1 - 100 mg/1; Cd: 0,005 - 10 mg/1; As: 0,1 - 50 mg/1; Cr: 0,01 - 50 mg/1; Ni: 0,01 - 30 mg/l; Mo: 0,02 - 60 mg/1; Cu: 0,05 - 40 mg/l; Zn: 0,1 - 50 mg/l có hệ số tương quan tố t > 0,995 - Độ xác phưcmg p háp nghiên cứu: phương pháp nghiên cứu đà áp dụng để phân tích mẫu liên phòng quốc tế Fish paste tổ chức Global proĩiency chế tạo, cục an toàn thực phẩm đứng tổ chức Kết cho thấy mẫu có Z-Score tìr - 0.500 đến 1.05 chứng tỏ phương pháp chủng xây dựng có độ tính xác cao, qua đỏ áp dụng để phân tích số đối tượng mẫu thực tê Quy ữình phân tích sau thẩm định phòng thí nghiệm áp dụng để phân tích hàm lượng kim loại nặng 230 mẫu động vật nhuyễn thể tinh khu vực phía bắc Kết quà cho thấy phát tồn dư kim loại nặng ừong sinh vật nhuyễn thể, nhiên hầu hết nguyên tố mức hàm lượng mức tối đa cho phép (MRL), chi có As cỏ tỉ ỉệ vượt ngưỡng cho phép cao Kiến nghị: - Ban hành phê duyệt phương pháp thử nội áp dụng phòng thí nghiệm viện kiểm nghiệm an toàn thực phẩm quốc gia xác định đồng thời kim loại nặng phương pháp phổ ICP - OES sinh vật nhuyễn thề - H iệ n chưa có TCVN x ác định đồng ứiời kim loại nặng sinh vật nhuyễn thể, kiến nghị xây dựng phát ừiền đề tài nảy thành TCVN để công bố rộng rãi áp dụng cho phòng thí nghiệm phân tích đánh giá đồng thời loạt nguyên tổ kim loại nặng ữ-ong sinh vật nhuyễn thể - Mờ rộng thêm đổi tượng phân tích không chi sinh vật nhuyễn thề nhiều noi mà đối tượng mẫu thủy sản, đồng thời xây dựng đề tài đánh giá hàm lượng kim loại nặng khu vực định, đánh giá theo mùa vụ để theo dõi tình hình ô nhiễm môi trường tác động lên sinh vật nhuyễn thể nào, tìr đỏ đưa khuyển cáo cho người dân nuôi sử dụng, lả sờ dừ liệu hữu ích cho quan chức quàn lý thực phẩm tốt TÀI LIỆU THAM KHẢO A Tài liệu Tiếng Việt Nguyễn Thị Vinh Hoa (2009), Khỏa luận tốt nghiệp, “Xác định hàm lượng sổ kim loại nặng ữong động vật nhuyễn thể khu vực Hồ Tây” Trần Tứ Hiếu, Lê Hồng Minh, Nguyễn Viết Thức (2008), “Xác định lượng vết kim loại nặng loài ừai ốc Hồ Tây - Hà Nội phương pháp ICP MS”, Tạp chi phân tích hóa, lý sinh học 2/2008 Phạm luận (2002) - Vai trò muối khoảng, nguyên tố vi lượng vitamin sống người- NXB Phạm Luận (2003), “Phương pháp phân tích phổ nguyên từ”, ĐHQG Hà Nội Phạm Luận (2013), “ Cơ sở lý ứiuyết phương pháp phân tích phổ khối lượng nguyên từ - phép đo ICP -MS” ĐHQG Hà Nội Phạm Luận (2004), “Giáo trình vấn đề sở kỹ thuật xử lý mẫu phân tích” - Phần 1: vấn đề sở lý thuyết Lê Thị Mùi (2008), “Sự tích tụ chì đồng ừong sổ loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ vùng ven biển Đà Nằng”, Tạp chí KH-CN, Đại học Đà Năng, số 4(27) Hoàng Nhâm (2006), “Hóa học vô - tập hai, tập ba”, Nhà xuất giáo dục Quyết định 46/2007/QĐ-BYT y tế việc ban hành “Quy định giới hạn tối đa ô nhiễm sinh học hóa học ữong thực phẩm” B Tài liệu Tiếng Anh 10.Agency for Toxic Substances and Disease Regisữy - ATSDR (2000) Toxicoỉogical profìle fo r manganese, Department o f Healtii and Human Services, Public Healứi Service, Atlanta, GA:U.S 11 Arias Sari (2003), Trace metal concentrations in blue musels Mytiliis edulis in byjorden and the Coastal areas o f Bergen, In s titu te fo r P ish e rie s a n d M a rin e Biology ưniversity o f Bergen 12 Christopher B.Ndome, U.B Ekaluo and F.E.Asuquo, ''Comparative bioaccumulation o f heavy metals (Fe, Mn, Zn, Cu, Cd,& Cr) by some edible aquatic mollusks from the atỉantic coastline o f South easíern nigeria ” , W o rld joumal o f fish and marine sciences (4): 317-321,2010 13 Jose’Úero, Jose’MoriHo, Ignacio Gracia (2004) “ Heavy metal concentrations in molluss from the Atlatic coat o f souther Spain” vol 55, issues 3, pages 431 442 14 Mohamed Maanan (2008^, “Heavy metal concentration in marine molluscs ữom the Moroccan Coastal region”, Enveironmental Pollution, Volume 153, Issue 1, Pages - 183 15 Locatelli c (2000), “ Proposal o f new analytical procedures for heavy metal đetermination in mussels, clams and fishs”, Food additives and contamỉnants, 7: 769 - 774 16 Marcos Pérez - Lỏpez, María Hermoso de Mcndoza, Ana López Beceiro and Prancissico Soler Roler Rodríguez (2008) “Heavy metal (Cd,Pb,Zn) and metalloid (As) content in rapíor species from Galicia (NW spain)”, Ecotoxicoiogy and Environmerứaỉ Safety, Volume 70, Inssue 1, Pages 154 162 17 M.LucÌla Lares, Gilbcito Flores-Munoz, Ruben Lara-Lara (2002), “ Temporal variability o f bioavailable Cd, Hg, Zn, Mn and AI in an upwelling regime” , Enviromental Polỉution, Pages 595-608 IS.Victoria Besada, Jose Manuel Andrade, Pemando Shultze, Juan Jose Gonzalez, (2011), “Monitoring o f heavy metal in wild mussels (Mytilus galloprovincialis) ữom the Spanish North-Atlantic coast”, Continental Shelf Research, Volume 31, Issue 5, Aprial 2011, Pages 457-465 19 optical emission spectrometer optima 7300DV - PerkinElmer Application Phu• luc • Phụ lục l : Độ chụm độ thu hồi phụ thuộc vào hàm lượng chất theo AOAC Hàm lưọng % Tỷ lệ chất Đ ưd vị RSD (% ) 100 100 % 1.3 10 10 '' 10 % 1.8 10 '^ 1% 2.7 0.1 10 '^ 0.1 % 3.7 0.01 10 “* 100 ppm 5.3 0.001 10 '* 10 ppm 7.3 0.0001 '^ ppm 11 00001 10 '^ 100 ppb 15 0 0 0 lO* 10 ppb 21 0.00 0 0 10’ ppb 30 P l.l : Độ chụm phụ ứiuộc vào hàm lượng chất Tỷ lệ chất Đơn vị Độ thu hồi (%] 100 100 % 98-102 10 10 ^' 10 % 98-102 10 ’^ 1% 97-103 0.1 10 '^ 0.1 % 95-105 Hàm lư ọ n g [ %] O.OI 10 -^ 100 ppm 90-107 0.001 10 '^ 10 ppm 80-110 0001 lO"* ppm 80-110 0 0 10 '’ 100 ppb 80-110 0 0 0 ỈO'* 10 ppb 60-115 0 0 0 10 '’ ppb 40-120 P1.2 : Độ thu hồi phụ thuộc vào hàm lượng chất Phụ lục 2: Peak cùa nguyên tổ đo chế độ dọc trục A n a ly te p:>a I / \ / I \ :iĩỉ3 :i Ĩ mi I '«avcỉ1orềoỉH I I I -1 I P.2.1: Peak Pb đo ỏ chế độ dọc ữục A I D I J I ^ ^ _ í ^ _ ! ± L l _ J J E * n _!l I X lD p.2.2: P eak củ a Cd đ o chể đ ộ dọc trục A n a ly te I %tu U Ạ í ì I r»tii I ±A I ►► I ►►! I s l i— iM ÌB I— p.2.3: Peak cù a As đo chế đ ộ dọc ụ c A I D I í\ _ *»: p : P eak cù a N i đ o chê độ d ọc trục y ,t ■ A I D I >»111 '«-« I I ►►! ! M A io | p.2.6: Peak Mo đo chế độ dọc ữục A n a l^ te I I I p.2.7: Peak Zn đo chể độ dọc ữục _ Resuỉt - median NormlQR Trong : z : Z-scroe Result: K ếí phòng thử nghiệm M edian: T rung vị N orm lQ R : Đ ộ lệch chuẩn phòng th nghiệm z | < : Kết th nghiệm đạt yêu cầu < |z : K ết q u ả th nghiệm ià sổ iạc s«9 Ho.! lữ: C d B ln k l U ưẹt^Q tr PW :2IJ5^ C ẩ t2 tM Ai ÌÍ93T9 C m ĩ2 M Zaỉ0«.390 Kfa 202.031 C rỉ67.7l€ Nì : ỉ ỉ