Phân tích và đánh giá hàm lượng các kim loại nặng Cd, Cu, Pb trong cây ngải cứu (LV thạc sĩ)

Phân tích và đánh giá hàm lượng các kim loại nặng Cd, Cu, Pb trong cây ngải cứu (LV thạc sĩ)Phân tích và đánh giá hàm lượng các kim loại nặng Cd, Cu, Pb trong cây ngải cứu (LV thạc sĩ)Phân tích và đánh giá hàm lượng các kim loại nặng Cd, Cu, Pb trong cây ngải cứu (LV thạc sĩ)Phân tích và đánh giá hàm lượng các kim loại nặng Cd, Cu, Pb trong cây ngải cứu (LV thạc sĩ)Phân tích và đánh giá hàm lượng các kim loại nặng Cd, Cu, Pb trong cây ngải cứu (LV thạc sĩ)Phân tích và đánh giá hàm lượng các kim loại nặng Cd, Cu, Pb trong cây ngải cứu (LV thạc sĩ)Phân tích và đánh giá hàm lượng các kim loại nặng Cd, Cu, Pb trong cây ngải cứu (LV thạc sĩ)Phân tích và đánh giá hàm lượng các kim loại nặng Cd, Cu, Pb trong cây ngải cứu (LV thạc sĩ)Phân tích và đánh giá hàm lượng các kim loại nặng Cd, Cu, Pb trong cây ngải cứu (LV thạc sĩ)Phân tích và đánh giá hàm lượng các kim loại nặng Cd, Cu, Pb trong cây ngải cứu (LV thạc sĩ)Phân tích và đánh giá hàm lượng các kim loại nặng Cd, Cu, Pb trong cây ngải cứu (LV thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC ––––––––––––––––––––––

DƯƠNG THỊ HUYỀN

PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG

CÁC KIM LOẠI NẶNG Cd, Cu, Pb

TRONG CÂY NGẢI CỨU

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN - 2018

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC ––––––––––––––––––––––

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn khoa học Vương Trường Xuân

đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình hoàn thành luận văn thạc sỹ này

Em chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong và ngoài trường, bạn bè, đồng nghiệp, các thầy cô trong Khoa Hóa học - Trường Đại học khoa học - Đại học Thái Nguyên đã giúp đỡ và hỗ trợ em thực hiện các thủ tục trong quá trình hoàn thành luận văn

Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 20 tháng 5 năm 2018

Học viên

Dương Thị Huyền

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN a MỤC LỤC b DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT d DANH MỤC CÁC BẢNG e DANH MỤC CÁC HÌNH f

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN 2

1.1 Tổng quan về cây Ngải cứu 2

1.1.1 Giới thiệu chung về cây Ngải cứu 2

1.1.2 Công dụng và cách dùng cây ngải cứu 3

1.2 Tổng quan về kim loại nặng 4

1.2.1 Khái niệm kim loại nặng 4

1.2.2 Độc tính của kim loại 5

1.3 Vị trí trong bảng tuần hoàn, trạng thái tự nhiên và vai trò sinh học của Cd, Cu, Pb 6

1.3.1 Cadimi 6

1.3.2 Đồng 7

1.3.3 Chì 9

1.4 Các phương pháp xác định Cd, Cu và Pb 10

1.4.1 Phương pháp phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS) 10

1.4.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS 13

1.4.3 Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử AES 14

1.4.4 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS 14

1.4.5 Các phương pháp phân tích điện hoá 15

1.5 Các Phương pháp xử lý mẫu để xác định kim loại 17

1.5.1 Kỹ thuật xử lí ướt 17

1.5.2 Kĩ thuật xử lí khô 18

1.5.3 Kĩ thuật xử lí khô - ướt kết hợp 18

1.6 Phương pháp phân hủy mẫu bằng lò vi sóng 19

1.7 Tác nhân vô cơ hoá 20

1.8 Tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế 20

Chương 2: THỰC NGHIỆM 22

2.1 Mục tiêu nghiên cứu 22

2.2 Đối tượng, và phương pháp nghiên cứu 22

2.2.1 Đối tượng nghiên cứu 22

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu 22

2.3 Thiết bị, hóa chất 22

2.3.1 Thiết bị, dụng cụ 22

2.3.3 Thiết bị phân hủy mẫu và phân tích mẫu 23

2.4.1 Lấy mẫu 25

2.4.2 Đặc điểm về các khu vực lấy mẫu 26

2.4.3 Quy trình xử lí mẫu 26

2.5 Xây dựng đường chuẩn của các nguyên tố Cd, Pb 27

2.5.1 Pha hóa chất 27

2.5.2 Phương pháp xử lí kết quả phân tích theo phương pháp đường chuẩn 28

2.6 Phân tích mẫu 29

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30

3.1 Các điều kiện phân tích Cu, Pb Cd bằng ICP-MS 30

3.1.1 Các điều kiện phá mẫu của lò vi sóng 30

3.1.2 Các điều kiện đo Cd, Cu và Pb của thiết bị ICP-MS 30

3.1.3 Chọn đồng vị phân tích 30

3.2 Đường chuẩn của Cd, Cu và Pb 31

3.2.1 Đường chuẩn của Cd 31

3.2.2 Đường chuẩn của Cu 32

3.2.3 Đường chuẩn của Pb 33

3.3 Kết quả xác định hàm lượng các kim loại Cd, Cu và Pb trong các mẫu cây Ngải cứu 35

KẾT LUẬN 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

AAS Phổ hấp thụ nguyên tử

F-AAS Phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa

GF-AAS Phổ hấp thụ nguyên tử lò graphit

ICP Nguồn plasma cao tần cảm ứng

ICP-MS Phổ khối nguyên tử nguồn plasma cao tần cảm ứng

ICP-AES Phổ phát xạ nguyên tử nguồn plasma cao tần cảm ứng

ICP-OES Phổ phát xạ quang học nguyên tử nguồn plasma cao tần cảm ứng

AES Phổ phát xạ nguyên tử

LOD Giới hạn phát hiện của phương pháp

LOQ Giới hạn định lượng của phương pháp

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 So sánh khả năng phát hiện của các kỹ thuật phân tích 12

Bảng 2.1 Thời gian, địa điểm lấy và kí hiệu các mẫu Ngải cứu 25

Bảng 3.1 Các thông số của lò vi sóng phá mẫu 30

Bảng 3.2 Các điều kiện đo của máy ICP-MS để xác định hàm lượng Cd, Cu, Pb 30

Bảng 3.3 Tỷ số khối lượng/điện tích (M/Z) của các kim loại cần phân tích 31

Bảng 3.4 Kết quả khảo sát độ tuyến tính của các nguyên tố 31

Bảng 3.5 Các thông số và giá trị của đường chuẩn của Cd 32

Bảng 3.6 Các thông số và giá trị của đường chuẩn của Cu 33

Bảng 3.7 Các thông số và giá trị của đường chuẩn của Pb 34

Bảng 3.8 Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) 34

Bảng 3.9 Kết quả xác định hàm lượng của Cd, Cu và Pb trong các mẫu lá cây Ngải cứu 35

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1 Lò vi sóng Anton Paar 23

Hình 2.2 Ống teflon 24

Hình 2.3 Thiết bị ICP-MS Perkin Elmer 25

Hình 3.1 Đường chuẩn của Cd 32

Hình 3.2 Đường chuẩn của Cu 33

Hình 3.3 Đường chuẩn của Pb 34

Hình 3.4 Hàm lượng của Cd trong mẫu cây Ngải cứu và giới hạn theo quy chuẩn cho phép của WHO 37

Hình 3.5 Hàm lượng của Cu trong mẫu cây Ngải cứu và giới hạn cho phép theo quy chuẩn của Singapore 37

Hình 3.6 Hàm lượng của Pb trong mẫu cây Ngải cứu và giới hạn theo quy chuẩn cho phép của WHO 38

MỞ ĐẦU

Theo Tổ chức Y tế Thế giới, 80% dân số toàn cầu sử dụng các loại thảo dược truyền thống để bảo vệ sức khỏe Việt Nam là một trong những nước có tài nguyên cây thuốc phong phú với số lượng trên 3.800 loài cây làm thuốc trên tổng số hơn 10.600 loại thực vật Thị trường dược liệu và thuốc có nguồn gốc từ dược liệu đang phát triển mạnh mẽ Cây Ngải cứu là một dược liệu có nguồn gốc tự nhiên, gần gũi

dễ tìm (Ngải cứu tên khoa học: Artemisia vulgaris L) có vị đắng, mùi thơm, tính

ấm, được sử dụng lâu đời trong dân gian và trong Đông y để: Cầm máu, giảm đau nhức, sát trùng, kháng khuẩn, ghẻ lở, trị viêm da, dị ứng, viêm gan, trừ giun nhờ tinh dầu có tính kháng khuẩn cao, điều hòa khí huyết, đau kinh, ôn kinh, an thai, đau bụng do lạnh, nôn mửa, kiết lỵ, bạch đới, phong thấp, hàn thấp, lợi tiểu

Tuy nhiên xã hội ngày càng phát triển, quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa diễn ra ngày càng nhanh thì các chất độc hại, chất thải từ công nghiệp tác động đến môi trường càng nhiều Các chất độc hại đi vào nước, không khí rồi tích tụ trong đất làm cho chất lượng dược liệu bị giảm sút trong đó có cây Ngải cứu Môi trường đất bị nhiễm các ion kim loại nặng nó có thể tác động trực tiếp hoăc gián tiếp đến sức khỏe con người

Có nhiều phương pháp xác định trực tiếp các kim loại nặng, ICP-MS là một trong những phương pháp hiện đại nhất, có thể xác định đồng thời nhiều kim loại nặng cùng một lúc và được ứng dụng phổ biến để phân tích hàm lượng các kim loại nặng trong các mẫu thực phẩm, dược phẩm và môi trường

Xuất phát từ những yêu cầu trên chúng tôi lựa chọn đề tài “Phân tích và

đánh giá hàm lượng các kim loại nặng Cd, Cu, Pb trong cây Ngải cứu’’ với mục

đích sau:

- Nghiên cứu và lựa chọn các điều kiện tối ưu trong quá trình xử lí mẫu để định lượng các kim loại nặng trong cây Ngải cứu (Artemisia vulgaris L) bằng phương pháp ICP - MS

- Lựa chọn các thông số phù hợp của máy đo

- Đưa ra quy trình phân tích Cd, Cu và Pb bằng phương pháp ICP - MS và áp dụng phân tích một số mẫu thực tế

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về cây Ngải cứu

1.1.1 Giới thiệu chung về cây Ngải cứu

Tên khoa học: Artemisia vulgaris.L

Tên gọi khác: thuốc cứu, ngải diệp, nhả ngải (tiếng Tày), quá

sú (H'mông), cỏ linh li (Thái), Ngỏi (Dao)

Tên nước ngoài: Worrn wood, mugwort, fleahane, flonherb, motherwort, sailor’s tobacco (Anh)

Họ: Asteraceae [6-T362]

Ngải cứu là một loại cỏ sống lâu năm, cao 50-60cm, thân to có rãnh dọc Lá mọc so le, rộng, không có cuống (nhưng lá phía dưới thường có cuống), xẻ thùy lông chim, màu lá ở hai mặt rất khác nhau: mặt trên nhẵn màu lục sẫm, mặt dưới màu trắng do có rất nhiều lông nhỏ, trắng Hoa mọc thành chùy kép gồm rất nhiều hoa hình đầu [13- T36]

Ngải cứu có nguồn gốc từ vùng ôn đới ấm châu Âu hoặc châu Á, hiện nay cây được trồng và trở nên hoang dại hóa ở vùng nhiệt đới Nam Á, Đông - Nam Á

và Ấn Độ, Pakistan, Srilanca, Bangladesh, Lào, Thái Lan, Indonesia, Trung Quốc…

Ở Việt Nam, cây được trồng từ lâu đời trong nhân dân từ nam đến bắc Ở độ cao từ khoảng 800m trở lên, có cây ngải dại mọc tự nhiên rất nhiều ở tỉnh Lào Cai (Sa Pa, Bắc Hà, Bát Xát, Mường Khương, Than Uyên); Lai Châu (Phong Thổ, Sìn Hồ, Tuần Giáo, Tủa Chùa); Yên Bái (Mù Cang Chải); Cao Bằng (Trùng Khánh, Bảo Lạc); Lạng Sơn (Mẫu Sơn); Hòa Bình (Mai Châu) và Hà Giang…chính ngải dại nguồn dược liệu được khai thác thường xuyên mỗi năm phải đến 1000 tấn để sản xuất thuốc Còn ngải cứu trồng chỉ được sử dụng tại chỗ, trong phạm vi nhân dân [6 -T363]

Ngải cứu là cây ưa ẩm, có thể chịu bóng, thường được trồng phân tán trong các vườn gia đình, hay các vườn thuốc của các cơ sở y học dân tộc Cây mọc thành từng khóm, nếu không bị thu hái, tỉa thưa sẽ nhanh chóng bò lan tạo thành đám lớn khó phân biệt giữa các cá thể Cây sinh trưởng mạnh trong mùa xuân - hè; về mùa

đông, phần thân cành trên mặt đất có hiện tượng tàn lụi một phần Ngải cứu ra hoa quả nhiều hàng năm, song hạt không được sử dụng để gieo trồng [6-T363]

Hình 1.1 Cây Ngải cứu 1.1.2 Công dụng và cách dùng cây ngải cứu

Đông y coi ngải cứu là một vị thuốc có vị cay, dùng làm thuốc điều kinh, an thai, chữa đau bụng do hàn, kinh nguyệt không đều, thai động không yên, thổ huyết, máu cam

Ngải cứu được dùng làm thuốc điều kinh như sau: một tuần lễ trước dự kỳ có kinh, uống mỗi ngày từ 6-12g (tối đa 20g), sắc với nước hay hãm với nước sôi như hãm chè, chia làm 3 lần uống trong ngày Có thể uống dưới dạng thuốc bột (5-10g) hay dưới dạng thuốc cao đặc 1- 4 gam Nếu có thai, thuốc không gây sẩy thai vì không có tác dụng kích thích đối với tử cung có thai

Ngoài công dụng điều kinh, ngải cứu còn được dùng làm thuốc giúp sự tiêu hóa, chữa đau bụng, nôn mửa, thuốc giun, sốt rét [6-T36]

Đơn thuốc có ngải cứu:

- Thuốc chữa kinh nguyệt kéo dài, máu ra nhiều, người mệt mỏi, đi đứng mệt yếu, hàng tháng đến ngày bắt đầu hành kinh và cả những ngày đang có kinh, uống

sáng một lần, chiều một lần theo đơn thuốc sau đây: Ngải cứu khô 10g, nước 200ml, cô thành 100ml thêm ít đường cho dễ uống Có thể cân luôn một lần: 20g ngải cứu, 400ml nước, cô lại còn 200ml chia làm 2 lần uống sáng và chiều Chỉ sau

1 - 2 ngày là có kết quả Đơn thuốc này còn có thể dùng chữa kinh nguyệt kéo dài, đau bụng, máu ra đen và xấu nhưng uống hàng tháng vào 7-10 ngày trước ngày dự kiến có kinh

- Thuốc an thai (chữa đang có thai, đau bụng, chảy máu): lá ngải cứu 16g, tía tô 16g, nước 600ml, sắc đặc còn 100ml Thêm ít đường vào cho dễ uống Chia làm 3 lần uống trong ngày [6-T36]

1.2 Tổng quan về kim loại nặng

1.2.1 Khái niệm kim loại nặng

Có rất nhiều cách định nghĩa khác nhau về kim loại nặng, trong đó hai cách định nghĩa sau được xem là khá phổ biến Định nghĩa theo phương diện hóa lý thì kim loại nặng được định nghĩa là những kim loại có khối lượng riêng từ 5g/cm3 trở lên còn về khía cạnh độc học thì thuật ngữ “Kim loại nặng” chủ yếu được dùng để chỉ các kim loại có nguy cơ gây ra các tác động tiêu cực đối với môi trường [2, 3, 4]

Hình 1.2 Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Kim loại nặng phân bố rộng rãi trên vỏ trái đất Chúng được phong hóa từ các dạng đất đá tự nhiên, tồn tại trong môi trường dưới dạng bụi hay hòa tan trong nước sông hồ, nước biển, sa lắng trong trầm tích Trong vòng hai thế kỷ qua, các kim loại được thải ra từ hoạt động của con người như: hoạt động sản xuất công nghiệp (khai khoáng, giao thông, chế biến quặng kim loại, ), nước thải sinh hoạt, hoạt động sản xuất nông nghiệp (hóa chất bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu diệt cỏ )… đã khiến cho hàm lượng kim loại nặng trong môi trường tăng lên đáng kể

Một số kim loại nặng rất cần thiết cho cơ thể sống và con người Chúng là các nguyên tố vi lượng không thể thiếu, sự mất cân bằng các này có ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe của con người Sắt giúp ngừa bệnh thiếu máu, kẽm là tác nhân quan trọng trong hơn 100 loại Enzyme Lượng nhỏ các kim loại này có trong khẩu phần

ăn của con người vì chúng là thành phần quan trọng trong các phân tử sinh học như hemoglobin, hợp chất sinh hóa cần thiết khác Nhưng nếu cơ thể hấp thu một lượng lớn các kim loại này, chúng có thể gây rối loạn quá trình sinh lí, gây độc cho cơ thể hoặc làm mất tính năng của các kim loại khác [32]

1.2.2 Độc tính của kim loại

Kim loại nặng xâm nhập vào cơ thể người qua đường hô hấp, thức ăn hay hấp thụ qua da được tích tụ trong các mô theo thời gian sẽ đạt tới hàm lượng gây độc Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng kim loại nặng 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 cơ quan trong cơ thể như máu, gan, thận, cơ quan sản xuất hoocmon, cơ quan sinh sản,

hệ thần kinh gây rối loạn chức năng sinh hóa trong cơ thể do đó làm tăng khả năng

bị dị ứng, gây biến đổi gen Các kim loại nặng 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 Các nghiên cứu mới đây đã chỉ ra rằng hàm lượng nhỏ các kim loại nặng có thể gây độc hại cho sức khỏe con người nhưng chúng gây hậu quả khác nhau trên những con người cụ thể khác nhau

Sự nhiễm độc kim loại nặng không phải là hiện tượng chỉ có trong thời hiện đại Các nhà sử học đã nói đến trường hợp ô nhiễm rượu vang và nước nho do dùng bình chứa và dụng cụ đun nấu thức ăn làm bằng chì như là một nguyên nhân làm

suy yếu và sụp đổ đế quốc La Mã Bệnh điên dại “Alice ở Wonderland” hồi thế kỷ XIX ở những người làm mũ do họ đã dùng thủy ngân như một loại nguyên liệu Họ thường bị rối loạn ý thức do nhiễm độc thủy ngân [23]

Sự nhiễm độc kim loại nặng đã tăng lên nhanh chóng từ những năm 50 của thế

kỷ trước do hậu quả của việc sử dụng ngày càng nhiều các kim loại nặng trong các ngành sản xuất công nghiệp Độc tính của các kim loại nặng chủ yếu do chúng có thể sinh các gốc tự do, đó là các phần tử mất cân bằng năng lượng, chứa những điện

tử không cặp đôi chúng chiếm điện tử từ các phân tử khác để lặp lại sự cân bằng của chúng Các gốc tự do tồn tại tự nhiên khi các phân tử của tế bào phản ứng với O2 (bị ôxi hóa) nhưng khi có mặt các kim loại nặng- tác nhân cản trở quá trình ôxi hóa, sẽ sinh ra các gốc tự do vô tổ chức, không kiểm soát được Các gốc tự do này phá hủy

các mô trong toàn cơ thể gây nhiều bệnh tật [4]

1.3 Vị trí trong bảng tuần hoàn, trạng thái tự nhiên và vai trò sinh học của Cd,

b) Trạng thái tự nhiên:

Cadimi được tìm thấy trong tạp chất của cacbonat kẽm (calamin) Trong thạch quyển của vỏ trái đất cadimi chiếm khoảng 5×10-5 % về khối lượng Khoáng vật chủ yếu của cadimi là quặng [22, 33]

c) Vai trò sinh học của Cadimi

Cadimi có thể xâm nhập vào cơ thể con người bằng nhiều con đường khác nhau như tiếp xúc với bụi cadimi, ăn uống các nguồn có sự ô nhiễm cadimi Sự kiện

bị ngộ độc cadimi trên thế giới là sự kiện xảy ra ở Nhật Bản với bệnh itai-itai là một bệnh có liên quan đến ô nhiễm nguồn nước bởi cadimi Người khi hít phải bụi chứa cadimi có thể bị các bệnh về hô hấp và thận Nếu ăn phải một lượng đáng kể cadimi

sẽ bị ngộ độc, có thể dẫn đến tử vong Đã có bằng chứng chứng minh rằng cadimi

tích tụ trong cơ thể gây nên chứng bệnh giòn xương Ở nồng độ cao, cadimi gây đau thận, thiếu máu và phá hủy tủy xương Người bị nhiễm độc cadimi, tùy theo mức độ

sẽ bị ung thư phổi, thủng vách ngăn mũi, đặc biệt là bị tổn thương thận, ảnh hưởng đến nội tiết, máu và tim mạch Mặt khác, cadimi còn là chất gây ung thư qua đường

hô hấp Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy mối quan hệ giữa cadimi với chứng bệnh loãng xương, nứt xương Sự hiện diện của cadimi trong cơ thể khiến cho việc cố định canxi trở nên khó khăn dẫn đến những tổn thương về xương gây đau đớn ở vùng xương chậu và hai chân Ngoài ra, tỷ lệ ung thư tiền liệt tuyến vú và ung thư phổi cũng khá lớn ở nhóm người thường xuyên tiếp xúc với chất độc này [1, 3, 8, 29]

Phần lớn Cadimi thâm nhập vào cơ thể được đào thải ra ngoài, còn giữ lại ở thận khoảng 1% do Cadimi liên kết với protein tạo thành metallotion có ở thận Phần còn lại được giữ trong cơ thể và dần dần được tích tụ theo thời gian Khi lượng Cd2+ được tích tụ đủ lớn, nó có thể thế chỗ Zn2+ trong các enzyme quan trọng

và gây rối loạn tiêu hóa và các chứng bệnh rối loạn chức năng của thận, gây thiếu máu, tăng huyết áp, phá hủy tủy xương gây ung thư … Cadimi cũng có thể can thiệp vào quá trình sinh học có chứa magie và canxi theo cách thức tương tự như

đối với kẽm [1, 7, 12, 19]

Cơ quan nghiên cứu ung thư quốc tế (IARC) đã xếp cadimi và hợp chất của

nó vào nhóm 2A theo thứ tự sắp xếp về mức độ độc hại của các nguyên tố trong ngành y tế Lượng cadimi đưa vào cơ thể hàng tuần, cơ thể có thể chịu đựng được là

b) Trạng thái tự nhiên

Đồng là nguyên tố được con người biết đến và sử dụng sớm nhất Những công

cụ lao động bằng đồng được làm cách đây 6000 năm Trong thiên nhiên, đồng là nguyên tố tương đối phổ biến Trữ lượng đồng trong thạch quyển của vỏ trái đất

chiếm khoảng 10-2 % về khối lượng Những khoáng vật chính của đồng là: cancosin (Cu2S) chứa 79,8% đồng; cuprit (Cu2O) chứa 88,8% đồng; covelin (CuS) chứa 66,5% đồng; cancopirit (CuFeS2) chứa 34,57% đồng và malachit (CuCO3.Cu(OH)2) [22, 33]

c) Vai trò sinh học của Cu

Đồng là nguyên tố cơ bản, lượng đưa vào cơ thể thông qua thực phẩm khoảng 2 -3 mg/ngày Đối với người lớn tỉ lệ hấp thụ và lưu giữ đồng tùy thuộc vào lượng đồng đưa vào cơ thể hàng ngày

Bệnh Wilson ở người sinh ra do cơ thể giữ lại đồng, mà không bài tiết ra khỏi gan vào trong mật Do cơ thể bị rối loạn một số chức năng hoặc do đột biến của gen nên ở người mắc bệnh Wilson, lượng đồng vào cơ thể không thải ra được

mà đọng lại hết trong cơ thể Theo thống kê mỗi năm tại bệnh viện nhi trung ương

Sự tích tụ lượng đồng ở mắt sẽ gây ra bệnh Keyer-Fleischer, ở tim gây bệnh

cơ tim và ở thận sẽ gây bệnh thận Đặc biệt, khi đồng phóng thích đột ngột vào máu sẽ gây tán huyết (vỡ hồng cầu dữ dội) Trong trường hợp này, nếu bệnh trường diễn sẽ dẫn đến suy gan tối cấp, nếu không được ghép gan thì bệnh nhân

sẽ bị tử vong Theo WHO lượng đồng cần cho một ngày đối với nam là 12mg

và 10mg đối với nữ [25, 38]

Năm 1982, JECEF đã đề nghị giá trị tạm thời cho lượng tiếp nhận tối đa hàng ngày có thể chịu đựng được là 0,5 mg/kg thể trọng Đề nghị này căn cứ trên những nghiên cứu trước đó Người ta đã tính ra giá trị hướng dẫn để bảo vệ sức khỏe là 2 mg/lít [25]

1.3.3 Chì

a) Vị trí trong BTH:

Chì (tiếng la tinh là Plumbum) là nguyên tố hóa học nằm ở ô số thứ tự 82, chu

kì 6, nhóm IVA trong bảng tuần hoàn, nguyên tử khối 208 (đvc), cấu hình electron [Kr]6s26p2 [22, 33]

b) Trạng thái tự nhiên:

Chì đã được con người biết đến từ thời thượng cổ Chì trong vỏ trái đất ứng với thành phần thạch quyển chiếm 1,6×10-3 % về khối lượng Galen (PbS) là quặng chì quan trọng nhất trong công nghiệp, ngoài ra còn gặp chì trong quặng xeruzit (PbCO3) [22, 33]

c) Vai trò sinh học của Pb

Chì gây ức chế ALA-dehidraza enzym, do đó giai đoạn tiếp theo hình thành porphobilinogen không xảy ra được Tác dụng chung là chì phá hủy quá trình tổng hợp hemoglobin và các sắc tố cần thiết cho máu như cytochoromes Hàm lượng chì trong máu khoảng 0,3 (ppm) thì nó ngăn cản quá trình sử dụng oxy để oxy hóa glucoza tạo ra năng lượng cho quá trình sống do đó làm cơ thể mệt mỏi Ở nồng độ cao hơn (> 0,8 ppm) có thể gây nên thiếu máu do thiếu hemoglobin Hàm lượng chì trong máu khoảng 0,5 - 0,8 (ppm) gây ra rối loạn chức năng của thận và phá hủy não [19, 38]

Đối với sức khỏe con người, nhiễm độc chì gây ra bệnh về tai, mũi, họng, phế quản, máu, gan, xương và các bệnh ngoài da Khi ngộ độc chì, người lớn hay than phiền, đau tê ở đầu ngón chân, tay, bắp thịt mỏi yếu, nhức đầu, đau bụng, tăng huyết áp, thiếu máu, giảm trí nhớ, thay đổi tâm trạng, sảy thai, kém sản xuất tinh trùng Lâu ngày bệnh trở thành mãn tính dẫn tới suy thận, tổn thương thần kinh ngoại vi, giảm chức năng não bộ (do chì có khả năng tạo thành các hợp chất alkyl ái lipit) [8, 19]

1.4 Các phương pháp xác định Cd, Cu và Pb

1.4.1 Phương pháp phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS)

Thuật ngữ ICP (Inductively Coupled Plasma) dùng để chỉ ngọn lửa plasma tạo thành bằng dòng điện có tần số cao (cỡ MHz) được cung cấp bằng một máy phát Radio Frequency Power (RFP) Ngọn lửa plasma có nhiệt độ rất cao có tác dụng chuyển các nguyên tố trong mẫu cần phân tích thành dạng ion

MS (Mass Spectrometry) là phép ghi phổ theo số khối hay chính xác hơn là theo tỷ số giữa số khối và điện tích (m/Z) [19]

ICP - MS là một phương pháp phân tích các chất vô cơ dựa trên sự ghi đo phổ theo tỷ số m/z của ion nguyên tử các nguyên tố cần phân tích ICP là ngọn lửa plasma tạo thành bằng dòng điện có tần số cao có MHz được cung cấp bằng một máy phát cao tần RF Ngọn lửa plasma có nhiệt độ cao có tác dụng chuyển các nguyên tố có trong mẫu thành các ion MS là phép ghi đo phổ theo tỉ số m/z

ICP - MS được phát triển vào những năm 80 của thế kỉ trước, là sự kết hợp thành công và hoàn hảo của hai thiết bị ICP-MS Đây là một trong những phương pháp phân tích hiện đại nhất hiện nay và ngày càng chứng tỏ có nhiều ưu điểm vượt trội so với các phương pháp phân tích khác trong nghiên cứu xác định lượng vết các nguyên tố cũng như xác định thành phần đồng vị của chúng

1.4.1.1 Nguyên tắc của phương pháp ICP - MS

Dưới tác dụng của nguồn ICP, các phân tử trong mẫu phân tích được phân li thành các nguyên tử tự do ở trạng thái hơi Các phần tử này khi tồn tại trong môi trường kích thích phổ ICP năng lượng cao sẽ bị ion hóa, tạo ra đám hơi ion của chất mẫu (thường có điện tích +1) Nếu dẫn dòng ion đó vào buồng phân cực để phân giải chúng theo số khối (m/Z) sẽ tạo ra phổ khối của nguyên tử chất cần phân tích

và được phát hiện nhờ các detector thích hợp

ICP-MS sử dụng nguồn năng lượng cao tần, nhiệt điện lên đến

6000-100000C cho phép hóa hơi, nguyên tử hóa và ion hóa tất cả các chất với hiệu suất

cao và ổn định Tách loại các ion nhờ hệ từ trường tứ cực

1.4.1.2 Các quá trình xảy ra trong nguồn ICP

- Hóa hơi chất mẫu, nguyên tử hóa các phân tử, ion hóa các nguyên tử, sự phân giải của các ion theo số khối sẽ sinh ra phổ ICP-MS:

Hóa hơi: MnXm(r)  Mnxm(k)

Phân li: MnXm(k)  nM(k) + mX(k)

Ion hóa: M(k)0 + Enhiệt M(k)+

- Thu toàn bộ đám hơi ion của mẫu, lọc và phân ly chúng thành phổ nhờ hệ thống phân giải khối theo số khối của ion, phát hiện chúng bằng detector, ghi lại phổ

- Đánh giá định tính, định lượng phổ thu được

Như vậy thực chất phổ ICP - MS là phổ của các nguyên tử ở trạng thái khí tự

do đã bị ion hóa trong nguồn năng lượng cao tần ICP theo số khối các chất [11, 15]

1.4.1.3 Ưu điểm của phương pháp phân tích bằng ICP-MS

Phân tích nhanh đồng thời nhiều nguyên tố nó cho phép phân tích hơn 70 nguyên tố từ Li - U, có thể xác định đồng thời chúng với độ nhạy và độ chọn lọc cao (giới hạn từ ppb - ppt đối với tất cả các nguyên tố)

Giới hạn phát hiện thấp thích hợp phân tích lượng vết và siêu vết

Khả năng phân tích định lượng và bán định lượng rất tốt do không cần phải dùng mẫu chuẩn mà vẫn đạt độ chính xác cao, có thể phân tích các đồng vị và tỉ lệ của chúng

Có thể phân tích và đưa ra đầy đủ thông tin về các đồng vị của một nguyên

Bảng 1.1 So sánh khả năng phát hiện của các kỹ thuật phân tích

STT Nguyên tố ICP-MS

(ppb)

ICP-AES (ppb)

F-AAS (ppb)

GFA-AAS (ppb)

Chú thích bảng 1.1: không phát hiện được (KPH)

So sánh giới hạn và phát hiện của phương pháp thì người ta thấy rõ ưu điểm của phương pháp ICP -MS là khả năng phân tích hầu hết các nguyên tố với giới hạn phát hiện tốt nhất Tuy nhiên ICP - MS cũng có một số ảnh hưởng nhất định như ảnh hưởng của tốc độ bơm mẫu không đồng đều dẫn đến kết quả phân tích cũng có

lệch tương đối CV khoảng 5% đối với mẫu có hàm lượng thấp thì CV có thể lên đến

10 - 20%, một ảnh hưởng nữa của ICP - MS là sự trùng số khối của có thể xảy ra

Để khắc phục điều này, một kỹ thuật pha loãng đồng vị được phát triển

1.4.1.4 Hạn chế của phương pháp ICP-MS

Các khí Ar, O2, H2 và các axit dùng để chuẩn bị mẫu vì ở nhiệt độ cao chúng

bị phản ứng với các nguyên tố trong mẫu để tạo ra các oxit, các hạt ion có cùng khối lượng với các nguyên tố cần phân tích, ví dụ như Fe không thể phân tích được bằng phương pháp này Tuy nhiên ảnh hưởng này có thể được loại bỏ dựa vào các kỹ thuật phân tích ICP - MS và lựa chọn đồng vị thích hợp để phân tích Các nguyên tố

có thể bị ion hóa quá cao sẽ có độ nhạy phân tích rất kém: P, S, Cl, Au

Sự hình thành các ion đa nguyên tử dẫn đến hiện tượng che lấp phổ

Sự đóng cặn xảy ra trong bộ phận cấp mẫu, trong nón và các bộ phận khác dẫn đến làm tăng nồng độ các nguyên tố trong mẫu trắng cũng như làm trôi kết quả đo

Giá thiết bị, chi phí vận hành cao, cần tiêu tốn Ar khoảng 10 - 12 l/phút để duy trì hoạt động [15, 20]

1.4.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo ICP-MS

- Ảnh hưởng của mẫu phân tích trước [17,19]

1.4.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS

Nguyên tắc của phương pháp là dựa trên sự tạo phức mầu của các ion với thuốc thử Nồng độ của các ion trong phức thay đổi sẽ tạo ra màu khác nhau, dẫn đến độ hấp thụ quang khác nhau Độ hấp thụ quang được xác định theo định luật Lamber-Beer theo phương trình:

1.4.3 Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử AES

*Nguyên tắc của phương pháp: Mẫu phân tích được chuyển thành hơi của

nguyên tử hay ion tự do trong môi trường kích thích bằng cách dùng nguồn năng lượng phù hợp Thu, phân li và ghi toàn bộ phổ phát xạ của nguyên tố cần phân tích nhờ máy quang phổ Đánh giá phổ đã ghi về mặt định tính và định lượng theo

những yêu cầu đã đặt ra

*Đối tượng của phương pháp

Xác định hàm lượng các kim loại trong các các đối tương mẫu khác nhau như địa chất, hóa học, nông nghiệp, thực phẩm, y dược,…thuộc các loại mẫu rắn,

mẫu dung dịch, mẫu bột, mẫu quặng, mẫu khí

*Ưu điểm của phương pháp: Có độ nhạy rất cao (10-5-10-8 M) và độ chính xác cao (sai số dưới 10%) Phân tích đồng thời nhiều nguyên tố trong một mẫu mà không cần tách riêng, tiêu tốn ít mẫu, có thể kiểm tra được độ đồng nhất về thành phần của vật mẫu ở những vị trí khác nhau Kết quả phổ thu được ghi trên phim ảnh

có thể lưu trữ, khi cần thiết có thể đánh giá hay xem xét lại mà không cần phải có mẫu phân tích [17]

1.4.4 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS

*Nguyên tắc của phương pháp: Mẫu phân tích được chuyển thành hơi của

nguyên tử hay ion tự do trong môi trường kích thích bằng cách dùng nguồn năng

lượng phù hợp Thu, phân li và ghi toàn bộ phổ hấp thụ của nguyên tố cần nghiên

cứu nhờ máy quang phổ Đánh giá phổ đã ghi về mặt định tính và định lượng theo

những yêu cầu đặt ra

Gần 60 nguyên tố hóa học có thể được xác định bằng phương pháp với giới hạn phát hiện thấp 10-4 đến 10-5 ppm Đặc biệt nếu sử dụng kĩ thuật không ngọn lửa thì có thể hạ giới hạn phát hiện xuống 10-7 ppm

*Đối tượng của phương pháp

Phương pháp này thích hợp để xác định lượng vết của kim loại, đặc biệt là xác định các nguyên tố vi lượng trong các mẫu y học, sinh học, nông nghiệp, kiểm

tra các hóa chất có độ tinh khiết cao

*Ưu nhược điểm của phương pháp: Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử có độ nhạy

và độ chọn lọc 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, nên cũng tránh được sự nhiễm bẩn khi xử lí mẫu qua các giai đoạn phức tạp Kết quả phân tích ổn định, sai

số nhỏ, có thể lưu lại đường chuẩn cho các lần sau Bên cạnh những ưu điểm, phép

đo phổ hấp thụ nguyên tử cũng có hạn chế như trang thiết bị rất đắt tiền, rất tinh vi, phức tạp nên cần các cán bộ phân tích có trình độ cao để vận hành máy Phương pháp này chỉ cho ta biết thành phần nguyên tố của chất mà không chỉ ra được trạng

thái liên kết của nguyên tố trong mẫu [17, 24]

1.4.5 Các phương pháp phân tích điện hoá

1.4.5.1 Phương pháp cực phổ

* Nguyên tắc của phương pháp: Phương pháp cực phổ dựa trên việc nghiên

cứu và sử dụng các đường dòng thế được ghi trong các điều kiện đặc biệt Trong đó các chất điện phân có nồng độ khá nhỏ từ 10-3 đến n.10-6 M còn chất điện ly trơ có nồng độ lớn, gấp hơn 100 lần Do đó, chất điện phân chỉ vận chuyển đến điện cực bằng con đường khuếch tán

Điện cực làm việc (còn gọi là điện cực chỉ thị) là điện cực phân cực có bề mặt rất nhỏ, khoảng một vài mm2 Trong cực phổ cổ điển người ta dùng điện cực chỉ thị là điện cực giọt thủy ngân Điện cực so sánh là điện cực không phân cực Đầu tiên người ta dùng điện cực đáy thủy ngân có diện tích bề mặt tương đối lớn, sau đó thay bằng điện cực Calomen hay điện cực Ag/AgCl Đặt vào điện cực làm việc điện thế một chiều biến thiên liên tục nhưng tương đối chậm để có thể coi là

không đổi trong quá trình đo dòng I Cực phổ hiện đại bao gồm cực phổ sóng vuông, cực phổ xung và cực phổ xung vi phân đã đạt tới độ nhạy 10-5-5.10-7 M

* Ưu điểm của phương pháp: Trang thiết bị tương đối đơn giản, tốn ít hóa

chất mà có thể phân tích nhanh với độ nhạy và độ chính xác khá cao Trong nhiều trường hợp có thể xác định hỗn hợp các chất vô cơ và hữu cơ mà không cần tách riêng chúng ra Do đó phương pháp này phù hợp để phân tích hàm lượng các chất trong mẫu sinh học [11]

1.4.5.2 Phương pháp Von-Ampe hòa tan

Phương pháp này có thể xác định được gần 30 kim loại trong khoảng nồng

độ 10-6 -10-9M với độ chính xác khá cao có thể định lượng đồng thời 3-4 ion kim loại cùng có trong một dung dịch

Phương pháp này được thực hiện qua hai giai đoạn:

- Điện phân làm giàu chất cần phân tích lên bề mặt điện cực tại thế không đổi, đo dưới dạng một kết tủa (kim loại, hợp chất khó tan)

- Hòa tan kết tủa đã được làm giàu và ghi đo đường hòa tan Nồng độ của chất tương ứng với chiều cao pic hòa tan

* Ưu điểm của phương pháp: Phương pháp có độ nhạy và độ chính xác cao,

kỹ thuật phân tích và trang thiết bị không quá phức tạp, kết quả ổn định Chính vì vậy, phạm vi ứng dụng của phương pháp này rất rộng như phân tích môi trường, xác định lượng vết kim loại trong nước biển và các loại nước thiên nhiên Ngoài ra phương pháp này còn sử dụng để phân tích kim loại trong các mẫu lâm sàng (máu, tóc, nước tiểu,…) và trong mẫu thực phẩm (sữa, rau quả, gạo, thịt…) [10]

1.4.5.3 Phương pháp ICP -OES

*Nguyên tắc của phương pháp: Kỹ thuật ICP-OES: mẫu bị hóa hơi sau đó bị

nguyên tử hóa, ion hóa, bị kích thích lên mức năng lượng cao hơn, sau đó trở về mức năng lượng thấp hơn Năng lượng giải phóng ra ở dạng chùm sáng bước sóng λ hay

photon với tần số mang năng lượng h Số lượng photon phát ra tỉ lệ với số nguyên tử

của nguyên tố có mặt trong mẫu các quá trình nguyên tử hóa trong ICP-OES

* Ưu điểm của phương pháp:

Quang phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP-OES) là kỹ thuật phân tích hàm lượng các nguyên tố ở dạng vết với những đặc điểm: nhiệt độ kích thích lớn (7000-

8000 K) mật độ điện tích lớn, có khả năng xác định được nhiều nguyên tố cùng lúc, phát xạ nền thấp, ảnh hưởng về mặt hóa học tương đối thấp, độ ổn định tốt dẫn tới kết quả phân tích chính xác Kỹ thuật có giới hạn phát hiện thấp (0,1ng/ml-100ng/ml) đối với hầu hết các nguyên tố, phạm vi tuyến tính rộng, có hiệu quả kinh

15-2) nồng độ (10 -20%) để phân huỷ mẫu trong điều kiện đun nóng trong bình Kendan, trong ống nghiệm, trong cốc hay lò vi sóng thường từ vài giờ đến hàng chục giờ, cũng tuỳ loại mẫu, bản chất của các chất, còn nếu trong lò vi sóng hệ kín thì cần vài chục phút Thường khi phân huỷ xong phải đuổi hết axit dư trước khi định mức và tiến hành đo phổ [14, 16]

Ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng:

+ Không mất một số kim loại như Pb, Cd,…

+ Không làm mất chất phân tích

+ 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