xác định hàm lượng một số kim loại nặng zn, cd, hg, pb trong động vật thân mềm hai mảnh vỏ con hàu ở khu vực đầm đề gi huyện phù cát tỉnh bình định

Để phân tích lượng vết các kim loại nặng trong các mẫu môi trường, người ta sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như các phương pháp quang phổ nguyên tử quang phổ hấp thụ nguyên tử/AAS, q

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

Lê Công Quốc

XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG Zn, Cd, Hg, Pb TRONG ĐỘNG VẬT THÂN MỀM HAI MẢNH VỎ - CON HÀU Ở KHU VỰC ĐẦM ĐỀ GI HUYỆN PHÙ CÁT TỈNH BÌNH ĐỊNH

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Chuyên ngành: Kỹ thuật Hoá học

Hà Nội – Năm 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu luận văn khoa học của tôi Các kết quả nghiên cứu trong luận văn hoàn toàn trung thực, các số liệu, tính toán đƣợc là hoàn toàn chính xác và chƣa đƣợc công bố trong bất kỳ các công trình nghiên cứu nào

Hà Nội, ngày 28 tháng 01 năm 2016

Tác giả

Lê Công Quốc

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn và tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Lê Văn Hiếu

đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô giáo Bộ môn CN Hữu cơ – Hóa dầu, Viện Kỹ thuật Hóa học và các Thầy, Cô, bạn bè đồng nghiệp ở Phòng thí nghiệm Công nghệ lọc hoá dầu và Vật liệu xúc tác hấp phụ, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình thực hiện luận văn

Em xin được cảm ơn Ban giám hiệu, Khoa Hóa học Trường Đại học Bách Khoa

Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt thời gian thực hiện đề tài nghiên cứu

Cuối cùng, xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới gia đình, người thân và bạn bè đã giúp đỡ, động viên em trong quá trình nghiên cứu, thực hiện đồ án tốt nghiệp

Hà Nội, ngày 28 tháng 01 năm 2016

Tác giả

Lê Công Quốc

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 3

LỜI CẢM ƠN 4

MỤC LỤC 5

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC BẢNG BIỂU 7

DANH MỤC HÌNH VẼ 8

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1 15

TỔNG QUAN 15

1.3.1 Phương pháp Von-Ampe hòa tan anot 23

1.3.2 Các phương pháp phân tích quang phổ 26

1.4 Giới thiệu về đầm Đề gi và đối tượng nghiên cứu 35

1.4.1 Đầm Đề gi 35

1.4.2 Đối tượng nghiên cứu 38

CHƯƠNG 2 40

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40

2.1 Nội dung nghiên cứu 40

2.2 Phương pháp nghiên cứu 40

2.2.1 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu 40

2.2.2 Chuẩn bị mẫu cho phân tích 41

2.2.3 Phương pháp phân tích định lượng 44

2.2.4 Đánh giá độ tin cậy của phương pháp phân tích 46

2.2.6 Thiết bị, dụng cụ và hóa chất 47

CHƯƠNG 3 50

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 50

3.1 Khoảng tuyến tính và đường chuẩn để định lượng các kim loại 50

3.1.1 Khoảng tuyến tính và đường chuẩn xác định Zn theo phương pháp F-AAS 50

3.1.2 Khoảng tuyến tính và đường chuẩn xác định Pb, Cd theo phương pháp GF-AAS 51 3.1.3 Khoảng tuyến tính và đường chuẩn xác định Hg theo phương pháp CV-AAS 53

3.1.4 So sánh phương pháp đường chuẩn và phương pháp thêm chuẩn khi định lượng các kim loại 54

3.2 Độ tin cậy của phương pháp phân tích 57

3.2.1 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng 57

3.2.2 Độ lặp lại và độ đúng 59

3.3 Hàm lượng các kim loại trong động vật Hàu 61

3.4 Đánh giá mức ô nhiễm các kim loại nặng trong Hàu 62

3.4.1 Mức ô nhiễm Zn trong Hàu 62

3.4.2 Mức ô nhiễm Pb trong Hàu 62

3.4.3 Mức ô nhiễm Cd trong Hàu 63

3.4.4 Mức ô nhiễm Hg trong Hàu 63

KẾT LUẬN 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AOAC Association of Official

tan anot xung vi phân

thụ nguyên tử ngọn lửa FAO Food and Agriculture

Organization

Tổ chức nông lương thế giới

thụ nguyên tử không ngọn lửa

PEL Probable effect levels Ngưỡng có thể gây tác động

RE Reference Electrode Điện cực so sánh

tan anot sóng vuông

TEL Threshold effect levels Ngưỡng hiếm khi gây tác

động WHO World Health Organization Tổ chức Y tế Thế giới

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử xác định Zn, Cd, Pb và Hg [20] 26

Bảng 1.2 Xác định Zn, Cd, Pb và Hg theo phương pháp AAS [20] 27

Bảng 2.1 Thông tin về vị trí lấy mẫu và kí hiệu mẫu 41

Bảng 2.2 Các điều kiện đo Zn bằng phương pháp F-AAS 45

Bảng 2.3 Các điều kiện đo Pb và Cd bằng phương pháp GF-AAS 45

Bảng 3.2 Sự phụ thuộc giữa độ hấp thụ A và nồng độ Pb II , CdII(*) 51

Bảng 3.3 Sự phụ thuộc giữa độ hấp thụ A và nồng độ Hg II 53

Bảng 3.4 Độ hấp thụ quang (A) của các mẫu đã thêm chuẩn Me II (*) 55

Bảng 3.5 Kết quả so sánh phương pháp đường chuẩn và thêm chuẩn khi định lượng các Me 56

Bảng 3.7 Kết quả kiểm tra độ lặp lại khi phân tích mẫu H-DEGI 1 59

Bảng 3.8 Kết quả xác định độ đúng của phương pháp phân tích (*) 60

Bảng 3.9 Hàm lượng Me (Hg, Zn, Pb, Cd) trong các mẫu Hàu 61

(mg/kg khối lượng tươi) (*) 61

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2.1 Bản đồ vị trí lấy mẫu đầm Đề gi 42

Hình 2.2 Sơ đồ quy trình phân hủy mẫu 44

Hình 2.3 Hệ thống máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS 48

Hình 2.4 Hệ thống bộ hóa hơi 48

Hình 3.2 Đường chuẩn xác định Pb bằng phương pháp GF-AAS 52

Hình 3.3 Đường chuẩn xác định Cd bằng phương pháp GF-AAS 52

Hình 3.4 Đường chuẩn xác định Hg bằng phương pháp CV-AAS 54

MỞ ĐẦU

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Hàu là một loại động vật thân mềm hai mảnh vỏ có giá trị về nhiều mặt Ngoài việc giảm hiện tượng phì dưỡng trong nước, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường, xử lí nước thải trong các hệ thống nuôi trồng thủy sản, cân bằng hệ sinh thái, Hàu còn có giá trị trong dinh dưỡng và trong y học Hàu đặc biệt tốt cho sức khỏe vì chứa nhiều vi chất cần thiết cho cơ thể như photpho, sắt, đồng, selen, kẽm giúp tăng khả năng miễn dịch, cải thiện rí nhớ, chống lão hóa, giúp cơ thể chống lại trạng thái mệt mỏi, điều hòa hoạt động các tuyến nội tiết, kích thích sự phục hồi các vết thương Giống như nhiều hải sản khác, Hàu chứa ít calo, tốt cho người ăn kiêng Ở Việt Nam, Hàu là một món ăn khá phổ biến đặc biệt là ở các tỉnh duyên hải miền Trung và Nam Bộ

Tuy nhiên, Hàu thiên nhiên ở Việt Nam hiện nay nhiễm một số kim loại nặng có hại cho sức khỏe con người như Hg, Cd, Pb, As, Ni, Cr thường tồn tại ở mức vết và siêu vết trong các mẫu môi trường (nước, trầm tích, sinh vật) và nếu đi vào cơ thể người (theo chuỗi thức ăn), chúng có thể gây ngộ độc cấp tính hoặc mãn tính đối với sức khỏe người và các loài sinh vật

Để phân tích lượng vết các kim loại nặng trong các mẫu môi trường, người

ta sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như các phương pháp quang phổ nguyên

tử (quang phổ hấp thụ nguyên tử/AAS, quang phổ phát xạ nguyên tử AES, quang phổ plasma – khối phổ/ICP-MS ), các phương pháp phân tích von-ampe hòa tan (von-ampe hòa tan anot/ASV, von-ampe hòa tan hấp phụ/AdSV) Trong đó, phương pháp được áp dụng phổ biến hơn cả là phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) Trong nhiều trường hợp, khi kim loại nặng tồn tại ở mức vết và siêu vết như Hg, Cd, bắt buộc phải trải qua giai đoạn làm giàu mẫu trước khi phân tích bằng phương pháp AAS

plasma/ICP-Hiện nay, việc quan trắc và đánh giá ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường nước là một trong những nhiệm vụ quan trọng, nhưng nó đòi hỏi nhiều thời

gian, kinh phí và sức lực Do các kim loại nặng có xu thế tích lũy sinh học và khuyếch đại sinh học (theo chuỗi thức ăn) trong các loài động vật thân mềm hai mảnh vỏ (gọi tắt là động vật hai mảnh vỏ - bivalvia), nên việc sử dụng chúng làm chỉ thị sinh học để đánh giá ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường bao quanh (nước, trầm tích) đã được áp dụng rộng rãi trên thế giới như tại Châu Âu, Canada, Hoa Kỳ, Châu Á (Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc…)

Bình Định là tỉnh duyên hải Nam Trung bộ có 134 km bờ biển và đầm Đề gi diện tích hơn 1.600 ha (ở xã Cát Khánh, huyện Phù Cát) Nguồn lợi thủy sản vùng ven biển và đầm Đề gi rất đa dạng và phong phú, góp phần ổn định sinh kế và cung cấp thực phẩm cho cộng đồng trong vùng Môi trường nước lợ ở đầm Đề gi tạo điều kiện thuận lợi cho sự phân bố và phát triển đa dạng các sinh vật thủy sinh, trong đó có nhiều loài động vật hai mảnh vỏ như hàu, sò huyết, sò lụa, ngao dầu Song, đầm Đề gi cũng là nơi tiếp nhận các chất ô nhiễm (trong đó có cả các kim loại nặng) phát thải từ các hoạt động tự nhiên (xói lở và rửa trôi, phát thải từ trầm tích ) và hoạt động nhân tạo trong vùng như: các hoạt động sản xuất, công nghiệp, nông nghiệp, du lịch, phát triển đô thị và nông thôn

Vấn đề đặt ra là mức tích lũy các kim loại nặng trong động vật hai mảnh vỏ

ở đầm Đề gi nói riêng và trong động vật hai mảnh vỏ đang tiêu thụ ở Bình Định nói chung đã ở mức đáng lo ngại chưa? Đặc biệt là Hàu – loài động vật hai mảnh

vỏ được người Bình Định nói riêng và người Việt Nam nói chung hiện nay đang sử dụng nhiều và rộng rãi Trong nhiều năm qua, sự quan tâm nghiên cứu về vấn đề này còn rất hạn chế

Xuất phát từ những vấn đề trên, đề tài “Xác định hàm lượng một số kim loại nặng Zn, Cd, Hg, Pb trong động vật thân mềm hai mảnh vỏ - con Hàu ở đầm Đề gi – huyện Phù Cát - tỉnh Bình Định” được thực hiện nhằm mục đích :

- Xác định được mức tích lũy một số kim loại nặng thường gặp (Zn, Cd, Hg, Pb) trong động vật hai mảnh vỏ ở khu vực đầm Đề gi

- Góp phần cung cấp thông tin về rủi ro sức khỏe đối với người tiêu thụ động vật hai mảnh vỏ khai thác từ đầm Đề gi và các vùng lân cận

II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

1 Kiểm soát chất lượng (QC) phương pháp phân tích: xác định độ lặp lại, độ nhạy, giới hạn phát hiện, khoảng tuyến tính, độ đúng, mẫu trắng Độ lặp lại và độ đúng được kiểm

tra trên mẫu thực tế

2 Lấy mẫu và phân tích hàm lượng (Zn, Cd, Hg, Pb) trong con Hàu khai thác ở khu vực đầm Đề gi và các vùng cận

3 Xác định mức tích lũy các kim loại nặng (Zn, Cd, Hg, Pb) trong con Hàu; đánh giá biến động hàm lượng các kim loại nặng theo không gian (các điểm lấy mẫu) và thời gian (các đợt lấy mẫu)

4 Đánh giá rủi ro sức khỏe do phơi nhiễm kim loại nặng đối với người tiêu thụ động vật hai mảnh vỏ ở Bình Định thông qua liều tiếp nhận hàng ngày (TDI – Tolerable Daily Intake)

III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1) Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) được áp dụng để xác định 4 kim loại (Zn, Cd, Hg, Pb) và định lượng bằng phương pháp đường chuẩn

2) Đánh giá độ tin cậy của phương pháp (hay kiểm soát chất lượng phương pháp) AAS xác định 4 kim loại nặng thông qua:

- Độ đúng và độ lặp lại;

- Khoảng tuyến tính;

- Độ nhạy;

- Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng

IV CẤU TRÚC LUẬN VĂN

Luận văn bao gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về lý thuyết

Giới thiệu về các kim loại nặng Zn, Cd, Hg, Pb Tình hình nghiên cứu về các kim loại nặng trong các loài hai mảnh vỏ trên thế giới và Việt Nam;

Giới thiệu các phương pháp phân tích lượng vết Zn, Cd, Hg, Pb và các nguyên lý, các đại lượng đặc trưng của phương pháp đó; Giới thiệu về đầm Đề gi

và đối tượng nghiên cứu

Chương 2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

2.1 Nội dung nghiên cứu

1) Xây dựng đường chuẩn để định lượng 4 kim loại khi phân tích theo phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) và so sánh với phép định lượng bằng phương pháp thêm chuẩn (để kiểm tra ảnh hưởng của pha nền mẫu hay môi trường mẫu/matrix đến kết quả phân tích)

2) Đánh giá độ tin cậy của phương pháp AAS xác định 4 kim loại Zn, Cd,

Hg, Pb thông qua:

- Độ đúng và độ lặp lại;

- Khoảng tuyến tính;

- Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng

3) Lấy mẫu và phân tích hàm lượng Zn, Cd, Hg, Pb trong con Hàu khai thác

ở khu vực đầm Đề gi – Phù Cát – tỉnh Bình Định

4) Đánh giá biến động hàm lượng các kim loại nặng theo không gian (các điểm lấy mẫu) và thời gian (các đợt lấy mẫu); đánh giá mức tích lũy các kim loại nặng trong Hàu qua so sánh với các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia và tiêu chuẩn Quốc tế về giới hạn ô nhiễm kim loại nặng trong thực phẩm

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của đề tài Hàu ở đầm Đề gi thuộc xã Cát Khánh - huyện Phù Cát – tỉnh Bình Định

2.2.2 Chuẩn bị mẫu cho phân tích

i) Thời gian lấy mẫu;

ii) Thông tin mẫu;

iii) Quy cách lấy và bảo quản mẫu;

iv) Phân hủy mẫu

2.2.3 Phương pháp phân tích định lượng

Phân tích Zn bằng phương pháp (F-AAS) và phân tích Pb, Cd bằng phương pháp (GF-AAS) và phân tích Hg bằng bộ hóa hơi (CV-AAS) trên hệ thống thiết bị quang phổ hấp thụ nguyên tử với các điều kiện thí nghiệm thích hợp Định lượng kim loại trong mẫu phân tích bằng phương pháp đường chuẩn và thêm chuẩn

2.2.4 Đánh giá độ tin cậy của phương pháp phân tích

- Khoảng tuyến tính giữa độ hấp thụ quang A và nồng độ kim loại được xác định dựa vào hệ số tương quan R;

- Xác định LOD theo quy tắc 3 và áp dụng hồi quy tuyến;

- Giới hạn định lượng (LOQ) được tính từ LOD;

- Độ lặp lại được đánh giá qua độ lệch chuẩn tương đối (RSD) khi phân tích mẫu thực tế và so sánh với độ lệch chuẩn tương đối tính theo phương trình Horwitz (RSDH);

- Độ đúng được đánh giá qua độ thu hồi khi phân tích mẫu thêm chuẩn và độ thu hồi;

2.2.5 Phương pháp xử lý số liệu

- Xử lý số liệu bằng phương pháp thống kê;

- Áp dụng phần mềm excel 2007 để xử lý các số liệu thí nghiệm

Chương 3 Kết quả và thảo luận

Trình bày kết quả và thảo luận những vấn đề sau:

- Khảo sát các khoảng tuyến tính và đường chuẩn để định lượng các kim loại

V Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

5.1 Ý nghĩa khoa học

Đề tài sẽ cung cấp thông tin về hàm lượng các kim loại nặng tích lũy trong động vật Hàu ở đầm Đề gi thuộc xã Cát Khánh huyện Phù Cát – tỉnh Bình Định nhằm góp phần thiết lập cơ sở dữ liệu môi trường ở địa phương và qua đó khẳng định về khả năng sử dụng động vật Hàu làm chỉ thị sinh học cho sự ô nhiễm các kim loại nặng trong môi trường đầm Đề gi

5.2 Ý nghĩa thực tiễn

Hàm lượng (hay mức tích lũy) các kim loại nặng trong động vật Hàu ở đầm

Đề gi là thông tin cần thiết cho các nghiên cứu tiếp theo để đánh giá rủi ro sức khỏe đối với người tiêu thụ và đề xuất các giải pháp kiểm soát ô nhiễm các kim loại nặng trong môi trường đầm Đề gi, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng địa phương

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về các kim loại nặng

Một số quan điểm khác định nghĩa kim loại nặng là dựa trên mật độ nguyên

tố Theo quan điểm này, trước năm 1936 người ta thường sử dụng định nghĩa của Bjerrum Bjerrum đã định nghĩa kim loại nặng là những kim loại có mật độ nguyên

tố lớn hơn 7 g/cm3 Trong những năm sau đó định nghĩa này đã được sửa đối bởi nhiều tác giả khác nhau Đến năm 1987, Grant và Hackh đã biên soạn một số từ điển hóa học, trong đó đã xác định KLN là những kim loại có mật độ nguyên tử lớn hơn 4 g/cm3 Sau đó đến năm 1989, 1991, 1992 Parker, Lozet, Mathieu và Morris cùng chọn một mật độ xác định là lớn hơn 5 g/cm3 Cho đến nay quan điểm này vẫn đang được nhiều người chấp nhận và sử dụng [32]

Kim loại nặng được chia ra thành: Các kim loại độc (Hg, Cd, As, Cr, Ni, Pb,

Cu, Zn, Ba), các kim loại quý (Pt, Au, Ag, Ru,…), các kim loại phóng xạ (U, Th, Ra…) và các kim loại khác (Al, Fe, Mn ) Trong số các kim loại độc, có nhiều kim loại có thể tham gia vào quá trình sinh hóa trong cơ thể, tính lũy sinh học và gây độc cho cơ thể người và sinh vật Các kim loại độc gây lo lắng về môi trường

và sức khỏe gồm Hg, Cd, As, Cr, Ni, Pb, Cu và Zn, trong đó, các kim loại độc Cu,

Zn, Pb và Cd thường đi kèm nhau trong môi trường (không khí, nước, đất, trầm tích, sinh vật) [7]

Các kim loại độc (KLĐ) xâm nhập vào cơ thể người qua đường hô hấp, thức

ăn, nước uống, hấp thụ qua da và được tích tụ trong các mô, theo thời gian sẽ đạt tới hàm lượng gây độc Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng KLĐ có thể gây rối loạn hành vi của con người do tác động trực tiếp đến chức năng tư duy và thần kinh; Gây độc cho các bộ phân như gan, thận, cơ quan sản xuất hoocmon, cơ quan sinh sản, hệ thần kinh, gây rối loại chức năng sinh hóa trong cơ thể và do đó, có thể làm tăng khả năng bị dị ứng, gây biến đổi gen Các KLN còn làm tăng độ axit trong máu, cơ thể sẽ rút canxi từ xương để duy trì pH thích hợp trong máu dẫn đến bệnh loãng xương [9]

1.1.1 Giới thiệu về kẽm

1.1.1.1 Nguồn phát sinh kẽm trong môi trường

Hàm lượng Zn trung bình trong đất và đá thông thường gia tăng theo thứ tự: cát (10-30 mg.kg-1), đá granic (50 mg.kg-1), sét (95 mg.kg-1), và bazan (100 mg.kg-1) [22] Theo Murray (1994) hàm lượng Zn hiện diện tự nhiên trong đất là

17 - 125 ppm Cháy rừng phóng thích một lượng lớn Zn vào không khí Khoảng

7600 tấn Zn mỗi năm ở mức độ toàn cầu phóng thích vào không khí do cháy rừng

Sự phong hoá địa chất là một trong những nguyên nhân phóng thích Zn vào môi trường [40]

Nguồn do hoạt động của con người:

- Khai thác quặng mỏ, luyện kim, mỗi năm trên thế giới có khoảng 1 - 3 triệu tấn Zn từ các hoạt động này đi vào môi trường đất

- Sử dụng phân bón hoá học cũng là một trong những nguyên nhân làm gia tăng hàm lượng Zn trong môi trường [27] Lượng Zn đi vào môi trường đất hàng năm từ việc sử dụng phân bón trên thế giới khoảng 260 - 1100 tấn

- Ngoài ra nguồn đáng kể Zn đi vào môi trường đất hàng năm trên thế giới khoảng

640 – 1914.103 tấn từ những chất thải có chứa Zn như chất thải động vật, chất thải

nông nghiệp, phân bón, bùn thải cống rãnh, bụi than, nông dược [51]

1.1.1.2 Độc tính của kẽm

Hấp thụ nhiều Zn có thể gây nôn, tổn hại thận, lách làm giảm khả năng hấp thu đồng và gây bệnh thiếu máu liên quan đến sự thiếu hụt đồng Hấp thụ Zn trong khẩu phần

ăn hàng ngày > 1000 mg gây nôn, sốt, tổn hại thận và lách, từ 200-500 mg/ngày gây xáo trộn dạ dày, buồn nôn, hoa mắt Hấp thụ Zn > 100 mg/ngày gây giảm sự hấp thụ đồng [30]

1.1.2 Giới thiệu về cadimi

1.1.2.1 Nguồn phát sinh cadimi trong môi trường

Cd hiện diện khắp nơi trong lớp vỏ của trái đất với hàm lượng trung bình khoảng 0,1 mg.kg-1 Tuy nhiên hàm lượng cao hơn có thể tìm thấy trong các loại

đá trầm tích như đá trầm tích phosphate biển thường chứa khoảng 15 mg.kg-1 Hàng năm, sông ngòi vận chuyển một lượng lớn Cd (khoảng 15.000 tấn) đổ vào các đại dương [49] Hàm lượng Cd đã được báo cáo có thể lên đến 5 mg.kg-1 trong các trầm tích sông và hồ, từ 0,03 đến 1 mg.kg-1 trong các trầm tích biển Hàm lượng Cd trung bình trong đất ở những vùng không có sự hoạt động của núi lửa biến động từ 0,01 đến 1 mg.kg-1, ở những vùng có sự hoạt động của núi lửa hàm lượng này có thể lên đến 4,5 mg.kg-1 [50] Tuy nhiên theo Murray (1994) hàm lượng Cd trong đất hiện diện trung bình 0,06 - 1,1 ppm [40]

Nguồn phát thải Cd do hoạt động của con người:

- Các ứng dụng chủ yếu của Cd trong trong công nghiệp như: lớp mạ bảo vệ thép, chất ổn định trong PVC, chất tạo màu trong plastic và thủy tinh, và trong hợp phần của nhiều hợp kim là một trong những nguyên nhân phóng thích Cd vào môi trường

- Hàm lượng của Cd trong phân lân biến động khác nhau tùy thuộc vào nguồn gốc của đá phosphate Phân lân có nguồn gốc từ đá phốt phát Bắc Carolina chứa Cd 0,054 g.kg-1, phân lân có nguồn gốc từ đá Sechura chứa hàm lượng Cd 0,012 g.kg-1, trong khi

đó phân lân có nguồn gốc từ đá phosphate Gafsa chứa 0,07 g.kg-1 [23]

1.1.2.2 Độc tính của cadimi

Nhiễm độc Cd cấp tính gây buồn nôn, đau bụng, qua đường hô hấp có thể dẫn

đến phù phổi Nhiễm độc mãn tính gây tổn hại đến thận và xương ở liều lượng cao Nghiên cứu 1021 người đàn ông và phụ nữ bị nhiễm độc Cd ở Thụy Điển cho thấy nhiễm độc kim loại này có liên quan đến gia tăng nguy cơ gãy xương ở độ tuổi trên 50 [45] Bệnh itai-itai là bệnh do sự ngộ độc Cd trầm trọng Tất cả những bệnh nhân với bệnh này điều bị tổn hại thận, xương đau nhức trở nên giòn và dễ gãy [41]

1.1.3 Giới thiệu về thủy ngân

1.1.3.1 Nguồn phát sinh thủy ngân trong môi trường

Trong thiên nhiên không có nhiều thủy ngân, đôi khi bắt gặp nó ở dạng tự sinh dưới dạng những giọt nhỏ li ti Khoáng vật chủ yếu của thủy ngân là thần sa (HgS) Trong tự nhiên có tới 99,98% thủy ngân tồn tại ở dạng phân tán, chỉ có 0,02% thủy ngân tồn tại dưới dạng khoáng vật Tổng trữ lượng thủy ngân trong vỏ Trái đất là 1,6.1012 tấn Khoáng sét hấp thụ nhiều thủy ngân, nên hàm lượng thủy ngân trong đá trầm tích sét khá cao (9.10 – 5%), nhưng trầm tích bùn biển lại nghèo thủy ngân, hàm lượng thủy ngân trong nước bề mặt khoảng 1.10 – 7%

Nguồn phát thải Hg do hoạt động của con người:

Do quá trình đốt hay chôn lấp rác thải đô thị, các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm có liên quan đến thủy ngân và lưu huỳnh, thuốc diệt cỏ, thuốc diệt các loài động vật gặm nhấm , trong quá trình bảo quản vacxi, thiết bị y tế Trong nước thải sinh hoạt đôi khi chứa hàm lượng thủy ngân lớn hơn 10 lần so với thủy ngân trong tự nhiên, thủy ngân được hấp thụ vào các chất cặn lắng của nước và suối trở thành nguồn thủy ngân gây

ô nhiễm thường xuyên cùng với nguồn chính

1.1.3.2 Độc tính của thủy ngân

Thủy ngân ở trạng thái lỏng tương đối trơ và độc tính thấp Nhưng hơi thủy ngân thì rất độc, do thủy ngân ở dạng hơi dễ dàng bị hấp thu ở phổi rồi vào máu và não trong quá trình hô hấp dẫn đến hủy hoại hệ thần kinh trung ương

Khi thủy ngân liên kết với màng tế bào sẽ ngăn cản quá trình vận chuyển đường qua màng làm suy giảm năng lượng của tế bào, gây rối loạn việc truyền các xung thần kinh

Metyl thủy ngân CH3Hg+ có độc tính cao nhất Khi người mẹ bị nhiễm chất này thì đứa bé sinh ra thường chịu những tổn thương không thể hồi phục được về hệ thần

kinh trung ương, gây bệnh tâm thần phân liệt, co giật, trí tuệ kém phát triển

1.1.4 Giới thiệu về chì

1.1.4.1 Nguồn phát sinh chì trong môi trường

Hàm lượng Pb trung bình trong thạch quyển ước khoảng 1,6.10-3

% trọng lượng, trong khi đó trong đất trung bình là 10-3

% và khoảng biến động thông thường là từ 0,2.10-3 đến 20.10-3

% (Voitkevits et al., 1985) Pb hiện diện tự nhiên

trong đất với hàm lượng trung bình 10-84 ppm (Murray, 1994) [40]

Nguồn phát thải Pb do hoạt động của con người:

- Pb được sử dụng trong pin, trong bình ăcqui, trong một số dụng cụ dẫn điện Một số hợp chất Pb được thêm vào trong sơn, thủy tinh, đồ gốm như chất tạo màu, chất ổn định, chất kết gắn

- Các sản phẩm thải từ ứng dụng của Pb nếu không được tái chế hợp lý thải vào môi trường làm gia tăng lượng kim loại độc hại này trong môi trường Ngoài ra một số hợp chất hữu cơ như tetraetyl hoặc tetrametyl được thêm vào trong xăng đặc biệt ở những quốc

gia đang phát triển

1.1.4.2 Độc tính của chì

Trong cơ thể người, Pb trong máu liên kết với hồng cầu, và tích tụ trong xương Khả năng loại bỏ Pb ra khỏi cơ thể rất chậm, chủ yếu qua nước tiểu Chu kì bán rã của Pb trong máu khoảng một tháng, trong xương từ 20 - 30 năm [34] Các hợp chất hữu cơ rất bền vững, nên độc hại đối với con người, có thể dẫn đến chết người [42]

Những biểu hiện của ngộ độc cấp tính như nhức đầu, tính dễ cáu, dễ bị kích thích,

và nhiều biểu hiện khác nhau liên quan đến hệ thần kinh Con người bị nhiễm độc lâu dài đối với Pb có thể bị giảm trí nhớ, giảm khả năng hiểu, giảm chỉ số IQ, xáo trộn khả năng tổng hợp hemoglobin có thể dẫn đến bệnh thiếu máu [34] Pb cũng được biết là tác nhân gây ung thư phổi, dạ dày và u thần kinh đệm [44] Nhiễm độc Pb có thể gây tác hại đối với khả năng sinh sản, gây sẩy thai, làm suy thoái nòi giống [25]

1.2 Tình hình nghiên cứu về các kim loại nặng trong các loài hai mảnh vỏ trên thế giới và Việt Nam

1.2.1 Đặc điểm chung của các loài động vật hai mảnh vỏ

Động vật hai mảnh vỏ (ĐVHMV) thuộc lớp động vật không xương sống

thuộc ngành Thân mềm (Mollusca), có vỏ cứng gồm hai mảnh đối xứng trái phải

và có mang tấm, mặt trong có lớp xà cừ màu trắng, xanh, hồng thường ánh ngũ sắc bao bọc cơ thể mềm bên trong ĐVHMV sống vùi trong bùn cát ở đáy nước, chỉ để

lộ hai xi phông ở cuối cơ thể, khi bò chân thò ra có dạng hình rìu (do đó còn có tên

gọi là Mang tấm Lamellibranchia hay lớp Chân rìu Pele) Hiện đã biết khoảng

8.100 loài đang sống và 12.000 loài hóa thạch; Phần lớn sống ở biển, số loài sống ở nước ngọt chiếm tỉ lệ 12 – 16% Trong thủy vực nước ngọt Việt Nam, thường gặp

các đại diện thuộc các bộ Schizodotana và Heterodonta Ở Việt Nam, gặp khoảng

200 loài, trong đó nhiều loài có giá trị kinh tế cao như trai sông, trai cánh, trai điệp, trai có, trùng trục, tu hài Vỏ của ĐVHMV thường được dùng làm đồ mỹ nghệ, thịt của chúng là nguồn thực phẩm được nhiều người ưa chuộng và một số loài cho ngọc như trai ngọc đang được gây nuôi ở nhiều nơi trên thế giới và ở nước ta

1.2.2 Tình hình nghiên cứu về các kim loại nặng trong động vật Hàu trên thế giới

Trên thế giới, việc sử dụng Hàu để đánh giá ô nhiễm kim loại nặng nói chung và kim loại độc nói riêng đã được đề cập rất nhiều, do chúng đã được định loại rõ ràng, dễ nhận dạng, có kích thước vừa phải, số lượng nhiều, dễ tích tụ chất

ô nhiễm, có thời gian sống dài và có đời sống tĩnh tại Nhiều nghiên cứu nhằm mục đích thiết lập được một tiêu chuẩn quốc tế về lấy mẫu và phân tích hàm lượng các KLĐ trong Hàu và thiết lập mức tối đa cho phép của các kim loại độc trong Hàu Nhiều nghiên cứu lại tập trung vào xác định khả năng tích lũy các KLĐ trong từng loài Hàu và cho thấy ở các loài khác nhau có khả năng tích lũy KLĐ khác nhau Các loài sò, vẹm, trai được sử dụng rộng rãi để chỉ thị cho mức ô nhiễm kim loại nặng (Phillip, 1994) Năm 1999, Munir Ziya Lugal Goksu đã nghiên cứu về sự tích

lũy Cd, Fe, Zn, Cu trong hai loài Trai (Pinctaza Radiate) và Vẹm (Brachidontes

Phaaraonis) tại vịnh Akkuyu Thổ Nhĩ Kỳ [26]… Trong một nghiên cứu của

Megan E Brown và các cộng sự năm 2005 tại Khoa Sinh học, Đại học Công nghệ Virginia, Mỹ, các tác giả đã sử dụng loài trai nước ngọt để đánh giá ô nhiễm Hg tại sông Fork, phía Bắc Holston bằng cách phân tích hàm lượng Hg tích lũy trong cơ thể của loài trai được thu thập từ nhiều khu vực khác nhau trên sông Fork [36]

M.J Bebianno, M.A Serafim và D.Simes ở Đại học Algarve, Bồ Đào Nha

đã tiến hành nghiên cứu về loài Nghêu Ruditapes, một loài sống rộng rãi trong

vùng biển Địa Trung Hải và có giá trị cao về kinh tế, cho thấy loài nghêu

Ruditapes có khả năng tích lũy Cd khá cao trong cơ thể và đã đề xuất sử dụng loài

này làm sinh vật chỉ thị cho ô nhiễm Cd [31]

Nghiên cứu của Anodonta woodian và Dreissena polymorpha để xác định nồng độ kim loại Mn, Fe, Cr, Zn, Pb, C trong ĐVHMV tại kênh xả nhà máy Patnów và Konin, tác giả Elzbieta Królak đã chỉ ra rằng chúng có khả năng tích lũy

Cr, Zn, Pb cao và với những con có tuổi thọ cao thường có sự tích lũy cao hơn [24]

Sari Airas từ Viện Thủy sản và sinh vật biển đại học Bergen Nauy nghiên cứu đế tài phân tích Cu, Zn, Ag, As, Hg, Cd trong loài vẹm xanh Mytilus edulis và nhận thấy rằng loài này có sự tích lũy kim loại nặng trong mô cơ thể với hàm lượng tích lũy Cu: 1,2 – 4,2 mg/kg, Zn: 23 – 51 mg/kg và Pb: 1,0 – 1,7 mg/kg trọng lượng tươi [43] Jon Böhlmark (2003) sử dụng loài Ngao dầu Meretrix meretrix L để đánh giá ô nhiễm kim loại nặng tại vịnh Maputo – Thụy Điển [33]

1.2.3 Tình hình nghiên cứu về các kim loại nặng trong các loài ĐVHMV ở Việt Nam

Những nghiên cứu về sự tích lũy các kim loại nặng trong sinh vật nói chung

và trong ĐVHMV nói riêng ở nước ta còn hạn chế Một vài nghiên cứu về hàm

lượng các kim loại nặng trong một số thực vật như rau Muống (Ipomea aquatic), bèo Tây (Eichhornia crassipes), cây Ngổ nước (Limnophylla heterophylla), cây Ổi Thơm (Lantama camara), cỏ Hương bài (Vetiveria zizanioides)… đã được thực

hiện [1] Hàm lượng các kim loại nặng trong một số loài động vật như: Giun đất,

Sò, Nghêu, Vẹm, Ốc hương, Hải sâm,… đã được sử dụng để đánh giá mức ô nhiễm các kim loại nặng trong môi trường đất và nước bao quanh [4]

Ngô Văn Tứ và Nguyễn Kim Quốc Việt (2009), đã nghiên cứu về hàm lượng Pb, Cd, Zn trong Vẹm xanh (Perna viridis) ở đầm Lăng Cô – Thừa Thiên Huế Kết quả cho thấy, hàm lượng trung bình của Pb, Cd và Zn (mg/kg tươi) trong Vẹm xanh tương ứng là 0,22 ± 0,19 đến 0,67 ± 0,52; 0,06 ± 0,04 đến 0,14 ± 0,10

và 22,9 ± 10,6 đến 33,2 ± 16,9 và các hàm lượng đó của Pb và Cd đều thấp hơn mức cho phép theo quy định của Châu Âu, Australia – New Zealand và tiêu chuẩn Việt Nam [19]

Nghiên cứu về hàm lượng các kim loại nặng ở vùng cửa sông và ven bờ biển của Việt Nam, Lưu Đức Hải và Nguyễn Chu Hồi cho rằng, hàm lượng kim loại nặng trong trầm tích đang ở mức ngưỡng ô nhiễm và đã có sự tích lũy kim loại nặng trong các sản phẩm thủy sản đánh bắt và nuôi trồng trong các vùng đó; Nồng

độ kim loại nặng trong ĐVHMV vùng cửa sông và biển ven bờ đang ở mức độ cao, các kim loại như Cu, Pb đã vượt giới hạn cho phép trong thực phẩm Bên cạnh

đó, sự xuất hiện các biểu hiện bệnh lý đối với sức khỏe của người dân sống trong vùng có nồng độ kim loại nặng cao với các triệu chứng như nhiễm độc Pb, bệnh thần kinh…[10]

Năm 2006, Đặng Thúy Bình, Nguyễn Thanh Sơn, Nguyễn Thị Thu Nga, Trường Đại học Nha Trang đã nghiên cứu sự tích lũy kim loại nặng trong Ốc Hương và một số đối tượng thủy sản (Vẹm, Hải Sâm, Rong) và cho rằng, có sự tích lũy kim loại nặng theo thời gian trong các đối tượng thủy sản nghiên cứu [4]

Nghiên cứu về hàm lượng kim loại nặng trong Nghêu Lụa (Paphia undulata) ở vùng ven biển Bình Thuận năm 2005, Lê Thị Vinh cho rằng, hàm

lượng các kim loại nặng Cu, Cr, Pb, Zn, Cd, As, Hg trong Nghêu Lụa không vượt quá giới hạn cho phép về vệ sinh an toàn thực phẩm của một số nước như Australia, Canada, Malaysia, Hồng Kông, Nhật Bản, Anh [14]

Nói chung, tuy đã có một số nghiên cứu sử dụng ĐVHMV làm chỉ thị sinh học cho sự ô nhiễm các kim loại nặng trong môi trường ở nước ta, nhưng đa số các nghiên cứu chỉ tập trung vào đánh giá hàm lượng các kim loại nặng tích lũy trong ĐVHMV, còn thiếu các nghiên cứu về cơ chế tích lũy, rủi ro sức khỏe đối với người tiêu thụ…

1.3 Các phương pháp phân tích lượng vết Zn, Cd, Hg, Pb

Các kim loại nặng Zn, Cd, Hg và Pb (ký hiệu chung là Me) thường tồn tại trong môi trường ở lượng vết hoặc siêu vết Vì vậy, để xác định được chúng, cần phải có những phương pháp phân tích có độ nhạy cao (hay có giới hạn phát hiện thấp) Hiện nay, phổ biến là áp dụng hai nhóm phương pháp để phân tích các kim loại độc: Các phương pháp phân tích quang phổ, chủ yếu là quang phổ hấp thụ nguyên tử và các phương pháp phân tích điện hóa, chủ yếu là phương pháp Von-Ampe hòa tan anot

1.3.1 Phương pháp Von-Ampe hòa tan anot

Phương pháp Von-Ampe hòa tan anot (ASV) là một trong những phương pháp phân tích điện hóa đạt được giới hạn phát hiện (LOD) rất thấp (cỡ ppb) và do vậy, rất thích hợp cho phân tích lượng vết và siêu vết các Me Phương pháp ASV với các loại điện cực làm việc khác nhau đã được dùng khá phổ biến trên thế giới

để xác định riêng hoặc đồng thời lượng vết các Me trong các đối tượng sinh hoá, môi trường, thực phẩm,… Phương pháp Von-Ampe hòa tan anot xung vi phân (DP-ASV) với điện cực giọt thủy ngân treo (HMDE) đã được thừa nhận là phương pháp chuẩn để phân tích đồng thời các Me trong các mẫu môi trường, trong đó có mẫu trầm tích [46]

Dưới đây, sẽ giới thiệu phương pháp DP-ASV dùng điện cực HMDE

1.3.1.1 Nguyên tắc của phương pháp Von-Ampe hòa tan anot [47], [48]

Quá trình phân tích theo phương pháp Von-Ampe hòa tan anot (ASV) gồm hai giai đoạn: giai đoạn làm giàu và giai đoạn hòa tan kim loại cần phân tích Phương pháp này sử dụng tế bào điện hoá (hay bình điện phân) gồm 3 điện cực:

điện cực làm việc (HMDE); điện cực so sánh (RE - Reference Electrode), thường dùng điện cực bạc - bạc clorua bão hoà (Ag/AgCl/KClbh) và điện cực phụ trợ (CE - Counter Electrode hoặc AE - Auxiliary Electrode), thường là điện cực Pt

- Giai đoạn làm giàu: Kim loại cần phân tích (MeII) trong dung dịch được làm giàu bằng cách điện phân để tập trung Me lên bề mặt điện cực HMDE ở một thế và thời gian xác định Trong giai đoạn này xảy ra phản ứng điện hoá:

Men+ + ne Quá trình catot Me/HMDE

(hoặc MeLx

± + ne Quá trình catot Me/HMDE + xL ; L là phối tử tạo phức) Trong quá trình làm giàu (hay trong quá trình điện phân) dung dịch được khuấy trộn đều bằng cách dùng khuấy từ Cuối giai đoạn này, thế trên điện cực làm việc vẫn giữ nguyên nhưng ngừng khuấy dung dịch trong khoảng thời gian 15 - 30 s để

Me phân bố ổn định trên bề mặt điện cực

- Giai đoạn hòa tan: giai đoạn tiếp theo là hòa tan Me khỏi bề mặt điện cực

HMDE bằng cách quét thế tuyến tính theo chiều anot (quét dương dần) và đồng thời ghi tín hiệu hòa tan bằng một kỹ thuật Von-Ampe nào đó Trong giai đoạn này, thường không khuấy dung dịch Các kỹ thuật Von-Ampe thường dùng để ghi tín hiệu hòa tan là: Von-Ampe xung vi phân (DP), Von-Ampe sóng vuông (SqW),…

Ở giai đoạn này, trong dung dịch xảy ra phản ứng điện hoá:

Me/HMDE  ne Quá trình anot Men+

(hoặc Me/HMDE  ne + xL- Quá trình anot MeLx

± ; L là phối tử tạo phức) Đường Von-Ampe hòa tan thu được có dạng đỉnh (peak) Trong điều kiện thí nghiệm xác định, thế đỉnh (Ep) đặc trưng cho bản chất điện hóa của kim loại cần phân tích và do đó, dựa vào E p có thể phân tích định tính Ip tỉ lệ thuận với nồng độ MeII trong dung dịch phân tích (C) theo phương trình: Ip kC; trong đó k là hệ số tỉ lệ

Với nguyên tắc trên, phương pháp ASV có thể xác định đồng thời nhiều ion kim loại trong cùng một dung dịch phân tích Trong trường hợp đó, đường Von-

Ampe hòa tan sẽ xuất hiện nhiều đỉnh ở các thế đỉnh khác nhau và độ lớn mỗi đỉnh

tỉ lệ với nồng độ của ion kim loại tương ứng có mặt trong dung dịch phân tích

Trong phương pháp ASV, để ghi đường Von-Ampe hòa tan, người ta thường dùng

kỹ thuật Von-Ampe xung vi phân (DP) hoặc Von-Ampe sóng vuông (SQW), Một cách tương tự, lúc này phương pháp được gọi là Von-Ampe hoà tan anot xung vi phân (Diferential pulse Anodic Stripping Voltammetry: DP-ASV) hoặc Von-Ampe hoà tan anot sóng vuông (Square-Wave Stripping Voltammetry: SQW-ASV)

Kỹ thuật Von-Ampe xung vi phân (DP) được dùng phổ biến nhất để ghi đường Von-Ampe hòa tan [48], [50] Theo kỹ thuật này, những xung thế có biên

độ như nhau khoảng từ 10 đến 100 mV và bề rộng xung không đổi khoảng từ 30 đến 100 ms được đặt chồng lên mỗi bước thế (Hình 1.1)

Hình 1.1 Sự biến thiên thế theo thời gian (a) và đường Von-Ampe hoà tan trong

phương pháp DP – ASV (b)

Trong đó, - Uampl (mV): biên độ xung; - Ustep (mV): bước thế;

- tpulse (ms): bề rộng xung; - Ustart (mV): thế đầu;

- tstep (s): thời gian mỗi bước thế; - Ip (nA): dòng đỉnh hòa tan;

- tmeas (ms): thời gian đo dòng; - Up (mV): thế đỉnh hòa tan

Dòng được đo hai lần: trước khi nạp xung (I1) và trước khi ngắt xung (I2),

tmeas

1 (I1)

tmeas

2 (I2)

U

t

khoảng thời gian đo dòng thông thường là từ 10 đến 30 ms Dòng thu được là hiệu của hai giá trị dòng đó (I = I1  I2) và I được ghi là hàm của thế đặt lên điện cực làm việc (U)

Các công trình công bố chính từ năm 2006-2010 về xác định cadimi, chì sử dụng điện cực BiFE

Nguyên tố Thành phần nền Phương pháp Giới hạn phát hiện, ppb Đối tượng áp dụng Năm công bố

1.3.2 Các phương pháp phân tích quang phổ

1.3.2.1 Phương pháp trắc quang hay quang phổ hấp thụ phân tử

Khi phân tích theo phương pháp trắc quang, trước hết kim loại cần phân tích phải được chuyển thành dạng hợp chất có màu (sử dụng phản ứng tạo phức của nó với một thuốc thử nào đó) rồi được chiết vào một dung môi thích hợp Sau

đó đo độ hấp thụ ánh sáng (A) của dung dịch màu ở bước sóng (λ) thích hợp Phương pháp này thường dùng để xác định những nồng độ Me (Hg, Zn, Pb, Cd) cỡ

có kỹ thuật làm giàu thích hợp Ngoài ra, sự có mặt các kim loại khác như Ni, Co, Cr, trong mẫu, chúng cũng có thể ảnh hưởng đến phép phân tích, do đó cần phải chiết tách chúng ra khỏi mẫu trước khi xác định các Me và như vậy, làm phức tạp quy trình phân tích Nói chung, phương pháp trắc quang này ít được sử dụng để phân tích vết các Me

1.3.2.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)

Để xác định các Me theo phương pháp AAS, trước hết kim loại cần phân tích trong mẫu phải được nguyên tử hóa bằng một trong các kỹ thuật sau: ngọn lửa (lúc này ký hiệu phương pháp là F-AAS), lò graphit (lúc này ký hiệu phương pháp

là GF-AAS) hay nhiệt điện (ET-AAS), hóa hơi (ký hiệu là CV-AAS) rồi chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng (λ) thích hợp đi qua đám hơi nguyên tử đó và đo độ hấp thụ ánh sáng Xác định nồng độ kim loại theo phương pháp đường chuẩn hoặc phương pháp thêm chuẩn Phương pháp GF-AAS đạt được LOD thấp hơn so với phương pháp F-AAS và phương pháp trắc quang UV-VIS khi phân tích các Me (Bảng 1.2)

Bảng 1.2 Xác định Zn, Cd, Pb và Hg theo phương pháp AAS [20]

Trang bị của một máy đo phổ hấp thụ nguyên tử bao gồm các phần cơ bản sau (hình 1.2):

1 Nguồn phát chùm tia bức xạ của nguyên tố cần phân tích Đó có thể là đèn catôt rỗng (HCL) hay đèn phóng điện không điện cực (EDL) hoặc nguồn phát bức

xạ liên tục đã được biến điệu;

2 Hệ thống nguyên tử hoá mẫu;

3 Máy quang phổ, có chứa bộ đơn sắc, có nhiệm vụ thu, phân ly, và chọn tia sáng (vạch phổ) cần đo hướng vào nhân quang điện để phát hiện tín hiệu hấp thụ AAS (vạch phổ);

4 Hệ thống chỉ thị cường độ hấp thụ của vạch phổ Hệ thống này gồm các trang bị :

- Điện kế chỉ năng lượng hấp thụ (E) của vạch phổ;

- Máy tự ghi pic của vạch phổ (Recorder);

- Bộ hiện số (Digital);

- Bộ máy tính và máy in (Printer);

- Máy tích phân ( Intergrater)

Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo hệ thống máy AAS

Hiện nay, với phương pháp AAS có thể định lượng được hầu hết các kim loại và phi kim loại (khoảng 65 nguyên tố) ở nồng độ cỡ ppb - ppm với sai số nhỏ hơn 15%

Trong nhiều năm qua, phương pháp AAS đã được sử dụng để xác định các kim loại trong các mẫu quặng, đất, đá, nước khoáng, y học, sinh học, các sản phẩm nông nghiệp, rau quả, thực phẩm…

Muốn thực hiện được phép đo phổ hấp thụ nguyên tử của một nguyên tố cần thực hiện các quá trình sau đây:

1 Chọn các điều kiện và một loại trang bị phù hợp để chuyển mẫu phân tích

từ trạng thái ban đầu (rắn hay dung dịch) thành trạng thái hơi của các nguyên tử tự

do Đó là quá trình hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu Những trang bị để thực hiện

quá trình này được gọi là hệ thống nguyên tử hóa mẫu (dụng cụ để nguyên tử hóa mẫu) Nhờ đó chúng ta có được đám hơi của các nguyên tử tự do của các nguyên

tố trong mẫu phân tích Đám hơi chính là môi trường hấp thụ bức xạ và sinh ra phổ hấp thụ nguyên tử

2 Chiếu chùm tia sáng bức xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích qua

đám hơi nguyên tử vừa điều chế được ở trên Các nguyên tử của nguyên tố cần xác định trong đám hơi đó sẽ hấp thụ những tia bức xạ nhất định và tạo ra phổ hấp thụ của nó Ở đây, phần cường độ của chùm tia sáng đã bị một loại nguyên tử hấp thụ

là phụ thuộc vào nồng độ của nó ở môi trường hấp thụ Nguồn cung cấp chùm tia sáng phát xạ của nguyên tố cần nghiên cứu gọi là nguồn phát bức xạ đơn sắc hay bức xạ cộng hưởng

3 Tiếp đó, nhờ một hệ thống máy quang phổ người ta thu toàn bộ chùm

sáng, phân li và chọn một vạch phổ hấp thụ của nguyên tố cần nghiên cứu để đo cường độ của nó Cường độ đó chính là tín hiệu hấp thụ của vạch phổ hấp thụ nguyên tử Trong một giới hạn nhất định của nồng độ C, giá trị cường độ này phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ C của nguyên tố ở trong mẫu phân tích Ba quá trình trên chính là nguyên tắc của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử Vì vậy, muốn thực hiện phép đo phổ hấp thụ nguyên tử, hệ thống máy đo phổ hấp thụ nguyên tử phải bao gồm các phần cơ bản sau đây:

- Phần 1 Nguồn phát tia phát xạ cộng hưởng của nguyên tố phân tích (vạch phổ phát xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích), để chiếu vào môi trường hấp thụ chứa các nguyên tử tự do của nguyên tố Đó là các đèn canh rỗng (HCL), các đèn phóng điện không điện cực (EDL), hay nguồn phát bức xạ liên tục đã được biến điệu

- Phần 2 Hệ thống nguyên tử hóa mẫu phân tích Hệ thống này được chế tạo theo hai loại kĩ thuật nguyên tử hóa mẫu Đó là kĩ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa đèn khí (lúc này ta có phép đo F-AAS) và kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa (lúc này ta có phép đo GF-AAS)

Trong kĩ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa, hệ thống này bao gồm:

+ Bộ phận dẫn mẫu vào buồng aerosol hóa và thực hiện quá trình aerosol

hóa mẫu (tạo thể sol khí)

+ Đèn để nguyên tử hóa mẫu (Burner head) để đốt cháy hỗn hợp khí có chứa

mẫu ở thể huyền phù sol khí

Ngược lại, khi nguyên tử hóa mẫu bằng kĩ thuật không ngọn lửa, người ta thường dùng một lò nung nhỏ bằng graphit (cuvet graphit) hay thuyền Tangtan (Ta) để nguyên tử hóa mẫu nhờ nguồn năng lượng điện có thế thấp (nhỏ hơn 12V) nhưng nó có dòng rất cao (50-800A)

- Phần 3 Hệ thống máy quang phổ hấp thụ, nó là bộ đơn sắc, có nhiệm vụ thu, phân li và chọn tia sáng (vạch phổ) cần đo hướng vào nhân quang điện để phát hiện tín hiệu hấp thụ AAS của vạch phổ

- Phần 4 Hệ thống chỉ thị tín hiệu hấp thụ của vạch phổ (tức là cường độ của vạch phổ hấp thụ hay nồng độ nguyên tố phân tích) Hệ thống có thể là các trang bị:

+ Đơn giản nhất là một điện kế chỉ năng lượng hấp thụ (E) của vạch phổ, + Một máy tự ghi lực của vạch phổ,

+ Hoặc bộ hiện số digital,

+ Hay bộ máy tính và máy in (printer)

+ Hoặc máy phân tích (lntergrator)

Với các máy hiện đại còn có thêm một microcomputer hay microprocessor,

và hệ thống phần mềm Loại trang bị này có nhiệm vụ điều khiển quá trình đo và

xử lí các kết quả đo đạc, vẽ đồ thị, tính nồng độ của mẫu phân tích, v.v

Khi phân tích theo phương pháp AAS, nguyên tử hóa mẫu là giai đoạn quan trọng Mục đích của giai đoạn này là tạo ra được đám hơi các nguyên tử tự do từ mẫu phân tích với hiệu suất cao và ổn định để phép đo đạt kết quả chính xác và có

độ lặp lại cao Đáp ứng mục đích đó ngày nay người ta thường dùng hai kĩ thuật nguyên tử hoá mẫu – kỹ thuật ngọn lửa (lúc này phương pháp được ký hiệu là F-AAS) và kĩ thuật không ngọn lửa (lúc này phương pháp được ký hiệu là GF-AAS)

- Kỹ thuật nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn lửa:

Theo kỹ thuật này, người ta dùng năng lượng nhiệt của ngọn lửa đèn khí để hoá hơi và nguyên tử hoá mẫu phân tích Trước hết, chuẩn bị mẫu ở trạng thái

dung dịch, sau đó dẫn dung dịch mẫu vào ngọn đèn khí để nguyên tử hoá mẫu Quá trình nguyên tử hoá mẫu trong ngọn lửa xảy ra theo hai bước kế tiếp nhau

Bước 1: Phun dung dịch mẫu thành dạng các hạt nhỏ sương mù cùng với khí mang và khí cháy; dạng này được gọi là các sol khí (aerosol); giai đoạn này được gọi là giai đoạn aerosol hoá Tốc độ dẫn dung dịch, dẫn khí và kĩ thuật của quá trình này ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả phân tích

Bước 2: Dẫn hỗn hợp aerosol vào đèn đốt để nguyên tử hoá Khí mang là một trong hai khí của hỗn hợp khí đốt, thường là không khí và axetylen hoặc không khí (hay oxi) và N2O Tác dụng nhiệt của ngọn lửa trước hết là làm bay hơi dung môi dùng để hoà tan mẫu và các chất hữu cơ (nếu có) Lúc đó mẫu còn lại là các hạt rắn rất nhỏ trong ngọn lửa Tiếp đó là quá trình hoá hơi và nguyên tử hoá các hạt mẫu khô đó

- Kĩ thuật nguyên tử hóa mẫu không ngọn lửa: Về nguyên tắc, đây là quá

trình nguyên tử hoá tức khắc trong thời gian rất ngắn nhờ năng lượng của dòng điện công suất lớn 200 - 500 A và trong môi trường khí trơ (thường dùng khí Ar)

Ngoài hai phương pháp quang phổ trên, người ta còn sử dụng các phương pháp khác để xác định các Me như: quang phổ phát xạ nguyên tử (AES), quang phổ huỳnh quang nguyên tử (AFS), quang phổ phát xạ nguyên tử plasma (ICP-AES), phổ khối plasma (ICP-MS), [28], [29] Trong nhiều trường hợp, các phương pháp này có độ nhạy cao (hay LOD thấp), nhưng do chi phí thiết bị đắt, nên không được trang bị trong nhiều phòng thí nghiệm phân tích

- Kĩ thuật hoá hơi lạnh để nguyên tử hoá mẫu

Đây là một trong những điểm mấu chốt để có được phổ nguyên tử, kĩ thuật này là bắt buộc để ghi bất kỳ một phổ nguyên tử của bất kì một nguyên tố nào Tuy nhiên, kĩ thuật này là đặc trưng riêng cho Hg bởi vì Hg là nguyên tố kim loại duy nhất ở điều kiện thường tồn tại ở trạng thái lỏng ở áp suất khá cao 1,3.10-3

mmHg (tức là 1,71.10-6

atm, ở 250C) và quan trọng là Hg tồn tại ở dạng đơn nguyên tử khi

ở thể hơi Thay vì dùng nhiệt độ cao để thực hiện sự nguyên tử hóa Hg từ các hợp

chất Hg2+

thì ta sử dụng một chất khử mạnh như NaBH4 hay SnCl2 để khử trực tiếp

Hg2+ thành Hg đễ bay hơi và đồng thời sử dụng một dòng khí mang (không khí,

N2, Ar) sục vào dung dịch để lôi cuốn Hg bay đến một cuvet đặc biệt, tại đó ta tiến hành đo hấp thu quang A Hơi Hg bị lôi cuốn liên tục tới ống hấp thu và thoát ra ngoài hệ thống nhờ bộ phân hút khí độc Trong thời gian này máy AAS sẽ liên tục

đo mật độ hơi Hg trong ống Tín hiệu hấp thu ban đầu sẽ tăng dần và đạt cực đại và sau đó giảm dần về 0 khi toàn bộ Hg trong mẫu đã bị lôi cuốn hết

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

- Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử có độ nhạy và độ chọn lọc tương đối cao Gần 60 nguyên tố hóa học có thể được xác định bằng phương pháp này với độ nhạy từ 1.10-4 đến 1.10-5% Đặc biệt, nếu sử dụng kĩ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa thì có thể đạt đến độ nhạy n.10-7% Chính vì có độ nhạy cao, nên phương pháp phân tích này đã được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực để xác định lượng vết các kim loại Đặc biệt là trong phân tích các nguyên tố vi lượng trong các đối tượng mẫu y học, sinh học, nông nghiệp, kiểm tra các hóa chất có độ tinh khiết cao

- Đồng thời cũng do có độ nhạy cao nên trong nhiều trường hợp không phải làm giàu nguyên tố cần xác định trước khi phân tích Do đó tốn ít nguyên liệu mẫu, tốn ít thời gian, không cần phải dùng nhiều hóa chất tinh khiết cao khi làm giàu mẫu Mặt khác cũng tránh được sự nhiễm bẩn mẫu khi xử lí qua các giai đoạn phức tạp Đó cũng là một ưu điểm lớn của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử

- Ưu điểm thứ ba của phương pháp này là các động tác thực hiện nhẹ nhàng Các kết quả phân tích lại có thể ghi lại trên băng giấy hay giản đồ để lưu giữ lại sau này Cùng với các trang thiết bị hiện nay người ta có thể xác định đồng thời hay liên tiếp nhiều nguyên tố trong một mẫu Các kết quả phân tích lại rất ổn định, sai

số nhỏ Trong nhiều trường hợp sai số không quá 15% với vùng nồng độ cỡ 1 - 2

ppm Hơn nữa, bằng sự ghép nối với máy tính cá nhân (PC) và các phần mềm đặc hợp quá trình đo và xử lí kết quả sẽ nhanh và dễ dàng, lưu lại đường chuẩn cho các lần sau Bên cạnh những ưu điểm, phép đo phổ hấp thụ nguyên tử cũng có một số hạn chế và nhược điểm nhất định Điều hạn chế trước hết là muốn thực hiện phép

đo này cần phải có một hệ thống máy AAS tương đối đắt tiền Do đó nhiều cơ sở nhỏ không đủ điều kiện để xây dựng phòng thí nghiệm và mua sắm máy móc

- Mặt khác, cũng chính do phép đo có độ nhạy cao, cho nên sự nhiễm bẩn rất

có ý nghĩa đối với kết quả phân tích hàm lượng vết Vì thế môi trường không khí phòng thí nghiệm phải không có bụi Các dụng cụ, hóa chất dùng trong phép đo phải có độ tinh khiết cao Đó cũng là một khó khăn khi ứng dụng phương pháp phân tích này Mặt khác, cũng vì phép đo có độ nhạy cao nên các trang thiết bị máy móc khá tinh vi và phức tạp Do đó cần phải có kĩ sư có trình độ cao để bảo dưỡng và chăm sóc, cần cán bộ làm phân tích công cụ thành thạo để vận hành máy Những yếu tố này có thể khắc phục được qua công tác chuẩn bị và đào tạo cán bộ Nhược điểm chính của phương pháp phân tích này là chỉ cho ta 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 Vì thế nó chỉ là phương pháp phân tích thành phần hóa học của nguyên tố mà thôi

- Tối ưu hóa các điều kiện cho phép đo không ngọn lửa mẫu

+ Thời gian, nhiệt độ nung nóng cuvet của các giai đoạn sấy mẫu, tro hóa

luyện mẫu và nguyên tử hóa để đo cường độ vạch phổ;

+ Khí môi trường cho quá trình nguyên tử hóa mẫu (tốc độ, loại khỏi)

+ Công suất, tốc độ đốt nóng cuvet graphit để nguyên tử hóa mẫu;

+ Điều kiện làm sạch cuvet graphit;

+ Lượng mẫu và cách đưa vào cuvet để nguyên tử hóa cho phép đo

- Chất nền của mẫu phân tích và các mẫu chuẩn cần phải được pha chế và chuẩn cho đồng nhất

Môi trường axit và loại axit pha chế mẫu và làm môi trường cho dung dịch mẫu chuẩn và mẫu phân tích

- Các yếu tố ảnh hưởng sau đây cũng cần được xem xét

+ Các ảnh hưởng về phổ;

+ Các ảnh hưởng về vật lí;

+ Các ảnh hưởng hóa học của các Cation và Anion có trong mẫu;

+ Về ảnh hưởng của thành phần nền của mẫu

Cuối cùng cần chú ý rằng, khi nghiên cứu phân tích vết bằng bất kì phương pháp phân tích công cụ nào, phải thường xuyên chú ý đến độ sạch của dụng cụ, nước cất, hóa chất, môi trường nơi làm việc và đặt máy đo, nhằm loại trừ tới mức thấp nhất những nguyên nhân gây nhiễm bẩn hoặc làm mất chất phân tích, gây ra sai số hệ thống và nhiều khi mắc sai số nghiêm trọng Sự nhiễm bẩn và mất chất phân tích cũng có thể phát sinh trong quá trình chuẩn bị mẫu cho phân tích, chẳng hạn khi xử lý mẫu: lọc, axit hóa, kiềm hóa, tách chiết, kết tủa, hay phân huỷ mẫu bằng các hỗn hợp axit, tro hóa khô, Vì vậy, cần hạn chế tới mức tối đa việc đưa nhiều hóa chất vào mẫu trong giai đoạn phân hủy mẫu Mặt khác, bắt buộc phải tiến hành song song thí nghiệm trắng để hiệu chỉnh kết quả phân tích Thí nghiệm trắng là thí nghiệm được tiến hành hoàn toàn tương tự (từ khâu đầu đến khâu cuối) như khi phân tích mẫu thực tế, nhưng ở đây mẫu trắng là mẫu được chuẩn

bị sao cho có thành phần giống với mẫu thực tế, nhưng không chứa chất phân tích Thông thường, để phân tích các Me, mẫu trắng được chọn là nước cất sạch trong phòng thí nghiệm

1.4 Giới thiệu về đầm Đề gi và đối tượng nghiên cứu

1.4.1 Đầm Đề gi

Bình Định là tỉnh duyên hải miền Trung Việt Nam Lãnh thổ của tỉnh trải dài

110 km theo hướng Bắc - Nam, có chiều ngang với độ hẹp trung bình là 55 km (chỗ hẹp nhất 50 km, chỗ rộng nhất 60 km) Phía Bắc giáp tỉnh Quảng Ngãi với đường ranh giới chung 63 km (điểm cực Bắc có tọa độ: 14°42'10 Bắc, 108°55'4